【新三才編譯首發】前言: 光簡稱"P" 電簡稱"V" ,所以國際上將光發電的事物簡稱為 "PV" , 台灣稱為[光電],大陸叫做[光伏].
太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導體產生 PN 結來獲得電位。
當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。關於太陽能電池的應用有一般家庭安裝於屋頂上以加熱洗澡水或太陽能車上的動力來源。
地球萬物皆靠太陽所提供的能量在維持生命，即使太陽的能量照射到地球，僅剩很小的比例，但已足夠提供萬物所需，經過科學家的研究証明太陽光照在地球大氣層上的能量1.36kw/m2，這是一個近乎常數值。在天氣晴朗的時候，會有百分之七十大氣層外的太陽光能量，會到達地表。在美國的西南方，太陽光照在地表的能量值通常都超過1.0kw/m2，在某些高山地區，甚至經常量到1.2kw/m2，但在大部份地區的平均值通常都沒有那麼高。有時候白天的陽光因為雲層聚焦的效果而造成超過1.5kw/m2的瞬間值，但這樣高的數值通常不會超過幾分鐘。
大氣層是一個非常有力的吸收體，不但會減少太陽光到達地球的能量，而且會使得太陽光進入地球的波長控制在某個範圍，矽晶片為主的太陽能模組只對於波長為0.3μm至0.6μm的光線有作用，這個範圍的波長，正好是可見光的波長。這些波長同時也是太陽能光譜內，能量最強的區域。
提到太陽能源的資料處理，是需要一些學問的，太陽的輻射強度從日出到日落，會因為天空中雲層的變化，太陽位置的變化，及大氣濃密的程度而隨時都在改變。
太陽能電池原理：
這一部份我們來介紹一下，一片太陽能電池一些基本的操作方式。包括電壓、電流特性以及溫度和日照率變化所產生的影響，最後我們提到充填因子，這些基礎將有助於我們了解太陽能電池模組在室外自然環境下真正的操作功能。
許多實驗室長期累積了很多研究成果，我們根據這些研究成果可以利用來判斷一片solar cell的性能。
空氣質量與太陽光通過大氣層的厚度有關，假如太陽光是直接從我們的頭頂正上方直射而下，這樣的空氣質量等於1。大氣層會吸收掉太陽光某些部份的波長，這個因素也使得用來讓太陽能電池發電的能量集中在其它的某些波長。空氣質量對日光而言是一個非常重要的指標，因為太陽能電池是利用這些特定的波長來發電的。
太陽能的效率：
當我們提到太陽能的效率，以下的認知非常重要，我們所指的是太陽能電池的效率，或是太陽能模組的效率，還是整個太陽能系統的效率。
當你描述一片太陽能電池的效率時，也是必須要先決定你所指的是什麼樣的效率，太陽能電池的效率會因為環境因素而改變，比如說，在溫度低時，其效率會較好，所以，為了比較太陽能電池的效率時，我們必須要在標準測試條件下才會有意義（j溫度：25℃；k日照率：1,000w/m2；l空氣質量：AM1.5）。
效率的定義就是輸出的功率與輸入的功率的比值，輸出功率就等於太陽能電池及電壓的相乘，而輸入的功率（即日照率(S:單位w/m2)×面積(A:單位m2)）。
efficiency = (Pout/Pin) =(V×I)/(S×A)
通常我們有兩種定義太陽能電池效率的方法，一是用總面積來定義太陽能電池的效率，另一個則是用有效工作面積來定義太陽能電池的效率。
1.總面積：總面積效率的計算中，我們使用所有面積來計算它的效率，這項數據是用來得知太陽能電池實際在執行時候的績效。
2.有效工作面積：在有效面積的計算中，我們所稱的面積是指真正有被太陽光照到的面積，就視為原被金屬極板所覆蓋的部份，沒有被照到的面積，它們沒有辦法從太陽光那裡取到任何的電力，因為有效工作面積並沒有包含這一些金屬極板等，所以它的所計算出來的效率值會比總面積來得高。
有效工作面積的計算，通常對太陽能電池材料科學而言比較有用，因為它所表示的是把光變成電的真正績效。
有哪些因素限制太陽能電池的效率：
1.聚光的能力：在某些情況下，我們可以使用透鏡或面鏡來增加它的聚光能力。
2.材料的能隙：材料的能隙會限制太陽能電池可以發出的能量，某個能隙為1.12eV的材料，代表能量小於1.12eV的光子將無法被利用來發電。也就是說當光子的能量＞1.12eV時才可以使太陽能電池用來發電，如果＜1.12eV則會變成熱能而散失。
3.由於電極所損失的面積：在某些例子有人用透明的電極或將電極埋在太陽能電池的背面來避免這樣的問題。
太陽能的應用領域：
太陽能技術的應用以自 1950 年代的太空科技移轉至一般民生商業用途，隨者成本的降低與環保考量，太陽能電池的使用愈來愈普遍，主要應用在下列範圍。
1.家用發電系統：從 20W 至 4kW，視需要量與經濟情況而定
2.農業：灌溉及抽水等動力系統
3.交通：電動車、充電系統、道路照明系統及交通號誌
4.電訊及通訊：無線電力、無線通訊
5.備載電力：災害補救
6.小功率商品電源
7.戶外定位監視系統:電子式公車站牌
8.大功率電子發電系統
太陽能搜集光的方法：
太陽能電廠主要有二種集光的方法：
1、塔型集光
先建造一座高塔，然後在地面排列鏡子，將陽光友射於塔頂，陽光移動時塔下方的鏡子也不斷追隨太陽移動，所以放置在塔頂的熱吸收器被加熱到極高溫，並製造蒸氣發電。
2、曲面分散集光。
使用半管型的拋物面鏡集光，由拋物面鏡反射的太陽能向各自的焦點集中，而焦點設有集熱管以產生蒸氣發電
名詞解釋：
日照率 (insulation)：是某個已知面積經過一段時間所能夠接收的能量總合，我們把它記為kwh/m2，日照率不同於日照輻射是因為它包含了時間，而“peak sun hours”定義就是我們從日出到日落所能得到的日照率總量除以輻射照度為1kw/m2的時我們所得到的小時數，即為所謂每日的peak sun hours（如上圖），舉個例說，6個“peak sun hour”就代表白天有太陽光的時候我們所吸收的整個太陽能量等於6小時乘以1kw/m2（6kwh/m2）。因此“peak sun hours”值就可以很容易換算成每日平均的日照率（單位：kwh/m2）。很多太陽能資料圖表都會把每個月平均的“peak sun hours”註明在上面。對於太陽能系統而言，這個所謂的”peak sun hours值”是一個非常重要的單位。
輻射照度（irradiance）：
是指太陽光照射在一已知面積上的總能量，是一個太陽光強度的單位，最大的輻射照度，發生在一天的正中午，這個正中午在時間軸上，我們定義為日出時間點和日落時間點的中間點。太陽能工程師使用w/m2或kw/m2做為輻射照度的單位。
結論：
太陽能有許多優點：豐富、清潔、安全且不受任何壟斷。它不從地球上帶走任何東西，也不會導致污染，卻默默地發出光和熱，推動生命的成長。它確實是無後顧之憂的能源。
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