【新三才编译首发】前言: 光简称"P" 电简称"V" ,所以国际上将光发电的事物简称为 "PV" , 台湾称为[光电],大陆叫做[光伏].
太阳能电池与一般的电池不同。太阳能电池是将太阳能转换成电能的装置，且不需要透过电解质来传递导电离子，而是改采半导体产生 PN 结来获得电位。
当半导体受到太阳光的照射时，大量的自由电子伴随而生，而此电子的移动又产生了电流，也就是在 PN 结处产生电位差。因此，太阳能电池需要阳光才能运作，所以大多是将太阳能电池与蓄电池串联，将有阳光时所产生的电能先行储存，以供无阳光时放电使用。关于太阳能电池的应用有一般家庭安装于屋顶上以加热洗澡水或太阳能车上的动力来源。
地球万物皆靠太阳所提供的能量在维持生命，即使太阳的能量照射到地球，仅剩很小的比例，但已足够提供万物所需，经过科学家的研究証明太阳光照在地球大气层上的能量1.36kw/m2，这是一个近乎常数值。在天气晴朗的时候，会有百分之七十大气层外的太阳光能量，会到达地表。在美国的西南方，太阳光照在地表的能量值通常都超过1.0kw/m2，在某些高山地区，甚至经常量到1.2kw/m2，但在大部份地区的平均值通常都没有那么高。有时候白天的阳光因为云层聚焦的效果而造成超过1.5kw/m2的瞬间值，但这样高的数值通常不会超过几分钟。
大气层是一个非常有力的吸收体，不但会减少太阳光到达地球的能量，而且会使得太阳光进入地球的波长控制在某个范围，硅芯片为主的太阳能模组只对于波长为0.3μm至0.6μm的光线有作用，这个范围的波长，正好是可见光的波长。这些波长同时也是太阳能光谱内，能量最强的区域。
提到太阳能源的资料处理，是需要一些学问的，太阳的辐射强度从日出到日落，会因为天空中云层的变化，太阳位置的变化，及大气浓密的程度而随时都在改变。
太阳能电池原理：
这一部份我们来介绍一下，一片太阳能电池一些基本的操作方式。包括电压、电流特性以及温度和日照率变化所产生的影响，最后我们提到充填因子，这些基础将有助于我们了解太阳能电池模组在室外自然环境下真正的操作功能。
许多实验室长期累积了很多研究成果，我们根据这些研究成果可以利用来判断一片solar cell的性能。
空气质量与太阳光通过大气层的厚度有关，假如太阳光是直接从我们的头顶正上方直射而下，这样的空气质量等于1。大气层会吸收掉太阳光某些部份的波长，这个因素也使得用来让太阳能电池发电的能量集中在其它的某些波长。空气质量对日光而言是一个非常重要的指标，因为太阳能电池是利用这些特定的波长来发电的。
太阳能的效率：
当我们提到太阳能的效率，以下的认知非常重要，我们所指的是太阳能电池的效率，或是太阳能模组的效率，还是整个太阳能系统的效率。
当你描述一片太阳能电池的效率时，也是必须要先决定你所指的是什么样的效率，太阳能电池的效率会因为环境因素而改变，比如说，在温度低时，其效率会较好，所以，为了比较太阳能电池的效率时，我们必须要在标准测试条件下才会有意义（j温度：25℃；k日照率：1,000w/m2；l空气质量：AM1.5）。
效率的定义就是输出的功率与输入的功率的比值，输出功率就等于太阳能电池及电压的相乘，而输入的功率（即日照率(S:单位w/m2)×面积(A:单位m2)）。
efficiency = (Pout/Pin) =(V×I)/(S×A)
通常我们有两种定义太阳能电池效率的方法，一是用总面积来定义太阳能电池的效率，另一个则是用有效工作面积来定义太阳能电池的效率。
1.总面积：总面积效率的计算中，我们使用所有面积来计算它的效率，这项数据是用来得知太阳能电池实际在执行时候的绩效。
2.有效工作面积：在有效面积的计算中，我们所称的面积是指真正有被太阳光照到的面积，就视为原被金属极板所覆蓋的部份，没有被照到的面积，它们没有办法从太阳光那里取到任何的电力，因为有效工作面积并没有包含这一些金属极板等，所以它的所计算出来的效率值会比总面积来得高。
有效工作面积的计算，通常对太阳能电池材料科学而言比较有用，因为它所表示的是把光变成电的真正绩效。
有哪些因素限制太阳能电池的效率：
1.聚光的能力：在某些情况下，我们可以使用透镜或面镜来增加它的聚光能力。
2.材料的能隙：材料的能隙会限制太阳能电池可以发出的能量，某个能隙为1.12eV的材料，代表能量小于1.12eV的光子将无法被利用来发电。也就是说当光子的能量＞1.12eV时才可以使太阳能电池用来发电，如果＜1.12eV则会变成热能而散失。
3.由于电极所损失的面积：在某些例子有人用透明的电极或将电极埋在太阳能电池的背面来避免这样的问题。
太阳能的应用领域：
太阳能技术的应用以自 1950 年代的太空科技移转至一般民生商业用途，随者成本的降低与环保考量，太阳能电池的使用愈来愈普遍，主要应用在下列范围。
1.家用发电系统：从 20W 至 4kW，视需要量与经济情况而定
2.农业：灌溉及抽水等动力系统
3.交通：电动车、充电系统、道路照明系统及交通号志
4.电讯及通讯：无线电力、无线通讯
5.备载电力：灾害补救
6.小功率商品电源
7.户外定位监视系统:电子式公共汽车站牌
8.大功率电子发电系统
太阳能搜集光的方法：
太阳能电厂主要有二种集光的方法：
1、塔型集光
先建造一座高塔，然后在地面排列镜子，将阳光友射于塔顶，阳光移动时塔下方的镜子也不断追随太阳移动，所以放置在塔顶的热吸收器被加热到极高温，并制造蒸气发电。
2、曲面分散集光。
使用半管型的抛物面镜集光，由抛物面镜反射的太阳能向各自的焦点集中，而焦点设有集热管以产生蒸气发电
名词解释：
日照率 (insulation)：是某个已知面积经过一段时间所能够接收的能量总合，我们把它记为kwh/m2，日照率不同于日照辐射是因为它包含了时间，而“peak sun hours”定义就是我们从日出到日落所能得到的日照率总量除以辐射照度为1kw/m2的时我们所得到的小时数，即为所谓每日的peak sun hours（如上图），举个例说，6个“peak sun hour”就代表白天有太阳光的时候我们所吸收的整个太阳能量等于6小时乘以1kw/m2（6kwh/m2）。因此“peak sun hours”值就可以很容易换算成每日平均的日照率（单位：kwh/m2）。很多太阳能资料图表都会把每个月平均的“peak sun hours”注明在上面。对于太阳能系统而言，这个所谓的”peak sun hours值”是一个非常重要的单位。
辐射照度（irradiance）：
是指太阳光照射在一已知面积上的总能量，是一个太阳光强度的单位，最大的辐射照度，发生在一天的正中午，这个正中午在时间轴上，我们定义为日出时间点和日落时间点的中间点。太阳能工程师使用w/m2或kw/m2做为辐射照度的单位。
结论：
太阳能有许多优点：丰富、清洁、安全且不受任何垄断。它不从地球上带走任何东西，也不会导致污染，却默默地发出光和热，推动生命的成长。它确实是无后顾之忧的能源。
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