電流-電壓特性曲線(xiàn)方程式課件

太陽(yáng)光電技術(shù)

與

系統(tǒng)應(yīng)用太陽(yáng)光電技術(shù)

與

系統(tǒng)應(yīng)用1太陽(yáng)是地球能源之母太陽(yáng)是地球上所有能源的源頭，目前已知的能源幾乎都直接或間接來(lái)自太陽(yáng)。石油、煤、天然氣、水力、太陽(yáng)能、風(fēng)力、光合作用、海洋能等等，核能、地?zé)岢?。太?yáng)光照射整個(gè)地球表面1小時(shí)內(nèi)的能量(~5

1020

J)，約可供全人類(lèi)使用1年(2005)。太陽(yáng)還可以繼續(xù)發(fā)光至少50億年以上。

太陽(yáng)能是免費(fèi)、取之不盡、用之不竭之潔淨(jìng)能源，但必須找到有效的使用法。太陽(yáng)是地球能源之母太陽(yáng)是地球上所有能源的源頭，目前已知的能源2地球的污染日愈嚴(yán)重，溫室效應(yīng)不容小觀

1997年京都議定書(shū)於2005年2月16日正式生效，要求工業(yè)國(guó)家降低CO2排放量，發(fā)展再生能源，降低碳的排放是必然的趨勢(shì)

平均傳統(tǒng)能源發(fā)電之CO2排放量530噸/GWh

太陽(yáng)光電發(fā)電製造之CO2排放量?jī)H5噸/GWh地球的污染日愈嚴(yán)重，溫室效應(yīng)不容小觀1997年京都議定書(shū)3溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(一)溫室效應(yīng)的來(lái)源：

溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(一)溫室效應(yīng)的來(lái)源：4溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(二)溫室氣體(GHG)源(SOURCE)匯(SINK)對(duì)氣候的影響

(IMPACT)二氧化碳(CO2)1)燃料2)改變土地的使用（砍伐森林）1)被海洋吸收2)植物的光合作用吸收紅外線(xiàn)輻射，影響大氣平流層中O3的濃度甲烷(CH4)1)生物體的燃燒2)腸道發(fā)酵作用3)水稻1)和OH起化學(xué)作用2)被土壤內(nèi)的微生物吸取吸收紅外線(xiàn)輻射，影響對(duì)流層中O3及OH的濃度，影響平流層中O3和H2O的濃度，產(chǎn)生CO2

一氧化二氮(N2O)1)生物體的燃燒2)燃料3)化肥1)被土壤吸取2)在大氣平流層中被光線(xiàn)分解與及和O起化學(xué)作用吸收紅外線(xiàn)輻射，影響大氣平流層中O3的濃度氯氟碳化合物(CFCs)工業(yè)生產(chǎn)在對(duì)流層中不易被分解，但在平流層中會(huì)被光線(xiàn)分解和跟O產(chǎn)生化學(xué)作用吸收紅外線(xiàn)輻射，影響平流層中O3的濃度二氧化硫(SO2)1)火山活動(dòng)2)煤及生物體的燃燒1)乾和濕沉降2)與OH產(chǎn)生化學(xué)作用形成懸浮粒子而散射太陽(yáng)輻射

臭氧(O3)光線(xiàn)令O2產(chǎn)生光化作用與NOx，ClOx及HOx等化合物的催化反應(yīng)。吸收紫外光及紅外線(xiàn)輻射一氧化碳(CO)1)植物排放2)人工排放（交通運(yùn)輸和工業(yè)）1)被土壤吸取2)和OH起化學(xué)作用影響平流層中O3和OH的循環(huán)，產(chǎn)生CO2

（資料來(lái)源：IPCC,2001)

溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(二)溫室氣體(GHG)源(SO5溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(三)(1855－1995全球平均地球表面溫度的變化年平均值)

(資料來(lái)源：WMO,1996)溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣溫變化(三)(1855－1995全球平均地6氣溫上升所帶來(lái)的傷害這種溫度快速升溫情況，而全球氣候和生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生劇烈的變化，包括：1.海平面的上升。根據(jù)氣候變化政府間專(zhuān)家委員會(huì)(IPCC）2001年的評(píng)估報(bào)告，到2100年氣溫可能再上升1.4至5.8度,在未來(lái)的預(yù)測(cè)上，海平面也因此大約會(huì)上升18公分到1公尺之間，平均的海平面將上升了45公分。2.全球氣候變遷，暴雨或乾旱，氣候變的異常，例如熱浪、寒流、颱風(fēng)、水災(zāi)或旱災(zāi)等造更多損害。3.土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境改變，動(dòng)植物生態(tài)發(fā)生變化大規(guī)模的遷移等。

氣溫上升所帶來(lái)的傷害這種溫度快速升溫情況，而全球氣候和生態(tài)環(huán)7京都議定書(shū)為落實(shí)溫室氣體排放管制工作，1997年12月於日本京都舉行聯(lián)合國(guó)氣候變化綱要公約第三次締約國(guó)大會(huì)，通過(guò)了具有約束效力的京都議定書(shū)（KyotoProtocol），以規(guī)範(fàn)工業(yè)國(guó)家未來(lái)之溫室氣體減量責(zé)任。140個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了溫室氣體減量的國(guó)際條約，已開(kāi)發(fā)國(guó)家領(lǐng)先減量(共有25國(guó))，在2008到2012年間將六種溫室氣體(主要以二氧化碳為主要)，減至比1990基準(zhǔn)年再少5.2%。京都議定書(shū)為落實(shí)溫室氣體排放管制工作，1997年12月於日本8京都議定書(shū)對(duì)我國(guó)的影響1.我國(guó)為二氧化碳高排放量國(guó)：

我國(guó)二氧化碳排放量佔(zhàn)全球1%，全球排名第22。2.我國(guó)二氧化碳排放量成長(zhǎng)快速：

我國(guó)的二氧化碳排放量由1992年到2002年間成長(zhǎng)快速，根據(jù)環(huán)保署的資料，預(yù)估至2020年二氧化碳之排放總量，將由1990年之121百萬(wàn)公噸提升至461百萬(wàn)公噸，成長(zhǎng)約3.81倍，將與京都議定書(shū)規(guī)劃之減量目標(biāo)背道而馳。

京都議定書(shū)對(duì)我國(guó)的影響1.我國(guó)為二氧化碳高排放量國(guó)：9人類(lèi)必須對(duì)能源與環(huán)保應(yīng)該覺(jué)醒石油儲(chǔ)藏量剩下1兆338億桶(Barrel)，尚可使用約43年天然氣儲(chǔ)藏量剩下146兆立方公尺，尚可使用約62年鈾儲(chǔ)藏量剩下395萬(wàn)噸，尚可使用約64年煤儲(chǔ)藏量剩下9,842億噸，尚可使用約230年全世界至少有20億人口，目前仍無(wú)電可用！不必等到石油耗盡，能源的價(jià)格將會(huì)飆漲到大家都無(wú)法承受！目前地球的平均溫度比20年前高了0.2℃以上1997年「京都環(huán)境會(huì)議」，制訂各工業(yè)國(guó)家CO2排放減量標(biāo)準(zhǔn)(2005/2/16開(kāi)始實(shí)施)各國(guó)皆訂定達(dá)成再生能源比例12%~15%之目標(biāo)人類(lèi)必須對(duì)能源與環(huán)保應(yīng)該覺(jué)醒石油儲(chǔ)藏量剩下1兆338億桶(B10能源種類(lèi)石油煤炭天然氣太陽(yáng)能風(fēng)力小水力地?zé)崮苌|(zhì)能能源化石能源新能源再生能源能源新利用燃料電池電動(dòng)機(jī)車(chē)淨(jìng)煤技術(shù)潔淨(jìng)能源能源種類(lèi)石油太陽(yáng)能能源化石能源新能源再生能源能源新利用燃料電11臺(tái)灣民眾應(yīng)該覺(jué)醒！我國(guó)98%以上的能源仰賴(lài)進(jìn)口水力的投資風(fēng)險(xiǎn)高且已近飽和政府非常家園政策，反核意識(shí)高漲發(fā)展使用符合環(huán)保、循環(huán)再生，並取之不盡之再生能源已是刻不容緩我國(guó)訂定再生能源比例之目標(biāo)為10%@20102010年再生能源發(fā)電裝置總?cè)萘磕繕?biāo):513.9萬(wàn)瓩，其中風(fēng)力:215.9萬(wàn)瓩、水力:216.8萬(wàn)瓩、太陽(yáng)光電:2.1萬(wàn)瓩、地?zé)?5.0萬(wàn)瓩、生質(zhì)能:74.1萬(wàn)瓩臺(tái)灣民眾應(yīng)該覺(jué)醒！我國(guó)98%以上的能源仰賴(lài)進(jìn)口12風(fēng)力發(fā)電(一)全球風(fēng)力發(fā)電總裝置容量已近25,000MW，年發(fā)電量逾500億度，估計(jì)約可供應(yīng)全球1,400萬(wàn)戶(hù)家庭之用電。全球風(fēng)力發(fā)電裝置容量成長(zhǎng)圖

風(fēng)力發(fā)電(一)全球風(fēng)力發(fā)電總裝置容量已近25,000MW，13風(fēng)力發(fā)電(二)VestasV47-660風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)1.葉片 8.油溫冷卻器15.轉(zhuǎn)向控制2.葉輪輪轂 9.萬(wàn)向接軸 16.齒輪箱支撐桿3.葉片軸承 10.主發(fā)電機(jī)17.轉(zhuǎn)向齒輪盤(pán)4.主傳動(dòng)軸 11.維修用小吊車(chē)18.轉(zhuǎn)向齒輪5.副發(fā)電機(jī) 12.旋角控制桿19.塔頂控制單元6.齒輪箱 13.機(jī)組座架20.油壓控制單元7.碟式煞車(chē) 14.塔架風(fēng)力發(fā)電(二)VestasV47-660風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)1.14太陽(yáng)光電(一)太陽(yáng)光電於最近幾年之成長(zhǎng)快速，近三年全球市場(chǎng)每年成長(zhǎng)近40%，於2000年之銷(xiāo)售量為287MW，至2001年則為390MW。國(guó)家19941995199619971998199920002001美國(guó)25.6438.8538.8553.053.760.874.79100.3日本16.5016.4021.2035.049.280.0128.60171.2歐洲21.7020.1018.8029.333.540.060.6686.4其他5.606.359.759.418.720.523.4232.6合計(jì)69.4477.6088.60125.8154.9201.3287.65390.5主要國(guó)家歷年太陽(yáng)電池市場(chǎng)銷(xiāo)售量(單位：MW)

太陽(yáng)光電(一)太陽(yáng)光電於最近幾年之成長(zhǎng)快速，近三年全球市場(chǎng)每15太陽(yáng)光電(二)拋物線(xiàn)槽式發(fā)電系統(tǒng)集中塔式發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)光電(二)拋物線(xiàn)槽式集中塔式16生質(zhì)能發(fā)電(一)目前生質(zhì)能為全球第四大能源，僅次於化石能源，供應(yīng)全球15%的初級(jí)能源需求，約占世界所有再生能源應(yīng)用的2/3。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，至1997年止生質(zhì)能在歐盟的總產(chǎn)量為占再生能源的63.6%；生質(zhì)能發(fā)電量則占再生能源的29%。包括：1.木材與林業(yè)廢棄物如木屑等。

2.農(nóng)作物與農(nóng)業(yè)廢棄物如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣等。

3.畜牧業(yè)廢棄物如動(dòng)物屍體、廢水處理所產(chǎn)生的沼氣。

4.垃圾與垃圾掩埋場(chǎng)與下水道污泥處理廠所產(chǎn)生的沼氣

5.工業(yè)有機(jī)廢棄物如有機(jī)污泥、廢塑橡膠、廢紙、黑液。生質(zhì)能發(fā)電(一)目前生質(zhì)能為全球第四大能源，僅次於化石能源，17生質(zhì)能發(fā)電(二)來(lái)源轉(zhuǎn)換核心技術(shù)利用廢塑膠廢橡膠石油焦油(污)泥都市垃圾農(nóng)產(chǎn)廢棄物生質(zhì)作物前處理氣化/裂解燃?xì)鉁Q(jìng)化/純化發(fā)電燃?xì)庖鏆鉁u輪機(jī)複循環(huán)發(fā)電燃料電池外燃式引擎固態(tài)衍生燃料熱利用鍋爐(混燒)焚化爐工業(yè)爐生質(zhì)能發(fā)電(二)來(lái)源轉(zhuǎn)換核心技術(shù)利用廢塑膠廢橡膠石油18地?zé)岚l(fā)電地?zé)岬挠猛旧鯊V，諸如發(fā)電、工業(yè)利用、農(nóng)業(yè)利用等，但以能源使用觀點(diǎn)而言，則以利用於發(fā)電上的使用範(fàn)圍最高。國(guó)外對(duì)地?zé)岚l(fā)電之大量開(kāi)發(fā)應(yīng)用始於1960年代，發(fā)展至2000年為止，全世界已有二十餘國(guó)共建置約250多座地?zé)岚l(fā)電廠，總裝置容量將近8,000MW。資料來(lái)源：物理趣談100則牛頓文庫(kù)

地?zé)岚l(fā)電地?zé)岬挠猛旧鯊V，諸如發(fā)電、工業(yè)利用、農(nóng)業(yè)利用等，但以19水力發(fā)電水力發(fā)電是再生能源，對(duì)環(huán)境衝擊較小。臺(tái)電公司推動(dòng)相關(guān)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中，裝置容量共27.45萬(wàn)千瓩，目前民間業(yè)者進(jìn)行中之水力發(fā)電裝置容量共計(jì)6.83萬(wàn)千瓩。水力發(fā)電水力發(fā)電是再生能源，對(duì)環(huán)境衝擊較小。臺(tái)電公司推動(dòng)相關(guān)20太陽(yáng)光電重要發(fā)展歷程1954年BellLabs發(fā)展出矽太陽(yáng)電池(Chapin等人，轉(zhuǎn)換效率約4.5%)1956年第一個(gè)太陽(yáng)電池製作成功1958年開(kāi)始太空應(yīng)用(GaAs)1970年開(kāi)始太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)地面應(yīng)用(Si)(能源危機(jī))1976年Carlson製作出第一個(gè)非晶薄膜太陽(yáng)電池1980年消費(fèi)性薄膜太陽(yáng)電池應(yīng)用(a-Si,CdS/CdTe)1990年與公用電力併聯(lián)之太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)成熟(Grid-ConnectedPVSystem,Si)(電力電子技術(shù))1992年起歐美、日各國(guó)推動(dòng)PV補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)2000年建材一體型太陽(yáng)電池應(yīng)用(BIPV)太陽(yáng)光電重要發(fā)展歷程1954年BellLabs發(fā)展出矽太陽(yáng)21不同太陽(yáng)電池材料對(duì)應(yīng)太陽(yáng)光譜波長(zhǎng)圖不同太陽(yáng)電池材料對(duì)應(yīng)太陽(yáng)光譜波長(zhǎng)圖22太陽(yáng)能發(fā)電原理太陽(yáng)能發(fā)電原理23太陽(yáng)能電池材料(一)太陽(yáng)電池種類(lèi)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)模組發(fā)電轉(zhuǎn)換效率矽(硅)silicon目前太陽(yáng)光電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛晶矽Crystalline單晶矽SingleCrystalline12~20%多晶矽PolyCrystalline10~18%非晶矽AmorphousSi、SiC、SiGe、SiH、SiO6~9%多化合物Compound應(yīng)用於太空及聚光型太陽(yáng)光電系統(tǒng)單晶SingleCrystallineGaAs、InP18~30%多晶PolyCrystallineCdS、CdTe、CuInse10~12%奈米及有機(jī)Nano&Organic應(yīng)用於有機(jī)太陽(yáng)電池，屬研發(fā)階段TiO21%以下資料來(lái)源：太陽(yáng)光電資訊網(wǎng)太陽(yáng)能電池材料(一)太陽(yáng)電池種類(lèi)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)模組發(fā)矽(硅)24太陽(yáng)能電池材料(二)單晶矽又稱(chēng)為單結(jié)晶、晶圓型。製程貴，發(fā)電量佳，礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設(shè)時(shí)面積上無(wú)法達(dá)到最大利用及吸收。多晶矽又稱(chēng)為多結(jié)晶。製程上較便宜，發(fā)電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設(shè)時(shí)可達(dá)到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有藝術(shù)效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結(jié)理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項(xiàng)鍊等裝飾品。非晶矽(可撓式)成本便宜，發(fā)電率較差，且容易造成裂質(zhì)化。但由於可直接鍍?cè)诓ＡЪ八苣z上面，與建築物可做最佳結(jié)合。除可做太陽(yáng)光電系統(tǒng)發(fā)電用，室內(nèi)型民生消費(fèi)品也常見(jiàn)其應(yīng)用，如：電子計(jì)算機(jī)、搖頭娃娃、玩具等。太陽(yáng)能電池材料(二)單晶矽25材料之比較材料理論轉(zhuǎn)換效率實(shí)際轉(zhuǎn)換效率耐用性成本用途單晶矽25-30%34%集光型24%(實(shí)驗(yàn)室級(jí))14-17%(商業(yè)用)佳高太空電力中央發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立電源少數(shù)民生用品多晶矽20%17.7%(實(shí)驗(yàn)室)11-14%(商業(yè)用)佳中獨(dú)立電源少數(shù)民生用品III-V族GaAs-lnP等35%27.8%(實(shí)驗(yàn)室)佳極高太空電力薄膜太陽(yáng)電池非晶矽15%13.5%(實(shí)驗(yàn)室)5-7%(商業(yè)用)

低獨(dú)立電源少數(shù)民生用品III-V族17-18%15.8%(實(shí)驗(yàn)室)佳低獨(dú)立電源少數(shù)民生用品材料之比較材料理論轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)換效率耐用性成本用途單晶矽25-326常見(jiàn)太陽(yáng)能電池模板資料來(lái)源：太陽(yáng)光電資訊網(wǎng)常見(jiàn)太陽(yáng)能電池模板資料來(lái)源：太陽(yáng)光電資訊網(wǎng)27太陽(yáng)能電池模組基本結(jié)構(gòu)+-太陽(yáng)電池模板接線(xiàn)太陽(yáng)電池模板結(jié)構(gòu)正面強(qiáng)化玻璃EVATedlarTM(Dupont）)EVAPolyesterTedlarTM(Dupont）)背面太陽(yáng)電池模板外觀太陽(yáng)能電池模組基本結(jié)構(gòu)+-太陽(yáng)電池模板接線(xiàn)太陽(yáng)電池模板結(jié)構(gòu)正28太陽(yáng)電池模板之規(guī)格範(fàn)例太陽(yáng)電池模板之規(guī)格範(fàn)例29太陽(yáng)能電池模板製作過(guò)程(一)1.清洗蝕刻2.磷擴(kuò)散P-typewaferP-typewafer太陽(yáng)能電池模板製作過(guò)程(一)1.清洗蝕刻P-typewa30太陽(yáng)能電池模板製作過(guò)程(二)3.鍍抗反射層4.網(wǎng)印5.燒結(jié)太陽(yáng)能電池模板製作過(guò)程(二)3.鍍抗反31太陽(yáng)光電能之電氣特性太陽(yáng)光電能之電氣特性太陽(yáng)光電能之電氣特性太陽(yáng)光電能之電氣特性太陽(yáng)光電能之電氣特性太陽(yáng)光電能之電氣特性32太陽(yáng)能電池之等效電路模型太陽(yáng)能電池，基本上是一p-n接面二極體，在上、下面皆有引出電極網(wǎng)，因此有接觸電阻效應(yīng)。電極與接面間存在漏電流，因其具有非線(xiàn)性之特性，故通常將它視為一個(gè)電流源。太陽(yáng)能電池之等效電路模型太陽(yáng)能電池，基本上是一p-n接面二極33電流-電壓特性曲線(xiàn)方程式電流-電壓特性曲線(xiàn)方程式，在忽略並聯(lián)電阻的情形下的方程式：

：太陽(yáng)能電池輸出電流：太陽(yáng)能電池輸出電壓

：光所產(chǎn)生的電流

：太陽(yáng)能電池的飽和電流

：為矽內(nèi)部電阻與電極部電阻等之串聯(lián)電阻

：載子電荷量：介電常數(shù)（1~2之間）

：波滋曼常數(shù)

：凱氏溫度為太陽(yáng)能電池所處的溫度電流-電壓特性曲線(xiàn)方程式電流-電壓特性曲線(xiàn)方程式，在忽略並聯(lián)34太陽(yáng)能電池Ｉ－Ｖ特性曲線(xiàn)分析太陽(yáng)能電池之輸出電流-電壓特性曲線(xiàn)，是藉由變更外部電阻來(lái)測(cè)定光電流與光電壓而成的。

Voc：開(kāi)路電壓Isc：短路電流Pm：最大輸出功率值Vm：最大輸出功率時(shí)之電壓Im：最大輸出功率時(shí)之電流

*太陽(yáng)電池開(kāi)路、短路時(shí)皆不會(huì)燒毀VocVmImIscPm電流源電壓源太陽(yáng)能電池Ｉ－Ｖ特性曲線(xiàn)分析太陽(yáng)能電池之輸出電流-電壓特性曲35照度對(duì)太陽(yáng)板之影響不同日照量下的特性曲線(xiàn)圖。不同日照量下的特性曲線(xiàn)圖

。照度對(duì)太陽(yáng)板之影響不同日照量下的特性曲線(xiàn)圖。不36溫度對(duì)太陽(yáng)板之影響不同溫度下的特性曲線(xiàn)圖。不同溫度下的特性曲線(xiàn)