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光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為n型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成p型半導體。當p型和n型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到p－n結后，空穴由p極區往n極區移動，電子由n極區向p極區移動，形成電流。
光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉太陽能電池板換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000mw的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kw的投資為2000～2500美元。因此，適用小規模特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
單晶硅太陽能的光電轉換效率最高的達到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的。但是單晶硅太陽能電池的制作成本很大，以至于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶硅太陽能電池從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。因此，從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。研究者發現有一些化合物半導體材料適于作太陽能光電轉化薄膜。例如cds,cdte；ⅲ-v化合物半導體：gaas,aipinp等；用這些半導體制作的薄膜太陽能電池表現出很好光電轉化效率。具有梯度能帶間隙多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。使薄膜太陽能電池大量實際的應用呈現廣闊的前景。在這些多元的半導體材料中cu(in,ga)se2是一種性能優良太陽光吸收材料。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅明顯地高的薄膜太陽能電池,可以達到的光電轉化率為18%.
太陽能交流發電系統是由太陽能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發電系統則不包括逆變器。為了使太陽能發電系統能為負載提供足夠的電源，就要根據用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100w輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100w時，則實際需要輸出功率應為100w/90%=111w；若按每天使用5小時，則耗電量為111w*5小時=555wh。2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555wh/6h/70%=130w。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。
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