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加受光面的折射度，让太阳光线能够在光伏电池板上多次来回折射，以最大程度将光子能量转换为电子能量；寻找对光感应更敏感的材料代替硅材料，以获得更大的转换效率。
2．系统造价成本高
由于光伏发电效率低，要发出足够的电则需要许多光伏电池板。2003年单、双晶硅光伏电池组件的价格约为36～40元/Wp，相比于目前的火力和水力发电，光伏发电的成本约为后者的6～20倍。成本高是当前制约光伏发电市场快速发展的主要原因。
3．发电运行受气候环境因素影响大
光伏发电源直接来源于太阳照射，而地球表面的太阳照射受气候的影响时有时无。另外，由于环境污染的影响，特别是空气中的颗粒物灰尘降落在光伏电池板上，从而阻挡了阳光的照射，减少了光线的投入量，进而减少了光电的转换。
4．制造单晶硅和多晶硅光伏电池需要消耗相当多的能源
硅是地球上各种元素中含量仅次于氧的元素，主要存在形式是沙子（SiO2，二氧化硅）。从沙子变成多晶硅和单晶硅要经过多道化学和物理工序，其间，要消耗相当多的能量，这也是他们生产成本高的原因。制造非晶硅光伏电池所需的能耗少得多，人们正在为提高它的稳定性和工作寿命，降低它的内阻从而提高它的光电转换效率而不懈努力。
5．其他因素
由于太阳光存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的特点，因此发电受外界环境的影响较大。
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第三章 光伏电池及其特性
太阳能电池阵列是将太阳能转换成电能的装置，是光伏系统的重要组成部分，它决定了光伏系统的发电量。太阳能电池板输出的功率受温度、光照强度的影响比较大。
3.1 太阳能电池的分类
太阳能电池多为半导体材料制造，发展至今，己经种类繁多，形式多样。下面按照材料进行分类并且加以介绍。
1．硅太阳能电池
指以硅为基体材料的太阳能电池，有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、 非晶硅太阳能电池等。其中，单晶硅太阳电池效率高、寿命长、性能优良，但成 本高，而且限于单晶的尺寸，单片太阳电池面积难以做得很大。多晶硅电池成本 比单晶硅低，单片电池也可以做得比较大，效率比单晶硅电池低。非晶硅太阳电池对太阳光的吸收系数大，因而非晶硅太阳电池可以做得很薄，通常是单晶硅或多晶硅电池的五百分之一，所以制作非晶硅太阳电池资源消耗少。非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换率偏低，目前效率一般在6%左右。
2．化合物半导体太阳能电池
指由两种或两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物半导体材料制成 的太阳能电池，如硫化福太阳能电池、砷化嫁太阳能电池等。
3．有机半导体太阳能电池
指用含有一定数量的碳一碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体 材料制成的太阳能电池。
4．薄膜太阳能电池
指用单质元素、无机化合物或有机材料制成的薄膜为基体材料的太阳能电 池。目前主要有非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、化 合物半导体薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池等。 此外，按照应用还可将太阳能电池分为空间太阳能电池和地面太阳能电池两 大类。地面太阳能电池又可分为电源太阳能电池和消费品用太阳能电池两种。空 间太阳能电池的主要要求是耐辐射性好、可靠性高、光电转换效率高、功率面积 比和功率质量比优等。
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3.2 太阳能电池的基本工作原理
太阳能电池是利用半导体材料的电子特性把太阳光直接转换成电能的一种 固态器件。
太阳能电池工作原理的基础，是半导体P-N结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，简单地说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。现将半导体太阳能电池的发电过程概括成如下4点：
1.首先是收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。
2.太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子(光生载流子)一一电子一空穴对。这些电子和空穴应有足够的寿命，在它们被分离之前不会复合消失。
3.这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池P-N结内建电场的作用下，电子一空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中到一边，在P-N结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。
4.在太阳能电池P-N结的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能(或其他光能)直接转换成了电能。
当太阳光(或其他光)照射到P-N结时，半导体内的原子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子一空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，于是就在P-N结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使P型区带正电、N型区带负电，于是就使得P区与N区之间的薄层产生了电动势，即光生伏打电动势。当接外电路时，便有电能输出。这就是P-N结太阳能电池发电的基本原理。如图3-1所示：
N型区内建电厂P型区—光子入射— 图3-1 光生伏打效应原理图
++++++++————————++光子入射 12
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3.3 太阳能电池的等效电路
太阳能电池的等效电路如图3-2所示：
RsIscIoRshIU 图3-2 光照时太阳能电池的等效电路
其中：
Isc:是短路电流，就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。它的值与太阳能电池的面积大小、光照强度、环境温度成正比。
U为太阳能电池的输出值，当太阳能电池两端开路时，太阳能电池输出的电压值为开路电压Unr，与太阳光辐射强度有关系，而与电池板面积的大小没有关系。开路电压值随着光照强度的升高而升高。 Io为通过P-N结的总扩散电流。
Rs为串联电阻，主要由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接接触电阻所组成。
Rsh为并联电阻，是电池边缘漏电或者耗尽区内的复合电流引起的。
根据太阳能电池等效电路和电子学理论，太阳能电池的电流方程可以用下式表示：
q(U?IRs)U?RsI (3-1) I?Isc?I0{exp[]?1}?AKTRsh式中：
I——太阳能电池输出电流，A；
?191.6?10C； ——电子电荷常数，为q
I0——反向饱和电流，A；
A——常数因子(正偏电压大时A值为1，正偏电压小时A值为2)； K——波尔兹曼常数，1.38?10?23J/K； T——绝对温度，K。
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通常情况下，一个理想的太阳能电池，串联电阻Rs很小，而并联电阻Rsh很大。由于Rs和Rsh分别串联和并联在电路中，所以在进行理想的电路计算时，它们可以忽略不计，太阳能电池的电流方程可化为：
q(U?IRs)I?Isc?I0{exp[]?1} (3-2)
AKT 当电路外接负载接RL时，设太阳能电池输出电流为IL，则输出功率为：
P?IL?RL?{Isc?IO[e2q(U?IlRs)AKT?1]}2?RL (3-3)
3.4 太阳能电池的I-V特性
在特定的太阳光照强度和环境温度下，由公式3-3可知，当外接电阻R，从0变化到无穷大时，可以得出太阳能电池负载特性曲线，曲线如图3-3所示。与曲线上的任一点相对应的横坐标、纵坐标即为太阳能电池的工作电压和工作电流。当调节负载电阻R到某一值时，太阳能输出功率为最大值，此工作点即为太阳能电池最大功率点。该点所对应的功率称为最大功率点功率Pm，该点所对应的电压称为最大功率点电压Um，该点所对应的电流称为最大功率点电流Im： Pm=ImUm (3-4) 太阳能电池的I-V特性曲线对于分析太阳能电池非常重要，由图可以看出太阳能电池是一个既非恒压源又非恒流源的非线性直流电源。
功率P/W电流I/AIscImPm0
0UmUoc电压U/V图3-3
太阳能电池负载曲线
根据太阳能电池的I-V特性曲线，在给定温度和日照强度下，可以定义出几个重要的技术参数:
(1)短路电流IS：电池板所能输出的最大电流()
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