太陽能的法力無邊, 其中：由於在地球上的日照不平 均, 所以造成冷熱溫度對流而生

概述　　　　原著作來自於：中華太陽能聯誼會
太陽能的法力無邊, 其中：由於在地球上的日照不平 均, 所以造成冷熱溫度對流而生成風, 而風力亦可發電, 所以在美國 風力發電 也歸太陽能源的一種. - - - - - 其實:當陽光照耀於 海洋、湖、河 , 將水氣蒸發上升形成於雲雨 , 降到山上 , 集水成溪河流下 , 人類將此位差能 , 製造成 "水力發電 "(不也是太陽能所形成的).
此外太陽能的應用又可分為熱能的 "太陽能熱水器" 及光直接轉換電的 "太陽能電池" , 本聯誼會目前較著重於 "太陽能 電池" 的應用推展.
太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片, 它祇要一照到光, 瞬間就可輸出電壓及電流. 而此種太陽能光電池 (Solar cell)簡稱為太陽能電池,或太陽電池(在台灣的早期翻譯書籍上直接引用日文中的漢字,其實不是battery而是cell), 又可稱為太陽能晶片. 在中國大陸稱為硅晶片,因為中文"硅"是 矽的古字, 矽為現代譯音字. 在物理學上稱為 光生伏打(Photovoltaic),簡稱PV(photo=light光線,voltaics=electricity電力).
製圖:查丁壬
矽(silicon)為目前通用的太陽能電池之原料代表, 而在市場上又區分為: 1.單結晶矽 2.多結晶矽 3.非結晶矽. 而目前消費市場應用(切割後封裝)上大多為單晶矽及非晶矽兩大類, 原因是：一.單晶效率最高. 二.非晶價格最便宜, 且無需封裝, 生產也最快. 三.多晶的切割及下游再加工 較不易, 而前述兩種都較易於再切割及加工. 但是"模組封裝"(太陽能光發電工程應用板材)為單晶與多晶為主, 原因是：非晶效率太低, 產品壽命也太短.
太陽能電池的發電能源來自於光的波長,太陽光是一種全域波長, 而白熾燈的波長與日光燈的波長不同, 太陽能電池以陽 光或白熾燈之波長為較適用, 而太陽能電子計算機上的太陽能電池是屬於 "室內型的非晶" 如果長期拿到戶外曝曬,且串並聯為較大電壓及電流時,將導致其內部連結組織燒斷而損壞,這是過去有人因錯用材料(以為太陽能電池只有一種), 卻誤以為所有的太陽能電池都不實用的原因.
太陽能製造廠商將太陽能電池稱為cell,國內業者則慣稱晶片,把晶片(或依設計所需要的電流進行晶片切割後)焊上箔條導線(焊帶)再將許多焊好的晶片用箔條串聯成一組,再和EVA、Tedlar與低鐵質強化壓紋玻璃(白玻璃)層層疊疊,一同放入層壓機(Laminate)的機台上做真空封裝, 製成 module ( panel)稱之為模組或稱太陽能板,將若干太陽能板組成方陣(列陣array),接配上過充放保護控制(controller)及深(循環)放電蓄電池(鉛鈣) 以及逆轉變流器(inverter直流轉變為交流)合稱為：太陽能電力系統,又稱：太陽能發電站.
一般太陽能光電商品,其太陽能輸出電流如果在300毫安(mA)以下時,都只會在太陽能板正極輸出端,接裝一個負載極微小的防逆二極體 (schottky diode消基二極體)以防止蓄電池內的電流逆流回到太陽能板,如此就可以接上蓄電池使用.
太陽能板的規格除了外形尺寸之外,另有一些特性數據,其中 Voc=開路電壓, Isc=短路電流, Vmp(Vop)=最大工作電壓, Imp(Iop)= 最大工作電流, Vmp x Imp= W瓦 / (最大)功率.在太陽能商品說明書上所看到的數據均以" 國際通用標準光源條件 " : 100mW / cm2(即夏季無雲晴天中午的照度12萬LUX) 及攝氏溫度25度,為測試條件(各地氣候不同,一天中符合如此條件的機會很少, 台北1年365天中也沒幾天符合這樣子的環境條件).所以實際上的應用數據是達不到商品型錄上所號稱那麼高的.
太陽能電池的功能係以其轉換效率作為分等, 以單結晶矽來說: 商業級 (印刷式) 晶片從11% ~16%, 特殊定製品從17% ~20%, 太空級 (蒸鍍式) 晶片從16%~24%, 當然效率愈高其價格就愈貴,較高效率的晶片要預付款排隊訂購但不一定買得到, 在澳洲1996年世界太陽能車競賽前,Honda就將效率達24%的晶片全部契約買斷,而21%~23%也被其他集團 高價包下,當時地面用太空級晶片只有效率17% ~20%的晶片較有機會買得到,但要預約排到6 ~10個月之後.
值得一提的是：經過幾年來世界太陽能車3000公里競賽的經驗,發現唯有太空式晶片,才能經得起長途跋涉的顛簸震動(焊接點不易脫落),這就是以焊接來說:蒸鍍式晶片與印刷式晶片在移動環境(車用)使用下的效果差異. 換句話說:固定式(靜止)的太陽能電池 模組,可以採用較便宜的印刷式晶片. 但以當今現有的焊接科技而言,在移動(震動)的環境下使用太陽能電池時,目前還是以太空級(蒸鍍式)的太陽能電池較為持久可靠.

貳 . 單晶太陽能電池的生產介紹
拉晶：主原料為二氧化矽, 經純化後(目前全球僅有少數純化原料廠, 供不應求), 再用拉晶爐成長成晶柱(Ingot).
修角：早期製造太陽能電池的晶柱因無修角, 直接將圓晶柱切片, 所以成品為圓形晶片 現在大多先將晶柱修角成近似四方柱形.
切片：用切片機將修成近似四方柱形的晶柱, 一片片的切成薄片(像切 方形火腿片),一般切到約0.3~0.4mm的厚度.
刻蝕:化學刻蝕及拋光成為0.25 ~0.3mm的薄片(wafer).
清洗：用純水將薄片洗淨.
擴散及銀漿印刷：經由擴散爐處理後,製成N型上層及P型下層, 再將晶片表面及背面分別用銀 漿印刷成輸出電路, 一般表面為負極, 背面為正極, 經由摹擬陽光儀作功率檢測及品管分級後,即為商業成品.
蒸鍍：如將表面及背面不經過絲網印刷, 而改採光刻及坩鍋蒸鍍式製造抗反射層與表面的輸出導線, 再加上其他特殊技術, 如此可提高太陽能電池的轉換效率. 但坩鍋的容納有限生產量較少, 蒸鍍耗時生產速度較慢, 其成本及售價將提高許多; 太空式單晶片即採用此法. (製造常規商業級的薄片電阻約0.5 ~3歐姆,有些太空式的薄片電阻需低於0.01歐姆以下---馬丁格林電池E~24%,澳洲)
參 . 三種市場上流通的太陽能電池
單結晶矽太陽電池 SINGLECRYSTAL
多結晶矽太陽電池 POLYCRYSTAL
非結晶矽太陽電池 AMORPHOUS
目前,在美國的一位華裔李姓科學家,採用 銅銦亞鹽酸(copper indium diselenide)製成新的太陽能電池, 其轉換效率與結晶矽太陽能電池相當,而價格與重量卻下降了許多.(但是,距上市可能還要一段時間)
另外,德國 ISE 以矽粉製成較低價的："結晶薄膜太陽能電池"
商業市場的明日之星單晶薄膜太陽能電池 .太陽能電池實用化的最重要的問題,就是要開發出性能與價格比"能量更高的晶片"，實際上太陽能電池成份中參與光電轉換的,僅是半導體表面上幾微米的薄薄一層。目前科學家們已經能成功的利用外延生長技術製成p－n結合，與傳統晶片材料中的p－n結合相比,面積減少了很多倍。用此種p－n結合製作積體電路時可大量減小寄生電容與基片和佈線間的電容，較利於高速化,又組件之間的間隔減少，也利於高密度化,組件之間沒有相互影響，更便於設計和佈置。有了這些特點更加符合大型積體電路的高速度、與高密度的要求。目前最常用也是最成功的製成技術,是採用熱分解SiH4氣體的氣相沈積法，在藍寶石上沈積得到單晶矽薄膜,拜研究IC業界努力之賜,單晶薄膜太陽能電池搭此便車,將會加快商品化,及早問世.
肆 . 應用實例 : 有太陽能屋. 太陽能燈. 太陽能電廠. 太陽能系統安裝. 太陽能飛機. ...等 . 古今結合-----1800年前的古董加上太陽能------ - -> 太陽能 龍骨水車
伍 . 應用入門
如何實際體驗到太陽能一見光就來電的動力呢? 將一片教學晶片(1V 150mA )焊接上一個太陽能專用馬達(0.5V ~6V. 10mA起動)及一個風扇葉片, 再加上您寶貴的創意即可發明一件新產品了. **本產品** 售價NT.260元一組, 太陽能科技島會員特價: 220元 , 加上掛號郵資30元=250元. 劃撥帳號:19034485 戶名:強而青科技開發有限公司.
在做實驗當中如果您串聯兩片晶片,則電力將改變成2V, 150mA 馬達會轉得快一點.如果您串聯四片晶片,則電力會變成4V, 150mA 馬達轉速更快. 這個太陽能專用馬達最高可承受6片晶片,也就是6V. 如果您想在弱光下就能驅動馬達,那就請您改用並聯的方法,兩片並聯也就是 1V, 300mA. 將四片並聯,則為1V, 600mA(0.6A)可以承載較大的扭力. 串、並聯的不同,會影響太陽能發電的效果,等您親自來做實驗,就會明白太陽能電池的應用原理了.
陸 . 應用市場的發展
由於封裝技術,焊接材料與加工方法及晶片上的改良,在1991年太陽能系統的壽命約5到10年.到了1995年則增加到10 ~20年, 而到公元2000年更可延長使用年限到25年以上. 於1995年僅美國市場的太陽能電池銷售額為35億美元.由於石油 及環保(全球溫室效應)的問題,以及外交上對落後地區的援助,使得在公元2000年後全球的太陽能電池銷售額成數倍的成長.到了2005年後,由於德國等環保先進國家新建築法規的因素, 造成太陽能板需求量爆發大增,瞬間市場嚴重缺貨,造成全球太陽能電池產業的蓬勃發展,許多太陽能電池廠的股價,一夕之間衝到最高點. 同時也帶動洞悉商機的傳統製造業轉型,投入太陽能相關商品的開發、應用.太陽能電池的充電發展:太陽能電池應用在消費性商品上,大多有充電的問題,過去一般採用鎳氫或鎳鎘乾電池來充電,但是鎳氫乾電池無法抗高溫,鎳鎘乾電池有環保污染的問題. 近年來超級電容發展快速,容量超大,面積反縮小,加上韓國產品價格低廉,因此有部份太陽能產品開始應用超級電容來充電,因而改善了太陽能充電的許多問題:1.充電較快速, 2.壽命長5倍以上, 3.充電溫度範圍較廣, 4.減少太陽能電池用量(可低壓充電).
柒 . 太陽能實驗室
太陽能光電教學(增進學生創造力及研究發明用)實驗室組件:
測試負載用電源供應器：6A,30V,一台.
陽光摹擬器：600W,一組.
逆轉變流器：一組.
實驗用分電式太陽能板：4A(可變換),8片.
零件箱：專用中小馬達,小晶片,風扇,焊具,電線,電壓表,電流表.
示範品：模型車,模型船,閃光燈,照明燈.
**以上整組約值台幣48,000.元(含安裝及指導),強而青科技提供.
**另有產業轉型升級用的專業太陽能實驗室,為台幣50萬元(含軟硬體, 及3個月技術轉移).
捌 . 太陽能電力系統
製圖:查丁壬
一.太陽能電力系統在大型應用上一般以"發電站"為主,其設立流程如下:
設立太陽能發電站的立案.
用途及電力容量規模的設定.
設置日期及場所的預定. **以上為企劃 / 以下為執行**
細部設計者的委託確認.
光影模型製作
設置場所的氣象調查.
設置方向及仰角的現場放樣.
列陣配置及基礎結構的設計.
發電量的預估.
周邊器材的配置設計.
總工程費用及完工日期預估.
工程發包.
施工校正.
完工測試.
保養維修技術的轉移.
追蹤記錄.
**備註:
當串聯十片模組以上時,因電壓會高達180V以上,應由專業經驗技術人員安裝,以避免疏失傷亡.
二.太陽能電力系統的種類:
國外大型太陽能電力系統的設立,一般多由能源公司(電力公司或石油公司)出資及裝置, 以相應環保回饋社會,或轉投資.在系統種類上可區分為:1.獨立蓄電系統: 於白天將太陽光產生的電力經由控制電路,儲存到聯結蓄電池組內,再視 需要經由逆轉變流器,將蓄電池內的直流電轉變為交流電,供電器使用.2.返饋式電力系統: 當用電負載較大時,太陽能電力不足就向電力公司(市電)購買電力,而負 載較小或不使用電器時,就可以將多餘的電力賣回給市電.3.市電併聯系統: 直接將太陽能電力經由市電併聯轉換器(與inverter不儘相同)轉為交流電, 供一般電器使用.一旦太陽能電力不足時,瞬間即跳接到市電,不影響一般電器的正常使用, 而達到節約用市電的目的.(本系統為不使用多數蓄電池的二次電源)