光伏電解水是一種通過光伏電池板和電解槽將太陽能發(fā)電和水分解相結(jié)合，實現(xiàn)可再生綠氫能源生產(chǎn)的技術(shù)。

影響光伏電解水裝置制氫效率主要有以下三個因素，分別是：

• 光伏電池自身的發(fā)電效率；

• 光伏電池與電解槽之間的電能傳遞效率；

• 電解槽內(nèi)部的質(zhì)子交換膜的效率。

制氫效率η

光伏電解水裝置的制氫效率可通過公式表示為^[1]：

η_m是光伏電池效率

η_t是光伏電池與電解槽之間的傳遞效率

η_e是質(zhì)子交換膜效率

光伏電池效率η_m

本篇文章主要講解的是光伏電池效率η_m的計算，同系列的其他計算方法將在后續(xù)的文章中進行說明。

光伏電池效率η_m的計算公式如下：

A_c是光伏電池的有效面積，它決定了光伏電池能夠吸收多大區(qū)域的光照，通常以m²為單位；

G是太陽的輻射強度，表明了太陽能輻射到光伏電池板表面上的能量流量密度，通常以W/m²為單位；

I_c和V_c分別是光伏電池的電流和電壓，它們的關(guān)系如下^[2]：

I_ph為光電流，是光伏電池吸收入射光子后產(chǎn)生的電流，單位為A；

I₀是光伏電池的飽和暗電流，定義為光伏電池在無光照時，由外電壓作用下P-N結(jié)內(nèi)流過的單向電流，單位為A；

e為基本電荷，大小為1.6×10^-19C；

A是光伏電池的理想因素，通常在1到2之間；

K_B是玻爾茲曼常數(shù)，為1.380649 × 10^-23J/K；

V_c是光伏組件輸出的電壓，單位為V；

T_C為電池的工作溫度，通過實時測試獲得，單位為℃。

光電流I_ph和飽和暗電流I₀

在這些相關(guān)參數(shù)當中，光電流I_ph和飽和暗電流I₀計算較為復雜，需單獨展開講解：

光電流I_ph計算方法如下：

G是太陽的輻射強度，單位為W/m²；

I_SC是光伏電池的短路電流，定義為電池電路中沒有連接任何負載電器或電池充電器等設備時，光伏電池所能產(chǎn)生的最大電流，單位為A；

k₀是短路電流時的溫度系數(shù)，不同類型的光伏電池以及不同的制造商制造的光伏電池具有不同的溫度系數(shù)，單位為%/°C，具體數(shù)值需查閱相關(guān)產(chǎn)品文檔或者咨詢相關(guān)技術(shù)人員；

T_C為電池的工作溫度，通過實時測試獲得，單位為℃；

是參考溫度，來自于標準化光伏電池性能的測試溫度，為25℃。

其中，T_C和的關(guān)系為，λ是溫度系數(shù)，為光伏電池在開路電壓或工作電壓狀態(tài)下，隨溫度變化而產(chǎn)生的相對變化率，通常表示為%/°C，代表每攝氏度溫度變化時電壓變化的百分比；G為太陽輻射強度，單位為W/m²。

飽和暗電流I₀計算方法如下：

I_or是光伏電池的反向飽和電流，表示當光伏電池處于反向偏置狀態(tài)即正極電壓低于負極電壓時，通過電池的微小電流。這個電流是由于電子-空穴對在材料中的自然漂移而產(chǎn)生的，這種電流在實際應用中通常要被盡量減小，因為它會導致能量損失，單位為A；

T_C為電池的工作溫度，通過實時測試得知，單位為℃；

是參考溫度，來自于標準化光伏電池性能的測試溫度，為25℃；

e為基本電荷，大小為1.6×10^-19C；

E_g是帶隙能量，是半導體材料的電子結(jié)構(gòu)中電子能級的躍遷所需的最小能量，不同的材料具有不同的帶隙能量，通常以電子伏特eV作為單位表示；

K_B是玻爾茲曼常數(shù)為1.380649 × 10^-23J/K；

A是光伏電池的理想因素，通常在1到2之間。

簡單來說，通過計算光電流I_ph和飽和暗電流I₀，以及測試光伏電池板的輸出電壓，便能推算出光伏電池的電池效率η_m。

參考文獻