科普知識:太陽能光伏知識

科普知識： 太陽能光伏知識
1、?1、?????????? 太陽能電池發(fā)電原理: 太陽電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過程。 P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。
如圖1所示。

用文字圖描述如下：

當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。
2、晶體硅太陽電池的制作過程: "硅"是我們這個星球上儲藏最豐富的材料之一。自從上個世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維，20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見"硅"的身影和作用,晶體硅太陽電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟:a)提純過程 b)拉棒過程 c)切片過程 d)制電池過程 e)封裝過程. 如下圖所示：

3、太陽電池的應(yīng)用: 上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)-----通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈，太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng),村寨供電的獨立系統(tǒng)，光伏水泵（飲水或灌溉）,通信電源，石油輸油管道陰極保護(hù)，光纜通信泵站電源,海水淡化系統(tǒng)，城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。在世紀(jì)之交前后期間，歐美等先進(jìn)國家光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。光伏電源系統(tǒng)的組成：

4、太陽電池基本性質(zhì): a） 光電轉(zhuǎn)換效率η％:評估太陽電池好壞的重要因素。 目前：實驗室η≈24％，產(chǎn)業(yè)化：η≈15％。 b）單體電池電壓V：0.4V---0.6V 由材料物理特性決定。 c）填充因子FF％：評估太陽電池負(fù)載能力的重要因素。
幾何意義用I-V曲線圖來表示：

陰影部分為負(fù)載面積，填充因子的數(shù)學(xué)表達(dá)形式：
FF=(Im*Vm)/(Isc*Voc)
其中：Isc--短路電流, Voc--開路電壓, Im--最佳工作電流, Vm--最佳工作電壓; d）標(biāo)準(zhǔn)光強與環(huán)境溫度 地面：AM1.5光譜,1000W/m2,t=25℃; e）溫度對電池性質(zhì)的影響 。 例如：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，AM1.5光強， t=25℃ 某電池板輸出功率測得為100Wp，如果電池溫度升高至45℃時，則電池板輸出功率就不到100Wp.
5．太陽能"光—電轉(zhuǎn)換"： 一束光照在半導(dǎo)體上和照在金屬或絕緣體上效果截然不同。由于金屬中自由電子如此之多，以致光引起的導(dǎo)電性能的變化完全可忽略。絕緣體在很高溫度下仍未能激發(fā)出更多的電子參加導(dǎo)電。而導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體對體內(nèi)電子的束縛力遠(yuǎn)小于絕緣體，可見光的光子能量就可以把它從束縛激發(fā)到自由導(dǎo)電狀態(tài)，這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)局部區(qū)域存在電場時，光生載流子將會積累，和沒有電場時有很大區(qū)別，電場的兩側(cè)由于電荷積累將產(chǎn)生光電電壓，這就是光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。
??? 當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在P—n結(jié)，則在P型和n型交界面兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得n區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P—n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反光的生電場。光生電場的一部分除抵銷勢壘電場外，還使P型層帶正電，n型層帶負(fù)電，在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動勢。若分別在P型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過。如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。
??? 制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。
??? 所以，將入射太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件稱為太陽能電池。它一般由兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)或異質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成。目前，在空間或地面獲得應(yīng)用的只有硅電池，研究得比較成熟的還有砷化鎵電池、硫化鎘電池。硅太陽能電池是1954年由美國皮爾遜等人首次制成，1958年首次應(yīng)用在“先鋒1號”衛(wèi)星上。1958年，我國亦開始研究太陽能電池，在1971年3月發(fā)射的科學(xué)實驗衛(wèi)星上首次應(yīng)用，隨著硅電池制造成本的逐年降低和技術(shù)的日益成熟，太陽能電池必將獲得更廣泛的應(yīng)用。
6．太陽電池的應(yīng)用的主要領(lǐng)域：
1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用語邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。
??? 2. 交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。?
??? 3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。
??? 4. 石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。
??? 5.家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。
??? 6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
??? 7.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。
??? 8.其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設(shè)備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。
??? 目前美國、歐洲各國特別是德國及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽電池應(yīng)用，開始實施的"十萬屋頂"計劃、"百萬屋頂"計劃等，極大地推動了光伏市場的發(fā)展，前途十分光明。
7．什么是太陽能電池?有哪些分類?? 太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的菁膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的式太陽能民池則還處于萌芽階段。太陽 光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴由-電子對。在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄式和非結(jié)晶系膜式(以下表示為a-)兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。
??? 按材料可分類硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機薄膜形，百化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP)、ⅡⅥ族(cds系)和磷化鋅(Zn3P2)等。
8．太陽能電池：太陽能電池是利用電池將光的能量直接轉(zhuǎn)變成電能，太陽光是宇宙取之不盡，用之不竭的天然能源，又具安全、方便及無污染的特性，故太陽能再生能源的開發(fā)利用有其必要性。
??? 太陽能電池的種類:太陽能電池的種類有單晶硅及非晶硅、多結(jié)晶硅三大類，而目前市場應(yīng)用上大多為單晶硅及非晶硅。（1）單結(jié)晶硅太陽電池，
單晶硅電池最普遍，多用於發(fā)電廠、充電系統(tǒng)、道路照明系統(tǒng)及交通號志等，所發(fā)電力與電壓范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高，使用年限長，世界主要大廠，如德國西門子、英國石油公司及日本夏普公司均以生產(chǎn)此類單晶硅太陽能電池為主，市場占有率約五成，單晶硅電池效率從11%~24%，太空級 (蒸鍍式) 晶片從16%~24%，當(dāng)然效率愈高其價格也就愈貴。（2）多結(jié)晶硅太陽電池，多晶硅電池的效率較單晶硅低，但因制程步驟較簡單，成本亦低廉，較單晶硅電池便宜20%，因此一些低功率的電力應(yīng)用系統(tǒng)均采用多晶硅太陽電池。
?9。太陽光發(fā)電和太陽熱發(fā)電：地球所接受的太陽能功率，平均每平方米為1353千瓦，這就是所謂的“太陽常數(shù)”。也就是說，太陽每秒鐘照射到地球上的能量約為500萬噸煤當(dāng)量。就是這些能量比目前全世界人類的能耗量大3.5萬倍。雖然很久以來，人們在不同程度地利用著其能量，最近，溫水器的直接利用，空調(diào)、太陽能電池的電力供給以及太陽能住房等方面都有了很大發(fā)展。很自然的想法是向太陽要電能，但怎樣有效的利用太陽所恩賜的能量，使其成為下世紀(jì)的一大可利用能源，是新能源開發(fā)中的一個重要課題。
??? 太陽能轉(zhuǎn)換為電能有兩種基本途徑：一種是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，即“太陽熱發(fā)電”；另一種是通過光電器件將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能，即“太陽光發(fā)電”。太陽熱發(fā)電，全世界以以色列的技術(shù)最為先進(jìn)。吸取加州的技術(shù)，巴西、印度、摩洛哥正在 計劃進(jìn)行設(shè)備的建設(shè)，世界銀行已開始提供資金給開發(fā)中的國家。入射到地球表面的太陽能是廣泛而分散的，要充分收集并使之發(fā)揮熱能效益，就必須采取一種一種能把太陽光發(fā)射并集 中在一起，變成熱能的系統(tǒng)。一種方法是采取一種能把太陽光發(fā)射并集中集中加熱 ，轉(zhuǎn)換成為高溫水蒸氣，以蒸汽渦輪機變換為電。也可以采用拋物面型的聚光鏡將太陽熱集中，使用計算機讓聚光鏡追隨太陽轉(zhuǎn)動。后者的熱效率很高，將引擎放置 在焦點的技術(shù)發(fā)展的可能性最大。
　　除了太陽熱發(fā)電技術(shù)外，目前人類社會也在大力開發(fā)太陽光技術(shù)。太陽輻射的光子帶有能量，當(dāng)光子照射半導(dǎo)體材料時，光能便轉(zhuǎn)換為電能，這個現(xiàn)象叫“光生伏打效應(yīng)”。太陽電池就是利用光生伏打效應(yīng)制成的一種光電器件。太陽電池與普通的化學(xué)電池(干電池、蓄電池)完全不同，是一種物理性質(zhì)電源。雖然太陽光一照射太陽電池就能發(fā)電，但它與一般的發(fā)電機大相徑庭，它無旋轉(zhuǎn)和磨損，能靜悄悄地發(fā)電。
10．太陽能電源的研究設(shè)計：
　水情遙測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)測量站點不少處于交通不便、無電網(wǎng)供電的地方。為設(shè)計一點二址的水情遙測系統(tǒng)中，對其中的一站點電源設(shè)計選用太陽能對蓄電池進(jìn)行補充的電源方案。
　　首先，數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)采用低功能耗的。
　　其次，選擇的太陽能發(fā)電板和蓄電池應(yīng)是經(jīng)濟(jì)、可靠性的。既要防止太陽能發(fā)電板在陰雨期容量不夠，達(dá)不到測量目的，又要避免容量過大，造成浪費。
　　一、關(guān)于硅太陽能發(fā)電板容量
　　硅太陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率ＷＰ。太陽能發(fā)電功率量值取決于負(fù)載２４ｈ所消耗的電力 Ｈ?ＷＨ?，由負(fù)載額定電源與負(fù)載２４ｈ所消耗的電力，決定了負(fù)載２４ｈ消耗的容量Ｐ?ＡＨ?，再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響，計算出太陽能電池陣列工作電流ＩＰ?Ａ?。
　　由負(fù)載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓ＶＦ ?Ｖ?，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓ＶＴ ?Ｖ?及反充二極管Ｐ－Ｎ結(jié)的壓降ＶＤ?Ｖ?所造成的影響，則可計算出太陽能電池陣列的工作電壓ＶＰ?Ｖ?，由太陽電池陣列工作電源ＩＰ?Ａ?與工作電壓ＶＰ?Ｖ?，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率ＷＰＷ，從而設(shè)計出太陽能板容量，由設(shè)計出的容量ＷＰ與太陽能電池陣列工作電壓ＶＰ，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。
　　太陽能電池陣列的具體設(shè)計步驟如下：
　?。保嬎阖?fù)載２４ｈ消耗容量Ｐ：
　?。校剑龋?br>　　Ｖ－－負(fù)載額定電源
　?。玻x定每天日照時數(shù)Ｔ?Ｈ?。
　?。常嬎闾柲荜嚵泄ぷ麟娏鳌?br>　?。桑校剑?１＋Ｑ?／ Ｔ
　?。眩搓幱昶诟挥嘞禂?shù)，
Ｑ＝０．２１～１．００
　　４．確定蓄電池浮充電壓ＶＦ。
　　鎘鎳?ＧＮ?和鉛酸?ＣＳ?蓄電池的單體浮充電壓分別為１．４～１．６Ｖ和２．２Ｖ。
　?。担柲茈姵販囟妊a償電壓ＶＴ。
　?。郑裕剑玻保矗常?Ｔ－２５?ＶＦ
　?。叮嬎闾柲茈姵仃嚵泄ぷ麟妷海郑?。
　?。郑校剑郑疲郑模郑?br>　　其中ＶＤ＝０．５～０．７
　　約等于ＶＦ
　　７．太陽電池陣列輸出功率ＷＰ（平板式太陽能電板）。
　?。祝校剑桑小粒眨?br>　?。福鶕?jù)ＶＰ、ＷＰ在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。
　　二、關(guān)于蓄電池的容量計算
　　蓄電池的容量由下列因素決定：
　?。保铍姵貑为毠ぷ魈鞌?shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的２０％。
　　２．蓄電池每天放電量。對于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的８０％。
　?。常铍姵匾凶銐虻娜萘浚员ＷC不會因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的２５倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。
　?。矗铍姵刈陨砺┑舻碾娔埽S著電池使用時間的增長及電池溫度的升高，自放電率會增加。對于新的電池自放電率通常小于容量的５％，但對于舊的質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月１０％～１５％。
　　在水情遙測系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定了蓄電池的容量，由遙測設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量?安時數(shù)?加上２０％因子，再加上１０％電池自放電能?安時數(shù)）便可計算出蓄電池的容量源。
　　按照兩種容量方案的計算，作者計算完成了太陽能電源的設(shè)計：
　?。保疁y站的主要參數(shù)：
　　每隔５ｍｉｎ發(fā)射一次數(shù)據(jù)，發(fā)射時間２ｓｅｃ；
　　發(fā)射機輸入電壓ＤＣ１３．８Ｖ，輸出電流５Ａ；
　　當(dāng)?shù)厝照諘r數(shù)７～８ｈ。
　?。玻疁y站蓄電池容量經(jīng)計算得出為３８ＡＨ。
　?。常疁y站太陽能電池容量陣列輸出功率ＷＰ Ｗ為２５～３５ｗ。
　　綜合以上結(jié)果，太陽能電源設(shè)計值為：
　　蓄電池：采用鉛酸蓄電池，容量３８ＡＨ，采用２個容量２０ＡＨ并聯(lián)形式；太陽能電池陣列：輸出功率２５～３５Ｗ，采用標(biāo)準(zhǔn)塊板輸出容量２５～３８Ｗ，一塊正好。
　　三、太陽能電源安裝使用中注意的問題
　?。保嚵邪暹x擇安裝在周圍無高大建筑物、樹木、電線桿等無遮擋太陽光和避風(fēng)處。
　?。玻柲茈姵仃嚵邪迮涮椎男铍姵卦诘谝淮问褂脮r，要先充電到額定容量，不可過充或過放。
　　３． 注意定期的維護(hù)工作。此電源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠，安裝方便，利于維護(hù)，在實踐中取得了滿意的效果。
11．地面太陽電池發(fā)電系統(tǒng) ：太陽電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱光伏發(fā)電系統(tǒng)），按其使用場所不同，可分為空間應(yīng)用和地面應(yīng)用兩大類。在地面可以作為獨立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機或柴油機等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，還可以與電網(wǎng)聯(lián)接，向電網(wǎng)輸送電力。目前應(yīng)用比較廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是作為地面獨立電源使用。
??? 通常的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池、控制器以及阻塞二極管組成，其作用分別如下：
??? 太陽電池方陣 方陣的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供給負(fù)載使用。一般由若干太陽電池組件按一定方式連接，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。
??? 蓄電池組 蓄電池組是太陽電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時發(fā)出的多余電能貯存起來，在晚間或陰雨天供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電；在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出，在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)，白天方陣給蓄電池充電，（同時方陣還要給負(fù)載用電），晚上則負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價格比較昂貴的鎳鎘蓄電池。
??? 控制器 在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制器各不相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，需根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的要求及重要程度來確定。控制器主要由電子元器件、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。在簡單的太陽電池，蓄電池系統(tǒng)中，控制器的作用是保護(hù)蓄電池，避免過充，過放。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等多種功能。如果負(fù)載用的是交流電，則在負(fù)載和蓄電池間還應(yīng)配備逆變器，逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給負(fù)載使用。
??? 阻塞二極管 也稱作為反充二極管或隔離二極管，其作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o日照時蓄電池通過太陽電池方陣放電。對阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。在方陣工作時，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對硅二極管通常為0.6~0.8；肖特基或鍺管0.3V左右。
12．太陽能利用技術(shù)：人類直接利用太陽能有三大技術(shù)領(lǐng)域，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲能技術(shù)。
??? 太陽能化學(xué)轉(zhuǎn)換包括：光合作用、光電化學(xué)作用、光敏化學(xué)作用及光分解反應(yīng)，目前該技術(shù)領(lǐng)域尚處在實驗研究階段。
??? 太陽光電轉(zhuǎn)換，主要是各種規(guī)格類型的太陽電池板和供電系統(tǒng)。
??? 太陽電池是把太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。
??? 太陽電池的光電效率約１０－１４％，其產(chǎn)品類型主要有單晶硅、多晶硅和非晶硅。國內(nèi)產(chǎn)品（指光電裝置全部費用）價格約６０－８０元／峰瓦。
??? 太陽電池的應(yīng)用范圍很廣。例如人造衛(wèi)星、無人氣象站、通訊站、電視中繼站、太陽鐘、電圍桿、黑光燈、航標(biāo)燈、鐵路信號燈等。
??? 太陽光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品最多。例如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷、溫室與太陽房、太陽灶和高溫爐、海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。
13．光伏發(fā)電的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀：自從1954年第一塊實用光伏電池問世以來，太陽光伏發(fā)電取得了長足的進(jìn)步。但比計算機和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追求特別強烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求。1973年的石油危機和90年代的環(huán)境污染問題大大促進(jìn)了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下：
1893年?? 法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”。
1876年?? 亞當(dāng)斯等在金屬和硒片上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應(yīng)。
1883年?? 制成第一個“硒光電池”，用作敏感器件。
1930年?? 肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年，朗格首次提 出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。
1931年?? 布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸入電解液，在陽光下啟動了一個電動機。
1932年?? 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池。
1941年?? 奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。
1954年?? 恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。
1955年?? 吉尼和羅非斯基進(jìn)行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計。同年，第一個光電航標(biāo)燈問世。美國RCA研究砷化鎵太陽電池。
1957年?? 硅太陽電池效率達(dá)8%。
1958年?? 太陽電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源。
1959年?? 第一個多晶硅太陽電池問世，效率達(dá)5%。
1960年?? 硅太陽電池首次實現(xiàn)并網(wǎng)運行。
1962年?? 砷化鎵太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)13%。
1969年?? 薄膜硫化鎘太陽電池效率達(dá)8%。
1972年?? 羅非斯基研制出紫光電池，效率達(dá)16%。
1972年?? 美國宇航公司背場電池問世。
1973年?? 砷化鎵太陽電池效率達(dá)15%。
1974年?? COMSAT研究所提出無反射絨面電池，硅太陽電池效率達(dá)18%。
1975年?? 非晶硅太陽電池問世。同年，帶硅電池效率達(dá)6%~%。
1976年?? 多晶硅太陽電池效率達(dá)10%。
1978年?? 美國建成100kWp太陽地面光伏電站。
1980年??? 單晶硅太陽電池效率達(dá)20%，砷化鎵電池達(dá)22.5%，多晶硅電池達(dá)14.5%，硫化鎘電池達(dá)9.15%。
1983年?? 美國建成1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達(dá)11.8%。
1986年?? 美國建成6.5MWp光伏電站。
1990年?? 德國提出“2000個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。
1995年?? 高效聚光砷化鎵太陽電池效率達(dá)32%。
1997年?? 美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”，在2010年以前為100萬戶，每戶安裝3~5kWp。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網(wǎng)供電，電表反轉(zhuǎn)；無太陽時電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉(zhuǎn)。家庭只需交“凈電費”。
1997年?? 日本“新陽光計劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。
1997年?? 歐洲聯(lián)盟計劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池。
1998年?? 單晶硅光伏電池效率達(dá)25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到2020年完成。
表8-1????? 世界光伏電池總產(chǎn)量（1990-2000）
年份國家(地區(qū)) 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
美國 14.8 17.1 18.1 22.4 25.6 32.4 41.0 53.1 58.2 62.4 74.8
日本 16.8 19.9 18.6 18.7 17.5 19.5 20.5 34.0 47.5 86.0 128.7
歐洲 10.2 13.4 16.4 16.5 21.6 20.6 29.3 28.5 35.8 39.7 60.7
其它 4.7 5.0 4.8 4.4 6.0 7.5 8.5 9.4 16.3 19.2 23.5
總計 46.5 55.4 57.9 62.0 70.7 81.0 99.3 125 157.4 207.3 287.7

表8-2????? 幾種主要光伏電池效率發(fā)展?fàn)顩r(%)
年份 單晶硅光伏電池 非晶硅光伏電池 硒銦銅電池 碲化鎘電池 DC/AC逆變器效率
實驗室 商業(yè)化 實驗室 中批量 大批量 實驗室 中批量 大批量 實驗室 中批緹 大批量
單電池 組件 中批量 大批量 單電池 組件 組件 單電池 組件 組件 單電池 組件 組件
1991 23 17.0 15.0 13 9 6 4 13.0 9.0 12.5 6.0 919498
1995 24 21.5 15.3 14 10 8 6 17.1 10.2 15.8 8.4 6
2000 25 22.0 18.0 15 13 10 10 20.0 13.0 10 18.0 10.0 9

表8-3?? 光伏發(fā)電的光伏電的價格、組件效率，系統(tǒng)壽命和成本變化情況
年份 光伏電的價格（美分/ kWh） 組件效率% 光伏系統(tǒng)壽命a 光付系統(tǒng)成本（美元/Wp）
1991 40~75 5~14 5~10 10~20
1995 25~50 7~17 10~20 7~15
2000 12~20 10~20 >20 3~7
2010~2030 <6 15~20 >30 1~1.5
??? 表8。1—8。3表明，自1996年以來，世界光伏發(fā)電高速發(fā)展。表現(xiàn)在幾種主要太陽電池效率不斷提高，總產(chǎn)量年增幅保持在30%~40%，1998年已達(dá)200MWp/a；應(yīng)用范圍越來越廣，尤其是光伏技術(shù)的屋頂計劃，為光伏發(fā)電展現(xiàn)了無限光明的前途。1998年在維也納第二屆全球光伏技術(shù)大會上，會議主席施密特教授指出：“光伏將在21世紀(jì)上半紀(jì)取代原子能而成為全球能源，唯一的問題是2030年還是2050年最終實現(xiàn)”。如果施密特教授的預(yù)言得以實現(xiàn)，則太陽能世紀(jì)將在21世紀(jì)到來。