科普知識(shí)： 太陽(yáng)能光伏知識(shí)
1、 1、           太陽(yáng)能電池發(fā)電原理: 太陽(yáng)電池是一種對(duì)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：?jiǎn)尉Ч?，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(guò)程。 P型晶體硅經(jīng)過(guò)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(yáng)電池表面時(shí)，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(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。
2、晶體硅太陽(yáng)電池的制作過(guò)程: "硅"是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐富的材料之一。自從上個(gè)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(jiàn)"硅"的身影和作用,晶體硅太陽(yáng)電池是近15年來(lái)形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過(guò)程大致可分為五個(gè)步驟:a)提純過(guò)程 b)拉棒過(guò)程 c)切片過(guò)程 d)制電池過(guò)程 e)封裝過(guò)程. 如下圖所示：

3、太陽(yáng)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(yáng)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(guò)程中，對(duì)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(yáng)能庭院燈，太陽(yáng)能發(fā)電戶用系統(tǒng),村寨供電的獨(dú)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(guó)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(yáng)電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。光伏電源系統(tǒng)的組成：

4、太陽(yáng)電池基本性質(zhì): a） 光電轉(zhuǎn)換效率η％:評(píng)估太陽(yáng)電池好壞的重要因素。 目前：實(shí)驗(yàn)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(píng)估太陽(yáng)電池負(fù)載能力的重要因素。
幾何意義用I-V曲線圖來(lái)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(kāi)路電壓, Im--最佳工作電流, Vm--最佳工作電壓; d）標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)與環(huán)境溫度 地面：AM1.5光譜,1000W/m2,t=25℃; e）溫度對(duì)電池性質(zhì)的影響 。 例如：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，AM1.5光強(qiáng)， t=25℃ 某電池板輸出功率測(cè)得為100Wp，如果電池溫度升高至45℃時(shí)，則電池板輸出功率就不到100Wp.
5．太陽(yáng)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(duì)體內(nèi)電子的束縛力遠(yuǎn)小于絕緣體，可見(jiàn)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(chǎng)時(shí)，光生載流子將會(huì)積累，和沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)有很大區(qū)別，電場(chǎng)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(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。太陽(yáng)電池就是利用這種效應(yīng)制成的。
    當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，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(guò)。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(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對(duì)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(shì)壘電場(chǎng)，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(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，在P—n結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)的一部分除抵銷勢(shì)壘電場(chǎng)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(dòng)勢(shì)。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(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。
    制造太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽(yáng)電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽(yáng)電池要算硅太陽(yáng)電池。
    所以，將入射太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件稱為太陽(yáng)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(yáng)能電池是1954年由美國(guó)皮爾遜等人首次制成，1958年首次應(yīng)用在“先鋒1號(hào)”衛(wèi)星上。1958年，我國(guó)亦開(kāi)始研究太陽(yáng)能電池，在1971年3月發(fā)射的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yáng)能電池必將獲得更廣泛的應(yīng)用。
6．太陽(yáng)電池的應(yīng)用的主要領(lǐng)域：
1.用戶太陽(yáng)能電源：（1）小型電源10-100W不等，用語(yǔ)邊遠(yuǎn)無(wú)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(jī)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(wú)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(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。 
    3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)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(jī)、士兵GPS供電等。
    4. 石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。
    5.家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)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(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。
    7.太陽(yáng)能建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。
    8.其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車配套：太陽(yáng)能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽(yáng)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(yáng)能電站等。
    目前美國(guó)、歐洲各國(guó)特別是德國(guó)及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽(yáng)電池應(yīng)用，開(kāi)始實(shí)施的"十萬(wàn)屋頂"計(jì)劃、"百萬(wàn)屋頂"計(jì)劃等，極大地推動(dòng)了光伏市場(chǎng)的發(fā)展，前途十分光明。
7．什么是太陽(yáng)能電池?有哪些分類?  太陽(yáng)能電池是通過(guò)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(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的式太陽(yáng)能民池則還處于萌芽階段。太陽(yáng) 光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴由-電子對(duì)。在p-n結(jié)電場(chǎng)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(yáng)能電池的工作原理。太陽(yáng)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(jī)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(yáng)能電池：太陽(yáng)能電池是利用電池將光的能量直接轉(zhuǎn)變成電能，太陽(yáng)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(wú)污染的特性，故太陽(yáng)能再生能源的開(kāi)發(fā)利用有其必要性。
    太陽(yáng)能電池的種類:太陽(yáng)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(chǎng)應(yīng)用上大多為單晶硅及非晶硅。（1）單結(jié)晶硅太陽(yáng)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(hào)志等，所發(fā)電力與電壓范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高，使用年限長(zhǎng)，世界主要大廠，如德國(guó)西門(mén)子、英國(guó)石油公司及日本夏普公司均以生產(chǎn)此類單晶硅太陽(yáng)能電池為主，市場(chǎng)占有率約五成，單晶硅電池效率從11%~24%，太空級(jí) (蒸鍍式) 晶片從16%~24%，當(dāng)然效率愈高其價(jià)格也就愈貴。（2）多結(jié)晶硅太陽(yáng)電池，多晶硅電池的效率較單晶硅低，但因制程步驟較簡(jiǎn)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(yáng)電池。
 9。太陽(yáng)光發(fā)電和太陽(yáng)熱發(fā)電：地球所接受的太陽(yáng)能功率，平均每平方米為1353千瓦，這就是所謂的“太陽(yáng)常數(shù)”。也就是說(shuō)，太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量約為500萬(wàn)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(wàn)倍。雖然很久以來(lái)，人們?cè)诓煌潭鹊乩弥淠芰?，最近，溫水器的直接利用，空調(diào)、太陽(yáng)能電池的電力供給以及太陽(yáng)能住房等方面都有了很大發(fā)展。很自然的想法是向太陽(yáng)要電能，但怎樣有效的利用太陽(yáng)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(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要課題。
    太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能有兩種基本途徑：一種是把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，即“太陽(yáng)熱發(fā)電”；另一種是通過(guò)光電器件將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電能，即“太陽(yáng)光發(fā)電”。太陽(yáng)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(jì)劃進(jìn)行設(shè)備的建設(shè)，世界銀行已開(kāi)始提供資金給開(kāi)發(fā)中的國(guó)家。入射到地球表面的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jī)變換為電。也可以采用拋物面型的聚光鏡將太陽(yáng)熱集中，使用計(jì)算機(jī)讓聚光鏡追隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。后者的熱效率很高，將引擎放置 在焦點(diǎn)的技術(shù)發(fā)展的可能性最大。
　　除了太陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)外，目前人類社會(huì)也在大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)光技術(shù)。太陽(yáng)輻射的光子帶有能量，當(dāng)光子照射半導(dǎo)體材料時(shí)，光能便轉(zhuǎn)換為電能，這個(gè)現(xiàn)象叫“光生伏打效應(yīng)”。太陽(yáng)電池就是利用光生伏打效應(yīng)制成的一種光電器件。太陽(yáng)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(yáng)光一照射太陽(yáng)電池就能發(fā)電，但它與一般的發(fā)電機(jī)大相徑庭，它無(wú)旋轉(zhuǎn)和磨損，能靜悄悄地發(fā)電。
10．太陽(yáng)能電源的研究設(shè)計(jì)：
　水情遙測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)測(cè)量站點(diǎn)不少處于交通不便、無(wú)電網(wǎng)供電的地方。為設(shè)計(jì)一點(diǎn)二址的水情遙測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)其中的一站點(diǎn)電源設(shè)計(jì)選用太陽(yáng)能對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)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(yáng)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(yáng)能發(fā)電板在陰雨期容量不夠，達(dá)不到測(cè)量目的，又要避免容量過(guò)大，造成浪費(fèi)。
　　一、關(guān)于硅太陽(yáng)能發(fā)電板容量
　　硅太陽(yáng)能發(fā)電板容量是指平板式太陽(yáng)能板發(fā)電功率ＷＰ。太陽(yáng)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(shí)數(shù)及陰雨天造成的影響，計(jì)算出太陽(yáng)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(lái)確定蓄電池串聯(lián)個(gè)數(shù)及蓄電池浮充電壓ＶＦ Ｖ，再考慮到太陽(yáng)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(jì)算出太陽(yáng)能電池陣列的工作電壓ＶＰＶ，由太陽(yáng)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(yáng)能板發(fā)電功率ＷＰＷ，從而設(shè)計(jì)出太陽(yáng)能板容量，由設(shè)計(jì)出的容量ＷＰ與太陽(yáng)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(yáng)能電池陣列的具體設(shè)計(jì)步驟如下：
　　１．計(jì)算負(fù)載２４ｈ消耗容量Ｐ：
　?。校剑龋?br>　?。郑?fù)載額定電源
　?。玻x定每天日照時(shí)數(shù)ＴＨ。
　?。常?jì)算太陽(yáng)能陣列工作電流。
　　ＩＰ＝Ｐ１＋Ｑ／ Ｔ
　?。眩搓幱昶诟挥嘞禂?shù)，
Ｑ＝０．２１～１．００
　?。矗_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?yáng)能電池溫度補(bǔ)償電壓ＶＴ。
　?。郑裕剑玻保矗常埃煟裕玻担牐郑?br>　?。叮?jì)算太陽(yáng)能電池陣列工作電壓ＶＰ。
　?。郑校剑郑疲郑模郑?br>　　其中ＶＤ＝０．５～０．７
　　約等于ＶＦ
　?。罚?yáng)電池陣列輸出功率ＷＰ（平板式太陽(yáng)能電板）。
　?。祝校剑桑?#215;ＵＰ
　?。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(jì)算
　　蓄電池的容量由下列因素決定：
　?。保铍姵貑为?dú)工作天數(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％。
　?。玻铍姵孛刻旆烹娏俊?duì)于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場(chǎng)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?，以保證不會(huì)因過(guò)充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時(shí)，只要蓄電池容量大于太陽(yáng)能發(fā)電板峰值電流的２５倍，則蓄電池在充電時(shí)就不會(huì)造成失水。
　?。矗铍姵刈陨砺┑舻碾娔埽S著電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)及電池溫度的升高，自放電率會(huì)增加。對(duì)于新的電池自放電率通常小于容量的５％，但對(duì)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(cè)系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長(zhǎng)短決定了蓄電池的容量，由遙測(cè)設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量安時(shí)數(shù)加上２０％因子，再加上１０％電池自放電能安時(shí)數(shù)）便可計(jì)算出蓄電池的容量源。
　　按照兩種容量方案的計(jì)算，作者計(jì)算完成了太陽(yáng)能電源的設(shè)計(jì)：
　?。保疁y(cè)站的主要參數(shù)：
　　每隔５ｍｉｎ發(fā)射一次數(shù)據(jù)，發(fā)射時(shí)間２ｓｅｃ；
　　發(fā)射機(jī)輸入電壓ＤＣ１３．８Ｖ，輸出電流５Ａ；
　　當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)７～８ｈ。
　　２．測(cè)站蓄電池容量經(jīng)計(jì)算得出為３８ＡＨ。
　　３．測(cè)站太陽(yáng)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(yáng)能電源設(shè)計(jì)值為：
　　蓄電池：采用鉛酸蓄電池，容量３８ＡＨ，采用２個(gè)容量２０ＡＨ并聯(lián)形式；太陽(yáng)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(yáng)能電源安裝使用中注意的問(wèn)題
　?。保嚵邪暹x擇安裝在周圍無(wú)高大建筑物、樹(shù)木、電線桿等無(wú)遮擋太陽(yáng)光和避風(fēng)處。
　　２．太陽(yáng)能電池陣列板配套的蓄電池在第一次使用時(shí)，要先充電到額定容量，不可過(guò)充或過(guò)放。
　?。常?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(shí)踐中取得了滿意的效果。
11．地面太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng) ：太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱光伏發(fā)電系統(tǒng)），按其使用場(chǎng)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(dú)立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機(jī)或柴油機(jī)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(dú)立電源使用。
    通常的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)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(yáng)電池方陣 方陣的作用是將太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)出的多余電能貯存起來(lái)，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(duì)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(shí)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(shí)還要考慮價(jià)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(chǎng)合也有價(jià)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(lái)確定?？刂破髦饕呻娮釉骷x表、繼電器、開(kāi)關(guān)等組成。在簡(jiǎn)單的太陽(yáng)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(guò)充，過(guò)放。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、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(wú)日照時(shí)蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池方陣放電。對(duì)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(shí)，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對(duì)硅二極管通常為0.6~0.8；肖特基或鍺管0.3V左右。
12．太陽(yáng)能利用技術(shù)：人類直接利用太陽(yáng)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(chǔ)能技術(shù)。
    太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)研究階段。
    太陽(yáng)光電轉(zhuǎn)換，主要是各種規(guī)格類型的太陽(yáng)電池板和供電系統(tǒng)。
    太陽(yáng)電池是把太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。
    太陽(yáng)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(guó)內(nèi)產(chǎn)品（指光電裝置全部費(fèi)用）價(jià)格約６０－８０元／峰瓦。
    太陽(yáng)電池的應(yīng)用范圍很廣。例如人造衛(wèi)星、無(wú)人氣象站、通訊站、電視中繼站、太陽(yáng)鐘、電圍桿、黑光燈、航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)燈等。
    太陽(yáng)光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品最多。例如熱水器、開(kāi)水器、干燥器、采暖和制冷、溫室與太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶和高溫爐、海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽(yáng)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(shí)用光伏電池問(wèn)世以來(lái)，太陽(yáng)光伏發(fā)電取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但比計(jì)算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。其原因可能是人們對(duì)信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對(duì)能源的需求。1973年的石油危機(jī)和90年代的環(huán)境污染問(wèn)題大大促進(jìn)了太陽(yáng)光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過(guò)程簡(jiǎn)列如下：
1893年   法國(guó)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(gè)“硒光電池”，用作敏感器件。
1930年   肖特基提出Cu2O勢(shì)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(yáng)電池”，使太陽(yáng)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(yáng)光下啟動(dòng)了一個(gè)電動(dòng)機(jī)。
1932年   奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽(yáng)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(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽(yáng)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(yáng)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(jì)。同年，第一個(gè)光電航標(biāo)燈問(wèn)世。美國(guó)RCA研究砷化鎵太陽(yáng)電池。
1957年   硅太陽(yáng)電池效率達(dá)8%。
1958年   太陽(yáng)電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星電源。
1959年   第一個(gè)多晶硅太陽(yáng)電池問(wèn)世，效率達(dá)5%。
1960年   硅太陽(yáng)電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。
1962年   砷化鎵太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)13%。
1969年   薄膜硫化鎘太陽(yáng)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(guó)宇航公司背場(chǎng)電池問(wèn)世。
1973年   砷化鎵太陽(yáng)電池效率達(dá)15%。
1974年   COMSAT研究所提出無(wú)反射絨面電池，硅太陽(yáng)電池效率達(dá)18%。
1975年   非晶硅太陽(yáng)電池問(wèn)世。同年，帶硅電池效率達(dá)6%~%。
1976年   多晶硅太陽(yáng)電池效率達(dá)10%。
1978年   美國(guó)建成100kWp太陽(yáng)地面光伏電站。
1980年    單晶硅太陽(yáng)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(guó)建成1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達(dá)11.8%。
1986年   美國(guó)建成6.5MWp光伏電站。
1990年   德國(guó)提出“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”，每個(gè)家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。
1995年   高效聚光砷化鎵太陽(yáng)電池效率達(dá)32%。
1997年   美國(guó)提出“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，在2010年以前為100萬(wàn)戶，每戶安裝3~5kWp。光伏電池。有太陽(yáng)時(shí)光伏屋頂向電網(wǎng)供電，電表反轉(zhuǎn)；無(wú)太陽(yáng)時(shí)電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉(zhuǎn)。家庭只需交“凈電費(fèi)”。
1997年   日本“新陽(yáng)光計(jì)劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。
1997年   歐洲聯(lián)盟計(jì)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(wàn)個(gè)太陽(yáng)光伏屋頂計(jì)劃”，到2020年完成。
表8-1      世界光伏電池總產(chǎn)量（1990-2000）
年份國(guó)家(地區(qū)) 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
美國(guó) 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(jì) 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(shí)驗(yàn)室 商業(yè)化 實(shí)驗(yàn)室 中批量 大批量 實(shí)驗(yàn)室 中批量 大批量 實(shí)驗(yàn)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(jià)格、組件效率，系統(tǒng)壽命和成本變化情況
年份 光伏電的價(jià)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(lái)，世界光伏發(fā)電高速發(fā)展。表現(xiàn)在幾種主要太陽(yáng)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(lái)越廣，尤其是光伏技術(shù)的屋頂計(jì)劃，為光伏發(fā)電展現(xiàn)了無(wú)限光明的前途。1998年在維也納第二屆全球光伏技術(shù)大會(huì)上，會(huì)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(wèn)題是2030年還是2050年最終實(shí)現(xiàn)”。如果施密特教授的預(yù)言得以實(shí)現(xiàn)，則太陽(yáng)能世紀(jì)將在21世紀(jì)到來(lái)。