早在1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現，光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現象后來(lái)被稱(chēng)為“光生伏特效應”，簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應”。1954年，美國科學(xué)家恰賓（Chapin）等人在美國貝爾實(shí)驗室首 次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)能電池，誕生了將太陽(yáng)光能轉換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。

  太陽(yáng)能應用奠定科學(xué)基礎的著(zhù) 名科學(xué)家

  20世紀70年代后，隨著(zhù)現代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機和大氣污染問(wèn)題日益突出，傳統的燃料能源正在一 天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球約有20億人得不到正常的能源供應。這時(shí)，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變人類(lèi)的能源結構，維持長(cháng)遠的可持續發(fā)展。太陽(yáng)能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點(diǎn)。豐富的太陽(yáng)輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無(wú)污染、廉價(jià)、人類(lèi)能夠自由利用的能源。

  20世紀80年代后，太陽(yáng)能電池的種類(lèi)不斷增多、應用范圍日益廣闊、市場(chǎng)規模也逐步擴大。

  太陽(yáng)能電板

  20世紀90年代后，光伏發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展。2006年，世界上已經(jīng)建成10多座MW級光伏發(fā)電站。美國是早制定光伏發(fā)電發(fā)展規劃的國家，1997年又提出“百萬(wàn)屋頂”計劃。日本于1992年就啟動(dòng)了新陽(yáng)光計劃，2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%,世界前十大廠(chǎng)商有4家在日本。德國新的可再生能源法規定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動(dòng)了光伏發(fā)電市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制訂光伏發(fā)電發(fā)展計劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。

  20世紀90年代后期，光伏發(fā)電發(fā)展更加迅速，1990-2005年世界光伏組件年平均增長(cháng)率約為15%,1999年光伏組件生產(chǎn)達到200MW。商品化太陽(yáng)能電池效率從10%-13%提高到13%-15%,生產(chǎn)規模從1-5MW/a發(fā)展到5-25MW/a,并向50MW/a甚100MW/a擴大；光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/W以下。

  太陽(yáng)能電池板

  國際上目前很難確定選擇哪一種太陽(yáng)能電池佳，雖然目前晶體硅電池的銷(xiāo)大，但公認今后薄膜電池具有潛力。另外，不同太陽(yáng)能電池的特性各不相同，在光伏市場(chǎng)中各有其不同的應用領(lǐng)域。例如，非晶硅電池主要應用于商用電子方面，多晶硅電池主要用于光伏屋頂，單晶硅電池主要在高功率應用上。近幾年，國際上對多晶硅薄膜電池的研究較活躍，但采用哪種工藝方案較佳尚難斷定。近幾年，有機納米太陽(yáng)能電池的效率有較大提高，受到一定的關(guān)注。

  發(fā)達國家近幾年來(lái)主要開(kāi)拓的市場(chǎng)是屋頂式并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統，其原因是發(fā)達國家的電網(wǎng)分布巳很密集，電網(wǎng)峰值用電的電費高，而并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電不用蓄電池，太陽(yáng)光好的地區采用光伏發(fā)電的電價(jià)巳接近商品電價(jià)。人們預測10年后屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統將大規模推廣應用。

  太陽(yáng)能電池技術(shù)

  并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統應用始于20世紀80年代初，美國、日本、德國、意大利等國都為此做出了努力，當時(shí)建造的都是較大型的并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，規模從100kW-1MW不等，而且都是由政府投資建設的試驗性電站。但試驗結果并不十分理想，由于當時(shí)太陽(yáng)能電池很貴，接受。

  自20世紀90年代以來(lái)，國外發(fā)達國家重新掀起了發(fā)展并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的 ** ，這次不是建造大型并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，而是發(fā)展屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統。屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統充分利用了陽(yáng)光的分散性特點(diǎn)，將太陽(yáng)能電池安裝在現有建筑物的屋頂上，其靈活性和經(jīng)濟性都大大優(yōu)于大型并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，受到了各國的重視。

  太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)

  1993年，德國首先開(kāi)始實(shí)施由政府投資支持、認可的1000屋頂計劃，繼而擴展為2000屋頂計劃，現在實(shí)際建成的屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統已經(jīng)超過(guò)5000座。這些屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統均不帶蓄電池，對并網(wǎng)光伏發(fā)電系統發(fā)出的電予以收購，大大 ** 了這一領(lǐng)域的商業(yè)性發(fā)展和技術(shù)上的完善。德國政府于1999年開(kāi)始實(shí)施10萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂（每戶(hù)約3-5kW)計劃，政府給用戶(hù)35%左右的補助及10年的無(wú)息貸款。

  日本在太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑結合方面已經(jīng)做了十幾年的努力，尤其在1996年以后更是突飛猛進(jìn)，每年新建的屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統達幾萬(wàn)套。日本屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的發(fā)展有一個(gè)特點(diǎn)，是將太陽(yáng)能電池組件制作成建筑材料的形式，如瓦和玻璃等，使太陽(yáng)能電池能很容易地安裝在建筑物上，也接受。

  太陽(yáng)能瓦片

  20世紀80年代初，美國就已經(jīng)開(kāi)始了并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的努力，制訂了PV—USA計劃，即太陽(yáng)能光伏發(fā)電規模應用計劃，主要是建立100kW以上的大型并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統，大的系統計劃達10MW，但是由于成本高，電力不可調度，不受歡迎。

  1996年，在美國能源部的支持下，又開(kāi)始了一項“光伏建筑物計劃(PV—BONUS)”,計劃投資20億美元。

  光伏建筑物

  美國目前電力的2/3用于包括為民用住宅在內的各類(lèi)建筑物供電，光伏建筑物計劃的目標是采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電緩解建筑物的峰值負荷，并探求未來(lái)清潔的建筑物供電途徑。此項計劃將有助于開(kāi)發(fā)新型的光伏建筑材料，包括玻璃、天窗、墻體等，有助于開(kāi)發(fā)屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的模塊和可由電力部門(mén)很容易安裝的光伏調峰電力模塊等。計劃分為三步實(shí)施：概念開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。這項計劃的內容很豐富，其中典型的開(kāi)發(fā)項目包括以下幾點(diǎn)。

  (1)DsM系統（按需求安排發(fā)電的系統），即帶有蓄電池的電力可以調度的光伏發(fā)電系統。這種并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統在今后幾年內僅在美國國內就會(huì )有300MW的市場(chǎng)。

  (2)由太陽(yáng)能熱水器和非晶硅太陽(yáng)能電池聯(lián)合構成的光伏、光熱系統，可以為用戶(hù)同時(shí)提供電力和熱水。由于非晶硅太陽(yáng)能電池不像晶體硅太陽(yáng)能電池那樣當溫度升高后輸出功率會(huì )降低，所以特別適合于這種系統。

  (3)光伏屋頂建筑材料（柔性的和非柔性的），如透明光伏玻璃、聚光電池供電供水系統、光伏墻體、光伏智能窗簾等。

  太陽(yáng)能電池新技術(shù)開(kāi)發(fā)

  除了屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統外，一些發(fā)達國家還在其他光伏技術(shù)應用方面做了大量工作，主要有以下幾個(gè)方面。

  (1)風(fēng)光柴互補發(fā)電系統。為了進(jìn)一步降低可再生能源的發(fā)電成本，國外在風(fēng)光柴混合發(fā)電系統上做了大量的示范工作和經(jīng)濟對比。還開(kāi)發(fā)了混合發(fā)電系統的優(yōu)化軟件，利用該軟件可根據當地資源設計合理、經(jīng)濟的供電方案。

  (2)未來(lái)與汽車(chē)配套的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統在汽車(chē)行業(yè)有很大的

  潛在市場(chǎng)，國外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出較成功的可以為電動(dòng)汽車(chē)蓄電池充電的太陽(yáng)能快速充電系統、太陽(yáng)能汽車(chē)空調板、太陽(yáng)能汽車(chē)換氣扇、太陽(yáng)能空調和冷飲箱等。

  (3)太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統。芬蘭的NAPs已經(jīng)完成這一發(fā)電系統的示范工程。太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉變成電能，通過(guò)電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣，氧氣排放到空氣中，氫氣儲存到儲氫罐中。使用時(shí)氫氣再與空氣中的氧氣通過(guò)燃料電池發(fā)電，氫氣和氧氣在發(fā)電過(guò)程中又化合成水。該系統屬于清潔的再生能源發(fā)電系統，在未來(lái)具有巨大的市場(chǎng)，尤其對于冬夏太陽(yáng)能輻射差異很大、采用蓄電池極不經(jīng)濟的高緯度地區，通過(guò)這種辦法利用太陽(yáng)能將會(huì )十分有效。此外，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，這一發(fā)電系統也會(huì )變得更為重要。

  (4)再生能源海島供電系統。海島是一個(gè)特殊的環(huán)境，由于其淡水的缺乏、燃料的昂貴，使得可再生能源有了用武之地。國外已經(jīng)對海島上應用風(fēng)光柴混合發(fā)電系統做了大量示范工程，為海島供應電力和淡水。此外，由于島上漁民需要用冰來(lái)儲存和運送新鮮的魚(yú)蝦，海島的可再生能源制冰系統也得到了推廣應用。

  (5)太陽(yáng)能發(fā)電專(zhuān)用直流負載。為了提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統效率，減少故障環(huán)節，國外開(kāi)發(fā)了許多不需要采用逆變器、可以直接由太陽(yáng)能電池和蓄電池供電的直流負載，包括直流電視機、直流電冰箱、直流空調等，這類(lèi)專(zhuān)用負載特別適合于車(chē)輛、船只和流動(dòng)性的單位，如旅游團、地質(zhì)隊、部隊等。

  內容摘自：《太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統設計與應用實(shí)例》