因?yàn)榛痣娦枰紵骸⑹偷然剂希环矫婊剂咸N(yùn)藏量有限，正面臨著枯竭的危險(xiǎn)。另一方面燃燒燃料將排出 CO2和硫的氧化物，會導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨，惡化地球環(huán)境。水電要淹沒大量土地，有可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞，而且大型水庫一旦潰崩，后果將不堪設(shè)想，另外，一些國家的水力資源也是有限的，而且還要受季節(jié)的影響。核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發(fā)生核泄漏，后果同樣是可怕的。

上述問題都迫使人們?nèi)ふ倚碌哪茉?。新能源要同時(shí)符合兩個條件：一是蘊(yùn)藏豐富，不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源有：太陽能，風(fēng)能，燃料電池。

照射在地球上的太陽，能量非常巨大，太陽能照射在地球上大約 40 分鐘，便足以供全球人類一年能量的消費(fèi)。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發(fā)電絕對干凈，不產(chǎn)生公害。所以 太陽能發(fā)電是應(yīng)用廣泛，前景光明的 理想能源。

       二、太陽能發(fā)電的原理

太陽能發(fā)電是利用太陽能和半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)發(fā)電的。

1、太陽能發(fā)電的原理（光伏發(fā)電）：  太陽光照在半導(dǎo)體 p-n 結(jié)上，形成新的空穴電子對，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。

 2、太陽能發(fā)電兩種方式： 一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

 a、光—熱—電轉(zhuǎn)換方式： 通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個過程是光 —熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

b、光—電直接轉(zhuǎn)換方式（光伏發(fā)電）： 利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能。光 —電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，這種方式容易實(shí)現(xiàn)，且成本較低，已被廣泛應(yīng)用。

能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料： 單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。晶體硅 為基本的電池材料。以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括：單晶硅太陽電池，鑄造多晶硅太陽能電池，非晶硅太陽能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；非晶硅太陽電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率衰減得比較快；鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換的效率，而且性能價(jià)格比最高；薄膜晶體硅太陽能電池處在研發(fā)階段。硅系列太陽能電池中，單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場的主導(dǎo)地位，單晶硅和多晶硅的比例已超過 80% 。

太陽能電池板生產(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。

3、太陽能發(fā)電的過程：

現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。　當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(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，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，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以形成有較大輸出功率的太陽能電池方陣。

  三、太陽能發(fā)電系統(tǒng)

1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的組成： 太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成。 下面對各部分的功能做一個簡單的介紹：

太陽能電池板： 作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。 充電控制器： 充電控制器主要由專用處理器 CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率 管等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)記錄并顯示系統(tǒng)各種重要數(shù)據(jù)，如充電電流、電壓等?？刂破鞯男阅懿缓脮r(shí)，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。

逆變器： 作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的直流電逆變成交流電，供給交流負(fù)載使用和并入電網(wǎng)。效率是選擇逆變器的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，效率越高，意味著在將光電組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程中產(chǎn)生的電量損耗就越少。逆變器的質(zhì)量決定了發(fā)電系統(tǒng)的效益，它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心。

蓄電池組： 作用是將太陽電池方陣發(fā)出直流電貯能起來 ,  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)。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電, 同時(shí)方陣還給負(fù)載用電 , 晚上負(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。

2、  太陽能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式： 太陽能發(fā)電系統(tǒng)有直流供電、交流供電、交直流供電、

離網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、風(fēng)光互補(bǔ)運(yùn)行幾種運(yùn)行方式

直流供電系統(tǒng)： 太陽能發(fā)電控制器對發(fā)出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制后，直接送給直流負(fù)載，多余部分送蓄電池儲存。

交流供電系統(tǒng)： 太陽能發(fā)電控制器對發(fā)出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制后，經(jīng)過逆變器后送往交流負(fù)載，多余的能量送往蓄電池組儲存。

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)： 太陽能發(fā)電控制器 ( 光伏控制器和風(fēng)光互補(bǔ)控制器) 對所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或經(jīng)過逆變器送往交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。（ 直流供電、交直流供電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電都屬于離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)）

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)： 將太陽能發(fā)電產(chǎn)生的電能不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用太陽能發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和太陽能發(fā)電作為本地交流負(fù)載的電源，降低整個系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。同時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能發(fā)電的發(fā)展方向，代表了 21 世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。

四、太陽能發(fā)電的特點(diǎn)：

1、優(yōu)點(diǎn)：

① 太陽能是永久性能源，無枯竭危險(xiǎn)；

② 太陽能是清潔能源，絕對干凈環(huán)保，沒有公害，用戶感情上容易接受；

③ 太陽能發(fā)電運(yùn)用靈活，不受資源分布和地域的限制，可在用電處就近發(fā)電；

④ 太陽能電池壽命長，可以一次投資長期使用，太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組；

⑤ 太陽能發(fā)電可靠性高，能源質(zhì)量高；

⑥ 獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。

2、缺點(diǎn)：

① 照射的能量分布密度小，需要占用巨大面積；

② 獲得的能源受四季、晝夜及陰晴等氣象條件的影響。

  五、太陽能發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展前景

1、太陽能發(fā)電的應(yīng)用:  

隨著太陽能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場規(guī)模逐步擴(kuò)大。早期， 太陽能的使用主要用于軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域。目前，太陽能已進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、   通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。太陽能發(fā)電應(yīng)用分為幾個方面：家庭用小型太陽能光伏電站、大型并網(wǎng)電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽能路燈、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)等，例如：太陽能庭院燈；太陽能發(fā)電用戶系統(tǒng)；特別是村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)，可以在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)昂貴的輸電線路 ；還有光伏水泵（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。

2、太陽能發(fā)電的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

a、 國外太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及 前景：

目前全世界共有 136  個國家投入普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中 , 其中有 95 個國家正在大規(guī)模地進(jìn)行太陽能發(fā)電及太陽能電池的研制開發(fā) , 積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品，已有近 200 家公司生產(chǎn)太陽能電池， 1998 年 , 全世界生產(chǎn)的太陽能電池 , 其總的發(fā)電量達(dá) 1000 兆瓦 ,1999 年達(dá)  2850 兆瓦。 2000 年 , 全球已有近 4600   家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。全世界太陽能電池的生產(chǎn)量平均每年增長近 40% 。生產(chǎn)規(guī)模從 1 ～ 5 兆瓦 / 年發(fā)展到 5 ～ 25 兆瓦 / 年，并正在向 50 兆瓦甚至 100 兆瓦擴(kuò)大。

本世紀(jì)以來，一些發(fā)達(dá)國家紛紛制定了發(fā)展包括太陽能電池在內(nèi)的可再生能源計(jì)劃。太陽能電池的研究和生產(chǎn)在歐洲、美洲、亞洲大規(guī)模鋪開。印度處于領(lǐng)先地位，累計(jì)裝機(jī)容量約 40 兆瓦。美國和日本爭相出臺太陽能技術(shù)的研究開發(fā)計(jì)劃，2010 年，美國計(jì)劃累積安裝 4600 兆瓦 ( 含百萬屋頂計(jì)劃 ); 日本計(jì)劃累計(jì)安裝 5000 兆瓦 (NEDO 日本新陽光計(jì)劃 ) 。最近的光伏行業(yè)調(diào)查表明，到 2010 年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度仍保持在 30% 以上。派克研究公司預(yù)測，光伏發(fā)電將在 2010 年底帶來 120 億瓦的產(chǎn)能，完全超過派克研究公司預(yù)計(jì)的 2010 年 101 億瓦的需求。

在太陽能發(fā)電技術(shù)方面，各國都有新的發(fā)明和設(shè)想，例如：

美國德州儀器公司和 SCE 公司開發(fā)出一種新的太陽電池，每一單元是直徑不到1 毫米的小珠，分布在柔軟的鋁箔上，在大約 50 平方厘米的面積上分布有 1 ， 700 個小單元。它特點(diǎn)是，雖然變換效率只有 8 ％— 10% ，但價(jià)格便宜、鋁箔底襯柔軟結(jié)實(shí)，可隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽處便可發(fā)電，使用方便。成本低，每瓦發(fā)電能力的設(shè)備只要 15 至 2 美元，每發(fā)一度電的費(fèi)用為 14 美分左右，完全可以同普通電廠產(chǎn)生的電力競爭。將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上，每年就可獲得一二千度的電力。

日本提出的創(chuàng)世紀(jì)計(jì)劃：準(zhǔn)備利用地面上沙漠和海洋面積進(jìn)行發(fā)電，并通過超導(dǎo)電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測算，到 2000 年、2050 年、 2100 年，即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源，占地也不過為 65.11 萬平方公里、   186.79 萬平方公里、 829.19 萬平方公里。 829.19 萬平方公里才占全部海洋面積  2.3％或全部沙漠的   51.4 ％，這一方案是有可能實(shí)現(xiàn)的。

美國宇航局和能源部提出設(shè)想：在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個長 10 公里、寬5 公里的大平板，上面布滿太陽電池，這樣便可提供 500 萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題。但離真正實(shí)用還有漫長的路程。

b、國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：

中國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)已具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模，技術(shù)條件已趨于成熟，太陽能利用將是中國能源變革最可行的解決方案。

我國早在七五期間 , 非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題; 八五和九五期間 , 我國把研究開發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽能電池等方面。 2003 年 10 月，國家 5 年太陽能資源開發(fā)計(jì)劃，籌資100 億元用于推進(jìn)太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，2005 年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到了 300 兆瓦。

2002年，國家啟動了 "西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃 " ，通過了太陽能和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。

20世紀(jì) 90年代，國內(nèi)光伏市場平穩(wěn)發(fā)展，年增長速度在 20% 左右；進(jìn)入 21世紀(jì)，國內(nèi)光伏市場呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢， 2001 ～ 2003 年平均增長速度都在 30%以上。按照我國制訂的《新能源和可再生能源發(fā)展規(guī)劃》規(guī)劃，中國 2003～ 2009 年在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中每年安裝 70 兆瓦光伏系統(tǒng)， 2010～ 2020 年將普及推廣應(yīng)用，年平均安裝 100兆瓦。

目前，中國已經(jīng)是國際光伏發(fā)電應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)基地。已有 10 條太陽能電池生產(chǎn)線, 年生產(chǎn)能力約為 4.5MW ，專家預(yù)測，從 2011 年開始 , 我國光伏市場年需求量將大于 20MW 。

在今后的十幾年中，太陽電池的市場走向?qū)l(fā)生很大的改變， 2010 年以前中國太陽電池多數(shù)是用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從2011 年到 2020 年，中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

六、小結(jié)

太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｊ亲罹呖沙掷m(xù)發(fā)展的可再生能源技術(shù)之一。

目前我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)雖已日趨成熟，要使太陽能發(fā)電被真正利用，為這一新能源的長遠(yuǎn)發(fā)展提供原動力，還必須提高以下幾個方面：

1、加大生產(chǎn)規(guī)模、提高技術(shù)水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量；

2、提高太陽能光電變換效率、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；

3、真正實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電與現(xiàn)有電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。

大力發(fā)展新能源和可再生能源是我國未來的能源發(fā)展戰(zhàn)略要求。由于世界能源的日趨緊張和光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，最大限度地開發(fā)利用太陽能將是人類新能源利用方面的科技發(fā)展方向。只有依靠更加先進(jìn)的科技，才 可能為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。