太阳能光伏发电技术

太阳能光伏发电技术

1目前人类对石油和煤炭等传统常规能源的依赖性太大，油和煤牵动全球神经，太阳能等新能源开发利用则严重不足。世界传统常规能源正处于开采和使用高峰期并将逐步走向衰落，能源结构必须发生根本性变革，作为最具可持续发展特征的太阳能光伏发电，将成为未来基础能源的重要组成部分。

太阳能光伏发电是利用半导体材料直接将太阳辐射能转换为电能。太阳能发电拥有无污染、安全、长寿命、维护简单、资源永不枯竭和资源分布范围广泛等特点，被认为是21世纪最重要的新能源。

2节约能源、调整能源结构、开发新能源是我国的重要发展战略。到2020年，即使我国的万元GDP能耗由2002年的吨标准煤降低到吨标准煤，我国的能源消耗也要30亿吨标准煤。根据我国的能源结构，这是不太可能实现的。煤炭需求面临着精煤储量不足、生产能力不足、运输能力不足和环境容量不足四大压力。所以一定要想办法开发新能源，其中太阳能、风能是最主要的。其次，目前在我国的偏远地区还有3000万人没有用上电，在当地发展太阳能，是最好的解决办法。第三，我国的环境污染比较严重，二氧化硫排放为世界第一，发展新能源是解决环境问题的最好方案。32004年以来国际油价急剧攀升，除多种短期因素影响外，主要原因是世界能源结构本身存在问题。目前人类对石油和煤炭等传统能源的依赖性太大，现在石油占世界能源总消费量的比例达到37％，煤超过26％，常规能源给人类社会赖以生存的环境造成的破坏更是日益严重。而人类对风能的利用率只达到万分之三点四，太阳能只有万分之一，存在巨大的发展空间。4我国目前的光伏产业主要在两方面发挥作用：一是国家示范项目、民心工程和国际合作项目，如“西藏无电县建设”、“送电到乡”、“光明工程”等项目的建设。另外，就是无电地区通信、卫星信号的传输和接收，以及输油、输气管道的阴极保护等系统所用的电源。还有极少部分用作带有“科技示范效应”的路灯、广告牌、草坪灯等电源。5光伏发电产业自20世纪80年代以来得到了迅速发展，最近10年的平均年增长率为27%，近5年的年平均增长率为37%。目前世界上已经建成了10多座兆瓦级的光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。欧盟、美、日和部分发展中国家都制定出了庞大的光伏应用发展计划，兆瓦级光伏电站的建设在德国、瑞士、西班牙等国方兴未艾。如美国计划到2010年累计安装4700兆瓦含百万屋顶计划；欧盟计划累计安装6700兆瓦，其中3700兆瓦安装在欧洲内部，3000兆瓦出口；日本计划累计安装5000兆瓦（NEDO日本新阳光计划）；其他发展中国家预计发展1800兆瓦。与国外相比，我国的太阳能应用只能说是将要进入起步阶段。

6太阳能产业正在世界范围内获得迅速发展，而我国太阳能光伏市场却显得冷冷清清。太阳能发电的“外热里冷”现象是由多方面原因造成的，其中最主要的原因是缺少法律和政策方面的支持。由于目前太阳能发电的成本还高于传统发电，近年来，世界各国都在加大对新能源和可再生能源的支持力度，许多发达国家制定了光伏屋顶计划，通过政府补贴和电价政策，鼓励各种建筑安装光伏发电系统。目前欧洲许多国家的太阳能发电已实现上网。在欧洲一些国家，只要你给电力公司打个，他们即可派人来为你安装太阳能发电系统（居民承担安装费用）。德国每度电是欧元，而电力公司回收太阳能发电的价格是每度欧元，既可收回安装成本，还有利可图，价差调动了居民安装太阳能发电系统的积极性。在德国，每度来自太阳能的电量都会由政府补贴欧分，以此促进光伏发电产业的发展。7我国太阳能资源十分丰富，全国三分之二以上地区的年日照大于2000小时，年均辐射量约为5900兆焦耳／平方米。中国每年接收的太阳能，我们只要用上1％，能源问题就好解决了。《可再生能源法》已于2005年2月28日通过颁布。法律要求电力企业必须按一定比例发展可再生能源，在电费中可以征收一定费用，用来促进太阳能、风能、地热能等可再生能源的发展。随着能源危机的加剧，我国政府的宏观调控部门也在制定发展新能源的相关规划，计划到2010年，太阳能、风能等可再生能源发电占到全国发电总量的10％。随着相关法律、规划的出台和得以落实，太阳能、风能等可再生能源有望真正成为中国能源战略的重要组成部分。

8我国有万平方公里的沙漠，如果将10万平方公里的沙漠上的阳光转变为太阳能，能够发电25亿千瓦，这是一个巨大的数字。过去沙漠在人们印象中只是不毛之地，而将来，沙漠将成为中国的能源基地。我国太阳能电池装机容量的年增长率有望超过40%。到2020年，系统年产值将接近3000亿元。规模效应将大幅度拉低生产成本，按目前的发展速度推算，系统造价将从目前每瓦70元左右下降到2010年的40元甚至更低，2020年有可能达到30元的水平。9太阳能电池发电原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。一般的半导体主要结构如下：

图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。10太阳能电池发电原理当硅晶体中掺入其他的杂质硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴。它的形成可以参照下图：

图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成N型半导体。11太阳能电池发电原理

N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结（如下图）。

12太阳能电池发电原理