早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為“光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓（Chapin）等人在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。

  太陽(yáng)能應(yīng)用奠定科學(xué)基礎(chǔ)的著 名科學(xué)家

  20世紀(jì)70年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機(jī)和大氣污染問(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)的燃料能源正在一 天天減少，對(duì)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(yīng)。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?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。太陽(yáng)能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)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)、人類能夠自由利用的能源。

  20世紀(jì)80年代后，太陽(yáng)能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場(chǎng)規(guī)模也逐步擴(kuò)大。

  太陽(yáng)能電板

  20世紀(jì)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(jí)光伏發(fā)電站。美國(guó)是早制定光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家，1997年又提出“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃。日本于1992年就啟動(dòng)了新陽(yáng)光計(jì)劃，2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%,世界前十大廠商有4家在日本。德國(guó)新的可再生能源法規(guī)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(guó)成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展快的國(guó)家。瑞士、法國(guó)、意大利、西班牙、芬蘭等國(guó)，也紛紛制訂光伏發(fā)電發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。

  20世紀(jì)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(zhǎng)率約為15%,1999年光伏組件生產(chǎn)達(dá)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(guī)模從1-5MW/a發(fā)展到5-25MW/a,并向50MW/a甚100MW/a擴(kuò)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(guó)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大，但公認(rèn)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(yīng)用領(lǐng)域。例如，非晶硅電池主要應(yīng)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(yīng)用上。近幾年，國(guó)際上對(duì)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(jī)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(dá)國(guó)家近幾年來(lái)主要開拓的市場(chǎng)是屋頂式并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其原因是發(fā)達(dá)國(guó)家的電網(wǎng)分布巳很密集，電網(wǎng)峰值用電的電費(fèi)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(qū)采用光伏發(fā)電的電價(jià)巳接近商品電價(jià)。人們預(yù)測(cè)10年后屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將大規(guī)模推廣應(yīng)用。

  太陽(yáng)能電池技術(shù)

  并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初，美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利等國(guó)都為此做出了努力，當(dāng)時(shí)建造的都是較大型的并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，規(guī)模從100kW-1MW不等，而且都是由政府投資建設(shè)的試驗(yàn)性電站。但試驗(yàn)結(jié)果并不十分理想，由于當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能電池很貴，接受。

  自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家重新掀起了發(fā)展并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)。屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)有建筑物的屋頂上，其靈活性和經(jīng)濟(jì)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(guó)的重視。

  太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)

  1993年，德國(guó)首先開始實(shí)施由政府投資支持、認(rèn)可的1000屋頂計(jì)劃，繼而擴(kuò)展為2000屋頂計(jì)劃，現(xiàn)在實(shí)際建成的屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)均不帶蓄電池，對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電予以收購(gòu)，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(guó)政府于1999年開始實(shí)施10萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂（每戶約3-5kW)計(jì)劃，政府給用戶35%左右的補(bǔ)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(jié)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(tǒng)達(dá)幾萬(wàn)套。日本屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(jì)80年代初，美國(guó)就已經(jīng)開始了并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的努力，制訂了PV—USA計(jì)劃，即太陽(yáng)能光伏發(fā)電規(guī)模應(yīng)用計(jì)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(tǒng)，大的系統(tǒng)計(jì)劃達(dá)10MW，但是由于成本高，電力不可調(diào)度，不受歡迎。

  1996年，在美國(guó)能源部的支持下，又開始了一項(xiàng)“光伏建筑物計(jì)劃(PV—BONUS)”,計(jì)劃投資20億美元。

  光伏建筑物

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

  (1)DsM系統(tǒng)（按需求安排發(fā)電的系統(tǒng)），即帶有蓄電池的電力可以調(diào)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)僅在美國(guó)國(guó)內(nèi)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(gòu)成的光伏、光熱系統(tǒng)，可以為用戶同時(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(dāng)溫度升高后輸出功率會(huì)降低，所以特別適合于這種系統(tǒng)。

  (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(tǒng)、光伏墻體、光伏智能窗簾等。

  太陽(yáng)能電池新技術(shù)開發(fā)

  除了屋頂并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)外，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還在其他光伏技術(shù)應(yīng)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。為了進(jìn)一步降低可再生能源的發(fā)電成本，國(guó)外在風(fēng)光柴混合發(fā)電系統(tǒng)上做了大量的示范工作和經(jīng)濟(jì)對(duì)比。還開發(fā)了混合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化軟件，利用該軟件可根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)的供電方案。

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

  潛在市場(chǎng)，國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出較成功的可以為電動(dòng)汽車蓄電池充電的太陽(yáng)能快速充電系統(tǒng)、太陽(yáng)能汽車空調(diào)板、太陽(yáng)能汽車換氣扇、太陽(yáng)能空調(diào)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(tǒng)。芬蘭的NAPs已經(jīng)完成這一發(fā)電系統(tǒng)的示范工程。太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)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(chǔ)存到儲(chǔ)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(tǒng)屬于清潔的再生能源發(fā)電系統(tǒng)，在未來(lái)具有巨大的市場(chǎng)，尤其對(duì)于冬夏太陽(yáng)能輻射差異很大、采用蓄電池極不經(jīng)濟(jì)的高緯度地區(qū)，通過(guò)這種辦法利用太陽(yáng)能將會(huì)十分有效。此外，隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，這一發(fā)電系統(tǒng)也會(huì)變得更為重要。

  (4)再生能源海島供電系統(tǒng)。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(guó)外已經(jīng)對(duì)海島上應(yīng)用風(fēng)光柴混合發(fā)電系統(tǒng)做了大量示范工程，為海島供應(yīng)電力和淡水。此外，由于島上漁民需要用冰來(lái)儲(chǔ)存和運(yùn)送新鮮的魚蝦，海島的可再生能源制冰系統(tǒng)也得到了推廣應(yīng)用。

  (5)太陽(yáng)能發(fā)電專用直流負(fù)載。為了提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率，減少故障環(huán)節(jié)，國(guó)外開發(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(fù)載，包括直流電視機(jī)、直流電冰箱、直流空調(diào)等，這類專用負(fù)載特別適合于車輛、船只和流動(dòng)性的單位，如旅游團(tuán)、地質(zhì)隊(duì)、部隊(duì)等。

  內(nèi)容摘自：《太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例》