早在1839年，法國科學家貝克雷爾（Becqurel）就發現，光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差。這種現象后來被稱為“光生伏特效應”，簡稱“光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓（Chapin）等人在美國貝爾實驗室首 次制成了實用的單晶硅太陽能電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發電技術。

  太陽能應用奠定科學基礎的著 名科學家

  20世紀70年代后，隨著現代工業的發展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，傳統的燃料能源正在一 天天減少，對環境造成的危害日益突出，同時全球約有20億人得不到正常的能源供應。這時，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的能源結構，維持長遠的可持續發展。太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。

  20世紀80年代后，太陽能電池的種類不斷增多、應用范圍日益廣闊、市場規模也逐步擴大。

  太陽能電板

  20世紀90年代后，光伏發電技術快速發展。2006年，世界上已經建成10多座MW級光伏發電站。美國是早制定光伏發電發展規劃的國家，1997年又提出“百萬屋頂”計劃。日本于1992年就啟動了新陽光計劃，2003年日本光伏組件生產占世界的50%,世界前十大廠商有4家在日本。德國新的可再生能源法規定了光伏發電上網電價，大大推動了光伏發電市場和產業發展，使德國成為繼日本之后世界光伏發電發展快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制訂光伏發電發展計劃，并投巨資進行技術開發和加速工業化進程。

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

  太陽能電池板

  國際上目前很難確定選擇哪一種太陽能電池佳，雖然目前晶體硅電池的銷大，但公認今后薄膜電池具有潛力。另外，不同太陽能電池的特性各不相同，在光伏市場中各有其不同的應用領域。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，有機納米太陽能電池的效率有較大提高，受到一定的關注。

  發達國家近幾年來主要開拓的市場是屋頂式并網太陽能光伏發電系統，其原因是發達國家的電網分布巳很密集，電網峰值用電的電費高，而并網太陽能光伏發電不用蓄電池，太陽光好的地區采用光伏發電的電價巳接近商品電價。人們預測10年后屋頂并網太陽能光伏發電系統將大規模推廣應用。

  太陽能電池技術

  并網太陽能光伏發電系統應用始于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，當時建造的都是較大型的并網太陽能光伏電站，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，由于當時太陽能電池很貴，接受。

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

  太陽能發電并網

  1993年，德國首先開始實施由政府投資支持、認可的1000屋頂計劃，繼而擴展為2000屋頂計劃，現在實際建成的屋頂并網太陽能光伏發電系統已經超過5000座。這些屋頂并網太陽能光伏發電系統均不帶蓄電池，對并網光伏發電系統發出的電予以收購，大大 ** 了這一領域的商業性發展和技術上的完善。德國政府于1999年開始實施10萬套太陽能屋頂（每戶約3-5kW)計劃，政府給用戶35%左右的補助及10年的無息貸款。

  日本在太陽能光伏發電與建筑結合方面已經做了十幾年的努力，尤其在1996年以后更是突飛猛進，每年新建的屋頂并網太陽能光伏發電系統達幾萬套。日本屋頂并網太陽能光伏發電系統的發展有一個特點，是將太陽能電池組件制作成建筑材料的形式，如瓦和玻璃等，使太陽能電池能很容易地安裝在建筑物上，也接受。

  太陽能瓦片

  20世紀80年代初，美國就已經開始了并網太陽能光伏發電的努力，制訂了PV—USA計劃，即太陽能光伏發電規模應用計劃，主要是建立100kW以上的大型并網太陽能光伏發電系統，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建筑物供電，光伏建筑物計劃的目標是采用太陽能光伏發電緩解建筑物的峰值負荷，并探求未來清潔的建筑物供電途徑。此項計劃將有助于開發新型的光伏建筑材料，包括玻璃、天窗、墻體等，有助于開發屋頂并網太陽能光伏發電系統的模塊和可由電力部門很容易安裝的光伏調峰電力模塊等。計劃分為三步實施：概念開發、產品開發和市場開發。這項計劃的內容很豐富，其中典型的開發項目包括以下幾點。

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

  (2)由太陽能熱水器和非晶硅太陽能電池聯合構成的光伏、光熱系統，可以為用戶同時提供電力和熱水。由于非晶硅太陽能電池不像晶體硅太陽能電池那樣當溫度升高后輸出功率會降低，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。

  太陽能電池新技術開發

  除了屋頂并網太陽能光伏發電系統外，一些發達國家還在其他光伏技術應用方面做了大量工作，主要有以下幾個方面。

  (1)風光柴互補發電系統。為了進一步降低可再生能源的發電成本，國外在風光柴混合發電系統上做了大量的示范工作和經濟對比。還開發了混合發電系統的優化軟件，利用該軟件可根據當地資源設計合理、經濟的供電方案。

  (2)未來與汽車配套的太陽能光伏發電系統。太陽能光伏發電系統在汽車行業有很大的

  潛在市場，國外已經開發出較成功的可以為電動汽車蓄電池充電的太陽能快速充電系統、太陽能汽車空調板、太陽能汽車換氣扇、太陽能空調和冷飲箱等。

  (3)太陽能制氫加燃料電池的再生發電系統。芬蘭的NAPs已經完成這一發電系統的示范工程。太陽能電池將太陽能轉變成電能，通過電解水，產生氫氣和氧氣，氧氣排放到空氣中，氫氣儲存到儲氫罐中。使用時氫氣再與空氣中的氧氣通過燃料電池發電，氫氣和氧氣在發電過程中又化合成水。該系統屬于清潔的再生能源發電系統，在未來具有巨大的市場，尤其對于冬夏太陽能輻射差異很大、采用蓄電池極不經濟的高緯度地區，通過這種辦法利用太陽能將會十分有效。此外，隨著電動汽車的發展，這一發電系統也會變得更為重要。

  (4)再生能源海島供電系統。海島是一個特殊的環境，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。國外已經對海島上應用風光柴混合發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儲存和運送新鮮的魚蝦，海島的可再生能源制冰系統也得到了推廣應用。

  (5)太陽能發電專用直流負載。為了提高太陽能光伏發電系統效率，減少故障環節，國外開發了許多不需要采用逆變器、可以直接由太陽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，這類專用負載特別適合于車輛、船只和流動性的單位，如旅游團、地質隊、部隊等。

  內容摘自：《太陽能光伏發電系統設計與應用實例》