浅谈太阳能电池在我国的现状与前景

引言

21世纪以来，人民生活质量的提高对能源的需求日益剧增。太阳能作为人类取之不尽用之不竭的能源，有着巨大的潜力。

1.太阳能电池的工作原理

太阳能电池又可叫做”光电池”或“太阳能芯片”，是一种利用光照而产生电能的光电半导体薄片。它只要在光的照射下，并且存在回路，就能瞬间产生输出电压及回路电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，缩写为PV），简称光伏。如图1。

图1 太阳能电池原理图

在P-N型半导体交界处存在有空间电荷区，空间电荷区中的电子—空穴对由于斥力而向反方向移动，进而形成内建电场。在P型半导体和N型半导体的连接处存在着一个由P-N结建立的内电场。当太阳光投射到p—n结上时，光子就被材料吸收并在材料内部形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，存在闭合回路就能产生电流。

2.太阳能电池研究现状

以高纯度单晶硅作为原料制作的单晶硅太阳能电池，是目前太阳能电池中发展得最快的一种。它的生产工艺已趋于成熟，产品已广泛用于地面和空间；多晶硅太阳能电池作为新一代电池，不仅有单晶硅电池的长寿命和高转换率（在11%左右），还有着非晶硅薄膜电池简单的材料制备工艺，并且有可能在低成本衬底上制备，其成本相对于单晶硅电池最低，而效率确远高于其他薄膜电池。在目前的讲究进程中，如何降低成本以及提高效率是最大的问题。现如今，采用倒金字塔表面织构化、发射极钝化、刻槽埋栅电极和双层减反射膜等技术工艺是提高效率的主要手段，从效率和材料来源考虑，太阳电池今后发展重点仍然是硅太阳电池。

3.太阳能光伏发电中交直流的转换

太阳能光伏作用产生的直流电并不能直接用于使用，需要通过将直流转化为交流才可用于人类使用。以此，人们使用逆变器来完成这个转化过程。逆变器能

实现直流—交流的转化，需要有高效率，高可靠性以及输入电压有较宽的适用范围。逆变器是太阳能光伏发电中的重要一环，我国在大功率并网光伏逆变器上，技术水平已接近国外水平，在小功率逆变器上更是处于国际领先水平，并且已经实现了很好的运用。逆变器按隔离方式可分为两种：独立光伏系统逆变器和并网光伏系统逆变器。

3.1独立光伏系统逆变器

独立光伏发电系统，即离网噶光伏发电系统。组成部分为蓄电池、控制器、以及太阳能电池组件。若需要给交流负载供电，还需配备交流逆变器。下面介绍直流光伏发电系统。无蓄电池的直流光伏发电系统：用电负载是直流负载是无蓄电池的直流光伏发电系统的主要特点，在对负载使用时间限制上没有要求，但在白天使用效果最佳。太阳能电池与用电负载直接串联，负载工作的电能由光照下的太阳能电池提供，无阳光时则停止工作。系统无需使用控制器，也没有配备蓄电池储能装置。无蓄电池的直流光伏发电系统的优点在于：避免了能量通过控制器及在蓄电池的存储和释放过程中造成的损耗，能量的利用率大大提高。太阳能光伏水泵是这种系统的典型应用。有蓄电池的直流光伏发电系统：由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器以及直流负载等组成的有蓄电池的直流光伏发电系统是较于前者应用更为广泛的一种。在有阳光照射的情况下，太阳能电池实现光—电转化供负载使用，同时将电能存储在蓄电池中。在夜间或阴天等无光照条件下，蓄电池中存储的电能负责向负载供电。这种系统广泛应用在各个领域，小到太阳能路灯、庭院灯，大到远离电网的移动通信基站、微波中转站，偏远地区供电等。在系统容量和负载功率较大的情况下，需要配备蓄电池组以及太阳能电池方阵。独立逆变器主要用于独立发电系统，比如山区的供电系统，太阳能路灯等带有蓄电池的独立发电系统。我国近年来在“送电下乡”战略中在西部地区建设了近千座独立光伏电站，不仅解决了西部偏远地区用电难题，而且很好的推动了国内光伏产业的发展。

3.2并网光伏系统逆变器

并网光伏系统是由光伏电池方阵组成，并向电网输送电能的系统。通过将光伏组件接受来的太阳能辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。并网发电系统由于所产生的电能直接输入电网，不考虑负载供电的稳定性和供电质量等问题，发电效率较独立光伏系统高，同时由于电能直接输入电网，免去了蓄电池等的配置，减少了在蓄电池充放电中的能

耗，同时免除了蓄电池的运行维护费用和所带来的污染等问题。目前在德国，西班牙等国家广泛建设并网光伏发电系统，所产生的太阳能电力输送到公共电网，产生了良好的经济效益和环境效益。

4.太阳能发电的前景分析

我国幅员辽阔，国土面积占世界第三，有十分丰饶的太阳能资源。全国各地的太阳能年辐射为3500MJ/平方米到8500MJ/平方米，平均值为5850MJ/平方米。特别是中国西部地区，海拔高，地理位置优越，太能能总量很大。除了四川盆地辐射较少，其他地区的太能辐射也相当可观。太阳能资源开发利用的潜力非常大。太阳能发电的独特优势势必将使其在未来我国能源的结构中占据重要地位，而从长远看，光伏发电的低成本和高效率性，必将在未来的能源结构中占据至关重要的一席。

结论

太阳能发电技术已经相对成熟，具有安全可靠、无噪音、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、建站周期短等优点，这是常规发电所不及的。所以我国应加大在太阳能发电领域的投资，早日将这一清洁新能源普及推广。