【正文】 ，P型材料帶負(fù)電荷。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖41。光生伏特效應(yīng)是指光照射在物質(zhì)上產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象。獨(dú)立型系統(tǒng)有小到給計(jì)算機(jī)供電的功率不到1W的系統(tǒng)，也有大到向道路信息顯示板供電的數(shù)瓦至數(shù)千瓦的系統(tǒng)。 獨(dú)立型系統(tǒng)沒有與電力公司的配電線并網(wǎng)的系統(tǒng)成為獨(dú)立型系統(tǒng)。 并網(wǎng)型系統(tǒng)并網(wǎng)型系統(tǒng)分為有逆流系統(tǒng)和無逆流系統(tǒng)兩種。 PV系統(tǒng)的種類如圖41所示，PV系統(tǒng)大體上分為商用電網(wǎng)并網(wǎng)的并網(wǎng)型系統(tǒng)和獨(dú)立型系統(tǒng)。這種方式稱為并網(wǎng)型PV系統(tǒng)。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。太陽能電池板(圖41所示)是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。2010年起意大利和德國成為全球安裝量最大的國家，約占全球市場的六成。2004年世界光伏電池年產(chǎn)量達(dá)到1256MW，年增長率高達(dá)68%，2005年產(chǎn)量達(dá)1818MW，增長率仍有45%（圖31），2006年，美國加州州長施瓦辛格提出了要在加州實(shí)施“百萬個(gè)太陽能屋頂計(jì)劃”，在未來10年內(nèi)建設(shè)3000MW光伏發(fā)電系統(tǒng)的提案，這象征著美國光伏政策的新紀(jì)元的到來。隨著人們對能源和環(huán)境問題認(rèn)識(shí)的不斷提高，光伏發(fā)電越來越受到各國政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵(lì)和支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策也不斷出臺(tái)。大量研究集中在太陽能的轉(zhuǎn)換效率上。自1839年發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”和1954年第一塊實(shí)用的光伏電池問世以來，太陽能光伏發(fā)電取得了長遠(yuǎn)的進(jìn)步，但是它的發(fā)展仍然比計(jì)算機(jī)和光纖通訊要慢得多。同時(shí)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)(如電子、交通、機(jī)械、電器、服務(wù))的迅猛發(fā)展。這個(gè)簡單計(jì)算沒有包括使用煤炭發(fā)電產(chǎn)生的大量工業(yè)廢渣、廢水，沒有統(tǒng)計(jì)太陽能光伏電站對周圍荒漠、高原的有利影響。在西部、部重點(diǎn)發(fā)展以太陽能為代表的綠色能源，既有助西部人口就業(yè)，有利于東部、西部的協(xié)調(diào)發(fā)展，縮小東西部的差距，又避免東部發(fā)展過程中的環(huán)境污染，占用耕地，大量居民搬遷弊病。太陽能光伏發(fā)電，可以節(jié)約寶貴土地資源，我國人均耕地面積僅及世界平均水平一半，這些耕地大多集中在東部地區(qū)。我國的可再生能源法的頒布，將有力促進(jìn)我國太陽能工業(yè)的發(fā)展。圖21太陽能電池市場份額許多國家的發(fā)展歷史證明：政府的支持和扶助，是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的條件。我國從20世紀(jì)80年代就進(jìn)行太陽能光伏電池的開發(fā)生產(chǎn)，國家也在西部無電地區(qū)大力推廣離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用，其中光明工程和鄉(xiāng)鄉(xiāng)通等工程的實(shí)施，為我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和光伏技術(shù)提高起到積極作用，國家在973和863等重大項(xiàng)目中也將太陽能電池的發(fā)展放到重要位置，北京2008綠色奧運(yùn)的籌辦也為太陽能電池的發(fā)展產(chǎn)生巨大推動(dòng)。如光伏水泵、畜牧圍欄、植物保護(hù)、森林防火、太陽能玩具、石油、化工、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)、鋼鐵結(jié)構(gòu)、鋼鐵管道的陽極保護(hù)等。通訊/通信領(lǐng)域是太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用強(qiáng)項(xiàng)已廣泛應(yīng)用于微波中繼站、光纜維護(hù)站、電力/廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)，農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、通信機(jī)、士兵GPS供電。由于不污染水質(zhì)、大氣、不排放二氧化碳，不需其他能源。我國神州五號(hào)載人飛船所用電能正是由太陽能電池提供。據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省光伏原料的40%需要進(jìn)口，30%需要外省供給。與此同時(shí)，太陽能光伏電池生產(chǎn)線的核心設(shè)備（全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)和自動(dòng)測試分撿機(jī)等高端關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備）以及部分關(guān)鍵配套材料（晶體硅產(chǎn)品原材料90％以上產(chǎn)自國外），仍然依靠從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口。使我國太陽能電池組件的年生產(chǎn)能力迅速達(dá)到100MWp(組件封裝能力)，2002年當(dāng)年銷售量為20MWp。在 “六五”(1981—1985)和“七五” (1986—1990)期間，國家開始對光伏工業(yè)和光伏市場的發(fā)展給以支持，中央和地方政府在光伏領(lǐng)域投入了一定資金，使太陽能電池工業(yè)得到了發(fā)展．并在許多應(yīng)用領(lǐng)域得到應(yīng)用，如微波中繼站、部隊(duì)通信系統(tǒng)、水閘和石油管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)、農(nóng)村載波電話系統(tǒng)、小型戶用系統(tǒng)和村莊供電系統(tǒng)等。于1973年開始將太陽能電池用于地面設(shè)施(天津港航標(biāo)燈)。1839年法國學(xué)者貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)，1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位科學(xué)家首次制成實(shí)用的單晶硅太陽電池。因此提高太陽能電池發(fā)電效率具有非常重要的意義。據(jù)預(yù)測，新增總?cè)萘吭?016年將達(dá)到75GW，累計(jì)達(dá)到300GW。這項(xiàng)新技術(shù)不但能持續(xù)提供電力，還可以在冬季供暖。美國在死海旁建立了一個(gè)面積超過7500平米的太陽池，其搜集到的熱能可以為一臺(tái)150kW的發(fā)電機(jī)供能。全球范圍內(nèi)各國都在競相開發(fā)太陽能發(fā)電新技術(shù)，各種發(fā)電新材料與光電技術(shù)不斷問世。(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。如此看來這確實(shí)是一項(xiàng)值得深入學(xué)習(xí)的技術(shù)。正如美國允許消費(fèi)類電子制造業(yè)向其他國家轉(zhuǎn)移，光伏產(chǎn)業(yè)似乎也出現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。初始成本的減少很大程度上是由于光伏電池制造方面的持續(xù)改進(jìn)。答案在于難度，為了獲得合理水平的電池效率，需要制作出足夠忖度的材料。理所當(dāng)然，這項(xiàng)發(fā)明徹底改變了固態(tài)器件世界。然后，1876年亞當(dāng)斯和Day發(fā)現(xiàn)硒具有光伏特性。然而，如果我們使用一個(gè)非常巨大的儲(chǔ)能庫里的能源，用作待轉(zhuǎn)化的能量來源，那么能源就變得幾乎無限。對一種能源可持續(xù)性的測試包括兩個(gè)因素:第一個(gè)因素是資源是否有限。他們將凈能的概念納入一種經(jīng)濟(jì)學(xué)的新標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為這比金本位制更有意義，并稱其為英熱單位標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)候，這種做法能夠使能源利用更有價(jià)值。某些情況下，消耗能量去獲得某種資源是有意義的。例如，為了能夠燃燒一桶石油，需要勘探、開采、輸送、精煉，以及建設(shè)燃燒設(shè)施。它還意味著必須努力為能源引起的環(huán)境退化也貼上價(jià)格標(biāo)簽，從而使這項(xiàng)代價(jià)能夠計(jì)入任何能源社會(huì)的總成本當(dāng)中。事實(shí)上，當(dāng)初美國拒絕簽署關(guān)于溫室氣體減排的京都協(xié)定書的觀點(diǎn)之一就是，它沒有要求發(fā)展中國家采取同等的溫室氣體排放限制。處于低端的國家往往去想使用更多手工勞動(dòng)力的農(nóng)業(yè)，或使用底薪工人和低成本能源的制造業(yè)。北美人口略超過世界人口的5％，消耗了世界能源的26%。請注意，能源權(quán)益是實(shí)現(xiàn)較高生活標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)條件。消費(fèi)者也通過減少恒溫器、安裝保溫層以及采取其他能量儲(chǔ)存措施予以響應(yīng)，降低能源使用量。2005年，全球一次能源消費(fèi)量增長到462quad，仍有20億人口沒有電力。lb1ft1千瓦時(shí)（kW1夸德（quad）是1000萬億（）Btu。lb）和千瓦時(shí)（kW持續(xù)增加化石燃料的使用，其潛在后果是十分深遠(yuǎn)的。究竟多少能源、什么能源才能滿足這些需求呢？這正是當(dāng)代人以及后代人必須解決的問題。這些目標(biāo)需要工程師們?nèi)?shí)現(xiàn)，并要求工程師們理解光伏系統(tǒng)做出明智的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。到2007年底，估計(jì)美國各地已安裝超過60萬套太陽能系統(tǒng)，美國加利福尼亞州還退出了自己的百萬太陽能屋頂計(jì)劃。其宣告：“現(xiàn)在我們將與企業(yè)和社區(qū)共同努力，到2010年在美國超過100萬個(gè)屋頂上安裝太陽能電池板，通過利用太陽能，減少對化石燃料的依賴。不會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)與酸雨。目前應(yīng)用最為廣泛的太陽能開發(fā)方式是光伏太陽能技術(shù)。另外一種是直接的光電轉(zhuǎn)換。(2)光電轉(zhuǎn)化。在眾多新型能源中，太陽能無疑是極具魅力的。而硫化物引起的酸雨問題亦更加突出，森林遭到破壞。石油、煤炭是目前人類使用最廣泛的能源，而其均為不可再生資源，它們在燃燒的過程中產(chǎn)生了大量二氧化碳、二氧化硫等污染氣體，導(dǎo)致全球氣溫升高，溫室效應(yīng)愈來愈顯著，冰川溶解加速。因此，要解決社會(huì)可持續(xù)發(fā)展與能源、環(huán)境的矛盾，人類必須加快清潔、安全的新能源和可再生能源開發(fā)的步伐，以逐步替代傳統(tǒng)能源。將輻射能搜集起來，與其他物質(zhì)作用轉(zhuǎn)化為熱能加以利用。能量轉(zhuǎn)化過程為，先是光熱轉(zhuǎn)換，再是熱電轉(zhuǎn)換。利用植物的光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。相對于傳統(tǒng)化石燃料，太陽能電池工作時(shí)幾乎不產(chǎn)生二氧化碳、硫化物、氮氧化物等污染物。1997年6月26日，美國在紐約聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展問題特別會(huì)議上公布了美國百萬太陽能屋頂計(jì)劃（MSRI）。在12年后本章即將出版的今天，這兩個(gè)議題都得到了極大的關(guān)注。如今越來越多的國家采用了可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)（RPS），即設(shè)定到某一特定日期可再生能源店里在電能供應(yīng)結(jié)構(gòu)中的比例目標(biāo)。地球人口目前已超過67億，這些居民都需要能源來維持其生活所需。這些發(fā)電廠曾潔采用相對便宜的、陳舊的、效率較低的燃煤發(fā)電技術(shù)，并且供電終端以利用效率較低的用戶為主。磅（ft1英熱單位（Btu）是將1lb水的溫度升高1℉所需要的熱量。lb）是將1lb物體升高1ft所需要的能量。h=3413Btu=2655000ft發(fā)達(dá)國家耗能約為75％，而發(fā)展中國家還有近20億人口沒有電力，這些國家大多數(shù)在熱帶地區(qū)。在這段時(shí)期，高昂的石油價(jià)格推動(dòng)了能源效率的立法，例如美國國家能源儲(chǔ)備和政策法案、建筑施工能源效率規(guī)程和增加車輛行駛里程的要求。由于發(fā)展中國家正在爭取與發(fā)達(dá)國家平等的能源權(quán)益，世界面臨著巨大的能源需求挑戰(zhàn)。事實(shí)上，采用最低成本的能源方式，更可能導(dǎo)致較高的人均能耗，單挺尸產(chǎn)生不宜呼吸的空氣和不宜飲用的水，反而有可能使生活水平下降。一些國家已