生活中處處可見(jiàn)的太陽(yáng)能，你了解它嗎

太陽(yáng)能，一個(gè)耳熟能詳?shù)拿?。也許你沒(méi)聽(tīng)過(guò)光伏發(fā)電，但你一定知道太陽(yáng)能，這是十多年前就在我國(guó)開(kāi)始部署的項(xiàng)目，但是你了解它的原理么?

一般來(lái)講，人利用太陽(yáng)能有兩個(gè)用途，熱水和發(fā)電。熱水這事按下不談，咱們來(lái)主要說(shuō)說(shuō)發(fā)電。太陽(yáng)能發(fā)電又稱(chēng)光伏發(fā)電，是利用太陽(yáng)的熱輻射在特殊材料上產(chǎn)生電的效果。如今，在太空中太陽(yáng)能是衛(wèi)星電池發(fā)電的主要來(lái)源，地面上則是一個(gè)重要的清潔能源來(lái)源。

要說(shuō)太陽(yáng)能得先說(shuō)說(shuō)它的歷史。1839年，年僅19歲的愛(ài)蒙德·貝克勒爾通過(guò)暴露在光下的導(dǎo)電溶液觀察到了光伏效應(yīng)。隨后，他就創(chuàng)造出了第一個(gè)光伏電池。到1873年，威洛比·史密斯發(fā)現(xiàn)了硒的光電導(dǎo)性，隨后“光對(duì)硒的效應(yīng)”橫空出世，對(duì)于光伏效應(yīng)的研究也開(kāi)始逐漸變大。1905年，愛(ài)因斯坦發(fā)布了基于量子的光電效應(yīng)論文，正式闡述了光電效應(yīng)。

第一個(gè)試圖將太陽(yáng)能商業(yè)化的人出現(xiàn)在1878年的巴黎萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上，奧古斯丁·穆肖展示了太陽(yáng)能蒸汽機(jī)，但可惜當(dāng)時(shí)煤太便宜了，它的蒸汽機(jī)沒(méi)人看得上。1908年，弗蘭克·舒曼成立了太陽(yáng)電力公司，建造了一臺(tái)由低壓水驅(qū)動(dòng)的全尺寸蒸汽機(jī)。這項(xiàng)設(shè)計(jì)研究在1970年隨著太陽(yáng)能的火熱而復(fù)活。

太陽(yáng)能，顧名思義就是利用太陽(yáng)的能量?，F(xiàn)代社會(huì)，一般利用太陽(yáng)能的方式有兩種，一種是利用透鏡和太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)聚熱用以驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī);另一種是利用光伏效應(yīng)將光轉(zhuǎn)化為電能。其中透鏡聚熱驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)比較好理解，就是將太陽(yáng)能的熱量聚集起來(lái)燒開(kāi)水，然后利用蒸汽機(jī)原理帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

光伏發(fā)電則不一樣，它是利用一種特殊的材料，這種材料可以發(fā)生光電效應(yīng)，在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生電。太陽(yáng)光中包含光子，在光子撞擊到太陽(yáng)能電池板的時(shí)候，被含硅的半導(dǎo)體材料吸收。隨后電子從他們?cè)镜姆肿?原子軌道中被激發(fā)。電子被激發(fā)后只有兩種結(jié)果，一是將能量以熱量的形式消耗并返回軌道，另一個(gè)是穿過(guò)材料抵達(dá)電極，形成電勢(shì)差，隨著電勢(shì)差的出現(xiàn)便產(chǎn)生電壓。這就是太陽(yáng)能電池陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可用的直流電的過(guò)程，最后再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

太陽(yáng)能電池的材料一般都是特殊的半導(dǎo)體材料，這些電池分為三代。第一代是傳統(tǒng)基于圓晶的電池，由晶體硅制成，包含單晶硅和多晶硅兩種;第二代電池就是現(xiàn)在的主流電池，是薄膜太陽(yáng)能電池，包含非晶硅、碲化鎘和CIGS電池。這些類(lèi)型的電池對(duì)光伏建筑一體化有著很大的幫助，在小型獨(dú)立電力系統(tǒng)中也有很大的作用;第三代電池是新型光伏技術(shù)的薄膜技術(shù)，目前還處于開(kāi)發(fā)階段，部分有使用有機(jī)材料。

第三代的太陽(yáng)能電池包括鈣鈦礦電池、雙面電池、中間帶電池、材料敏化太陽(yáng)能電池、量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。這些電池各有不同的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用場(chǎng)景，其基本原理略有不同，這里就暫不展開(kāi)了。

太陽(yáng)能的能量目前并不是很穩(wěn)定，每個(gè)地區(qū)的太陽(yáng)能資源是不同的，高緯度地區(qū)的太陽(yáng)能資源比之低緯度地區(qū)的年輸出能量自然更高。這之中一些其他因素會(huì)影響太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率，包括反射率、熱力學(xué)效率、電荷載流子分離效率、電荷載流子收集效率和傳導(dǎo)效率等。

總的來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，它不需要許多復(fù)雜的元件系統(tǒng)。而且鑒于它的材料，一套光伏系統(tǒng)有著較長(zhǎng)的壽命，可以用25年左右。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大，在規(guī)模效應(yīng)下，光伏系統(tǒng)的價(jià)格也在降低，并且逐漸可以部署在一般人家里，還不會(huì)影響美觀。對(duì)于整體能源的節(jié)約與利用也將更上一個(gè)臺(tái)階。

并且就是一年四季，一天早晚也存在太陽(yáng)能資源的變化，如夜晚的太陽(yáng)能資源幾近于無(wú)。這些自然條件都限制了太陽(yáng)能的發(fā)展，但未來(lái)而言，太陽(yáng)能作為可預(yù)見(jiàn)未來(lái)里不會(huì)枯竭的能源，對(duì)于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用對(duì)未來(lái)的發(fā)展無(wú)疑是極為重要的課題。