太阳能发电的发展

太阳能转换利用方式有光－热转换、光－电转换和光－化学转换三种方式。

(1)太阳能热水系统是目前光－热转换的主要形式，它是利用太阳能将水加热储于水箱中以便利用的装置。太阳能产生的热能可以广泛应用到采暖、制冷、干燥、蒸馏、室温、烹饪等很多领域，并可以进行热发电和热动力。

(2)利用光生伏打效应原理制成的光伏电池，可将太阳的光能直接转换成电能以利用，称为光－电转换，即光伏发电。本课程所讲的就是光伏发电，所以太阳能电池发电也称为光伏发电、光伏工程等。

(3)光－化学转换尚处于研究试验阶段，这种转换技术包括光伏电池电极化水制成氢、利用氢氧化钙和金属氢化物热分解储能等。

自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳能光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通信的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和20世纪90年代的环境污染问题大大促进了太阳能光伏发电的发展。其技术及应用发展过程简列如下:

1893年，法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。

1876年，亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。

1883年，制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。

1930年，肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”，使太阳能变成电能。

1931年，布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。

1932年，奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳能电池。

1941年，奥尔在硅上发现光伏效应。

1954年，恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶硅太阳能电池，光电转换效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。

1955年，吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳能电池。

1957年，硅太阳能电池转换效率达8%。

1958年，太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。

1959年，第一个多晶硅太阳能电池问世，转换效率达5%。

1960年，硅太阳能电池首次实现并网运行。

1962年，砷化镓太阳能电池转换效率达13%。

1969年，薄膜硫化镉太阳能电池转换效率达8%。

1972年，罗非斯基研制出紫光电池，转换效率达16%。

1972年，美国宇航公司背场电池问世。

1973年，砷化镓太阳能电池转换效率达15%。

1974年，COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳能电池转换效率达18%。

1975年，非晶硅太阳能电池问世。同年，带硅电池转换效率达6%～9%。

1976年，多晶硅太阳能电池转换效率达10%。

1978年，美国建成100 kWp太阳能地面光伏电站。

1980年，单晶硅太阳能电池转换效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。

1983年，美国建成1 MWp光伏电站，冶金硅(外延)电池效率达11.8%。

1986年，美国建成6.5 MWp光伏电站。

1990年，德国提出“2 000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3～5 kWp光伏电池。

1995年，高效聚光砷化镓太阳能电池效率达32%。

1997年，美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装3～5 kWp光伏电池。有太阳时，光伏屋顶向电网供电，电表反转;无太阳时，电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。

1997年，日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。

1997年，欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。

1998年，单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。

太阳能电池的发展历史呈现出一定的阶段性特征，大致可以分为下面几个阶段:

(1)第一阶段(1954—1973)

1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳能电池，转换效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。太阳能电池开始了缓慢的发展。

(2)第二阶段(1973—1980)

1973年10月爆发中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家，尤其是工业发达国家，加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能的热潮。1973年，美国制订了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。1978年美国建成100 kWp太阳能地面光伏电站。日本在1974年公布了政府制订的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有:太阳能房、工业太阳能系统、太阳能热发电、太阳能电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。至1980年，单晶硅太阳能电池转换效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。

(3)第三阶段(1980—1992)

进入20世纪80年代，世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力;太阳能光伏技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心;核电发展较快，对太阳能光伏的发展产生了一定的抑制作用。在这个时期，太阳能利用进入了低谷，世界上许多国家相继大幅度削减太阳能光伏研究经费，其中美国最为突出。

(4)第四阶段(1992—2000)

由于大量燃烧矿物化石能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大，使世界太阳能光伏技术进入了一个新的发展时期。

此期间的标志性事件主要有:1993年，日本重新制订“阳光计划”;1997年，美国提出“克林顿总统百万太阳屋顶计划”。至1998年，单晶硅光伏电池转换效率达24.7%。

(5)第五阶段(2000年至今)

进入21世纪，原油价格也进入了疯狂上涨的阶段，从2000年的不足30美元/桶，暴涨到2008年7月的接近150美元/桶，这让世界各国再次意识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。此阶段，太阳能产业也得到了轰轰烈烈的发展，德国在2004年修正EEG法案补贴新能源，西班牙在2004年开始实施“Red Decreto”法案，意大利实施“Conto Energia”法案，对光伏购电进行补偿，许多发达国家加强了政府对新能源发展的支持补贴力度，太阳能发电装机容量得到了迅猛的增长。受益于太阳能发电需求的猛烈增长，我国由前几年的无名小卒到2007年一跃成为世界第一太阳能电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳能电池实验最高转换效率达到了20.3%。至2007年，Spectrolab最新研制的GaAs多结聚光太阳能电池，转换效率达40.7%。