光伏發(fā)電是一種利用太陽(yáng)能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，其核心原理是光伏效應(yīng)。當(dāng)光子照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，會(huì)激發(fā)電子產(chǎn)生自由電子和空穴，從而形成電勢(shì)差和電流。

光伏發(fā)電的基本原理是 “光伏效應(yīng)”，也被稱為 “光生伏**應(yīng)”。這一效應(yīng)指的是光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓的過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。

光伏電池是光伏發(fā)電的核心部件，它由兩層半導(dǎo)體材料構(gòu)成。其中一層為 p 型半導(dǎo)體，具有較多的空穴；另一層為 n 型半導(dǎo)體，具有較多的自由電子。當(dāng)太陽(yáng)光照射到 P－N 結(jié)后，空穴由 P 極區(qū)往 N 極區(qū)移動(dòng)，電子由 N 極區(qū)向 P 極區(qū)移動(dòng)，形成電流。

具體來(lái)說(shuō)，硅原子有 4 個(gè)外層電子，如果在純硅中摻入有 5 個(gè)外層電子的原子如磷原子，就成為 N 型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有 3 個(gè)外層電子的原子如硼原子，形成 P 型半導(dǎo)體。當(dāng) P 型和 N 型結(jié)合在一起時(shí)，接觸面就會(huì)形成電勢(shì)差，成為太陽(yáng)能電池。

多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等，就形成 P－N 結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。

為了將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲(chǔ)，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占 50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費(fèi)、其他輔助部件以及其他費(fèi)用占另外 50%。

光伏發(fā)電的早期發(fā)展可以追溯到 1839 年，當(dāng)時(shí)法國(guó)物理學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)光照能讓導(dǎo)電液中的兩種金屬電極的電流得到強(qiáng)化，產(chǎn)生光生伏**應(yīng)，即將光能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象。1954 年，美國(guó)貝爾研究所的科學(xué)家成功開發(fā)出單晶硅太陽(yáng)能電池，從此太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)得到了實(shí)際應(yīng)用。

20 世紀(jì) 70 年代，發(fā)達(dá)國(guó)家開始了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的**計(jì)劃。20 世紀(jì) 80 年代后期，太陽(yáng)能電池種類的增多和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，使得光伏發(fā)電技術(shù)在 20 世紀(jì) 90 年代得到了迅速發(fā)展。德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家相繼提出并實(shí)施了一系列屋頂計(jì)劃，光伏發(fā)電裝機(jī)容量不斷增加。

進(jìn)入 21 世紀(jì)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電這種新興的產(chǎn)業(yè)開始向民用領(lǐng)域滲透，在民用建筑設(shè)計(jì)、施工以及船舶、交通樞紐等運(yùn)輸業(yè)中都有應(yīng)用。

光伏發(fā)電是一種清潔、可再生、無(wú)污染的能源。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究，光伏電池的效率不斷提高，未來(lái)的光伏發(fā)電應(yīng)用范圍將會(huì)擴(kuò)大。除了傳統(tǒng)的大型光伏電站，光伏發(fā)電還可以應(yīng)用于分布式發(fā)電、戶用光伏等領(lǐng)域。分布式光伏可以將光伏電站接入到社區(qū)、工業(yè)區(qū)等地，提供更加靈活的能源供應(yīng)。

總之，光伏發(fā)電是一種利用太陽(yáng)能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，其核心原理是光伏效應(yīng)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電將在未來(lái)的能源領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

二、光伏電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（一）光伏電池的組成

光伏電池主要由兩層半導(dǎo)體材料構(gòu)成，這兩層材料分別是 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體。

p 型半導(dǎo)體，也被稱為空穴型半導(dǎo)體。它是通過在純凈的半導(dǎo)體材料（如硅或鍺）中摻入少量的三價(jià)元素而形成的。這些三價(jià)元素，如硼（B）或鋁（Al），在晶格中取代原有的四價(jià)原子，從而形成一個(gè)空穴（即缺失的電子），這個(gè)空穴表現(xiàn)為正電荷。在 p 型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，空穴相當(dāng)于帶正電的粒子，在這類半導(dǎo)體的導(dǎo)電中起主要作用。由于 p 型半導(dǎo)體中正電荷量與負(fù)電荷量相等，故 p 型半導(dǎo)體呈電中性。空穴主要由雜質(zhì)原子提供，自由電子由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。

n 型半導(dǎo)體，也被稱為電子型半導(dǎo)體。它是通過在純凈半導(dǎo)體材料中摻入微量的五價(jià)元素，如磷（P）或砷（As）等雜質(zhì)而形成的。這些五價(jià)元素在晶格中多余的一個(gè)電子不參與共價(jià)鍵的形成，因此成為自由電子。在 n 型半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的電子，這些電子來(lái)自半導(dǎo)體中的施主。凡摻有施主雜質(zhì)或施主數(shù)量多于受主的半導(dǎo)體都是 n 型半導(dǎo)體。例如，含有適量五價(jià)元素磷、砷、銻等的鍺或硅等半導(dǎo)體。由于 n 型半導(dǎo)體中正電荷量與負(fù)電荷量相等，所以 n 型半導(dǎo)體呈電中性。自由電子主要由雜質(zhì)原子提供，空穴由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。

（二）光照下的電子激發(fā)與分離

當(dāng)光照照射到光伏電池上時(shí)，光子被半導(dǎo)體材料吸收并釋放出一個(gè)電子和一個(gè)空穴。以晶體硅為例，當(dāng)光線照射太陽(yáng)電池（由 P、N 型兩種不同類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成）上時(shí)，入射光子進(jìn)入空間電荷區(qū)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。接著電子、空穴相互運(yùn)動(dòng)，N 區(qū)的空穴向 P 區(qū)運(yùn)動(dòng)，P 區(qū)的電子向 N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。

這是因?yàn)樵诎雽?dǎo)體中存在電場(chǎng)作用，具體來(lái)說(shuō)，在光伏電池中，p 型和 n 型半導(dǎo)體材料通過擴(kuò)散、離子注入等方法形成 p - n 結(jié)。p - n 結(jié)是光伏電池的核心部分，其作用是將光生載流子分離，形成光電流。

當(dāng)光照射到光伏電池表面時(shí)，半導(dǎo)體材料中的電子和空穴被激發(fā)，產(chǎn)生光生載流子。在 p - n 結(jié)附近，由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用，光生載流子被分離，電子被推向 n 型區(qū)，空穴被推向 p 型區(qū)，形成光電流。

由于光生載流子的分離，n 型區(qū)和 p 型區(qū)之間形成了電勢(shì)差，從而產(chǎn)生了電流。這個(gè)電流就是光伏電池輸出的電能。

光生伏**應(yīng)描述了當(dāng)光照射到半導(dǎo)體時(shí)，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生電荷載流子的過程。光生伏**應(yīng)的效率和太陽(yáng)電池的性能密切相關(guān)，它取決于光能的吸收、電荷載流子的擴(kuò)散和傳輸，以及電極的收集效率。影響光生伏**應(yīng)效率的因素包括半導(dǎo)體的帶隙、少數(shù)載流子的壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度，以及界面和缺陷的影響。

在 p - n 結(jié)處，自由電子從 n 型半導(dǎo)體擴(kuò)散到 p 型半導(dǎo)體，而空穴從 p 型半導(dǎo)體擴(kuò)散到 n 型半導(dǎo)體。這種載流子的擴(kuò)散會(huì)在 p - n 結(jié)處建立一個(gè)電勢(shì)差，形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)。內(nèi)建電場(chǎng)的方向是從 n 型半導(dǎo)體指向 p 型半導(dǎo)體，它將激發(fā)后的電子向 n 型半導(dǎo)體區(qū)驅(qū)趕，而將空穴向 p 型半導(dǎo)體區(qū)驅(qū)趕，從而實(shí)現(xiàn)電荷分離。

電荷分離后，電子和空穴分別被收集在 n 型半導(dǎo)體和 p 型半導(dǎo)體上。為了提高電荷收集效率，通常會(huì)在半導(dǎo)體的表面形成金屬電極。金屬電極為電子和空穴提供收集和傳輸?shù)耐ǖ馈Ｔ陔姌O的幫助下，光生電子從 n 型半導(dǎo)體區(qū)流向負(fù)極（負(fù)載），而光生空穴從 p 型半導(dǎo)體區(qū)流向正極（負(fù)載），形成光電流。

光伏電池的電荷分離效率受以下幾個(gè)主要因素的影響：帶隙能量、載流子壽命、擴(kuò)散長(zhǎng)度和表面復(fù)合。半導(dǎo)體的帶隙能量決定了光吸收的波長(zhǎng)范圍。理想情況下，帶隙能量應(yīng)與太陽(yáng)能光譜重疊，以**地吸收光能。載流子壽命是自由電子和空穴存在于半導(dǎo)體中的平均時(shí)間。載流子壽命越長(zhǎng)，電荷分離的效率就越高。擴(kuò)散長(zhǎng)度是指光生載流子從激發(fā)點(diǎn)擴(kuò)散到電極之前所移動(dòng)的平均距離。擴(kuò)散長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電荷收集的效率就越高。表面復(fù)合是指光生載流子在半導(dǎo)體表面與其他載流子復(fù)合的現(xiàn)象。表面復(fù)合會(huì)降低電荷分離的效率，因此通常需要鈍化半導(dǎo)體表面以減少?gòu)?fù)合。

三、光伏發(fā)電的發(fā)展歷程

（一）早期發(fā)展

光伏發(fā)電的早期發(fā)展可以追溯到 1839 年，法國(guó)物理學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)光生伏**應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)為后來(lái)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，科學(xué)家們不斷探索和研究光伏效應(yīng)的應(yīng)用。

1877 年，W.G.Adams 和 R.E.Day 研究了硒的光伏效應(yīng)，并制作**片硒太陽(yáng)能電池。1883 年，美國(guó)發(fā)明家 charles Fritts 描述了**塊硒太陽(yáng)能電池的原理。1904 年，Hallwachs 發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅結(jié)合在一起具有光敏特性，德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文。1918 年，波蘭科學(xué)家 Czochralski 發(fā)展生長(zhǎng)單晶硅的提拉法工藝。1921 年，德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦由于 1904 年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。1930 年，B.Lang 研究氧化亞銅 / 銅太陽(yáng)能電池，發(fā)表 “新型光伏電池” 論文；W.Schottky 發(fā)表 “新型氧化亞銅光電池” 論文。1932 年，Audobert 和 Stora 發(fā)現(xiàn)硫化鎘的光伏現(xiàn)象。1933 年，L.O.Grondahl 發(fā)表 “銅 - 氧化亞銅整流器和光電池” 論文。1941 年，奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1951 年，生長(zhǎng) p-n 結(jié)，實(shí)現(xiàn)制備單晶鍺電池。1953 年，Wayne 州立大學(xué) Dan Trivich 博士完成基于太陽(yáng)光普的具有不同帶隙寬度的各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的**個(gè)理論計(jì)算。1954 年，RCA 實(shí)驗(yàn)室的 P.Rappaport 等報(bào)道硫化鎘的光伏現(xiàn)象。同年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研究人員 D.M.Chapin，C.S.Fuller 和 G.L.Pearson 報(bào)道 4.5% 效率的單晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)月后效率達(dá)到 6%。

（二）發(fā)展計(jì)劃與推廣

20 世紀(jì) 70 年代，發(fā)達(dá)國(guó)家開始**計(jì)劃，以推動(dòng)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。日本推出 “Sunshine 計(jì)劃”，德國(guó)和美國(guó)也相繼實(shí)施屋頂計(jì)劃。

美國(guó)在 1997 年宣布實(shí)施 “百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，1999 年 1 月，德國(guó)又開始實(shí)施 “十萬(wàn)屋頂計(jì)劃”。這些計(jì)劃的實(shí)施，促進(jìn)了光伏發(fā)電技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。

2009 年，中國(guó)政府為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化發(fā)展，先后實(shí)施了光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目、“金太陽(yáng)” 示范工程等，將中國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)規(guī)模不斷推上新臺(tái)階。

2013 年，美國(guó)和歐洲開始了針對(duì)中國(guó)光伏發(fā)電制造業(yè)的 “雙反” 調(diào)查。這間接刺激了**光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》，從價(jià)格、財(cái)政補(bǔ)貼、稅收、項(xiàng)目管理和并網(wǎng)管理等多個(gè)層次提出促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的舉措。同年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，進(jìn)一步完善光伏發(fā)電項(xiàng)目?jī)r(jià)格政策，建立了補(bǔ)貼資金向電網(wǎng)企業(yè)按季度預(yù)撥、電網(wǎng)企業(yè)按月轉(zhuǎn)付補(bǔ)貼發(fā)放機(jī)制。

“電價(jià)補(bǔ)貼” 的出臺(tái)引發(fā)了**光伏發(fā)電投資的熱潮，裝機(jī)規(guī)模開始進(jìn)入倍增的快車道。2015 年，我國(guó)光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量**超過德國(guó)，成為全球光伏裝機(jī)容量**的國(guó)家。

2018 年 5 月，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于 2018 年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》，即 “531” 新政，再度下調(diào)光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的全電量補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)也降低。這一政策調(diào)整降低了行業(yè)對(duì)補(bǔ)貼的預(yù)期，中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了換擋期，但也讓落后產(chǎn)能進(jìn)一步被淘汰，行業(yè)發(fā)展質(zhì)量有效提高。

（三）現(xiàn)狀與趨勢(shì)

如今，光伏發(fā)電在民用領(lǐng)域及運(yùn)輸業(yè)廣泛應(yīng)用。全球光伏發(fā)電市場(chǎng)規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，裝機(jī)容量和發(fā)電量均實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。中國(guó)、美國(guó)和歐洲仍然是全球**的光伏發(fā)電市場(chǎng)，同時(shí)，新興市場(chǎng)如印度、中東和非洲等地區(qū)的裝機(jī)容量也在迅速增長(zhǎng)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的下降，光伏發(fā)電在全球范圍內(nèi)更具競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，光伏發(fā)電行業(yè)將繼續(xù)致力于技術(shù)創(chuàng)新，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。隨著新材料、新工藝和智能制造技術(shù)的應(yīng)用，光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提升。

儲(chǔ)能技術(shù)與智能電網(wǎng)的融合將有助于提高光伏發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性，解決其間歇性和波動(dòng)性問題，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用場(chǎng)景。全球市場(chǎng)的拓展與合作將為光伏發(fā)電行業(yè)帶來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展與政策引導(dǎo)將促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。光伏材料、設(shè)備、制造、安裝、運(yùn)維等各環(huán)節(jié)將實(shí)現(xiàn)更加緊密的銜接和合作，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系。政府將繼續(xù)出臺(tái)政策引導(dǎo)和扶持光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

四、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與發(fā)電方式

（一）系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽(yáng)能電池板、光伏逆變器、蓄電池組、控制器等組成。

太陽(yáng)能電池板是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，它能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能。其由**數(shù)量的太陽(yáng)能電池通過導(dǎo)線連接而成，當(dāng)陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池上時(shí)，由于光伏效應(yīng)，產(chǎn)生電能。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。

光伏逆變器是將直流電變換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池發(fā)出的是直流電，而一般的負(fù)載是交流負(fù)載，所以逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。

蓄電池組在光伏發(fā)電系統(tǒng)中起到儲(chǔ)存電能的作用。當(dāng)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能超過負(fù)載需求時(shí)，多余的電能可以存儲(chǔ)在蓄電池組中；當(dāng)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能不足時(shí)，蓄電池組可以為負(fù)載供電。對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蓄電池組是必不可少的組成部分。

控制器則負(fù)責(zé)控制整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行。它可以監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓、電流等參數(shù)，控制蓄電池組的充放電過程，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）獨(dú)立光伏發(fā)電

獨(dú)立光伏發(fā)電利用太陽(yáng)能光伏電池板和蓄電池組結(jié)合，獨(dú)立向設(shè)備或負(fù)載供電。

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏陣列、蓄電池組、充電控制器、電力電子變換器（逆變器）、負(fù)載等組成。其工作原理是，太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過光伏陣列首先被轉(zhuǎn)換成電能，然后由電力電子變換器變換后給負(fù)載供電。同時(shí)將多余的電能經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置（蓄電池組）中。這樣在日照不足時(shí)，儲(chǔ)存在電池中的能量就可經(jīng)過電力電子逆變器、濾波和工頻變壓器升壓后變成交流 220V、50Hz 的電能供交流負(fù)載使用。

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是不依賴于電網(wǎng)，能夠在偏遠(yuǎn)地區(qū)或沒有電網(wǎng)覆蓋的地方為設(shè)備或負(fù)載提供電力供應(yīng)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以有效利用陽(yáng)光資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔能源的利用，并且具有**的靈活性和獨(dú)立性。然而，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在一些局限性，如蓄電池組的容量有限，需要定期維護(hù)和更換；系統(tǒng)的成本相對(duì)較高，尤其是蓄電池組的成本較高。

（三）并網(wǎng)光伏發(fā)電

將直流電轉(zhuǎn)換為交流電接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)互補(bǔ)。

并網(wǎng)光伏發(fā)電，是指將太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，然后接入電網(wǎng)供電。這種發(fā)電方式可以將發(fā)電的多余電能送回電網(wǎng)，同時(shí)在用電高峰期使用電網(wǎng)的電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能發(fā)電和電網(wǎng)互相補(bǔ)充的目標(biāo)，同時(shí)減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。

當(dāng)太陽(yáng)能電池陣列無(wú)法滿足負(fù)載需求時(shí)，公共電網(wǎng)會(huì)提供電力。而當(dāng)陣列產(chǎn)生的電能超過負(fù)載時(shí)，多余的電能則會(huì)饋回電網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)這一行為，需要并網(wǎng)逆變器以保證電能輸出符合電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。因此，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)能調(diào)峰并降低負(fù)載缺電率。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分為太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件（方陣）、光伏并網(wǎng)逆變電源量裝置組成。光伏組件（方陣）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過并網(wǎng)逆變電源將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能饋入電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、風(fēng)機(jī)控制器、風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變電源及計(jì)量裝置等組成。風(fēng)機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流電能，通過風(fēng)機(jī)控制器再轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能饋入電網(wǎng)。

（四）集中式光伏發(fā)電

容量大、并網(wǎng)電壓等級(jí)高，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配供電。

集中式光伏發(fā)電站主要是利用荒漠、山區(qū)等集中建立大型光伏電站，生發(fā)電力直接并入公共電網(wǎng)，接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠(yuǎn)距離用戶用電。集中式大中型并網(wǎng)光伏電站主要特點(diǎn)是容量大、并網(wǎng)電壓等級(jí)高，將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。

集中式光伏發(fā)電站的優(yōu)點(diǎn)包括選址更加靈活，光伏出力穩(wěn)定性有所增加，削峰作用明顯；運(yùn)行方式較為靈活，相對(duì)于分布式光伏可以更方便地進(jìn)行無(wú)功和電壓控制，易實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)；建設(shè)周期短，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，不需要水源、燃煤運(yùn)輸?shù)仍媳Ｕ希\(yùn)行成本低，便于集中管理，受到空間的限制小，可以很容易地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。

但其也存在一些缺點(diǎn)，如需要依賴長(zhǎng)距離輸電線路送電入網(wǎng)，同時(shí)自身也是電網(wǎng)的一個(gè)較大的干擾源，輸電線路的損耗、電壓跌落、無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐栴}將會(huì)凸顯；大容量的光伏電站由多臺(tái)變換裝置組合實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備的協(xié)同工作需要進(jìn)行同一管理，目前這方面技術(shù)尚不成熟；為保證電網(wǎng)安全，大容量的集中式光伏接入需要有 LVRT 等新的功能，這一技術(shù)往往與孤島存在沖突。

五、光伏發(fā)電的工作過程

（一）吸收光子

當(dāng)太陽(yáng)光照射到光伏電池表面時(shí)，光子首先會(huì)到達(dá)吸收層。光伏電池的吸收層通常由具有特定能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料制成，這些材料能夠有效地吸收光子的能量。光子照射到吸收層上后，材料中的原子會(huì)與光子相互作用，將光子的能量吸收。吸收層中的材料會(huì)將吸收的光子能量傳遞給電子，為后續(xù)的電子激發(fā)過程提供能量基礎(chǔ)。

（二）電子激發(fā)

吸收了光子能量的電子獲得了足夠的能量，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶。在半導(dǎo)體材料中，價(jià)帶是電子的低能量狀態(tài)區(qū)域，而導(dǎo)帶是電子的高能量狀態(tài)區(qū)域。當(dāng)電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，就形成了電子 - 空穴對(duì)。電子帶有負(fù)電荷，而空穴則相當(dāng)于帶有正電荷的粒子。這種電子 - 空穴對(duì)的產(chǎn)生是光伏發(fā)電的關(guān)鍵步驟之一。

（三）電子 - 空穴分離

在光伏電池中，通過電場(chǎng)分布將電子吸引到正極，空穴吸引到負(fù)極。這種電場(chǎng)通常是由光伏電池內(nèi)部的 p-n 結(jié)產(chǎn)生的。p-n 結(jié)是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體結(jié)合形成的區(qū)域。在 p-n 結(jié)附近，由于兩種半導(dǎo)體材料中的載流子濃度差異，會(huì)形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)的方向是從 n 型半導(dǎo)體指向 p 型半導(dǎo)體。當(dāng)電子 - 空穴對(duì)在 p-n 結(jié)附近產(chǎn)生時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)將電子推向 n 型半導(dǎo)體區(qū)，而將空穴推向 p 型半導(dǎo)體區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)了電子和空穴的分離。

（四）電流流動(dòng)

電子和空穴在電場(chǎng)作用下形成電流，從負(fù)極流向正極，產(chǎn)生電能。被分離的電子在 n 型半導(dǎo)體中向正極移動(dòng)，而空穴在 p 型半導(dǎo)體中向負(fù)極移動(dòng)。當(dāng)電子和空穴在外部電路中通過負(fù)載（如電燈、電器等）連接時(shí)，就會(huì)形成電流。在這個(gè)過程中，光能被轉(zhuǎn)化為電能，為負(fù)載提供電力。如果將多個(gè)光伏電池連接在一起，可以組成光伏電池組件，進(jìn)一步提高輸出的電能。為了滿足不同的用電需求，還可以通過逆變器將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

總之，光伏發(fā)電的工作過程是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的物理過程，涉及到光子的吸收、電子的激發(fā)、電子 - 空穴的分離和電流的流動(dòng)等多個(gè)步驟。通過這些步驟，太陽(yáng)能被有效地轉(zhuǎn)化為電能，為我們的生活和工業(yè)生產(chǎn)提供了一種清潔、可再生的能源。

六、光伏發(fā)電的應(yīng)用前景

（一）能源領(lǐng)域

光伏發(fā)電在能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。它可以用于家庭和商業(yè)建筑供電，**地減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率逐步提高，成本持續(xù)降低，使得光伏發(fā)電在能源供應(yīng)中的占比越來(lái)越大。

在家庭供電方面，安裝屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)可以滿足家庭日常用電需求，多余的電量還可以并入電網(wǎng)獲取收益。對(duì)于商業(yè)建筑來(lái)說(shuō)，大面積的屋頂和立面為安裝光伏發(fā)電設(shè)備提供了充足的空間，不僅能夠降低企業(yè)的用電成本，還能提升企業(yè)的環(huán)保形象。

同時(shí)，光伏發(fā)電的應(yīng)用有助于降低環(huán)境排放。與傳統(tǒng)的化石能源相比，光伏發(fā)電不產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等污染物，對(duì)環(huán)境友好。它可以為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源目標(biāo)做出重要貢獻(xiàn)。

（二）農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展

為溫室大棚提供光和熱

光伏農(nóng)業(yè)將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了 “棚上發(fā)電、棚下種植、養(yǎng)殖” 的新模式。在溫室大棚頂部安裝光伏電池板，既可以為大棚內(nèi)的農(nóng)作物提供適宜的光照，又能利用光伏電池板的遮蔭效果降低棚內(nèi)溫度，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

光伏農(nóng)業(yè)大棚還可以結(jié)合溫室技術(shù)，為農(nóng)作物創(chuàng)造更加穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。例如，通過控制光照、溫度和濕度等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)周期的精準(zhǔn)調(diào)控，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益。

用于農(nóng)村家庭用電

在農(nóng)村地區(qū)，光伏發(fā)電可以為家庭提供清潔、可靠的電力供應(yīng)。特別是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)覆蓋不足，光伏發(fā)電成為了解決農(nóng)村用電問題的有效途徑。

采用 “公司 + 村鎮(zhèn) + 農(nóng)戶” 等模式，利用農(nóng)戶閑置土地和農(nóng)房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，農(nóng)民可以獲得穩(wěn)定的租金或電費(fèi)收益，增加收入來(lái)源。同時(shí)，光伏發(fā)電還可以為農(nóng)村的公共設(shè)施如路燈、灌溉設(shè)施等提供電力支持，改善農(nóng)村的生產(chǎn)生活條件。

（三）交通運(yùn)輸領(lǐng)域

為電動(dòng)汽車充電

隨著電動(dòng)汽車的普及，對(duì)充電設(shè)施的需求不斷增加。光伏發(fā)電可以為電動(dòng)汽車充電提供清潔、可持續(xù)的能源。在停車場(chǎng)、高速公路服務(wù)區(qū)等場(chǎng)所安裝光伏車棚，車棚頂部的光伏電池板可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)。

光伏充電樁的應(yīng)用不僅可以減少對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，還能降低充電成本，為電動(dòng)汽車用戶帶來(lái)便利。同時(shí)，它也有助于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域的節(jié)能減排，降低環(huán)境污染。

降低交通運(yùn)輸環(huán)境污染

光伏發(fā)電在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用可以減少交通運(yùn)輸對(duì)化石能源的依賴，從而降低環(huán)境污染。例如，光伏船舶利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，解決了傳統(tǒng)船舶對(duì)燃油的依賴和對(duì)環(huán)境的污染問題。

在交通基礎(chǔ)設(shè)施方面，如光伏車道，通過在道路表面鋪設(shè)光伏電池板，為交通燈、路燈等提供電源，同時(shí)也可以為電動(dòng)車充電，進(jìn)一步推動(dòng)交通運(yùn)輸?shù)木G色化發(fā)展。

（四）其他領(lǐng)域

無(wú)線通信

在無(wú)線通信領(lǐng)域，光伏發(fā)電可以為通信基站提供可靠的電力供應(yīng)。通信基站通常分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電成本高且穩(wěn)定性差。而光伏發(fā)電系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，不受電網(wǎng)故障的影響，確保通信信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

光伏供電的通信基站還可以減少對(duì)環(huán)境的影響，降低運(yùn)營(yíng)成本。

水處理

光伏發(fā)電可以為水處理設(shè)施提供電力，實(shí)現(xiàn)能源的自給自足。在一些地區(qū)，水處理廠的電力供應(yīng)不穩(wěn)定，影響了水處理的效率和質(zhì)量。采用光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以確保水處理設(shè)施的連續(xù)運(yùn)行，提高水處理的效果。

同時(shí)，光伏發(fā)電還可以降低水處理的能源成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

航空航天

在航空航天領(lǐng)域，光伏發(fā)電技術(shù)也有廣泛的應(yīng)用前景。例如，衛(wèi)星上的太陽(yáng)能電池板可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為衛(wèi)星的運(yùn)行提供動(dòng)力。

未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有望在航空領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，如為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力等。

計(jì)算機(jī)

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，光伏發(fā)電可以為數(shù)據(jù)中心等設(shè)施提供電力。數(shù)據(jù)中心的耗電量巨大，傳統(tǒng)的能源供應(yīng)方式不僅成本高，而且對(duì)環(huán)境造成較大的壓力。采用光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以降低數(shù)據(jù)中心的能源成本，同時(shí)減少碳排放。

此外，光伏發(fā)電還可以為個(gè)人電腦、筆記本電腦等設(shè)備提供便攜式的電源解決方案，提高設(shè)備的使用便利性。

總之，光伏發(fā)電的應(yīng)用前景**廣闊，涵蓋了能源、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、無(wú)線通信、水處理、航空航天、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的持續(xù)降低，光伏發(fā)電將在未來(lái)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。