太陽能，一個耳熟能詳?shù)拿?。也許你沒聽過光伏發(fā)電，但你一定知道太陽能，這是十多年前就在我國開始部署的項目，但是你了解它的原理么?

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

要說太陽能得先說說它的歷史。1839年，年僅19歲的愛蒙德·貝克勒爾通過暴露在光下的導電溶液觀察到了光伏效應。隨后，他就創(chuàng)造出了第一個光伏電池。到1873年，威洛比·史密斯發(fā)現(xiàn)了硒的光電導性，隨后“光對硒的效應”橫空出世，對于光伏效應的研究也開始逐漸變大。1905年，愛因斯坦發(fā)布了基于量子的光電效應論文，正式闡述了光電效應。

第一個試圖將太陽能商業(yè)化的人出現(xiàn)在1878年的巴黎萬國博覽會上，奧古斯丁·穆肖展示了太陽能蒸汽機，但可惜當時煤太便宜了，它的蒸汽機沒人看得上。1908年，弗蘭克·舒曼成立了太陽電力公司，建造了一臺由低壓水驅(qū)動的全尺寸蒸汽機。這項設計研究在1970年隨著太陽能的火熱而復活。

太陽能，顧名思義就是利用太陽的能量?，F(xiàn)代社會，一般利用太陽能的方式有兩種，一種是利用透鏡和太陽跟蹤系統(tǒng)聚熱用以驅(qū)動蒸汽輪機;另一種是利用光伏效應將光轉(zhuǎn)化為電能。其中透鏡聚熱驅(qū)動蒸汽輪機比較好理解，就是將太陽能的熱量聚集起來燒開水，然后利用蒸汽機原理帶動發(fā)電機發(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，在陽光照射下產(chǎn)生電。太陽光中包含光子，在光子撞擊到太陽能電池板的時候，被含硅的半導體材料吸收。隨后電子從他們原本的分子/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，另一個是穿過材料抵達電極，形成電勢差，隨著電勢差的出現(xiàn)便產(chǎn)生電壓。這就是太陽能電池陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為可用的直流電的過程，最后再通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

太陽能電池的材料一般都是特殊的半導體材料，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，是薄膜太陽能電池，包含非晶硅、碲化鎘和CIGS電池。這些類型的電池對光伏建筑一體化有著很大的幫助，在小型獨立電力系統(tǒng)中也有很大的作用;第三代電池是新型光伏技術的薄膜技術，目前還處于開發(fā)階段，部分有使用有機材料。

第三代的太陽能電池包括鈣鈦礦電池、雙面電池、中間帶電池、材料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池。這些電池各有不同的設計思路和應用場景，其基本原理略有不同，這里就暫不展開了。

太陽能的能量目前并不是很穩(wěn)定，每個地區(qū)的太陽能資源是不同的，高緯度地區(qū)的太陽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影響太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，包括反射率、熱力學效率、電荷載流子分離效率、電荷載流子收集效率和傳導效率等。

總的來說，太陽能的原理其實很簡單，它不需要許多復雜的元件系統(tǒng)。而且鑒于它的材料，一套光伏系統(tǒng)有著較長的壽命，可以用25年左右。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴大，在規(guī)模效應下，光伏系統(tǒng)的價格也在降低，并且逐漸可以部署在一般人家里，還不會影響美觀。對于整體能源的節(jié)約與利用也將更上一個臺階。

并且就是一年四季，一天早晚也存在太陽能資源的變化，如夜晚的太陽能資源幾近于無。這些自然條件都限制了太陽能的發(fā)展，但未來而言，太陽能作為可預見未來里不會枯竭的能源，對于太陽能的開發(fā)利用對未來的發(fā)展無疑是極為重要的課題。