太阳能光伏发电原理应用及发展前景

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源利用的要求越来越高。而在能源危机日趋严峻的背景下，寻找安全清洁的新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能以其独特的优势成为发展新能源的首选，太阳能发电尤为让人青睐。
太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。
光伏效应
“光生伏特效应”，简称“光伏效应”，英文名称：Photovoltaic effect。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。
光伏发电
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地; 光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
光伏发电系统原理及组成
光伏发电是根据光生伏特效应原理, 利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电, 光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件, 所以, 光伏发电设备极为精炼, 可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲, 光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合, 上至航天器, 下至家用电源, 大到兆瓦级电站, 小到玩具, 光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
光伏产品应用领域
目前，国产晶体硅电池效率在 15 至 19%左右，国外同类产品效率约 18 至 24%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。
光伏发电优势
与常规发电技术相比，光伏发电没有中间转换过程，发电形式极为简洁，发电过程不消耗资源，不排放温室气体、废气和废水，环境友好；没有机械旋转部件，不存在机械磨损，无噪声，发电不用冷却水；发电设备既能在无水的荒漠地带安装，也可安装在城市的屋顶和墙面，不单独占地，模块化结构，规模大小随意，运行维护和管理简单，可实现无人值守，维护成本极低。特别是太阳能取之不尽，用之不竭，光伏电池制造所需的硅资源在地壳中的含量高达 26%，没有资源短缺和耗尽问题。光伏发电是最具发展前景的发电技术，也是太阳能利用的重要形式。
发展前景
近年来，全球光伏产业发展很快，以年均 30% 以上的速度快速增长，到 2009 年年底，全球光伏发电容量已超过 2000 万千瓦。进入 2010 年，根据 Solarbuzz 最新年度光伏市场报告，2010 年全球光伏市场安装量达到 18.2GW，相较于去年增幅 139%。到 2011 年底全球光伏安装量将累计达到 58GW。光伏发电的竞争力不断提高，已成为全球最受重视的新能源发电技术。
在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其 2015 年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在 2020 年达到 28GW 的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在 2020 年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。
据预测，太阳能光伏发电在 21 世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30% 以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10% 以上；到 2040 年，可再生能源将占总能耗的 50% 以上，太阳能光伏发电将占总电力的 20% 以上；到 21 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到 80% 以上，太阳能发电将占到 60% 以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。