微信客服
微信公眾號
任何技術的產生與發展都要經歷一個漫長而曲折的過程，近年來備受矚目的光伏技術也不例外，本文將為您介紹光伏技術百年來走過的風風雨雨。
（來源：微信公眾號“交能網”ID：jiaonengwang）
光伏發電用于將入射的太陽光直接轉換為電能，它的歷史始于1839年光生伏特效應的發現。然而，光伏發電用于能源供應經歷了一百多年的時間。
“光伏”的誕生
1839年，時年僅19歲的法國科學家A.E.貝克雷爾在他父親的實驗室中，緩慢地將兩片鉑金屬電極插入到氯化銀酸性溶液中。他不知道的是，光伏世界的大門，正隨著這一場“錯誤”的實驗慢慢大開。在測量在這些電極之間流動的電流時，他發現，光線中的電流略大于黑暗中的電流；他將這種現象被命名為為光生伏特效應。他不曾料到的是，他在這場實驗中觀測到的小小的光電流，會在百年之后為人類的能源利用帶來重大變革。為了紀念他的發現，光生伏特效應也稱“貝克雷爾效應”。
在貝克雷爾的實驗沉寂了37年之后，英國科學家威廉·格里爾斯·亞當斯和他的學生理查德·埃文斯·戴發現硒在光線下會產生電能。雖然硒無法為當時使用的電子元件提供需要的電能，但這證明了固體金屬可以直接將光轉換為電能。
1883年，美國科學家查爾斯·弗里茨在鍺片上鍍上一層硒金屬電極,建立了第一塊光伏電池。雖然它的轉換效率只有1%，而且成本極高，但是弗里茨雄心勃勃的說：“它連續地、穩定地輸出電能，不僅僅能在日光下，還能利用散射光，甚至是昏暗的燈光…我們也許很快就能看到光伏板與[燃煤發電廠]的競爭”。可惜的是，他的預言沒有成真。他曾把一塊光伏電池寄給當時與愛迪生齊名的西門子，后者對他的發明予以盛贊。西門子認為光電技術在科學上有深遠的意義，當時的物理學大牛麥克斯韋也表示贊同，他曾因提出著名的“麥克斯韋方程組”名震物理學。從這時起，許多科學家才開始對光電效應進行基礎研究。不過，不論是西門子還是麥克斯韋，都沒能破解光伏背后的秘密。
1916年，波蘭化學家揚·柴可拉斯基發現了提純單晶硅的拉晶工藝，并以他的名字命名為柴可拉斯基法。這項技術直到20世紀50年代才開始實際應用于半導體制造業中晶圓的制造，隨著對大規模半導體器件需求的增大，這種工藝也在不斷發展。
歷史的車輪又向前推進了將近20年，1934年，科學家們開始了對薄膜太陽能電池的研究，并設想通過太陽能電池創造能源自給系統。實驗數據顯示，通過在材料中摻雜金屬雜質可以提高發電效率。
1940年，美國半導體專家拉塞爾·奧爾制造出了固態二極管的基本結構p-n結，這為太陽能電池的發明和制造奠定了堅實的基礎，極大地推進了光伏發電向工業領域的進發。
1953年，美國物理學家達里爾·查賓，杰拉爾德·皮爾森和化學家卡爾文·紹瑟·福勒制造出晶體硅太陽能電池，每個大約2厘米大小，生產效率約為4％。從此，太陽能電池逐漸走向工業領域。
進軍工業
1958年3月17日，美國的第二顆人造衛星使用化學電池和光伏電池，通過發射器進入太空。這顆小衛星奠定了太陽能電池使用的基礎，自此以來，太陽能電池逐漸被開發用于宇宙空間探索。通過電池實現的航天器壽命延長所帶來的價值遠遠超過了太陽能電池制造的高成本。此外，與放射性同位素發生器相比，太陽能電池已經更便宜且風險更小。如今，大多數航天器都會配備太陽能電池，世界上大約有1000顆衛星正在使用光伏發電。在太空中，太陽能電池實現了每平方米220瓦的輸出功率。
1976年，澳大利亞政府決定通過光伏電池站運營內陸地區的整個電信網絡。光伏電站的建立和運營非常成功，提高了世界范圍內對太陽能技術的信心。
1980年起，墨西哥灣的小型無人駕駛石油鉆井平臺開始配備太陽能電池組件，并以經濟性和實用性的優勢逐漸取代了以前使用的大型電池。
1983年起，美國海岸警衛隊開始使用光伏為其信號燈和導航燈供電。此時，美國占全球光伏市場的份額約為21%，光伏市場主要為獨立系統提供解決方案。
1990年起，瑞士工程師Markus Real提出，為每棟房屋配備自己的光伏系統更有經濟意義，即支持分散式能源轉換。他在蘇黎世的個別建筑物中安裝了333 3 kW的屋頂光伏系統。
1991年，德國啟動1000個屋頂計劃，同時“電力上網法”規定公用事業公司必須從小型可再生能源發電廠獲取電力。柏林的Solon AG和弗萊堡的太陽能工廠應運而生。
1994、1997年，日本、美國相繼啟動百萬屋頂計劃。
2010年，德國光伏系統的總的額定功率超過10千兆瓦。2015年，全球范圍內光伏系統的額定功率達到了200吉瓦。
光伏在中國
中國的太陽能產業經歷了三個不同的階段。在初期階段，中國一直專注于大規模生產太陽能技術。隨后，中國開始在國內應用太陽能技術。與此同時，中國正在將其研究擴展到開發以降低其成本。
中國光伏技術的發展始于1958年，在20世紀80年代首次實現工業化。在2000年代進入世界太陽能市場時，中國最初幾乎只生產用于出口的太陽能組件。自2004年以來歐洲國家對光伏系統的需求強勁增長，中國的光伏生產經歷了非常強勁的增長。中國的大規模生產以及隨后光伏市場的價格下降導致西方生產商無法與價格競爭相抗衡。在德國，許多制造商不得不申請破產，包括Solar Millennium和Q-Cells。西門子于2012年解散其太陽能光熱和光伏部門，此前不久，博世退出光伏市場，損失總計24億歐元。2013年起，中國成為世界最大的光伏市場。
最初，光伏系統的高成本阻礙了中國國內市場的增長。光伏系統的內部市場主要集中在孤立的農村地區的電氣化，僅限于少數太陽能裝置。中國第一個太陽能公園在甘肅的沙漠地區，于2008年并網發電。
在全球金融危機之后，許多政府大幅削減對太陽能的補貼，中國的太陽能產業面臨著產能過剩的問題。出于這個原因，政府開始通過激勵措施來加強內部市場的發展，以緩解中國太陽能產業的危機。此外，自2011年以來，中國生產商的優勢因美國和歐盟的反傾銷措施而進一步削弱，因此政府補貼進一步加強，以減少對外國市場的依賴。截至2010年底，中國國內太陽能裝機容量為800兆瓦，而在2016年底已達到76500兆瓦。由此可以看出，中國在過去的10 年內建立了比德國更多的太陽能系統。
2017年，中國能源部門投資865億美元用于太陽能，這比前一年增加了58％，遠高于其余類型的可再生能源的投資量。2017年中國安裝了總容量為53千兆瓦的太陽能系統，占世界裝機容量的一半以上。其中最大的太陽能項目是江西省扶貧工廠，計劃產量為540兆瓦，投資額約為6.53億美元。
由于中國政府的補貼和安裝配額減少以及美國太陽能產品的進口關稅提高，中國太陽能系統制造商的利潤率和太陽能組件的價格會受到影響。僅在2018年，太陽能組件的價格下降了約35％。然而，價格下降將導致光伏系統的更大擴散，并可能在2019年和2020年刺激市場，促進光伏系統在屋頂或工業園區等不同地點的安裝，這些小型項目并不受中國政府對主要太陽能項目配額的影響。因此，越來越多沒有國家補貼的能源消費者開始使用太陽能來滿足他們的能源需求。
目前在中國，太陽能光伏發電主要分成兩類，一種是集中式，常見于西北開闊地區的大型地面光伏發電系統；另一種是分布式（以6WM為界），例如民居屋頂光伏發電系統、太陽能路燈、工商企業樓頂光伏發電系統等。
中國太陽能技術的發展和光伏市場的迅速擴大與國家政策密不可分。中華人民共和國的“十三五”規劃（2016-2020）要求中國到2020年通過非化石能源滿足約15％的能源需求。總體而言，可再生能源的容量將增加至約680千兆瓦。此外，與“十二五”規劃相比，目前的五年計劃更少關注大型太陽能發電廠的建設，而不是小型和私人太陽能裝置。此外，“十三五”規劃還包括太陽能技術領域研發重組的措施。中國在太陽能技術方面發展迅速，但這些措施仍在激勵中國對于在過去15年中尚未取得重大突破的技術，爭取獲得更大進步。
參考文獻：
【1】[會議論文]光伏發電大有可為馬明昆 等-2015-10-01-上海市老科學技術工作者協會第十三屆學術 年會
【2】中華人民共和國的“十三五”規劃（2016-2020）
【3】維基百科
【4】百度百科
【5】TheInvention Of The Solar Cell, /article/science/invention-solar-cell#page-2
（來源：微信公眾號“交能網”ID：jiaonengwang）
光伏發電用于將入射的太陽光直接轉換為電能，它的歷史始于1839年光生伏特效應的發現。然而，光伏發電用于能源供應經歷了一百多年的時間。
“光伏”的誕生
1839年，時年僅19歲的法國科學家A.E.貝克雷爾在他父親的實驗室中，緩慢地將兩片鉑金屬電極插入到氯化銀酸性溶液中。他不知道的是，光伏世界的大門，正隨著這一場“錯誤”的實驗慢慢大開。在測量在這些電極之間流動的電流時，他發現，光線中的電流略大于黑暗中的電流；他將這種現象被命名為為光生伏特效應。他不曾料到的是，他在這場實驗中觀測到的小小的光電流，會在百年之后為人類的能源利用帶來重大變革。為了紀念他的發現，光生伏特效應也稱“貝克雷爾效應”。
A.E.貝克雷爾，圖片來源：維基百科
在貝克雷爾的實驗沉寂了37年之后，英國科學家威廉·格里爾斯·亞當斯和他的學生理查德·埃文斯·戴發現硒在光線下會產生電能。雖然硒無法為當時使用的電子元件提供需要的電能，但這證明了固體金屬可以直接將光轉換為電能。
1883年，美國科學家查爾斯·弗里茨在鍺片上鍍上一層硒金屬電極,建立了第一塊光伏電池。雖然它的轉換效率只有1%，而且成本極高，但是弗里茨雄心勃勃的說：“它連續地、穩定地輸出電能，不僅僅能在日光下，還能利用散射光，甚至是昏暗的燈光…我們也許很快就能看到光伏板與[燃煤發電廠]的競爭”。可惜的是，他的預言沒有成真。他曾把一塊光伏電池寄給當時與愛迪生齊名的西門子，后者對他的發明予以盛贊。西門子認為光電技術在科學上有深遠的意義，當時的物理學大牛麥克斯韋也表示贊同，他曾因提出著名的“麥克斯韋方程組”名震物理學。從這時起，許多科學家才開始對光電效應進行基礎研究。不過，不論是西門子還是麥克斯韋，都沒能破解光伏背后的秘密。
查爾斯·弗里茨，圖片來源：維基百科
這一謎題在懸而未解24年之后終于有了突破，完成這一突破的是另一位如雷貫耳的物理學巨擘阿爾伯特·愛因斯坦。1907年，愛因斯坦提供了基于他1905年的光子量子假設的光電效應的理論解釋。為此，他于1921年獲得了諾貝爾物理學獎。1912年至1916年，美國實驗物理學家羅伯特·安德魯斯·米利肯通過實驗證實了愛因斯坦對光電效應的猜想，并在1923年獲得了諾貝爾物理學獎。有了理論的堅實支撐，光伏的發展開始進入快車道。1916年，波蘭化學家揚·柴可拉斯基發現了提純單晶硅的拉晶工藝，并以他的名字命名為柴可拉斯基法。這項技術直到20世紀50年代才開始實際應用于半導體制造業中晶圓的制造，隨著對大規模半導體器件需求的增大，這種工藝也在不斷發展。
揚·柴可拉斯基，圖片來源：維基百科
歷史的車輪又向前推進了將近20年，1934年，科學家們開始了對薄膜太陽能電池的研究，并設想通過太陽能電池創造能源自給系統。實驗數據顯示，通過在材料中摻雜金屬雜質可以提高發電效率。
1940年，美國半導體專家拉塞爾·奧爾制造出了固態二極管的基本結構p-n結，這為太陽能電池的發明和制造奠定了堅實的基礎，極大地推進了光伏發電向工業領域的進發。
1953年，美國物理學家達里爾·查賓，杰拉爾德·皮爾森和化學家卡爾文·紹瑟·福勒制造出晶體硅太陽能電池，每個大約2厘米大小，生產效率約為4％。從此，太陽能電池逐漸走向工業領域。
進軍工業
1958年3月17日，美國的第二顆人造衛星使用化學電池和光伏電池，通過發射器進入太空。這顆小衛星奠定了太陽能電池使用的基礎，自此以來，太陽能電池逐漸被開發用于宇宙空間探索。通過電池實現的航天器壽命延長所帶來的價值遠遠超過了太陽能電池制造的高成本。此外，與放射性同位素發生器相比，太陽能電池已經更便宜且風險更小。如今，大多數航天器都會配備太陽能電池，世界上大約有1000顆衛星正在使用光伏發電。在太空中，太陽能電池實現了每平方米220瓦的輸出功率。
1976年，澳大利亞政府決定通過光伏電池站運營內陸地區的整個電信網絡。光伏電站的建立和運營非常成功，提高了世界范圍內對太陽能技術的信心。
1980年起，墨西哥灣的小型無人駕駛石油鉆井平臺開始配備太陽能電池組件，并以經濟性和實用性的優勢逐漸取代了以前使用的大型電池。
1983年起，美國海岸警衛隊開始使用光伏為其信號燈和導航燈供電。此時，美國占全球光伏市場的份額約為21%，光伏市場主要為獨立系統提供解決方案。
1990年起，瑞士工程師Markus Real提出，為每棟房屋配備自己的光伏系統更有經濟意義，即支持分散式能源轉換。他在蘇黎世的個別建筑物中安裝了333 3 kW的屋頂光伏系統。
1991年，德國啟動1000個屋頂計劃，同時“電力上網法”規定公用事業公司必須從小型可再生能源發電廠獲取電力。柏林的Solon AG和弗萊堡的太陽能工廠應運而生。
1994、1997年，日本、美國相繼啟動百萬屋頂計劃。
2010年，德國光伏系統的總的額定功率超過10千兆瓦。2015年，全球范圍內光伏系統的額定功率達到了200吉瓦。
光伏在中國
中國的太陽能產業經歷了三個不同的階段。在初期階段，中國一直專注于大規模生產太陽能技術。隨后，中國開始在國內應用太陽能技術。與此同時，中國正在將其研究擴展到開發以降低其成本。
中國光伏技術的發展始于1958年，在20世紀80年代首次實現工業化。在2000年代進入世界太陽能市場時，中國最初幾乎只生產用于出口的太陽能組件。自2004年以來歐洲國家對光伏系統的需求強勁增長，中國的光伏生產經歷了非常強勁的增長。中國的大規模生產以及隨后光伏市場的價格下降導致西方生產商無法與價格競爭相抗衡。在德國，許多制造商不得不申請破產，包括Solar Millennium和Q-Cells。西門子于2012年解散其太陽能光熱和光伏部門，此前不久，博世退出光伏市場，損失總計24億歐元。2013年起，中國成為世界最大的光伏市場。
最初，光伏系統的高成本阻礙了中國國內市場的增長。光伏系統的內部市場主要集中在孤立的農村地區的電氣化，僅限于少數太陽能裝置。中國第一個太陽能公園在甘肅的沙漠地區，于2008年并網發電。
在全球金融危機之后，許多政府大幅削減對太陽能的補貼，中國的太陽能產業面臨著產能過剩的問題。出于這個原因，政府開始通過激勵措施來加強內部市場的發展，以緩解中國太陽能產業的危機。此外，自2011年以來，中國生產商的優勢因美國和歐盟的反傾銷措施而進一步削弱，因此政府補貼進一步加強，以減少對外國市場的依賴。截至2010年底，中國國內太陽能裝機容量為800兆瓦，而在2016年底已達到76500兆瓦。由此可以看出，中國在過去的10 年內建立了比德國更多的太陽能系統。
2017年，中國能源部門投資865億美元用于太陽能，這比前一年增加了58％，遠高于其余類型的可再生能源的投資量。2017年中國安裝了總容量為53千兆瓦的太陽能系統，占世界裝機容量的一半以上。其中最大的太陽能項目是江西省扶貧工廠，計劃產量為540兆瓦，投資額約為6.53億美元。
由于中國政府的補貼和安裝配額減少以及美國太陽能產品的進口關稅提高，中國太陽能系統制造商的利潤率和太陽能組件的價格會受到影響。僅在2018年，太陽能組件的價格下降了約35％。然而，價格下降將導致光伏系統的更大擴散，并可能在2019年和2020年刺激市場，促進光伏系統在屋頂或工業園區等不同地點的安裝，這些小型項目并不受中國政府對主要太陽能項目配額的影響。因此，越來越多沒有國家補貼的能源消費者開始使用太陽能來滿足他們的能源需求。
目前在中國，太陽能光伏發電主要分成兩類，一種是集中式，常見于西北開闊地區的大型地面光伏發電系統；另一種是分布式（以6WM為界），例如民居屋頂光伏發電系統、太陽能路燈、工商企業樓頂光伏發電系統等。
集中式太陽能光伏發電結構，來源：百度百科
分布式太陽能光伏發電結構，來源：百度百科
中國太陽能技術的發展和光伏市場的迅速擴大與國家政策密不可分。中華人民共和國的“十三五”規劃（2016-2020）要求中國到2020年通過非化石能源滿足約15％的能源需求。總體而言，可再生能源的容量將增加至約680千兆瓦。此外，與“十二五”規劃相比，目前的五年計劃更少關注大型太陽能發電廠的建設，而不是小型和私人太陽能裝置。此外，“十三五”規劃還包括太陽能技術領域研發重組的措施。中國在太陽能技術方面發展迅速，但這些措施仍在激勵中國對于在過去15年中尚未取得重大突破的技術，爭取獲得更大進步。
參考文獻：
【1】[會議論文]光伏發電大有可為馬明昆 等-2015-10-01-上海市老科學技術工作者協會第十三屆學術 年會
【2】中華人民共和國的“十三五”規劃（2016-2020）
【3】維基百科
【4】百度百科
【5】TheInvention Of The Solar Cell, /article/science/invention-solar-cell#page-2
0 條