1.2 太阳能光伏发电系统

1.2.1 太阳能光伏发电系统的构成

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。一般将太阳能光伏发电系统分为独立系统、并网系统和混合系统。如果根据太阳能光伏发电系统的应用形式、应用规模和负载的类型，对太阳能光伏发电系统进行比较细致的划分，可将太阳能光伏发电系统分为如下几种类型：小型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏发电简单直流系统，大型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏发电交流、直流供电系统，并网太阳能光伏发电系统，混合供电太阳能光伏发电系统，并网混合太阳能光伏发电系统。

独立太阳能光伏发电系统在自己的闭路系统内部形成电路，是通过太阳能电池组将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。并网发电系统通过太阳能电池组将接收来的太阳辐射能量转换为电能，再经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

1.独立太阳能光伏系统的构成

太阳能光伏发电系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站；其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。独立的太阳能光伏系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、DC/AC变换器、用电负载构成。独立太阳能光伏系统构成如图1-2所示。

1）光伏组件方阵

在太阳能光伏发电系统中最重要的是太阳能电池，它是收集太阳光的核心组件。大量的太阳能电池组合在一起构成光伏组件方阵。太阳能电池主要分为晶体硅电池（包括单晶硅Monoc-Si、多晶硅Multi-Si、带状硅Ribbon/Sheetc-Si）、非晶硅电池（a-Si）、非硅电池（包括硒化铜铟CIS、碲化镉CdTe）。太阳能电池的类型及特性见表1-2。

出于技术和材料的原因，单一太阳能电池的发电量是十分有限的。实用中的太阳能电池是将若干单一电池经串联、并联组成的电池系统，称为电池组件。近年来，作为太阳能电池主流技术的晶体硅电池的原材料价格不断上涨，从而致使晶体硅电池的成本大幅攀升，这使得非晶硅电池成本优势更加明显。另外，薄膜电池（大大节约原材料使用，从而大幅降低成本）已成为太阳能电池的发展方向，但是其技术要求非常高。非晶硅薄膜电池作为目前技术最成熟的薄膜电池，是薄膜电池中最具有增长潜力的品种。

2）蓄电池

蓄电池组是太阳能光伏发电系统中的储能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载应用。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池才能使负载正常工作。太阳能电池产生的电能以化学能的形式储存在蓄电池中，在负载需要供电时，蓄电池将化学能转换为电能供应给负载。蓄电池的特性直接影响太阳能光伏发电系统的工作效率、可靠性和价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足负载用电的前提下，把白天太阳能电池组件产生的电能尽量存储下来，同时还要能够存储预定的连续阴雨天时负载需要的电能。

蓄电池容量要受到末端负载需用电量和日照时间（发电时间）的影响。因此，蓄电池的安时容量由预定的负载需用电量和连续无日照时间决定。目前，太阳能光伏发电系统常用的是阀控密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。

3）控制器

控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充、放电进行控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能。控制器是整个太阳能发电系统的核心部分，通过控制器对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，控制器还应具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。由于太阳能电池的输出能量极不稳定，对于太阳能发电系统的设计来说，控制器充、放电控制电路的质量至关重要。

控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。充电控制通常采用脉冲宽度调制技术（PWM控制方式），使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当蓄电池缺电、系统故障（如蓄电池开路或接反）时切断开关。目前研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的“向日葵”式控制器，将固定太阳能电池组件的效率提高了50%左右。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、变换器及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。

4）DC/AC变换器

在太阳能光伏发电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用DC/AC变换器，将太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电经逆变主电路的调制、滤波、升压后，得到与交流负载额定频率、额定电压相同的正弦交流电提供给系统负载使用。逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。逆变器具有电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护及雷电保护等功能。逆变器种类及特点见表1-3。

5）用电负载

太阳能光伏发电系统按负载性质分为直流负载系统和交流负载系统，其系统框图如图1-3所示。

独立光伏发电系统目前面临以下两个问题：

（1）能量密度不大，整体的利用效率较低，前期的投资较大。

（2）独立发电系统的储能装置一般以铅酸蓄电池为主，蓄电池成本占太阳能光伏发电系统初始设备成本的25%左右，若对蓄电池的充、放电控制比较简单，容易导致蓄电池提前失效，增加了系统的运行成本。蓄电池在20年的运行周期中占投资费用的43%，大多数蓄电池并不能达到设计的使用寿命，除了蓄电池本身的缺陷和维护不到位外，蓄电池运行管理不合理是导致蓄电池提前失效的重要原因。

因此对于独立太阳能光伏发电系统，提高能量利用率，研究科学的系统能量控制策略，可以降低独立光伏系统的投资费用。

2.并网太阳能光伏发电系统

并网太阳能光伏发电系统由光伏电池方阵、控制器、并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。因直接将电能输入公共电网，故免除配置蓄电池，省掉蓄电池储能和释放的过程，减少能量损耗，节省其占用的空间及系统投资与维护，降低了成本；发电容量可以做得很大并可保障用电设备电源的可靠性。但是，由于逆变器输出与电网并联，所以必须保持两组电源电压、相位、频率等电气特性的一致性，否则会造成两组电源相互间的充、放电，引起整个电源系统的内耗和不稳定。

并网太阳能发电系统的主要组件是逆变器或电源调节器（PCU）。PCU把太阳能光伏发电系统产生的直流电转换为符合电力部门要求的标准交流电，当电力部门停止供电（如公共电网出现故障）时，PCU会自动切断电源。当太阳能光伏发电系统输出的电能超过系统负载实际所需的电量时，将多余的电能传输给公共电网。在阴雨天或夜晚，太阳能光伏发电系统输出的电能小于系统负载实际所需的电量时，可通过公共电网补充系统负载所需要的电量。同时也要保证在公共电网故障或维修时，太阳能光伏发电系统不会将电能馈送到公共电网上，以使系统运行稳定可靠。并网太阳能发电是太阳能光伏发电的发展方向，是21世纪极具潜力的能源利用技术。

并网运行的太阳能光伏发电系统，要求逆变器具有同公共电网连接的功能。并网太阳能光伏发电系统如图1-4所示。由于太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高，要求并网逆变器具有多种组合运行方式，以实现最佳方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的并网逆变器有：集中逆变器、组串逆变器、多组串逆变器和组件逆变器。

1）集中逆变器

集中逆变器一般用于大型太阳能光伏发电站（大于10kW）中，很多并行的光伏组件被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的逆变器使用三相的IGBT功率模块，功率较小的逆变器使用场效应晶体管，同时使用具有DSP的控制器来控制逆变器输出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。集中逆变器的最大特点是系统的功率大、成本低。集中逆变式光伏发电系统受光伏组件的匹配和部分遮影的影响，使整个光伏发电系统的效率降低。同时，整个光伏发电系统的可靠性也受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量调制控制技术，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得集中逆变式光伏发电系统的高的效率。

SolarMax（索拉尔·马克斯）集中逆变器可以附加一个光伏阵列的接口箱，对每一光伏组件进行监控，如光伏阵列中有一光伏组件工作不正常，系统将会把这一信息传到远程控制器上，同时可以通过远程控制器让这一光伏组件停止工作，从而不会因为一光伏组件故障而降低和影响整个光伏系统的功率输出。

2）组串逆变器

组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器以模块化为基础，每个光伏组串（1～5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端与公共电网并网。许多大型太阳能光伏发电厂使用组串逆变器。组串逆变器的优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主—从”概念，使系统在单组光伏组件不能满足单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组件连在一起，让其中一个或几个组件工作，从而输出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主—从”概念，进一步提高了系统的可靠性。目前，无变压器式组串逆变器已在太阳能光伏发电系统中占了主导地位。

3）多组串逆变器

多组串逆变器利用集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和DC/DC转换器，这些直流电通过一个普通的逆变器转换成交流电与公共电网并网。光伏组串的不同额定值（如不同的额定功率、每个组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。同时，可减小直流电缆的长度，将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。

4）组件逆变器

组件逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器相连，同时每个组件有一个单独的最大功率峰值跟踪，使组件与逆变器的配合更好。通常用于50～400W的光伏发电站，总效率低于组串逆变器。由于是在交流处并联，所以增加了逆变器交流侧接线的复杂性，使维护困难。另外，需要解决的是怎样更有效地与电网并网，简单的办法是直接通过普通的交流电插座进行并网，这样可以减少成本和设备的安装，但各地的电网的安全标准不允许这样做，电力公司禁止将发电装置直接和普通家庭用户的普通插座相连。

并网太阳能光伏发电系统的最大特点是，太阳能电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接并入公共电网，不需配置蓄电池，可以充分利用光伏方阵所发的电能，从而减小能量的损耗，并降低系统的成本。但是，系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网对电压、频率等电性能指标的要求。因逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能光伏发电系统作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率，而且并网光伏系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网太阳能光伏发电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染、孤岛效应等。

1.2.2 太阳能光伏发电的发展及应用

1.国际太阳能光伏发电技术的发展

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾（Chapin）等人在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这时，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。

20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

20世纪90年代后，光伏发电技术快速发展。2006年，世界上已经建成10多座MW级光伏发电站。美国是最早制定光伏发电发展规划的国家，1997年又提出“百万屋顶”计划。日本于1992年就启动了新阳光计划，2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前十大厂商有4家在日本。德国新的可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏发电市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制订光伏发电发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

20世纪90年代后期，光伏发电发展更加迅速，1990～2005年世界光伏组件年平均增长率约为15%，1999年光伏组件生产达到200MW。商品化太阳能电池效率从10%～13%提高到13%～15%，生产规模从1～5MW/a发展到5～25MW/a，并正在向50MW/a甚至100MW/a扩大；光伏组件的生产成本降到3美元/W以下。

国际上目前很难确定选择哪一种太阳能电池最佳，虽然目前晶体硅电池的销量最大，但公认今后薄膜电池最具有潜力。另外，不同太阳能电池的特性各不相同，在光伏市场中各有其不同的应用领域。例如，非晶硅电池主要应用于商用电子方面，多晶硅电池主要用于光伏屋顶，单晶硅电池主要在高功率应用上。最近几年，国际上对多晶硅薄膜电池的研究较活跃，但采用哪种工艺方案较佳尚难断定。近几年，有机纳米太阳能电池的效率有较大提高，受到一定的关注。

发达国家近几年来主要开拓的市场是屋顶式并网太阳能光伏发电系统，其原因是发达国家的电网分布已很密集，电网峰值用电的电费高，而并网太阳能光伏发电不用蓄电池，太阳光好的地区采用光伏发电的电价已接近商品电价。人们预测10年后屋顶并网太阳能光伏发电系统将大规模推广应用。

并网太阳能光伏发电系统应用始于20世纪80年代初，美国、日本、德国、意大利等国都为此做出了努力，当时建造的都是较大型的并网太阳能光伏电站，规模从100kW～1MW不等，而且都是由政府投资建设的试验性电站。但试验结果并不十分理想，由于当时太阳能电池很贵，很难让电力公司接受。

自20世纪90年代以来，国外发达国家重新掀起了发展并网太阳能光伏发电系统的高潮，这次不是建造大型并网太阳能光伏电站，而是发展屋顶并网太阳能光伏发电系统。屋顶并网太阳能光伏发电系统充分利用了阳光的分散性特点，将太阳能电池安装在现有建筑物的屋顶上，其灵活性和经济性都大大优于大型并网太阳能光伏电站，受到了各国的重视。

1993年，德国首先开始实施由政府投资支持、被电力公司认可的1000屋顶计划，继而扩展为2000屋顶计划，现在实际建成的屋顶并网太阳能光伏发电系统已经超过5000座。这些屋顶并网太阳能光伏发电系统均不带蓄电池，电力公司对并网光伏发电系统发出的电予以收购，大大刺激了这一领域的商业性发展和技术上的完善。德国政府于1999年开始实施10万套太阳能屋顶（每户约3～5kW）计划，政府给用户35%左右的补助及10年的无息贷款。

日本在太阳能光伏发电与建筑结合方面已经做了十几年的努力，尤其在1996年以后更是突飞猛进，每年新建的屋顶并网太阳能光伏发电系统达几万套。日本屋顶并网太阳能光伏发电系统的发展有一个特点，是将太阳能电池组件制作成建筑材料的形式，如瓦和玻璃等，使太阳能电池能很容易地安装在建筑物上，也很容易被建筑公司接受。

20世纪80年代初，美国就已经开始了并网太阳能光伏发电的努力，制订了PV—USA计划，即太阳能光伏发电规模应用计划，主要是建立100kW以上的大型并网太阳能光伏发电系统，最大的系统计划达10MW，但是由于成本高，电力不可调度，不受电力公司欢迎。1996年，在美国能源部的支持下，又开始了一项“光伏建筑物计划（PV—BONUS）”，计划投资20亿美元。美国目前电力的2/3用于包括为民用住宅在内的各类建筑物供电，光伏建筑物计划的目标是采用太阳能光伏发电缓解建筑物的峰值负荷，并探求未来清洁的建筑物供电途径。此项计划将有助于开发新型的光伏建筑材料，包括玻璃、天窗、墙体等，有助于开发屋顶并网太阳能光伏发电系统的模块和可由电力部门很容易安装的光伏调峰电力模块等。计划分为三步实施：概念开发、产品开发和市场开发。这项计划的内容很丰富，其中典型的开发项目包括以下几点。

（1）DsM系统（按需求安排发电的系统），即带有蓄电池的电力可以调度的光伏发电系统。这种并网太阳能光伏发电系统在今后几年内仅在美国国内就会有300MW的市场。目前这种系统的发电成本为40美分/kW · h，而美国某些地区的峰值电价已高达20～30美分/kW·h（一般冬季电价为3～4美分/kW·h，夏季为7～8美分/kW·h）。估计不久这类调峰太阳能光伏发电系统即可进入市场。

（2）由太阳能热水器和非晶硅太阳能电池联合构成的光伏、光热系统，可以为用户同时提供电力和热水。由于非晶硅太阳能电池不像晶体硅太阳能电池那样当温度升高后输出功率会降低，所以特别适合于这种系统。

（3）光伏屋顶建筑材料（柔性的和非柔性的），如透明光伏玻璃、聚光电池供电供水系统、光伏墙体、光伏智能窗帘等。

除了屋顶并网太阳能光伏发电系统外，一些发达国家还在其他光伏技术应用方面做了大量工作，主要有以下几个方面。

（1）风光柴互补发电系统。为了进一步降低可再生能源的发电成本，国外在风光柴混合发电系统上做了大量的示范工作和经济对比。还开发了混合发电系统的优化软件，利用该软件可根据当地资源设计最合理、最经济的供电方案。

（2）未来与汽车配套的太阳能光伏发电系统。太阳能光伏发电系统在汽车行业有很大的潜在市场，国外已经开发出较成功的可以为电动汽车蓄电池充电的太阳能快速充电系统、太阳能汽车空调板、太阳能汽车换气扇、太阳能空调和冷饮箱等。

（3）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统。芬兰的NAPs已经完成这一发电系统的示范工程。太阳能电池将太阳能转变成电能，通过电解水，产生氢气和氧气，氧气排放到空气中，氢气储存到储氢罐中。使用时氢气再与空气中的氧气通过燃料电池发电，氢气和氧气在发电过程中又化合成水。该系统属于最清洁的再生能源发电系统，在未来具有巨大的市场，尤其对于冬夏太阳能辐射差异很大、采用蓄电池极不经济的高纬度地区，通过这种办法利用太阳能将会十分有效。此外，随着电动汽车的发展，这一发电系统也会变得更为重要。

（4）再生能源海岛供电系统。海岛是一个特殊的环境，由于其淡水的缺乏、燃料的昂贵，使得可再生能源有了用武之地。国外已经对海岛上应用风光柴混合发电系统做了大量示范工程，为海岛供应电力和淡水。此外，由于岛上渔民需要用冰来储存和运送新鲜的鱼虾，海岛的可再生能源制冰系统也得到了推广应用。

（5）太阳能发电专用直流负载。为了提高太阳能光伏发电系统效率，减少故障环节，国外开发了许多不需要采用逆变器、可以直接由太阳能电池和蓄电池供电的直流负载，包括直流电视机、直流电冰箱、直流空调等，这类专用负载特别适合于车辆、船只和流动性的单位，如旅游团、地质队、部队等。

2.我国光伏发电产业的发展

我国太阳能资源非常丰富，与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。

我国太阳能电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳能电池。1971年3月首次成功地将太阳能电池应用于我国第2颗人造卫星上。1973年开始在地面应用太阳能电池，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。20世纪80年代中、后期，引进国外太阳能电池生产线或关键设备，初步形成生产能力达到4.5MW的太阳能光伏产业。其中，单晶硅电池2.5MW，非晶硅电池2MW，工业组件的转换效率单晶硅电池为11%～13%、非晶硅电池为5%～6%。20世纪90年代中、后期，光伏发电产业进入稳步发展时期，太阳能电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，21世纪初我国光伏发电产业迎来了快速发展的新阶段。

我国光伏组件生产逐年增加，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加，1999年年底累计约为15MW。应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象、国防等。特别是独立太阳能光伏发电系统解决了许多偏远地区的学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。西藏有7个无电县城采用太阳能光伏发电电站供电，社会效益和经济效益非常显著。

在研究开发方面，我国开展了单晶硅、多晶硅电池研究及非晶硅、碲化镉、硒铜等薄膜电池的研究，同时还开展了浇铸多晶硅、银/铝浆、EVA等材料的研究，并取得可喜成果，其中刻槽埋栅电池效率达到国际水平。我国光伏产业已形成了较好基础，但在总体水平上我国同国外相比还有很大差距，主要表现为以下几个方面。

（1）生产规模小。我国太阳能电池制造厂的生产能力约为0.5～1MW/a，比国外生产规模低一个多数量级。

（2）技术水平较低。太阳能电池光电转换效率、封装水平同国外存在一定差距。太阳能光伏发电系统的配套技术还不成熟。例如，并网逆变器、控制器还没有实现自主研发商业化生产，产品可靠性低，主要依赖进口；独立太阳能光伏发电系统中的蓄电池技术还不过关，使用寿命低。

（3）专用原材料国产化经过多年的研发取得一定成果，但性能仍有待进一步改进，部分材料仍依赖进口，如高纯硅材料严重短缺（95%依赖进口）。

（4）成本高。成本和售价都高于国外产品（独立太阳能光伏发电系统初投资8万～10万元/kW，并网太阳能光伏发电系统投资6万～8万元/kW，发电成本为3.5～5元/kW·h），光伏发电系统商业化市场的发展受到限制。

（5）市场培育和发展迟缓，缺乏市场培育和开拓的支持政策、法规、措施。

（6）国内太阳能电池生产能力迅速增强，如果一味扩大生产规模，有可能出现产能过剩的危机。国产太阳能电池的主要市场目前在国外（95%以上出口）。

我国的光伏产业的发展经历了两次跳跃。第一次是在20世纪80年代末，我国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使我国的太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW上升到6个厂的4.5MW，引进的太阳能电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响，国际项目、政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家发改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程，以及2006年实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，我国太阳能光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。

2007年年底，中国太阳能光伏发电系统累计装机容量达到100MW，从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏发电系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年，受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮。

根据《可再生能源中长期发展规划》，2020年，我国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW，2050年将达到600GW。预计2050年，我国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。

3.太阳能光伏发电的应用

世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最快的能量补给方式。依据报告，自1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW。随着太阳能光伏发电成本的下降，光伏发电正逐渐扩大应用领域，目前主要用于以下4个方面。

（1）消费性产品，如非晶硅太阳能电池供电的计算器、太阳能钟表、太阳能照明灯具、太阳能收音机、电视机等，这类产品约占世界光伏产品销售量的14%。

（2）远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立太阳能光伏电站的集中供电，它占世界光伏产品销售量的35%。

（3）离网工业供电系统，它占世界光伏产品销售量的33%。

（4）并网太阳能光伏发电系统，它占世界光伏产品销售量的18%。

4.太阳能光伏发电的发展趋势和展望

开发新能源和可再生清洁能源，是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五项技术领域之一。充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策，其中太阳能光伏发电最受瞩目。太阳能光伏发电远期将大规模应用，近期可解决特殊应用领域的需要。

自20世纪90年代以来，在可持续发展战略的推动下，可再生能源技术进入了快速发展的阶段。据专家预测，21世纪中叶太阳能和其他可再生能源能够提供世界能耗的50%。太阳能光伏发电系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。国际能源组织（IEA）在1991年和1997年相继两次启动建筑光伏集成计划，获得很大成功，建筑光伏集成具有以下几个优点。

（1）具有高技术、无污染和自供电的特点，能够强化建筑物的美感和建筑质量。

（2）光伏部件是建筑物总构成的一部分，除了发电功能外，还是建筑物耐气候的外部保护层，具有多功能和可持续发展的特征。

（3）可实现分布型的太阳能光伏发电和分布型的建筑物互相匹配。

（4）建筑物的外墙能为光伏系统提供足够的面积。

（5）不需要额外的占地面积，省去了光伏系统的支撑结构，省去了输电费用；PV阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用，例如，昂贵的外墙包覆装修成本有可能等于光伏组件的成本，如果将光伏发电系统集成到建筑施工过程，安装成本又可大大降低。建筑光伏集成系统既适用于居民住宅，又适用于商业、工业和公共建筑、高速公路音障等；既可集成到屋顶上，又可集成到外墙上；既可集成到新设计的建筑上，又可集成到现有的建筑上。光伏建筑集成近年来发展很快，许多国家相继制订了本国的光伏屋顶计划。建筑自身能耗占世界总能耗的1/3，是未来太阳能光伏发电产业的最大市场。光伏发电系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的从属地位，前景光明。

专家预计，21世纪前半期的30～50年，光伏发电量将超过核电发电量。以2040年计算，这要求光伏发电年增长率达16.5%，这是一个很实际的发展速度，前提是光伏系统安装成本至少能和核能发电相比。

当前影响太阳能光伏发电大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高，在众多发电技术中，太阳能光伏发电仍是成本最高的一种，因此，发展太阳能光伏发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工艺、设计新的电池结构、开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高太阳能电池的光电转换效率。近年来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低，应用领域不断扩大。

最近，瑞士联邦工学院研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用了一种无定型有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使用起来也更加简便。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，太阳能电池成本及售价将会大幅下降。随着太阳能电池成本的下降，太阳能光伏发电技术将进入大规模发展时期。

近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速、日新月异。晶体硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳能电池光电转换效率的主要技术障碍有：

（1）电池表面栅线遮光影响。

（2）表面光反射损失。

（3）光传导损失。

（4）内部复合损失。

（5）表面复合损失。

针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：

（1）单双层反射膜技术。

（2）激光刻槽埋藏栅线技术。

（3）绒面技术。

（4）背点接触电极技术。

（5）高效背反射器技术。

（6）光吸收技术。

随着这些新技术的应用，发明了不少新的太阳能电池种类，极大地提高了太阳能电池的光电转换效率。例如，澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用激光刻槽埋藏栅线等新技术，将高纯化晶体硅太阳能电池的光电转换效率提高到24.4%。光伏发电技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究领域取得重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池光电转换效率虽高，但其成本难以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此，澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望在10年内使该项技术商业化。

20世纪90年代后期，太阳能光伏发电发展更加迅速。在产业方面，各国一直通过扩大规模、提高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。

在研究开发方面，单晶硅电池效率已达24.7%，多晶硅电池效率突破19.8%。非晶硅薄膜电池通过双结、三结叠层和合金层技术，在克服光衰减和提高效率上不断有新的突破，实验室稳定效率已经突破15%。碲化镉电池效率达到15.8%，铜铟硒电池效率达到18.8%。晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速，成为世界关注的新热点。

21世纪世界光伏发电的发展将具有以下几个特点。

（1）光伏产业将继续以高增长速率发展。多年来，光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一，预测今后10年的光伏组件生产将以20%～30%甚至更高的递增速度发展。光伏发电的未来前景已被越来越多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识，许多发达国家和地区纷纷制订光伏发电发展规划。预计到21世纪中叶，太阳能光伏发电将成为人类的基础能源之一。

（2）太阳能电池组件成本将大幅度降低。太阳能光伏发电系统安装成本每年以9%的速率降低。降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。考虑到21世纪薄膜太阳能电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此21世纪太阳能电池组件成本大幅度降低是必然趋势。

（3）太阳能光伏发电产业向百兆瓦级规模发展，同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将向更高水平发展。

（4）薄膜太阳能电池技术将获得突破。薄膜太阳能电池具有大幅度降低成本的潜力，世界许多国家都在大力研究开发薄膜太阳能电池。在21世纪，薄膜太阳能电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现太阳能光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可替代能源。

（5）太阳能光伏建筑集成并网发电快速发展。建筑光伏集成具有多功能和可持续发展的特征，建筑光伏集成设计使建筑更加洁净、完美，使人赏心悦目，容易被专业建筑师、用户和公众接受。太阳能光伏发电系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。许多国家相继制订了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术蓬勃发展。光伏发电系统和建筑结合将使太阳能光伏发电向替代能源过渡，成为世界能源结构组成的重要部分。