光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。
 
　　1光伏效應
 
　　如果光線(xiàn)照射在太陽(yáng)能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，將通過(guò)空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動(dòng)。通過(guò)界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測試的電壓。此時(shí)可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型數值為0.5～0.6V。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽(yáng)能電池中形成的電流也越大。

 

　　2、原理
 
　　太陽(yáng)光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場(chǎng)的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽(yáng)能電池的工作原理。
 
　　太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。
 
　?。?） 光—熱—電轉換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質(zhì)的蒸氣，再驅動(dòng)汽輪機發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。
 
　?。?） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽(yáng)輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽(yáng)光能直接轉化為電能的器件，是一個(gè)半導體光電二極管，當太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì )把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能電池壽命長(cháng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(cháng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì )引起環(huán)境污染。

　　3、系統組成
 
　　光伏發(fā)電系統是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽(yáng)跟蹤控制系統等設備組成。其部分設備的作用是：
 
　　電池方陣
 
　　在有光照（無(wú)論是太陽(yáng)光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽(yáng)能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽(yáng)能電池，多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池三種。
 
　　蓄電池組
 
　　其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負載供電。太陽(yáng)能電池發(fā)電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長(cháng)；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度范圍寬；g.價(jià)格低廉。
 
　　控制器
 
　　是能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電的設備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過(guò)充電或過(guò)放電的充放電控制器是必不可少的設備。
 
　　逆變器
 
　　是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源，
 
　　而負載是交流負載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

 

　　4、系統分類(lèi)
 
　　光伏發(fā)電系統分為獨立光伏發(fā)電系統、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統及分布式光伏發(fā)電系統。
 
　　1、獨立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統，太陽(yáng)能戶(hù)用電源系統，通信信號電源、陰極保護、太陽(yáng)能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電系統。
 
　　2、并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。
 
　　可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統具有可調度性，可以根據需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。 并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統一調配向用戶(hù)供電。但這種電站投資大、建設周期長(cháng)、占地面積大，還沒(méi)有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。
 
　　3、分布式光伏發(fā)電系統，又稱(chēng)分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶(hù)現場(chǎng)或靠近用電現場(chǎng)配置較小的光伏發(fā)電供電系統，以滿(mǎn)足特定用戶(hù)的需求，支持現存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)方面的要求。
 
　　分布式光伏發(fā)電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環(huán)境監測裝置。其運行模式是在有太陽(yáng)輻射的條件下，光伏發(fā)電系統的太陽(yáng)能電池組件陣列將太陽(yáng)能轉換輸出的電能，經(jīng)過(guò)直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過(guò)聯(lián)接電網(wǎng)來(lái)調節。

 

　　5、優(yōu)缺點(diǎn)
 
　　與常用的發(fā)電系統相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現在：
 
　　太陽(yáng)能發(fā)電被稱(chēng)為最理想的新能源。①無(wú)枯竭危險；②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對干凈（無(wú)公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；④無(wú)需消耗燃料和架設輸電線(xiàn)路即可就地發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設周期短，獲取能源花費的時(shí)間短。
 
　　缺點(diǎn)：
 
　?、僬丈涞哪芰糠植济芏刃?，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。利用太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電，設備成本高，卻太陽(yáng)能利用率較低，不能廣泛應用，主要用在一些特殊環(huán)境下，如衛星等。
 
　　6、應用領(lǐng)域
 
　　一、用戶(hù)太陽(yáng)能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無(wú)電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統；（3）光伏水泵：解決無(wú)電地區的深水井飲用、 灌溉。
 
　　二、交通領(lǐng)域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、無(wú)人值守道班供電等。
 
　　三、通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話(huà)光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
 
　　四、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門(mén)陰極保護太陽(yáng)能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀(guān)測設備等
 
　　五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。
 
　　六、光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各種大型停車(chē)廠(chǎng)充電站等。
 
　　七、太陽(yáng)能建筑將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。
 
　　八、其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車(chē)配套：太陽(yáng)能汽車(chē)/電動(dòng)車(chē)、電池充電設備、汽車(chē)空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。