所謂光伏產(chǎn)業(yè)，即利用太陽能的最佳方式使光伏轉(zhuǎn)換，就是利用光伏效應，使太陽光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。以硅材料的應用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為“光伏產(chǎn)業(yè)”，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。
讀物取之不盡的太陽能資源
太陽能是一種資源豐富、清潔環(huán)保的可再生能源。從我國可開發(fā)的資源蘊含量來看，地球上可直接利用的太陽能約為2.1萬億千瓦，只需開發(fā)1%即達到210億千瓦。從某種程度說，地球上的水能、風能、生物質(zhì)能和化石能源都源自太陽能。太陽能光伏發(fā)電不需要占用更多額外的土地，屋頂、墻面都可成為其應用的場所，還可利用我國廣闊的沙漠，通過在沙漠上建造太陽能發(fā)電基地，還可以直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽輻射，有效降低地表溫度，減少蒸發(fā)量。我國西部地區(qū)現(xiàn)有沙漠化土地面積100多萬平方公里，主要分布在太陽能資源豐富的西北和西南地區(qū)，假設(shè)將這些沙漠化土地的1％用來安裝并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，按目前較保守的100Wp/m2技術(shù)水平計算，裝機容量即可達10億千瓦。
根據(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，我國太陽能資源情況可劃分為五類地區(qū)。太陽能資源最豐富的地區(qū)是西藏西部，全年日照時數(shù)達2900～3400小時，僅次于撒哈拉大沙漠居世界第2位；太陽能資源最少的是四川、貴州、重慶等地（五類地區(qū)），全年日照時數(shù)為1000～1400小時；湖南屬于四類地區(qū)，全年日照時數(shù)為1400～2200小時，年輻射總量3600MJ/m2－4200MJ/m2之間。
太陽能是怎樣轉(zhuǎn)變成電能的？
太陽能是通過“光生伏特效應”（即光伏效應）轉(zhuǎn)變成電能的。光伏效應是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程。晶體硅太陽能電池是一只硅晶體二極管，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴，從而在光照下形成開路電壓，當在其兩側(cè)面引出電極并接上負載，就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實現(xiàn)了對負載的功率輸出。
晶硅太陽能電池是怎樣制成的？
晶體硅系太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換率較高，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換率是17%～20%，多晶硅太陽能電池是15%～17%。 晶體硅太陽能電池的制備過程如下圖所示：
C 神奇的薄膜太陽能電池
除了晶體硅太陽能電池，隨著科技的進步，越來越多神奇的太陽能電池被陸續(xù)研發(fā)出來了，太陽能可以做成像薄膜一樣具有大面積、透明或彩色、柔軟等特征。薄膜太陽能電池主要包括非晶硅薄膜太陽能電池、化合物半導體太陽能電池（砷化鎵、硫化鎘、硫化鎘等）、染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池等。
1.非晶硅太陽能薄膜電池
非晶硅太陽能電池（a-Si太陽能電池）是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，一般采用等離子增強型化學氣相沉積 (PECVD)方法使高純硅烷等氣體分解沉積而成的。非晶硅太陽能電池是在玻璃襯底上沉積透明導電膜，然后依次用等離子體反應沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出。
非晶硅薄膜太陽能電池是將非晶硅以薄膜的形式沉積到導電玻璃或不銹鋼等載體上形成的太陽能電池，它具有很高的光吸收系數(shù)，有更好的弱光性能和高溫性能，它很薄（不到晶體硅太陽能電池的1/100），材料及制造成本低，且能大面積成膜，便于工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。采用雙面玻璃封裝的薄膜太陽能電池是理想的光伏玻璃幕墻材料，既能發(fā)電，又透光、美觀，因此，包括光伏幕墻玻璃在內(nèi)的太陽能薄膜電池與建筑結(jié)合，是非晶硅薄膜太陽能電池的重要發(fā)展方向。
2.銅銦鎵硒和碲化鎘薄膜太陽能電池
除了非晶硅薄膜太陽能電池，目前應用較廣的還有銅銦鎵硒薄膜太陽能電池（CIGS）、碲化鎘薄膜太陽能電池（CdTe）。碲化鎘薄膜太陽能電池由于鎘具毒性，對環(huán)境的危害制約了它的發(fā)展；銅銦鎵硒可在柔性基板上鍍膜，制成的大幅面彩色及透明的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池直接與建筑材料整合于一體，以期應用于能發(fā)電的建筑物玻璃幕墻，市場潛力巨大，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池有望成為今后薄膜電池發(fā)展的主流方向之一。
讓光伏走進千家萬戶——光伏建筑一體化
讓光伏走進平常百姓家庭，既是節(jié)能減排和全面建成小康社會的重要舉措，也是中國光伏產(chǎn)業(yè)擺脫當前困局的努力方向，將光伏和建筑有機結(jié)合（即光伏建筑一體化）是未來光伏應用中最重要的發(fā)展方向之一。
光伏建筑一體化是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力，可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合，另一類是光伏方陣與建筑的集成。光伏方陣與建筑的結(jié)合是一種常用的形式，由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應用的最佳安裝方式；光伏方陣與建筑的集成是光伏建筑一體化的一種高級形式，光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電的功能要求同時還要兼顧建筑的基本功能要求。光伏建筑一體化作為龐大的建筑市場和潛力巨大的光伏市場的結(jié)合點，其發(fā)展前景十分廣闊。
今年6月7日，李克強總理考察邢臺光伏企業(yè)時說，除了穩(wěn)住國際光伏市場，重要的是啟動國內(nèi)市場，消化產(chǎn)能。國家制定了促進光伏發(fā)電的政策，包括發(fā)展分布式光伏發(fā)電，鼓勵單位社區(qū)家庭使用光伏發(fā)電裝置，給光伏發(fā)電電量補貼、稅收優(yōu)惠，電網(wǎng)為光伏發(fā)電并網(wǎng)提供便利。中國作為世界上最大的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)國，自己國內(nèi)的光伏應用市場卻還處于起步階段，有著巨大的市場潛力和發(fā)展機遇，我國的光伏產(chǎn)業(yè)和太陽能利用必將迎來更加美好的明天。(作者系長沙理工大學 能源與動力工程學院 博士、副教授)
