太阳能，一个耳熟能详的名字。也许你没听过光伏发电，但你一定知道太阳能，这是十多年前就在我国开始部署的项目，但是你了解它的原理么?

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一般来讲，人利用太阳能有两个用途，热水和发电。热水这事按下不谈，咱们来主要说说发电。太阳能发电又称光伏发电，是利用太阳的热辐射在特殊材料上产生电的效果。如今，在太空中太阳能是卫星电池发电的主要来源，地面上则是一个重要的清洁能源来源。

要说太阳能得先说说它的历史。1839年，年仅19岁的爱蒙德·贝克勒尔通过暴露在光下的导电溶液观察到了光伏效应。随后，他就创造出了第一个光伏电池。到1873年，威洛比·史密斯发现了硒的光电导性，随后“光对硒的效应”横空出世，对于光伏效应的研究也开始逐渐变大。1905年，爱因斯坦发布了基于量子的光电效应论文，正式阐述了光电效应。

第一个试图将太阳能商业化的人出现在1878年的巴黎万国博览会上，奥古斯丁·穆肖展示了太阳能蒸汽机，但可惜当时煤太便宜了，它的蒸汽机没人看得上。1908年，弗兰克·舒曼成立了太阳电力公司，建造了一台由低压水驱动的全尺寸蒸汽机。这项设计研究在1970年随着太阳能的火热而复活。

太阳能，顾名思义就是利用太阳的能量。现代社会，一般利用太阳能的方式有两种，一种是利用透镜和太阳跟踪系统聚热用以驱动蒸汽轮机;另一种是利用光伏效应将光转化为电能。其中透镜聚热驱动蒸汽轮机比较好理解，就是将太阳能的热量聚集起来烧开水，然后利用蒸汽机原理带动发电机发电。

光伏发电则不一样，它是利用一种特殊的材料，这种材料可以发生光电效应，在阳光照射下产生电。太阳光中包含光子，在光子撞击到太阳能电池板的时候，被含硅的半导体材料吸收。随后电子从他们原本的分子/原子轨道中被激发。电子被激发后只有两种结果，一是将能量以热量的形式消耗并返回轨道，另一个是穿过材料抵达电极，形成电势差，随着电势差的出现便产生电压。这就是太阳能电池阵列将太阳能转化为可用的直流电的过程，最后再通过逆变器将直流电转换为交流电。

太阳能电池的材料一般都是特殊的半导体材料，这些电池分为三代。第一代是传统基于圆晶的电池，由晶体硅制成，包含单晶硅和多晶硅两种;第二代电池就是现在的主流电池，是薄膜太阳能电池，包含非晶硅、碲化镉和CIGS电池。这些类型的电池对光伏建筑一体化有着很大的帮助，在小型独立电力系统中也有很大的作用;第三代电池是新型光伏技术的薄膜技术，目前还处于开发阶段，部分有使用有机材料。

第三代的太阳能电池包括钙钛矿电池、双面电池、中间带电池、材料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池。这些电池各有不同的设计思路和应用场景，其基本原理略有不同，这里就暂不展开了。

太阳能的能量目前并不是很稳定，每个地区的太阳能资源是不同的，高纬度地区的太阳能资源比之低纬度地区的年输出能量自然更高。这之中一些其他因素会影响太阳能电池的转化效率，包括反射率、热力学效率、电荷载流子分离效率、电荷载流子收集效率和传导效率等。

总的来说，太阳能的原理其实很简单，它不需要许多复杂的元件系统。而且鉴于它的材料，一套光伏系统有着较长的寿命，可以用25年左右。随着光伏产业的规模扩大，在规模效应下，光伏系统的价格也在降低，并且逐渐可以部署在一般人家里，还不会影响美观。对于整体能源的节约与利用也将更上一个台阶。

并且就是一年四季，一天早晚也存在太阳能资源的变化，如夜晚的太阳能资源几近于无。这些自然条件都限制了太阳能的发展，但未来而言，太阳能作为可预见未来里不会枯竭的能源，对于太阳能的开发利用对未来的发展无疑是极为重要的课题。

关键词： 太阳能电池 光伏效应 光电效应