随着技术进步与产业规模的扩大，光伏发电成本进一步下降，将成为未来可持续发展的重要能源之一。
光伏技术的关键元件
光伏发电技术的关键元件是太阳能光伏电池。太阳能光伏电池的发展，大致可以分为三代。
第一代是硅系太阳能电池；
第二代是薄膜太阳能电池；
第三代太阳能电池是高倍聚光电池、有机太阳能电池、柔性太阳能电池、染料敏化纳米太阳能电池等新技术。
目前，主流的是第一代硅系太阳能电池，薄膜电池的市场份额正在逐步扩大，第三代电池除了高倍聚光电池外，大部分还处于实验室研发阶段。
硅系太阳能电池
硅系太阳能电池中，单晶硅技术最为成熟。这种电池的效率与成本主要受其制造流程影响。制造流程主要分为铸锭、切片、扩散、制绒、丝网印刷和烧结等几个步骤。采用这种普通工艺流程生产的太阳能电池，光电转换效率一般在16%－18%。
单晶硅太阳能电池转换效率是最高的，但是成本也较高。多晶硅太阳能电池能够很好地降低成本，其优点是能直接制造出适于规模化生产的大尺寸方形硅锭，设备比较简单，因而制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。
除了降低材料成本，降低太阳能电池的成本，主要通过两方面来实现。
一是减少耗材，例如减小硅片的厚度；
二是提高转换效率。
提高效率的途径包括以下几方面：
第一是增加光的吸收，如表面制绒、制备减反射层、减小正面电极的宽度等；
第二是减少光生载流子的复合，提高光子利用率，如发射极钝化技术；
第三是减小电阻，增加电极对光电流的吸收，如分区掺杂与背电场技术。
目前单晶硅太阳能电池光电转换效率的最高纪录，是新南威尔士大学PERL结构太阳电池创造的24.7%。其技术特点包括：硅表面磷掺杂的浓度较低，以减少表面的复合和避免表面“死层”的存在；前后表面电极下面局部采用高浓度扩散，以减小电极区复合并形成好的欧姆接触；通过光刻工艺使前表面电极变窄，增加了吸光面积；前表面电极采用更匹配的金属如钛、钯、银金属组合，减小电极与硅的接触电阻；电池的前后表面采用SiO₂和点接触的方法以减少电池的表面复合。但是，该技术目前还没有实现产业化。
除了PERC技术以外，还可以采用其它技术提高转换效率。如BP Solar的表面刻槽绒面电池和背电极（EWT）穿越技术。前者主要是通过激光刻槽工艺减小正面电极的宽度，增加太阳光的吸收面积，规模化生产已能实现18.3%的效率；后者通过在电池上进行激光打孔，将正面的电极引到背面，从而增大了正面的吸光面积，能够实现21.3%的效率。
薄膜太阳能电池
晶硅太阳能电池效率高，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。但由于硅材料价格比较高，想大幅度降低其成本是非常困难的。为了寻找晶硅电池的替代产品，成本更低的薄膜太阳能电池应运而生。主流的薄膜电池有硅基薄膜电池、碲化镉 (CdTe)薄膜电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池三种类型。
硅基薄膜电池厚度仅为2微米，与厚度为180微米左右的晶体硅电池相比，硅材料的用量仅约为晶硅电池的1.5%，成本低廉。按照包含PN结数量的不同，硅基薄膜电池分为单结电池、双结电池以及多结电池，不同的PN结可以吸收不同波长的太阳光。目前单结电池的最高效率可达7%，双结可达10%。
由于材料吸光率好，碲化镉薄膜电池的转换效率比硅基薄膜电池要高一些，目前效率可达12%。但元素镉具有致癌作用且碲的天然储量有限，该电池长期发展受到一定的制约。
铜铟镓硒薄膜电池被认为是高效薄膜电池的未来发展方向，可通过制造工艺的调整提高对太阳光的吸收率，从而使得转换效率得到提升。目前，实验室的转换效率可达20.1%，产品效率可达13－14%，是所有薄膜电池里面最高的一种。
第三代电池
第三代电池理论上可以实现较高的转换效率。现阶段除了聚光电池外，大多数还处于实验室研究阶段。
聚光电池一般采用III-V族半导体材料，主要是因为III-V族半导体具有比硅高得多的耐高温特性，在高照度下仍具有高的光电转换效率，而且多结的结构使它们的吸收光谱和太阳光光谱接近一致，理论上的转换效率可达68%。目前使用最多的是由锗、砷化镓、镓铟磷3种不同的半导体材料形成3个PN结。若是进行规模化生产，效率可达40%以上。
太阳能电池经封装成为太阳能组件，不同太阳能电池的应用取决于自身特点与市场需求的发展。早期的太阳能主要应用于通讯基站和人造卫星等，后来逐渐进入民用领域，如太阳能屋顶。在这些场景下，安装面积小，能量密度需求高，因而晶体硅组件占据了主要的市场份额。随着大型太阳能荒漠电站以及光伏建筑的发展，综合成本逐渐取代能量密度成为了考虑的重要因素，薄膜电池的应用呈现上升趋势。除此之外，不同技术的应用还受使用环境、气候条件等其他因素的影响。
太阳能光伏技术的应用
要把太阳辐射转化为可供人们使用的电力，需要一套完整的太阳能光伏系统。太阳能光伏电池是太阳能光伏系统的重要组成部分，是整个系统的基础。除此之外，光伏系统还包括逆变器、蓄电池、监控器、配电系统等。
光伏系统的分类与组成
根据是否并网，太阳能光伏系统分为离网系统与并网系统两大类。离网系统又可分为独立光伏系统与混合供电系统。
独立光伏系统一般在通信基站、太阳能路灯、偏远山区供电等场合，全部采用太阳能作为能源供应。系统组成主要包括太阳能组件、逆变器、控制器、蓄电池、配电系统、防雷接地系统等，其中，储能装备（蓄电池）与控制器是影响系统成本与寿命的关键因素。混合供电系统除了太阳能电池外，还包括油机或者风机等，采用太阳能与其他能源共同作为能源供应。
并网技术一般应用在太阳能屋顶和大规模的光伏电站。并网光伏系统不需要储能设备，成本较低，主要组成包括太阳能组件、逆变器、配电系统、防雷接地系统、监控系统等。目前，并网系统占所有太阳能应用的80%。
光伏发电的其他技术
除了太阳能光伏电池技术之外，逆变技术、并网技术、储能技术、智能监控技术等技术都关系到太阳能光伏发电系统应用与发展。原因在于：
第一，太阳能电池的输出功率会随着阳光辐射强度的变化而变化，具有间歇性的特点，而且，大规模并网会对电网造成冲击，做好并网控制与孤岛保护十分关键;
第二，太阳能组件输出电流为直流电，需要经逆变器逆变为交流电，对逆变电能质量要求比较高;
第三，组件功率输出受温度、阴影遮蔽等因素的影响，会出现光伏阵列功率失配的问题，因而系统监控与报警系统是重要的技术环节。最后，由于大多数光伏电站处在偏远的地区，远程控制技术也非常重要。
现在太阳能组件生产的质量与规模已经非常成熟了。从整个产业链来看，高利润点集中在了硅材料提纯、逆变器与监控系统、光伏装备制造等技术含量高的环节。如何在这些关键的技术点上取得突破，是光伏产业面临的挑战。
太阳能光伏发电的现状与前景
由于成本较高，从该技术的产生到上世纪末，太阳能光伏发电一直没有得到大规模的发展。进入新世纪，随着发电效率的提高以及成本的快速下降，太阳能光伏发电技术迎来了快速发展，装机容量逐年递增。全球年总装机容量从2000年的1.4GW上升到2009年的22.8GW。其中，以德国、意大利、西班牙为代表的欧洲国家是最大的消费市场。欧盟还计划到2020年，将太阳能发电占所有电力供应的比重提高到12%。中国、印度等发展中国家也推出了太阳能发展计划。除了太阳能通信基站、太阳能屋顶、太阳能电站的应用外，太阳能光伏发电也已广泛地应用到各种移动终端设备的供电中。
作为一种辅助能源和补充能源，太阳能光伏技术已经迎来了高速的发展，发电成本也在迅速下降。随着技术的进步，太阳能作为一种清洁能源、可再生能源，必将成为可持续发展的重要能源之一。
Comments