聚焦太阳能利用——光伏发电与光热产业

太阳能是一种清洁的可再生能源，是未来理想的能源之一。目前，利用太阳方式可以大致分为两类：一类是利用光伏发电系统，直接把太阳能转化为电能；另一类则是太阳能光热转化系统，把光能转化为热能，而后直接利用热能或是利用热能进行发电。

光伏发电的历史最早可以追溯到1839年，法国学者Becqurel发现光线照射能够使半导体材料的不同位置产生电势差，这种现象在后世被称为“光生伏特效应”即光伏效应。1954年，美国学者Charbin在实验室中首次合成了单晶硅太阳能电池，由此打开了太阳能光电转化的使用技术大门。光电转化的原理可以被简单概括为利用光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。

上世纪，70至90年代之间，受中东局势动荡的影响，化石燃料产量下降且成本攀升。因此，世界上众多国家均制定了奖励扶持计划，大力发展光伏技术。以90年代为例，德国于1990年提出“2000个光伏屋顶计划”；美国于1997年提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”；日本于1997年制定“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池；荷兰1998年提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”。目前，太阳能电池板早已进入了人们的日常生活，小编的家乡——祖国东北边陲的一个小镇，也于两年前装上了太阳能路灯。

然而，在经历了几十年的迅猛发展之后，太阳能光伏产业似乎遇到了其发展的技术瓶颈。目前来看，单晶硅造价一直居高不下，多晶硅的服役时间较单晶硅大幅缩短，折算后的性价比似乎还不如单晶硅，其他如钙钛矿太阳能电池板还未大规模进入市场。此外，光伏发电直接产生电能，而电能的储存只能通过电容器或是电池，这无疑增加了光伏发电的成本。还有，光伏发电产生的是直流电，不能直接与国家电网产生的交流电进行并网。

这些问题使得近些年一些国家的政策开始向太阳能光热利用方向倾斜。以我国为例，在十三五能源规划以及今年的两会期间，太阳能光热发电均被重点提及。

太阳能光热转化主要包括两类应用，一种是直接利用太阳能所产生的热量，这种技术目前已经实现了大规模的商业化应用，太阳雨、四季沐歌等热水器均采用了该技术。另一种方式则是太阳能热发电，与太阳能光伏发电相比，太阳能光热发电的曝光率相对较低。太阳能光热发电的原理可以被简单概括为利用太阳光照射太阳能选择吸收薄膜，使光能转化为热能，而后利用集热器把薄膜所产生的热量传递给水蒸气，通过水蒸气带动汽轮机旋转，汽轮机旋转切割磁感线实现发电。

光热发电的能量转化步骤繁多，因此，虽然太阳能选择吸收薄膜的光热转化效率较高，但是对于整体的光热发电系统来说，太阳能的转化效率并不高。此外，光热发电还需要配套大型的集热装置，汽轮机等。然而，相比于光伏产业，光热发电也同时存在两大很明显的优势：其一是，太阳能光热转化薄膜造价比单晶硅低廉得多；其二是，光热发电系统可直接与现有火力发电设施相配合（两者都是利用水蒸气带动汽轮机），产生的电能为交流电，可直接并入国家电网。

目前来看，在光伏发电遭遇技术瓶颈之时，光热发电因其能与现有工业较好匹配，而受到越来越多的重视。然而，光伏产业一旦解决其储能以及成本问题，它将会获得迅猛发展。不论采用哪种方式，我们有理由相信，随着科学技术的迅猛的发展，人类对于来自于1.5亿公里以外太阳能的利用将会越来越充分。

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