随着全球经济的快速发展、人类的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，开发新的能源已经成为当前人类面临的迫切课题。
因为火电需要燃烧煤、石油等化石燃料，一方面化石燃料蕴藏量有限，正面临着枯竭的危险。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦溃崩，后果将不堪设想，另外，一些国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。
新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富，不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源有：太阳能，风能，燃料电池。
照射在地球上的太阳，能量非常巨大，太阳能照射在地球上大约40 分钟，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以 太阳能发电是应用广泛，前景光明的理想能源。
二、太阳能发电的原理
太阳能发电是利用太阳能和半导体材料的电子学特性实现发电的。
1、太阳能发电的原理（光伏发电）： 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴电子对，在 p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由 p区流向n 区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
2、太阳能发电两种方式： 一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
a、光—热—电转换方式： 通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
b、光—电直接转换方式（光伏发电）： 利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能（如图），这种方式容易实现，且成本较低，已被广泛应用。
能产生光伏效应的材料： 单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。晶体硅 为基本的电池材料。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池处在研发阶段。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%
。
太阳能电池生产过程大致可分为五个步骤： a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
3、太阳能发电的过程：
现以晶体为例描述光发电过程。 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 当许多个电池串联或并联起来就可以形成有较大输出功率的太阳能电池方阵。
三、太阳能发电系统
1、太阳能发电系统的组成： 太阳能发电系统主要由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成。
太阳能电池板： 作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。
太阳能电池板： 作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。
逆变器： 作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电逆变成交流电，供给交流负载使用和并入电网。效率是选择逆变器的重要标准之一，效率越高，意味着在将光电组件产生的直流电转换成交流电的过程中产生的电量损耗就越少。逆变器的质量决定了发电系统的效益，它是太阳能发电系统的核心。
蓄电池组： 作用是将太阳电池方阵发出直流电贮能起来, 供负载使用。在
光伏发电系统中 , 蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电, 同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此 , 要求蓄电池的自放电要小,
而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。
离网发电系统： 太阳能发电控制器(光伏控制器和风光互补控制器) 对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或经过逆变器送往交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。（图4中的直流供电、交直流供电、风光互补发电都属于离网发电系统）
并网发电系统： 将太阳能发电产生的电能不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接馈入电网的发电系统。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用太阳能发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和太阳能发电作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能发电的发展方向，代表了21 世纪最具吸引力的能源利用技术。
四、太阳能发电的特点：
1、优点：
① 太阳能是永久性能源，无枯竭危险；
② 太阳能是清洁能源，绝对干净环保，没有公害，用户感情上容易接受；
③ 太阳能发电运用灵活，不受资源分布和地域的限制，可在用电处就近发电；
④ 太阳能电池寿命长，可以一次投资长期使用，太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组；
⑤ 太阳能发电可靠性高，能源质量高；
⑥ 获取能源花费的时间短。
2、缺点：
① 照射的能量分布密度小，需要占用巨大面积；
② 获得的能源受四季、昼夜及阴晴等气象条件的影响。
（Avec le développement rapide de l'économie mondiale et le progrès de l'humanité, les gens ont de plus en plus besoin d'énergie.
Étant donné que l'énergie thermique a besoin de combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole, d'une part, les réserves de combustibles fossiles sont limitées et sont menacées d'épuisement. D'autre part, la combustion de combustibles
dégagera des oxydes de CO2 et de soufre, ce qui entraînera un effet de serre et des pluies acides et aggravera l'environnement terrestre. L'eau et l'électricité inondent de grandes quantités de terres, ce qui peut causer des dommages à l'environnement
écologique, et une fois que les grands réservoirs s'effondrent, les conséquences seront inimaginables. En outre, les ressources en eau de certains pays sont limitées, et doivent être affectées par les saisons. L'énergie nucléaire est propre dans des circonstances
normales, mais en cas de fuite nucléaire, les conséquences sont tout aussi terribles.
Les nouvelles sources d'énergie doivent satisfaire simultanément à deux conditions: premièrement, elles sont abondantes et ne s'épuisent pas; Deuxièmement, la sécurité et la propreté ne menacent pas les êtres humains et ne détruisent pas l'environnement.
Les nouvelles sources d'énergie trouvées sont l'énergie solaire, l'énergie éolienne et les piles à combustible.
L'énergie solaire qui brille sur la terre est énorme. L'énergie solaire qui brille sur la terre pendant environ 40 minutes est suffisante pour la consommation d'énergie de l'humanité mondiale pendant un an. On peut dire que l'énergie solaire est
vraiment inépuisable et inépuisable. En outre, l'énergie solaire est absolument propre et exempte de pollution. Par conséquent, la production d'énergie solaire est une source d'énergie idéale largement utilisée et prometteuse.
Principes de la production d'énergie solaire
La production d'énergie solaire est réalisée en utilisant les propriétés électroniques de l'énergie solaire et des matériaux semi - conducteurs.
1. Principe de la production d'énergie solaire (production d'énergie photovoltaïque): la lumière du soleil brille sur la jonction P - N du semi - conducteur pour former une nouvelle paire d'électrons de trou. Sous l'action du champ électrique de
la jonction P - N, le trou passe de la zone n à la zone p, et l'électron passe de la zone P à la zone N, et le courant se forme lorsque le circuit est connecté. C'est ainsi que fonctionnent les cellules solaires à effet photoélectrique.
2. Il existe deux modes de production d'énergie solaire: l'un est le mode de conversion photothermique - électrique, l'autre est le mode de conversion photoélectrique directe.
Mode de conversion optique - thermique - électrique: en utilisant l'énergie thermique générée par le rayonnement solaire pour produire de l'électricité, le capteur solaire convertit généralement l'énergie thermique absorbée en vapeur du milieu
de travail, puis conduit la turbine à vapeur pour produire de l'électricité. Le processus précédent est un processus de conversion photothermique; Ce dernier processus est un processus de conversion thermique - électrique, tout comme la production d'énergie
thermique ordinaire. L'inconvénient de l'énergie solaire thermique est son faible rendement et son coût élevé, et on estime qu'elle coûte au moins 5 à 10 fois plus cher que les centrales thermiques ordinaires. Une centrale solaire de 1 000 MW nécessite
un investissement de 2 à 2,5 milliards de dollars, avec un investissement moyen de 1 kW de 2 000 à 2 500 dollars. Par conséquent, à l'heure actuelle, il ne peut être appliqué qu'à petite échelle dans des circonstances particulières, mais l'utilisation
à grande échelle n'est pas rentable et ne peut pas concurrencer les centrales thermiques ou nucléaires ordinaires.
Conversion photoélectrique directe (production d'énergie photovoltaïque): conversion directe de l'énergie de rayonnement solaire en énergie électrique par effet photoélectrique. Le dispositif de base de la conversion photoélectrique est la cellule
solaire. La cellule solaire est un dispositif qui convertit directement l'énergie solaire en énergie électrique en raison de l'effet photovoltaïque. C'est une photodiode semi - conductrice. Lorsque la lumière du soleil brille sur la photodiode, la photodiode
Convertit l'énergie solaire en énergie électrique (comme le montre la figure). Cette méthode est facile à réaliser et a un faible coût. Elle a été largement utilisée.
Matériaux photovoltaïques: silicium monocristallin, silicium polycristallin, silicium amorphe, arséniure de gallium, sélénium, indium, cuivre, etc. Le silicium cristallin de type P peut être obtenu par dopage du phosphore pour former une jonction
P - n. Le silicium cristallin est le matériau de base de la batterie. Les cellules solaires en silicium cristallin comprennent principalement: les cellules solaires en silicium monocristallin, les cellules solaires en silicium polycristallin coulé, les
cellules solaires en silicium amorphe et les cellules solaires en silicium cristallin à film mince. La batterie monocristalline au silicium présente les avantages d'une grande efficacité de conversion, d'une bonne stabilité et d'un coût élevé. Les cellules
solaires au silicium amorphe ont une grande efficacité de production et un faible coût, mais une faible efficacité de conversion et une atténuation rapide de l'efficacité. Les cellules solaires en silicium polycristallin coulé ont une efficacité de conversion
stable et le rapport performance / prix est le plus élevé. Les cellules solaires au silicium cristallin à film mince en sont au stade de la recherche et du développement. Dans la série de cellules solaires au silicium, les cellules monocristallines et
polycristallines au silicium continuent de dominer le marché photovoltaïque, avec plus de 80% de silicium monocristallin et polycristallin.
Le processus d e production des cellules solaires peut être divisé en cinq étapes: A. le processus de purification B. le processus de dessin de la tige c. le processus de tranchage D. le processus de fabrication des cellules E. le processus d'emballage.
3. Processus de production d'énergie solaire:
Le processus de production d'énergie photoélectrique est décrit à l'aide d'un exemple de cristal. Lorsque la lumière éclaire la surface de la cellule solaire, une partie des photons est absorbée par le silicium. L'énergie du photon est transférée
à l'atome de silicium, ce qui fait que l'électron se déplace de plus en plus. L'électron libre s'accumule des deux côtés de la jonction P - N pour former une différence de potentiel. Lorsque le circuit est connecté à l'extérieur, sous l'action de cette
tension, un courant électrique circulera à travers le circuit externe pour produire une certaine puissance de sortie. Lorsque de nombreuses cellules sont connectées en série ou en parallèle, un réseau de cellules solaires avec une puissance de sortie
plus élevée peut être formé.
Système de production d'énergie solaire
1. Composition du système de production d'énergie solaire: le système de production d'énergie solaire se compose principalement de panneaux solaires, de contrôleurs de charge, d'onduleurs et de batteries de stockage.
Panneau solaire: il est utilisé pour convertir directement l'énergie de rayonnement solaire en courant continu pour l'utilisation de la charge ou le stockage dans la batterie de stockage pour la sauvegarde. En général, selon les besoins des utilisateurs,
plusieurs panneaux solaires sont connectés d'une certaine manière pour former un réseau de cellules solaires, puis équipés d'un support approprié et d'une boîte de jonction.
Panneau solaire: il est utilisé pour convertir directement l'énergie de rayonnement solaire en courant continu pour l'utilisation de la charge ou le stockage dans la batterie de stockage pour la sauvegarde. En général, selon les besoins des utilisateurs,
plusieurs panneaux solaires sont connectés d'une certaine manière pour former un réseau de cellules solaires, puis équipés d'un support approprié et d'une boîte de jonction.
Onduleur: Il convertit le courant continu fourni par le réseau solaire et la batterie en courant alternatif pour alimenter la charge en courant alternatif et l'intégrer dans le réseau électrique. L'efficacité est l'un des critères importants pour
choisir l'onduleur. Plus l'efficacité est élevée, moins la perte d'énergie est générée lors de la conversion du courant continu en courant alternatif. La qualité de l'onduleur détermine l'efficacité du système de production d'énergie, qui est au cœur
du système de production d'énergie solaire.
Batterie de stockage: il est utilisé pour stocker l'énergie en courant continu du réseau de cellules solaires pour l'utilisation de la charge. Dans le système photovoltaïque, la batterie est à l'état de charge flottante et de décharge. Le réseau
solaire charge la batterie le jour et la charge la nuit. Par conséquent, l'auto - décharge de la batterie de stockage doit être petite, et l'efficacité de charge doit être élevée, en même temps que le prix et l'utilisation de facteurs tels que la commodité.
Système de production hors réseau: le Contrôleur de la production d'énergie solaire (Contrôleur photovoltaïque et Contrôleur complémentaire du paysage) ajuste et contrôle l'énergie produite, d'une part, envoie l'énergie ajustée à la charge en courant
continu ou à la charge en courant alternatif par l'intermédiaire de l'onduleur, d'autre part, envoie l'énergie excédentaire à la batterie de stockage pour stockage, lorsque l'énergie produite ne peut pas répondre aux besoins de la charge, le Contrôleur
envoie l'énergie de la batterie de stockage à la charge. (l'alimentation en courant continu, l'alimentation en courant alternatif et en courant continu et la production d'énergie éolienne complémentaire de la figure 4 sont toutes des systèmes de production
hors réseau)
Système de production d'électricité raccordé au réseau: l'énergie produite par la production d'énergie solaire n'est pas stockée dans la batterie de stockage et est directement alimentée dans le système de production d'électricité par l'onduleur
raccordé au réseau. En raison de l'entrée directe de l'énergie électrique dans le réseau électrique, la configuration de la batterie de stockage est évitée, le processus de stockage et de libération de l'énergie de la batterie de stockage est évité, l'énergie
produite par l'énergie solaire peut être pleinement utilisée, la perte d'énergie peut être réduite et le coût du système réduit. Le système de production d'électricité raccordé au réseau peut utiliser simultanément l'énergie municipale et l'énergie solaire
comme source d'énergie pour la charge en courant alternatif locale, ce qui réduit le taux de perte de charge de l'ensemble du système. Entre - temps, le système de raccordement au réseau peut jouer un rôle de pointe dans le réseau public. Le système de
production d'électricité raccordé au réseau est l'orientation du développement de l'énergie solaire et représente la technologie d'utilisation de l'énergie la plus attrayante au XXIe siècle.
Caractéristiques de la production d'énergie solaire:
1. Avantages:
L'énergie solaire est une énergie permanente sans risque d'épuisement;
L'énergie solaire est une énergie propre, absolument propre et respectueuse de l'environnement, sans nuisance publique, et les utilisateurs sont faciles à accepter émotionnellement;
La production d'énergie solaire peut être utilisée de manière flexible, sans restriction de la répartition des ressources et de la région, et peut produire de l'électricité à proximité du point d'utilisation de l'énergie;
Les cellules solaires ont une longue durée de vie et peuvent être utilisées à long terme en même temps qu'un investissement unique. Les cellules solaires peuvent être exploitées simultanément à grande et moyenne échelle, à des centrales électriques
de taille moyenne d'un million de kilowatts et à des groupes de cellules solaires d'un seul ménage;
La fiabilité de la production d'énergie solaire est élevée et la qualité de l'énergie est élevée;
Il faut peu de temps pour obtenir de l'énergie.
2. Inconvénients:
La densité de distribution d'énergie de l'irradiation est faible et nécessite une grande surface;
L'énergie obtenue est influencée par les conditions météorologiques saisonnières, diurnes, nuageuses et ensoleillées.
）
