聚焦太陽能利用——光伏發電與光熱產業

太陽能是一種清潔的可再生能源，是未來理想的能源之一。目前，利用太陽方式可以大致分為兩類：一類是利用光伏發電系統，直接把太陽能轉化為電能；另一類則是太陽能光熱轉化系統，把光能轉化為熱能，而后直接利用熱能或是利用熱能進行發電。

光伏發電的歷史最早可以追溯到1839年，法國學者Becqurel發現光線照射能夠使半導體材料的不同位置產生電勢差，這種現象在后世被稱為“光生伏特效應”即光伏效應。1954年，美國學者Charbin在實驗室中首次合成了單晶硅太陽能電池，由此打開了太陽能光電轉化的使用技術大門。光電轉化的原理可以被簡單概括為利用光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發，以致產生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。

上世紀，70至90年代之間，受中東局勢動蕩的影響，化石燃料產量下降且成本攀升。因此，世界上眾多國家均制定了獎勵扶持計劃，大力發展光伏技術。以90年代為例，德國于1990年提出“2000個光伏屋頂計劃”；美國于1997年提出“克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃”；日本于1997年制定“新陽光計劃”提出到2010年生產43億Wp光伏電池；荷蘭1998年提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”。目前，太陽能電池板早已進入了人們的日常生活，小編的家鄉——祖國東北邊陲的一個小鎮，也于兩年前裝上了太陽能路燈。

然而，在經歷了幾十年的迅猛發展之后，太陽能光伏產業似乎遇到了其發展的技術瓶頸。目前來看，單晶硅造價一直居高不下，多晶硅的服役時間較單晶硅大幅縮短，折算后的性價比似乎還不如單晶硅，其他如鈣鈦礦太陽能電池板還未大規模進入市場。此外，光伏發電直接產生電能，而電能的儲存只能通過電容器或是電池，這無疑增加了光伏發電的成本。還有，光伏發電產生的是直流電，不能直接與國家電網產生的交流電進行并網。

這些問題使得近些年一些國家的政策開始向太陽能光熱利用方向傾斜。以我國為例，在十三五能源規劃以及今年的兩會期間，太陽能光熱發電均被重點提及。

太陽能光熱轉化主要包括兩類應用，一種是直接利用太陽能所產生的熱量，這種技術目前已經實現了大規模的商業化應用，太陽雨、四季沐歌等熱水器均采用了該技術。另一種方式則是太陽能熱發電，與太陽能光伏發電相比，太陽能光熱發電的曝光率相對較低。太陽能光熱發電的原理可以被簡單概括為利用太陽光照射太陽能選擇吸收薄膜，使光能轉化為熱能，而后利用集熱器把薄膜所產生的熱量傳遞給水蒸氣，通過水蒸氣帶動汽輪機旋轉，汽輪機旋轉切割磁感線實現發電。

光熱發電的能量轉化步驟繁多，因此，雖然太陽能選擇吸收薄膜的光熱轉化效率較高，但是對于整體的光熱發電系統來說，太陽能的轉化效率并不高。此外，光熱發電還需要配套大型的集熱裝置，汽輪機等。然而，相比于光伏產業，光熱發電也同時存在兩大很明顯的優勢：其一是，太陽能光熱轉化薄膜造價比單晶硅低廉得多；其二是，光熱發電系統可直接與現有火力發電設施相配合（兩者都是利用水蒸氣帶動汽輪機），產生的電能為交流電，可直接并入國家電網。

目前來看，在光伏發電遭遇技術瓶頸之時，光熱發電因其能與現有工業較好匹配，而受到越來越多的重視。然而，光伏產業一旦解決其儲能以及成本問題，它將會獲得迅猛發展。不論采用哪種方式，我們有理由相信，隨著科學技術的迅猛的發展，人類對于來自于1.5億公里以外太陽能的利用將會越來越充分。

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