分析太阳能电池的发电效率、成本及实际应用

总所周知，能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。然而，随着社会的发展，煤炭、石油等传统不可再生的资源日益减少，开发清洁的能源迫在眉睫。太阳能是取之不尽的能源，而每年到地球表面的太阳能是全世界每年能源消耗的一万倍，所以太阳能是人类不可忽视的能源形式。其中太阳能电池是人们利用太阳能的一种重要方式。太阳能电池将资源无限、清洁干净的太阳辐射转换为电能。近些年来，世界太阳能电池的产量以年增长率30%的速度快速发展。科学家预言，在21世纪中期太阳能光伏发电将成为重要的发电方式。因此对太阳能电池的研究成了一个热门专业。

太阳能电池的发电效率：

单晶硅太阳能的光电转换效率最高的达到24%，这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。但是单晶硅太阳能电池的制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。多晶硅太阳能电池从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。因此，从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

研究者发现有一些化合物半导体材料适于作太阳能光电转化薄膜。例如CdS，CdTe;Ⅲ-V化合物半导体：GaAs，AIPInP等;用这些半导体制作的薄膜太阳能电池表现出很好光电转化效率。具有梯度能带间隙(导带与价带之间的能级差)多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。使薄膜太阳能电池大量实际的应用呈现广阔的前景。在这些多元的半导体材料中Cu(In，Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显地高的薄膜太阳能电池，可以达到的光电转化率为18%。

太阳能电池的发电成本：

光伏发电成本随着产业的发展不断降低，其中光伏组件成本30年来几乎降低了2个数量级。随着技术进步，产业规模不断扩大，光伏发电的成本将继续不断降低。

据有关资料统计显示，在1991年国外光伏发电价格为40-75美分/kwh，1995年为25-50美分/kwh，2000年为12-20美分/kwh，而光伏系统成本则分别为10-20美元/Wp、7-15美元/Wp、3-7美元/Wp。

据了解，我国太阳能电池组件目前的价格大约为3.95美元/瓦，并网系统价格为6-7美元/瓦，发电成本为0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并网光伏系统的前期研究表明，目前太阳光转化成电能的转化率不到15%，光伏发电上网电价4—5元/千瓦时，是目前火电成本的10倍左右。如此高的价格，无论是由用户分摊还是由国家补贴，大规模推广使用太阳能的阻力很大。暂时还无法同火电、风电等竞争。

然而世界上近期的大规模市场发展和快速的技术进步正在使光伏系统设备和发电成本有效降低，预计到2010年光伏系统将降到3美元/瓦左右，发电成本将下降到每度0.1美元，也就是人民币1元钱左右。

预计到2020年太阳能发电成本将进一步下降，为2010年的一半，到2030年预计为2020年水平的一半。

太阳能电池的应用：

1.用户太阳能电源：(1)小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等;(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;(3)光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

2.交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

3.通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

4.石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

5.家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

6.光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

7.太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。

8.其他领域包括：

(1)与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;

(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;

(3)海水淡化设备供电;

(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。