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近日，據國網青海省電力公司數據，截至2020年底，青海電網總裝機規模達到4030萬千瓦，其中新能源裝機2445萬千瓦，占比超過全網總裝機規模的60%，達到60.7%，光伏超過水電成為省內第一大電源。與此同時，隨著新能源裝機規模的擴大，青海電網清潔能源裝機規模已達到3638萬千瓦，占比超九成。

青海地處青藏高原腹地，被譽為“三江之源”“中華水塔”，其境內水力、風、光等清潔能源資源蘊藏豐富，是國家清潔能源的示范省。光伏作為重要的電能來源，正是借助于地理上太陽光照十分充足的優勢進行開展。今天我們就聊聊光伏發電。

發展歷史

1839年，法國科學家貝雷爾就在實驗中發現了太陽光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差，而這種現象也被成為“光生伏打效應”簡稱為“光伏效應”。直到了1954年，美國科學家才首次制成了單晶硅太陽電池，并誕生了將太陽能轉化為電能的實用光伏發電技術。

20世紀后半葉，伴隨著現代工業的發展，全球能源危機和環境污染問題日益突出，太陽能等清潔能源的利用成為關注的焦點，光伏發電也得到快速的發展。

到了21世紀初，全球光伏新增機容量大幅增加，中國成為全球光伏發電安裝量增長最快的國家，總發電量也持續創下新高。隨著國家的政策補貼和發電技術的更新進步，光伏發電的成本也在逐步地下降。今后，光伏發電將會由獨立走向網電系統，在我國發電系統中占據更加重要位置。

光伏發電原理

中學物理中我們就接觸過“光電效應”知識，光伏發電原理就是利用半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。

光伏發電裝置的主要構造是由太陽能電池組件，控制器和逆變器三大部分組成。太陽電池單體是最小的光電轉化單位，將其進行串并聯封裝后就形成太陽能組件。

晶體半導體是構成太陽能電池的基本材料，也正是利用半導體中的PN結進行光伏效應而實現發電的。在具有晶體結構的純凈半導體中，用得最多就是硅和鍺。

在半導體硅和鍺中摻入少量磷就成為P結，磷原子外層有五個電子，共價鍵結構只需四個價電子，因此多余的一個電子很容易掙脫原子核束縛成為自由電子。在半導體硅和鍺中摻入少量硼就成為N結，硼原子只有三個價電子，再形成共價鍵時因缺少一個電子而空出一個空位。當采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用將P結和N結集中在同一基片上時，在它們的交界區就形成了PN結。

當太陽光照射PN結時，半導體內的電子就獲得能量成為自由電子，從而產生了電子-空穴對，在電池所建立的電場作用下，電子會移動到N區，而空穴會移動到P區，于是在PN結的兩邊附近就形成了正負電荷的積累，從而產生了與電池相反方向的伏打電動勢，即光生電壓。由此產生的電能都會通過蓄電池儲存起來并隨時供電。

太陽能電池發出的是直流電，所以當負載要交流電時就必須經由逆變器的處理轉化成交流電。控制器部件是用于對太陽能電池運行指示和充放電的控制。此外，電池電路中還需要串聯一個二極管，也稱防反沖二極管，利用二極管的單向導電性可以避免在陰雨天火線路短路時蓄電池通過太陽能電池放電。

利弊全觀

在全球能源危機和環境保護的大背景下，如何利用可持續和清潔的能源成為各國重要的課題，關系未來。光伏發電具有充分的清潔性和安全性，而利用太陽能作為“原料”，太陽能可再生能力超強，取之不盡。此外，普及性較強，不受資源地區等條件的限制。

但是光伏發電所需要的太陽能電池重要組件的生產是高耗能的，過程中還會產生一定的污染。而且太陽光照射能量密度低，需要較大的面積才能收集更多的太陽能。

盡管光伏發電存在著以上不足，但是相比于常規性的發電原料，無論是在能源的可持續性和清潔度上都是很大的優勢，隨著光伏發電技術和應用水平的不斷提高，它將成為解決能源與環境問題的主要途徑。