第一节 光伏产业概述

一 光伏产业简介

太阳能光伏发电技术是指利用半导体材料的光生伏特效应将光能直接转换成电能的技术，硅是目前应用最广泛的光伏材料。而光伏发电就是利用由众多光伏材料制成的发电单体（即太阳电池）所组成的光伏发电系统直接将太阳能转换成可使用的电能的过程。

太阳电池是实现光电转换的核心器件，目前占生产、市场和应用主导地位的是晶体硅太阳电池。光伏发电最主要的应用为独立发电系统和并网发电系统。将一定数量的太阳电池串联或并联后，经过封装形成太阳电池组件，将一定数量和规格的太阳电池组件按输出设计要求安装并连接蓄电池、逆变器、控制器等平衡系统零部件并形成一个光伏发电系统，该系统可以与公用电网连接进行并网发电，称为并网发电系统，也可以单独对特定需求的用户或设施进行独立供电，称为独立发电系统。此外，光伏系统可与生物质能发电系统、风力发电系统或柴油发电系统等其他发电系统组合，以保证持续的电力供应，此类混合系统也同样具有独立发电和并网发电形式。

（一）光伏产品分类

根据光伏产业的产业链结构，以占主导地位的硅基体光伏产品为例，光伏产品主要包括光伏电池、光伏组件、光伏发电系统等。其中光伏电池是光伏发电和各种光伏产品的核心部件，也是光伏发电产品的最基本功能单元；光伏组件由光伏电池经过串并联和封装而成，包括晶体光伏电池组件和薄膜电池组件，是光伏发电系统的基本组成单元（其中薄膜电池组件是直接由原材料硅烷气体通过化学气相沉积的方法在玻璃基底上经过多层淀积、激光划刻、金属蒸发等过程直接形成光伏组件，不同于晶体硅电池，需要先由硅晶片经过电池的制作过程形成光伏电池，再将光伏电池进行串并联和封装才能形成光伏组件）。

图3-1 太阳能电池分类

根据材料不同，光伏电池包括硅太阳电池、化合物太阳电池和有机材料太阳电池。硅太阳电池包括晶体硅太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池，其中晶体硅太阳电池又可分为单晶硅（体）太阳电池和多晶硅（体）太阳电池，硅太阳电池是光伏电池中最主要的部分；化合物太阳电池主要有Ⅲ～Ⅴ族（砷化镓、磷铟镓等）和Ⅳ～Ⅵ族（铜铟硒、碲化镉等）化合物电池（见图3-1），主要为薄膜组件，虽然这些化合物电池成本较低，转换效率较高，但因为镉为剧毒物质，对环境污染严重，而铟、硒都是稀有材料，材料来源有限，因此这些化合物电池的发展均受到限制。

有机材料太阳电池是一个刚刚开始的研究方向，这种材料的光伏电池具有柔性好、成本低、来源广泛、制作容易等优点，对于大规模利用太阳能提供廉价电能具有重要意义，但这类材料的光伏电池的研究尚处于起步阶段，其产品的使用寿命和转换效率都无法与硅材料光伏电池相比，是否能发展成能够被广泛应用的光伏新能源产品，还有待进一步研究。目前晶体硅太阳电池是太阳能电池的主流产品，市场占有率约90%，2010年后市场增长速度将减缓，薄膜电池是当前的技术开发重点，市场占有率10%，2013年后将占市场主导地位，下一代新型材料太阳电池的技术正在加紧研发中。需要说明的是，上述无论是多晶硅薄膜电池、非晶硅薄膜电池还是化合物太阳电池、有机材料太阳电池本身都不能单独作为光伏产品存在和使用，而必须以各自对应的组件的形式存在或使用。

光伏组件包括晶体硅太阳电池组件、薄膜太阳能电池组件以及聚光电池组件。其中晶体硅太阳电池组件又有单晶硅太阳电池组件和多晶硅太阳电池组件之分；薄膜电池组件有多晶硅薄膜电池组件、非晶硅薄膜电池组件以及化合物薄膜电池组件；而聚光电池组件是指用聚光镜将入射阳光集中到很小面积的电池上，达到减少太阳电池用量，提高单体电池的转换效率的目的，从而能够充分地利用太阳光线降低单位发电成本，因这样的聚光系统需要很好的散热系统和跟踪系统，未能有效地降低发电成本，因此目前还未能得到大规模的运用。

光伏系统包括独立发电系统、并网发电系统和混合发电系统。独立发电系统中太阳电池方阵一般与蓄电池、控制器和逆变器连接，阳光照射时产生的电用蓄电池储存，需要使用时再经蓄电池释放，并经过逆变器转换为交流电，供一般用户或用电设施使用；并网发电系统是