三十年前，如果你告訴普通人，放在太陽底下的黑色電池板可以為我們的家庭提供大量的電力，他們會給你一個白眼，然后嘲笑你。

　　但是現(xiàn)在情況已經(jīng)完全改變了，科學(xué)已經(jīng)表明，太陽在地球上的一小時光能給地球帶來一年的足夠能量。目前太陽能電池的利用技術(shù)已經(jīng)非常成熟。在屋頂上安裝太陽能電池板發(fā)電從長遠(yuǎn)來看是非常劃算的。

　　20世紀(jì)80年代，查爾斯·弗里茨建造了世界上第一塊太陽能電池板，轉(zhuǎn)換效率只有1%。但是今天市場上最有效的商業(yè)太陽能電池板的效率等級是22.5%，而大多數(shù)電池板的效率等級是12%到16%。然而，當(dāng)多結(jié)光伏(PV)電池從多個光譜中獲得能量時，太陽能效率可高達(dá)額定效率的46%。

　　太陽能電池板是怎樣工作的?

　　當(dāng)光子將電子從材料中分離出來時，太陽能電池板就發(fā)電。事實(shí)上，太陽能電池板由一系列稱為光伏電池的較小單元組成，這些單元實(shí)際上將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。典型的太陽能電池板還包括金屬框架，玻璃外殼和各種布線，以允許電流流出硅電池。由于太陽能電池板產(chǎn)生直流電，需要逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電源供家庭使用。

　　在物理學(xué)方面，太陽能是基于光伏效應(yīng)，其中兩種不同的材料緊密接觸在受到光或其他輻射能量撞擊時產(chǎn)生電壓。在太陽能中，這些材料屬于稱為半導(dǎo)體的類別 - 既不是導(dǎo)體也不是允許電子在某些條件下流動的電絕緣體。太陽能行業(yè)中最常用的半導(dǎo)體是硅。

　　半導(dǎo)體可以是兩種類型中的一種：P和N.每個太陽能電池將這些半導(dǎo)體中的兩個夾在中間，一層是P型，一層是N型(看起來很像電池)。

　　P型半導(dǎo)體傾向于拾取小的正電荷，而N型的半導(dǎo)體具有負(fù)電荷。通常，半導(dǎo)體材料摻雜有雜質(zhì)，使得它們更容易供給或接受電子，因?yàn)橹T如硅或鍺的晶體通常不允許電子從原子自由移動。這與電池的一個電極相對于另一個電極的負(fù)電壓非常相似。

　　電子可以自由地從一側(cè)穿過另一側(cè)，但不是相反的方向。想象一座小山 - 電子很容易從山上下來(到N側(cè))，但不能爬到它(到P側(cè))。

　　每個具有足夠能量的光子通常會釋放一個電子，從而形成一個“洞”。然后電場將使電子遷移到N側(cè)，并使空穴遷移到P側(cè)。

　　當(dāng)通過消耗從入射光接收的能量將電子提升到激發(fā)態(tài)時，會發(fā)生這種情況。如果不是形成結(jié)的材料，自由電子最終會回落到基態(tài)。并且因?yàn)殡娮觾H允許在單一方向上流動 - 從N型到P型 - 光伏效應(yīng)產(chǎn)生直流電。該電流與電池的電壓一起定義了太陽能電池可以產(chǎn)生的功率(或瓦特數(shù))。

　　太陽能發(fā)電的未來前景

　　根據(jù) 國際能源協(xié)會(IEA)的數(shù)據(jù)，2016年光伏太陽能發(fā)電的增長速度超過任何其他能源。該組織估計(jì)未來四年將增加的太陽能發(fā)電量將超過任何其他類型的可再生能源，包括風(fēng)能和水電。

　　大部分需求來自中國，盡管已經(jīng)超過了2020年的太陽能發(fā)電目標(biāo)，但預(yù)計(jì)到現(xiàn)在和2022年之間，中國將增加全球新太陽能電池板的40%。隨著印度，日本等其他國家的發(fā)展，國際能源機(jī)構(gòu)估計(jì)，到2022年，全球光伏累計(jì)產(chǎn)能將增加兩倍，達(dá)到880吉瓦。這相當(dāng)于全球煤電能力的一半，這需要80年的時間才能建成。這也意味著在未來五年內(nèi)，每小時將安裝大約70,000個新太陽能電池板 - 足以每天覆蓋1,000個足球場。

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