太陽能（Solar energy   energy），指太陽的熱輻射能量（看熱能傳遞的三種方式：輻射），主要表現(xiàn)為人們常說的太陽 s射線。在現(xiàn)代，一般用來發(fā)電或為熱水器提供能量。

地球自生命誕生以來，主要依賴太陽提供的熱輻射能量自古以來，人類也知道用陽光曬干東西作為制作食物的方法，如制鹽曬咸魚等。隨著化石燃料的減少，太陽能已經(jīng)成為人類能源利用的重要組成部分，并不斷得到開發(fā)。太陽能的利用方式有兩種光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換太陽能發(fā)電是一種新的可再生能源。廣義的太陽能還包括地球上的風(fēng)能、化學(xué)能、水能等。

太陽能是由太陽中氫原子的氫氦聚變產(chǎn)生的，氫氦聚變釋放出巨大的核能，以及來自太陽的輻射能。人類所需的大部分能量都直接或間接來自太陽。45]植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在植物中。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是埋藏在地下的古代動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)演化形成的一次能源。地球本身所包含的能量通常是指與地球內(nèi)部熱能有關(guān)的能量和與核反應(yīng)有關(guān)的能量。

與核反應(yīng)有關(guān)的能量是核能。當(dāng)原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，可以釋放出大量的能量，這種能量稱為核能，簡稱核能，俗稱原子能。它來自儲存在地下的鈾s外殼、钚和其他裂變反應(yīng)發(fā)生時的核裂變能源，以及儲存在海洋中的氘、氚、發(fā)生聚變反應(yīng)的核聚變能源如鋰。當(dāng)核反應(yīng)發(fā)生時，這些物質(zhì)會釋放能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，它還可以用作其他類型的電源、熱源等。

太陽能是太陽內(nèi)部持續(xù)的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為1369瓦/㎡。地球的赤道周長為40076公里，因此可以計算出地球獲得的能量可以達到173,000TW。海平面的標(biāo)準(zhǔn)峰值強度是1kw/M2，地球上某一點的年平均輻射強度 24小時的表面為0.20kw/㎡，相當(dāng)于102,000TW 的能量。

雖然太陽輻射給地球的能量 s大氣層只有其總輻射能量的22億倍，它已經(jīng)達到了173,000TW，也就是說太陽每秒向地球輻射的能量相當(dāng)于500萬噸煤，每秒向地球輻射的能量是1.465×10 ^ 14焦耳。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能都來自太陽；甚至地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說，也是自古以來就儲存的太陽能，所以廣義的太陽能范圍很大，而狹義的太陽能僅限于太陽輻射的光熱能量、光電和光化學(xué)之間的直接轉(zhuǎn)換。

光伏

光伏板組件是一種在陽光照射下產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置

太陽能

幾乎所有的半導(dǎo)體材料（例如硅）由固體光伏電池制成。簡單的光伏電池可以為手表和電腦提供能源，而更復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可以為房屋紅綠燈和監(jiān)控系統(tǒng)提供照明，并集成到電網(wǎng)中供電。光伏板模塊可以做成不同的形狀，模塊連接起來可以產(chǎn)生更多的電能。光伏板可以用在屋頂和建筑表面，甚至可以用作窗戶、天窗或遮光裝置的一部分這些光伏設(shè)施通常被稱為附在建筑物上的光伏系統(tǒng)。

調(diào)查顯示，由于產(chǎn)能過剩，全球五大制造商利潤縮水，2012年光伏組件安裝量將減少，這是10多年來的首次下降。根據(jù)彭博六位分析家的平均預(yù)測，全世界的家庭和企業(yè)將安裝24個.8GW光伏模塊。這相當(dāng)于約20個核反應(yīng)堆的發(fā)電量，但與新的27個相同.7GW的光伏裝機容量下降了10%據(jù)彭博新能源財經(jīng)估計，自1999年以來，年均安裝量增長了615%

光熱

現(xiàn)代太陽能熱技術(shù)聚集陽光，并利用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)收集太陽能，建筑物還可以通過在設(shè)計中添加適當(dāng)?shù)脑O(shè)備來利用太陽的光和熱，例如巨型朝南窗戶或使用可以吸收并緩慢釋放太陽熱量的建筑材料。

優(yōu)點

1）普遍：陽光普照大地，不受地域限制，無論陸地還是海洋，無論高山還是島嶼，都可以直接開發(fā)利用，采集方便，不需要開采運輸。

2）無害：太陽能的開發(fā)和利用不會污染環(huán)境，是最清潔的能源之一，在當(dāng)今社會極具價值環(huán)境污染日益嚴(yán)重。

3）巨大：到達地球的太陽輻射能量相當(dāng)于大約13萬億噸煤，這是當(dāng)今世界上可以開發(fā)的最大的能源。

4）長久：根據(jù)太陽產(chǎn)生核能的速率估算，氫的儲存量足夠維持幾十億年，地球的壽命大約是幾十億年從這個意義上說，可以說太陽的能量是取之不盡的。

缺點

1）分散性：雖然到達地球的太陽輻射總量s面很大，能量流密度很低。平均而言，在北回歸線附近，夏季天氣晴朗時，太陽輻射的輻照度在中午最高，在垂直于陽光照射方向的1平方米面積內(nèi)，平均接收到的太陽能約為1,000W W；如果全年晝夜平均，也只有200W W左右。冬天只有一半左右，陰天一般只有1/5左右，這樣的能量流密度很低。因此，在利用太陽能時，為了得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要一套面積相當(dāng)大的收集轉(zhuǎn)換設(shè)備，成本較高。

2）不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔等自然條件和陽光充足、陰、云、降雨等隨機因素，所以到達某一地面的太陽輻照度既有間歇性，又極不穩(wěn)定，增加了太陽能大規(guī)模應(yīng)用的難度。為了讓太陽能持續(xù)、穩(wěn)定能源，最終將成為可與常規(guī)能源競爭的替代能源，必須解決儲能問題，即將晴天的太陽輻射能量盡可能地儲存起來，以備夜間或雨天使用，但儲能也是太陽能利用中比較薄弱的環(huán)節(jié)之一。

3）效率低和成本高：太陽能利用的發(fā)展水平在理論上是可行的，在某些方面技術(shù)上是成熟的。但有些太陽能利用裝置效率低，成本高，現(xiàn)在實驗室的利用效率不超過30%一般來說，經(jīng)濟可以 不要和傳統(tǒng)能源競爭。在未來，太陽能利用的進一步發(fā)展將主要受到經(jīng)濟的制約。

4）太陽能板污染：目前太陽能電池板都有一定的壽命，一般可達3-太陽能電池板需要每五年更換一次，更換下來的太陽能電池板很難被自然分解，從而造成相當(dāng)大的污染。

太陽能的利用目前還不是很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽能電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。

人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外），雖然太陽能資源總量相當(dāng)于人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它

太陽能

在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進入一個節(jié)約能源減少污染的時代。

建設(shè)太空太陽能發(fā)電站的設(shè)想早在1968年就有人提出，但直到最近人類才開始真正將之付諸行動。日本可謂此項目的先驅(qū)者之一，該項目預(yù)計耗資210億美金，發(fā)電量能達到十億瓦特，能供29.4萬個家庭使用。在太空建太陽能發(fā)電站，無論氣候如何，均可利用太陽能發(fā)電，這與在地球上建立太陽能發(fā)電站的情況不同。

光熱利用

它的基本原理是將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器、陶瓷太陽能集熱器和聚焦集熱器（槽式、碟式和塔式）等4種。通常根據(jù)所能達到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（<200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（>800℃）。目 前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽能采暖（太陽房）、太陽能溫室、太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)等，中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發(fā)電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。

發(fā)電利用

清立新能源未來太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式有多種。已實用的主要有以下兩種。

1、光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。

2、光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏特效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。

太陽能電池

【材料要求】耐紫外光線的輻射，透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可以承受直徑25毫米的冰球以23米/秒的速度撞擊。

【裝用的EVA膠膜固化后的性能要求】透光率大于90%；交聯(lián)度大于65-85%；剝離強度（N/cm），玻璃/膠膜大于30；TPT/膠膜大于15；耐溫性：高溫85℃、低溫－40℃；太陽電池的背面，耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等。

【用途】太陽能發(fā)電廣泛用于太陽能路燈、太陽能殺蟲燈、太陽能便攜式系統(tǒng)，太陽能移動電源，太陽能應(yīng)用產(chǎn)品，通訊電源，太陽能燈具，太陽能建筑等領(lǐng)域。

太陽能在2050年前可能將成為電力的主要來源，受助于發(fā)電設(shè)備成本大跌。IEA報告表示，2050年前太陽能光伏(PV)系統(tǒng)將最多為全球貢獻16%的電力，來自太陽能發(fā)電廠的太陽能熱力發(fā)電(STE)將提供11%的電力。

光化利用

這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。它包括光合作用、光電化學(xué)作用、光敏化學(xué)作用及光分解反應(yīng)。

光化轉(zhuǎn)換就是因吸收光輻射導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的過程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質(zhì)化學(xué)變化貯存太陽能的光化反應(yīng)。

植物靠葉綠素把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，實現(xiàn)自身的生長與繁衍，若能揭示光化轉(zhuǎn)換的奧秘，便可實現(xiàn)人造葉綠素發(fā)電。太陽能光化轉(zhuǎn)換正在積極探索、研究中。

通過植物的光合作用來實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。巨型海藻。

燃油利用

歐盟從2011年6月開始，利用太陽光線提供的高溫能量，以水和二氧化碳作為原材料，致力于“太陽能”燃油的研制生產(chǎn)。截止目前，研發(fā)團隊已在世界上首次成功實現(xiàn)實驗室規(guī)模的可再生燃油全過程生產(chǎn)，其產(chǎn)品完全符合歐盟的飛機和汽車燃油標(biāo)準(zhǔn)，無需對飛機和汽車發(fā)動機進行任何調(diào)整改動。

研制設(shè)計的“太陽能”燃油原型機，主要由兩大技術(shù)部分組成：第一部分利用集中式太陽光線聚集產(chǎn)生的高溫能量，輔之ETH Zürich 自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬氧化物材料添加劑，在自行設(shè)計開發(fā)的太陽能高溫反應(yīng)器內(nèi)將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成合成氣（Syngas），合成氣的主要成分為氫氣和一氧化碳；第二部分根據(jù)費-托原理（Fischer-Tropsch Principe），將余熱的高溫合成氣轉(zhuǎn)化成可商業(yè)化應(yīng)用于市場的“太陽能”燃油成品。

就人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電、太陽能無線監(jiān)控等方式。

無線監(jiān)控

隨著現(xiàn)代化企業(yè)制度在我國的普及和深化發(fā)展，企業(yè)的信息化建設(shè)不斷深入，利用數(shù)字視頻技術(shù)對企業(yè)進行

太陽能

安全防范工作已是大勢所趨，結(jié)合太陽能技術(shù)的發(fā)展，推出真正的Winncam零布線無線監(jiān)控解決方案。（太陽能無線監(jiān)控安裝效果圖）

在現(xiàn)代化工業(yè)園中，實施視頻監(jiān)控系統(tǒng)，安全保衛(wèi)部門可以實現(xiàn)在工業(yè)園區(qū)門口、主要道路、辦公樓、周界圍墻等地點進行實時全天候視頻監(jiān)控；相關(guān)部門可以了解現(xiàn)場情況，加強園區(qū)安全保衛(wèi)管理，提高工作效率；相關(guān)管理部門可以實時了解各個監(jiān)控點的情況；企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)在辦公室利用桌面微機，可以隨時了解各主各個監(jiān)控點實時狀況，處理突發(fā)事件，亦可以記錄多天前的情況，進行追蹤分析，除本地建立網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)外，還可對分支機構(gòu)進行集中遠程視頻監(jiān)控。隨時考察員工的實際生產(chǎn)勞動紀(jì)律眾誠天合公司案根據(jù)園區(qū)的實際需求，有些點取電困難，我們采用太陽能供電，參照有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我公司對工業(yè)園區(qū)監(jiān)控所積累的經(jīng)驗，編制出這套零布線太陽能無線監(jiān)控技術(shù)方案。

整體解決思路

通過對現(xiàn)場的分析我們得出結(jié)論，整套系統(tǒng)我們采用Winncam無線網(wǎng)橋2.4 和5.8 的無線網(wǎng)橋混合組網(wǎng)，通過點對點和點對多點的組網(wǎng)方式，組建三級無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，使得音視頻能流暢的在網(wǎng)絡(luò)中穿行；設(shè)備的前端我們建議采用紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機，后端接受可以用電腦，也可用DVR；但是DVR 需要用解碼功能。最后我們在后端可以隨時查看和管理整套系統(tǒng)。

無線連接

太陽能無線連接拓撲圖：

集熱器

太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及發(fā)電裝置以備電廠不能供電之需。太陽能集熱器（solar collector）在太陽能集熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器：一個好的太陽能集熱器應(yīng)該能用20～30年。自從大約1980年以來所制作的集熱器更應(yīng)維持40～50年且很少進行維修。

熱水系統(tǒng)

早期最廣泛的太陽能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。[30]太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無日照時使用，另外尚可能有強制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(tǒng)可分兩種：

1．自然循環(huán)式：

此種型式的儲存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產(chǎn)生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現(xiàn)像，促使水在儲水箱及收集器中自然流動。由于密度差的關(guān)系，水流量于收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環(huán)水，維護甚為簡單，故已被廣泛采用。

2．強制循環(huán)式：

熱水系統(tǒng)用水使水在收集器與儲水箱之間循環(huán)。當(dāng)收集器頂端水溫高于儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設(shè)有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統(tǒng)的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預(yù)測性能，亦可推算于若干時間內(nèi)的加熱水量。如在同樣設(shè)計條件下，其較自然循環(huán)方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統(tǒng)或需要較高水溫的情形，才選擇強制循環(huán)式，一般大多用自然循環(huán)式熱水器。

發(fā)電系統(tǒng)

太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：

1、離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。

2、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是目 前并網(wǎng)發(fā)電的主流。

太陽能板

太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，太陽能電池板的作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，輸出直流電存入蓄電池中。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素。組件設(shè)計：按國際電工委員會IEC：1215：1993標(biāo)準(zhǔn)要求進行設(shè)計，采用36片或72片多晶硅太陽能電池進行串聯(lián)以形成12V和24V各種類型的組件。該組件可用于各種戶用光伏系統(tǒng)、獨立光伏電站和并網(wǎng)光伏電站等。

太陽能組件原材料特點

電池片：采用高效率（16.5%以上）的單晶硅太陽能片封裝，保證太陽能電池板發(fā)電功率充足。

玻璃：采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，厚度3.2mm，在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達91%以上，對于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。

EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優(yōu)質(zhì)EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。

TPT：太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。

邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械沖擊能力強。也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。

太陽能控制器

太陽能控制器是由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。

主要特點：

1、使用了單片機和專用軟件，實現(xiàn)了智能控制；

2、利用蓄電池放電率特性修正的準(zhǔn)確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準(zhǔn)確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓。

3、具有過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制；以上保護均不損壞任何部件，不燒保險；

4、采用了串聯(lián)式PWM充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間；過放恢復(fù)的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統(tǒng)由更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補償；

5、直觀的LED發(fā)光管指示當(dāng)前蓄電池狀態(tài)，讓用戶了解使用狀況；

6、所有控制全部采用工業(yè)級芯片（僅對帶I工業(yè)級控制器），能在寒冷、高溫、潮濕環(huán)境運行自如。同時使用了晶振定時控制，定時控制精確。

7、取消了電位器調(diào)整控制設(shè)定點，而利用了E方存儲器記錄各工作控制點，使設(shè)置數(shù)字化，消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現(xiàn)誤差降低準(zhǔn)確性、可靠性的因素；

8、使用了數(shù)字LED顯示及設(shè)置，一鍵式操作即可完成所有設(shè)置，使用極其方便直觀的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項；

能源電源

第一個空間太陽電池載于1958年發(fā)射的Vangtuard I，體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率約10%（28℃）。到了1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)，采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反射膜等技術(shù)，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽電池大約每5.5年全球產(chǎn)量翻番；而空間太陽電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于80年代太陽電池的理論得到迅速發(fā)展，極大地促進了地面和空間太陽電池性能的改善。到了90年代，薄膜電池和Ⅲ-Ⅴ電池的研究發(fā)展很快，而且聚光陣結(jié)構(gòu)也變得更經(jīng)濟，空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續(xù)研究更高性能的太陽電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電池。

電池效率

由于太陽電池在不同光強或光譜條件下效率一般不同，對于空間太陽電池一般采用AM0光譜（1.367KW/㎡），對于地面應(yīng)用一般采用AM1.5光譜（即地面中午晴空太陽光，1.000 KWm-2）作為測試電池效率的標(biāo)準(zhǔn)光源。太陽電池在AM0光譜效率一般低于AM1.5光譜效率2～4個百分點，例如一個AM0效率為16%的Si太陽電池AM1.5效率約為19%）。

◎ 25℃，AM0條件下太陽電池效率

電池類型 面積（cm2）效率（%）電池結(jié)構(gòu)

一般Si太陽電池 64cm2 14.6 單結(jié)太陽電池

先進Si太陽電池 4cm2 20.8 單結(jié)太陽電池

太陽能

GaAs太陽電池 4cm2 21.8 單結(jié)太陽電池

InP太陽電池 4cm2 19.9 單結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs 4cm2 26.9 單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 單片疊層三結(jié)太陽電池

◎ 聚光電池

GaAs太陽電池 0.07 24.6 100X

GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，機械堆疊太陽電池

空間太陽電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽平均輻照強度基本不變，通常稱為AM0輻照，其光譜分布接近5800K黑體輻射光譜，強度1353mW/cm2。因此空間太陽電池多采用AM0光譜設(shè)計和測試。

空間太陽電池通常具有較高的效率，以便在空間發(fā)射的重量、體積受限制的條件下，能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發(fā)射任務(wù)中，如微小衛(wèi)星（重量在50～100公斤）上應(yīng)用，要求單位面積或單位重量的比功率更高。

抗輻照性能

空間太陽電池在地球大氣層外工作，必然會受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減，主要原因是由于電子或質(zhì)子輻射使少數(shù)載流子的擴散長度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太陽電池的材料和結(jié)構(gòu)。還有反向偏壓、低溫和熱效應(yīng)等因素也是電池性能衰減的重要原因，尤其對疊層太陽電池，由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。

空間太陽電池的可靠性

光伏電源的可靠性對整個發(fā)射任務(wù)的成功起關(guān)鍵作用，與地面應(yīng)用相比，太陽電池/陣的費用高低并不重要，因為空間電源系統(tǒng)的平衡費用更高，可靠性是最重要的?？臻g太陽電池陣必須經(jīng)過一系列機械、熱學(xué)、電學(xué)等苛刻的可靠性檢驗。

Si太陽電池

硅太陽電池是最常用的衛(wèi)星電源，從1970年代起，由于空間技術(shù)的發(fā)展，各種飛行器對功率的需求越來越大，在加速發(fā)展其他類型電池的同時，世界上空間技術(shù)比較發(fā)達的美、日和歐空局等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。以日本SHARP公司、美國的SUNPOWER公司以及歐空局為代表，在空間太陽電池的研究發(fā)展方面領(lǐng)先。其中，以發(fā)展背表面場（BSF）、背表面反射器（BSR）、雙層減反射膜技術(shù)為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右，目 前 在軌的許多衛(wèi)星應(yīng)用的是這種類型的電池。

到了70年代中期，COMSAT研究所提出了無反射絨面電池（使電池效率進一步提高）。但這種電池的應(yīng)用受到限制：一是制備過程復(fù)雜，避免損壞PN結(jié)；二是這樣的表面會吸收所有波長的光，包括那些光子能量不足以產(chǎn)生電子-空穴對的紅外輻射，使太陽電池的溫度升高，從而抵消了采用絨面而提高的效率效應(yīng)；三是電極的制作必須沿著絨面延伸，增加了接觸的難度，使成本升高。

80年代中期，為解決這些問題，高效電池的制作引入了電子器件制作的一些工藝手段，采用了倒金子塔絨面、激光刻槽埋柵、選擇性發(fā)射結(jié)等制作工藝，這些工藝的采用不但使電池的效率進一步提高，而且還使得電池的應(yīng)用成為可能。特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效應(yīng)以后，這類電池的應(yīng)用成了空間電源的主角。

雖然很多工藝技術(shù)是由一些研究所提出，但卻是在一些比較大的公司得到了發(fā)揚光大，比如倒金子塔絨面、選擇性發(fā)射結(jié)等工藝是在澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏研究中心出現(xiàn)，但日本的SHARP公司和美國的SUNPOWER公司目 前的技術(shù)水平卻為世界一流，有的技術(shù)甚至已經(jīng)移植到了地面用太陽電池的大批量生產(chǎn)。

為了進一步降低電池背面復(fù)合影響，背面結(jié)構(gòu)則采用背面鈍化后開孔形成點接觸，即局部背場。這些高效電池典型結(jié)構(gòu)為PERC、PERL、PERT、PERF，其中前種結(jié)構(gòu)的電池已經(jīng)在空間獲得實用。典型的高效硅太陽電池厚度為100μm，也被稱為NRS/BSF（典型效率為17%）和NRS/LBSF（典型效率為18%），其特征是正面具有倒金子塔絨面的選擇性發(fā)射結(jié)構(gòu)，前后表面均采用鈍化結(jié)構(gòu)來降低表面復(fù)合，背面場采用全部或局部背場。實際應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，雖然采用局部背場工藝的電池要普遍比NRS/BSF的電池效率高一個百分點，但通常局部背場的抗輻照能力比較差。

到了上世紀(jì)90年代中期，空間電源工程人員發(fā)現(xiàn)，雖然這種類型電池的初期效率比較高，但電池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了電池的進一步應(yīng)用，空間電源的成本仍然不能很好地降低。

為了改變這種情況，以SHARP為首的研究機構(gòu)提出了雙邊結(jié)電池結(jié)構(gòu)，這種電池的出現(xiàn)有效地提高了電池的末期效率，并在HES、HES-1衛(wèi)星上獲得了實際應(yīng)用。

另外研究人員還發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星對電池陣位置的要求比較苛刻，

太陽能

如果太陽電池陣不對日定向或?qū)θ斩ㄏ虿畹榷紩绊懙叫l(wèi)星電源的功率，這在一定程度上也限制了衛(wèi)星整體系統(tǒng)的配置。比如空間站這樣復(fù)雜的飛行器，有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽角，因而就需要高效電池來滿足要求。雖然目 前已經(jīng)部分應(yīng)用了常規(guī)的高效電池，但電池的高的α吸收系數(shù)、有限的空間和重量的需要使其仍然不能滿足空間系統(tǒng)大規(guī)模功率的需要。傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)仍然受到很大程度的限制。在這種情況下，俄羅斯在研究高效硅電池初期就側(cè)重于提高電池的末期效率為主，在結(jié)合電池陣研究方面提出了雙面電池的構(gòu)想并獲得了成功，真正做到了高效長壽命和低成本。

太陽能路燈

太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟不發(fā)達、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。

據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近年的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進，太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年～1900年之間，世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，發(fā)動機功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價格昂貴，實用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽能科技發(fā)展歷史大體可分為七個階段。

第一階段

第一階段（1900~1920年），清立新能源在這一階段，世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置，但采用的聚光方式多樣化，且開始采用平板集熱器和低沸點工質(zhì)，裝置逐漸擴大，最大輸出功率達73.64kW，實用目的比較明確，造價仍然很高。建造的典型裝置有：1901年，在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機，采用平板集熱器和低沸點工質(zhì)；1913年，在埃及開羅以南建成一臺由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總采光面積達1250m2。

第二階段

第二階段（1920~1945年），在這20多年中，太陽能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)（1935~1945年）有關(guān)，而太陽能又不能解決當(dāng)時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段

第三階段（1945~1965年），在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠見的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段，太陽能研究工作取得一些重大進展，比較突出的有：1945年，美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；1955年，以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學(xué)會議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有：1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年，在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機問世。在這一階段里，加強了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。太陽能吸收式空調(diào)的研究取得進展，建成一批實驗性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進行了初步研究。

第四階段

第四階段（1965~1973年），這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。

第五階段

第五階段（1973~1980年），自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟和決定一個國家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油輸出國組織采取石油減產(chǎn)、提價等辦法，支持中東人民的斗爭，維護該國的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進口廉價石油的國家，在經(jīng)濟上遭到沉重打擊。于是，西方一些人驚呼：世界發(fā)生了“能源危機”（有的稱“石油危機”）。這次“危機”在客觀上使人們認識到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達國家，重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計劃，太陽能研究經(jīng)費大幅度增長，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計劃”，其中太陽能的研究開發(fā)項目有：太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電池生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。為實施這一計劃，日本政府投入了大量人力、物力和財力。

70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對中國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠見的科技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽能熱水器，空間用的太陽電池開始在地面應(yīng)用……。1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”，進一步推動了中國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會議之后，太陽能研究和推廣工作納入了中國政府計劃，獲得了專項經(jīng)費和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設(shè)立太陽能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時，中國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。這一時期，太陽能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時期，具有以下特點：

各國加強了太陽能研究工作的計劃性，不少國家制定了近 期和遠 期陽光計劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(fā)利用工作。

研究領(lǐng)域不斷擴大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。

各國制定的太陽能發(fā)展計劃，普遍存在要求過高、過急問題，對實施過程中的困難估計不足，希望在較短的時間內(nèi)取代礦物能源，實現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能。例如，美國曾計劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實上，這一計劃后來進行了調(diào)整，至今空間太陽能電站還未升空。

太陽熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟效益尚不理想。這主要受制于技術(shù)運用及科研水平。

第六階段

第六階段（1980~1992年），70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進入80年代后不久開始落潮，逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費，其中美國最為突出。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實現(xiàn)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上太陽能低落的影響，中國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后中國引進技術(shù)。雖然，持這種觀點的人是少數(shù)，但十分有害，對中國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。這一階段，雖然太陽能開發(fā)研究經(jīng)費大幅度削減，但研究工作并未中斷，有的項目還進展較大，而且促使 人們認真地去審視以往的計劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點，爭取以較少的投入取得較大的成果。

第七階段

第七階段（1992年~至今），由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》， 《21世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了 可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會議之后，世界各國加強了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護結(jié)合在 一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。世界環(huán)發(fā)大會之后，中國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕?、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進一步明確 了太陽能重點發(fā)展項目。

1995年國家計委、國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》 在（1996 ~ 2010年）制出，明確提出中國在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。這些文件的制定和實施，對進一步推動中國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言 》，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》（1996 ~ 2005年），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。

1992年以后，世界太陽能利用又進入一個發(fā)展期，其特點是：太陽能利用與世界可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護緊密結(jié)合，全球共同行動，為實現(xiàn)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽能發(fā)展目標(biāo)明確，重點突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端，保證太陽能事業(yè)的長期發(fā)展；在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進程，擴大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟效益逐漸提高；國際太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認識差別大，反復(fù)多，發(fā)展時間長。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時間內(nèi)很難實現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀(jì)都快。愛迪太陽能如今是人們生活中不可缺少的一部分。

第八階段

全世界光伏板并網(wǎng)，貯能難的問題就有改善。

第一，世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續(xù)發(fā)展的社會應(yīng)該是一個既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應(yīng)該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規(guī)能源的貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。

第二，中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭約占商品能源消費結(jié)構(gòu)的76%，已成為中國大氣污染的主要來源。大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。?