太阳能光电利用solar photo-voltaic utilization

通过光电元件将太阳光直接转换成电能的应用。太阳能光电利用基本有两种形式：光生伏打电池，即太阳电池；光电化学电池，又称半导体-液体结电池。
太阳电池是将光能直接转换成电能的半导体器件。当光照在太阳电池前表面时，注入电池的光子在电池内部激发出许多自由电子和空穴，这些电子和空穴由于P—N结的内势垒作用而被分离，就在电池内部产生了光电压，当接通外电路时，就会有电流流过。太阳电池单体是光电转换的最小单元(图1)，尺寸一般为4平方厘米到100平方厘米。标准状态下单体电池的工作电压约为0.45～0.5伏，短路交流密度约为20～25毫安/厘米²，一般不能单独作为电源使用。将单体电池进行串、并联，并封装后就成为太阳电池组件，功率一般为几瓦到几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。将太阳电池组件串、并联，并装在支架上就构成了太阳电池方阵，它具有满足用户要求的输出功率(图2)。

图1 太阳电池单体结构

图2 太阳电池单体、组件和方阵

太阳电池发电系统一般由太阳电池方阵、防反充二极管、储能蓄电池、充电控制器、逆变器及测量设备组成(图3)。

图3 太阳电池发电系统组成

太阳电池最早用于空间，至今宇宙飞船和人造卫星的电力仍然依靠太阳电池供给。1970年以后，太阳电池在地面得到广泛的应用，目前已遍及到照明、铁路交通、水利气象、通讯事业、广播电视、农业牧业、国防等领域。应用规模大到10兆瓦的光伏电站，小到手表、计算器的电源。中国于1971年将太阳电池应用于“实践一号”人造卫星上，截至1989年底全国太阳能电池的累计用量已达1.25兆瓦。
太阳电池发电与火力、水力、柴油发电比较有许多优点，如安全可靠、无噪声、无污染，能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、无机械转动部分、故障率低、维护简便、可以无人值守、建站周期短、规模大小随意、无需架设输电线路等，因此，作为几个千瓦以下的分散式供电系统极具吸引力。太阳电池发电系统大规模应用的唯一障碍是成本较高，如能降低成本，太阳电池发电将成为人类电力的主要来源之一。
光电化学电池是将n-型或p-型半导体插入电解质溶液中形成的。由于半导体电极在电解质溶液中的化学反应不稳定，尚未进入实用阶段。