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太阳能光伏发电的历史
2012-09-16 00:14 浏览 5462 上一篇 下一篇
          太阳能作为一种能源和动力加以利用,已经有300多年的历史。1615年法国工程师所罗门。德。考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气使膨胀做功而抽水的机器。在1615年-1900年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。

  下面主要回顾20世纪100年间太阳能科技发展的历史。在这100年间太阳能发展的道路比较曲折,有高潮期,有低潮期。处于高潮的大约55年,处于低潮的大约有45年。

  第一低潮期:1920-1945年,参加研究工作的人员和研究项目大为减少。其原因与矿物质燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战(1935-1945)有关.
       
        第二低潮期:1965-1973年,太阳能的研究工作停滞不前,主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段,尚不成熟,并且投资大,效果不理想,所以得不到公众,企业和政府的重视和支持。

  第三低潮期:1980-1992年,进入80年代后太阳能的开发利用逐渐进入低谷,世界上许多国家大幅度的削减太阳能研究经费,美国最为突出,导致这种现象的主要原因是:世界石油价格大幅度回落,而太阳能产品价格居高不下,缺乏竞争力,太阳能的技术也没有重大的进展。这样就动摇了一些人开发太阳能的信心。我国太阳能的研究工作也收到了一定程度的影响,有人主张外国研究成功后引进技术,虽然持这种观点的人极少,但对我国的太阳能事业的发展也有不良影响。 
     
       尽管太阳能利用的发展受矿物资源、政治和战争等因素的影响,但世界各国的科学家在太阳能的利用方面,还是取得了许多辉煌的成绩,在21世纪出现了几次高潮。

  第一高潮起:1900-1920年,世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置。但采用的聚光方式多样化,开始采用平板集热器和低沸点公质,装置逐渐扩大。1901年在美国加州建成一台太阳能抽水装置。1902-1908年,在美国建造了五套双循环太阳能发动机。1913年在埃及建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵。

  第二高潮起:1945年-1965年,在第二次世界大战结束后,一些有远见的认识已经注意到石油和天然气资源正在逐渐减少,呼吁人们重视这一问题,从而推动了太阳能研究工作的开展,并且成立了太阳能学术组织,举办学术交流和展览会再次兴起太阳能研究热潮。1952年法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kw的太阳炉。1954年美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池,为光伏发电大规模应用奠定了基础。1960年,带有石英窗的斯特林发动机问世。这20年中加强了太阳能基础理论和基础材料的研究。

  第三高潮期:1973-1980年,1973年10月中东战争爆发,使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家,在经济上遭到沉重打击,世界发生了“能源危机”。从而使许多国家,尤其是工业发达国家,重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持,在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年美国制定了政府的阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长,成立太阳能开发银行,促进太阳能产品的商业化。1974年日本政府制定了“阳光计划”。世界上出现的开发利用太阳能热潮,对我国也产生了巨大的影响,1975年在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”,进一步推动了我国太阳能事业的发展。这一次会议之后,太阳能研究和推广工作纳入了我国的政府计划,获得了专项经费和物资支持。

  第四高潮期:1992-2000年,由于大量燃烧矿物能源,造成全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成威胁,在这种情况下,1992年联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”,会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》,《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件。这次会议以后,世界各国加强了清洁能源技术的开发,将利用太阳能与环境保护结合在一起。1996年,联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”,发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》,会议上讨论了《世界太阳能10年行动计划》(1996-2005),《国际太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件,这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心,要求全球共同行动,广泛利用太阳能。世界环保大会以后,我国政府对环境与发展十分重视,提出10年对策和措施,明确要“因地制宜的开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”,制定了《中国21世纪议程》,进一步明确了太阳能重点发展目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》(1996-2010),明确提出了我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标任务以及相应的对策和措施。 

      通过以上回顾可知,在20世纪的100年间太阳能的发展道路并不平坦,尽管如此,21世纪是人类大规模利用太阳能的世纪。

  自从1954年第一块实用光伏电池问世以来,太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈,而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下:

  1893年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”,即“光伏效应”。 

        1876年 亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。

  1883年 制成第一个“硒光电池”,用作敏感器件。 

       1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年,朗格首次提 出用“光伏效应”制造“太阳电池”,使太阳能变成电能。

  1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液,在阳光下启动了一个电动机。

  1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。

  1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。

  1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室,首次制成了实用的单晶太阳电池,效率为6%。同年,韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了第一块薄膜太阳电池。 
       
        1955年 吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年,第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。

  1957年 硅太阳电池效率达8%。

  1958年 太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星电源。

  1959年 第一个多晶硅太阳电池问世,效率达5%。

  1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。

  1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。 

       1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。

  1972年 罗非斯基研制出紫光电池,效率达16%。

  1972年 美国宇航公司背场电池问世。 

        1973年 砷化镓太阳电池效率达15%。

  1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池,硅太阳电池效率达18%。

  1975年 非晶硅太阳电池问世。同年,带硅电池效率达6%~%。

  1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。

  1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。

  1980年 单晶硅太阳电池效率达20%,砷化镓电池达22.5%,多晶硅电池达14.5%,硫化镉电池达9.15%。

  1983年 美国建成1MWp光伏电站;冶金硅(外延)电池效率达11.8%。

  1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。

  1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”,每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。

  1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。

  1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”,在2010年以前为100万户,每户安装3~5kWp。光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电,电表反转;无太阳时电网向家庭供电,电表正转。家庭只需交“净电费”。

  1997年 日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。

  1997年 欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。

  1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”,到2020年完成。










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