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《第五代光伏的前世今生
日期:2022-04-24

  从1839年法国科学家发现光伏现象开始,到今天人们认识的第五代光伏已有一个多世纪时间。数百位科学家为之付出了无数的心血和精力,从实验室模型到航天飞船,从手表电池到光伏电站,这一小小光电转化的发明成就了辉煌的成果。为此,我们非常有必要对从第一代到第五代光伏的历史沿革与整体格局进行了解,以便找到应用发展的契机,更好的为时代与社会发展服务。

  1839年法国科学家E.Becquerel发现液体光生伏特效应(简称光伏现象)。

  1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。

  1904年德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。

  1921年 爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。为光伏能源奠定了完整的理论基础。

  从爱因斯坦的理论成型到获得第一个光伏发明专利,光伏一直是高端航空和军工产品的代名词。直到到70年末,受当时冷战时期全球石油危机的影响,太阳能开始受到重视,成本逐渐下降,光伏才由军工高端产品变为民用。

  1958年美国信号部队的研制的Hoffman单晶硅电池效率达到9%,给卫星“先锋1号”供电。1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。

  1980年ARCO太阳能公司成为世界第一个年产量达到1MW光伏的厂家;日本三洋公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器。

  1985年澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的光伏电池效率达到20%。这一效率上的突破使得以硅为主要光伏材料的在以后的商业应用中得到了实现,并沿用至今。

  1999年美国NREL的treras研发的铜铟锡(CIS)光伏电池效率达到18.8%;非晶硅光伏电池占市场份额12.3%。

  2001年到2010年,国际社会对气侯变化的重视,发展光伏的国家也越来越多,欧洲国家加上美国和日本,主要集中在欧洲,兴起了一段光伏发展的热潮。中国在2002年启动“送电到乡工程”,在西部七省区的近1000个无电乡所在地安装光伏电站。大概到2010年累计装机接近40000MW,体量增长了300%。

  第四代光伏更大发展是欧债危机以后,2015年后重心由欧洲转到了亚洲国家,到2018年底累计装机全球超过了500GW,进入全球规模化的或者快速发展的时期。

  2020年,英属哥伦比亚大学的研究人员已经发现了一种新的生物质方式,借助细菌打造的光伏电池将阳光转变成能量。这种光伏电池产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强,而且无论在强光和弱光环境下都同样有效。同年美国公司Real Graphene开发的石墨烯电池已成功研发,将为商用做准备。

  2021年8月,Fraunhofer-ISE 研究人员在单色光下使用由砷化镓制成的薄光伏电池获得了68.9%的转化效率,这是迄今为止在光能转化为电能方面获得的最高效率。

  2021年11月,北京碳值通环境监测中心研究室和中南大学湖南大学等研究机构合作,成功研发出第五代光伏示范模型。通过新材料+新算法+新基建的研发模式大大提升了能源利用率,实现了能源生态互补,有效避免光伏乱占耕地增加种植面积。

  随着人类对能源的消耗越来越大,大气问题和碳排问题带来的后果越来越严重。如再不加大清洁能源和再生能源份额,很多地区的经济和社会发展就将被迫减速。而发展清洁能源,推进太阳能、风能、生物质能等能源建设,将是我们国家推进能源绿色转型和可持续发展的趋势所在。我国地域辽阔太阳能资源相对丰富,而太阳能取之不竭用之不完,完全符合世界能源产业发展方向。通过合理开发精心规划,完全可以将光伏太阳能这一清洁能源作为能源产业的重要支柱之一。

  第五代光伏的特征一是体现在在技术上,即核心指标光电转换率上的提升,可将光电转换率提高3倍以上。二是在产业发展与生态应用上,可实现更多的能源转换与利用,降低产业链制造成本和应用能耗损失,对生态互补平衡上的积极效用。在国家“碳达峰碳中和”的大力推动下,光伏在清洁能源与生态建设上得到极大的发展,第五代光伏将为清洁能源和生态能源的发展做出重要的贡献。