简介

太阳能（solar energy），是指太阳的热辐射能（参见热能传播的三种方式:辐射），主要表现就是常说的太阳光线。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，每秒照射到地球的能量则为499,400,00,000焦。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。化石燃料可以视作为远古的太阳能。而狭义来说，太阳能技术被定性为被动的或主动的方式来捕获，转换和分配太阳光。被动式太阳能技术，主要应用于基础设施建设等领域，包括选择材料具有良好的热性能，设计，自然空气流通的空间，并按照太阳来安排的建筑物的位置。主动式太阳能技术，则直接将阳光转换为其他形式的能量，作为能源输出。

在此我们将讨论局限在主动式（有源）太阳能技术，是可在生能源的一种。其常见的形式有两种，一种是太阳能光伏（Photovoltaics, 简称PV），另一种是太阳热能（Solar thermal energy 简称STE）

1）太阳能光伏

太阳能光伏，简称光伏（Photovoltaics；字源“photo-”光，“voltaics”伏特），是指利用光伏半导体材料的光生伏特效应，而将太阳能转化为直流电能的设施。具体来讲，光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

太阳能光伏元件（图片来源：

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0#/media/File:Solar_cell.png）

太阳电池型式上可分作衬底式与薄膜式，衬底式在材料上又可分单晶式、或相溶后冷却而成的多晶式衬底；薄膜式则可和建筑物有较佳的结合性，它具有曲度，有可挠、可折叠等特性，材料上较常用非晶硅。除前二者外，另有有机或奈米材料制作之太阳能电池，目前仍处研发阶段。

太阳能电池按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳能电池来说最重要的参数是转换效率，目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.8%，CdTe薄膜电池效率达19.6 %，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%。（Solar cell efficiency tables (version 43) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2452/pdf　）

值得注意的是，某种电池制造技术，并非仅能制造一种类型的电池，例如在多晶硅工艺，既可制造出硅晶版类型，也可以制造薄膜类型。其设计上主要透过不同的工艺和方法，测试对光的反应和吸收，做到能隙结合宽广，让短波长或长波长都可以全盘吸收的革命性突破，来降低材料的成本。

由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

太阳能电站按照联网方式来分类有独立运行和并网运行两种方式。

同时，太阳能光伏发电系统分类，一种是集中式，如大型西北地面光伏发电系统；一种是分布式（以>6MW为分界），如工商企业厂房屋顶光伏发电系统，民居屋顶光伏发电系统。

2）太阳热能

太阳热能是一种利用太阳能的热能（热量）技术，主要是接收或聚集太阳辐射使之转换为热能来使用。现代的太阳能科技可以将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。

美国能源信息管理局（EIA）将太阳能集热器进行分类为低，中，高温集热器。低温集热器的平板一般用于加热游泳池。中等温集热也通常是平板，但用于制造热水或空间供暖，作为住宅及商业用途。高温集热器利用反射镜或透镜聚集太阳光，一般用于生产电力，即为常说的聚光太阳能发电。

聚光太阳能热发电（或称聚焦型太阳能热发电，英语： Concentrated solar power，缩写：CSP）是一个集热式的太阳能发电厂的发电系统。它使用反射镜或透镜，利用光学原理将大面积的阳光汇聚到一个相对细小的集光区中，令太阳能集中，在发电机上的集光区受太阳光照射而温度上升，由光热转换原理令太阳能换化为热能，热能通过热机（通常是蒸汽涡轮发动机）做功驱动发电机，从而产生的电力。

目前主要有三种聚光太阳能热发电系统：

碟式太阳能聚热发电系统的主要组成部分包括太阳能聚焦器和能量转换器。太阳能聚焦器碟状结构可以持续追踪太阳采集来自太阳的能量并聚焦到很小的面积上，为了节约成本，常常使用很多小型的平面镜组成碟状结构。能量转化器包括两个部分，即热能接收器和引擎/发电机。热能接收器可以吸收聚焦后的太阳光之中的能量，将其转化为热能，并储存在热空气或热水之中，然后再将热量输送到热机，常常为是斯特林引擎，将热能转化为机械能带动发电装置。

塔式聚热发电系统利用一整个阵列的追踪太阳的镜子（定日镜）以聚集阳光到一个中央接收器。这个接收器被固定在一个塔顶上。接收器内部的热传导流体可以用来产生蒸汽，以推动传统涡轮发电机发电。于八十年代开发的塔式太阳能聚热发电系统，利用蒸汽作为热传导流体。而新型的系统则利用熔化的硝酸盐作为热传导流体，主要是因为这种流体超卓的热容量和传热能力。

槽式聚热发电系统所采用的是弯曲成U型槽的长方形反射镜，调整镜子的角度使其聚焦阳光，照射到与槽平行等长的接受管上，玻璃管中的流体被加热油升温，产生蒸气，再由蒸气推动涡轮机发电。槽式聚热发电系统主要有两种类型，一种是抛物线形，接收管被置于焦线上；另一种是菲涅尔反射系统，一个接收管被置于多个镜子上使得镜子在追踪太阳时有更大的灵活性。