太阳能光伏PV是从可再生能源发电的电源，可再生能源通过被称为光伏电池的设备半导体直接从太阳辐射获得。 这种类型的能源主要用于通过配电网络大规模发电，但也允许馈送无数应用和自主设备，以及从电网供应山地避难所或隔离房屋。 由于对可再生能源的需求不断增长，近年来太阳能电池和光伏装置的制造已经取得了很大进展。 他们从2000年开始大规模生产，当时德国环保人士和欧洲太阳能组织获得了创造千万个太阳能屋顶的资金。
光伏能源在运行期间不会排放任何类型的污染，有助于避免温室气体的排放。 它的主要缺点是它的产生取决于太阳辐射，因此如果电池没有垂直于太阳对准，你会失去10-25％的入射能量。 结果，太阳能跟踪器的使用已经在网络连接设备中普及，以最大化能量产生。 11生产也受到恶劣天气条件的影响，例如缺少阳光，云层或沉积在面板上的污垢。 这意味着为了保证电力供应，有必要利用其他可管理的能源来补充这种能源，例如基于燃烧化石燃料，水力发电或核能的发电站。
由于技术进步，精密化和规模经济，光伏太阳能的成本自第一批商业太阳能电池建成以来稳步降低，提高了效率，并使得发电的平均成本已经与传统能源相媲美。越来越多的地理区域，达到网络平等。 目前，欧洲，中国，印度，南非和美国的太阳能装置发电成本在0.05-0.10美元/千瓦时之间。 2015年，阿拉伯联合酋长国（0.0584 $/kWh），秘鲁（0.048 $/kWh）和墨西哥（0.048 $/kWh）的项目达到了新的记录。 2016年5月，迪拜的太阳能成本价格达到0.03美元/千瓦时。
光伏太阳能的应用
光伏电池板的大规模工业生产在20世纪80年代起飞，其中许多用途可以突出：
电信和信令
光伏太阳能是电信应用的理想选择，包括例如本地电话电话，无线电和电视天线，中继站微波和其他电子通信链路。 这是因为在大多数电信应用中，使用蓄电池并且电气安装通常在直流电中进行。（DC）。 在丘陵和山区地形上，由于起伏的地形，广播和电视信号可能会受到干扰或反射。 在这些位置，安装低功率发射器（LPT）以在当地人群中接收和重发信号。
光伏电池还用于为应急通信系统供电，例如在道路上的SOS（紧急电话）柱，铁路信号，用于航空保护的信标，气象站或用于环境和质量数据的监测系统。 水。
隔离设备
在20世纪70年代后期，集成电路的能耗降低使得太阳能电池用作计算器中的电源，例如Royal Solar，Sharp EL-8026或Teal Photon。
此外，使用光伏能量的其他固定装置在过去几十年中已经看到它们的使用增加，其中连接电网或使用一次性电池的成本非常昂贵。 这些应用包括例如太阳灯，水泵，停车计时器，紧急电话，垃圾压实机，信号临时或永久交通装载站或远程监控系统。
农村电气化
在需要很少电力并且难以接入网络的隔离环境中，光伏电池板几十年来一直被用作经济上可行的替代方案。 要了解这种可能性的重要性，值得注意的是，世界上大约四分之一的人口仍然无法获得电力。
在发展中国家，许多村庄位于偏远地区，距离最近的电网几公里。 结果，越来越多地结合光伏能源以向农村地区的家庭或医疗设施提供电力。 例如，在印度的偏远地区，农村照明计划使用由太阳能供电的LED灯来替代煤油灯。 太阳能灯的价格几乎与几个月供应煤油的成本相同。 古巴和其他拉美国家正在努力在远离传统电力供应的地区提供光伏能源。 在这些领域，当地居民的社会和经济利益为安装光伏电池板提供了极好的理由，尽管通常这种类型的举措已经降级为具体的人道主义工作。
泵送系统
光伏还用于供给灌溉设施，农村地区的饮用水和牲畜水，或用于海水淡化系统。
光伏泵系统（如风力发电系统）在无法进入普通电网或价格过高的情况下非常有用。 由于其较低的操作和维护成本，它们的成本通常较低，并且它们比由内燃机驱动的泵送系统具有更低的环境影响，内燃机也具有较低的可靠性。
使用的泵可以是交流电（AC）或直流电（DC）。 通常，直流电动机用于高达3kW功率的中小型应用，而对于较大的应用，交流电动机用于耦合到逆变器，该逆变器转换来自光伏板的DC电流供其使用。 这允许系统的功率从0.15 kW到超过55 kW，可用于提供复杂的灌溉系统或水储存。
混合太阳能柴油系统
由于光伏太阳能成本的降低，混合太阳能 – 柴油系统的使用也在扩大，将这种能量与柴油发电机组合以连续和稳定的方式产生电力。 这些类型的装置通常配备有辅助设备，例如电池和特殊控制系统，以始终实现系统电源的稳定性。
由于其经济可行性（柴油运输到消费点通常很昂贵），在许多情况下，旧发电机被光伏发电取代，而新的混合设施的设计使得它们可以随时使用太阳能资源。可用，最大限度地减少发电机的使用，从而减少远程社区和未连接到电网的设施的发电对环境的影响。 这方面的一个例子是公司采矿业，通常在开放的油田中找到谁的业务，远离大型人口中心。 在这些情况下，光伏联合使用可以大大降低对柴油燃料的依赖，从而节省高达70％的能源成本。
这种类型的系统还可以与其他可再生能源发电源结合使用，例如风能。
运输和海上航行
虽然光伏仍未广泛用于在运输中提供牵引力，但它越来越多地用于在船舶和汽车中提供辅助动力。 一些车辆配备了由光伏板驱动的空调，以在炎热的天气限制内部温度，而其他混合原型使用它们为电池充电而无需连接到电网。 它已经充分证明了设计和制造太阳能车辆和船只和飞机的实际能力，被认为是最可行的光伏公路运输。
Solar Impulse是一个致力于开发仅由光伏太阳能推动的飞机的项目。 原型可以在白天由覆盖其机翼的太阳能电池推进，同时它可以为电池充电，使其在夜间停留在空中。
太阳能还常用于灯塔，浮标和海上导航信标，休闲车辆，船舶蓄电池的充电系统和阴极保护系统。 电动汽车的充电变得越来越重要。 94
光伏集成在建筑物中
许多光伏设施通常位于建筑物中：它们通常位于现有屋顶上，或者它们被集成到建筑物自身结构的元件中，例如天窗，天窗或立面。
或者，光伏系统也可以物理地位于与建筑物分开的位置，但是连接到其电气装置以提供电力。 2010年，当时德国运营的9000兆瓦光伏发电的80％以上安装在屋顶上。
建筑集成光伏（BIPV）越来越多地被纳入新的家庭和工业建筑中的主要或次要电能源，甚至在其他建筑元件中，例如桥梁。 具有集成光伏电池的屋顶瓦在这种类型的集成中也很常见。
根据2011年发表的一项研究，热成像的使用表明太阳能电池板，如果有一个开放的间隙，空气可以在面板和屋顶之间循环，在白天为建筑物提供被动冷却效果，也有助于保持夜间积聚的热量。
光伏连接到网络
近年来发展起来的光伏太阳能的主要应用之一，包括连接到电网供电的发电厂，以及通常功率较低的电力，也连接到电网的光伏自耗系统。
光伏系统
光伏系统或太阳能PV系统是设计用于通过光伏发电提供可用太阳能的电力系统。 它由几个部件组成，包括吸收和直接将太阳光转换成电能的太阳能电池板，用于将电流从直流电转换为交流电的太阳能逆变器，以及安装，布线和其他电气配件。 光伏系统的范围从小型，屋顶安装或建筑一体化系统，容量从几千瓦到几十千瓦，再到数百兆瓦的大型公用事业规模发电站。 如今，大多数光伏系统都是并网的，而独立系统只占市场的一小部分。
屋顶和建筑集成系统
光伏阵列通常与建筑物相关联：要么集成在建筑物中，要么安装在建筑物上，要么安装在地面附近。 屋顶光伏系统通常被改装到现有建筑物中，通常安装在现有屋顶结构的顶部或现有的墙壁上。 或者，阵列可以与建筑物分开放置，但通过电缆连接以为建筑物供电。 建筑一体化光伏发电（BIPV）越来越多地作为主要或辅助电源来纳入新的家庭和工业建筑的屋顶或墙壁。 有时也使用带有集成PV电池的屋顶瓦片。 如果有空气可以循环的开放间隙，屋顶安装的太阳能电池板可以在白天为建筑物提供被动冷却效果，并且还可以在夜间保持积聚的热量。 通常，住宅屋顶系统具有大约5-10kW的小容量，而商业屋顶系统通常达到几百千瓦。 虽然屋顶系统比地面安装的公用事业规模发电厂小得多，但它们占全球装机容量的大部分。
集中器光伏发电
聚光光伏（CPV）是一种光伏技术，与传统的平板光伏系统相反，它使用透镜和曲面镜将太阳光聚焦到小而高效的多结（MJ）太阳能电池上。 此外，CPV系统通常使用太阳能跟踪器，有时还使用冷却系统来进一步提高效率。 正在进行的研究和开发正在迅速提高其在公用事业规模部门和高太阳能日照领域的竞争力。
光伏热混合太阳能集热器
光伏热混合太阳能收集器（PVT）是将太阳辐射转换成热能和电能的系统。 这些系统将太阳能光伏电池与太阳能集热器相结合，太阳能光伏电池将太阳光转化为电能，太阳能集热器捕获剩余能量并从光伏组件中去除废热。 电力和热量的捕获使得这些装置具有更高的能量，因此比单独的太阳能PV或太阳能热能更加整体能量效率。
发电站
世界各地都建造了许多公用事业规模的太阳能发电场。 截至2015年，579兆瓦（MWAC）太阳能之星是世界上最大的光伏发电站，其次是沙漠阳光太阳能发电场和Topaz太阳能发电场，两者的容量均为550 MWAC，由美国First Solar公司建造，使用CdTe模块，一种薄膜光伏技术。 这三个发电站都位于加州沙漠。 世界各地的许多太阳能发电场都与农业相结合，有些使用创新的太阳能跟踪系统，这些太阳能跟踪系统遵循太阳的天空日常路径，比传统的固定式系统产生更多电力。 在发电站运行期间没有燃料成本或排放。
农村电气化
许多村庄通常距离电网超过五公里的发展中国家越来越多地使用光伏发电。 在印度的偏远地区，农村照明计划一直在提供太阳能LED照明以取代煤油灯。 太阳能灯的售价大约是几个月煤油供应的成本。 古巴正在努力为离网地区提供太阳能。 离网太阳能使用的更复杂应用包括3D打印机。 RepRap 3D打印机采用太阳能技术，采用光伏技术，可实现分布式制造，实现可持续发展。 这些领域的社会成本和效益为太阳能发展提供了极好的理由，尽管缺乏盈利能力已经使人道主义努力失去了这种努力。 然而，1995年发现太阳能农村电气化项目由于经济不利，缺乏技术支持以及南北技术转让的别有用心的遗产而难以维持。
独立系统
直到大约十年前，PV经常被用于为计算器和新奇设备供电。 集成电路和低功率液晶显示器的改进使得可以在电池更换之间为这些设备供电数年，从而使PV的使用不那么常见。 相比之下，太阳能远程固定设备最近在诸如显着的连接成本使得电网功率过于昂贵的位置中使用越来越多。 这些应用包括太阳能灯，水泵，停车计时器，紧急电话，垃圾压实机，临时交通标志，充电站，以及远程警卫岗位和信号。
浮法系统
2008年5月，位于加利福尼亚州奥克维尔的Far Niente酒厂开辟了世界上第一个“浮法”系统，在130个浮筒上安装了994块光伏太阳能电池板，并将它们漂浮在酒厂的灌溉池上。 浮动系统产生大约477千瓦的峰值输出，当与位于池塘附近的一系列小区相结合时，能够完全抵消酒厂的电力消耗。 浮法系统的主要好处是它避免了牺牲可用于其他目的的宝贵土地面积的需要。 在Far Niente酒厂的情况下，浮动系统节省了陆地系统所需的四分之三英亩。 该土地面积可以用于农业。 浮法光伏系统的另一个好处是，面板保持在比在陆地上更低的温度，从而导致更高的太阳能转换效率。 浮板还减少了蒸发损失的水量并抑制了藻类的生长。
在运输中
PV传统上用于太空中的电力。 PV很少用于在运输应用中提供动力，但是越来越多地用于在船和汽车中提供辅助动力。 一些汽车配备太阳能空调，以限制炎热天气的室内温度。 独立的太阳能车辆将具有有限的功率和效用，但是太阳能充电的电动车辆允许使用太阳能来运输。 已经证明了太阳能汽车，船只和飞机，其中最实用的可能是太阳能汽车。 瑞士太阳能飞机Solar Impulse 2实现了历史上最长的不间断单机飞行，并计划在2015年首次实现太阳能航空环球航行。
电信和信令
太阳能光伏发电理想地适用于电信应用，例如本地电话交换，无线电和电视广播，微波和其他形式的电子通信链路。 这是因为，在大多数电信应用中，蓄电池已经在使用中并且电气系统基本上是DC。 在丘陵和山区地形中，由于起伏的地形，无线电和电视信号可能无法到达，因为它们被阻挡或反射回来。 在这些位置，安装低功率发射器（LPT）以接收和重传当地人口的信号。
航天器应用
航天器上的太阳能电池板通常是运行传感器，主动加热和冷却以及通信的唯一动力源。 当太阳能电池板处于阴影中时，电池存储该能量。 在某些情况下，电力也用于航天器推进 – 电力推进。 航天器是最早的光伏应用之一，从美国于1958年发射的Vanguard 1卫星上使用的硅太阳能电池开始。从那时起，太阳能已被用于从MESSENGER探测到水星的任务，到远在太阳系中，朱诺向木星探测。 太空中最大的太阳能发电系统是国际空间站的电气系统。 为了增加每千克产生的功率，典型的航天器太阳能电池板使用由砷化镓（GaAs）和其他半导体材料制成的高成本，高效率和密集的矩形多结太阳能电池。
专业电力系统
光伏器件也可以作为能量转换装置用于高温下的物体，并且具有优选的辐射发射率，例如异质燃烧器。
优点
到达地球表面的122 PW阳光充足 – 比人类在2005年消耗的13 TW相当于平均功率的近10,000倍。 这种丰富性导致了太阳能成为世界主要能源之前不久的建议。 此外，太阳能发电在可再生能源中具有最高的功率密度（全球平均值为170 W / m2）。
太阳能在使用过程中是无污染的，这使其能够在替代其他能源时减少污染。 例如，麻省理工学院估计，每年有52,000人在美国过早死于燃煤电厂的污染，除了其中一例死亡外，其他所有人都可以防止用光伏取代煤炭。 使用现有污染控制可以控制生产废物和排放。 目前正在开发使用终端回收技术，正在制定鼓励生产者回收利用的政策。
光伏装置在初始安装后几乎不需要维护或干预就能运行100年甚至更长时间，因此在建造任何太阳能发电厂的初始资本成本之后，与现有电力技术相比，运营成本极低。
并网太阳能电可以在当地使用，从而减少输电/配电损失（1995年美国的输电损耗约为7.2％）。
与化石和核能源相比，在太阳能电池的开发上投入的研究资金很少，因此存在相当大的改进空间。 然而，在聚光光伏电池的情况下，实验性高效太阳能电池已经具有超过40％的效率，并且效率正在快速上升，而大规模生产成本正在迅速下降。
在美国的一些州，如果房主移动并且买方对系统的价值低于卖方，那么对家用系统的大部分投资可能会丢失。 伯克利市开发了一种创新的融资方法，通过增加与房屋一起转移支付太阳能电池板的税收评估来消除这种限制。 现在被称为PACE，财产评估清洁能源，美国30个州已经复制了这个解决方案。
有证据表明，至少在加利福尼亚州，家用太阳能系统的存在实际上可以增加房屋的价值。 根据Ernest Orlando Lawrence Berkeley国家实验室于2011年4月发表的一篇题为“住宅光伏能源系统对加州房屋销售价格影响的分析”的论文：
该研究发现有力的证据表明，加利福尼亚州的光伏系统家庭的售价高于没有光伏系统的同类家庭。 更具体地说，在大量不同的型号规格中，平均PV保费的估计范围从每安装瓦特（DC）大约3.9美元到6.4美元不等，大多数型号合并在5.5美元/瓦附近。 对于相对较新的3,100瓦光伏系统（研究中光伏系统的平均尺寸），该值相当于约17,000美元的溢价。
限制
对电网的影响
随着屋顶光伏系统水平的不断提高，能量流变为双向。 当本地发电量超过消耗量时，电力输出到电网。 然而，电力网络传统上不是为处理双向能量传输而设计的。 因此，可能会出现一些技术问题。 例如，在澳大利亚昆士兰州，截至2017年底，超过30％的家庭拥有屋顶光伏。从2015年开始，着名的加利福尼亚2020鸭子曲线经常出现在很多社区。 当电力从这些光伏家庭流回网络时，可能会出现过电压问题。 有解决方案来管理过电压问题，例如调节光伏逆变器功率因数，分配器级别的新电压和能量控制设备，重新导电线，需求侧管理等。通常存在限制和成本相关的问题。这些解决方案
对电费账单管理和能源投资的启示
电力或能源需求和账单管理中没有银弹，因为客户（站点）具有不同的特定情况，例如不同的舒适/便利需求，不同的电费或不同的使用模式。 电价可能有一些因素，例如每日访问和计量费用，能源费用（基于kWh，MWh）或峰值需求费用（例如，一个月内最高30分钟能耗的价格）。 当电价相当高并且不断增加时，PV是一种很有前景的减少能源充电的选择，例如在澳大利亚和德国。 然而，对于具有高峰需求费用的站点，如果高峰需求主要发生在下午晚些时候到傍晚，例如住宅社区，则PV可能不那么有吸引力。 总体而言，能源投资在很大程度上是一项经济决策，最好根据对运营改进，能源效率，现场发电和能源储存方案的系统评估做出投资决策。
环境影响
生产
硅技术和薄膜技术对环境的影响是半导体制造的典型特征，伴随着相关的化学和能源密集型步骤。 由于高能耗和二次物质的数量，硅技术中的高纯硅生产具有决定性。 对于1千克超纯硅，可生产多达19千克的二级物质。 由于超纯硅主要由分包商生产，因此在环境方面选择供应商对于模块的环境性能至关重要。
在薄膜技术中，清洁处理室是一个敏感问题。 这里部分使用了三氟化氮和六氟化硫的有害物质。 在使用重金属如CdTe技术时，人们认为在生命周期的基础上能源投资回收期短。
手术
2011年，巴伐利亚州环境办公室证实，CdTe太阳能电池组件在发生火灾时不会对人类和环境构成危险。
由于运行中绝对不受排放的影响，光伏发电的外部成本非常低。 如果煤炭和褐煤发电量约为6至8 ct / kWh，则光伏发电系统的发电量仅为1 ct / kWh（2000年）。 这是德国航空航天中心和弗劳恩霍夫系统与创新研究所的专家意见的结论。 为了比较，应该提到太阳能热电厂的外部成本0.18克拉/千瓦时的价值，这也是在那里提到的。
温室气体平衡
即使即使在CO 2e排放中也没有操作，光伏系统也不能存在生产，运输和组装的CO 2e。 根据技术和位置，2013年计算的光伏系统CO 2e排放量为10.5至50 g CO 2e / kWh，平均值为35至45 g CO 2e / kWh。 最近的一项研究从2015年发现平均值为29.2克/千瓦时。 这些排放是由化石燃料的燃烧引起的，特别是在太阳能发电厂的生产过程中。 随着可再生能源的进一步扩展，作为全球可持续能源转型的一部分，温室气体平衡将自动得到改善。 减少排放也是技术学习曲线的结果。 从历史上看，每装机容量增加一倍，排放量下降了14％（截至2015年）。
在对2007年鲁尔大学波鸿进行全面比较后，CO在光伏发电中的2e排放量仍为50-100克/千瓦时，特别是使用的模块和位置至关重要。 相比之下，燃煤电厂为750-1200克/千瓦时，CCGT燃气电厂为400-550克/千瓦时，风能和水电为10-40克/千瓦时，10-30克/千瓦时为核能（未经最终处置），非洲太阳能热能为10-14克/千瓦时。
回收摊销
光伏能量回收期是光伏系统在其整个生命周期中输送所需能量的相同能量的时期。 用于制造，运输，建筑，操作和拆卸或回收。
目前（截至2013年）为0.75至3。5年，具体取决于所使用的位置和光伏技术。 CdTe模块在0.75-2。1年时表现最佳，而非晶硅模块比平均值高1.8-3.5。 单晶和多晶系统以及基于CIS的电厂约为1.5至2.7年。 对于基于晶体硅电池的模块，假设研究的寿命为30年，对于薄膜模块，假设寿命为20至25年，而逆变器的寿命假定为15年。 到2020年，南欧晶体硅工厂的能源回收期为0。5年或更短，被认为是可以实现的。
当在德国使用时，生产光伏系统所需的能量在大约两年内在太阳能电池中被回收。 在典型的德国辐照条件下，收获因子至少为10，可能进一步改善。 寿命估计为20至30年。 在制造商方面，模块通常具有25年的性能保证。 太阳能电池的能量密集部分可以重复使用4至5次。
土地消费
光伏系统主要建在现有的屋顶和交通区域，不会产生额外的空间需求。 另一方面，太阳能公园形式的户外设施需要额外的空间，通常已经预先污染了这些区域。 B.转换区域（来自军事，经济，交通或住宅用途），高速公路和铁路沿线区域（110米长条带），指定为商业或工业区域或密封区域（以前的垃圾填埋场，停车场等） 。）被使用。 如果光伏系统安装在农业用地上，目前德国不支持，可能会出现使用竞争。 但是，必须考虑到，与同一地区的生物能源发电相比，太阳能发电场的能源产量要高得多。 太阳能园区的单位面积电量约为能源作物的25至65倍。
回收光伏组件
到目前为止，欧洲唯一的晶体光伏组件回收工厂（专业试验工厂）位于萨克森州的弗赖贝格。 SolarWorld的子公司Sunicon GmbH（前身为Solar Material）在2008年实现了平均75％的模块回收率，产能约为。 每年1200吨。 2008年欧盟光伏组件的废物量为3,500吨/年。 由于广泛的自动化，容量大约。 计划每年20,000吨。
为了在全欧范围内建立一个自愿的全国性回收体系，太阳能行业于2007年成立了一项联合倡议，即协会PV CYCLE。 到2030年，预计欧盟每年将有130,000吨过时的模块。作为对总体不令人满意的发展的反应，自2012年1月24日起，太阳能组件也受到电子废物指令的修订。 对于光伏产业，修正案规定必须收集85％的太阳能电池组件并回收80％。 到2014年，所有欧盟27国成员国都应将该法规转变为国家法律。 目的是使生产者负责提供回收结构。 模块与其他电器的分离是优选的。 现有的收集和回收结构也将扩大。