发电的太阳能：光伏系统简介

让整个世界都由太阳能供电是许多人的梦想。人们想象着太阳能汽车、太阳能家庭，甚至太阳能工厂。也许出乎许多读者的意料，太阳其实已经成了我们这个世界上能源的主要来源。它为几乎所有的生命提供能量——从最简单的单细胞有机体到最复杂的动植物和人类。

太阳将能量传输给我们的途径是通过具有光合作用的海藻和植物，这些生物构成了水陆食物链的基础。它们通过光合作用利用阳光的能量制造食物分子。在该过程中，太阳能被捕获，存储在化学键中，这些化学键用于连接分子中的各个原子。然而，食物分子会被直接吃掉，因为我们人类吃蔬菜，或者说阻断了食物链从一种有机体到另一种有机体的传递。就算是这些有机体传递给了某些动物，这些动物也会被我们吃掉。我们吃下去的这些植物和动物所包含的食物分子中的能量，在我们身体的细胞中经过一系列错综复杂、精巧设计的化学反应，又被释放出来。所以说，太阳为我们的每一个动作、每一次呼吸提供了能量。当你翻动本书的页面时，你就正在使用植物捕获的太阳能。

太阳能对全球能源的贡献不仅局限于此。所有的化石燃料都包含了巨量的太阳能。太阳能是如何停留在煤、石油和从石油中提取的汽油类燃料中的？先来说说煤吧。

煤是远古的植物性物质，在数百万年以前，曾经生长在湖中、湖边、河中、河边以及海边沼泽中。与现代植物物种一样，这些古代物种也捕获太阳的能量，用于制造所需的有机分子并繁殖它们。当植物死去或者落叶时，大量富含太阳能的有机物就沉淀到这些水中生态系统的底部。在那里，它们被来自周围流域的腐化的泥土沉淀物所掩埋。随着时间的推移，厚厚的沉积层的压力和地球内部的热量就把这些有机废物转变成了泥煤。

今天，我们开掘这些煤炭并在电厂中燃烧发电。燃烧过程中，煤炭中那些远古植物性物质里富含能量的化学键被打破，此时，已经存储了数百万年的远古的太阳能就被释放出来。这些能量为我们的计算机供电，点亮了我们的生活。

我们从石油中释放出的能量也是远古的太阳能。只不过，通常认为石油的沉积不是源于植物或恐龙，而是源于生命世界中更微小的物种，如单细胞海藻。和植物类似，这些藻类获取阳光的能量并储存在由光合作用产生的分子的化学键中。远古时代，数以亿万计的这些微小的有机体沉到海底，在海床上堆积的很厚，而且，它们又被沉淀物覆盖。随着时间的推移，覆盖的沉淀物的压力和地球内部的热量把这些有机物质缓慢地转化为厚厚的胶粘物质，我们称之为原油。反过来，石油又被用于提炼汽油、航油和柴油，它们在交通工具中燃烧时，释放出远古的太阳能，驱动我们的卡车、轿车、大巴和飞机。

燃烧天然气所释放的能量也来自于远古的太阳能。天然气是形成石油和煤的副产品，换句话说，它是几百万年前远古植物和藻类中的有机物质被转化成煤和石油时所产生的许多化学物质之一。这种气态的副产品经常是从煤和石油的沉积中抽取出来的。所以，与煤和石油类似，天然气燃烧时所释放的能量也是来自于数百万年前辐射到地球上的阳光。

你用的电能从哪里来？

你是否好奇过，你家里和办公用的电能，当地电力部门是如何发出来的？能量的来源是什么？根据美国能源信息管理部门提供的资料，电力部门所售的全国电力的来源，列在所附的表格里。

许多情况下，国家的平均数字可能会有误导。你所用的电能可能几乎全部依赖于煤、核能或者水电。你如果给你所属的电力部门打电话，与其公共信息专家聊一聊，就可以弄明白这件事。

煤 52%

核 21%(www.xing528.com)

天然气 16%

水力 8%

其他可再生能源 2%

石油 1%

来源：能源信息管理部门，“能源提供的纯发电量，供电力部门和独立电力提供商参考的2006年的数据”，www.eia.doe.gov。

甚至水电，虽然能量是由流动的水所持有，但也是太阳能的一种。阳光照射在地球表面，引起水分蒸发。从海洋、陆地和地表水蒸发的水分在大气层中凝积，最终以雨或雪的形式落到地球上，为江河补充水分。水因重力在江河中顺流而下，又为发电的水轮机提供了动力。

太阳能也是产生风的原因。这种间接获得的太阳能能用来抽水或发电。

虽然我们生活在一个由太阳能推动的世界中，但是为我们的家庭、办公和交通工具供电的远古的太阳能却不是我们很多人头脑中所想象的未来的可再生能源。远古太阳能资源，例如石油、天然气和煤，含有碳水化合物和其他化学物质。这些燃料燃烧时，释放出数百万吨的有害污染物。一些污染物正在改变我们的气候，另一些正在毒害我们的都市和城镇，还有一些随着下雨变成有害的酸性物质，给建筑、农作物和生态系统造成数不尽的危害。

太阳能倡导者梦想着清洁、可靠和经济的太阳能，从而满足我们的能源需求。我们想象着太阳能能够温暖我们的家，加热我们的洗澡水甚至我们的食物，太阳能能够为电灯、电子器件和家电甚至轿车、巴士供电。在此过程中，那些存有太阳能但有污染的化石燃料资源将被减至最少或被替代，因为这些能源的使用正给人类、经济和环境带来巨大的灾难。

本书致力于太阳能梦想的一个重要部分：通过太阳能发电系统产生电能，也被称为光伏系统或简称为PV系统。本书中，我们将主要关注与家庭和办公有关的较小的PV系统——额定功率一般在1000～10000W的系统。