“熊猫”怎么进行光伏发电呢？
“熊猫”光伏发电是利用电势差的原理来把光能转发为电能。
世界上首座熊猫外形的光伏电站在山西大同郊外落成，近日已开始正式并网发电。电站由黑白两种颜色组成。如果从高处俯瞰，熊猫的黑色部分，比如爪子和耳朵，由单晶体硅太阳能电池组成;白色部分由薄膜太阳能电池组成。
大同熊猫电站鸟瞰图（图片来自网络）
据悉，全部投入使用后，电站能在25年内提供32亿千瓦时的绿色电力，相当于节约煤炭105.6万吨，减少二氧化碳排放270万吨。
这只被网友们成为“世界上最可爱的发电站”是怎么工作的呢？这主要依靠的是太阳能光伏发电。
太阳能光伏发电原理
在国际市场硅原材料持续紧张态旅的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。
太阳光能照射在一些特殊材料上帆肢凳，会引起材料中电子的移动，形成电势差。太阳能光伏发电，就是依据这个原理，利用太阳能电池将太阳光饥芹能直接转化为电能。
“国宝”发电站（图片来自新华网）
利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，即当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被太阳能材料吸收，光子激发电子跃迁至导带成为自由电子。于是不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生了电位差。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流。太阳光光伏发电过程其实就是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程。
太阳能光伏发电示意图（图片来自网络）
光伏电池的基本结构
光线照射在光伏电池上产生出光生电流和电压，从而获得电功率。这一转变过程首先需要材料吸收光线，使电子获得更高的能量，接着具有更高能量的电子从电池移动到外电路中，释放出额外的这部分能量，再回到太阳能电池中。
太阳能电池工作的基本过程：产生光生载流子――收集光生载流子从而产生电流――产生较大的光生电压――将产生的功率分配给负载及寄生电阻。
太阳能电池工作的基本结构（图片来自网络）
光伏发电电池类型
光伏电池分为晶体硅电池和薄膜电池。晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。
其中，单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999％，为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
熊猫发电站的黑色部分由单晶硅太阳能电池组成（图片来自网络）
薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有三种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。
硅基薄膜太阳能电池（图片来自网络）
光伏发电的其他用途
除了光伏电站外，光伏发电还有很多应用实例，小到太阳能充电器、太阳能路灯、太阳能航标灯，大到太阳能汽车、人造卫星、月球车、太阳能飞行器、光伏建筑一体化等。
人造卫星的太阳能充电板（图片来自网络）
中国是目前世界上太阳光伏组件市场出口份额最大的国家之一，我国目前的太阳能发电产业正步入专业化、规模化和国际化的健康发展轨道。
图片来自网络
为何大力发展太阳能？光伏发电和传统电力行业对比
在2004年欧洲地区洞开光伏产品销售、使用的大门之后，全球各地经过10多年的发展，形成了大量的光伏业务产业链，仅在中国，就有高达100万从业者。
无论是从过去被海外垄断的多晶硅产品，还是上游硅片、电池以及组件、玻璃、胶膜、背板、各类材料等，国产企业都已在全缺察桐球制造业中成为顶尖制造商，中国人凭借智慧之心、耐力与坚持创造并举的能力，在行业内外声名大噪。
事实上，国内多个大型上市公司的环保投入都过亿元/年，其中部分上市公司涉及的上游业务环节，积极通过开展资源综合利用技术和节能减排技术的研究，整体降低综合电耗至60kwh/kg.si以内，蒸汽消耗也从过去的数值降低到更低，达到了行业极为先进的水平。通过渣浆回收系统利用新工艺实现对残液中四氯化硅的回收，并将水解残渣作为水泥原料，从而综合利用固废。此外一些工艺及装置的使用后，二氯二氢硅的回收也达到100%。让整个系统硅和氯消耗，进一步降低，并实现了全闭环的晶硅循环经济清洁生产。
光伏产品，正在代替传统能源走向未来，并且将制造业的新希望再度点燃，足以形成了燎原之势。
当前，我国已形成了200GW左右的光伏系统产能，其产品每年发出的电力大约会减少3.5亿吨碳排放。 从制造过程看，生产200GW光伏系统大约需要消耗60万吨高纯晶硅，大约产生1050万吨碳排放，但其产品每年发电减少的碳排放达到3.5亿吨。
从能源的投入产出看，生产1kg高纯晶硅需要耗电50kwh左右，拉棒、切片环节需要20-30kwh，制造电池、光伏玻璃，生产铝合金主辅材等环节共计耗能20kwh左右，即生产1kg高纯晶硅并将其制成光伏系统大约耗电100kwh。每3kg高纯晶硅可制造1kw光伏系统，即生产1kw系统全过程需耗电300kwh左右，而 1kw系统每年可发电约1500kwh，意味着制造光伏系统全过程的能耗，在光伏电站建成后半年内即可全部收回，系统可以稳定运行25年以上，其整个生命周期回报的电力产出是投入的50倍以上。
从国家的能源战略安全看，2019年，我国进口原油5.06亿吨，外汇支出2413亿美元，是净消耗外汇最大的商品；2020年增长到5.42亿吨，原油外贸依存度创下73.5%的 历史 新高，因油价下跌，外汇支出有所减少，但仍达到1900亿美元左右；2021年，进口原油或将超过3000亿美元。在我国进口的原油中，约有80%需经过伏坦马六甲海峡，国家能源安全、外汇储备面临较大风险。当前，从维护国家能源和外汇安全的角度考虑，我国完全有条件用10到20年时间，实现能源增量的70%、存量的30%到50%的可再生清洁化替代，使国家能源供给的主动权牢牢掌握在自己手中，一劳永逸地解决原油进口可能被“卡脖子”的问题。如果国家战略需要，还可以进一步加快发展速度，用10年左右的时间实现这一目标。
因此，无论从经济性、碳减排、能源的投入产出，以及维护国家能源和外汇安全等多个角度思考，以光伏为代表的可再生能源都已经具备了大规模应用、替代化石能源没含的总体条件，成为了推动双碳目标实现、推进全球能源转型升级的主力军。
光伏发电属于清洁绿色能源，如何使光伏整个生产过程更清洁、更环保，一直缺乏行业标准依据。令业内欣喜的是，光伏行业迎来了首个清洁生产评价指标体系。2016年11月23日，《光伏电池行业清洁生产评价指标体系》通过了国家发展改革委委员会、环境保护部和工业和信息化部三部委联合批准，正式对外发布实施。
据悉，该体系是在世界自然基金会等支持下，联合我国光伏代表企业共同编制。它涵盖了铸锭、硅片、电池、组件等光伏生产关键环节，从生产工艺及设备指标、资源和能源消耗指标、资源综合利用指标、污染物产生指标、产品特征指标和清洁生产管理指标等六个方面，建立起了一套针对光伏电池生产全面的综合性指标。该评价指标具有国际领先性，能够客观、有效地评价我国光伏企业清洁生产状态，推动企业通过技术改造、产品升级等措施达到清洁生产先进水平，提高资源和能源利用效率，减少和避免污染物的产生，加强废物回收利用，降低生产成本，提升我国光伏产品的整体竞争力。
近年来，我国光伏产业保持了良好的发展势头，根据中国有色金属工业协会硅业分会数据统计，2020年国内多晶硅产能42万吨，产量39.6万吨，较2019年增长15%。2021年国内多晶硅产量约43万吨，进口多晶硅10万吨，叠加新增产能有效释放产量约5万吨，2021年市场多晶硅的供应总量预计达58万吨。按照每W对应3g硅料，58万吨硅料可以支撑200GW的硅片、160GW的组件。2020年，我国多晶硅消费量为50.9万吨。2016-2020年我国多晶硅消费量平均增幅达到11.4%。2021年一季度，我国多晶硅消费量为14万吨，预计全年消费量达58万吨，消费量占全球比重从2016年的82.1%提升至2020年的93.7%和2021年的95.1%。
在光伏行业中，采用清洁生产技术不但能使企业达到国家各项环保标准，还有助于公司持续降低成本，在行业中取得更强的竞争力，具有环保和经济双重效益。
从短期看，光伏产业发展仍然依赖于各国政策的扶持，但随着技术进步、能耗的进一步下降，光伏发电的成本也会逐步降低，在用户端达到平价上网。因此，光伏行业清洁生产技术进步和成本下降将为行业的发展带来持久的生命力。
清洁生产既是挑战也是机遇。以清洁生产为目标，不但不会限制企业的发展，反而可以帮助企业实现产业升级。
