下面主要回顧20世紀100年間太陽能科技發(fā)展的歷史。在這100年間太陽能發(fā)展的道路比較曲折,有高潮期,有低潮期。處于高潮的大約55年,處于低潮的大約有45年。
第一低潮期:1920-1945年,參加研究工作的人員和研究項目大為減少。其原因與礦物質(zhì)燃料的大量開發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)(1935-1945)有關(guān)。
第二低潮期:1965-1973年,太陽能的研究工作停滯不前,主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段,尚不成熟,并且投資大,效果不理想,所以得不到公眾,企業(yè)和政府的重視和支持。
第三低潮期:1980-1992年,進入80年代后太陽能的開發(fā)利用逐漸進入低谷,世界上許多國家大幅度的削減太陽能研究經(jīng)費,美國最為突出,導致這種現(xiàn)象的主要原因是:世界石油價格大幅度回落,而太陽能產(chǎn)品價格居高不下,缺乏競爭力,太陽能的技術(shù)也沒有重大的進展。這樣就動搖了一些人開發(fā)太陽能的信心。我國太陽能的研究工作也收到了一定程度的影響,有人主張外國研究成功后引進技術(shù),雖然持這種觀點的人極少,但對我國的太陽能事業(yè)的發(fā)展也有不良影響。
盡管太陽能利用的發(fā)展受礦物資源、政治和戰(zhàn)爭等因素的影響,但世界各國的科學家在太陽能的利用方面,還是取得了許多輝煌的成績,在21世紀出現(xiàn)了幾次高潮。
第一高潮起:1900-1920年,世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置。但采用的聚光方式多樣化,開始采用平板集熱器和低沸點公質(zhì),裝置逐漸擴大。1901年在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置。1902-1908年,在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機。1913年在埃及建成一臺由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵。
第二高潮起:1945年-1965年,在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,一些有遠見的認識已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在逐漸減少,呼吁人們重視這一問題,從而推動了太陽能研究工作的開展,并且成立了太陽能學術(shù)組織,舉辦學術(shù)交流和展覽會再次興起太陽能研究熱潮。1952年法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kw的太陽爐。1954年美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽電池,為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1960年,帶有石英窗的斯特林發(fā)動機問世。這20年中加強了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究。
第三高潮期:1973-1980年,1973年10月中東戰(zhàn)爭爆發(fā),使那些依靠從中東地區(qū)大量進口廉價石油的國家,在經(jīng)濟上遭到沉重打擊,世界發(fā)生了“能源危機”。從而使許多國家,尤其是工業(yè)發(fā)達國家,重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持,在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能熱潮。1973年美國制定了政府的陽光發(fā)電計劃,太陽能研究經(jīng)費大幅度增長,成立太陽能開發(fā)銀行,促進太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。
1974年日本政府制定了“陽光計劃”。世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮,對我國也產(chǎn)生了巨大的影響,1975年在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”,進一步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這一次會議之后,太陽能研究和推廣工作納入了我國的政府計劃,獲得了專項經(jīng)費和物資支持。
第四高潮期:1992-2000年,由于大量燃燒礦物能源,造成全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅,在這種情況下,1992年聯(lián)合國在巴西召開了“世界環(huán)境與發(fā)展大會”,會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》,《21世紀議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件。這次會議以后,世界各國加強了清潔能源技術(shù)的開發(fā),將利用太陽能與環(huán)境保護結(jié)合在一起。1996年,聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”,發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》,會議上討論了《世界太陽能10年行動計劃》(1996-2005),《國際太陽能公約》,《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件,這次會議進一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心,要求全球共同行動,廣泛利用太陽能。世界環(huán)保大會以后,我國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視,提出10年對策和措施,明確要“因地制宜的開發(fā)和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”,制定了《中國21世紀議程》,進一步明確了太陽能重點發(fā)展目。1995年國家計委、國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》(1996-2010),明確提出了我國在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。
通過以上回顧可知,在20世紀的100年間太陽能的發(fā)展道路并不平坦,盡管如此,21世紀是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀。
自從1954年第一塊實用光伏電池問世以來,太陽光伏發(fā)電取得了長足的進步。但比計算機和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追求特別強烈,而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求。1973年的石油危機和90年代的環(huán)境污染問題大大促進了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下:
1893年法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”,即“光伏效應(yīng)”。
1876年亞當斯等在金屬和硒片上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應(yīng)。
1883年制成第一個“硒光電池”,用作敏感器件。
1930年肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年,朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”,使太陽能變成電能。
1931年布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸入電解液,在陽光下啟動了一個電動機。
1932年奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池。
1941年奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。
1954年恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室,首次制成了實用的單晶太陽電池,效率為6%。同年,韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng),并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,制成了第一塊薄膜太陽電池。
1955年吉尼和羅非斯基進行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計。
同年,第一個光電航標燈問世。美國RCA研究砷化鎵太陽電池。
1957年硅太陽電池效率達8%。
1958年太陽電池首次在空間應(yīng)用,裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源。
1959年第一個多晶硅太陽電池問世,效率達5%。
1960年硅太陽電池首次實現(xiàn)并網(wǎng)運行。
1962年砷化鎵太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達13%。
1969年薄膜硫化鎘太陽電池效率達8%。
1972年羅非斯基研制出紫光電池,效率達16%。
1972年美國宇航公司背場電池問世。
1973年砷化鎵太陽電池效率達15%。
1974年COMSAT研究所提出無反射絨面電池,硅太陽電池效率達18%。
1975年非晶硅太陽電池問世。同年,帶硅電池效率達6%~%。
1976年多晶硅太陽電池效率達10%。
1978年美國建成100kWp太陽地面光伏電站。
1980年單晶硅太陽電池效率達20%,砷化鎵電池達22.5%,多晶硅電池達14.5%,硫化鎘電池達9.15%。
1983年美國建成1MWp光伏電站;冶金硅(外延)電池效率達11.8%。
1986年美國建成6.5MWp光伏電站。
1990年德國提出“2000個光伏屋頂計劃”,每個家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。
1995年高效聚光砷化鎵太陽電池效率達32%。
1997年美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”,在2010年以前為100萬戶,每戶安裝3~5kWp。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網(wǎng)供電,電表反轉(zhuǎn);無太陽時電網(wǎng)向家庭供電,電表正轉(zhuǎn)。家庭只需交“凈電費”。
1997年日本“新陽光計劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。
1997年歐洲聯(lián)盟計劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池。
1998年單晶硅光伏電池效率達25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”,到2020年完成。