第一次工业革命、第二次工业革命都消耗了大量化石能源。现阶段，全球发展依然对化石能源有较强的依赖性，在过度开采化石能源的过程中，环境受到威胁，也对社会的发展造成了阻碍，因此人类不得不重视对生态环境的保护。在我国“双碳”战略目标的实现过程中，开发与使用清洁能源成为重要手段，太阳能光伏发电等清洁能源技术已成为全球经济发展的可靠保障。
1太阳能电池的光伏发电原理
光伏发电可以基于半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转化为电能。太阳能电池的芯片是一种具有光电效应的半导体器件。半导体的PN结受到太阳光照射后，被吸收的光激发，使束缚的电子处于高能级状态，成为自由电子。这些自由电子在晶体内部向各个方向移动，产生“光生电子—空穴”对，剩余的空穴在晶体周围飘移。自由电子（-）聚集在N结，空穴（+）聚集在P结，在电池两端积累起异性电荷，产生电动势，即光生电动势。当多个太阳能电池串联或并联时，可以形成输出功率较大的太阳能电池方阵。光伏发电系统产生的直流电流经过一系列逆变、检测、控制、保护等过程，最终并入电网。
2光伏发电的发展现状
2.1光伏发电材料的发展
2.1.1晶硅材料
光伏产业发展的基础是发电材料，人们发现半导体硅的发电原理后，光伏发电技术主要采用的是二极管发电技术。最初采用的是单晶硅发电技术，因为单晶硅的晶化时间长，且对材料造成的损耗较大，导致发电效率较低、成本非常高，逐渐无法跟上工业规模。因此，人们探索出了一种新的结晶技术——多晶硅的晶化技术，多晶硅的晶化时间更短，能量消耗更低，提高了生产力。在硅太阳能电池中，单晶硅的转化效率最高，在大规模的应用和生产中占主导地位，其极限转化效率可达27%。多晶硅的理论转化率为20%，实际转化率一般在12%～14%。在化合物太阳电池，可以将Ⅲ/Ⅴ族化合物结合在三种不同的薄膜构造上，理论极限转化率可达67%，实际转化率为30%，有望成为一种低成本、高转化率的光伏发电材料。
2.1.2有机半导体材料
目前，对有机半导体的研究也逐渐深入，并五苯和噻吩材料光伏阵列转化率已达5%，其工艺简单、实用性强、柔性强，应用前景广阔。薄膜电池近些年也引起广泛关注，其可分为硅系、Ⅱ/Ⅳ族化合物等，目前用于光伏阵列的转化率基本在20%左右。考虑到成本和工艺等因素，单晶硅和多晶硅仍是主要的材料来源。然而，薄膜光伏阵列、化合物电池及有机物电池等都已展现出优良特性和性价比，在未来技术成熟时，将逐渐成为光伏阵列的主流材料。
2.2国内发展现状
近几年，国内的光伏发电产业虽然规模扩大，但是总体发展还处于制造业范畴，大多数企业的创新研发能力有限，没有自己的知识产权和特色产业，一旦危机来临，产业链的成本增加，企业将进入寒冬期。受原材料的限制，多晶硅和单晶硅价格都开始上涨，导致国内的太阳能产品价格上涨，失去了以前的低价优势；同时，国外的市场只能消化一部分产能。目前，光伏发电主要朝着以下三个方向发展。（1）引入光伏发电竞争机制。激发光伏发电企业的竞争意识，提高各企业创新研发能力。（2）加强对可再生能源的利用，解决弃光难题。为响应绿色、清洁能源的发展号召，光伏发电企业要加强对可再生能源的开发及利用，提高可再生能源在发电能源中的占比。企业应减小火力发电的规模，抑制弃光问题的出现，并加大对配电网及输电通道等设施的资金投入。（3）提高光伏发电的环保性。虽然太阳能是清洁能源，但是光伏发电会对环境产生一定的影响。我国不仅要及时建立光伏发电对环境影响的评估体系，还要对光伏材料进行回收再利用，提高光伏材料的利用率及太阳能的转化率。
3光伏发电的控制方法
3.1实现工作模式的有效转换
太阳能光伏发电系统主要是依托两种运行模式来开展相应的工作，具体来说相应的系统借助并网逆变模式以及独立逆变模式，使得系统能够顺应多样化的工作条件，以及满足相应的工作需求。具体来说，当相应的系统处于实时运转状态后两种模式会实现快速地转化，在此期间工作人员需要对各项关键零部件进行检测，例如对电网蓄电池以及太阳能电池所具备的电流电压值进行测验，确保相关设备能够正常、稳定地运转，使得相应的工作模式能够实现快速地转换。同时要实现并网发电，还需要满足太阳能电池电压时刻处于正常的状态，并且相应的电网电压也需要满足基本的数值要求，同时蓄电池内部的电压需要保持饱和的状态。只有满足上述的条件才能够使得并网发电作业能够安全、稳定地进行。
3.2光伏电源解合环
在当前太阳能光伏发电系统运转过程中，结合对应的逆变器设备能够确保对电网系统实施高效化、自动化的检验操作，并且完成对应的并网发电操作管理，确保对应的太阳能光伏发电系统能够稳定、高效地运转，而当需要进行相应的退网操作时，必须完成对光伏板的电流开关进行有效管控，将相应的直流开关进行断开处理之后再通过检验，确认相关设备停止运行之后再将逆变器另一侧的交流开关实施断路管控，根据实际的工作状况来对相关设备进行必要的停电处理，直到完全实现对整个光伏电源的断开处理即可。如果相应的开关处于打开或者是合并的情况，可以直接对逆变器进行停止处理，或者是直接断开交流开关，也具备类似的管控功效，但是仅限于当前并网容量较小的状况时才能够执行相应的操作。如果当相应的装置或整个电网体系出现较大的安全事故时，则需要实现对电源进行必要的退网处理，在退网处理的过程中同样需要实现对逆变器设备以及相关保护装置的管理、管控，以及进行必要的检测操作，避免相应的事故影响范围扩大。
3.3基于非线性特性的智能控制方法
光伏电池的输出特性曲线具备明显的非线性，传统的算法难以满足其控制要求。对此，可以使用模糊逻辑控制、人工神经网络等算法。模糊逻辑控制算法不需建立光伏发电系统准确的数学模型，具有鲁棒性强、跟踪精度高等特点。基于人工神经网络的跟踪最大功率点算法计算工作量小、响应速度快，具有强大的推理和记忆能力，但是缺点是对于不同的光伏发电系统，需要对样本进行针对训练且训练时间较长。
结束语
在能源短缺及环境污染的背景下，丰富的太阳能资源将为解决人类的能源问题作出巨大贡献。其中，光伏发电技术吸引了越来越多能源专家及能源企业的研发与投资。光伏电池的最大功率点主要受光照强度和温度的影响，如何实现太阳能光伏电池最大功率输出将成为研究的重点。
