一、太阳能电池
1. 太阳能电池发电原理
太阳能之所以能够发电，其原理就是光生伏打效应（Photovoltaic Effect），简称光伏效应，最早于1838由法国物理学家亚历山大·贝克勒（Alexandre Becquerel）发现。光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电压的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。
太阳能电池的工作原理是基于光伏效应。太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)， 与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流。所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，所产生的电子将会受电场作用而移动至N型半导体处，空穴则移动至P型半导体处，因此便能在两侧累积电荷，此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。而太阳能电池的挑战就在于如何将产生的电子空穴对在复合之前将其搜集起来。如下图所示：
查看原图2. 太阳能电池的发展
就太阳能电池的发展时间而言，可区分为四个世代：第一代衬底硅晶（Silicon Based）、第二代为薄膜（Thin Film）、第三代新概念研发（New Concept）、第四代复合薄膜材料。
第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。种类可分为单晶硅（Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶硅（Amorphous Silicon）。以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料。单晶硅太阳能电池转换效率高，技术也最为成熟， 在实验室里最高的转换效率为24.7%，工业规模生产时的效率为15%~18%，但成本价格高，为了节省硅材料，所以发展出了多晶硅和非晶硅作为替代产品。多晶硅太阳能电池与单晶硅相比，成本低廉，但转换效率要低， 在验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%~17%，从趋势上看，不久就将在太阳能电池市场上占据主导地位。非晶硅太阳能电池硅消耗更少，生产电耗更低，但受制于材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，而且转换效率也要低于单晶硅和多晶硅，直接影响了它的实际应用。 如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
第二代薄膜太阳能电池以薄膜工艺来制造电池，种类可分为碲化镉（Cadmium Telluride CdTe）、铜铟硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化镓（GaAs）。多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 CIGS薄膜太阳能电池（CIGS），由Cu（铜）、In（铟）、Ga（镓）、Se（硒）四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，是组成电池板的关键技术。 由于该产品具有光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势，CIGS太阳能电池已是太阳能电池产品的明日之星，可以与传统的晶硅太阳能电池相抗衡。 虽然CIGS电池具有高效率和低材料成本的优势，但他也面临三个主要的问题：（1）制程复杂，投资成本高（2）关键原料的供应不足（3）缓冲层CdS具有潜在的毒性。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
第三代电池与前代电池最大的不同是工艺中导入有机物和纳米科技。种类有染料光敏化太阳能电池、纳米结晶太阳能电池。纳米晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。 染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。自由电子被TiO2吸收，从电 极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。染料敏化太阳能电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。它的能量转换效率为12%左 右。此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来会逐步走上市场。
第四代电池则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。
3. 太阳能电池的性能参数
1）开路电压UOC：即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。
2）短路电流ISC：就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流值。
3）最大输出功率：太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。
4）填充因子：太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF（fill factor），它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标， 是代表太阳能电池在带最佳负载时， 能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF 的值始终小于1。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，其分电流就越大，导致开 路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。
5）转换效率：太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳 能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤 和环境变化等有关。
4. 太阳能电池的组成部件
查看原图1）钢化玻璃：其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的： 1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理。
2） EVA 胶膜：用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而 影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起 EVA提早老化，影响组件寿命。主要粘结封装发电主体和背板。
3）电池片：其主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，光电转换效率也高， 在室外阳光下发电比较适宜，但消耗及电池片成本很高；薄膜太阳能电池，消耗和电池成本很低，弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，但相对设备成本较高， 光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，如计算器上的太阳能电池。
4）背板：密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质）必须耐老化，大部分组件厂家都是质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。
5）铝合金边框：保护层压件，起一定的密封、支撑作用。
6）接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接，线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。
二、 光伏电站
1. 光伏模组：是将许多光伏电池（Photovoltaic Cell，太阳能电池）互连并包装的产物，如此互连的而达到的发电规模可提供商业大楼、住宅使用。
查看原图2. 光伏阵列：光伏阵列（Photovoltaic Array）是多片光伏模组的连结，也是更多光伏电池的连结。
查看原图3. 光伏电站：光伏发电系统（PV System）是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统。
查看原图光伏发电系统一般是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分关键设备的作用是：
1）太阳能电池在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生 “光生电压”，这就是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。
2）蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。
3）控制设备是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。
4）逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。 正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。
5）跟踪系统，由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统， 一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪
三、光伏产业链
光伏产业链包括上游硅料、铸锭（拉棒）、硅片，中游电池片、电池组件以及下游应用系统（包括发电系统、运维监测系统）等6个环节。从利润结构来看，上游的硅料生产获利最高，而下游电站收益由于国家补贴收益也很稳定，而中游电池片和电池组件由于进入门槛较低，导致竞争激烈，收益相对较低。
查看原图 光伏产业链A股上市公司一览：单晶硅：$中环股份(SZ002129)$ ，$拓日新能(SZ002218)$ 、$隆基股份(SH601012)$
多晶硅：$特变电工(SH600089)$ 、$航天机电(SH600151)$
光伏组件：$爱康科技(SZ002610)$ （铝合金边框/EVA/支架）、$福斯特(SH603806)$ （EVA）、$阳光电源(SZ300274)$ （逆变器）、$亚玛顿(SZ002623)$ （光伏玻璃）
电站运营：爱康科技(SZ002610) 、林洋电子(SH601222) 、$海润光伏(SH600401)$