太陽能光伏發(fā)電課件

1、張春富張春富 MBQQ:1838581426教學內(nèi)容和重點：教學內(nèi)容和重點： 太陽及太陽能、太陽能光伏系統(tǒng)的分類；太陽及太陽能、太陽能光伏系統(tǒng)的分類； 太陽能電池原理、特性、制作方法、使用和維護；太陽能電池原理、特性、制作方法、使用和維護； 蓄電池的原理、特性、蓄電池的原理、特性、安裝、使用和維護安裝、使用和維護； 控制器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法；控制器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法； 逆變器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法逆變器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法先修；先修； 光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計、安裝調(diào)試及運行維護設計、安裝調(diào)試及運行維護選修；選

2、修； 實驗實驗/實訓（實訓（4個實驗個實驗+課程設計）。課程設計）。考核方法（參考）：考核方法（參考）： 課程成績課程成績=平時平時(10%)+實驗實驗(20%)+期末考試期末考試(70%)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應用技術(shù)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應用技術(shù)第第1章章 緒論緒論傳統(tǒng)能源現(xiàn)狀傳統(tǒng)能源現(xiàn)狀 能源需求量日益增加，化石能源的儲量有限能源需求量日益增加，化石能源的儲量有限能源危機能源危機自然生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀自然生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀 傳統(tǒng)能源消耗增加傳統(tǒng)能源消耗增加人造氣體增加人造氣體增加環(huán)境惡環(huán)境惡化（溫室效應：化（溫室效應：阻礙阻礙地球地球能量的正常逃逸能量的正常逃逸 ）。）。常規(guī)電網(wǎng)的局限性常規(guī)電

3、網(wǎng)的局限性集中發(fā)電、分布使用、電網(wǎng)輸送；集中發(fā)電、分布使用、電網(wǎng)輸送； 電網(wǎng)輸電到邊遠地區(qū)困難；電網(wǎng)輸電到邊遠地區(qū)困難； 電力供應不足；電力供應不足；解決方案解決方案水能、生物質(zhì)能、海洋能、地熱能水能、生物質(zhì)能、海洋能、地熱能太陽能、風能太陽能、風能1.1 太陽及太陽能概述太陽及太陽能概述太陽能：氫聚變所產(chǎn)生的能源；太陽能：氫聚變所產(chǎn)生的能源；發(fā)射功率量級：發(fā)射功率量級：3.8*1026W，22億分之一到地表；億分之一到地表；地表接收輻射：地表接收輻射：1.8*1016W，萬倍于人類需求。，萬倍于人類需求。1.1.1 太陽的物理特性太陽的物理特性 太陽是距地球最近的恒星，太陽系的中心。太陽是距

4、地球最近的恒星，太陽系的中心。 半徑半徑： R=6.96 105 km (地球的地球的109倍）；倍）； 體積：體積：1.4122 107 km3(地球的地球的130萬萬倍）倍）； 溫度：溫度：5770(表面表面)，1.56 107 (核心核心)； 日地平均距離：日地平均距離：1.5 108km； 太陽光到達地球表面時間：太陽光到達地球表面時間：約約8 18 ； 水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、彗星太陽的結(jié)構(gòu)太陽的結(jié)構(gòu)1. 里三層里三層 核反應區(qū)核反應區(qū) 輻射區(qū)輻射區(qū) 對流區(qū)對流區(qū) 2.外三層外三層 光球?qū)庸馇驅(qū)?色球?qū)由驅(qū)?日冕層日冕層 1.1.2 太陽能輻射與

5、吸收太陽能輻射與吸收輻射功率：輻射功率：太陽在單位時間內(nèi)以輻射形式發(fā)射出的太陽在單位時間內(nèi)以輻射形式發(fā)射出的能量稱太陽的輻射功率，也叫輻射通量，單位是瓦能量稱太陽的輻射功率，也叫輻射通量，單位是瓦特特(W=J/s)；太陽太陽輻照度：輻照度：投射到單位面積上的輻射通量，單位投射到單位面積上的輻射通量，單位是瓦是瓦/米米2(W/m2) ； 到達地球的太陽輻射體現(xiàn)：到達地球的太陽輻射體現(xiàn)：熱能：熱能：使地球的平均溫度大約保持在使地球的平均溫度大約保持在l4，造成適合各種生，造成適合各種生物生存和發(fā)展的自然環(huán)境，同時使地球表面的水不斷蒸發(fā)，物生存和發(fā)展的自然環(huán)境，同時使地球表面的水不斷蒸發(fā)，造成全球每

6、年約造成全球每年約50 1016 km3的降水量，其中大部分降水落的降水量，其中大部分降水落在海洋中，少部分落在陸地上，這就是云、雨、雪、江、河、在海洋中，少部分落在陸地上，這就是云、雨、雪、江、河、湖形成的原因。湖形成的原因。推動海水及大氣的對流運動推動海水及大氣的對流運動，這便是海流能、波浪能、風能，這便是海流能、波浪能、風能的由來（還有月球等星體的萬有引力）。的由來（還有月球等星體的萬有引力）。植物植物光合作用光合作用的能量來源的能量來源 ，演變成化石能源。演變成化石能源。 大氣對太陽輻射的衰減大氣對太陽輻射的衰減到達地面的太陽輻射一部分以平行光的方式直接到達，到達地面的太陽輻射一部分以

7、平行光的方式直接到達，稱為稱為直接輻射直接輻射；另一部分是太陽光線經(jīng)大氣散射，投射到；另一部分是太陽光線經(jīng)大氣散射，投射到地面的稱為地面的稱為散射輻射散射輻射；直接輻射與散射輻射的總和為地球；直接輻射與散射輻射的總和為地球接受到的太陽接受到的太陽總輻射能量總輻射能量。 地表輻射量受接收太陽輻射面的傾斜度和方位角的影響。地表輻射量受接收太陽輻射面的傾斜度和方位角的影響。大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量AM為了能夠方便地研究太陽輻射受地球大氣衰減作用的影為了能夠方便地研究太陽輻射受地球大氣衰減作用的影響，將太陽輻射通過大氣的厚度稱為大氣質(zhì)量（響，將太陽輻射通過大氣的厚度稱為大氣質(zhì)量（air-mass，AM），其）

8、，其確切定義確切定義是：太陽光線通過大氣的實際距離與是：太陽光線通過大氣的實際距離與大氣的垂直厚度之比，它是一個無量綱的量，用大氣的垂直厚度之比，它是一個無量綱的量，用m表示。表示。AM0：大氣層之外：大氣層之外AM1：地表最短距離：地表最短距離太陽輻射光譜太陽輻射光譜太陽輻射能量隨波長的分布，稱為太陽輻射能量隨波長的分布，稱為太陽光譜太陽光譜（能譜）能譜）。波長波長0.154.0 m的光，的光，99%； 0.40.76 m(可見光可見光)，40.3%； 0.76 m(紅外光紅外光)，51.4%；最大輻射能量最大輻射能量波長波長，0.475 m.太陽常數(shù)（太陽常數(shù)（solar constant

9、） 太陽常數(shù)是指在日地平均距離處，地球大氣層外（大氣太陽常數(shù)是指在日地平均距離處，地球大氣層外（大氣上界）垂直于太陽光線的平面上，單位時間、單位面積內(nèi)上界）垂直于太陽光線的平面上，單位時間、單位面積內(nèi)所接受的所有波長的太陽總輻射能量值，它基本上是一個所接受的所有波長的太陽總輻射能量值，它基本上是一個常數(shù)，所以這個輻照度稱為常數(shù)，所以這個輻照度稱為太陽常數(shù)太陽常數(shù)。世界氣象組織確定為：世界氣象組織確定為：I0（1367 7）W/m21.1.3 日地運動規(guī)律日地運動規(guī)律 地球自轉(zhuǎn)：地球繞著通過它本身南極和北極的地球自轉(zhuǎn)：地球繞著通過它本身南極和北極的“地軸地軸”自西向東轉(zhuǎn)動。每轉(zhuǎn)一周（自西向東轉(zhuǎn)動

10、。每轉(zhuǎn)一周（360 ）為一晝夜，一晝夜又分為）為一晝夜，一晝夜又分為24h，所以地球每小時自轉(zhuǎn)，所以地球每小時自轉(zhuǎn)15 。 地球公轉(zhuǎn)：地球繞太陽循著橢圓形軌道地球公轉(zhuǎn)：地球繞太陽循著橢圓形軌道(黃道黃道)運行，稱運行，稱為為“公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)”。周期為一年，一年為。周期為一年，一年為365天。天。 赤黃交角：赤黃交角：地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面（黃道面）地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面（黃道面）的的法線法線傾斜成傾斜成23 27 的夾角，即自轉(zhuǎn)平面與公轉(zhuǎn)平面的夾的夾角，即自轉(zhuǎn)平面與公轉(zhuǎn)平面的夾角。角。1.1.5 我國的太陽能資源我國的太陽能資源 1.太陽能資源分布太陽能資源分布 我國陸地每年接受的太

11、陽能輻射量約為我國陸地每年接受的太陽能輻射量約為5.021022J，相，相當于當于1.7萬億噸標準煤的能量（標準煤的燃燒值：國標，萬億噸標準煤的能量（標準煤的燃燒值：國標，29305kJ/kg；行業(yè)標準，；行業(yè)標準，29271kJ/kg），數(shù)量是非常巨大），數(shù)量是非常巨大的。全國各地太陽年輻射總量達的。全國各地太陽年輻射總量達33508370MJ/m2，中值為，中值為5860MJ/m2。 年輻射總量：年輻射總量：33508370MJ/m2，但不穩(wěn)定。，但不穩(wěn)定。（1）一類地區(qū)：日照）一類地區(qū)：日照32003300h/a；輻射量；輻射量（67008370） MJ/(m2a) ，相當于相當于225

12、285kg標煤燃燒能量。標煤燃燒能量。（2）二類地區(qū)：日照）二類地區(qū)：日照30003200h/a；輻射量；輻射量（58606700） MJ/(m2 a) ，相當于，相當于200225kg標煤燃燒能量。標煤燃燒能量。（3）三三類地區(qū)：日照類地區(qū)：日照22003000h/a；輻射量；輻射量（49505680） MJ/(m2 a)，相當于，相當于170200kg標煤燃燒能量。標煤燃燒能量。（4）四四類地區(qū)：日照類地區(qū)：日照14002200h/a；輻射量（；輻射量（41905020） MJ/(m2 a) ，相當于，相當于140170kg標煤燃燒能量。標煤燃燒能量。（5）五五類地區(qū)：日照類地區(qū)：日照10

13、001400h/a；輻射量（；輻射量（33504200） MJ/(m2 a) ，相當于，相當于115140kg標煤燃燒能量。標煤燃燒能量。中國太陽能資源分布（單位：中國太陽能資源分布（單位：100MJ/m2 a）1.1.6 太陽能利用的基本形式太陽能利用的基本形式u太陽能熱利用溫室大棚、太陽能熱水器 技術(shù)成熟、商業(yè)化程度高；效率高，50%左右；應用廣泛。u太陽能熱發(fā)電溫差發(fā)電、熱電子熱離子發(fā)電、堿金屬熱電轉(zhuǎn)化、磁流體發(fā)電，純固態(tài)結(jié)構(gòu)；太陽能熱動力發(fā)電：輻射能熱能機械能動力發(fā)電設備電能。u太陽能光伏發(fā)電光生伏特（光生伏打）太陽能光伏電池u光伏電池(Photovoltaic PV)：實際上是一個P

14、N結(jié)，PN結(jié)在光照下產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應。u控制器：光伏控制器是對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行管理和控制的設備，保護蓄電池 ；平衡光伏系統(tǒng)能量 ；顯示系統(tǒng)工作狀態(tài) 。u蓄電池：將化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，對光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能需要蓄電池進行儲存和調(diào)節(jié)。u逆變器：是一種將直流電（光伏輸出、電池、電瓶等）轉(zhuǎn)化為交流電（一般為220V、50Hz的正弦波）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。1.2 太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展前景太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展前景u1954貝爾實驗室發(fā)明太陽能電池；u1974能源危機，光伏計劃；u2015中國光伏裝機總?cè)萘?3GW，其中分布式6GW，全球第一；u2015我國多晶硅產(chǎn)量16.5萬噸/100億片/41GW；u2015全球電池片產(chǎn)量60GW；u20