影響光伏電站發(fā)電量的10個(gè)因素

1、1影響太陽電站(din zhn)發(fā)電量的10個(gè)因素1：太陽輻射量2：太陽電池組件的傾斜角度3：太陽電池組件的效率4：組合損失5：溫度(wnd)特性6：灰塵損失7：最大輸出功率跟蹤 （MPPT）8：線路損失9：控制器、逆變器效率10：蓄電池的效率（獨(dú)立系統(tǒng)）All rights reserved.共五十九頁1：太陽輻射(ti yn f sh) 在地球上，我們的能源基本上都來源于太陽，電力也不例外，我們的電能也是以不同的方式從太陽能轉(zhuǎn)換中得到的。 太陽是一個(gè)(y )灼熱的火球，它表面的溫度大約為6000，而中心的溫度達(dá)到2000萬，它不斷地向外輻射光和熱。 太陽這個(gè)灼熱的火球距離我們很遙遠(yuǎn)，它向外

2、輻射光和熱以30萬公里/秒的速度，經(jīng)歷8分鐘的長(zhǎng)途跋涉才來到地球。共五十九頁電與太陽能發(fā)電(fdin)在人類眾多的能源中，品位最高的無疑應(yīng)該是電能了。它可以非常方便地轉(zhuǎn)換成其他能源形式：磁能、光能、熱能、化學(xué)能等等。而且它的傳輸方便，這也是其他能源所做不到的。廣意上講，地球上的能量幾乎都是太陽能，從狹義上講，太陽能分為光熱、光電。 在太陽電池組件的轉(zhuǎn)換效率一定的情況下，光伏系統(tǒng)(xtng)的發(fā)電量是由太陽的輻射強(qiáng)度決定的。共五十九頁太陽能光伏發(fā)電對(duì)環(huán)境(hunjng)的影響共五十九頁與光伏發(fā)電有關(guān)(yugun)的幾個(gè)太陽輻射數(shù)據(jù)太陽(tiyng)輻射強(qiáng)度1）日照時(shí)間：氣象上每天太陽輻射超過12

3、0W/平方米的時(shí)間。意義不大。2）峰值太陽（日照）小時(shí)。這是一個(gè)等效概念，指每天太陽輻射強(qiáng)度超過1KW平方米（太陽電池測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)）的小時(shí)數(shù)，它在數(shù)值上等于平均日輻射量除以標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)，單位是h/d（小時(shí)/天）共五十九頁我國的太陽輻射(ti yn f sh)情況共五十九頁四類太陽輻射(ti yn f sh)地區(qū)共五十九頁太陽(tiyng)光譜共五十九頁大氣質(zhì)量Z：太陽(tiyng)天頂角Z=48.2,AM1.5共五十九頁討論(toln)：1：不同的太陽電池的頻率響應(yīng)是不一樣的，通常在3001200nm之間。2：近紅外線和近紫外線是可以發(fā)電的。3：太陽常數(shù)：在地球大氣層外，平均日地距離處垂直太陽光單

4、位面積(min j)上的太陽輻射強(qiáng)度，用AM0表示。 1367W7W/m2 25,1000W/m2, AM1.5為太陽電池的測(cè)試條件。 共五十九頁討論(toln)1：計(jì)量單位 kwh/m2 .a Mj/m2.a 換算：1kwh=3.6Mj2:我國的峰值日照小時(shí)： 1類地區(qū)：4.79小時(shí) 2類地區(qū)：4.3小時(shí) 3類地區(qū)：3.3小時(shí) 4類地區(qū)：2.8小時(shí)（和德國柏林差不多）并網(wǎng)光伏電站的平均效率在75%光伏系統(tǒng)對(duì)太陽輻射能量的利用效率只有10%左右（太陽電池效率、組件組合損失(snsh)、灰塵損失(snsh)、控制逆變器損失(snsh)、線路損失(snsh)、蓄電池效率）共五十九頁關(guān)于太陽輻射(t

5、i yn f sh)測(cè)量的新進(jìn)展目前國際輻射測(cè)量動(dòng)向1、關(guān)BSRN（世界氣象組織太陽輻射基 準(zhǔn)站）的一些(yxi)情況2、美國輻射測(cè)量站網(wǎng)3、輻射測(cè)量的問題和進(jìn)展共五十九頁BSRN（世界氣象組織太陽輻射(ti yn f sh)基準(zhǔn)站)共五十九頁美國(mi u)輻射測(cè)量站網(wǎng)共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁基準(zhǔn)(jzhn)站之一共五十九頁總輻射(fsh)表共五十九頁高精度輻射(fsh)表共五十九頁輻

6、射測(cè)量的問題(wnt)和進(jìn)展共五十九頁討論(toln)與總結(jié)1：太陽輻射的測(cè)量對(duì)測(cè)試環(huán)境有比較高的要求，并不是任何地點(diǎn)(ddin)都適合進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)量。2：太陽輻射的測(cè)量是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程。3：我國正在擬定關(guān)于太陽輻射的測(cè)量的一系列國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由“全國氣象防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”負(fù)責(zé)擬定。其中包括名詞解釋、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試方法等。4：光伏電站的發(fā)電量直接與太陽輻射量有關(guān)，太陽的輻射強(qiáng)度、光譜特性是隨著氣象條件而改變的。5：太陽能資源的評(píng)估不可能十分精確。共五十九頁2：太陽電池(ti yn din ch)組件的傾斜角度從氣象站得到的資料(zlio)一般只有水平面上的太陽輻射總量H，直接輻射量

7、Hb及散射輻射量Hd，且有： H=Hb+ Hd 對(duì)于傾斜面上的太陽輻射總量及太陽輻射的直散分離原理可得：傾斜面上的太陽輻射總量Ht是由直接太陽輻射量Hbt天空散射量Hdt和地面反射輻射量Hrt部分組成。 Ht=Hbt+Hdt+Hrt共五十九頁Hbt計(jì)算(j sun)（1） Hbt的計(jì)算：對(duì)于確定的地點(diǎn)，如果知道全年每個(gè)月水平面上平均太陽輻射的總輻射量H、直接輻射量Hb及散射輻射量Hd以后，就可以算出不同傾斜角下的相關(guān)太陽輻射量，以下是它的計(jì)算公式： Hbt=RHb 其中R為傾斜面上的直接輻射(fsh)分量與水平面上直接輻射(fsh)分量的比值。對(duì)于朝向赤道的傾斜面來說： 式中：為光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)

8、地緯度；為光伏方陣傾角；為太陽赤緯；s水平面上日落時(shí)角；st頃斜面上日落時(shí)角。 太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，用表示，在一年之中，太陽赤緯每天都在發(fā)生變化，但不超過23。27的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23。27；冬天最小變化到冬至日的- 23。27。太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照庫伯(cooper)方程，可知太陽赤緯的計(jì)算公式為： 式中：n為一年中的天數(shù)。如：在春分，n =81，=0，自春分曰起第d天的太陽赤緯為：共五十九頁太陽(tiyng)的赤緯角共五十九頁天空(tinkng)散射輻射分量Hdt 對(duì)于天空(tinkng)散射采用Hay模型，Hay模型認(rèn)為傾斜面上天空(tinkn

9、g)散射輻射量是由太陽的輻射量和其余天空(tinkng)穹頂均勻分布的散射量?jī)刹糠纸M成，可表示為： 式中：Ho為大氣層外水平面上輻射量。其計(jì)算公式為： 式中：Isc為太陽常數(shù)，取1367W/m2。 若天空散射各向同性時(shí)，上式可以化簡(jiǎn)為：共五十九頁地面反射(fnsh)輻射分量Hrt： 通常可將地面的反射(fnsh)輻射看成是各向同性的，其大小為： 其中P為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示： 各種地面反射率共五十九頁一般(ybn)計(jì)算時(shí)，可取p=0.2，綜上所述，斜面上太陽輻肘量即為：共五十九頁我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站(din zhn)最佳傾角共五十九頁我國部分地區(qū)并網(wǎng)(b

10、n wn)電站最佳傾角共五十九頁5：溫度(wnd)特性共五十九頁共五十九頁討論(toln)1：氣象部門提供的是水平面上的太陽直接是輻射(fsh)和散射部分的輻射(fsh)量，和我們實(shí)際應(yīng)用的情況有區(qū)別。2：并網(wǎng)的太陽電池直接的傾斜角度設(shè)計(jì)只需要考慮全年總發(fā)電最大就可以了，相對(duì)于獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)要簡(jiǎn)單的多。3：具體做法 ，可以采用查表或者軟件的方法。共五十九頁3：太陽電池(ti yn din ch)的效率1839年法國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家E：Becquere-1發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特(ft)效應(yīng)，簡(jiǎn)稱為光伏效應(yīng)； 1877年 wGAdams和REDay研究了硒(se)的光伏效應(yīng)，并制作第一片硒太陽電池； 188

11、3年美國發(fā)明家charles Fritts描述了第一片硒太陽電池的原理； 1904 年Hallwachs發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅(cucu20)結(jié)合在一起具有光敏特性；德國物理學(xué)家愛因斯坦(Albert Einsteln)發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文； 1918年波蘭科學(xué)家czochralski發(fā)展生長(zhǎng)單晶硅的提拉法工藝； 1921年德國物理學(xué)家愛因斯坦由于1904年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)；1930年 BLang研究氧化亞銅銅(Cu20Cu)太陽電池，發(fā)表“新型光伏電 池”論文；WSchottky發(fā)表“新型氧化亞銅(Cu20)光電池”論文； 1932年 Audobert和Stora發(fā)現(xiàn)硫化

12、鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象； 1933年 L0Grondahl發(fā)表“銅一氧化亞銅(CwCu20)整流器和光電池” 論文； 1951年生長(zhǎng)p-n結(jié)，實(shí)現(xiàn)制備單晶鍺電池；共五十九頁1953年 Wayne州立大學(xué)Dan Trivich博士完成基于太陽光譜的具有不同帶隙寬 度的各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的第一個(gè)理論計(jì)算； 1954年 RCA實(shí)驗(yàn)室的PRappaport等報(bào)道硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象； (RCA：Radio Corporation of America，美國無線電公司)； 貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室研究人員DMChapin，CSFuller和GLPearson報(bào) 道45效率的單晶硅太陽龜池的發(fā)現(xiàn)，幾

13、個(gè)月后效率達(dá)到6。 1955年西 部電工(Western Electric)開始出售硅光伏技術(shù)商業(yè)專利，在亞桑那大學(xué)召開國際太陽能會(huì)議， Hoffman電子推出效率為2的商業(yè)太陽電池產(chǎn)品，電池為14mw片，25美元(miyun)片，相當(dāng) 于1785USDW； 1956年 PPappaport，JJLoferski和EGLinder發(fā)表“鍺和硅p n結(jié)電子電流效應(yīng)”的文章； 1957年 Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到8；DMChapin，CSFuller和GLPearson獲得“太陽能轉(zhuǎn)換器件”專利權(quán)； 1958年美國信號(hào)部隊(duì)的TMandelkorn制成np型單晶硅光伏電池，這種電池抗輻

14、射能力強(qiáng)，這對(duì)太空電池很重要；Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到 9；第一個(gè)光伏電池供電的衛(wèi)星先鋒1號(hào)發(fā)射，光伏電池lOOcm2，0IW，為一備用的5mW的話筒供電； 1959年 Hoffman電子實(shí)現(xiàn)可商業(yè)化單晶硅電池效率達(dá)到10，并通過用網(wǎng)柵 電極來顯著減少光伏電池串聯(lián)電阻；衛(wèi)星探險(xiǎn)家6號(hào)發(fā)射，共用9600片電池列 陣，每片2 cm2，共約20W； ，共五十九頁 1960年 Hoffman電子實(shí)現(xiàn)單晶硅電池效率達(dá)到14； 1963年第一個(gè)商業(yè)通訊衛(wèi)星Telstar發(fā)射，所用的太陽電池功率14W； 1963 年Sharp公司成功生產(chǎn)光伏電池組件；日本在一個(gè)燈塔安裝242W光伏電池列陣，在

15、當(dāng)時(shí)是世界最大的光伏電池列陣； 1964年宇宙飛船“光輪發(fā)射”，安裝470W的光伏列陣； 1965 年P(guān)eter Olaser和ADLittle提出衛(wèi)星太陽能電站構(gòu)思； 196年6帶有1000W光伏列陣大軌道天文觀察站發(fā)射； 1972年法國人在尼日爾一鄉(xiāng)村學(xué)校安裝一個(gè)硫化鎘光伏系統(tǒng)，用于教育電視供電 1973年美國特拉華大學(xué)建成世界第一個(gè)光伏住宅； 1974年日本推出光伏發(fā)電的“陽光計(jì)劃”；Tyco實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)第一塊EFG晶體硅帶，25mm寬，457mm長(zhǎng)(EFG：Edge defined Film FedGrowth，定邊喂膜生長(zhǎng))； 1977年世界光伏電池超過500kW；DECarlson和

16、cRWronski在wESpear的1975年控制p-n結(jié)的工作基礎(chǔ)上制成世界上第一個(gè)非晶硅(aSi)太陽電池； 1979年世界太陽電池安裝總量達(dá)到1MW； 1980年 ARCO太陽能公司是世界上第一個(gè)年產(chǎn)量達(dá)到1MW光伏電池生產(chǎn)廠家；三洋電氣公司利用非晶硅電池率先制成手持式袖珍計(jì)算器，接著完成了asi組件批量生產(chǎn)并進(jìn)行(jnxng)了戶外測(cè)試； 1981年名為Solar Challenger的光伏動(dòng)力飛機(jī)飛行成功； 共五十九頁 1992年世界太陽電池年產(chǎn)量超過579Mw； 1993年世界太陽電池年產(chǎn)量超過601MW； 1994年世界太陽電池年產(chǎn)量超過694MW； 1995年世界太陽電池年產(chǎn)量

17、超過777MW；光伏電池安裝總量達(dá)到500MW； 1996年世界太陽電池年產(chǎn)量超過886MW； 1997年世界太陽電池年產(chǎn)量超過1258MW； 1998年世界太陽電池年產(chǎn)量超過1517MW；多晶硅電池產(chǎn)量首次超過單晶硅； 1999年世界太陽電池年產(chǎn)量超過2013MW；美國NREL的MAContreras等報(bào)道銅銦錫(CIS)電池效率達(dá)到188；非晶硅電池占市場(chǎng)份額123； 2000年世界太陽電池年產(chǎn)量超過2877Mw，安裝超過1000Mw，標(biāo)志(biozh)太陽能時(shí)代的到來； 200l年世界太陽電池年產(chǎn)量超過399Mw；Wu x，Dhere RG，A|bin D.s.等報(bào)道碲化鎘(cdTe)電

18、池效率達(dá)到164；單晶硅太陽電池售價(jià)約為3USDW； 共五十九頁 2002年世界太陽電池年產(chǎn)量超過540Mw；多晶硅太陽電池售價(jià)約為2.2USDW； 2003年太陽電池年產(chǎn)量超過760MW；德國FratInhofer ISE的LFC(Laserfired contact)晶體硅太陽電池效率達(dá)到20； 2004年太陽電池年產(chǎn)量超過1200Mw；德國Fraurlhofer ISE多晶硅太陽電池效率達(dá)203；非晶硅電池占市場(chǎng)份額44，降為1999年的13，CdTe占1_1；而CIS占O4； 2010年通過技術(shù)突破，太陽電池成本進(jìn)一步降低，在世界能源供應(yīng)中占有一定的份額；德國可再生能源發(fā)電達(dá)到125；

19、 2020年太陽電池發(fā)電成本與化石能源(nngyun)相接近，德國可再生能源(nngyun)占20； 2030年太陽電池發(fā)電達(dá)到lO20；德國將關(guān)閉所有的核電站； 2050年世界太陽能利用將占有世界能源總能耗3050份額。共五十九頁1982年世界太陽電池年產(chǎn)量超過93MW； 1983年世界太陽電池年產(chǎn)量超過213MW；名為Solar Trek的lkW光伏動(dòng)力汽車穿越澳大利亞，20天內(nèi)行程達(dá)到4000km； 1984年面積為929cm2的商品化非晶硅太陽電池組件問世； 1985年單晶硅太陽電池售價(jià)10USDW；澳大利亞新南威爾士大學(xué)MartinGreen（馬丁格林博士）研制單晶硅的太陽電池效率達(dá)

20、到20； 1986 年6月，ARCO Solar發(fā)布(fb)G-4000世界首例商用薄膜電池“動(dòng)力組件”； 1987 年11月，在3100km穿越澳大利亞的Pentax World Solar Challenge Pv一動(dòng)力汽車競(jìng)賽上，GM Sunrayeer獲勝，平均時(shí)速約為71kmh； 1990年世界太陽電池年產(chǎn)量超過465MW； 1991年世界太陽電池年產(chǎn)量超過553MW；瑞士Grfitzel教授研制的納米TiOz染料敏化太陽電池效率達(dá)到7；共五十九頁討論(toln)1：太陽電池的效率在緩慢的提高，目前尚德公司的太陽電池效率可以達(dá)到19%以上，是國內(nèi)效率最高的太陽電池。2： 進(jìn)入本世紀(jì)以

21、來，我國太陽能光伏進(jìn)入了快速發(fā)展期，太陽電池的效率在不斷提高，在納米技術(shù)的幫助(bngzh)下，未來硅材料的轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%，這將成為太陽能發(fā)電技術(shù)上的“革命性突破”。太陽能光伏電池主流的材料是硅，因此硅材料的轉(zhuǎn)化率一直是制約整個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。硅材料轉(zhuǎn)化率的經(jīng)典理論極限是29%。而在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的記錄是25%，正將此項(xiàng)技術(shù)投入產(chǎn)業(yè)。目前，投入大量商業(yè)生產(chǎn)的光伏太陽能電池組件的轉(zhuǎn)換率約在16%左右。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以直接從硅石中提煉出高純度硅，而無需將其轉(zhuǎn)化為金屬硅，再從中提煉出硅。這樣可以減少中間環(huán)節(jié)，提高效率。將第三代納米技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合，可以把硅材料的轉(zhuǎn)化率提升至35%以上，如果投

22、入大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)，將極大地降低太陽能發(fā)電的成本。令人可喜的是，這樣的技術(shù)“已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室完成，正等待產(chǎn)業(yè)化的過程”。3：在不久的將來，尚德公司將利用納米技術(shù)為廣大用戶提供35%效率的太陽電池。共五十九頁4：組合(zh)損失1：凡是串連就會(huì)由于組件的電流(dinli)差異造成電流損失；2：凡是并連就會(huì)由于組件的電壓差異造成電壓損失；3：組合損失可以達(dá)到8%以上，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于10%。共五十九頁討論(toln)1：為了減少組合損失，應(yīng)該在電站安裝前嚴(yán)格挑選電流一致的組件串聯(lián)。2：組件的衰減特性盡可能一致。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-9535規(guī)定，太陽電池組件的最大輸出功率在規(guī)定條件下試驗(yàn)后檢測(cè)，其衰減不得(bu de)超過8% 3：隔離二極管有時(shí)候是必要的。共五十九頁5：溫度(wnd)特性共五十九頁共五十九頁討論(toln)溫度上升1,晶體硅太陽電池 最大輸出功率下降0.04% 開路電壓下降0.04% （-2mv/ ) 短路電流上升0.04% 為了(wi le)避免溫度對(duì)發(fā)電量的影響，應(yīng)該保持組件良好的通風(fēng)條件。共五十九頁6：灰塵(huchn)損失 電站的灰塵損失可能達(dá)到6%！ 組件需要經(jīng)常(jngchng)擦拭。共五十九頁7：MPPT 最大輸出功率跟蹤(gnzng)共五十九頁討論(toln) 從太