太陽能光伏原理及應(yīng)用

1、太陽能光伏原理及應(yīng)用 1內(nèi)容提要一、利用可再生能源的意義二、可再生能源（太陽能）的利用 三、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)應(yīng)用 四、總結(jié) 2一、利用可再生能源的意義1、能源危機(jī)悄然逼近 油氣資源的供不應(yīng)求成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸 2004年,我國(guó)生產(chǎn)原油1.75億噸,進(jìn)口原油1.2億噸,對(duì)外依存度達(dá)到45.7%。 我國(guó)的石油消耗在過去20年里以每年5%的速度增加，預(yù)計(jì)到2010年我國(guó)石油供需缺口將近1億噸。 31、能源危機(jī)悄然逼近電力供應(yīng)同樣不容樂觀中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì)提供的一份中國(guó)工業(yè)發(fā)展報(bào)告預(yù)測(cè)，到2020年，煤炭供需缺口可能超過約為3億噸。 天然氣用量迅速增長(zhǎng)天然氣消費(fèi)在2004年也達(dá)到408億立方米,年增長(zhǎng)

2、速度11.8%。 42、建筑的高能耗及環(huán)境污染 全球能量的50%消耗于建筑的建造與使用過程我國(guó)的建筑能耗量約占全國(guó)總用能量的1/4，居耗能首位。其中80民用商品能源是由煤炭提供的。目前我國(guó)已建房屋有近400億平方米屬于高耗能建筑，新建房屋有95以上是高耗能建筑 52、建筑的高能耗及環(huán)境污染2003年初，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心關(guān)于建筑節(jié)能的調(diào)研報(bào)告稱， “因建筑耗能高，僅北方采暖地區(qū)每年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70億元；多排二氧化碳52萬噸。”62、建筑的高能耗及環(huán)境污染大量燃煤、環(huán)境污染嚴(yán)重1995年中國(guó)煤炭消費(fèi)量占世界煤炭總消費(fèi)量的29%，當(dāng)年中國(guó)排放了30 億噸CO2占當(dāng)年全球排

3、量的13.6%,僅次于美國(guó)。（其中建筑用能，對(duì)全國(guó)的溫室氣體排放“貢獻(xiàn)率”已經(jīng)達(dá)到了25。） 預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)將取代美國(guó)成為世界二氧化碳排放第一大國(guó)。 7、我國(guó)建筑節(jié)能的不足 我國(guó)節(jié)能工作起步較晚 如我國(guó)的建筑采暖耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家的45倍，屋頂為2.55.5倍，外窗為1.52.2倍;門窗透氣性為36倍;總耗能是34倍。 高耗能建筑大行其道，建筑能耗增長(zhǎng)的速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國(guó)能源生產(chǎn)可能增長(zhǎng)的速度，國(guó)家的能源生產(chǎn)勢(shì)必難以長(zhǎng)期支撐這種浪費(fèi)型需求 8二、太陽能的利用1、太陽能光伏利用太陽能利用的巨大潛力我國(guó)太陽能資源豐富，陸地每年接受的太陽輻射能，相當(dāng)于2.41012t

4、ce，2/3國(guó)土面積的太陽能總輻射量超過0.6MJ/m2。 如果將太陽能源充分加以利用，不僅有可能節(jié)省大量常規(guī)能源，而且有可能在某些區(qū)域完全利用太陽能采暖。 91、太陽能光伏利用太陽能的主要利用形式目前，太陽能利用主要有兩個(gè)途徑，即光熱和光電技術(shù)。光電技術(shù)指的是光伏發(fā)電，是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電更高端，前景更好，在太陽能利用上將是主流，將成為代表太陽能應(yīng)用最尖端、最先進(jìn)、最有潛力的一種技術(shù)。 102、光伏利用的基本原理基本原理太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，即一些半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，載流子數(shù)量會(huì)劇增，導(dǎo)電能力隨之增強(qiáng)，這就是半導(dǎo)體的

5、光敏特性。112、光伏利用的基本原理以PN結(jié)為例，當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N區(qū)到P區(qū)的電流。122、光伏利用的基本原理然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。 13、光伏建筑一體化 光伏建筑一體化 光伏與建筑一體化（BIPV-Building Integration PV system）提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，即通過建筑物，主要是屋頂和墻面與光伏發(fā)電集成起來，使建筑物自身利用綠色、環(huán)保的太陽能資源生產(chǎn)電力。 BIPV系統(tǒng)可以劃分為光伏屋頂結(jié)構(gòu)和光伏墻結(jié)構(gòu)兩種形式 14、太陽能光伏利用光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：(

6、1)建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合：把封裝好的的光伏組件安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置組成一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)。 15、太陽能光伏利用光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式： (2)建筑與光伏器件相結(jié)合：將光伏器件與建筑材料集成一體，用光伏組件代替屋頂、窗戶和外墻，形成光伏與建筑材料集成產(chǎn)品，既可以當(dāng)建材，又能利用綠色太陽能資源發(fā)電。16、太陽能光伏利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式 :(1)獨(dú)立供電方式：通過電池儲(chǔ)能、與公共電網(wǎng)分路。 特點(diǎn)：發(fā)電與用電可以不同步。我國(guó)絕大多數(shù)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用電池儲(chǔ)能的“獨(dú)立供電方式”。 17、太陽能光伏利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式

7、:(2)并網(wǎng)供電方式：光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電無論是否經(jīng)過化學(xué)電池組，最終通過逆變器變換產(chǎn)生交流電，或者向公共電網(wǎng)輸送電能，或者與公共電網(wǎng)同時(shí)端接輸出到低壓負(fù)載。 特點(diǎn)：當(dāng)時(shí)發(fā)電當(dāng)時(shí)使用，太陽能發(fā)出的電量直接與公共電網(wǎng)并接。 目前，美國(guó)、德國(guó)等西方先進(jìn)國(guó)家大多采取可逆流的“并網(wǎng)供電方式”。18、太陽能光伏利用太陽能光伏發(fā)電低壓并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 19、太陽能光伏利用太陽電池與一般的平板式光伏組件不同，（BIPV）組件既然兼有發(fā)電和建材的功能，就必須滿足建材性能的要求，如：隔熱、絕緣、抗風(fēng)、防雨、透光、美觀，還要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，不易破損，便于施工安裝及運(yùn)輸?shù)取?0、太陽能光伏利用晶體硅

8、太陽電池本身是不透光的，需要透光時(shí)，只能將組件用雙層玻璃封裝，通過調(diào)整電池片之間的空隙來調(diào)整透光量。作為玻璃幕墻和天窗時(shí)，投影呈現(xiàn)不均勻的斑狀。非晶硅太陽電池可以制作成與茶色玻璃一樣的效果，透光效果好，投影也十分均勻柔和。用作玻璃幕墻和天窗，效果更好。21、太陽能光伏利用晶體硅和非晶硅作太陽電池幕墻的效果：22、太陽能光伏利用 太陽能電池的制造工序較復(fù)雜，制造成本高而且受到半導(dǎo)體材料供應(yīng)的限制。 運(yùn)用現(xiàn)有的太陽能電池技術(shù)，只能將15%的太陽能轉(zhuǎn)化為電能這是因?yàn)檎丈湓谔柲茈姵厣系奶柟饩€有不同的波長(zhǎng)，只有那些適合太陽能電池吸收的光線才會(huì)被轉(zhuǎn)化成電能。23、太陽能光伏利用逆變和控制器太陽電池方陣

9、所發(fā)出的是低壓直流電，要與電網(wǎng)連接，必須變換成220 伏、380 伏甚至更高電壓的交流電。對(duì)于電能質(zhì)量如：電壓、波動(dòng)、頻率、諧波和功率因素等參數(shù)都有嚴(yán)格的要求。 目前我國(guó)在大功率逆變器上還需要進(jìn)一步提高。這個(gè)部件最重要的指標(biāo)是可靠性和轉(zhuǎn)換效率。24、太陽能光伏利用電量計(jì)量 建筑并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，光伏方陣所發(fā)出的電能，主要供給用戶負(fù)載使用，多余部分輸入電網(wǎng)。 實(shí)際上由于各國(guó)政府對(duì)于開發(fā)利用新能源大多實(shí)行優(yōu)惠政策，目前太陽能發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)要遠(yuǎn)大于用戶的用電電價(jià)，常常用兩塊電表來分別計(jì)量，所以有“買入”電表和“賣出”電表的區(qū)別。 25、太陽能光伏利用數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng) 在建筑智能化系統(tǒng)中，開發(fā)并完成了

10、太陽能光伏系統(tǒng)與建筑設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的接口和集成技術(shù)。26、太陽能光伏利用實(shí)現(xiàn)了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的二次監(jiān)控，配備了一定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外還包括攝像機(jī)對(duì)太陽能發(fā)電板的監(jiān)視，進(jìn)一步提高了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與公共電網(wǎng)之間的安全性。27三、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)應(yīng)用、國(guó)際應(yīng)用當(dāng)今世界太陽能發(fā)電有80%是并網(wǎng)發(fā)電,光伏與建筑一體化已經(jīng)占整個(gè)世界太陽能發(fā)電最大比例。早在1993年，美國(guó)能源部出資2500萬美元，和國(guó)立再生能源實(shí)驗(yàn)室合作，實(shí)施“PV：BONUS”計(jì)劃，發(fā)展與建筑相結(jié)合的光伏產(chǎn)品。28、國(guó)際應(yīng)用目前世界上最大的太陽能屋頂光伏系統(tǒng)安裝在新慕尼黑貿(mào)易展覽中心。德國(guó)慕尼黑商貿(mào)中心的6座大

11、廈都裝光電屋頂，共有7812個(gè)無框架光電板，每個(gè)光電板共有84個(gè)單晶硅太陽能電池，輸出功率為130w，光電板總和峰值功率為1.016kw，光電板占屋頂面積58%。發(fā)出的直流電經(jīng)過逆變電器送至2萬伏中壓電網(wǎng)，預(yù)計(jì)壽命20年，可減少2萬噸的CO2排放量。292、國(guó)內(nèi)應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用始于70年代，真正快速發(fā)展是在80年代。1983年1987年先后從美國(guó)、加拿大等國(guó)引進(jìn)了七條太陽電池生產(chǎn)線，初步形成生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。302、國(guó)內(nèi)應(yīng)用光伏產(chǎn)業(yè)已形成了較好基礎(chǔ)，但我國(guó)同國(guó)外相比還有很大差距 ：(1)生產(chǎn)規(guī)模小 (2)技術(shù)水平較低(工業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率單晶硅電池為11%13%, 多晶

12、硅電池為5%6%。) (3)專用原材料(雖已國(guó)產(chǎn)化,但性能有待能有待進(jìn)一步改進(jìn)) (4)市場(chǎng)不成熟 312、國(guó)內(nèi)應(yīng)用 (5)成本高 目前我國(guó)電池組件成本約30元/W，平均售價(jià)42元/W，成本和售價(jià)都高于國(guó)外產(chǎn)品。如以燃煤發(fā)電成本為1，光伏發(fā)電為煤電的1118倍。 323、21世紀(jì)光伏發(fā)電的特點(diǎn)產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)以高增長(zhǎng)速率發(fā)展太陽電池組件成本將大幅度降低：系統(tǒng)安裝成本每年以9%速率降低。1996年平均安裝成本約7美元/W，預(yù)計(jì)2005年可降到3美元/W技術(shù)水平發(fā)展：電池效率將由現(xiàn)在的水平（單晶硅13%15%，多晶硅11%13%）向更高水平（單晶硅18%20%，多晶硅16%18%）發(fā)展。33四、總結(jié)、B

13、IPV的優(yōu)點(diǎn)電能互補(bǔ)：在有日照時(shí)發(fā)電，在陰雨天或晚間，則由電網(wǎng)向負(fù)載供電。充分利用電能：可以隨時(shí)向電網(wǎng)存取電能，不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制。就地供電：就地供電，就地上網(wǎng)，避免了長(zhǎng)距離輸配電所造成的線路損耗。調(diào)峰作用：夏天的太陽輻射強(qiáng)度大，太陽電池發(fā)的電能也多以滿足夏天的用電高峰。342、BIPV發(fā)展的障礙并網(wǎng)供電方式：保證在電網(wǎng)低壓接入時(shí)對(duì)公共供電網(wǎng)的影響最??；保證系統(tǒng)的輸出電壓、相位、頻率等參數(shù)在滿足實(shí)用要求的同時(shí)，能夠隨動(dòng)公共電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)。 生產(chǎn)成本過高：光伏組件生產(chǎn)成本比國(guó)外高出約20。缺乏具體規(guī)范：國(guó)際、國(guó)內(nèi)都還沒有統(tǒng)一的光伏電站和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)規(guī)范，這將無法保證光伏系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量和光伏發(fā)電的進(jìn)一步推廣。 353、