光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用

1、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用2019 廖東進(jìn)前言錯(cuò)誤!未定義書簽。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 項(xiàng)目1太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)3 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用及特點(diǎn)3光伏發(fā)電應(yīng)用3光伏發(fā)電特點(diǎn)8 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 光伏發(fā)電系統(tǒng)認(rèn)識(shí)11光伏發(fā)電系統(tǒng)工作方式11太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分類16 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 項(xiàng)目2太陽(yáng)能資源的獲

2、取22 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 我國(guó)太陽(yáng)能資源分布22 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 太陽(yáng)輻資源獲取27太陽(yáng)能輻射量組成27太陽(yáng)能輻射量測(cè)量31 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 太陽(yáng)能輻射量估算33 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 項(xiàng)目3光伏電池組件及方陣容量設(shè)計(jì)37 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 光伏單體電池發(fā)電特性認(rèn)識(shí)37

3、單體電池參數(shù)認(rèn)識(shí)37單體電池輸出特性分析40 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 光伏組件輸出特性分析45 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 光伏方陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48光伏方陣容量設(shè)計(jì)54項(xiàng)目4光伏儲(chǔ)能設(shè)備認(rèn)識(shí)及設(shè)計(jì)61鉛酸蓄電池的認(rèn)識(shí)61蓄電池的選擇及容量設(shè)計(jì)69蓄電池的選購(gòu)、安裝、維護(hù)73超級(jí)電容器的認(rèn)識(shí)及使用77項(xiàng)目5光伏控制器認(rèn)識(shí)86太陽(yáng)能控制器認(rèn)識(shí)86光伏控制器功能86光伏控制器分類及控制原理91光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法97典型光伏控制應(yīng)用及選購(gòu)100典型光伏控制電路制作105蓄電池電壓檢測(cè)

4、器電路制作105鉛酸蓄電池充放電電路106太陽(yáng)能草坪燈控制電路制作112超級(jí)電容在LED燈具中的應(yīng)用116項(xiàng)目6光伏逆變器119逆變器認(rèn)識(shí)及測(cè)試119光伏逆變器控制原理124光伏逆變器工作原理124獨(dú)立型逆變器129并網(wǎng)型逆變器135小功率逆變器制作141項(xiàng)目7光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)144光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)考慮因素144太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算151光伏發(fā)電系統(tǒng)組件容量設(shè)計(jì)151蓄電池和蓄電池組容量設(shè)計(jì)155以太陽(yáng)輻射量為參數(shù)的其他設(shè)計(jì)方法160并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算167項(xiàng)目8太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與相關(guān)設(shè)計(jì)172太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置172光伏發(fā)電供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、182太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)實(shí)例193項(xiàng)目9 RETScreen軟件應(yīng)用202RETScreen 認(rèn)識(shí)202RETScreen光伏模型中的應(yīng)用204能源模型初始化204能源模型分析205成本分析模型設(shè)計(jì)207減排量分析209財(cái)務(wù)分析211參考文獻(xiàn)213項(xiàng)目1太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用及特點(diǎn)光伏發(fā)電應(yīng)用 任務(wù)目標(biāo)：. 了解光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域；.掌握光伏發(fā)電主要應(yīng)用方式；.掌握我國(guó)光伏發(fā)電十二五發(fā)展規(guī)劃的方向及目標(biāo)。任務(wù)描述：我國(guó)是太陽(yáng)能光伏電池生產(chǎn)大國(guó)，從 2007年開始，電池組件產(chǎn)量一直是全球第一, 但從市場(chǎng)應(yīng)用角度來看，我國(guó)太陽(yáng)能光伏應(yīng)用所占比重較小。從當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用

6、方向來看，主要面向光伏電子產(chǎn)品和光伏電站建設(shè)領(lǐng)域。了解當(dāng)前光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng) 域及我國(guó)光伏發(fā)電建設(shè)目標(biāo)，是光伏發(fā)電應(yīng)用的前提。案例引導(dǎo)：組裝太陽(yáng)能小車。序號(hào)規(guī)格圖樣太陽(yáng)能電池板電壓:5V;電流：100mA 一再直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓3.6Vn小車套件/& 思考：描述太陽(yáng)能小車工作情況任務(wù)實(shí)施：一、光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng)域2010年，我國(guó)新增光伏發(fā)電裝機(jī)約 500MVV累計(jì)達(dá)800MW但與我國(guó)飛速發(fā)展的光 伏制造業(yè)相比，在光伏應(yīng)用領(lǐng)域的前進(jìn)步伐明顯滯后于我國(guó)光伏制造業(yè)。2000年，我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量?jī)H為3MW到2007年年底達(dá)到1088MVV超過歐洲(1062.8MW和日本 (920MW 躍居世界第一位。

7、2010年，我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到 10GW約占全球光伏 電池產(chǎn)量的一半。目前，我國(guó)光伏發(fā)電的應(yīng)用市場(chǎng)處于起步階段。從當(dāng)前光伏發(fā)電應(yīng)用 領(lǐng)域來看，現(xiàn)主要廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、國(guó)防及人們生活的方方面面，預(yù)計(jì)到 21世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將成為重要的發(fā)電方式，在可再生能源結(jié)構(gòu)中占有一定比3例。太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：.通信領(lǐng)域的應(yīng)用。主要包括無人值守微波中繼站，光纜通信系統(tǒng)及維護(hù)站，移動(dòng) 通信基站，廣播、通信、無線尋呼電源系統(tǒng)，衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，農(nóng)村程控 電話、載波電話光伏系統(tǒng)，小型通信機(jī)，部隊(duì)通信系統(tǒng)，士兵 GPSK電等。.公路、鐵路、航運(yùn)等交通領(lǐng)域的應(yīng)用。如鐵路和公路

8、信號(hào)系統(tǒng)，鐵路信號(hào)燈，交 通警示燈、標(biāo)志燈、信號(hào)燈，公路太陽(yáng)能路燈，太陽(yáng)能道釘燈、高空障礙燈，高速公路 監(jiān)控系統(tǒng)，高速公路、鐵路無線電話亭，無人值守道班供電，航標(biāo)燈燈塔和航標(biāo)燈電源 等。.石油、海洋、氣象領(lǐng)域的應(yīng)用。如石油管道陰極保護(hù)和水庫(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能 電源系統(tǒng)，石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源，海洋檢測(cè)設(shè)備，氣象和水文觀測(cè)設(shè)備，觀測(cè) 站電源系統(tǒng)等。.農(nóng)村和邊遠(yuǎn)無電地區(qū)應(yīng)用。在高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等農(nóng)村和邊遠(yuǎn)無電地 區(qū)應(yīng)用太陽(yáng)能光伏戶用系統(tǒng)、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)等解決日常生活用電問題， 如照明、 電視、收錄機(jī)、DVD衛(wèi)星接收機(jī)等的用電，也解決了手機(jī)、手電筒等隨身小電器充電 的問題，發(fā)電功

9、率大多在及瓦到幾百瓦。應(yīng)用15kW的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)或并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作為村莊、學(xué)校、醫(yī)院、飯館、旅社、商店等的供電系統(tǒng)。應(yīng)用太陽(yáng)能光伏水泵， 解決了無電地區(qū)的深水井飲用、農(nóng)田灌溉等用電問題。另外還有太陽(yáng)能噴霧器、太陽(yáng)能 電圍欄、太陽(yáng)能黑光滅蟲燈等應(yīng)用。.太陽(yáng)能光伏照明方面的應(yīng)用。 太陽(yáng)能光伏照明包括太陽(yáng)能路燈、 庭院燈、草坪燈, 太陽(yáng)能景觀照明，太陽(yáng)能路標(biāo)標(biāo)牌、信號(hào)指示、廣告燈箱照明等：還有家庭照明燈具及 手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、割膠燈、節(jié)能燈、手電等。圖1-2太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)例.大型光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站）的應(yīng)用。大型光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站）是10kVW200MW的地面獨(dú)立或并網(wǎng)光伏電站、風(fēng)光（柴

10、）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。.太陽(yáng)能光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（BIPV）。BIPV將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié) 合，充分利用建筑的屋頂和外立面，使得大型建筑能實(shí)現(xiàn)電力自給、并網(wǎng)發(fā)電，這將是 今后的一大發(fā)展方向。注：建筑與光伏非系統(tǒng)相結(jié)合（BAPV是光伏與建筑相結(jié)合的第一步，是將現(xiàn)成的 平板式光伏組件安裝在建筑物的屋頂?shù)忍帲龆私?jīng)過逆變器和控制器裝置與電網(wǎng)聯(lián) 接，由光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，多余電力向電網(wǎng)反饋。.太陽(yáng)能電子商品及玩具的應(yīng)用。包括太陽(yáng)能收音機(jī)、太陽(yáng)能鐘、太陽(yáng)帽、太陽(yáng)能 充電器、太陽(yáng)能手表、太陽(yáng)能計(jì)算器、太陽(yáng)能玩具等。.其他領(lǐng)域的應(yīng)用。包括太陽(yáng)能電動(dòng)汽車，電動(dòng)自行車，太

11、陽(yáng)能游艇，電池充電設(shè) 備，太陽(yáng)能汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；還有太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)， 海水淡化設(shè)備供電，衛(wèi)星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。二、光伏發(fā)電應(yīng)用主要方式.太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目2009年3月財(cái)政部印發(fā)了太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法的通 知，推動(dòng)太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目的發(fā)展。主要內(nèi)容包括：（1）建材型、構(gòu)件型項(xiàng)目：補(bǔ)貼不超過 20元/瓦；(2)安裝型項(xiàng)目：補(bǔ)貼不超過15元/瓦；(3)單項(xiàng)工程應(yīng)用裝機(jī)容量不小于 50kW;(4)轉(zhuǎn)換效率要求：?jiǎn)尉Ч杞M件超過 16%,多晶硅超過14%,非晶硅超過6%。在該通知下發(fā)后，2009年9月下達(dá)首批項(xiàng)目，預(yù)算12.

12、7億元，91兆瓦，111個(gè)項(xiàng)目。 2010年第二批項(xiàng)目，預(yù)算 11.95億元，90.2MW, 99個(gè)項(xiàng)目。.金太陽(yáng)示范工程2009年7月16日，財(cái)政部、科技部和國(guó)家能源局下發(fā)了關(guān)于實(shí)施金太陽(yáng)示范工 程的通知，支持光伏發(fā)電技術(shù)在各類領(lǐng)域的示范應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。主要內(nèi)容包 括：2009-2011年，原則上每省總規(guī)模不超過 20MW;(2)單個(gè)項(xiàng)目裝機(jī)容量不低于 300kW;(3)業(yè)主總資產(chǎn)不少于1億元；(4)主要設(shè)備通過認(rèn)證；(5)并網(wǎng)項(xiàng)目補(bǔ)50%,獨(dú)立光伏項(xiàng)目補(bǔ)70%;2009年11月公布了 294個(gè)項(xiàng)目，裝機(jī)容量達(dá)642MW,總投資200億元。在金太陽(yáng)示范工程和太陽(yáng)光電建筑應(yīng)用示范工程實(shí)施

13、一段時(shí)間后，針對(duì)實(shí)施過程中 出現(xiàn)的問題，財(cái)政部、科技部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和國(guó)家能源局于 2010年9月發(fā)布了關(guān) 于加強(qiáng)金太陽(yáng)示范工程和太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范工程建設(shè)管理的通知，重新規(guī)定了關(guān)鍵設(shè)備統(tǒng)一招標(biāo)、示范項(xiàng)目選擇和調(diào)整和補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)細(xì)則。.大型并網(wǎng)光伏電站自2009年起，我國(guó)政府采取特許權(quán)招標(biāo)的辦法，公開招標(biāo)了14座大型并網(wǎng)光伏電站，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)290MW02011年第三批光伏電站特許權(quán)招標(biāo)規(guī)模估計(jì)將達(dá)到 500MW。三、光伏發(fā)電應(yīng)用前景回顧100年間能源工業(yè)的發(fā)展歷史，人類正在消耗地球50萬年歷史中積累的有限能 源資源煤和石油，雖然極大地解放了生產(chǎn)力，但同時(shí)也向人類敲響了常規(guī)能源面臨枯竭

14、 的警鐘。根據(jù)有關(guān)材料顯示，人類己確知的石油儲(chǔ)備將用40多年，天然氣60余年，煤大約200年。另外，以化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)，對(duì)人類環(huán)境的破壞顯而易見，每年 排放的二氧化碳達(dá)210萬噸，并呈上升趨勢(shì)，從而造成冰雪消融，冰川退縮，全球氣候 變暖。能源短缺和環(huán)境保護(hù)是 21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源領(lǐng)域最重要的課題。目前國(guó)際上6對(duì)太陽(yáng)能資源已經(jīng)十分重視1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室第一塊單晶硅太陽(yáng)能電池面世，為世界能源提供了一個(gè)新的希望。在20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國(guó)家掀起了開發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱 潮。利用太陽(yáng)能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)被用于許多需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家 用電源，大到兆瓦級(jí)電站，

15、小到玩具，光伏電源無處不在。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，其研究開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)及市場(chǎng)開拓已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家激烈競(jìng)爭(zhēng)的主要熱點(diǎn)。世界實(shí)力大國(guó)都制定了雄心勃 勃的光伏發(fā)電近期規(guī)劃：到2010年日本計(jì)劃累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到 5GW,德國(guó)為2.7GW, 歐盟為3GW,美國(guó)為4.7GW,澳大利亞為0.75GW,印度、中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家估計(jì)為1.52GW。統(tǒng)計(jì)表明到2010年，世界光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將達(dá)到1415GW據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2020年光伏發(fā)電在世界電力生產(chǎn)中所占比例將達(dá)1%, 2050年約占25%。由此可見，光伏發(fā)電具有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景Sail Sysurti 嗣翻

16、Batttry ConuHts Suns Rays into ElectncHf!MTI il rAr|ikwsr janrMil pnujJairilnn JbT Frntrr arTriJjM agiaul!aAl iiijim|LfnuT其他可再 生能源Lbpr 9 irw* .，rtiirrHdr- ntrn hji* b-rriIm * te-hjHMn iImL+hII*- id-i & iliauwm imhI ill piaiva uJi ifcr li 4 frfif Iwiilk*4- 1*,!ill &nr*h IFiai h Hirft AFh* ddhi * glu

17、kpiiapi m rtra imI i_il afmIIl EfakLil far- |HJ bi U-F 一 31Mk-UJ R. -, .fc, i. kjiia_ k_i _.l I-ka太陽(yáng)能利用前景世界第一塊光伏電池1-3太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用、我國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展目標(biāo)根據(jù)“太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃”，到2015年底，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量 達(dá)到2100萬千瓦以上，年發(fā)電量達(dá)到250億千瓦時(shí)。重點(diǎn)在中東部地區(qū)建設(shè)與建筑結(jié) 合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，建成分布式光伏發(fā)電總裝機(jī)容量1000萬千瓦。在青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等太陽(yáng)能資源和未利用土地資源豐富地區(qū)，以增加當(dāng)?shù)仉娏?yīng)為目 的，建成并

18、網(wǎng)光伏電站總裝機(jī)容量1000萬千瓦。以經(jīng)濟(jì)性與光伏發(fā)電基本相當(dāng)為前提，建成光熱發(fā)電總裝機(jī)容量100萬千瓦。表1-1太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃（萬千瓦）發(fā)電類別2010年2015 年2020 年1.太陽(yáng)能電站4511002300光伏電站451000在青海、目肅、新疆、內(nèi)家占、四藏、 寧夏、陜西、玄南，以及華北、東北 的部分適宜地區(qū)建設(shè)一批并網(wǎng)光伏電 站。結(jié)合大型水電、風(fēng)電基地建設(shè)， 按風(fēng)光互補(bǔ)、水光互補(bǔ)方式建設(shè)一批 光伏電站。2000光熱電站0100在太陽(yáng)能日照條件好、可利用土地面 積廣、具備水資源條件的地區(qū)，開展 光熱發(fā)電項(xiàng)目的示范。3002.分布式光伏 發(fā)電系統(tǒng)411000在中東部地區(qū)城鎮(zhèn)

19、工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟(jì)開 發(fā)區(qū)、大型公共設(shè)施等建筑屋頂相對(duì) 集中的區(qū)域，建設(shè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。 在西藏、青海、甘肅、陜西、新疆、 右南、四川等偏遠(yuǎn)地區(qū)及海島，采用 獨(dú)立光伏電站或戶用光伏系統(tǒng)，解決 電網(wǎng)無法覆蓋地區(qū)的無電人口用電問 題。擴(kuò)大城市照明、交通信號(hào)等領(lǐng)域 光伏系統(tǒng)應(yīng)用。2700合計(jì)8621005000思考題:.從當(dāng)前光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域及我們?cè)谌粘Ｉ钪械乃?，你認(rèn)為光伏發(fā)電可以在哪 些應(yīng)用領(lǐng)域或應(yīng)用產(chǎn)品中被使用。.通過資料查找，分析我國(guó)2009、2010、2011、2012光伏發(fā)電裝機(jī)容量為多少？.分析MW , KW及KWh單位換算關(guān)系。1.1.2光伏發(fā)電特點(diǎn)任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)，能分

20、析光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施的可行性。任務(wù)描述：從太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本來看，大型光伏發(fā)電成本接近1元/KW,對(duì)于離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是其25倍左右。所以從光伏發(fā)電成本來看其光伏發(fā)電系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力不大，但從環(huán) 境影響，應(yīng)用靈活性等角度出發(fā)，光伏發(fā)電有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，掌握光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)，是正 確分析與實(shí)施光伏發(fā)電系統(tǒng)的前提。案例引導(dǎo)：太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)分析從太陽(yáng)能路燈應(yīng)用出發(fā)，分析太陽(yáng)能路燈在實(shí)際生活中的作用及問題，并填寫下表 （填寫認(rèn)為最重要的3點(diǎn)依據(jù)）。表1-2太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)任務(wù)實(shí)施：一、光伏發(fā)電優(yōu)點(diǎn)分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電過程簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)

21、，無噪聲、無污染；太陽(yáng)能資源分布廣泛且取之不盡、 用之不竭。因此, 與風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等新型發(fā)電技術(shù)相比， 光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想 特征（最豐富的資源和最潔凈的發(fā)電過程）的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下 幾點(diǎn)。.太陽(yáng)能資源取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽(yáng)能要比人類目前消耗的能 量大6000倍。而且太陽(yáng)能在地球上分布廣泛，只要有光照的地方就可以使用光伏發(fā)電 系統(tǒng)，不受地域、海拔等因素的限制。.太陽(yáng)能資源隨處可得，可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路所 造成的電能損失。.光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程簡(jiǎn)單，是直接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒有中間過程（如 熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

22、、機(jī)械能藉換為電磁能等）和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。根據(jù)熱力 學(xué)分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá) 80%以上，技術(shù)開發(fā)潛力巨大。.光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不 污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定而造成的沖 擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。.光伏發(fā)電過程不需要冷卻水，可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以 很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省寶貴 的土地資源。.光伏發(fā)電無機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng) 只要有太陽(yáng)能電池組件就能發(fā)電，加之自

23、動(dòng)控制技術(shù)的廣泛采用，基本上可實(shí)現(xiàn)無人值 守，維護(hù)成本低。.光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)（30年以上）。晶體硅太陽(yáng)能電池 壽命可長(zhǎng)達(dá)2035年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設(shè)計(jì)合理、選型適當(dāng)，蓄電池的壽命 也可長(zhǎng)達(dá)1015年。.太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建 設(shè)周期短，而且根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。二、光伏發(fā)電缺點(diǎn)分析當(dāng)然，太陽(yáng)能光伏發(fā)電也有它的不足和缺點(diǎn)，歸納起來有以下幾點(diǎn)。.能量密度低。盡管太陽(yáng)投向地球的能量總和極其巨大，但由于地球表面積也很大， 而且地球表面大部分被海洋覆蓋，真正能夠到達(dá)陸地表面的太陽(yáng)能只有到達(dá)地球范

24、圍輻 射能量的10%左右，致使在陸地單位面積上能夠直接獲得的太陽(yáng)能量較少。通常以太陽(yáng)輻照度來表示，地球表面最高值約為 1.2 kWh/ m2,且絕大多數(shù)地區(qū)和大多數(shù)的日照時(shí) 間內(nèi)都低于1 kWh/ m2。太陽(yáng)能的利用實(shí)際上是低密度能量的收集、利用。.占地面積大。由于太陽(yáng)能能量密度低，這就使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積會(huì)很大， 每10kW光伏發(fā)電功率占地約需100m2,平均每平方米面積發(fā)電功率為 100W。隨著光 伏建筑一體化發(fā)電技術(shù)的成熟和發(fā)展，越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以利用建筑物、構(gòu)筑 物的屋頂和立面，將逐漸克服光伏發(fā)電占地面積大的不足。.轉(zhuǎn)換效率低。光伏發(fā)電的最基本單元是太陽(yáng)能電池組件。光伏發(fā)

25、電的轉(zhuǎn)換效率指的是光能轉(zhuǎn)換為電能的比率。目前晶體硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率為13%17%,非晶硅光伏電池只有6%8%。由于光電轉(zhuǎn)換效率太低，從而使光伏發(fā)電功率密度低，難以形成高 功率發(fā)電系統(tǒng)。因此，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率低是阻礙光伏發(fā)電大面積推廣的瓶頸。.間歇性工作。在地球表面，光伏發(fā)電系統(tǒng)只能在白天發(fā)電，晚上不能發(fā)電，除非 在太空中沒有晝夜之分的情況下，太陽(yáng)能電池才可以連續(xù)發(fā)電，這和人們的用電需求不 符。10.受氣侯環(huán)境因素影響大。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能源直接來源于太陽(yáng)光的照射，而地 球表面上的太陽(yáng)照射受氣候的影響很大，長(zhǎng)期的雨雪天、陰天、霧天甚至云層的變化都 會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)。另外，環(huán)境因素的影

26、響也很大，比較突出的一點(diǎn)是，空氣 中的顆粒物（如灰塵）等降落在太陽(yáng)能電池組件的表面，阻擋了部分光線的照射，這樣 會(huì)使電池組件轉(zhuǎn)換效率降低，從而造成發(fā)電量減少。.地域依賴性強(qiáng)。地理位置不同，氣候不同，使各地區(qū)日照資源相差很大。光伏發(fā) 電系統(tǒng)只有應(yīng)用在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)具效果才會(huì)好。.系統(tǒng)成本高。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的效率較低，到目前為止，光伏發(fā)電的成本仍 然是其他常規(guī)發(fā)電方式（如火力和水力發(fā)電）的幾倍，這是制約其廣泛應(yīng)用的最主要因 素。但是我們也應(yīng)看到，隨著太陽(yáng)能電池產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大及電池片光電轉(zhuǎn)換效率的不斷 提高，光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本也下降得非?？?。太陽(yáng)能電池組件的價(jià)格幾十年來已經(jīng)從最 初的每瓦7

27、0多美元下降至目前的每瓦2.5美元左右。.晶體硅電池的制造過程高污染、高能耗。晶體硅電池的主要原料是純凈的硅。硅 是地球上含量?jī)H次于氧的元素，主要存在形式是沙子（二氧化硅）。從沙子一步步變成含量為99.9999%以上純掙的晶體硅，期間要經(jīng)過多道化學(xué)和物理工序的處理，不僅要 消耗大量能源，還會(huì)造成一定的環(huán)境污染。盡管太陽(yáng)能光伏發(fā)電存在上述不足，但是隨著能源問題越來越重要，大力開發(fā)可再 生能源將是解決能源危機(jī)的主要途徑。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征 的可再生能源發(fā)電技術(shù)，近年來我國(guó)政府也相繼出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)和支持太陽(yáng)能光伏產(chǎn) 業(yè)的政策法規(guī)，這將極大促進(jìn)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電技

28、術(shù)和應(yīng)用水平也將會(huì) 不斷提高，我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景十分廣闊。思考題：.分析歸納光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)特性。.從太陽(yáng)能手機(jī)充電器應(yīng)用角度出發(fā)，談?wù)剝?yōu)缺點(diǎn)。1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)認(rèn)識(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作方式任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電發(fā)電工作原理及獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式特點(diǎn)11及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。任務(wù)描述：太陽(yáng)能是光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，按照實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)來分，可以分 為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，按照光伏發(fā)電系統(tǒng)類型分類和功能要求，每 種光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有其不同結(jié)構(gòu)。從光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用出發(fā)，首先就是對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng) 用模式進(jìn)行選擇，了解各種工作模式下的系統(tǒng)組成。案例引導(dǎo)：獨(dú)立光伏發(fā)電系

29、統(tǒng)與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成分析現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)裝備中的“太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)” 、“2KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。填寫 下表，并繪制其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。表1-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成“太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組成“2KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組成任務(wù)實(shí)施：典型案例：太陽(yáng)能路燈應(yīng)用太陽(yáng)能路燈由其穩(wěn)定性、節(jié)能性、安全性、方便性、長(zhǎng)壽命性、可移性、動(dòng)智能性 等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生活當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)由太陽(yáng)能組件、蓄電池、控制 器、光源、支架系統(tǒng)及其各種配件組成。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的工作原理是利用太陽(yáng) 能組件吸收太陽(yáng)光并轉(zhuǎn)換為電能通過控制器存儲(chǔ)到蓄電池中，當(dāng)夜晚來臨時(shí)（或 天空亮度不夠時(shí)）控制器再控制蓄電池給高效節(jié)能LED燈光源供電，實(shí)現(xiàn)

30、環(huán)境照明。下圖為一太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置。表1-4太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)配置名稱規(guī)格數(shù)量說 明電池板80W/塊2單晶硅，高轉(zhuǎn)換率，高透光度鋼化玻璃，厚 3.2mm,進(jìn)口 TPTEVA。壽命25年；蓄電池80AH/ 只2膠體蓄電池，太陽(yáng)能專用，壽命 5-8年；控制器10A1多種功能，防過充、過放，光控開，時(shí)控關(guān)，壽命 512年；風(fēng)光互補(bǔ)型控制器；燈頭LED40W1燈具為T燈具、米用單顆集成式，美國(guó)普瑞芯片;鄰克維護(hù)i疆電能圖1-4太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光伏電池發(fā)電原理太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽(yáng)能電池（一種類似于晶體二極管的半導(dǎo)體器 件）的光生伏打效應(yīng)直接把太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，太

31、陽(yáng)能光伏發(fā)電 的能量轉(zhuǎn)換器就是太陽(yáng)能電池，也叫光伏電池。當(dāng)太陽(yáng)光照射到由P、N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽(yáng)能電池上時(shí)，其中一部分光線被反射，一部分光線 被吸收，還有一部分光線透過電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的高能級(jí)狀態(tài)下的電子， 產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子、空穴相互運(yùn)動(dòng)（如圖1-5所示）， N區(qū)的空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，使太陽(yáng)電池的受光面有大量負(fù)電荷（電 子）積累，而在電池的背光面有大量正電荷（空穴）積累。若在電池兩端接上負(fù)載，負(fù) 載上就有電流通過，當(dāng)光線一直照射時(shí)，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過。單片太陽(yáng)能電池就是一個(gè)薄片狀的半導(dǎo)體PN結(jié)。

32、標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，額定輸出電壓為0.48V。為了獲得較高的輸出電壓和較大的功率容量，往往要把多片太陽(yáng)能電池連接 在一起使用。太陽(yáng)能電池的輸出功率是隨機(jī)的，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同安裝方式下, 同一塊太陽(yáng)能電池的輸出功率也是不同的。限硅（N-）背電極（+）減反射膜煙硅（P+）圖1-5光伏發(fā)電原理示意圖太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式，可以分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。二、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理示意圖如圖1-6所示。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心部件是太陽(yáng)能電池板，它將太陽(yáng)光日勻光能直接轉(zhuǎn)換成電能，并通過控制器把太陽(yáng)能電 池產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)于蓄電池中。當(dāng)負(fù)載用電時(shí)，蓄電池中的電能

33、通過控制器合理地分配 到各個(gè)負(fù)載上。太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電流為直流電，可以直接以直流電的形式應(yīng)用，也 可以用交流逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，供交流負(fù)載使用。太陽(yáng)能發(fā)電的電能可以即發(fā) 即用，也可以用蓄電池等儲(chǔ)能裝置將電能存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)使用。圖1-6獨(dú)立型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理14三、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-7是并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理示意圖。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能 電池組件方陣將光能轉(zhuǎn)變成電能，并經(jīng)直流配線箱進(jìn)入并網(wǎng)逆變器，有些類型的并網(wǎng)光 伏系統(tǒng)還要配置蓄電池組存儲(chǔ)直流電能。并網(wǎng)逆變器由充放電控制、功率調(diào)節(jié)、交流逆 變、并網(wǎng)保護(hù)切換等部分構(gòu)成。經(jīng)逆變器輸出的交流電供負(fù)載使用，多余的

34、電能通過電 力變壓器等設(shè)備饋入公共電網(wǎng)(可稱為賣電)。當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因天氣原因發(fā)電不足或 自身用電量偏大時(shí)，可由公共電網(wǎng)向交流負(fù)載供電(稱為買電)。系統(tǒng)還配備有監(jiān)控、測(cè)試及顯示系統(tǒng)，用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控、檢測(cè)及發(fā)電量等各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)， 還可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸控制和顯示數(shù)據(jù)。開網(wǎng)逆交爵充有汕敕電亙流咆萬陣、逆交髓砌、. 電控表勺電度 表已交海電網(wǎng)測(cè)示置!顯我室流愈理(a)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理框圖太陽(yáng)能電池方陣太陽(yáng)能控制器太陽(yáng)能逆變器切換 控制器電網(wǎng) 系統(tǒng)交流負(fù)載220V,頻率 50HZ(b)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理案例圖1-7并網(wǎng)型太阻能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理思考題：.從上述

35、內(nèi)容，分析獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu).獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大區(qū)別是什么。151.2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分類任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件功能及光伏發(fā)電的典型應(yīng)用與系統(tǒng)特征。任務(wù)描述：光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有光伏電池組件、蓄電池、光伏控制器、逆變器及交流輸配電系 統(tǒng)等部件組成。按照不同的應(yīng)用，可采用不同的物理結(jié)構(gòu)和不同的系統(tǒng)部件。對(duì)于不同 的應(yīng)用環(huán)境其結(jié)構(gòu)組成存在一定差異。案例引導(dǎo)：最小光伏發(fā)電系統(tǒng)組成從關(guān)鍵詞“最小”概念出發(fā)，獨(dú)立設(shè)計(jì)一種光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在相關(guān)實(shí)訓(xùn)平臺(tái) 中搭建電路予以實(shí)施，并完成相關(guān)性能測(cè)試，填寫下表。設(shè)備或耗材規(guī)格測(cè)量參數(shù)電路原理圖項(xiàng)

36、目實(shí)施：一、光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及功能太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)， 也可叫太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)。盡管太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用形式多種多樣，應(yīng)用規(guī)模也 跨度很大，從小到不足一瓦的太陽(yáng)能草坪燈，大到幾百千瓦甚至幾兆瓦的大型光伏發(fā)電 站，但太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理卻基本相同。其主要結(jié)構(gòu)由太陽(yáng)能電 池組件（或方陣）、蓄電池（組）、光伏控制器、逆變器（在有需要輸出交流電的情況下 使用）以及一些測(cè)試、監(jiān)控、防護(hù)等附屬設(shè)施構(gòu)成。.太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件也叫太陽(yáng)能電池板，是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能 發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)光

37、的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，并送往蓄電池 中存儲(chǔ)起來，也可以直接用于推動(dòng)負(fù)載工作。當(dāng)發(fā)電容量較大時(shí)，就需要用多塊電池組 件申、并聯(lián)后構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣。目前應(yīng)用的太陽(yáng)能電池主要是晶體硅電池，分為單 晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池等幾種。.蓄電池蓄電池的作用主要是存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池發(fā)出的電能，并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽(yáng)能光 伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)蓄電池的基本要求是：自放電率低、使用壽命長(zhǎng)、充電效率高、深放電能 力強(qiáng)、工作溫度范圍寬、少維護(hù)或免維護(hù)以及價(jià)格低廉。目前為光伏系統(tǒng)配套使用的主 要是免維護(hù)鉛酸電池，在小型、微型系統(tǒng)中，也可用鍥氫電池、鍥鎘電池、鋰電池或超 級(jí)電容器。當(dāng)需要大容量電能存儲(chǔ)時(shí)，

38、就需要將多只蓄電池用、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。.光伏控制器太陽(yáng)能光伏控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其功能主要有：防止蓄電池 過充電保護(hù)、防止蓄電池過放電保護(hù)、系統(tǒng)短路保護(hù)、系統(tǒng)極性反接保護(hù)、夜間防反充 保護(hù)等。在溫差較大的地方，控制器還具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。另外控制器還有光控開關(guān)、 時(shí)控開關(guān)等工作模式，以及充電狀態(tài)、蓄電池電量等各種工作狀態(tài)的顯示功能。光伏控 制器一般分為小功率、中功率、大功率和風(fēng)光互補(bǔ)控制器等。.交流逆變器交流逆變器是把太陽(yáng)能電池組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應(yīng)給電 網(wǎng)或者交流負(fù)載使用的設(shè)備。逆變器按運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。 獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于

39、獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并 網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。.光伏發(fā)電系統(tǒng)附屬設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)的附屬設(shè)施包括直流配線系統(tǒng)、交流配電系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控和檢測(cè)系統(tǒng)、 防雷和接地系統(tǒng)等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)按大類可分為獨(dú)立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 兩大類。其中，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)又可分為直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和交流光伏發(fā)電系統(tǒng)以及 交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。而在直流光伏發(fā)電系統(tǒng)中又可分為有蓄電池的系統(tǒng)和沒有 蓄電池的系統(tǒng)。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，也分為有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)和無逆流光伏發(fā)電 系統(tǒng)，并根據(jù)用途也分為有蓄電池系統(tǒng)和無蓄電池系統(tǒng)等。二、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫

40、離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電 池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。因此，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電17負(fù)載的特點(diǎn)，可分為下列幾種形式.無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-8所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是用電負(fù)載是直流負(fù)載, 對(duì)負(fù)載使用時(shí)間沒有要求，負(fù)載主要在白天使用。太陽(yáng)能電池與用電負(fù)載直接連接，有 陽(yáng)光時(shí)就發(fā)電供負(fù)載工作，無陽(yáng)光時(shí)就停止工作。系統(tǒng)不需要使用控制器，也沒有蓄電 池儲(chǔ)能裝置。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是省去了能量通過控制器及在蓄電池的存儲(chǔ)和釋放過程中造 成的損失，提高了太陽(yáng)能的利用效率。這種系統(tǒng)最典型的應(yīng)用是太陽(yáng)能光伏水泵。蓄電池圖1-8無蓄電

41、池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-9有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng).有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-9所示。該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池、充放電控制器、 蓄 電池以及直流負(fù)載等組成。有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能供負(fù)載使用， 并同時(shí)向蓄電池存儲(chǔ)電能。夜間或陰雨天時(shí)，則由蓄電池向負(fù)載供電。這種系統(tǒng)應(yīng)用廣 泛，小到太陽(yáng) 能草坪燈、庭院燈，大到遠(yuǎn)離電網(wǎng)的移動(dòng)通信基站、微波中轉(zhuǎn)站，邊遠(yuǎn) 地區(qū)農(nóng)村供電等。當(dāng) 系統(tǒng)容量和負(fù)載功率較大時(shí)，就需要配備太陽(yáng)能電池方陣和蓄電 池組了。.交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖 1-10所示。與直流光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，交流 光伏 發(fā)

42、電系統(tǒng)多了一個(gè)交流逆變器，用以把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，為交流負(fù)載提供電 能。交、直流混合系統(tǒng)則既能為直流負(fù)載供電，也能為交流負(fù)載供電。圖1-10交流和交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng).市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂市電互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中以大陽(yáng)能光伏發(fā)電為主， 以普通220V交流電補(bǔ)充電能為輔，如圖1-11所示。這樣光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池和 蓄電池的容量都可以設(shè)計(jì)得小一些，基本上是當(dāng)天有陽(yáng)光，當(dāng)天就用太陽(yáng)能發(fā)的電，遇 到陰雨天時(shí)就用市電能量進(jìn)行補(bǔ)充。 我國(guó)大部分地區(qū)基本上全年都有三分之二以上的晴 好天氣，這樣系統(tǒng)全年就有三分之二以上的時(shí)間用太陽(yáng)能發(fā)電，剩余時(shí)間用市電補(bǔ)充能 量。這種形

43、式即減小了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一次性投資，又有顯著的節(jié)能減排效果， 是太陽(yáng)能光伏發(fā)電在現(xiàn)階段推廣和普及過程中的一個(gè)過渡性的好辦法。這種形式的原理與下面將要介紹的無逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)有相似之處，但還不能等同于并網(wǎng)應(yīng)用。圖1-11市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用舉例。某市區(qū)路燈改造，如果將普通路燈全部換成 太陽(yáng)能路燈，一次性投資很大，無法實(shí)現(xiàn)。而如果將普通路燈加以改造，保持原市電供電線路和燈桿不動(dòng)，更換節(jié)能型光源燈具，采用市電互補(bǔ)光伏發(fā)電的形式，用小容量的 太陽(yáng)能電池和蓄電池（僅夠當(dāng)天使用，也不考慮連續(xù)陰雨天數(shù)），就構(gòu)成了市電互補(bǔ)型太陽(yáng)能光伏路燈，投資減少一半以上，節(jié)能效果顯

44、著。三、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合 市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光 伏系統(tǒng)，也有分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站， 主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資 大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā) 電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目前并網(wǎng)光伏 發(fā)電的主流。常見并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有下列幾種形式。.有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-12

45、所示。當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)出的電能充裕時(shí),可將剩余電能饋入公共電網(wǎng)，向電網(wǎng)供電（火電）；當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)提供的電力不足 時(shí)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電（買電）。由于向電網(wǎng)供電時(shí)與電網(wǎng)供電的方向相反，所以稱為 有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)。1-12有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng).無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-11所示。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)即使發(fā)電充裕也不向 公；電網(wǎng)供電，但當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)供電不足時(shí)，則由公共電網(wǎng)向負(fù)載供電。圖1-13無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng).切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)切換型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖1-14所示。所謂切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)際上是 具有自動(dòng)運(yùn)行雙向切換的功能。一是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因多

46、云、陰雨天及自身故障等導(dǎo)致 發(fā)電量不足時(shí)，切換器能自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電一側(cè)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電；二是當(dāng)電網(wǎng)因 為某種原因，然停電時(shí)，光伏系統(tǒng)可以自動(dòng)切換使電網(wǎng)與光伏系統(tǒng)分離，成為獨(dú)立光伏 發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)。有些切換型光伏發(fā)電系統(tǒng)，還可以在需要時(shí)斷開為一般負(fù)載的供電， 接通對(duì)應(yīng)急負(fù)載的供電，一般切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都帶有儲(chǔ)能裝置。并網(wǎng)逆變器太陽(yáng)能電池方陣交流電網(wǎng)電度表入蓄電池組應(yīng)急負(fù)載交流負(fù)載圖1-14切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)思考題:.從以上內(nèi)容，歸納分析光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域.從獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工程案例出發(fā)， 列舉不同工作模式下的典型案例，并闡述其工作過程及特點(diǎn).從并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際

47、工程案例出發(fā)， 列舉不同工作模式下的典型案例，并 闡述其工作過程及特點(diǎn)。.下圖1-15為家用光伏發(fā)電系統(tǒng)，分析其結(jié)構(gòu)，描述其工作特點(diǎn)。如果要設(shè)計(jì)一 個(gè)大型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，考慮其系統(tǒng)的組成及工作特點(diǎn)。圖1-15家用光伏發(fā)電系統(tǒng)21項(xiàng)目2太陽(yáng)能資源的獲取學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)掌握太陽(yáng)能資源的組成； 掌握我國(guó)太陽(yáng)能資源分布； 掌握獲取最大資源的方法； 掌握太陽(yáng)能輻射量的測(cè)量方法； 掌握太陽(yáng)能輻射量參數(shù)轉(zhuǎn)化。能計(jì)算太陽(yáng)能輻射量；能測(cè)量實(shí)際光伏輻射量；能進(jìn)行輻射量參數(shù)轉(zhuǎn)化；能利用RETSCENT取太陽(yáng)能資源； 能從太陽(yáng)能資源角度出發(fā)，評(píng)估光伏發(fā)電 系統(tǒng)可行性。案例提示太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總體性能的最關(guān)

48、鍵問題是如何安裝好的系統(tǒng)最有效地利 用太能資源。要使光伏發(fā)電系統(tǒng)方陣達(dá)到性能最佳，必須安裝得使它獲得盡可能多 的能量。因?yàn)樘?yáng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的“燃料”，所以希望確保方陣充分獲取盡可能 多的太陽(yáng)能資源（照射光伏發(fā)電系統(tǒng)的陽(yáng)光）。對(duì)于如何獲取最佳太陽(yáng)能資源，主 要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點(diǎn)及安裝方式。例如我國(guó)太陽(yáng)資源最豐富地區(qū)主要集中 在我國(guó)青藏高原和新疆、甘肅、內(nèi)蒙古一帶，年總輻射大于6300MJ/m,相同發(fā)電裝機(jī)量，發(fā)電效益優(yōu)于其他地區(qū)。又如在同一地點(diǎn)采用不同方陣安裝方式 （固定型、 跟蹤型），所獲取的太陽(yáng)能資源也是不同。圖2-1光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝方式2.1我國(guó)太陽(yáng)能資源分布任務(wù)目標(biāo):了解全球太陽(yáng)

49、能資源分布情況，掌握我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況。 任務(wù)描述：22在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，決定光伏發(fā)電量及影響光伏發(fā)電成本的主要因素之一就是太陽(yáng)能資源，掌握太陽(yáng)能資源的資源分布對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)有著重要的意義。 案例引導(dǎo)：太陽(yáng)能資源對(duì)光伏發(fā)電量的影響搭建如下獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過改變模擬光源強(qiáng)度，測(cè)量負(fù)載（ LED電壓、電流 佰，并記錄當(dāng)前光源強(qiáng)度，填寫下列表格。太陽(yáng)能電池、A、7 V V V （v圖2-2獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖 表2-1光強(qiáng)與功率表序 號(hào)電壓電流功率光強(qiáng)LED亮度1弱23456強(qiáng)思考：描述太陽(yáng)能資源對(duì)光伏發(fā)電量的影響任務(wù)實(shí)施：太陽(yáng)能資源（Solar energy resources ）指

50、任一特定時(shí)段內(nèi)（如日、月、年）水平 面上太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度的累計(jì)值，單位為兆焦每平方米（MJ/m）。一、世界太陽(yáng)能資源分布太陽(yáng)是一顆自己能發(fā)光的氣體星球，其內(nèi)部不斷進(jìn)行著熱核反應(yīng)，因而每時(shí)每刻都 在穩(wěn)定地向宇宙空間發(fā)射能量。人類開發(fā)太陽(yáng)能主要是利用太陽(yáng)光輻射所產(chǎn)生的能量， 由于地球表面大部分被海洋覆蓋，達(dá)到陸地表面的能量約占太陽(yáng)達(dá)到地球范圍內(nèi)太陽(yáng)輻 射能的10%然而太陽(yáng)每秒鐘到達(dá)地球陸地表面的輻射能相當(dāng)于世界一年內(nèi)消耗的各種 能源所產(chǎn)生的總能量的3.5萬倍，因此太陽(yáng)能的開發(fā)利用日益受到人們的青睞。23太陽(yáng)向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為 3.8 X 1023kW的輻射值，其中20億分之一到達(dá)地 球大氣層

51、。到達(dá)地球大氣層的太陽(yáng)能，30哪大氣層反射，23嘴大氣層吸收，47哌IJ達(dá)地球表面，其功率為800000億KW也就是說太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于 燃燒500萬噸煤釋放的熱量。全球人類目前每年能源消費(fèi)的總和只相當(dāng)于太陽(yáng)在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。二、我國(guó)太陽(yáng)能資源分布我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。據(jù)估算，我國(guó)陸地表面每年接受的太 陽(yáng)輻射能約為50X1018kJ,全國(guó)各地太陽(yáng)年輻射總量達(dá) 335837kJ/cm2 a,中值為586 kJ/cm2 a。從全國(guó)太陽(yáng)年輻射總量的分布來看， 西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、 陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南

52、部、廣東東南部、福建東南 部、海南島東部和西部以及臺(tái)灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽(yáng)輻射總量很大。尤其是青 藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在 4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度 低，日照時(shí)間長(zhǎng)。例如被人們稱為“日光城”的拉薩市，1961年至1970年的平均值，年平均日照時(shí)間為3005.7 h,相對(duì)日照為68%,年平均晴天為108.5天，陰天為98.8 天，年平均云量為4.8,太陽(yáng)總輻射為816 kJ/cm2 - a,比全國(guó)其它省區(qū)和同緯度的地區(qū) 都高。全國(guó)以四川和貴州兩省的太陽(yáng)年輻射總量最小，其中尤以四川盆地為最，那里雨 多、霧多，晴天較少。例如素有“霧都”之稱的成都市，年平均日照時(shí)

53、數(shù)僅為1152.2 h,相對(duì)日照為26%,年平土晴天為24.7天，陰天達(dá)244.6天，年平均云量高達(dá)8.4,其它 地區(qū)的太陽(yáng)年輻射總量居中。大體上說，我國(guó)約有三分之二以上的地區(qū)太陽(yáng)能資源較好，特別是青藏高原和新疆、 甘肅、內(nèi)蒙古一帶，利用太陽(yáng)能的條件尤其有利。根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少， 可將全國(guó)劃分為四類地區(qū)。一類地區(qū)：為中國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，日輻射量 5.1KWh/m20這些地區(qū)包括 寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富， 最高達(dá)日輻射量6.4KWh/nf,居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。二類地區(qū)：為中國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，日輻射量 4.

54、15.1KWh/nf。這些地區(qū)包 括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部 和新疆南部等地。三類地區(qū)：為中國(guó)太陽(yáng)能資源中等類型地區(qū)，日輻射量 3.34.1KWh/nf。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅 東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺(tái)灣西南部等地。四類地區(qū)：是中國(guó)太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，日輻射量3.1KWh/itf。這些地區(qū)包括湖南、 湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇北部、安徽南部以及 黑龍江、臺(tái)灣東北部等地。四川、貴州兩省，是中國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)，日輻射量 只有 2.5

55、3.2KWh/nf。圖2-3為我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況，主要特點(diǎn)有：圖2-3我國(guó)太陽(yáng)能資源分布.太陽(yáng)能的高值中心和低值中心都處在北緯 2235這一帶，青藏高原是高值中 心，四川盆地是低值中心；.太陽(yáng)年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地區(qū)，而且除西藏和新疆兩個(gè)自治區(qū)外，基 本上是南部低于北部；.由于南方多數(shù)地區(qū)云多雨多，在北緯 30040之間，太陽(yáng)能的分布情況與一般 的太陽(yáng)能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽(yáng)能不是隨著緯度的升高而減少，而是隨著緯度 的升高而增加。表2-2我國(guó)太陽(yáng)能資源表年總輻射量峰值日照時(shí)數(shù)（平均）地區(qū)6680MJ/m284005.08 6.39 (5.7 )寧夏北部、甘肅北部、新疆東南 部

56、、青海西部和西藏西部255852 6680MJ/m24.45 5.08(4.7 )河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙占 南部、寧夏南部、甘肅中部、青 海東部、西臧東南部和新疆南部5016 5852MJ/m23.82 4.45 (4.1 )山東東南部、河南東南部、河北 東南部、山西南部、新疆北部、 吉林、遼寧、玄南、陜西北部、 甘肅東南部、)東南部、福建南 部、江蘇北部、安徽北部、天津、 北樂和臺(tái)灣西南部4190 5016MJ/m23.19 3.82 (3.5 )湖南、湖北、廣西、江西、浙江、 福建北部、廣東北部、陜西南部、 江蘇南部、安徽南部以及黑龍江、 臺(tái)灣東北部3344 41902MJ/m2.54

57、 3.19 (2.8 )四川、貴州、重慶三、輻射量單位及換算太陽(yáng)能能輻射量單位有卡(cal)、焦耳(J)、瓦(W)等。其關(guān)系如下。1 卡(cal)=4.1868 焦(J) =1.16278 毫瓦時(shí)(mWh)1千瓦時(shí)(kWh) =3.6兆焦(MJ)1 千瓦時(shí)/米2 (kWh/m2)=3.6 兆焦/米 2(MJ/rm2) =0.36 千焦/厘米 2(kj/cm 2)100 毫瓦時(shí) /厘米 2 (mWh/cn2)=85.98 卡/ 厘米彳cal/cm 2)1 兆焦 / 米 2 (MJ/m2) =23.889 卡/厘米 2(cal/cm 2) =27.8 毫瓦時(shí) / 厘米 2(rmWh/cn2) 四、

58、峰值日照時(shí)數(shù)峰值日照是在晴天時(shí)地球表面的大多數(shù)地點(diǎn)能夠得到的最大太陽(yáng)輻射照度1000W/m20 一個(gè)小時(shí)的峰值日照就叫做峰值日照小時(shí)。峰值日照小時(shí)數(shù)是一個(gè)描述太陽(yáng)輻射的 單位(瓦每平方米每天，W/m2/D),也被叫做太陽(yáng)日照率或者簡(jiǎn)稱日照率。日照率用來比 較不同地區(qū)的太陽(yáng)能資源。舉例來說，例如在我國(guó)太陽(yáng)能資源極豐富帶青海，年輻射總 量大于170 KWh/m,則峰值日照時(shí)數(shù)為：年總輻射量/365。全年峰值日照時(shí)數(shù)為:180000 X 0.0116=2088小時(shí)。0.0116為將輻射量(卡/cm2)換算成峰值日照時(shí)數(shù)的換算系數(shù)。峰值日照定義：100毫瓦/cm2=0.1瓦/cm21卡=4.18焦耳=

59、4.18瓦秒；1小時(shí)=3600秒WJ: 1 卡/cm2=4.18 瓦秒/卡/(3600 秒/小時(shí)X 0.1 瓦/cm2)=0.0116 小時(shí) cm2/卡25于是:180000卡/cm2年X 0.0116小時(shí)cm2/卡=2088小時(shí)/年平均每日峰值日照時(shí)數(shù)為：2088+365=5.72小時(shí)/日2.2太陽(yáng)輻資源獲取太陽(yáng)能輻射量組成任務(wù)目標(biāo)：理解太陽(yáng)能能資源的組成。 任務(wù)描述：太陽(yáng)輻射發(fā)射至地球，不斷要經(jīng)過遙遠(yuǎn)的旅程，并且還要遇到各種阻攔，受到各種 影響。掌握太陽(yáng)能資源的組成是計(jì)算和測(cè)量太陽(yáng)能資源的首要條件。任務(wù)實(shí)施：一、太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)輻射中輻射能按波長(zhǎng)的分布，稱為太陽(yáng)輻射光譜，見圖 2-5。從圖

60、中可看出， 大氣上界太陽(yáng)光譜能量分布曲線，與用普朗克黑體輻射公式計(jì)算出的 6000K的黑體光譜 能量分布曲線非常相似。因此可以把太陽(yáng)輻射看作黑體輻射。太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的氣體球， 其表面溫度約為6000K,內(nèi)部溫度更高。根據(jù)維恩位移定律可以計(jì)算出太陽(yáng)輻射峰值的 波長(zhǎng)入max為0.475 m這個(gè)波長(zhǎng)在可見光的青光部分。太陽(yáng)輻射主要集中在可見光部 分（0.40.76小項(xiàng)，波長(zhǎng)大于可見光的紅外線（ 0.76小m 和小于可見光的紫外線 （0.4小項(xiàng) 的部分少。在全部輻射能中，波長(zhǎng)在 0.154im之間的占99姒上，且主 要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽(yáng)輻射總能量的約50%后者占約43%紫外區(qū)的太陽(yáng)輻射