太陽(yáng)能光伏發(fā)電課件

第1章緒論張春富MBQ:1838581426教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：太陽(yáng)及太陽(yáng)能、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的分類；太陽(yáng)能電池原理、特性、制作方法、使用和維護(hù)；蓄電池的原理、特性、安裝、使用和維護(hù)；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——先修；光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)——選修；實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)（4個(gè)實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)）?？己朔椒ǎ▍⒖迹赫n程成績(jī)=平時(shí)(10%)+實(shí)驗(yàn)(20%)+期末考試(70%)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)第1章緒論傳統(tǒng)能源現(xiàn)狀

能源需求量日益增加，化石能源的儲(chǔ)量有限能源危機(jī)自然生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀傳統(tǒng)能源消耗增加人造氣體增加環(huán)境惡化（溫室效應(yīng)：阻礙地球能量的正常逃逸

）。常規(guī)電網(wǎng)的局限性集中發(fā)電、分布使用、電網(wǎng)輸送；電網(wǎng)輸電到邊遠(yuǎn)地區(qū)困難；

電力供應(yīng)不足；解決方案水能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芴?yáng)能、風(fēng)能1.1太陽(yáng)及太陽(yáng)能概述太陽(yáng)能：氫聚變所產(chǎn)生的能源；發(fā)射功率量級(jí)：3.8*1026W，22億分之一到地表；地表接收輻射：1.8*1016W，萬倍于人類需求。1.1.1太陽(yáng)的物理特性太陽(yáng)是距地球最近的恒星，太陽(yáng)系的中心。半徑：R=6.96105km

(地球的109倍）；體積：1.4122107

km3(地球的130萬倍）；溫度：5770℃(表面)，1.56107

℃(核心)；

日地平均距離：1.5108km；太陽(yáng)光到達(dá)地球表面時(shí)間：約818；

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(yáng)的結(jié)構(gòu)1.里三層核反應(yīng)區(qū)輻射區(qū)對(duì)流區(qū)2.外三層光球?qū)由驅(qū)尤彰釋?/p>

1.1.2太陽(yáng)能輻射與吸收輻射功率：太陽(yáng)在單位時(shí)間內(nèi)以輻射形式發(fā)射出的能量稱太陽(yáng)的輻射功率，也叫輻射通量，單位是瓦特(W=J/s)；太陽(yáng)輻照度：投射到單位面積上的輻射通量，單位是瓦/米2(W/m2)；到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射體現(xiàn)：熱能：使地球的平均溫度大約保持在l4℃，造成適合各種生物生存和發(fā)展的自然環(huán)境，同時(shí)使地球表面的水不斷蒸發(fā)，造成全球每年約501016km3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、湖形成的原因。推動(dòng)海水及大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，這便是海流能、波浪能、風(fēng)能的由來（還有月球等星體的萬有引力）。植物光合作用的能量來源，演變成化石能源。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射一部分以平行光的方式直接到達(dá)，稱為直接輻射；另一部分是太陽(yáng)光線經(jīng)大氣散射，投射到地面的稱為散射輻射；直接輻射與散射輻射的總和為地球接受到的太陽(yáng)總輻射能量。

地表輻射量受接收太陽(yáng)輻射面的傾斜度和方位角的影響。大氣質(zhì)量AM為了能夠方便地研究太陽(yáng)輻射受地球大氣衰減作用的影響，將太陽(yáng)輻射通過大氣的厚度稱為大氣質(zhì)量（air-mass，AM），其確切定義是：太陽(yáng)光線通過大氣的實(shí)際距離與大氣的垂直厚度之比，它是一個(gè)無量綱的量，用m表示。AM0：大氣層之外AM1：地表最短距離太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)輻射能量隨波長(zhǎng)的分布，稱為太陽(yáng)光譜（能譜）。波長(zhǎng)0.15~4.0m的光，99%；0.4~0.76m(可見光)，40.3%；

<0.4m(紫外光)，8.3%；

>0.76m(紅外光)，51.4%；最大輻射能量波長(zhǎng)，0.475m.太陽(yáng)常數(shù)（solarconstant）太陽(yáng)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(yáng)光線的平面上，單位時(shí)間、單位面積內(nèi)所接受的所有波長(zhǎng)的太陽(yáng)總輻射能量值，它基本上是一個(gè)常數(shù)，所以這個(gè)輻照度稱為太陽(yáng)常數(shù)。世界氣象組織確定為：I0＝（13677）W/m21.1.3日地運(yùn)動(dòng)規(guī)律

地球自轉(zhuǎn)：地球繞著通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)一周（360）為一晝夜，一晝夜又分為24h，所以地球每小時(shí)自轉(zhuǎn)15。地球公轉(zhuǎn)：地球繞太陽(yáng)循著橢圓形軌道(黃道)運(yùn)行，稱為“公轉(zhuǎn)”。周期為一年，一年為365天。赤黃交角：地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運(yùn)行的軌道面（黃道面）的法線傾斜成2327的夾角，即自轉(zhuǎn)平面與公轉(zhuǎn)平面的夾角。1.1.5我國(guó)的太陽(yáng)能資源

1.太陽(yáng)能資源分布我國(guó)陸地每年接受的太陽(yáng)能輻射量約為5.02×1022J，相當(dāng)于1.7萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量（標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒值：國(guó)標(biāo)，29305kJ/kg；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，29271kJ/kg），數(shù)量是非常巨大的。全國(guó)各地太陽(yáng)年輻射總量達(dá)3350~8370MJ/m2，中值為5860MJ/m2。

年輻射總量：3350~8370MJ/m2，但不穩(wěn)定。（1）一類地區(qū)：日照3200~3300h/a；輻射量（6700~8370）MJ/(m2·a)

，相當(dāng)于225~285kg標(biāo)煤燃燒能量。（2）二類地區(qū)：日照3000~3200h/a；輻射量（5860~6700）MJ/(m2a)，相當(dāng)于200~225kg標(biāo)煤燃燒能量。（3）三類地區(qū)：日照2200~3000h/a；輻射量（4950~5680）

MJ/(m2a)，相當(dāng)于170~200kg標(biāo)煤燃燒能量。（4）四類地區(qū)：日照1400~2200h/a；輻射量（4190~5020）

MJ/(m2a)，相當(dāng)于140~170kg標(biāo)煤燃燒能量。（5）五類地區(qū)：日照1000~1400h/a；輻射量（3350~4200）MJ/(m2a)，相當(dāng)于115~140kg標(biāo)煤燃燒能量。中國(guó)太陽(yáng)能資源分布（單位：100MJ/m2a）1.1.6太陽(yáng)能利用的基本形式太陽(yáng)能熱利用——溫室大棚、太陽(yáng)能熱水器技術(shù)成熟、商業(yè)化程度高；效率高，50%左右；應(yīng)用廣泛。太陽(yáng)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(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電：輻射能→熱能→機(jī)械能→動(dòng)力→發(fā)電設(shè)備→電能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電——光生伏特（光生伏打）太陽(yáng)能光伏電池

光伏電池(PhotovoltaicPV)：實(shí)際上是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)在光照下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。控制器：光伏控制器是對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的設(shè)備，保護(hù)蓄電池；平衡光伏系統(tǒng)能量；顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。蓄電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能需要蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)。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(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展前景1954——貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明太陽(yáng)能電池；1974——能源危機(jī)，光伏計(jì)劃；2015——中國(guó)光伏裝機(jī)總?cè)萘?3GW，其中分布式6GW，全球第一；2015——我國(guó)多晶硅產(chǎn)量16.5萬噸/100億片/41GW；2015——全球電池片產(chǎn)量60GW；2016——全球光伏新增裝機(jī)64~68GW；2020——中國(guó)目標(biāo)150GW。

中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)存在的問題（1）國(guó)內(nèi)光伏應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展嚴(yán)重滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展；

產(chǎn)的多，用的少——依賴出口（2）光伏發(fā)電在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)中的份額較低；

傳統(tǒng)火電（煤油氣）比例過重——光伏<1% 2015年總發(fā)電量561