可再生能源概論-1

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用姚建曦Tel辦公電話：待定Email:jianxiyao@主樓B612本課程目的（1）了解太陽能電池基本工作原理；（2）了解太陽能電池分類和結(jié)構(gòu)；（3）掌握太陽能光伏發(fā)電的運(yùn)行方式及系統(tǒng)組成；太陽能光伏發(fā)電簡述根據(jù)歐盟的預(yù)測：到2030年太陽能發(fā)電將占總能耗10%以上可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占30%到2050年太陽能發(fā)電將占總能耗20%

可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占50%以上2004年歐盟聯(lián)合研究中心預(yù)測我國的太陽能資源總體而言：我國位于北半球中緯度地區(qū)，太陽資源總體較豐富，年平均太陽輻射總量約為5.9kJ/m2·a，西藏河谷地區(qū)的太陽輻射總量高達(dá)7.5-7.9kJ/m2·a，最低的地區(qū)也達(dá)3.3-4.2kJ/m2·a（四川盆地西部）；地域分布規(guī)律：西部地區(qū)高于東部地區(qū),北部地區(qū)高于南部地區(qū)，高原地區(qū)高于平原地區(qū)。中國太陽能資源分布圖除貴州高原部分地區(qū)外中國所有地域均為高太陽能資源區(qū)域目前開發(fā)利用量還不到可開發(fā)量的1/1000我國的太陽能資源太陽能開發(fā)利用方式：太陽能光－熱轉(zhuǎn)換：接受和聚集太陽能使之轉(zhuǎn)換為熱能，然后進(jìn)行利用（太陽能熱水系統(tǒng)、采暖、制冷、干燥、蒸餾、溫室、烹飪等）。太陽能光－電轉(zhuǎn)換：①光－電直接轉(zhuǎn)化；②光－熱－電轉(zhuǎn)換；

利用光生伏打效應(yīng)太陽能光－化學(xué)轉(zhuǎn)換：利用太陽能分解水制氫。尚處于研究試驗階段光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展

1958年首顆以太陽電池作為信號系統(tǒng)電源的人造衛(wèi)星美國先鋒I號（Vanguard-I）衛(wèi)星發(fā)射上天，從此開始了太陽電池作為空間電源應(yīng)用的新紀(jì)元。1997年京都協(xié)議的簽訂，更是將光伏發(fā)電的應(yīng)用推向另一個高峰。太陽電池在地面的應(yīng)用非常廣泛，主要集中在照明、通信、交通等領(lǐng)域。而光伏發(fā)電與建筑物的結(jié)合（BuildingIntegrated/AttachedPhotovoltaic）以及并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今光伏應(yīng)用新的趨勢。光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展光伏發(fā)電歷史:1839年，法國物理學(xué)家A.E.貝克勒爾(Becqurel)

用兩片金屬浸入溶液構(gòu)成伏打電池，光照時會產(chǎn)生額外的伏打電勢－“光生伏打效應(yīng)（photovoltaiceffect）”1873年英國科學(xué)家WiloughB.Smith觀察到了對光敏感的硒材料，并推斷出在光照射下硒導(dǎo)電能力的增加正比于光通量。1880年CharlesFritts

開發(fā)出以硒為基礎(chǔ)的光伏電池。

以后人們即把能夠產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)的器件稱為“光伏器件”。其中，半導(dǎo)體P－N結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常稱這類光伏器件為“光伏電池”（SolarCell）WPN++++++－－－－－+－+－h(huán)νWPN+++－－+－EiEiEph光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展光伏發(fā)電歷史:20世紀(jì)50年代初，美國貝爾實(shí)驗室

在為遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)尋找可靠電源時，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過雜質(zhì)處理的硅對光敏感，可產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓。1954年貝爾實(shí)驗室第一次做出了光電轉(zhuǎn)換效率為6％的實(shí)用單晶硅光伏電池。1961年到1971年研究重點(diǎn)放在提高抗輻射能力及降低成本方面。1972年到1976年

研制出各種空間用單晶硅光伏電池。20世紀(jì)70年代中期，研制出超薄單晶硅光伏電池

1976年，諾貝爾物理獎授予莫特教授－在非晶態(tài)固體中的電子過程。隨后在單晶硅和多晶硅的基礎(chǔ)上，又探索出非晶硅光伏電池1.太陽電池在太空的應(yīng)用光伏技術(shù)應(yīng)用1、太陽電池在太空的應(yīng)用哈勃望遠(yuǎn)鏡兩個長11.8米，寬2.3米，能提供2.4千瓦功率的太陽電池帆板，兩個與地面通訊用的拋物面天線。鏡筒的前部是光學(xué)部分，后部是一個環(huán)形艙，在這個艙里面，望遠(yuǎn)鏡主鏡的焦平面上安放著一組科學(xué)儀器；太陽電池帆板和天線從筒的中間部分伸出。

光伏技術(shù)應(yīng)用1、太陽電池在太空的應(yīng)用“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)宇航員修復(fù)太陽能帆板2007年11月3日

2.太陽能燈光伏技術(shù)應(yīng)用2、太陽能燈太陽能路燈完全工作在自然環(huán)境下，環(huán)境溫度的變化會影響蓄電池的性能。溫度每上升1℃，單節(jié)蓄電池的電壓下降3～6mV。因此在設(shè)計電路時必須對蓄電池的充放電電壓做溫度補(bǔ)償。光伏技術(shù)應(yīng)用2、太陽能燈太陽能燈的其他形式太陽能草坪燈

光源采用高亮度LED發(fā)光二極管，顏色多樣，具有亮度高、安裝簡便、性能可靠、無需挖溝鋪線、不消耗常規(guī)能源、使用壽命長等特點(diǎn)。主要應(yīng)用于小區(qū)綠化帶、工業(yè)區(qū)綠化帶、景觀亮化、旅游風(fēng)景區(qū)、公園、庭院、廣場綠地等場所的亮化裝飾。

太陽能電池組件：2W蓄電池：鎳鎘蓄電池光源：7粒LED燈體材料：鋁合金使用時間：每天8小時以上連續(xù)陰雨天數(shù)：2~3天燈體高度：0.6米3.太陽能車和游艇光伏技術(shù)應(yīng)用3、太陽能車和游艇太陽能電動車

日本國內(nèi)2003年電動自行車銷量達(dá)30萬輛，美國的尤尼卡公司計劃年銷售電動自行車100萬輛。

太陽能電動車是通過太陽電池發(fā)電裝置為直接驅(qū)動動力或以蓄電池儲存電能再驅(qū)動的三輪和四輪電動車。

1999年5月巴西圣保羅大學(xué)的科研人員設(shè)計出一款新型太陽能汽車。最高時速超過100km。2003年澳大利亞太陽能汽車比賽上，由荷蘭制造的“NunaII”太陽能汽車取得了冠軍，它以30小時54分鐘的時間跑完了3010公里的路程，創(chuàng)造了太陽能汽車最高時速170公里的新世界紀(jì)錄。法國汽車廠VENTURI所發(fā)表的Electic概念電動車款，這輛運(yùn)用了太陽能與先進(jìn)替代能源概念打造的新車，不久前VENTURI已經(jīng)表示將在不久之后正式量產(chǎn)，而且也宣布相當(dāng)于約2.4萬歐元(折合人民幣25.5萬元)的接單預(yù)售價，這輛電動車每充滿一次電力可以行駛約50公里的續(xù)航力，而且安全極速被電子限速器鎖定于50km/h左右光伏技術(shù)應(yīng)用3、太陽能車和游艇太陽能電動車光伏技術(shù)應(yīng)用3、太陽能車和游艇太陽能電動車中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所的一輛太陽能電動車，外觀上，跟公園的電瓶車一個樣，可以搭乘6名乘客，但是國產(chǎn)的時速最高卻只有48公里，持續(xù)行駛時間也就1個小時。

光伏技術(shù)應(yīng)用3、太陽能車和游艇太陽能游艇第一艘中國制造的太陽能游艇于2008年6-7月在珠海誕生。制造商聲稱，這是全球第一款投入市場的太陽能游艇，此前國外太陽能游艇只是作為科研實(shí)驗用途。盡管在速度方面太陽能游艇可能會不盡如人意，不過制造商相信，游艇綠色環(huán)保的特色將使其在今年2月邁阿密舉行的國際游艇展上大放光彩。制造商同時透露，這款游艇屆時將交付美國的一位銷售商，希望能敲開美國市場的“大門”。光伏技術(shù)應(yīng)用3、太陽能車和游艇太陽能游艇游艇的關(guān)鍵部分太陽風(fēng)帆，目的是獲得直接的和間接的太陽光，并且可以作為風(fēng)帆，它通過計算機(jī)控制，在兩個軸上都能旋轉(zhuǎn)，改變角度以增加太陽電池獲得的能量。通過電池組件獲得的能量儲存在鉛酸蓄電池中。光伏建筑一體化是國際發(fā)展主流方向

光伏建筑一體化定義：太陽電池成為建筑本身的一部分，如屋頂瓦、幕墻、門窗、遮陽篷等

德國兩位建筑師撰寫“太陽能設(shè)計-光伏用于老建筑、城市和鄉(xiāng)村場所”德國Schueco實(shí)踐案例

光伏建筑一體化發(fā)展案例：太陽電池是最具美感的建筑材料之一德國，遮陽擋雨，14.2kW德國，光伏幕墻9kW，光熱幕墻100kW德國，光伏幕墻9.2kW德國，光伏幕墻10kW英國，光伏幕墻73kW德國，光伏走廊10kW荷蘭，裝飾性光伏屋頂意大利，外強(qiáng)裝飾，21kW世界光伏產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用特點(diǎn)1、世界光伏電池產(chǎn)量快速增長，最近５年的平均增長速度超過４0%。2、德日美依然是世界三個最大最主要的光伏應(yīng)用市場。3、光伏建筑一體化及并網(wǎng)光伏發(fā)電前景廣闊。4、晶體硅太陽電池繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。5、歐洲太陽電池組件零售價格在經(jīng)歷幾年的持續(xù)上漲后，出現(xiàn)了平穩(wěn)期。6、太陽能光伏發(fā)電在未來的能源供應(yīng)中被寄予厚望。1234光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝現(xiàn)狀—按地區(qū)目前PV系統(tǒng)安裝最多的國家主要在日本，德國、美國等歐美發(fā)達(dá)國家。其中，日本安裝05年年度安裝總?cè)萘渴状蔚陀诘聡?，但是總保有量處于世界首位。光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展晶體硅太陽電池繼續(xù)保持領(lǐng)先地位，占據(jù)了90%以上的份額，其中多晶硅太陽電池的份額為52.3%，單晶硅為38.3%，帶硅/片硅電池2.9%。預(yù)計今后十年內(nèi)晶體硅仍將占主導(dǎo)地位。1999200020012002200320042005單晶硅40.837.434.636.432.236.238.3多晶硅42.148.250.251.657.254.752.3帶硅/片硅4.14.35.64.64.43.32.9非晶硅12.39.68.96.44.54.44.7銻化鎘0.50.30.50.71.11.11.6銅銦化錫0.20.20.20.20.60.40.21995-2005年各類太陽電池的產(chǎn)量百分比（%）電池效率美國：

1973年，制定了政府級的陽光發(fā)電計劃

1988年,開始實(shí)施PVUSA計劃，建立集中型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)1997年,宣布百萬太陽能屋頂計劃太陽光伏發(fā)電預(yù)計到2020年將占美國屆時發(fā)電裝機(jī)增量的15%左右，累計安裝量達(dá)36GW，保持美國在光伏發(fā)電技術(shù)開發(fā)、制造水平的領(lǐng)先地位。

日本：

1974年開始執(zhí)行“陽光計劃”，投資5億美元1993年“新陽光計劃”每年投資570多億日元1997年7萬光伏屋頂計劃

計劃到2010年安裝7600MWp太陽能電池歐盟：

尤里卡計劃德國的“百萬屋頂計劃”

計劃到2010年達(dá)到規(guī)模為3GWp的光伏發(fā)電光伏發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展（我國）:1958年，開始研究光伏電池,1971年首次應(yīng)用于東方紅二號衛(wèi)星上1973年開始將光伏電池用于地面

中國的光伏產(chǎn)業(yè)在80年代以前尚處于雛形，光伏電池的年產(chǎn)量一直徘徊在10kW以下，除了作為衛(wèi)星電源，在地面僅用于小