太陽能光伏發(fā)電技術及應用教學課件

太陽能應用技術太陽能發(fā)電站的微觀選址4.內容太陽能資源及測試2.

能源概況1.

太陽能資源評估3.

太陽能基本術語1.能源概況4.能源概況

能源概況能源概況到達地球陸地表面的太陽能0.17×105TW/S等價于2005年世界能源消耗總量的3.5萬倍到達地球的能量0.81×105TW/S太陽能釋放的能量3.8×1014TW/S能源概況能源概況世界各地已建光伏電站序號容量（MW）狀態(tài)國家年發(fā)電量(GWh/year)備注160運行西班牙852008年9月竣工254運行德國

353運行德國532009年竣工450運行西班牙

2008年竣工546運行葡萄牙932008年12月竣工645運行德國2009年竣工742運行德國2009年竣工840運行德國402008年12月竣工934.5運行西班牙1034運行西班牙

2008年10月竣工1131.8運行西班牙2009年1230運行西班牙

2008年9月竣工1330運行西班牙

1430運行西班牙

1528運行西班牙

1626運行西班牙44

1725運行美國422009年10月竣工能源概況世界各地已建光伏電站序號容量（MW）狀態(tài)國家年發(fā)電量(GWh/year)備注1824運行韓國332008年10月竣工1924運行意大利402009年2023.4運行加拿大2123.4運行加拿大2223.2運行西班牙

2008年8月竣工2323.1運行西班牙47

2423運行西班牙41

2522.1運行西班牙

2008年9月竣工2621.7運行德國

2721.4運行西班牙

2821.2運行西班牙40

2920運行德國

3020運行韓國

3120運行西班牙

2008年9月竣工3220運行西班牙

2008年9月竣工3320運行西班牙30

3420運行西班牙

2008年10月竣工能源概況世界各地已建光伏電站序號容量（MW）狀態(tài)國家年發(fā)電量(GWh/year)備注3518運行西班牙

3618運行西班牙

2008年10月竣工3715運行德國

3815運行西班牙

3915運行韓國232008年10月竣工4015運行西班牙

2008年9月竣工4114.75運行德國132008年12月竣工4214.02運行美國30

4314運行西班牙

4413.8運行西班牙85

4512.7運行西班牙

4612運行德國53

4711運行葡萄牙

4810運行德國93

499.5運行西班牙40

508.4運行德國

518.2運行美國

能源概況世界各地已建光伏電站序號容量（MW）狀態(tài)國家年發(fā)電量(GWh/year)備注526.3運行德國

536運行德國

545.8運行西班牙

555.2運行日本44

合計1277.47能源概況世界各地在建/計劃光伏電站序號容量（MW）狀態(tài)國家備注1600計劃/在建美國

2550計劃/在建美國

3250計劃/在建美國

4230計劃/在建美國

5154計劃/在建澳大利亞

680計劃/在建美國

735計劃/在建捷克830計劃/在建捷克921.5計劃/在建美國

1020.1計劃/在建西班牙

1120計劃/在建加拿大

1210計劃/在建美國

合計2000.6能源概況世界各地已建光熱電站序號容量（MW）狀態(tài)國家類型備注1354運行美國槽式9個子站264運行美國槽式

3100運行西班牙槽式2008-2009年竣工450運行西班牙槽式2009年5月竣工550運行西班牙槽式2009年7月竣工620運行西班牙塔式2009年4月竣工711運行西班牙塔式85運行美國菲涅爾示范電站95運行美國塔式2009年8月竣工102運行澳大利亞菲涅爾2008年10月竣工111.5運行美國碟式20010年1月竣工121.5運行德國塔式2008年12月竣工131.4運行法國

塔式

141.4運行西班牙

菲涅爾

2009年4月竣工151運行美國

槽式

161運行美國

槽式

170.1運行以色列塔式合計668.9能源概況世界各地已建光熱電站序號容量（MW）狀態(tài)國家類型備注1150在建西班牙槽式2150在建西班牙槽式3100在建西班牙槽式儲熱4100在建西班牙槽式5100在建西班牙槽式儲熱6100在建西班牙槽式7100在建西班牙槽式儲熱8100在建西班牙槽式9100在建西班牙槽式10100在建西班牙槽式1150在建西班牙槽式1250在建西班牙槽式1350在建西班牙槽式儲熱1450在建西班牙槽式1550在建西班牙槽式1650在建西班牙槽式1750在建西班牙槽式1850在建西班牙槽式能源概況世界各地已建光熱電站序號容量（MW）狀態(tài)國家類型備注1950在建西班牙槽式2050在建西班牙槽式2150在建西班牙槽式2250在建西班牙槽式2350在建西班牙槽式2450在建西班牙槽式2550在建西班牙槽式2650在建西班牙槽式2750在建西班牙槽式2825在建西班牙槽式2917在建西班牙塔式301在建西班牙碟式3175在建美國聯(lián)合3220在建埃及聯(lián)合3325在建阿爾及利亞聯(lián)合3420在建摩洛哥聯(lián)合合計2133能源概況世界各地計劃光熱電站序號容量（MW）狀態(tài)國家類型備注19559計劃美國21080.08計劃西班牙34827.1計劃其他國家合計15466.18太陽構造及太陽能基本術語1太陽構造反變層（幾百公里）色球層（10000～15000km,T=5000K）日冕光球R0.7R0.23R在太陽平均半徑23％（0.23R）的區(qū)域內是太陽的內核，其溫度約為8×106～4×107K，密度為水的80～100倍，占太陽全部質量的40％、總體積的15％。這部分產(chǎn)生的能量占太陽產(chǎn)生總能量的90％。氫聚合時放出γ射線，當它經(jīng)過較冷區(qū)域時由于消耗能量，波長增長，變成X射線或紫外線及可見光。從0.23～0.7R的區(qū)域稱為“輻射輸能區(qū)”，溫度降到1.3×105K，密度下降為0.079g/cm3。0.7～1.0R之間稱為“對流區(qū)”，溫度下降到5×103K，密度下降到10-8g/cm3。太陽的外部是一個光球層，它就是人們肉眼所看到的太陽表面，其溫度為5762K，厚約500km，密度為10-6g/cm3，它是由強烈電離的氣體組成，太陽能絕大部分輻射都是由此向太空發(fā)射的。光球外面分布著不僅能發(fā)光、而且?guī)缀跏峭该鞯奶柎髿?，稱之為“反變層”，它是由極稀薄的氣體組成，厚約數(shù)百公里，它能吸收某些可見光的光譜輻射。“反變層”的外面是太陽大氣上層，稱之為“色球層”，厚約1～1.5×104km，大部分由氫和氦組成?！吧驅印蓖馐巧烊胩盏你y白色日冕，溫度高達1百萬度，高度有時達幾十個太陽半徑。從太陽的構造可見，太陽并不是一個溫度恒定的黑體，而是一個多層的有不同波長發(fā)射和吸收的輻射體。不過在太陽能利用中通常將它視為一個溫度為6000K，發(fā)射波長為0.3～3μm的黑體。太陽構造及太陽能基本術語2太陽與地球23.5°太陽秋分九月二十三日夏至六月二十一春分三月二十一冬至十二月二十二太陽構造及太陽能基本術語3.1太陽能：可分為廣義的太陽能和狹義的太陽輻射能。所謂廣義的太陽能是指由太陽輻射轉換而成的一切能量，它包括現(xiàn)在和過去通過太陽活動而獲得的所有形式的能量，如風、波浪能、海洋能、生物質能以及煤、石油天然氣等。狹義的太陽輻射能主要是指太陽總輻射3.2太陽總輻射：指水平面上，天空2π立體角內所接收到的太陽直接輻射和散射輻射之和。直射是指直接來自太陽，其輻射方向不發(fā)生改變的輻射；散射則是被大氣反射和散射后方向發(fā)生了改變的太陽輻射。3基本術語太陽構造及太陽能基本術語3.3太陽常數(shù)太陽常數(shù)是指在日地平均距離處，地球大氣外界垂直于太陽光束方向上接收到的太陽輻照度。1353

w/㎡（實測）1367±7w/㎡（計算值）3.4太陽赤緯：地球中心與太陽中心的連線與地球赤道平面的夾角稱為赤緯角。由于地軸的傾斜角永遠保持不變，至使赤緯角隨時都在變化，但最大不超±23°.27′。它與所在地區(qū)無關，不同的地區(qū)，只要日期相同，就具有相同的赤緯角。由庫珀方程可得太陽赤緯角的計算公式為：n為一年中的日期序號；1月1日為零3基本術語太陽構造及太陽能基本術語3.5日照時數(shù)日照時數(shù)是指太陽在一地實際照射的時數(shù)。在一給定時間，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達到或超過120瓦·米-2（W·m-2）的那段時間總和，以小時（h）為單位，取一位小數(shù)。日照時數(shù)也稱實照時數(shù)。

3.6可照時數(shù)可照時數(shù)又稱天文可照時數(shù)，是指在無任何遮蔽條件下，太陽中心從某地東方地平線到進入西方地平線，其光線照射到地面所經(jīng)歷的時間。

3基本術語3.7太陽時角

太陽中心點到地心的連線與當?shù)氐厍蜃游缇€之間的夾角稱為太陽時角。在正午時角為零，其它時刻時角的值為離正午的時間（h）乘以15°太陽時角，以度來表示，正為日落時角，負為日出時角。地球自轉一周為360°，相應的時間為24h，每1h地球自轉的角度為360°/24=15°。時角定義正午時為零，其它時辰時角的數(shù)值等于離正午的小時數(shù)乘以15°；上午時角為負值，下午時角為正值。例如，上午10時和下午2時的時角分別為-30°和30°，計算公式為：

：為當?shù)鼐暥?/p>

3.8太陽方位角

太陽方位角是太陽至地面上某給定點連線在地面上的投影與當?shù)刈游缇€的夾角。太陽偏東時為負，偏西時為正。太陽方位角的計算公式為：

太陽構造及太陽能基本術語3基本術語3.9太陽高度角太陽高度角h為地球表面某點與太陽的連線與地平面之間的交角，可用下式計算：

3.10大氣質量

表示太陽輻射穿過地球大氣的路徑與太陽在天頂方向垂直入射時的路徑之比，通常以符號“

m

”表示，并設定標準大氣壓和O℃時海平面上太陽垂直入射時，大氣質量：m＝1

太陽構造及太陽能基本術語3基本術語太陽構造及太陽能基本術語4太陽光譜太陽能光譜分布圖各種輻射的波長范圍各色可見光的波長范圍太陽構造及太陽能基本術語4基準光譜太陽輻射強度=1000w/㎡光譜特性為：大氣質量AM=1.5的光譜特性大氣溫度=25℃基準光的光譜分布圖太陽能應用1工業(yè)太陽能—電（煤、氣、油、熱泵）鍋爐聯(lián)用系統(tǒng)太陽能海水淡化太陽能裂解水制氫太陽能發(fā)電太陽能光催化降解有機污染物太陽能應用1工業(yè)太陽能—電（煤、氣、油、熱泵）鍋爐聯(lián)用系統(tǒng)太陽能應用1工業(yè)太陽能海水淡化太陽能應用1工業(yè)太陽能裂解水制氫太陽能應用1工業(yè)太陽能發(fā)電1.太陽能光伏發(fā)電2.太陽能熱發(fā)電3.太陽能光化學發(fā)電太陽能應用1工業(yè)太陽能光催化降解有機污染物近幾年，利用半導體催化劑進行太陽能光催化降解有機污染物的研究取得顯著進展。其核心技術是半導體催化劑的制備及光催化氧化器的設計。該項技術作為環(huán)保新材料，能大大降低能源消耗，減少污染治理成本。太陽能應用2農(nóng)業(yè)太陽能干燥太陽能養(yǎng)殖太陽能灌溉太陽能溫室太陽灶太陽能應用2農(nóng)業(yè)太陽能干燥太陽能養(yǎng)殖太陽能干燥器由太陽能集熱器陣列和輻射型干燥器組成，配有蒸汽換熱器以滿足全天候運行。物料在干燥器中同時以對流和輻射傳熱方式得到熱量，受熱升溫，不斷蒸發(fā)水份，達到干燥目的。系統(tǒng)干燥溫度、濕度、通風量均可按物料的干燥工藝隨意調節(jié)，以適應工業(yè)性生產(chǎn)。在需要更高烘干溫度的場合（如木材），可采用聚光集熱器提高溫度。需要溫水養(yǎng)殖的池體，都可以采用太陽能-鍋爐聯(lián)用熱水工程進行池體恒溫，浙江省已成功地應用太陽能于甲魚養(yǎng)殖生產(chǎn)中，這不僅減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本,而且降低對大氣、水質、土壤和周圍的環(huán)境污染。太陽能應用2農(nóng)業(yè)太陽能灌溉太陽能應用2農(nóng)業(yè)太陽能溫室太陽能應用2農(nóng)業(yè)太陽灶太陽能應用3其他太陽能生活熱水供給太陽能采暖太陽能制冷太陽能幕墻太陽能游泳池太陽能應用3其他太陽能生活熱水供給太陽能采暖太陽能應用3其他太陽能制冷目前，太陽能制冷技術日趨完善。在夏季，被太陽能集熱器加熱的熱水首先進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫熱水；制冷機產(chǎn)生的冷媒水通向空調箱，以達到制冷空調的目的。當太陽能不足以提供高溫熱媒水時，可由輔助鍋爐補充熱量。太陽能應用3其他太陽能幕墻2008年6月24日晚，世界上最大的太陽能多媒體幕墻在北京落成并揭開面紗。這面多媒體幕墻是北京輝煌靜雅大酒店的外墻，總面積面積2200平米，造價高達2000多萬元人民幣，由2300塊、9種不同的光電板組成。該墻體采用太陽能電池板和LED燈。白天，安裝在玻璃幕墻后的太陽能電池板將太陽能轉換為電能并儲存；晚上，儲存的電能為多媒體幕墻的顯示工作提供能源。山東省第一個能發(fā)電的太陽能玻璃幕墻2008年4月安裝在力諾集團辦公樓大樓上。這個由力諾太陽能電力工程有限公司自主研發(fā)的[size=2]30片2mX2m光電幕墻玻璃，可以為這座大樓提供6000瓦電力，每年合計發(fā)電9000度。太陽能應用3其他太陽能幕墻2009年1月8日，擁有全球最大的光伏建筑一體化幕墻的低能耗生態(tài)建筑——尚德電力總部辦公大樓竣工，總面積約1.8萬平方米的全球最大光電幕墻成為這一生態(tài)建筑的標志。這里將成為尚德公司國家級企業(yè)(集團)技術中心的研發(fā)基地。整個工程設計容量為1兆瓦，預計全年發(fā)電量將超過100kWh。尚德總部大樓于2007年下半年開工，2008年12月建成，總投資約2億元。其建筑地上7層，幕墻總高度37米。南立面光伏幕墻玻璃是整個工程的亮點，采用帶傾斜角度的不銹鋼拉桿駁接鋼結構框架式玻璃幕墻系統(tǒng)，東西立面幕墻與南立面呼應一致，整體結構輕盈通透。幕墻總面積約1.8萬平方米，PV幕墻面積6900平米,是目前全球最大的光電幕墻。從主動節(jié)能的角度看，該建筑以最低使用壽命70年計算，共可產(chǎn)生電量3892萬kWh，預計每年可以替代標準煤338噸，減排二氧化碳605噸，70年共可替代標準煤23660噸，主動節(jié)能效果顯著。此外，尚德總部大樓采用光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)，除保證自身建筑用電外，還可以向電網(wǎng)供電，從而緩解高峰電力需求。大樓設計還采用地熱利用技術、空氣熱泵技術、水源收集與循環(huán)利用技術等先進技術。太陽能應用3其他太陽能游泳池太陽能資源及測試太陽能資源及測試太陽能資源及測試理論計算1衛(wèi)星掃描2實地測試3太陽能資源及測試理論計算1太陽能資源及測試衛(wèi)星掃描2太陽能資源及測試總輻射直射散射太陽輻射實地測試3太陽能資源及測試太陽能資源及測試太陽能資源及測試太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

太陽能資源豐富程度太陽能資源利用價值太陽能資源穩(wěn)定程度太陽能資源日最佳利用時段總體評估太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

太陽能資源豐富程度指標資源豐富程度≥1740KW·h/(m2·a)資源豐富1400～1740KW·h/(m2·a)資源較豐富1160～1400KW·h/(m2·a)資源較貧乏＜1160KW·h/(m2·a)資源貧乏太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

太陽能資源利用價值利用各月日照時數(shù)大于6小時的天數(shù)為指標，反映一天中太陽能資源的利用價值。一天中日照時數(shù)如小于6小時，其太陽能一般沒有利用價值。其中日照時數(shù)是指太陽在某地實際照射的時數(shù)。日照時數(shù)定義為太陽直輻射達到或超過120（W/m2）的那段時間總和，以小時為單位，取一位小數(shù),日照時數(shù)也稱實照時數(shù)。太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

太陽能資源穩(wěn)定程度一年中各月日照時數(shù)大于6小時的天數(shù)最大值與最小值的比值，可以反映當?shù)靥柲苜Y源全年變幅的大小，比值越小說明太陽能資源全年變化越穩(wěn)定，就越利于太陽能資源的利用。此外，最大值與最小值出現(xiàn)的季節(jié)也反映了太陽能資源的一種特征。太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

太陽能資源日最佳利用時段利用太陽能日變化的特征作為指標，評估太陽能資源日變化規(guī)律。以當?shù)貢r間9～10時的年平均日照時數(shù)作為上午日照情況的代表，以11～13時的年平均日照時數(shù)作為中午日照情況的代表，以14～15時的年平均日照時數(shù)作為下午日照情況的代表。哪一段時期的年平均日照時數(shù)長，則表示該段時間是一天中最有利太陽能資源利用的時段。太陽能資源評估廠址/參數(shù)資源豐富程度利用價值穩(wěn)定程度有效時數(shù)數(shù)值排序數(shù)值排序數(shù)值排序數(shù)值排序額濟納旗1687.761434821.19270.9988吉蘭泰1680.984632241.40910.9011百靈廟1718.423333161.250.9165林西1616.4911347121.148180.94916通遼1546.0771333371.15480.91611化德1662.3788335111.2460.9183民勤1662.729731691.409100.8597蘭州1637.6889293101.64790.8159榆林1682.956530851.47620.8586拉薩1849.279133811.40930.8824哈爾濱1383.0818291171.333200.79517阿勒泰1481.36216265203.875160.2219和田1783.077232681.72110.74512喀什1620.0661028231.81340.6072北京1557.63712284152.154150.8310成都1328.91420891816170.35518長沙1348.159191241626190.41914深圳1535.814183143.429130.5913上海1492.32415216132120.64620南京1412.36317157193.333140.52615太陽能資源評估1.評估依據(jù)2.評估指標

總體評估如何利用不同評估指標得到的結果對不同地區(qū)進行綜合評價是對該地區(qū)太陽能資源最終的定量評價結果，所以在太陽能資源評估時也要綜合考慮太陽能資源評估的不同指標進行綜合評估，根據(jù)上文分析，太陽能資源評估是多要素的復雜系統(tǒng)，在進行太陽能資源綜合分析時，影像太陽能資源評估結果的多變量之間是具有一定的相關關系的。因此，在各個變量之間相關關系研究的基礎上，用較少的新變量代替原來較多的變量，而且使這些較少的新變量盡可能多地保留原有較多的變量所反映的信息。運用主成分分析方法能夠綜合處理將影響太陽能資源總體評估的幾種影響參數(shù)進行總體分析的強有力方法。太陽能資源評估廠址/參數(shù)資源豐富程度利用價值穩(wěn)定程度有效時數(shù)總體評估數(shù)值排序數(shù)值排序數(shù)值排序數(shù)值排序數(shù)值排序額濟納旗1687.761434821.19270.99880.932吉蘭泰1680.984632241.40910.90110.686百靈廟1718.423333161.250.91650.823林西1616.4911347121.148180.949160.735通遼1546.0771333371.15480.916110.4910化德1662.3788335111.2460.91830.734民勤1662.729731691.409100.85970.578蘭州1637.6889293101.64790.81590.3711榆林1682.956530851.47620.85860.579拉薩1849.279133811.40930.88241.051哈爾濱1383.0818291171.333200.79517-0.1514阿勒泰1481.36216265203.875160.2219-0.9017和田1783.077232681.72110.745120.687喀什1620.0661028231.81340.60720.0213北京1557.63712284152.154150.83100.1712成都1328.91420891816170.35518-2.2319長沙1348.159191241626190.41914-2.4120深圳1535.814183143.429130.5913-0.6216上海1492.32415216132120.64620-0.4515南京1412.36317157193.333140.52615-1.0418太陽能資源評估太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（太陽能組件的I-V特性）太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（太陽能組件的照度特性）太陽能光伏發(fā)電（太陽能組件的溫度特性）太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（影響光伏組件發(fā)電量的主要因素）太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（光伏組件結構）光伏組件結構（西班牙）太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（光伏組件電路）防逆流二極管：防止其他太陽能電池回路或者蓄電池產(chǎn)生的電流流進該組件。該器件也可以放在控制器中。旁路二極管：為防止陰影造成的白斑效應，導致組件受損。一般滿足其反向電壓為保護電池串的最大輸出電壓的1.5倍以上。太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（光伏組件的加工生產(chǎn)）太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（逆變控制）充電控制器主要由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關功率管等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，保護蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生?？刂破鞯倪x擇主要與電池板陣列系統(tǒng)電壓電流和負載有關。逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給交流負載使用，逆變器的選擇主要與負載類型和功率有關。太陽能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電（儲能）蓄電池組是將太陽電池方陣發(fā)出直流電貯能起來,供負載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電,同時方陣還給負載用電,晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此,要求蓄電池的自放電要小,而且充電效率要高。太陽能光伏發(fā)電技術光伏系統(tǒng)設計世界太陽能資源的分布1、太陽能資源豐富程度最高地區(qū)印度、巴基斯坦、中東、北非、澳大利亞和新西蘭2、太陽能資源豐富程度中高地區(qū)美國、中美和南美南部3、太陽能資源豐富程度中等地區(qū)西南歐洲、巴西、東南亞、大洋州、中國、朝鮮和中非4、太陽能資源豐富程度中低地區(qū)東歐和日本5、太陽能資源豐富程度最低地區(qū)加拿大和西北歐洲我國太陽能資源的分布1、一類地區(qū)（年輻射量>6700MJ/M2）青藏高原地區(qū)2、二類地區(qū)（年輻射量5400--6700MJ/M2）新疆、內蒙、甘肅、寧夏、陜西、山西西部、北京和河北北部3、三類地區(qū)（年輻射量4200--5400MJ/M2）東北三省、華北、華南、華東地區(qū)4、四類地區(qū)（年輻射量<5400MJ/M2）四川和重慶光伏系統(tǒng)的組成太陽能組件（又叫太陽能電池）充放電控制器、逆變器及監(jiān)控設備蓄電池以上三大部分組成光伏系統(tǒng)的特點沒有傳動部件，不產(chǎn)生噪聲沒有空氣污染，不排放廢水沒有燃燒過程，不需要燃料維修保養(yǎng)簡單，維護費用低運行可靠性，穩(wěn)定性好關鍵部件的太陽能電池使用壽命長---晶體硅太陽能電池壽命可達到25年以上根據(jù)需要很容易擴大發(fā)電規(guī)模光伏系統(tǒng)的應用1、獨立發(fā)電系統(tǒng)應用領域：太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵、無電缺點地區(qū)戶用供電、城市照明設備、交通工具等2、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應用領域：城市屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電、沙漠光伏并網(wǎng)電站等光伏系統(tǒng)的分類小型太陽能供電系統(tǒng)(SmallDC)簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）大型太陽能供電系統(tǒng)(LargeDC)交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC)并網(wǎng)系統(tǒng)(UtilityGridConnect)混合供電系統(tǒng)(Hybrid)小型太陽能供電系統(tǒng)(SmallDC)特點：系統(tǒng)只有直流負載且功率比較小，整個系統(tǒng)結構簡單，操作方便主要用途：一般為戶用系統(tǒng)，負載為各種民用的直流產(chǎn)品以及相關的娛樂設備系統(tǒng)配置：一般為3-50W的組件，6-65AH蓄電池使用地點：我國西北地區(qū)大力推廣的光伏系統(tǒng)，負載為直流節(jié)能燈、收錄機和電視機，用來解決無電地區(qū)家庭的基本照明和生活問題。簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）特點：系統(tǒng)負載為直流負載，且負載使用時間沒有特別要求，負載主要在白天使用，整個系統(tǒng)中不需要蓄電池和控制器，提高了太陽能的利用效率。主要用途：光伏水泵系統(tǒng)、一些白天臨時設備用電和旅游設施中。系統(tǒng)配置：一般為10-100W的組件使用地點：我國西北地區(qū)光伏水泵提水系統(tǒng)大型太陽能供電系統(tǒng)(LargeDC)特點：系統(tǒng)負載為直流負載，但負載功率較大，需要配備較大的太陽能電池組件和較大的蓄電池組。主要用途：通信、遙測、檢測設備電源，農(nóng)村的集中供電站，航標燈塔，路燈等領域系統(tǒng)配置：一般為1000-幾十KW的組件，2V/幾千AH電池使用地點：中國移動、聯(lián)通通信基站電源。交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC)特點：系統(tǒng)負載為直流負載或交流負載，需要配備較大的太陽能電池組件和較大的蓄電池組。主要用途：通信、遙測、檢測設備電源，農(nóng)村的集中供電站，航標燈塔，路燈等領域系統(tǒng)配置：一般為1000-幾十KW的組件，2V/幾千AH電池使用地點：我國的光明工程、中國移動、聯(lián)通通信基站電源系統(tǒng)、路燈系統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)(UtilityGridConnect)特點：太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。主要用途：太陽能發(fā)電并網(wǎng)以后供給可以使用交流電的一切負載系統(tǒng)配置：很大的組件，需要使用并網(wǎng)逆變器，不需要蓄電池使用地點：發(fā)達國家大量使用，我國處于發(fā)展階段混合供電系統(tǒng)(Hybrid)特點：除了使用太陽能電池組件發(fā)電以外，還有和風力發(fā)電機、柴油發(fā)電機等其他備用電源一起構成供電系統(tǒng)。主要用途：光柴互補發(fā)電系統(tǒng)，風光互補發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)配置：組件、蓄電池、柴油發(fā)電機（風力發(fā)電機）使用地點：使用柴油發(fā)電機或者風況好的地區(qū)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨特特點優(yōu)點：無枯竭危險絕對干凈（無污染，除蓄電池外）不受資源分布地域的限制可在用電處就近發(fā)電能源質量高使用者在感情上容易接受獲取能源花費時間短供電系統(tǒng)工作可靠缺點照射的能量分布密度小獲取的能量與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關造價比較高以上特點決定了光伏發(fā)電供電系統(tǒng)在應用中有著其獨有的優(yōu)勢和相關制約。光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計包括兩方面：容量設計和硬件設計容量設計：計算出系統(tǒng)在全年內能夠可靠工作所需的太陽能組件和蓄電池的數(shù)量。硬件設計：根據(jù)實際情況選擇合適的硬件設備，包括太陽能組件的選型，支架設計，控制器、逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統(tǒng)的設計，防雷設計和配電系統(tǒng)設計等。光伏系統(tǒng)設計需要的數(shù)據(jù)：光伏系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置（地點、緯度、經(jīng)度和海拔），該地區(qū)的氣象資料（逐月太陽能總輻射量、、直接輻射量、散射輻射量），年平均氣溫和最高、低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風速以及冰雹、降雪等特殊天氣情況。獨立光伏系統(tǒng)軟件設計獨立光伏軟件設計的內容包括：負載用電量的估算，太陽能電池組件的數(shù)量和蓄電池容量的計算以及太陽能電池組件安裝最佳傾角的計算1、負載用電量的計算主要是把系統(tǒng)負載的功率累加后得出，但要考慮負載本身的負載性質決定的功率因數(shù)，所以在計算時需要把負載的效率加進去，這樣就在負載用電量上要比實際的負載容量要大一點。2、太陽能電池組件設計主要的原則是要滿足平均天氣條件下負載的每日用電需求。設計中不要考慮盡可能快的把蓄電池充滿，只要考慮一年中大部分時間里太陽能組件的發(fā)電量遠大于負載的使用量。（太陽能組件的成本高）

設計獨立光伏系統(tǒng)的關鍵是選擇成本效益最好的方案獨立光伏系統(tǒng)軟件設計3、蓄電池的設計：保證在太陽連續(xù)低于平均值的情況下負載仍可以正常工作。

A、重要的參數(shù)：自給天數(shù)------即系統(tǒng)沒有任何外來能源的情況下負載仍能正常工作的天數(shù)

B、自給天數(shù)的確定：負載對電源的要求程度和最大連續(xù)陰雨天數(shù)

C、蓄電池的計算：（1）基本公式自給天數(shù)*日平均負載蓄電池容量=

最大放電深度深循環(huán)型電池使用80%放電深度，淺循環(huán)型電池使用50%放電深度蓄電池的基本計算例子假如光伏發(fā)電系統(tǒng)交流的耗電量為10kW?h/天，如果該光伏系統(tǒng)中，我們選擇的逆變器的效率為90%，輸入電壓為48V，用戶選擇自給天數(shù)為5天，使用深循環(huán)電池,求需要配置的電池容量負載每天需要的電池容量=10000W?h/0.9/48V=231.48A?h/天

5天需要蓄電池容量=5天*231.48A?h/0.8=1446.75A?h

那么此系統(tǒng)就應該選擇2V1500AH蓄電池24只串聯(lián)使用

以上為基本公式,這些只是根據(jù)負載估算出來的蓄電池的容量,實際使用中還有很多的性能參數(shù)會對蓄電池容量和使用壽命產(chǎn)生很大的影響,這就需要以下的蓄電池設計修正。

蓄電池的設計修正蓄電池的容量還與兩個重要的因素相關：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度（根據(jù)蓄電池的放電曲線和溫度曲線）自給天數(shù)*日平均負載蓄電池容量=（@指定放電率）最大允許放電深度*溫度修正因子

最大允許放電深度：深循環(huán)型電池使用80%放電深度，淺循環(huán)型電池使用50%放電深度，但嚴寒地區(qū)需要修正這個參數(shù)，適當減少這個值，擴大蓄電池容量，以延長蓄電池的使用壽命。

蓄電池的設計修正例子建立一套光伏供電系統(tǒng)給一個地處偏遠的通訊基站供電，系統(tǒng)為24V直流供電該系統(tǒng)的負載有兩個：負載一，工作電流為10A，每天工作24h;負載二，工作電流為5A，每天工作12h。該系統(tǒng)所處的地點的24h平均最低溫度為-20度，系統(tǒng)的自給天數(shù)為5天，使用深循環(huán)工業(yè)用蓄電池。

5天*（10A*24h+5A*12h）/24V

蓄電池容量==187A?h(@50小時放電率)0.5*0.7

此系統(tǒng)選擇2V/200AH蓄電池12只

最大允許放電深度選擇0.5,溫度修正因子選擇為0.7

光伏組件的計算公式

日平均負載(A?H)并聯(lián)組件數(shù)量=

庫侖效率*(組件日輸出(A?H)*衰減因子)

系統(tǒng)電壓(V)并聯(lián)組件數(shù)量=

組件電壓(V)光伏組件的計算例子一個偏遠地區(qū)建設的光伏供電系統(tǒng)，給系統(tǒng)使用直流負載，負載為24V，負載需要的能量為400A?h/天，該地區(qū)最低的光照輻射是一月份，如果采用30度的傾角，斜面上平均日太陽輻射為3.0KW?h/M2,也就是相當于3個標準峰值小時,假設采用75W太陽能組件組件日輸出=3.0峰值小時*75W/12V=3.0*4.4A=13.2A?h/天假設蓄電池的庫侖效率為90%,太陽能組件的輸出衰減為10%

日平均負載(A?H)

并聯(lián)組件數(shù)量=

庫侖效率*(組件日輸出(A?H)*衰減因子)400(A?H)==37.40.9*(13.2(A?H)*0.9)

串聯(lián)組件數(shù)量=24V/12V=2根據(jù)以上數(shù)據(jù),可以選擇并聯(lián)組件為38,串聯(lián)組件為2,所需總的太陽能組件為2*38=76塊75W組件光伏系統(tǒng)中組件支架的角度太陽能組件方陣相關的兩個角度參量:太陽電池組件傾角和太陽組件方位角太陽電池組件傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角,這個夾角是由緯度決定的,根據(jù)緯度的不同,這個夾角由公式計算得出,在我國一般是緯度+1—12度,具體有各個城市的傾斜角查出.太陽組件方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角,北半球,太陽電池組件朝向正南(即方陣的垂直面與正南方向的夾角為0度)時太陽電池組件的發(fā)電量是最大的光伏系統(tǒng)硬件設計和施工電纜的選擇基礎建設接地和防雷控制器的選擇逆變器的選擇監(jiān)控設備的選擇系統(tǒng)原理圖GPRS數(shù)據(jù)傳輸顯示ENDTHANKS太陽能電池半導體物理知識太陽能電池工作原理與特性太陽能電池生產(chǎn)制造工藝太陽能電池的發(fā)展趨勢第一節(jié)半導體物理知識一、半導體及其主要特性導體絕緣體半導體電阻率（Ωcm）10-8-10-6108-102010-5-107電阻率的變化受雜質含量影響極大電阻率受光熱等外界條件的影響很大二、半導體硅的晶體結構硅是地球上最豐富的元素之一，占地殼質量的25%，僅次于氧元素地球上不存在單質硅，基本上以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在硅的熔點為1415℃，沸點為2355℃按晶體結構分，可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅三、本征半導體和雜質半導體（一）本征半導體

晶格完整且不含雜質的半導體稱為本征半導體，由于溫度的影響，會使價鍵斷裂，形成電子-空穴對。自由電子和空穴的運動時不規(guī)則的，并產(chǎn)生電流。這樣的空穴和電子稱為載流子。（二）雜質半導體人為地將某種雜質加到半導體材料中去的過程，叫摻雜，摻雜5價的磷元素和摻雜3價的硼元素可分別得到n型半導體和p型半導體。（三）載流子的輸運電子和空穴發(fā)生的凈位移，叫做載流子的輸運，有漂移運動和擴散運動兩種輸運方式。

在電場的作用下，任何載流子都做漂移運動，一般情況下，少子數(shù)目遠少于多子數(shù)目，因此漂移電流主要是多子貢獻；擴散運動中，只有注入的少子存在很大的濃度梯度，因此擴散電流主要是少子貢獻（四）p-n結

在一塊半導體晶體上，使一部分呈p型（空穴導電），一部分呈n型（電子導電），則該p型和n型半導體界面附近的區(qū)域就叫做p-n結。P型和n型半導體接觸后，由于濃度差，載流子會發(fā)生擴散運動N型區(qū)的多子（電子）要向p型區(qū)擴散，p型區(qū)多子（空穴）向n型區(qū)擴散擴散的結果：n型區(qū)形成正電荷區(qū)域；p型區(qū)形成負電荷區(qū)域在p型區(qū)和n型區(qū)交界區(qū)域，形成一層很薄的空間電荷區(qū)，即p-n結P-n結內部會產(chǎn)生一個內建電場，在空間電荷內將產(chǎn)生載流子的漂移運動漂移運動載流子運動方向與擴散運動載流子運動方向相反當漂移運動和擴散運動載流子數(shù)目相同時，達到動態(tài)平衡此時內建電場電勢差稱為p-n結勢壘第二節(jié)太陽能電池的工作原理與特性一、太陽能電池的分類按結構分類同質結太陽能電池異質結太陽能電池肖特基太陽能電池多結太陽能電池液結太陽能電池按材料分類硅太陽能電池化合物半導體太陽電池有機半導體太陽能電池薄膜太陽能電池二、太陽能電池的結構——以硅太陽能電池為例上圖為一p型硅材料制成的n+/p型常規(guī)太陽能電池示意圖P層為基體，厚度為0.2mm-0.5mmP層上面是n層（定層，發(fā)射區(qū)層），它是在同一塊材料的表面層用高溫摻雜擴散方法制得，由于是種摻雜，記為n+,厚度為0.2-0.5μmP層和n層之間是p-n結發(fā)射層上面有由金屬制成的上電極，基體下面有下電極在電池的光照面，有一層減反射膜三、太陽能電池的基本工作原理（一）光生伏打效應當物體受到光照時，其體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。在氣體、液體和固體中均可產(chǎn)生這種效應，但在固體特別是半導體中，光能轉換成電能的效率特別高。半導體將太陽能轉換成電能過程主要包括以下四點：太陽光照射到半導體表面半導體吸收一定能量的光子，激發(fā)出光生載流子載流子在p-n結作用下，產(chǎn)生光生電動勢通過外接負載，形成光生電流，獲得功率輸出（二）太陽能電池的基本工作原理太陽光照射p-n結，在半導體內產(chǎn)生電子-空穴對在勢壘電場的作用下，電子驅向n區(qū)，空穴驅向p區(qū)在p-n結附近產(chǎn)生與勢壘電場相反的光生電場光生電場一部分抵消勢壘電動勢，剩下的部分使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負電在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了光生伏打電動勢當外電路通過電極接通時，便有電能輸出四、太陽能電池的基本特性（一）太陽能電池的極性P+、n+表示太陽能正面光照層半導體材料的導電類型太陽能電池輸出電壓的極性，p型一側為正極，n型一側為負極（二）太陽能電池的電流-電壓特性（1）太陽能電池的等效電路Isc—短路電流：將太陽能電池置于標準光源照射下，輸出短路時，流過太陽能電池兩端的電流Uoc—開路電壓：將太陽能電池置于特定光源照射下，兩端斷開時的輸出電壓值ID—通過二極管的總擴散電流，方向與Is相反Rs—太陽能電池內阻，通常很小Rsh—旁漏電阻，通常很大（2）太陽能電池的電壓電流數(shù)學關系（3）太陽能電池的電壓電流曲線

短路Isc正比于太陽輻射流量，太陽能電池的輸出功率等于流經(jīng)該電池的電流與電壓的乘積（4）最大功率輸出當太陽能電池的電壓上升時，例如通過增加負載電阻值使電壓從0（短路）開始增加時，電池的輸出功率從0開始逐漸增加；當電壓達到一定值時，功率可達到最大；如果繼續(xù)增加阻值，功率將逐漸減小，直到0（開路）其中，電池輸出功率最大點稱為最大功率點；該點所對應的電壓，稱為最大功率點電壓Um；該點對應的電流稱為最大功率點電流Im。（三）太陽能電池的填充因子太陽能電池最大功率與開路電壓和短路電流的乘積，用FF表示FF是評價太陽能電池輸出特性好壞的一個重要參數(shù)，值越高，表示太陽能電池輸出特性約趨近于矩形，電池的光電轉換效率越高，F(xiàn)F>0.7，說明電池質量優(yōu)良（四）太陽能電池的光譜響應太陽能電池收集到的某種波長的光電流與相對于入射到電池表面的該波長光子數(shù)之比光譜響應有絕對光譜響應和相對光譜響應之分，絕對光譜響應是某一波長下太陽能電池的短路電流與入射光功率之比；相對光譜響應是把最大光譜響應定為1，其他光譜響應與這一最大值的比值（五）太陽能電池的光電轉換效率太陽能電池受光照時的最大輸出功率與照射到電池上入射光的功率Pin之比與電池的結構、結特性、材料性質、工作溫度和環(huán)境變化等有關。理論上限值為33%。目前單晶硅電池的轉換效率為16-20%；多晶硅電池的轉換效率一般為15-18%（六）溫度對太陽能電池輸出性能的影響載流子的擴散系數(shù)與隨溫度的升高而稍有增加，因此光生電流IL也隨溫度升高而稍有增加I0隨溫度的上升呈指數(shù)增大，因此開路電壓隨溫度的上升急劇下降當溫度升高時，I-U曲線變形，填充因子下降溫度升高太陽能電池的功率下降，典型的功率溫度系數(shù)為-0.35%/℃五、太陽能電池組由于單個光伏電池單元僅能產(chǎn)生0.5V的電壓，因此單個電池的用處極少。實際上光伏應用的基礎單位是由一定數(shù)量的電池單元串聯(lián)組成；然后由外表堅硬、具有抗腐蝕性的外包裝整體封裝。典型的光伏電池模塊由36個電池單元串聯(lián)組成，稱“12V光伏電池模塊”。（一）電池單元串聯(lián)串聯(lián)光伏電池模塊，電流-電壓曲線將沿著電壓軸線簡單遞增。（二）電池單元并聯(lián)并聯(lián)光伏電池模塊，電流-電壓曲線是該電壓下各模塊電流之和（三）電池單元串并聯(lián)當需要大功率時，可采用并聯(lián)和串聯(lián)組合，其總電流-電壓曲線是各個模塊電流之和太陽能電池組件中某一個電池被遮蔽，將作為負載消耗其他太陽能電池組件產(chǎn)生的能量，而發(fā)熱，這成為“熱斑效應”。（四）遮蔽對電流-電壓曲線的影響N個太陽能電池單元串聯(lián)第n個單元被遮蔽則第n個單元電流源輸出Isc為0考慮到當其余n-1個電池單元仍工作于滿日照下，輸出電流仍為原來的電流I，輸出電壓為Un-1，此時一個電池單元被