影響光伏電站發(fā)電量的10個因素

1、1影響太陽電站發(fā)電量的影響太陽電站發(fā)電量的10個因素個因素1：太陽輻射量：太陽輻射量2：太陽電池組件的傾斜角度：太陽電池組件的傾斜角度3：太陽電池組件的效率：太陽電池組件的效率4：組合損失：組合損失5：溫度特性：溫度特性6：灰塵損失：灰塵損失7：最大輸出功率跟蹤：最大輸出功率跟蹤 （MPPT）8：線路損失：線路損失9：控制器、逆變器效率：控制器、逆變器效率10：蓄電池的效率（獨立系統(tǒng)）：蓄電池的效率（獨立系統(tǒng)）All rights reserved.1：太陽輻射：太陽輻射 在地球上，我們的能源基本上都來源于太陽，電力也不例外，我們的電能也是以不同的方式從太陽能轉(zhuǎn)換中得到的。 太陽是一個灼熱的火

2、球，它表面的溫度大約為6000，而中心的溫度達(dá)到2000萬，它不斷地向外輻射光和熱。 太陽這個灼熱的火球距離我們很遙遠(yuǎn)，它向外輻射光和熱以30萬公里/秒的速度，經(jīng)歷8分鐘的長途跋涉才來到地球。電與太陽能發(fā)電電與太陽能發(fā)電 在人類眾多的能源中，品位最高的無疑應(yīng)該是電能了。它可以非常方便地轉(zhuǎn)換成其他能源形式：磁能、光能、熱能、化學(xué)能等等。而且它的傳輸方便，這也是其他能源所做不到的。 廣意上講，地球上的能量幾乎都是太陽能，從狹義上講，太陽能分為光熱、光電。 在太陽電池組件的轉(zhuǎn)換效率一定的情況下，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量是由太陽的輻射強度決定的。太陽能光伏發(fā)電對環(huán)境的影響太陽能光伏發(fā)電對環(huán)境的影響與光伏發(fā)電有

3、關(guān)的幾個太陽輻射數(shù)據(jù)與光伏發(fā)電有關(guān)的幾個太陽輻射數(shù)據(jù)太陽輻射強度1）日照時間：氣象上每天太陽輻射超過120W/平方米的時間。意義不大。2）峰值太陽（日照）小時。這是一個等效概念，指每天太陽輻射強度超過1KW/平方米（太陽電池測量標(biāo)準(zhǔn)光強）的小時數(shù)，它在數(shù)值上等于平均日輻射量除以標(biāo)準(zhǔn)光強，單位是h/d（小時/天）我國的太陽輻射情況我國的太陽輻射情況四類太陽輻射地區(qū)四類太陽輻射地區(qū)太陽光譜太陽光譜大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量Z：太陽天頂角Z=48.2,AM1.5討論：討論：1：不同的太陽電池的頻率響應(yīng)是不一樣的，通常在3001200nm之間。2：近紅外線和近紫外線是可以發(fā)電的。3：太陽常數(shù)：在地球大氣層外，平

4、均日地距離處垂直太陽光單位面積上的太陽輻射強度，用AM0表示。 1367W7W/m2 25,1000W/m2, AM1.5為太陽電池的測試條件。 討論討論 1：計量單位 kwh/m2 .a Mj/m2.a 換算：1kwh=3.6Mj 2:我國的峰值日照小時： 1類地區(qū)：4.79小時 2類地區(qū)：4.3小時 3類地區(qū)：3.3小時 4類地區(qū)：2.8小時（和德國柏林差不多） 并網(wǎng)光伏電站的平均效率在75% 光伏系統(tǒng)對太陽輻射能量的利用效率只有10%左右（太陽電池效率、組件組合損失、灰塵損失、控制逆變器損失、線路損失、蓄電池效率）關(guān)于太陽輻射測量的新進(jìn)展關(guān)于太陽輻射測量的新進(jìn)展 目前國際輻射測量動向目前

5、國際輻射測量動向基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一基準(zhǔn)站之一總輻射表總輻射表高精度輻射表高精度輻射表討論與總結(jié)討論與總結(jié)1：太陽輻射的測量對測試環(huán)境有比較高的要求，并不是任何地點都適合進(jìn)行基準(zhǔn)測量。2：太陽輻射的測量是一個長期積累的過程。3：我國正在擬定關(guān)于太陽輻射的測量的一系列國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由“全國氣象防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會”負(fù)責(zé)擬定。其中包括名詞解釋、測試設(shè)備、測試方法等。4：光伏電站的發(fā)電量直接與太陽輻射量有關(guān)，太陽的輻射強度、光譜特性是隨著氣象條件而改變的。5：太陽能

6、資源的評估不可能十分精確。2：太陽電池組件的傾斜角度從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量H，直接輻射量Hb及散射輻射量Hd，且有： H=Hb+ Hd 對于傾斜面上的太陽輻射總量及太陽輻射的直散分離原理可得：傾斜面上的太陽輻射總量Ht是由直接太陽輻射量Hbt天空散射量Hdt和地面反射輻射量Hrt部分組成。 Ht=Hbt+Hdt+HrtHbt計算計算（1） Hbt的計算：對于確定的地點，如果知道全年每個月水平面上平均太陽輻射的總輻射量H、直接輻射量Hb及散射輻射量Hd以后，就可以算出不同傾斜角下的相關(guān)太陽輻射量，以下是它的計算公式： Hbt=RHb 其中R為傾斜面上的直接輻射分量與水平

7、面上直接輻射分量的比值。對于朝向赤道的傾斜面來說： 式中：為光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)?shù)鼐暥龋粸楣夥疥噧A角；為太陽赤緯；s水平面上日落時角；st頃斜面上日落時角。 太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，用表示，在一年之中，太陽赤緯每天都在發(fā)生變化，但不超過23。27的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23。27；冬天最小變化到冬至日的- 23。27。太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照庫伯(cooper)方程，可知太陽赤緯的計算公式為： 式中：n為一年中的天數(shù)。如：在春分，n =81，=0，自春分曰起第d天的太陽赤緯為：太陽的赤緯角太陽的赤緯角天空散射輻射分量天空散射輻射分量Hdt 對于天空散射采用Hay模型，H

8、ay模型認(rèn)為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射量兩部分組成，可表示為： 式中：Ho為大氣層外水平面上輻射量。其計算公式為： 式中：Isc為太陽常數(shù)，取1367W/m2。 若天空散射各向同性時，上式可以化簡為：地面反射輻射分量地面反射輻射分量Hrt： 通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘?，其大小為： 其中P為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示： 各種地面反射率一般計算時，可取p=0.2，綜上所述，斜面上太陽輻肘量即為：我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角5：溫度

9、特性討論討論1：氣象部門提供的是水平面上的太陽直接是輻射和散射部分的輻射量，和我們實際應(yīng)用的情況有區(qū)別。2：并網(wǎng)的太陽電池直接的傾斜角度設(shè)計只需要考慮全年總發(fā)電最大就可以了，相對于獨立發(fā)電系統(tǒng)要簡單的多。3：具體做法 ，可以采用查表或者軟件的方法。3：太陽電池的效率1839年法國實驗物理學(xué)家年法國實驗物理學(xué)家E：Becquere-1發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)，簡稱為光伏發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)，簡稱為光伏效應(yīng)；效應(yīng)； 1877年年 wGAdams和和REDay研究了硒研究了硒(se)的光伏效應(yīng)，并制作第一片的光伏效應(yīng)，并制作第一片硒太陽電池；硒太陽電池； 1883年美國發(fā)明家年美國發(fā)明家charle

10、s Fritts描述了第一片硒太陽電池的原理；描述了第一片硒太陽電池的原理； 1904 年年Hallwachs發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅(cucu20)結(jié)合在一起具有光敏特性；結(jié)合在一起具有光敏特性；德國物理學(xué)家愛因斯坦德國物理學(xué)家愛因斯坦(Albert Einsteln)發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文；發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文； 1918年波蘭科學(xué)家年波蘭科學(xué)家czochralski發(fā)展生長單晶硅的提拉法工藝；發(fā)展生長單晶硅的提拉法工藝； 1921年德國物理學(xué)家愛因斯坦由于年德國物理學(xué)家愛因斯坦由于1904年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾物理獎；貝爾物理獎；1

11、930年年 BLang研究氧化亞銅銅研究氧化亞銅銅(Cu20Cu)太陽電池，發(fā)表太陽電池，發(fā)表“新型光伏電新型光伏電 池池”論文論文；WSchottky發(fā)表發(fā)表“新型氧化亞銅新型氧化亞銅(Cu20)光電池光電池”論文；論文； 1932年年 Audobert和和Stora發(fā)現(xiàn)硫化鎘發(fā)現(xiàn)硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；的光伏現(xiàn)象； 1933年年 L0Grondahl發(fā)表發(fā)表“銅一氧化亞銅銅一氧化亞銅(CwCu20)整流器和光電池整流器和光電池” 論文；論文； 1951年生長年生長p-n結(jié)，實現(xiàn)制備單晶鍺電池；結(jié)，實現(xiàn)制備單晶鍺電池；1953年年 Wayne州立大學(xué)州立大學(xué)Dan Trivich博士完成

12、基于太陽光譜的具有不同帶隙寬博士完成基于太陽光譜的具有不同帶隙寬 度的度的各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的第一個理論計算；各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的第一個理論計算； 1954年年 RCA實驗室的實驗室的PRappaport等報道硫化鎘等報道硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；的光伏現(xiàn)象； (RCA：Radio Corporation of America，美國無線電公司，美國無線電公司)； 貝爾貝爾(Bell)實驗室研究人員實驗室研究人員DMChapin，CSFuller和和GLPearson報報 道道45效率的單晶硅太陽龜池的發(fā)現(xiàn)，幾個月后效率達(dá)到效率的單晶硅太陽龜池的發(fā)現(xiàn)，幾個月后效率達(dá)到6。 1955年西年西

13、 部電工部電工(Western Electric)開始出售硅光伏技術(shù)商業(yè)專利，在亞桑那大學(xué)召開國際太開始出售硅光伏技術(shù)商業(yè)專利，在亞桑那大學(xué)召開國際太陽能會議，陽能會議， Hoffman電子推出效率為電子推出效率為2的商業(yè)太陽電池產(chǎn)品，電池為的商業(yè)太陽電池產(chǎn)品，電池為14mw片，片，25美元片，相當(dāng)美元片，相當(dāng) 于于1785USDW； 1956年年 PPappaport，JJLoferski和和EGLinder發(fā)表發(fā)表“鍺和硅鍺和硅p n結(jié)電子結(jié)電子電流效應(yīng)電流效應(yīng)”的文章；的文章； 1957年年 Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到電子的單晶硅電池效率達(dá)到8；DMChapin，CSFull

14、er和和GLPearson獲得獲得“太陽能轉(zhuǎn)換器件太陽能轉(zhuǎn)換器件”專利權(quán)；專利權(quán)； 1958年美國信號部隊的年美國信號部隊的TMandelkorn制成制成np型單晶硅光伏電池，這種電池抗型單晶硅光伏電池，這種電池抗輻射能力強，這對太空電池很重要；輻射能力強，這對太空電池很重要；Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到電子的單晶硅電池效率達(dá)到 9；第一；第一個光伏電池供電的衛(wèi)星先鋒個光伏電池供電的衛(wèi)星先鋒1號發(fā)射，光伏電池號發(fā)射，光伏電池lOOcm2，0IW，為一備用的，為一備用的5mW的話筒供電；的話筒供電； 1959年年 Hoffman電子實現(xiàn)可商業(yè)化單晶硅電池效率達(dá)到電子實現(xiàn)可商業(yè)化單晶硅電

15、池效率達(dá)到10，并通過用網(wǎng)柵，并通過用網(wǎng)柵 電極電極來顯著減少光伏電池串聯(lián)電阻；衛(wèi)星探險家來顯著減少光伏電池串聯(lián)電阻；衛(wèi)星探險家6號發(fā)射，共用號發(fā)射，共用9600片電池列片電池列 陣，每片陣，每片2 cm2，共約，共約20W； ， 1960年年 Hoffman電子實現(xiàn)單晶硅電池效率達(dá)到電子實現(xiàn)單晶硅電池效率達(dá)到14； 1963年第一個商業(yè)通訊衛(wèi)星年第一個商業(yè)通訊衛(wèi)星Telstar發(fā)射，所用的太陽電池功率發(fā)射，所用的太陽電池功率14W； 1963 年年Sharp公司成功生產(chǎn)光伏電池組件；日本在一個燈塔安裝公司成功生產(chǎn)光伏電池組件；日本在一個燈塔安裝242W光伏電池列陣，在光伏電池列陣，在當(dāng)時是世

16、界最大的光伏電池列陣；當(dāng)時是世界最大的光伏電池列陣； 1964年宇宙飛船年宇宙飛船“光輪發(fā)射光輪發(fā)射”，安裝，安裝470W的光伏列陣；的光伏列陣； 1965 年年P(guān)eter Olaser和和ADLittle提出衛(wèi)星太陽能電站構(gòu)思；提出衛(wèi)星太陽能電站構(gòu)思； 196年年6帶有帶有1000W光伏列陣大軌道天文觀察站發(fā)射；光伏列陣大軌道天文觀察站發(fā)射； 1972年法國人在尼日爾一鄉(xiāng)村學(xué)校安裝一個硫化鎘光伏系統(tǒng)，用于教育電視供電年法國人在尼日爾一鄉(xiāng)村學(xué)校安裝一個硫化鎘光伏系統(tǒng)，用于教育電視供電 1973年美國特拉華大學(xué)建成世界第一個光伏住宅；年美國特拉華大學(xué)建成世界第一個光伏住宅； 1974年日本推出光

17、伏發(fā)電的年日本推出光伏發(fā)電的“陽光計劃陽光計劃”；Tyco實驗室生長第一塊實驗室生長第一塊EFG晶體硅帶，晶體硅帶，25mm寬寬，457mm長長(EFG：Edge defined Film FedGrowth，定邊喂膜生長，定邊喂膜生長)； 1977年世界光伏電池超過年世界光伏電池超過500kW；DECarlson和和cRWronski在在wESpear的的1975年控制年控制p-n結(jié)的工作基礎(chǔ)上制成世界上第一個非晶硅結(jié)的工作基礎(chǔ)上制成世界上第一個非晶硅(aSi)太陽電池；太陽電池； 1979年世界太陽電池安裝總量達(dá)到年世界太陽電池安裝總量達(dá)到1MW； 1980年年 ARCO太陽能公司是世界上

18、第一個年產(chǎn)量達(dá)到太陽能公司是世界上第一個年產(chǎn)量達(dá)到1MW光伏電池生產(chǎn)廠家；三洋電氣光伏電池生產(chǎn)廠家；三洋電氣公司利用非晶硅電池率先制成手持式袖珍計算器，接著完成了公司利用非晶硅電池率先制成手持式袖珍計算器，接著完成了asi組件批量生產(chǎn)并進(jìn)行了戶組件批量生產(chǎn)并進(jìn)行了戶外測試；外測試； 1981年名為年名為Solar Challenger的光伏動力飛機飛行成功的光伏動力飛機飛行成功； 1992年世界太陽電池年產(chǎn)量超過579Mw； 1993年世界太陽電池年產(chǎn)量超過601MW； 1994年世界太陽電池年產(chǎn)量超過694MW； 1995年世界太陽電池年產(chǎn)量超過777MW；光伏電池安裝總量達(dá)到500MW；

19、1996年世界太陽電池年產(chǎn)量超過886MW； 1997年世界太陽電池年產(chǎn)量超過1258MW； 1998年世界太陽電池年產(chǎn)量超過1517MW；多晶硅電池產(chǎn)量首次超過單晶硅； 1999年世界太陽電池年產(chǎn)量超過2013MW；美國NREL的MAContreras等報道銅銦錫(CIS)電池效率達(dá)到188；非晶硅電池占市場份額123； 2000年世界太陽電池年產(chǎn)量超過2877Mw，安裝超過1000Mw，標(biāo)志太陽能時代的到來； 200l年世界太陽電池年產(chǎn)量超過399Mw；Wu x，Dhere RG，A|bin D.s.等報道碲化鎘(cdTe)電池效率達(dá)到164；單晶硅太陽電池售價約為3USDW； 2002年

20、世界太陽電池年產(chǎn)量超過540Mw；多晶硅太陽電池售價約為2.2USDW； 2003年太陽電池年產(chǎn)量超過760MW；德國FratInhofer ISE的LFC(Laserfired contact)晶體硅太陽電池效率達(dá)到20； 2004年太陽電池年產(chǎn)量超過1200Mw；德國Fraurlhofer ISE多晶硅太陽電池效率達(dá)203；非晶硅電池占市場份額44，降為1999年的13，CdTe占1_1；而CIS占O4； 2010年通過技術(shù)突破，太陽電池成本進(jìn)一步降低，在世界能源供應(yīng)中占有一定的份額；德國可再生能源發(fā)電達(dá)到125； 2020年太陽電池發(fā)電成本與化石能源相接近，德國可再生能源占20； 203

21、0年太陽電池發(fā)電達(dá)到lO20；德國將關(guān)閉所有的核電站； 2050年世界太陽能利用將占有世界能源總能耗3050份額。1982年世界太陽電池年產(chǎn)量超過93MW； 1983年世界太陽電池年產(chǎn)量超過213MW；名為Solar Trek的lkW光伏動力汽車穿越澳大利亞，20天內(nèi)行程達(dá)到4000km； 1984年面積為929cm2的商品化非晶硅太陽電池組件問世； 1985年單晶硅太陽電池售價10USDW；澳大利亞新南威爾士大學(xué)MartinGreen（馬丁格林博士）研制單晶硅的太陽電池效率達(dá)到20； 1986 年6月，ARCO Solar發(fā)布G-4000世界首例商用薄膜電池“動力組件”； 1987 年11月

22、，在3100km穿越澳大利亞的Pentax World Solar Challenge Pv一動力汽車競賽上，GM Sunrayeer獲勝，平均時速約為71kmh； 1990年世界太陽電池年產(chǎn)量超過465MW； 1991年世界太陽電池年產(chǎn)量超過553MW；瑞士Grfitzel教授研制的納米TiOz染料敏化太陽電池效率達(dá)到7；討論討論1：太陽電池的效率在緩慢的提高，目前尚德公司的太陽電池效率可以達(dá)到19%以上，是國內(nèi)效率最高的太陽電池。2： 進(jìn)入本世紀(jì)以來，我國太陽能光伏進(jìn)入了快速發(fā)展期，太陽電池的效率在不斷提高，在納米技術(shù)的幫助下，未來硅材料的轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%，這將成為太陽能發(fā)電技術(shù)上的“革命

23、性突破”。太陽能光伏電池主流的材料是硅，因此硅材料的轉(zhuǎn)化率一直是制約整個產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。硅材料轉(zhuǎn)化率的經(jīng)典理論極限是29%。而在實驗室創(chuàng)造的記錄是25%，正將此項技術(shù)投入產(chǎn)業(yè)。目前，投入大量商業(yè)生產(chǎn)的光伏太陽能電池組件的轉(zhuǎn)換率約在16%左右。實驗室已經(jīng)可以直接從硅石中提煉出高純度硅，而無需將其轉(zhuǎn)化為金屬硅，再從中提煉出硅。這樣可以減少中間環(huán)節(jié)，提高效率。將第三代納米技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合，可以把硅材料的轉(zhuǎn)化率提升至35%以上，如果投入大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)，將極大地降低太陽能發(fā)電的成本。令人可喜的是，這樣的技術(shù)“已經(jīng)在實驗室完成，正等待產(chǎn)業(yè)化的過程”。3：在不久的將來，尚德公司將利用納米技術(shù)為廣大用戶提供35%效率的太陽電池