《太陽能光伏學(xué)》教學(xué)大綱

1、 本文由whglgui貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 新能源與材料工程系 太陽能光伏學(xué)課程 教學(xué)大綱 （統(tǒng)招專科） 適用專業(yè)： 適用專業(yè)：光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù) 二一年八月 1 太陽能光伏學(xué)課程教學(xué)大綱 太陽能光伏學(xué)課程教學(xué)大綱 一、課程基本信息 課程編號 課程名稱 課程英文名稱 總學(xué)時(shí)數(shù) 學(xué) 分 42 3 授課 學(xué)時(shí) 36 太陽能光伏學(xué) Photovoltaics of Solar cells 實(shí)踐 學(xué)時(shí) 6 實(shí)驗(yàn) 學(xué)時(shí) 習(xí)題課 學(xué) 時(shí) 設(shè)計(jì) 學(xué)時(shí) 開課單位 適用專業(yè) 先修課程 課程類別 選用教材 江西藍(lán)天學(xué)院新能源與材料工程系 統(tǒng)

2、招?？疲汗夥牧霞庸づc應(yīng)用 大學(xué)物理 職業(yè)技術(shù)模塊 郭連貴主編的太陽能光伏學(xué) （自編教材，出版中） 1、 楊金煥主編的太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù) ，電子工業(yè)出版社，2009。 2、 偉納姆 （澳） 主編、 狄大衛(wèi)翻譯的 應(yīng)用光伏學(xué) 上海交通大學(xué)出版社， ， 2008。 3、 趙爭鳴主編的太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用 ，科學(xué)出版社，2007。 4、 楊德仁主編的太陽電池材料 ，化學(xué)工業(yè)出版社，2008。 太陽能光伏學(xué)是材料類專業(yè)研究太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的一門專業(yè)必修課。開 設(shè)本課程的目的是使學(xué)生獲得必要的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的基本理論、基本知識和基 主要教學(xué) 參考書 本課程 任務(wù)和 目的 本技能，為從事光伏方

3、向的技術(shù)工作，學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。其任務(wù)是使學(xué)生掌握 太陽電池材料的制備技術(shù)、表征手段以及太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的 應(yīng)用，能夠進(jìn)行基本的太陽電池性能測試及太陽電池組件封裝，并具備太陽能光伏系 統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技能和簡單獨(dú)立光伏系統(tǒng)的典型應(yīng)用。 教學(xué)大綱 材料系材料科學(xué)與工程教研室 制訂單位 教學(xué)大綱 2010-8-5 制訂時(shí)間 二、課程內(nèi)容及基本要求 第一章： 第一章：太陽能及其利用概述 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、能源的四種分類方式以及人類利用能源的歷程；能源危機(jī)的由來以及開 發(fā)利用可再生能源（如太陽能）對于緩解能源危機(jī)的重要意義。 2、 化石燃料利用引起的全球 “溫室效應(yīng)” 后

4、果以及開發(fā)利用可再生能源 （如 太陽能）對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要意義。 2 3、全球無電人口的現(xiàn)狀以及開發(fā)利用可再生能源（如太陽能）對于促進(jìn)經(jīng) 濟(jì)發(fā)展、改善民生的重要意義。 4、太陽能資源“取之不盡、用之不竭”的原因以及太陽輻射能進(jìn)入地球的 吸收情況。 5、太陽常數(shù)的定義；太陽輻射的性質(zhì)以及太陽輻射光譜的分布；大氣質(zhì)量 的定義以及大氣透明度對太陽輻射的影響。 6、世界太陽能資源分布情況以及中國太陽能資源分布情況。 7、近代人類利用太陽能的 7 個(gè)階段。 8、太陽能利用的 4 種基本方式：光熱利用、光電利用、光化利用及光生物 利用。 9、太陽能光伏發(fā)電相比于傳統(tǒng)發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)。 10、世界太陽能光伏

5、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r：包括太陽電池生產(chǎn)情況、光伏市場 發(fā)展情況、光伏技術(shù)進(jìn)步情況以及各國出臺的光伏產(chǎn)業(yè)扶持計(jì)劃。 11、中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r：包括太陽電池生產(chǎn)情況、光伏市場 發(fā)展情況以及光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的各種挑戰(zhàn)。 基本要求： 基本要求： 1、掌握太陽能的利用方式及太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)，從而增強(qiáng)信心，大 力發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。 2、理解開發(fā)利用太陽能對人類社會(huì)發(fā)展的重要意義；理解太陽能資源“取 之不盡，用之不竭”的原因；理解太陽輻射的光譜特點(diǎn)及太陽能資源在全世界的 分布狀況。 3、 了解目前人類使用的能源類別及能源的供需情況現(xiàn)狀， 主要是能源危機(jī)； 了解近代人類利用太陽能的歷程； 了解當(dāng)前

6、世界及中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)?況。 本章重點(diǎn): “溫室效應(yīng)”及環(huán)境保護(hù)；太陽能的利用 本章重點(diǎn): 能源分類及能源危機(jī)； 方式；太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)。 本章難點(diǎn)： 本章難點(diǎn)：太陽能資源“取之不盡、用之不竭”的原因；太陽輻射的性質(zhì)以 及太陽輻射光譜的分布；地面太陽輻射的估算。 第二章 第二章：太陽電池的工作原理及其特性 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、半導(dǎo)體的特性：溫敏特性、摻雜特性及光敏特性。 3 2、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)：導(dǎo)帶、價(jià)帶及禁帶。 3、N 型半導(dǎo)體的概念及 P 型半導(dǎo)體的概念；P-N 結(jié)的形成。 4、光伏效應(yīng)及太陽電池的工作原理。 5、太陽電池的電特性，包括等效電路、伏安特性曲線、最大

7、功率、開路電 壓、短路電流、填充因子、轉(zhuǎn)換效率。 6、太陽電池的外特性，包括光譜響應(yīng)及溫度特性。 7、太陽電池的標(biāo)準(zhǔn)測試條件。 8、太陽電池伏安特性測試原理、測試儀器與裝置及測試步驟。 9、太陽電池光譜響應(yīng)測試原理及測試步驟。 基本要求： 基本要求： 1、掌握半導(dǎo)體的特性及其能帶結(jié)構(gòu)；掌握 P-N 結(jié)的形成；掌握光伏效應(yīng)及 太陽電池的工作原理。 2、理解 N 型半導(dǎo)體的概念及 P 型半導(dǎo)體的概念；理解太陽電池的電特性及 外特性；理解太陽電池伏安特性測試原理及光譜響應(yīng)測試原理。 3、了解太陽電池的標(biāo)準(zhǔn)測試條件；了解太陽電池伏安特性測試步驟及光譜 響應(yīng)測試步驟。 本章重點(diǎn)：光伏效應(yīng)及太陽電池的工作

8、原理；太陽電池的電特性及外特性； 本章重點(diǎn) 太陽電池的伏安特性測試及光譜響應(yīng)測試。 本章難點(diǎn)：半導(dǎo)體的特性及其能帶結(jié)構(gòu)；P-N 結(jié)的形成。 本章難點(diǎn) 第三章 太陽電池的制備及其結(jié)構(gòu) 第三章：太陽電池的制備及其結(jié)構(gòu) 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、太陽電池的分類方法（按電池材料、電池結(jié)構(gòu)及技術(shù)成熟程度） 。 2、晶體硅太陽電池的提純過程（西門子法、硅烷熱分解法及冶金法） 。 3、晶體硅太陽電池的拉棒過程（單晶硅的直拉單晶法及區(qū)熔法、多晶硅的 鑄造法及硅帶法） 。 4、晶體硅太陽電池的切片過程（包括切斷、滾圓及切片） 。 5、晶體硅太陽電池的制電池過程（包括硅片的選擇、硅片的表面處理、擴(kuò) 散制結(jié)、去除

9、背結(jié)、制作上下電極、腐蝕周邊、蒸鍍減反射膜及檢驗(yàn)測試） 。 6、晶體硅太陽電池的封裝過程（包括封裝結(jié)構(gòu)、材料及其工藝流程） 。 7、薄膜太陽電池的優(yōu)點(diǎn)及其種類。 8、非晶硅薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 4 9、多晶硅薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 10、砷化鎵薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 11、CdTe 和 CdS 薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 12、CIS 和 CIGS 薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 13、染料敏化納米薄膜太陽電池的基本性質(zhì)、制備及其結(jié)構(gòu)。 14、第三代太陽電池（疊層太陽電池、量子點(diǎn)電池、多能帶電池、熱載流 子電池、多載流子電池

10、、熱光伏電池等） 。 基本要求： 基本要求： 1、掌握晶體硅太陽電池的制造過程（提純過程、拉棒過程、切片過程、制 電池過程、封裝過程） 。 2、理解各類薄膜太陽電池材料（非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、砷化鎵薄膜、 CdTe 和 CdS 薄膜、銅銦（鎵）硒薄膜、燃料敏化納米薄膜）的基本性質(zhì)、制備 過程及電池結(jié)構(gòu)。 3、了解太陽電池的分類；了解第三代太陽電池的概念及其典型代表。 本章重點(diǎn)：晶體硅太陽電池的制造過程。 本章重點(diǎn) 本章難點(diǎn)：各類薄膜太陽電池材料的基本性質(zhì)、制備過程及電池結(jié)構(gòu)。 本章難點(diǎn) 第四章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述 第四章：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、太陽能光伏發(fā)電

11、系統(tǒng)的基本組成及其工作原理。 2、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的種類（獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系 統(tǒng)及混合光伏發(fā)電系統(tǒng)） 。 3、太陽電池方陣的連接方法；二極管在太陽電池方陣中的作用；太陽電池 方陣的安裝方式。 4、蓄電池的基本構(gòu)造和工作原理；蓄電池的充放電特性。 5、控制器的基本構(gòu)成；控制器對蓄電池充放電控制的工作原理。 6、逆變器的工作原理；光伏并網(wǎng)逆變器及其孤島效應(yīng)。 基本要求： 基本要求： 1、掌握太陽電池方陣、蓄電池、控制器及逆變器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中 的作用及其工作原理。 2、理解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的種類（獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系 統(tǒng)及混合光伏發(fā)電系統(tǒng)） 。 5 3、了解太陽

12、能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成及其工作原理。 本章重點(diǎn)：太陽電池方陣、蓄電池、控制器及逆變器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 本章重點(diǎn) 中的作用及其工作原理。 本章難點(diǎn)： 蓄電池的工作原理及其充放電 本章難點(diǎn) 二極管在太陽電池方陣中的作用； 特性；孤島效應(yīng)。 第五章 第五章：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。 2、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的步驟； 3、負(fù)載用電量的的估算（列出基本數(shù)據(jù)并確定負(fù)載功率） 。 4、 蓄電池容量的設(shè)計(jì) （設(shè)計(jì)基本原理、 蓄電池容量計(jì)算及蓄電池組的連接） 。 5、太陽電池方陣的設(shè)計(jì)（太陽日輻射量的計(jì)算、方陣最佳傾角及

13、方陣容量 的設(shè)計(jì)） 。 6、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（包括電纜的選取、供電系統(tǒng)的基礎(chǔ) 建設(shè)、方陣支架設(shè)計(jì)、接地和防雷設(shè)計(jì)） 。 7、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)軟件（PV*SOL、RETSCREEN、PVSYST、 SunnyDesign、Solar Pro、上海電力學(xué)院設(shè)計(jì)軟件） 。 基本要求： 基本要求： 1、掌握蓄電池容量的設(shè)計(jì)；掌握太陽電池方陣容量的設(shè)計(jì)。 2、理解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容；理解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè) 計(jì)的步驟；理解負(fù)載用電量的的估算。 3、了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些 設(shè)計(jì)軟件。 本章重點(diǎn): 本章重點(diǎn) 蓄電池容量的設(shè)計(jì)及太陽

14、電池方陣容量的設(shè)計(jì)。 本章難點(diǎn)：蓄電池容量計(jì)算及蓄電池組的連接；太陽日輻射量的計(jì)算、方陣 本章難點(diǎn) 最佳傾角及方陣容量的設(shè)計(jì)。 第六章 第六章：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用 課程內(nèi)容： 課程內(nèi)容： 1、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在戶用領(lǐng)域的應(yīng)用。 2、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在光伏水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用。 3、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在消費(fèi)性電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。 6 4、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在光伏照明系統(tǒng)中的應(yīng)用。 5、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在交通工具電源中的應(yīng)用。 6、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 7、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在通信基站領(lǐng)域中的應(yīng)用。 8、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在聲屏障系統(tǒng)中的應(yīng)用。 9、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在分布式屋頂中的應(yīng)

15、用。 10、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在集中式光伏電站中的應(yīng)用。 11、風(fēng)光互補(bǔ)混合光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。 12、光伏組件特殊應(yīng)用光伏建筑一體化（BIPV） （BIPV 的概念、分類、特 點(diǎn)、設(shè)計(jì)及其在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀） 。 13、太陽電池在太空領(lǐng)域的應(yīng)用。 14、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些典型工程應(yīng)用（如廣州地區(qū)太陽能路燈、 浙江慈溪天和家園小區(qū) 43kWp 屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、西藏羊八井 100kWp 并網(wǎng)光伏 電站、洛陽中硅研發(fā)樓 BIPV） 。 基本要求： 基本要求： 1、掌握獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在戶用領(lǐng)域、照明系統(tǒng)、交通工具電源系統(tǒng)中的 應(yīng)用； 掌握并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在分布式屋頂光伏系統(tǒng)及集中式大型光伏電站中的

16、 應(yīng)用；掌握光伏組件的特殊應(yīng)用光伏建筑一體化（BIPV） 。 2、理解獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在光伏水泵系統(tǒng)、消費(fèi)性光伏電子產(chǎn)品、自動(dòng)化 光伏監(jiān)控系統(tǒng)、通信基站光伏系統(tǒng)、光伏聲屏障系統(tǒng)中的應(yīng)用；理解風(fēng)光互補(bǔ)混 合光伏系統(tǒng)的應(yīng)用及太陽電池在太空領(lǐng)域的應(yīng)用。 3、了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些典型工程應(yīng)用。 本章重點(diǎn)：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在日常生活領(lǐng)域中的應(yīng) 本章重點(diǎn) 用。 本章難點(diǎn)：光伏組件的特殊應(yīng)用光伏建筑一體化（BIPV） 。 本章難點(diǎn) 三、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求 本課程是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的一門課程，為保證課程的教學(xué)質(zhì)量， 開設(shè)以下三個(gè)實(shí)驗(yàn)課，以利于學(xué)生對理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興

17、趣，同時(shí)獲 得一門實(shí)用技術(shù)。 7 實(shí)驗(yàn)一：太陽電池性能測試 實(shí)驗(yàn)一： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?1、學(xué)會(huì)伏安特性測試儀的操作。 2、掌握太陽電池伏安特性曲線的分析方法，并會(huì)根據(jù)伏安特性曲線計(jì)算相 關(guān)性能參數(shù)（如太陽電池的最大功率、開路電壓、短路電流、填充因子、轉(zhuǎn)換效 率等） 。 實(shí)驗(yàn)二 太陽電池組件封裝 實(shí)驗(yàn)二：太陽電池組件封裝 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：演示性實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?1、學(xué)會(huì)將單體太陽電池連接封裝成可發(fā)電的組件。 2、掌握太陽電池封裝的材料及基本工藝流程。 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)三：簡單獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 實(shí)

18、驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?1、學(xué)會(huì)使用一些典型的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件（如 RETSCREEN） ，并學(xué)會(huì)將太陽 電池組件、蓄電池、控制器及逆變器連接組成簡單的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。 2、掌握蓄電池容量設(shè)計(jì)的方法及太陽電池方陣容量設(shè)計(jì)的方法。 四、學(xué)時(shí)分配表： 學(xué)時(shí)分配表： 教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)時(shí)數(shù) 講 課 課程內(nèi)容 第一章：太陽能及其利 用概述 第二章：太陽電池的工 作原理及其特性 第三章：太陽電池的制 備及其結(jié)構(gòu) 4 6 12 2 2 實(shí) 驗(yàn) 實(shí) 踐 習(xí) 題 課 討 論 課 設(shè) 計(jì) 其 他 小 計(jì) 4 8 14 8 第四章：太陽能光伏發(fā) 電系統(tǒng)概述 第五章：太陽能光伏發(fā) 電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第六章：太陽能光伏發(fā) 電系統(tǒng)的應(yīng)用 共 計(jì) 4 6 4 36 6 2 4 8 4 42 五、課程教學(xué)的有關(guān)說明 1、自學(xué)內(nèi)容： 自學(xué)內(nèi)容： 對于以上注有“”符號的章節(jié)為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容，教師可略講或不講。 2、教學(xué)方法： 教學(xué)方法： （1）本課程既是一門理論性很強(qiáng)又是一門與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，因此在 教學(xué)過程中一是要突出基本概念、基本原理和光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的講解；二是要 盡量結(jié)合獨(dú)立光伏系統(tǒng)及并網(wǎng)光伏系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用來增強(qiáng) 學(xué)生對理論的理解；三是要求學(xué)生認(rèn)真上好實(shí)驗(yàn)課。 （2）本課程運(yùn)用多媒體教學(xué)特點(diǎn)，開發(fā)仿真電子課件，進(jìn)