光伏發(fā)電知識(shí)普與篇(一)

1、 .wd. .wd. .wd.光伏發(fā)電根基知識(shí)一、光伏發(fā)電的概念光伏發(fā)電是利用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/19928.htm t _blank 半導(dǎo)體界面的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/715174.htm t _blank 光生伏特效應(yīng)而將 HYPERLINK :/baike.baidu /view/710222.htm t _blank 光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽電池板組件、控制器和逆變器三大局部組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6595

2、43.htm t _blank 串聯(lián)后進(jìn)展封裝保護(hù)可形成大面積的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/346275.htm t _blank 太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。二、光伏發(fā)電的原理光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能抑制金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬外表逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個(gè)外層電子，如果在純硅中摻入有5個(gè)外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體；假設(shè)在純硅中摻入有3個(gè)外層電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí)，接觸面

3、就會(huì)形成電勢(shì)差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到PN結(jié)后，空穴由P極區(qū)往N極區(qū)移動(dòng)，電子由N極區(qū)向P極區(qū)移動(dòng)，形成電流。光電效應(yīng)就是光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等，就形成PN結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安

4、裝電極。有了電池組件和其他輔助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲(chǔ)，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費(fèi)、其他輔助部件以及其他費(fèi)用占另外 50%。光伏發(fā)電原理圖三、光伏發(fā)電系統(tǒng)分類一獨(dú)立光伏發(fā)電獨(dú)立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，假設(shè)要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。獨(dú)立光伏電站包括遙遠(yuǎn)地區(qū)的村莊 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1983760.htm t _blank 供電系統(tǒng)，太陽能戶用 HYPERLINK :/baike.baid

5、u /view/3317818.htm t _blank 電源系統(tǒng)，通信信號(hào)電源、陰極保護(hù)、太陽能路燈等各種帶有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/54521.htm t _blank 蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。二并網(wǎng)光伏發(fā)電并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)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)?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

6、不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。 并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大，還沒有太大開展。而分散式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。三分布式光伏發(fā)電分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的 基本設(shè)備包括光伏

7、電池組件、光伏方陣支架、直流 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3613769.htm t _blank 匯流箱、直流配電柜、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1980445.htm t _blank 并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。其運(yùn)行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供應(yīng)建筑自身負(fù)載，多余或缺乏的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。四、光伏發(fā)電的構(gòu)造組成光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣， HYPERLIN

8、K :/baike.baidu /view/450916.htm t _blank 蓄電池組，充放電控制器， HYPERLINK :/baike.baidu /view/174111.htm t _blank 逆變器，交流配電柜， HYPERLINK :/baike.baidu /view/3848889.htm t _blank 太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其局部設(shè)備的作用是：一光伏發(fā)電電池方陣在有光照無論是太陽光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照情況下，電池吸收 HYPERLINK :/baike.baidu /view/710222.htm t _blank 光能，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即

9、產(chǎn)生“光生電壓，這就是“ HYPERLINK :/baike.baidu /view/715174.htm t _blank 光生伏特效應(yīng)。在光生伏特效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，將光能轉(zhuǎn)換成 HYPERLINK :/baike.baidu /view/48797.htm t _blank 電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為 HYPERLINK :/baike.baidu /view/596921.htm t _blank 單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3449127.htm t _blank 非

10、晶硅太陽能電池三種。二光伏發(fā)電蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽能電池發(fā)電對(duì)所用蓄電池組的 基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長(zhǎng)；c.深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.工作溫度范圍寬；g.價(jià)格低廉。三光伏發(fā)電控制器是能自動(dòng)防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。四光伏發(fā)電逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成 HYPERLINK :/baike.baidu /view/56394.htm t _blank 交流電的設(shè)備。

11、由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1980445.htm t _blank 并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4442235.htm t _blank 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2345952.htm t _blank 正弦波逆變器。方波逆

12、變器電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但 HYPERLINK :/baike.baidu /view/189692.htm t _blank 諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。五光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)由于相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1818774.htm t _blank 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽，發(fā)電效率才會(huì)到達(dá)最正確狀態(tài)。世界上通用的太陽跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)

13、刻太陽所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽位置存儲(chǔ)到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，也就是靠計(jì)算太陽位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要 HYPERLINK :/baike.baidu /view/658233.htm t _blank 地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定，一旦安裝，就不便移動(dòng)或裝拆，每次移動(dòng)完就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù)；原理、電路、技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，非專業(yè)人士不能夠隨便操作。把加裝了智能太陽跟蹤儀的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1686432.htm t _blank 太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應(yīng)急車、特種軍用汽車、軍艦或

14、輪船上，不管系統(tǒng)向何方行駛、若何調(diào)頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對(duì)太陽！五、光伏發(fā)電的特點(diǎn)一優(yōu)點(diǎn)無論從世界還是從中國(guó)來看，常規(guī)能源都是很有限的。中國(guó)的一次能源儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界的平均水平，大約只有世界總儲(chǔ)量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。與常用的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/57396.htm t _blank 火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要表達(dá)在：無枯竭不安全；安全可靠，無噪聲，無

15、污染排放外，絕對(duì)干凈無公害；不受 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3821586.htm t _blank 資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；例如，無電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；無需消耗燃料和架設(shè) HYPERLINK :/baike.baidu /view/87408.htm t _blank 輸電線路即可就地發(fā)電供電；能源質(zhì)量高；使用者從感情上容易承受；建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。二缺點(diǎn)太陽能電池板的生產(chǎn)卻具有高污染、高能耗的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的條件下，生產(chǎn)國(guó)內(nèi)自己使用的電池板還說的過去，不過大量出口等于污染中國(guó)，造福世界了，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)一塊1m1.5m的太

16、陽能板必須燃燒超過40公斤煤，但即使中國(guó)最沒有效率的火力發(fā)電廠也能夠用這些煤生產(chǎn)130千瓦時(shí)的電這足夠讓2.2瓦的發(fā)光二極管LED燈泡按照每天工作12小時(shí)計(jì)算發(fā)光30年。而一塊太陽能電池板的設(shè)計(jì)壽命只有20年。照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。目前相對(duì)于火力發(fā)電，發(fā)電時(shí)機(jī)成本高。光伏板制造過程中不環(huán)保。六、光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域一用戶太陽能電源：1小型電源10-100W不等，用于遙遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；23-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。(二) 交通領(lǐng)

17、域如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線 亭、無人值守道班供電等。(三) 通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、播送/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波 光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。(四) 石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。(五) 家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。(六) HYPERLINK :/baike.baidu /view/2092338.htm t _blank 光伏電

18、站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光柴互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。(七) 太陽能建筑將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大開展方向。(八) 其他領(lǐng)域包括：1與汽車配套：太陽能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；2太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；3海水淡化設(shè)備供電；4衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。七、光伏發(fā)電的開展歷程早期歷史早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾Becqurel就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生 HYPERLINK :/baike.baidu /view/81246.htm t _blank 電位差。這

19、種現(xiàn)象后來被稱為“ HYPERLINK :/baike.baidu /view/715174.htm t _blank 光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱“ HYPERLINK :/baike.baidu /view/4317.htm t _blank 光伏效應(yīng)。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó) HYPERLINK :/baike.baidu /view/37115.htm t _blank 貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3778141.htm t _blank 單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。20世紀(jì)70年代后，

20、隨著現(xiàn)代工業(yè)的開展，全球 HYPERLINK :/baike.baidu /view/25178.htm t _blank 能源危機(jī)和大氣污染問題日益突出，傳統(tǒng)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3877725.htm t _blank 燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球約有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉礃?gòu)造，維持長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)開展。太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)而成為人們重視的焦點(diǎn)。豐富的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1566800.htm t _

21、blank 太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦時(shí)，假設(shè)把地球外表0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.61012千瓦小時(shí)，相當(dāng)于世界上能耗的40倍。正是由于太陽能的這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，20世紀(jì)80年代后，太陽能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場(chǎng)規(guī)模也逐步擴(kuò)大。20世紀(jì)90年代后，光伏發(fā)電快速開展，到2006年，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國(guó)是最早制定光伏發(fā)電的開展規(guī)劃的國(guó)家。1997年又提出“百萬屋頂方案。日本1992年啟動(dòng)了新陽光方案，到

22、2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%，世界前10大廠商有4家在日本。而德國(guó)新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動(dòng)了光伏市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)開展，使德國(guó)成為繼日本之后世界光伏發(fā)電開展最快的國(guó)家。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2773.htm t _blank 瑞士、法國(guó)、意大利、西班牙、芬蘭等國(guó)，也紛紛制定光伏開展方案，并投巨資進(jìn)展技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。世界光伏組件在1990年2005年年平均增長(zhǎng)率約15%。20世紀(jì)90年代后期，開展更加迅速，1999年光伏組件生產(chǎn)到達(dá)200兆瓦。商品化電池效率從10%13%提高到13%15%，生產(chǎn)規(guī)模從15兆瓦/年開展到5

23、25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦擴(kuò)大。光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/瓦以下。光伏發(fā)電現(xiàn)狀與趨勢(shì)2011年，全球光伏新增裝機(jī)容量約為27.5GW，較上年的18.1GW相比，漲幅高達(dá)52%，全球累計(jì)安裝量超過67GW。全球近28GW的總裝機(jī)量中，有將近20GW的系統(tǒng)安裝于歐洲，但增速相對(duì)放緩，其中意大利和德國(guó)市場(chǎng)占全球裝機(jī)增長(zhǎng)量的55%，分別為7.6GW和7.5GW。2011年以中日印為代表的亞太地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)需求同比增長(zhǎng)129%，其裝機(jī)量分別為2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趨成熟的北美市場(chǎng)，新增安裝量約2.1GW，增幅高達(dá)84%。其中中國(guó)是全球光伏發(fā)電安裝量增長(zhǎng)最快

24、的國(guó)家，2011年的光伏發(fā)電安裝量比2010年增長(zhǎng)了約5倍，2011年電池產(chǎn)量到達(dá)20GW，約占全球的65%。截至2011年底，中國(guó)共有電池企業(yè)約115家，總產(chǎn)能為36.5GW左右。其中產(chǎn)能1GW以上的企業(yè)共14家，占總產(chǎn)能的53%；在100MW和1GW之間的企業(yè)共63家，占總產(chǎn)能的43%；剩余的38家產(chǎn)能皆在100MW以內(nèi)，僅占全國(guó)總產(chǎn)能的4%。規(guī)模、技術(shù)、成本的差異化競(jìng)爭(zhēng)格局逐漸明晰。國(guó)內(nèi)前十家組件生產(chǎn)商的出貨量占到電池總產(chǎn)量的60%。在今后的十幾年中，中國(guó)光伏發(fā)電的市場(chǎng)將會(huì)由獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。中國(guó)太陽能光伏發(fā)電開展?jié)摿薮?，配合積極穩(wěn)定的政策扶持，到2030年光伏裝機(jī)容量將達(dá)1億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)1300億千瓦時(shí)，相當(dāng)于少建30多個(gè)大型煤電廠。國(guó)家未來三年將投資200億補(bǔ)貼光伏業(yè)，中國(guó)太陽能光伏發(fā)電又迎來了新一輪的快速增長(zhǎng)，并吸引了更多的戰(zhàn)略投資者融入到這個(gè)行業(yè)中來。2015年上半年，全國(guó)累計(jì)光伏發(fā)電量190億千瓦時(shí)。 2015年9月7日，江蘇