影響發(fā)電量的個因素(已看)

1：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換中得到的。太陽是一個灼熱的火球，它表面的溫度大約為6000℃，而中心的溫度達到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，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。當前1頁，總共54頁。電與太陽能發(fā)電在人類眾多的能源中，品位最高的無疑應該是電能了。它可以非常方便地轉換成其他能源形式：磁能、光能、熱能、化學能等等。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。當前2頁，總共54頁。太陽能光伏發(fā)電對環(huán)境的影響當前3頁，總共54頁。與光伏發(fā)電有關的幾個太陽輻射數(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（太陽電池測量標準光強）的小時數(shù)，它在數(shù)值上等于平均日輻射量除以標準光強，單位是h/d（小時/天）當前4頁，總共54頁。我國的太陽輻射情況當前5頁，總共54頁。四類太陽輻射地區(qū)當前6頁，總共54頁。太陽光譜當前7頁，總共54頁。大氣質量Z：太陽天頂角Z=48.2°,AM1.5當前8頁，總共54頁。討論：1：不同的太陽電池的頻率響應是不一樣的，通常在300—1200nm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。1367W±7W/m2

25℃,1000W/m2,AM1.5為太陽電池的測試條件。

當前9頁，總共54頁。討論1：計量單位kwh/m2.aMj/m2.a

換算：1kwh=3.6Mj2: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）當前10頁，總共54頁。關于太陽輻射測量的新進展

目前國際輻射測量動向1、關BSRN（世界氣象組織太陽輻射基準站）的一些情況2、美國輻射測量站網(wǎng)3、輻射測量的問題和進展當前11頁，總共54頁。BSRN（世界氣象組織太陽輻射基準站)當前12頁，總共54頁。美國輻射測量站網(wǎng)當前13頁，總共54頁?；鶞收局划斍?4頁，總共54頁?；鶞收局划斍?5頁，總共54頁?；鶞收局划斍?6頁，總共54頁?；鶞收局划斍?7頁，總共54頁?；鶞收局划斍?8頁，總共54頁?；鶞收局划斍?9頁，總共54頁?；鶞收局划斍?0頁，總共54頁?；鶞收局划斍?1頁，總共54頁?？傒椛浔懋斍?2頁，總共54頁。高精度輻射表當前23頁，總共54頁。輻射測量的問題和進展

當前24頁，總共54頁。討論與總結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行基準測量。2：太陽輻射的測量是一個長期積累的過程。3：我國正在擬定關于太陽輻射的測量的一系列國家標準，該標準由“全國氣象防災減災標準化技術委員會”負責擬定。其中包括名詞解釋、測試設備、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，太陽的輻射強度、光譜特性是隨著氣象條件而改變的。5：太陽能資源的評估不可能十分精確。當前25頁，總共54頁。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+Hrt當前26頁，總共54頁。Hbt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太陽輻射量，以下是它的計算公式：

Hbt=R×Hb

其中R為傾斜面上的直接輻射分量與水平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：Φ為光伏發(fā)電系統(tǒng)當?shù)鼐暥?；β為光伏方陣傾角；δ為太陽赤緯；ωs水平面上日落時角；ωst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δ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，δ=0，自春分曰起第d天的太陽赤緯為：當前27頁，總共54頁。太陽的赤緯角當前28頁，總共54頁。天空散射輻射分量Hdt對于天空散射采用Hay模型，Hay模型認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：當前29頁，總共54頁。地面反射輻射分量Hrt：通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘模浯笮椋浩渲蠵為地面反射率，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：各種地面反射率當前30頁，總共54頁。一般計算時，可取p=0.2，綜上所述，斜面上太陽輻肘量即為：當前31頁，總共54頁。我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角當前32頁，總共54頁。我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角當前33頁，總共54頁。5：溫度特性當前34頁，總共54頁。當前35頁，總共54頁。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。當前36頁，總共54頁。3：太陽電池的效率

1839年法國實驗物理學家E．：Becquere-1發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應，簡稱為光伏效應；

1877年w．G．Adams和R．E．Day研究了硒(se)的光伏效應，并制作第一片硒太陽電池；

1883年美國發(fā)明家charlesFritts描述了第一片硒太陽電池的原理；

1904年Hallwachs發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅(cu／cu20)結合在一起具有光敏特性；德國物理學家愛因斯坦(AlbertEinsteln)發(fā)表關于光電效應的論文；

1918年波蘭科學家czochralski發(fā)展生長單晶硅的提拉法工藝；

1921年德國物理學家愛因斯坦由于1904年提出的解釋光電效應的理論獲得諾貝爾物理獎；1930年B．Lang研究氧化亞銅／銅(Cu20／Cu)太陽電池，發(fā)表“新型光伏電池”論文；W．Schottky發(fā)表“新型氧化亞銅(Cu20)光電池”論文；

1932年Audobert和Stora發(fā)現(xiàn)硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；

1933年L．0．Grondahl發(fā)表“銅一氧化亞銅(CwCu20)整流器和光電池”論文；

1951年生長p-n結，實現(xiàn)制備單晶鍺電池；當前37頁，總共54頁。1953年Wayne州立大學DanTrivich博士完成基于太陽光譜的具有不同帶隙寬度的各類材料光電轉換效率的第一個理論計算；

1954年RCA實驗室的P．Rappaport等報道硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；(RCA：RadioCorporationofAmerica，美國無線電公司)；貝爾(Bell)實驗室研究人員D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson報道4．5％效率的單晶硅太陽龜池的發(fā)現(xiàn)，幾個月后效率達到6％。1955年西部電工(WesternElectric)開始出售硅光伏技術商業(yè)專利，在亞桑那大學召開國際太陽能會議，Hoffman電子推出效率為2％的商業(yè)太陽電池產(chǎn)品，電池為14mw／片，25美元／片，相當于1785USD／W；

1956年P．Pappaport，J．J．Loferski和E．G．Linder發(fā)表“鍺和硅pn結電子電流效應”的文章；

1957年Hoffman電子的單晶硅電池效率達到8％；D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson獲得“太陽能轉換器件”專利權；

1958年美國信號部隊的T．Mandelkorn制成n／p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；Hoffman電子的單晶硅電池效率達到9％；第一個光伏電池供電的衛(wèi)星先鋒1號發(fā)射，光伏電池lOOcm2，0．IW，為一備用的5mW的話筒供電；

1959年Hoffman電子實現(xiàn)可商業(yè)化單晶硅電池效率達到10％，并通過用網(wǎng)柵電極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9600片電池列陣，每片2cm2，共約20W；，當前38頁，總共54頁。

1960年Hoffman電子實現(xiàn)單晶硅電池效率達到14％；

1963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14W；

1963年Sharp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，在當時是世界最大的光伏電池列陣；

1964年宇宙飛船“光輪發(fā)射”，安裝470W的光伏列陣；

1965年PeterOlaser和A．D．Little提出衛(wèi)星太陽能電站構思；

196年6帶有1000W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年美國特拉華大學建成世界第一個光伏住宅；

1974年日本推出光伏發(fā)電的“陽光計劃”；Tyco實驗室生長第一塊EFG晶體硅帶，25mm寬，457mm長(EFG：EdgedefinedFilmFed—Growth，定邊喂膜生長)；

1977年世界光伏電池超過500kW；D．E．Carlson和c．R．Wronski在w．E．Spear的1975年控制p-n結的工作基礎上制成世界上第一個非晶硅(a—Si)太陽電池；

1979年世界太陽電池安裝總量達到1MW；

1980年ARCO太陽能公司是世界上第一個年產(chǎn)量達到1MW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a—si組件批量生產(chǎn)并進行了戶外測試；

1981年名為SolarChallenger的光伏動力飛機飛行成功；當前39頁，總共54頁。

1992年世界太陽電池年產(chǎn)量超過57．9Mw；

1993年世界太陽電池年產(chǎn)量超過60．1MW；

1994年世界太陽電池年產(chǎn)量超過69．4MW；

1995年世界太陽電池年產(chǎn)量超過77．7MW；光伏電池安裝總量達到500MW；

1996年世界太陽電池年產(chǎn)量超過88．6MW；

1997年世界太陽電池年產(chǎn)量超過125．8MW；

1998年世界太陽電池年產(chǎn)量超過151．7MW；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201．3MW；美國NREL的M．A．Contreras等報道銅銦錫(CIS)電池效率達到18．8％；非晶硅電池占市場份額12．3％；

2000年世界太陽電池年產(chǎn)量超過287．7Mw，安裝超過1000Mw，標志太陽能時代的到來；

200l年世界太陽電池年產(chǎn)量超過399Mw；Wux．，DhereR．G．，A|binD.s.等報道碲化鎘(cdTe)電池效率達到16．4％；單晶硅太陽電池售價約為3USD／W；當前40頁，總共54頁。2002年世界太陽電池年產(chǎn)量超過540Mw；多晶硅太陽電池售價約為2.2USD／W；2003年太陽電池年產(chǎn)量超過760MW；德國FratInhoferISE的LFC(Laser—firedcontact)晶體硅太陽電池效率達到20％；2004年太陽電池年產(chǎn)量超過1200Mw；德國FraurlhoferISE多晶硅太陽電池效率達20．3％；非晶硅電池占市場份額4．4％，降為1999年的1／3，CdTe占1_1％；而CIS占O．4％；2010年通過技術突破，太陽電池成本進一步降低，在世界能源供應中占有一定的份額；德國可再生能源發(fā)電達到12．5％；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％；2030年太陽電池發(fā)電達到lO％～20％；德國將關閉所有的核電站；2050年世界太陽能利用將占有世界能源總能耗30％～50％份額。當前41頁，總共54頁。1982年世界太陽電池年產(chǎn)量超過9．3MW；1983年世界太陽電池年產(chǎn)量超過21．3MW；名為SolarTrek的lkW光伏動力汽車穿越澳大利亞，20天內(nèi)行程達到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10USD／W；澳大利亞新南威爾士大學MartinGreen（馬丁格林博士）研制單晶硅的太陽電池效率達到20％；1986年6月，ARCOSolar發(fā)布G-4000——世界首例商用薄膜電池“動力組件”；1987年11月，在3100km穿越澳大利亞的PentaxWorldSolarChallengePv一動力汽車競賽上，GMSunrayeer獲勝，平均時速約為71km／h；1990年世界太陽電池年產(chǎn)量超過46．5MW；1991年世界太陽電池年產(chǎn)量超過55．3MW；瑞士Grfitzel教授研制的納米TiOz染料敏化太陽電池效率達到7％；當前42頁，總共54頁。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到19%以上，是國內(nèi)效率最高的太陽電池。2：進入本世紀以來，我國太陽能光伏進入了快速發(fā)展期，太陽電池的效率在不斷提高，在納米技術的幫助下，未來硅材料的轉化率可達35%，這將成為太陽能發(fā)電技術上的“革命性突破”。太陽能光伏電池主流的材料是硅，因此硅材料的轉化率一直是制約整個產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的重要因素。硅材料轉化率的經(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。將第三代納米技術和現(xiàn)有技術結合，可以把硅材料的轉化率提升至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“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為廣大用戶提供35%效率的太陽電池。當前43頁，總共54頁。4：組合損失

1：凡是串連就會由于組件的電流差異造成電流損失；2：凡是并連就會由于組件的電壓差異造成電壓損失；3：組合損失可以達到8%以上，中國工程建設標準化協(xié)會標準規(guī)定小于10%。當前44頁，總共54頁。討論1：為了減少組合損失，應該在電站安裝前嚴格挑選電流一致的組件串聯(lián)。2：組件的衰減特性盡可能一致。根據(jù)國家標準GB/T--9535規(guī)定，太陽電池組件的最大輸出功率在規(guī)定條件下試驗后檢測，其衰減不得超過8%