光伏發(fā)電概論

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程

主講教師：崔建坡

石家莊鐵道大學(xué)數(shù)理系2013年9月

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程

使用教材：

1.何道清等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社2012.

2.S.R.WenhamM.A.Green應(yīng)用光伏學(xué)。上海交通大學(xué)出版社2008.參考書籍：

1.趙爭(zhēng)鳴等、太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用.科學(xué)出版社2.沈輝、曾祖勤.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.3.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)相關(guān)網(wǎng)站太陽(yáng)能光伏技術(shù)所涉及的內(nèi)容

一.光伏設(shè)備：硅棒硅錠、硅片、電池、電池板/組件生產(chǎn)設(shè)備、薄膜電池生產(chǎn)設(shè)備；二.光伏電池：?jiǎn)尉щ姵?、多晶電池、非晶電池、其他薄膜電池；?光伏相關(guān)零部件：蓄電池、充電控制器、逆變器、支架系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)接線盒、電纜等；四.光伏材料：硅料、硅錠/硅塊、硅片、漿料、封裝玻璃、封裝薄膜及其他原料；五.光伏產(chǎn)品：燈具類產(chǎn)品、移動(dòng)充電器、光伏水泵、家用太陽(yáng)能及其他光伏應(yīng)用產(chǎn)；六.光伏工程及系統(tǒng)：并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、農(nóng)村光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能檢測(cè)及控制系統(tǒng)、工程程序控制和工程管理及軟件編制系統(tǒng)；來(lái)自“2012中國(guó)國(guó)際光伏大會(huì)暨展覽會(huì)”信息太陽(yáng)能光伏技術(shù)所涉及的內(nèi)容

七.光伏超純水設(shè)備：電池、單晶硅、硅材料超純水設(shè)備、單晶硅/多晶硅生產(chǎn)工藝用超純水設(shè)備；八.評(píng)估/測(cè)試/分析區(qū)：電池測(cè)量?jī)x器、太陽(yáng)能仿真器、厚度測(cè)量?jī)x器、電測(cè)量?jī)x器、光照射設(shè)備、光譜靈敏度測(cè)量器、基板檢測(cè)儀、外觀檢測(cè)儀器、各式測(cè)試器，其它評(píng)估、測(cè)試、分析設(shè)備；九.太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)區(qū)：槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電、碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電等；十.服務(wù)供應(yīng)商：協(xié)會(huì)、顧問(wèn)、市場(chǎng)調(diào)研和分析、工程和能源系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和培訓(xùn)、銀行和金融公司、行業(yè)媒體。來(lái)自“2012中國(guó)國(guó)際光伏大會(huì)暨展覽會(huì)”信息本課程的教學(xué)任務(wù)

系統(tǒng)介紹太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成和實(shí)際應(yīng)用。課程立足于太陽(yáng)能光伏技術(shù)的基本原理和基本概念，著眼于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：

太陽(yáng)及太陽(yáng)能；

太陽(yáng)能電池原理、特性、制作方法、使用和維護(hù)；蓄電池的原理、特性、安裝、使用和維護(hù)；控制器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法；逆變器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、操作調(diào)試方法；

光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)；實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)。光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)陽(yáng)光杯光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)大唐武威太陽(yáng)能電站騰格里沙漠邊緣的武威市光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏技術(shù)照亮未來(lái)光伏動(dòng)力車光伏動(dòng)力車第1章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概論第1章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概論

國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議并原則通過(guò)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，七個(gè)產(chǎn)業(yè)被納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。(2010.9.8)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)：為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境提供技術(shù)、裝備和服務(wù)保障的產(chǎn)業(yè)；高端裝備制造產(chǎn)業(yè)：包括我國(guó)高速鐵路等技術(shù)等；生物產(chǎn)業(yè)：包括生物醫(yī)藥和生物農(nóng)業(yè)等；新材料產(chǎn)業(yè)：包括以納米材料為代表的新材料的應(yīng)用等新能源汽車：包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽(yáng)能汽車等；新能源產(chǎn)業(yè)：太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用；新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)：互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為技術(shù)基礎(chǔ)的一些新興平臺(tái)。第1章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概論2013年8月30日，國(guó)家發(fā)展改革委出臺(tái)了《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》1.光伏電站實(shí)行分區(qū)域的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策。根據(jù)電站所在區(qū)域的太陽(yáng)能資源條件和建設(shè)成本，將全國(guó)分為三類資源區(qū)，分別執(zhí)行每千瓦時(shí)0.9元、0.95元、1元的電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2.對(duì)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，實(shí)行按照發(fā)電量進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)貼的政策，電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為每千瓦時(shí)0.42元。

第1章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概論無(wú)論是企業(yè)還是居民個(gè)人，只要是分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目（裝機(jī)容量在6兆瓦以下），所發(fā)電量都能享受到每度電0.42元的國(guó)家補(bǔ)貼。如果除去自發(fā)自用外，有余上網(wǎng)的電量，電網(wǎng)還會(huì)按照脫硫煤電價(jià)回收，每度電按照0.45元的價(jià)格進(jìn)行計(jì)價(jià)，這樣算上國(guó)家補(bǔ)貼的話，每發(fā)給國(guó)家電網(wǎng)1度電，就能收入0.87元。企業(yè)的分布式發(fā)電項(xiàng)目如果自發(fā)自用更劃算,企業(yè)用電目前執(zhí)行的是大工業(yè)電價(jià)，此價(jià)格要高于脫硫煤電價(jià)。以每度電0.637元為例，如果自發(fā)自用，每度電不僅能省下0.637元，還能得到0.42元的補(bǔ)貼，這就等于1.057元的收益，比標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)1元錢還要合算。第1章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概論太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)：太陽(yáng)

太陽(yáng)能

太陽(yáng)能電池

蓄電池

控制器

逆變器

光伏發(fā)電系統(tǒng)+

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義1.1.1世界能源危機(jī)日益加劇

能源需求量日益增加，化石能源的儲(chǔ)量有限

能源危機(jī)中國(guó)及世界主要常規(guī)能源儲(chǔ)量預(yù)測(cè)

中國(guó)石油進(jìn)口比例正在逐年增加，2007年進(jìn)口比例是47.2%，2008年49.8%，2009年52%，2010年54.8%，2011年56.5%，，現(xiàn)在應(yīng)該已超過(guò)60%.1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義1.1.2自然生態(tài)環(huán)境日趨惡化

能源消耗增加

自然生態(tài)破壞、人造氣體增加

環(huán)境惡化（吸收7～13m輻射能，阻礙地球能量的正常逃逸

）。

溫室效應(yīng)

為保持地球溫度，地球從太陽(yáng)獲得能量必須與地球向外的熱輻射能量相等，大氣層阻礙向外的輻射，水蒸氣強(qiáng)烈吸收4-7m波段的光波，而二氧化碳主要吸收13-19m波段的光波，70%的輻射從7-13m的窗口逃逸，保持地球溫度為14℃.1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義人類活動(dòng)增加了大氣中人造氣體的排放，這些氣體吸收波長(zhǎng)范圍是7-13m，人造氣體包括：二氧化碳，甲烷，臭氧，氮氧化合物和氯氟碳化物（CFCl）等，阻礙了能量的正常逃逸，被廣泛認(rèn)為是造成地表平均溫度升高的原因。

現(xiàn)有的證據(jù)顯示，到2030年，起效果的CO2水平將是現(xiàn)在的兩倍。致使全球溫度升高1到4度。這將引起風(fēng)的流動(dòng)模式和降雨量的變化，其結(jié)果可能導(dǎo)致大陸內(nèi)部變得干旱以及地球海平面上升。排放的人造氣體增長(zhǎng)的越多，當(dāng)然造成的影響就越嚴(yán)重。

大氣中，二氧化碳含量的上升（藍(lán)線）與平均溫度（紅線）的上升相聚在一起。1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義1.1.3常規(guī)電網(wǎng)的局限性

電網(wǎng)輸電到邊遠(yuǎn)地區(qū)困難；電力供應(yīng)不足；等1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要意義尋求新能源——太陽(yáng)能利用的主要形式

1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理及特點(diǎn)1.2.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理

太陽(yáng)能電池就是一塊大面積的p-n結(jié)，基于光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)換效率15%左右。圖1-2太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理和結(jié)構(gòu)1-柵線電極；2-減反射膜；3-擴(kuò)散區(qū)；4-基區(qū)；5-底電極1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理及特點(diǎn)1.2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：（1）太陽(yáng)能資源取之不盡，用之不竭；（2）太陽(yáng)能資源隨處可得，可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路所造成的電能損失。（3）光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)單，是直接從光能到電能的轉(zhuǎn)換，沒(méi)有中間過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。

（4）光伏發(fā)電本身不使用燃料，綠色、環(huán)保；（5）光伏發(fā)電過(guò)程不需要冷卻水，可以安裝在沒(méi)有水的荒漠戈壁上；光伏-建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，節(jié)省土地資源；

1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理及特點(diǎn)1.2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：（7）光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)（30年以上）（8）太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)。1.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理及特點(diǎn)1.2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)

2.缺點(diǎn)（1）能量密度低（<1kW/m2

）；（2）占地面積大。（3）轉(zhuǎn)換效率低，晶體硅光伏電池為13%～17%，非晶硅光伏電池只有6～8%；（4）間歇性工作；（5）受氣候環(huán)境因素影響大；（6）地域依賴性強(qiáng)；（7）系統(tǒng)成本高，太陽(yáng)能電池組件2美元/W；（8）晶體硅電池的制造過(guò)程高污染、高能耗。1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用1.3.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

1.獨(dú)立太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1-3獨(dú)立太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)構(gòu)成1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)目前面臨以下三個(gè)問(wèn)題：（1）能量密度和整體利用效率較低，前期投資較大；（2）獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置-鉛酸蓄電池初始成本高（占25%左右），運(yùn)行成本也大；（3）供電穩(wěn)定性、可靠性差

。

圖1-4戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用1.3.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖1-5并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用1.3.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖1-5并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用1.3.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖1-5并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用1.3.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展歷程

1.太陽(yáng)能光伏發(fā)展的歷程光伏效應(yīng)（貝克雷爾，1839）→硅太陽(yáng)電池（貝爾實(shí)驗(yàn)室，1945）→單晶硅太陽(yáng)電池（貝爾實(shí)驗(yàn)室，光電轉(zhuǎn)換6%，1954）→能源危機(jī)，光伏計(jì)劃（1974）→成本降低，實(shí)際應(yīng)用。中國(guó)1975年起步，發(fā)展迅速，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》將新能源產(chǎn)業(yè)：太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等的發(fā)展和應(yīng)用納入七個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中（2010.9.8）。1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與應(yīng)用2.國(guó)際太