太阳能光伏发电系统原理与应用技术第1章-概论ppt课件.ppt

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1、太阳能光伏发电系统原理与应用技术太阳能光伏发电系统原理与应用技术 使用教材：使用教材： 何道清等何道清等.太阳能光伏发电系统原理与应用技术太阳能光伏发电系统原理与应用技术. 2012. 参考书籍：参考书籍： 1.杨金焕杨金焕.太阳能光伏发电应用技术太阳能光伏发电应用技术.北京：电子工业出版北京：电子工业出版社，社，2009. 2.周志敏、纪爱华周志敏、纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例太阳能光伏发电系统设计与应用实例.北京：北京： 电子工业出版社，电子工业出版社， 2010. 3.谢建、马永刚谢建、马永刚.太阳能光伏发电工程实用技术太阳能光伏发电工程实用技术.北京：化北京：化学工业出版社

2、学工业出版社 2010. 4.沈辉、曾祖勤沈辉、曾祖勤.太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术.北京：化学工业出北京：化学工业出版社，版社，2004. 5.王长贵、王斯成王长贵、王斯成.太阳能光伏发电实用技术太阳能光伏发电实用技术. 北京：化学北京：化学工业出版社，工业出版社，2010. 6.太阳能光伏发电技术相关网站太阳能光伏发电技术相关网站太阳能光伏发电系统原理与应用技术太阳能光伏发电系统原理与应用技术教学内容和重点：教学内容和重点： 太阳及太阳能；太阳及太阳能； 太阳能电池原理、特性、制作方法、使用和维护；太阳能电池原理、特性、制作方法、使用和维护； 蓄电池的原理、特性、蓄电池的原理、特性

3、、安装、使用和维护安装、使用和维护； 控制器的原理、结构、功能、操作调试方法；控制器的原理、结构、功能、操作调试方法； 逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法；逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法； 光伏发电系统的光伏发电系统的组成、设计、安装调试及运行维护；组成、设计、安装调试及运行维护； 风光互补发电系统的组成、设计、安装调试及运行维风光互补发电系统的组成、设计、安装调试及运行维护；护； 实验实验/实训。实训。考核方法（参考）：考核方法（参考）： 课程成绩课程成绩=作业作业(15%)+实验实验(15%)+期末考试期末考试(70%)。第第1章章 太阳能光伏发电系统概论太阳能光伏发电系统概论

4、第第1章章 太阳能光伏发电系统概论太阳能光伏发电系统概论 国务院常务会议审议并原则通过国务院常务会议审议并原则通过国务院关于加快培育国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定和发展战略性新兴产业的决定，七个产业被纳入战略性，七个产业被纳入战略性新兴产业规划。新兴产业规划。(2010.9.8) 节能环保产业：为节约资源、保护环境提供技术、装备和节能环保产业：为节约资源、保护环境提供技术、装备和服务保障的产业；服务保障的产业； 高端装备制造产业：包括我国高速铁路等技术等；高端装备制造产业：包括我国高速铁路等技术等； 生物产业：包括生物医药和生物农业等；生物产业：包括生物医药和生物农业等； 新材料

5、产业：包括以纳米材料为代表的新材料的应用等新材料产业：包括以纳米材料为代表的新材料的应用等 新能源汽车：包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源新能源汽车：包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和动力汽车和太阳能汽车太阳能汽车等；等； 新能源产业：新能源产业：太阳能太阳能、地热能、地热能、风能风能、海洋能、生物质能、海洋能、生物质能和核聚变能等的发现和应用；和核聚变能等的发现和应用； 新一代信息技术产业：互联网、云计算为技术基础的一些新一代信息技术产业：互联网、云计算为技术基础的一些新兴平台。新兴平台。第第1章章 太阳能光伏发电系统概论太阳能光伏发电系统概论太阳能光伏发电系统：太阳能光伏

6、发电系统： 太阳太阳太阳能太阳能太阳能电池太阳能电池蓄电池蓄电池控制器控制器逆变器逆变器光伏发电系统光伏发电系统 + 风光互补发电系统风光互补发电系统1.1 太阳能光伏发电的重要意义太阳能光伏发电的重要意义1.1.1世界能源危机日益加剧世界能源危机日益加剧 能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源危机能源危机 中国及世界主要常规能源储量预测中国及世界主要常规能源储量预测 1.1 太阳能光伏发电的重要意义太阳能光伏发电的重要意义1.1.2 自然生态环境日趋恶化自然生态环境日趋恶化 能源消耗增加能源消耗增加自然生态破坏、人造气体增加自然生态破坏、人造气体增加

7、环境恶环境恶化（吸收化（吸收713 m辐射能辐射能，阻碍阻碍地球地球能量的正常逃逸能量的正常逃逸 ）。）。 温室效应温室效应 图图1-1 当地球和太阳都被视为黑体时，地球吸收和向外辐射的光谱能譜分布当地球和太阳都被视为黑体时，地球吸收和向外辐射的光谱能譜分布（图中两条曲线的峰值已被归一化处理，并且水平轴坐标尺度是对数尺度）（图中两条曲线的峰值已被归一化处理，并且水平轴坐标尺度是对数尺度） 1.1 太阳能光伏发电的重要意义太阳能光伏发电的重要意义1.1.3 常规电网的局限性常规电网的局限性 电网输电到边远地区困难；电网输电到边远地区困难； 电力供应不足；电力供应不足； 等等1.1 太阳能光伏发电

8、的重要意义太阳能光伏发电的重要意义寻求新能源寻求新能源太阳能利用的主要形式太阳能利用的主要形式 1.2 太阳能光伏发电原理及特点太阳能光伏发电原理及特点1.2.1 太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电原理 太阳能电池就是一块大面积的太阳能电池就是一块大面积的p-n结结 ，基于基于光生伏特效光生伏特效应应 ，将，将光能光能转化为转化为电能电能。转换效率。转换效率15%左右。左右。图图1-2 太阳能电池的发电原理和结构太阳能电池的发电原理和结构1-栅线电极；栅线电极；2-减反射膜；减反射膜；3-扩散区；扩散区；4-基区；基区；5-底电极底电极1.2 太阳能光伏发电原理及特点太阳能光伏发电原理及特点1.

9、2.2 太阳能光伏发电的特点太阳能光伏发电的特点 1.优点：优点： （1）太阳能资源取之不尽，用之不竭；）太阳能资源取之不尽，用之不竭； （2）太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输）太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 （3）光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电）光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。 （4）光伏发电本身不使用燃料，绿色、环保；）光伏发电本身不使用燃料，绿色、环保；

10、（5）光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的）光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上；光伏荒漠戈壁上；光伏-建筑一体化发电系统，不需要单独占建筑一体化发电系统，不需要单独占地，节省土地资源；地，节省土地资源； 1.2 太阳能光伏发电原理及特点太阳能光伏发电原理及特点1.2.2 太阳能光伏发电的特点太阳能光伏发电的特点 1.优点：优点： （7）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）年以上） （8）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。运输和安装。 太阳

11、能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。清洁性和灵活性三大优点。 1.2 太阳能光伏发电原理及特点太阳能光伏发电原理及特点1.2.2 太阳能光伏发电的特点太阳能光伏发电的特点 2.缺点缺点 （1）能量密度低（）能量密度低（1kW/m2 ）；）； （2）占地面积大。）占地面积大。 （3）转换效率低，晶体硅光伏电池为）转换效率低，晶体硅光伏电池为13%17%，非晶，非晶硅光伏电池只有硅光伏电池只有68%； （4）间歇性工作；）间歇性工作； （5）受气候环境因素影响大；）受气候环境因素影响大； （6）地域依赖性强；）地域依赖

12、性强； （7）系统成本高，太阳能电池组件）系统成本高，太阳能电池组件2美元美元/W； （8）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。 1.2 太阳能光伏发电原理及特点太阳能光伏发电原理及特点1.2.2 太阳能光伏发电的特点太阳能光伏发电的特点 优点：优点： 分布广分布广阳光普照大地；阳光普照大地； 无污染无污染最洁净能源；最洁净能源； 易接受易接受建设周期短，简单方便；建设周期短，简单方便； 能源巨大能源巨大地表年接受太阳能地表年接受太阳能=130万吨标煤能；万吨标煤能； 长久长久永不枯竭，太阳能可维持永不枯竭，太阳能可维持100亿年，超过地球寿亿年，超过地球

13、寿命。命。 缺点：缺点： 分散性分散性能量密度低；能量密度低； 不稳定性不稳定性随季节、天气、昼夜变化，并网麻烦；随季节、天气、昼夜变化，并网麻烦； 地域依赖性强地域依赖性强 ； 效率低、成本高效率低、成本高光电转换效率光电转换效率15%；12元元/kW h 。1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成 1.独立太阳能光伏系统的构成独立太阳能光伏系统的构成 图图1-3 独立太阳能光伏系统构成独立太阳能光伏系统构成1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 独立光伏发电系统目前面临以下三个问题：独立光伏发电系

14、统目前面临以下三个问题： （1）能量密度和整体利用效率较低，前期投资较大；）能量密度和整体利用效率较低，前期投资较大； （2）独立发电系统的储能装置）独立发电系统的储能装置-铅酸蓄电池初始成本高铅酸蓄电池初始成本高（占（占25%左右），运行成本也大；左右），运行成本也大； （3）供电稳定性、可靠性差供电稳定性、可靠性差 。 图图1-4 户用光伏发电系统户用光伏发电系统1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成 2.并网太阳能光伏发电系统并网太阳能光伏发电系统 图图1-5 并网型太阳能光伏发电系统工作原理并网型太阳能光伏发

15、电系统工作原理1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成 2.并网太阳能光伏发电系统并网太阳能光伏发电系统 图图1-5 并网型太阳能光伏发电系统并网型太阳能光伏发电系统1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成 2.并网太阳能光伏发电系统并网太阳能光伏发电系统 图图1-5 并网型太阳能光伏发电系统并网型太阳能光伏发电系统1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用1.3.2太阳能光伏发电技术的应用与发展历程太阳能光伏发电技术的应用与发展

16、历程 1. 太阳能光伏发展的历程太阳能光伏发展的历程 光伏效应（贝克雷尔，光伏效应（贝克雷尔，1839）Se光伏效应（光伏效应（1877）硅太阳电池（贝尔实验室，硅太阳电池（贝尔实验室，1945）单晶硅太阳电池（贝单晶硅太阳电池（贝尔实验室，光电转换尔实验室，光电转换6%，1954）能源危机，光伏计划能源危机，光伏计划（1974）成本降低，实际应用。成本降低，实际应用。 中国中国1975年起步，发展迅速，年起步，发展迅速，国务院关于加快培育和国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定发展战略性新兴产业的决定将将新能源产业：新能源产业：太阳能、地太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能

17、等的发展和应热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等的发展和应用纳入七个战略性新兴产业规划中（用纳入七个战略性新兴产业规划中（2010.9.8）。）。1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 2.国际太阳能光伏发电技术的发展历程国际太阳能光伏发电技术的发展历程 光伏效应（光伏效应（1839年年 ）硅太阳能电池（硅太阳能电池（1954年）年） 光伏光伏发电技术及其应用。发电技术及其应用。 能源危机是世界性问题；能源危机是世界性问题； 阳光计划，全球开发太阳能；阳光计划，全球开发太阳能； 光伏厂商光伏厂商4600余家；余家； 美国美国“国家光伏计划国家光伏计划”，太阳能路灯每盏年节

18、电，太阳能路灯每盏年节电800 kW h ； 日本计划普及太阳能住宅发电系统，建筑日本计划普及太阳能住宅发电系统，建筑-光伏光伏(BIPV)一体化；一体化； 欧洲欧洲“尤里卡尤里卡”计划，推出计划，推出“10万套工程计划万套工程计划”； 全球太阳能产业年增幅全球太阳能产业年增幅15%。1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 3.我国光伏发电产业的发展历程我国光伏发电产业的发展历程 1959年研制成功第一个太阳能电池。年研制成功第一个太阳能电池。1971年年3月首次应用月首次应用于我国第二颗人造卫星。于我国第二颗人造卫星。1973年开始在地面应用太阳能电年开始在地面应用太阳能电

19、池，池，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。年开始生产单晶硅太阳能电池。20世纪世纪80年代中、年代中、后期，引进国外太阳能电池生产线或关键设备，初步形成后期，引进国外太阳能电池生产线或关键设备，初步形成生产能力达到生产能力达到4.5MW的太阳能光伏产业。的太阳能光伏产业。20世纪世纪90年代年代中、后期，光伏发电产业进入稳步发展时期，中、后期，光伏发电产业进入稳步发展时期，2010年，我年，我国太阳能电池产量达国太阳能电池产量达5635MW，占全球的，占全球的40以上。以上。 1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 3.我国光伏发电产业的发展历程我国光伏发电产业的发展历程

20、2002年启动西部省区无电通电计划（风能、光能利用）年启动西部省区无电通电计划（风能、光能利用） 2003年年“光明工程光明工程”，筹资，筹资100亿推进光伏技术应用；亿推进光伏技术应用； 单晶硅市场份额占世界单晶硅市场份额占世界25%； 光伏产业年增幅光伏产业年增幅30%； 光伏产能：光伏产能：139MW(2005)400MW(2006)1180MW(2007)5635MW（2010）占全球的占全球的40以上。以上。 太阳能电池价格：太阳能电池价格：40元元/W(2000)33元元/W(2003)27元元/W(2004)12元元/W(目前目前)； 太阳能电价：太阳能电价：35元元/kW h

21、1元元/ kW h (2011.8）1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 3.我国光伏发电产业的发展历程我国光伏发电产业的发展历程 2011年年8月月1日，国家发改委公布日，国家发改委公布关于完善太阳能光伏发电上网电关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知价政策的通知，统一太阳能光伏发电上网电价：，统一太阳能光伏发电上网电价：2011年年7月月1日前核准日前核准建设、建设、2011年底建成投产、国家发改委善未核定价格的太阳能光伏发电年底建成投产、国家发改委善未核定价格的太阳能光伏发电项目，上网电价为项目，上网电价为1.15元元/ kW h（含税，下同）（含税，下同）；201

22、1年年7月月1日及以后日及以后核准建设的太阳能光伏发电项目，以及核准建设的太阳能光伏发电项目，以及2011年年7月月1日前核准但截至日前核准但截至2011年底仍未建成投产的太阳能光伏发电项目，除西藏仍执行年底仍未建成投产的太阳能光伏发电项目，除西藏仍执行1.15元元/ kW h的上网电价外，其余省（区、市）按的上网电价外，其余省（区、市）按1.0元元/ kW h执行。而且，今后还将执行。而且，今后还将根据投资成本变化和技术进步情况等因素适时调整光伏发电上网电价。根据投资成本变化和技术进步情况等因素适时调整光伏发电上网电价。 其它发电行业上网参考电价：火电其它发电行业上网参考电价：火电0.4元元

23、/kW h；水电；水电0.16120.39元元/ kW h ；风电按四类风能资源区分类，相应的上网电价分别为；风电按四类风能资源区分类，相应的上网电价分别为0.51元元/ kW h、0.54元元/ kW h、0.58元元/ kW h和和0.61元元/ kW h。 1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 4.太阳能光伏发电的应用太阳能光伏发电的应用 （1）消费性电子产品，如非晶硅太阳能电池供电的计算）消费性电子产品，如非晶硅太阳能电池供电的计算器、太阳能钟表、太阳能照明灯具、太阳能收音机、电视器、太阳能钟表、太阳能照明灯具、太阳能收音机、电视机等，这类产品约占世界光伏产品销售量

24、的机等，这类产品约占世界光伏产品销售量的14%。 （2）远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立）远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立太阳能光伏电站的集中供电，占世界光伏产品销量的太阳能光伏电站的集中供电，占世界光伏产品销量的35%。 （3）离网工业供电系统，占世界光伏产品销量的）离网工业供电系统，占世界光伏产品销量的33%。 （4）并网太阳能光伏发电系统，占世界光伏产品销售量）并网太阳能光伏发电系统，占世界光伏产品销售量的的181.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用太阳能利用太阳能利用1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用太阳能利用太阳能利用B

25、IPV一体一体1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 5.太阳能光伏发电技术的发展趋势太阳能光伏发电技术的发展趋势 开发新能源和可再生清洁能源，是开发新能源和可再生清洁能源，是21世纪世界经济发展世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五项技术领域之一。中最具有决定性影响的五项技术领域之一。 太阳能光伏发电远期将大规模应用，近期可解决特殊应太阳能光伏发电远期将大规模应用，近期可解决特殊应用领域的需要。用领域的需要。 1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用 5.太阳能光伏发电技术的发展趋势太阳能光伏发电技术的发展趋势 最新研究动态最新研究动态 （1）最新式太阳能采

26、集装置）最新式太阳能采集装置氦气球氦气球 美国科利与葛菲尔研制，直径美国科利与葛菲尔研制，直径10ft氦气球相当于氦气球相当于25m2太阳太阳能电池板的采光能力；能电池板的采光能力； （2）有机薄膜太阳能电池）有机薄膜太阳能电池, 光电转换效率光电转换效率20%； （3）南非廉价太阳能电池板（）南非廉价太阳能电池板（50%），增加），增加5 m厚特殊厚特殊感光合金，减小电池板厚度；感光合金，减小电池板厚度； （4）小珠（）小珠（1mm）太阳能电池，转换效率）太阳能电池，转换效率8%10%，但，但价格便宜价格便宜14美分美分/kW h; （5）荷兰新型太阳能电池输出效率提高）荷兰新型太阳能电池输

27、出效率提高9%。 研究方向：研究方向：提高效率，降低成本（与火电持平），推广提高效率，降低成本（与火电持平），推广应用。应用。1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用6. 太阳能利用的经济问题太阳能利用的经济问题 低碳、环保、可再生洁净能源替代含碳化石能源，可以低碳、环保、可再生洁净能源替代含碳化石能源，可以减少环境污染，控制矿物能源价格的上涨，实现经济、社减少环境污染，控制矿物能源价格的上涨，实现经济、社会的可持续发展，具有极大的经济效益和社会效益。会的可持续发展，具有极大的经济效益和社会效益。 1.3 光伏发电系统的组成与应用光伏发电系统的组成与应用7. 太阳能光伏发电系统知识结构太阳能光伏发电系统知识结构 第第1章章 概论概论 作业：作业： 1-1，1-2； 1-3 ，1-4