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太阳能光伏发电技术,陈洁,渝州科技职业学院 核心课程,新能源工程学院,第一章 太阳能光伏发电概述,太阳能光伏发电概述,1.1 太阳能与太辐射 1.1.1 太阳能 1.1.2 太阳能辐射 1.1.3 我国丰富的太阳能资源 1.1.4 太阳能利用,下一页,上一页,太阳能光伏发电概述,1.2 光伏发电技术 1.2.1 光伏产业发展现状及前景 1.2.2 中国光伏市场和产业发展状况 1.2.3 光伏在农村电气化和并网发电市场上的潜力,1.1 太阳能与太辐射,1.1.1 太阳能 太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。 人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。,1.1 太阳能与太辐射,太阳是距地球最近的恒星，直径1.39x10 3Km，地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369w/。地球赤道周长为40,076千米，地球获得的能量可达173,000Tw。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/，相当于有102,000Tw的能量。,1.1 太阳能与太辐射,1.1.2 太阳能辐射 太阳辐射（solar radiation）是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十亿分之一。,1.1 太阳能与太辐射,1.1.2 太阳能辐射 经过大气削弱之后到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为太阳总辐射。太阳总辐射只占到达大气上界太阳辐射的45%。总辐射量随纬度升高而减小，随高度升高而增大。一天内中午前后最大，夜间为0；一年内夏大冬小。,1.1 太阳能与太辐射,太阳辐射能在可见光线（0.40.76m）、红外线（0.76m）和紫外线（0.4m）分别占50%、43%和7%，即集中于短波波段，故将太阳辐射称为短波辐射。,1.1 太阳能与太辐射,1.1 太阳能与太辐射,太阳常数 在日地平均距离 条件下，地球大气上 界垂直于太阳光线的 太阳常数是太阳辐射 通量密度，称为太阳 常数。以S.表示， 单位为W/m2。,1.1 太阳能与太辐射,光学大气质量 相对光学质量是来自天体的光线穿过大气层到达海平面的路径长度除以整层大气的垂直距离。,1.1 太阳能与太辐射,天文学中有一个名词Airmass，注意这并非Air mass（空气质量），这是指天顶距等于z的方向上大气光学厚度和天顶方向大气光学厚度之比，一般用AM表示，如下图中，AM=BC/AC=SecZ=1/CosZ,1.1 太阳能与太辐射,当Z=0时，AM=1,称大气质量为1 ，用AM1表示，当Z=48.2度时，AM=1.5, Z=60度，AM=2。 分别用AM1.5和AM2表示大气质量为1.5和2。AM1.5是指晴天时太阳光昭射到一地面的情况，其辐射总量为1KW/m2,常用于太阳电池和组件效率测试时的标准。,1.1 太阳能与太辐射,下图表示太阳光谱分布图，表达地球表面的阳光的光谱分布峒时显示出与分子吸收有关的吸收带,1.1 太阳能与太辐射,AM0辐射,AM1.5辐射,6000K黑体,1.1 太阳能与太辐射,1.1.3 我国丰富的太阳能资源 我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土面积年日照量在2200小时以上，年辐射总量大约在每年33408360MJ/m2，相当于110250kg标准煤/m2。,1.1 太阳能与太辐射,我国的太阳能资源按年辐射总量划分为五类地： 丰富地区（66908360MJ/m2） 较丰富地区（58526690MJ/m2） 中等地区（50165852MJ/m2） 较差区（41805016MJ/m2） 最差区（33444180MJ/m2）,1.1 太阳能与太辐射,1.1 太阳能与太辐射,城市 斜面日均辐射量 峰值日照时数 计算公式（峰值日照时数） 哈尔滨 15838 4.3997964 长春 17127 4.7578806 沈阳 16563 4.6012014 北京 18035 5.010123 一、（斜面日均辐射量2.778）/10000 千焦/米 天津 16722 4.6453716,1.1 太阳能与太辐射,城市 斜面日均辐射量 峰值日照时数 计算公式（峰值日照时数） 呼和浩特 20075 5.576835 太原 17394 4.8320532 乌鲁木齐 16594 4.6098132 二、（年总辐射量0.0116）/365 千卡/厘米 西宁 19617 5.4496026 兰州 15842 4.4009076 .0.0116是单位转换系数,1.1 太阳能与太辐射,城市 斜面日均辐射量 峰值日照时数 计算公式（峰值日照时数） 银川 19615 5.449047 西安 12952 3.5980656 上海 13691 3.8033598 卡.18焦 kal.18J 南京 14207 3.9467046 J=WS W= J/S 合肥 13299 3.6944622 杭州 12372 3.4369416 南昌 13714 3.8097492 注：此表是按公式一计算的,1.1 太阳能与太辐射,城市 斜面日均辐射量 峰值日照时数 计算公式（峰值日照时数） 福州 12451 3.4588878 济南 15994 4.4431332 郑州 14558 4.0442124 武汉 13707 3.8078046 长沙 11589 3.2194242 广州 12702 3.5286156 海口 13510 3.753078 南宁 12734 3.5375052 成都 10304 2.8624512 贵阳 10235 2.843283 昆明 15333 4.2595074 拉萨 24151 6.7091478,1.1 太阳能与太辐射,1.1.4 太阳能利用 1、光热利用 原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。,1.1 太阳能与太辐射,1、光热利用 通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为:低温利用（800）。,1.1 太阳能与太辐射,低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等。 中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等。 高温利用主要有高温太阳炉、太阳能土壤消毒杀茵技术等。,1.1 太阳能与太辐射,1.1.4 太阳能利用 2、太阳能发电 太阳能发电有两大类型： 一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电）， 另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。,1.1 太阳能与太辐射,太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。,1.1 太阳能与太辐射,2、太阳能发电 太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。,1.1 太阳能与太辐射,1.1 太阳能与太辐射,1.1.4 太阳能利用 3、光化学利用 1）、太阳能热化学循环制氢。 2）、太阳能光化学分解水制氢。 3）、太阳能光电化学电池分解水制氢。 4）、太阳光络合催化分解水制氢。,1.1 太阳能与太辐射,太阳能光化学利用主要是指光化学转换，是太阳能光化学电池，由太阳能光化学电池将太阳光辐射能转换为电能供用户使用。太阳能光化学电池包括染料敏化太阳电池和量子点电池。,1.1 太阳能与太辐射,1.1 太阳能与太辐射,这种电池一般把染料或硒化镉、砷化镓等量子点材料附着于二氧化钛等适合作载体的半导体上。当适当波长的光子达到敏化剂形成的“敏化层”上时，敏化层放出电子进入二氧化钛的导带，电子接着移动到导电层的底部电极，如果接入负载则会有电流形成。,1.1 太阳能与太辐射,4、光生物利用 植物的光合作用是地球上最为有效的固定太阳光能的过程，“如果人类可以像植物一样利用光合作用原理，直接把太阳能转换成人们所需的能源，显然将有效解决能源问题。”而其实，当今人类所消耗的石油、煤、天然气等，都是远古时期植物光合作用的直接和间接产物。,1.1 太阳能与太辐射,4、光生物利用 “光合作用每年提供2200亿吨的生物能量，是全人类所需能量的10倍。而把光能变成化学能（和将无机物变成有机物），这个过程在生物体内能量转化效率几乎是100%，能量传递效能基本是90%到98%”在光合作用的第一阶段，叶绿体中捕光色素蛋白复合体内光能的吸收传递效率能到90%-98%，之后当光子被传递到反应中心后，反应中心进行能量转化的量子效率几乎能达到100%，“而且整个吸能转能过程在7到15秒内完成。”,1.1 太阳能与太辐射,光合作用高效的捕光、吸能、转能活动的物质基础是在叶绿体内光合膜上具有一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合体和有关电子载体。,1.2 光伏发电技术,1.2.1 光伏产业发展现状及前景 1、高速兴起的光伏产业 在过去15年中，全球光伏产业以25%的年均增长率迅速成长。2008年，全球太阳能电池的生产能力比2007年增加83%，达到13GW；太阳能电池产量同比增长35%，达到4725MW；光伏安装量增长35%，达到3962MW。,1.2 光伏发电技术,据欧盟联合研究中心研究结果显示，在未来世界能源结构中，可再生能源特别是太阳能光伏发电将占有越来越大的比重，2030年太阳能发电将占全球能源结构的10%，到2050年，这一比例将上升到25%，到2100年将达64%。,1.2 光伏发电技术,2、光伏产业的发展趋势 2008年，中国成为亚洲吸引可持续能源投 资最多的国家，总额达156亿美元，较2007年 上涨18%，已成为世界最大的太阳能光伏产品 制造基地。,1.2 光伏发电技术,2009年我国太阳能光伏产品全年出口已达154.39亿美元，2010年出口320.25亿美元，比2009年同期增长107.36%，我国光伏产品出口平均单价3.61美元，同比增长110.39% 。其中，2010年太阳能电池出口201.92亿美元，占全部光伏产品出口约63.06%。,1.2 光伏发电技术,1、1、2中国光伏市场和产业发展状况 1、高速兴起的光伏产业 在太阳能电池生产方面，我国企业优势也愈加明显，并呈现国际化发展态势。10年来，全球太阳能光伏产业平均年增长率为41.3%，太阳能电池产业规模扩大了35倍。2010年中国光伏太阳能电池产量约8000MW，占世界生产总量的50%，居世界首位。,1.2 光伏发电技术,2001年我国光伏电池产量仅3兆瓦，2009年已飞速增长到8000兆瓦，居世界第一，8年的时间增长了2000多倍，太阳能电池产量以100%以上的年均增长率快速增长，连续3年产量位居世界第一。,1.2 光伏发电技术,利润的丰厚促使更多、更大的资金在近两年迅速涌入光伏电池产业，其中外资投资更占有相当比例。截至2009年年底，我国太阳能电池产业实际投资额约570亿元，外资、合资企业实际投资额占投资总额的37%。,目前，我国拥有35家海外上市的光伏企业，在全球前10家太阳能电池厂商中，我国占据4席。光伏产业已成为我国为数不多的可以同步参与国际