太阳能光伏发电及其应用

新生研讨课,王宁电院21班,大纲,光伏发电简介光伏发电原理及优点光伏发电发展历史研讨专题,光伏发电简介,一、什么是光伏发电？ 光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。二、优点：较少受地域控制，安全可靠，无噪音，低污染，无需消耗燃料，架设输电线路即可就地发电供电，以及建设周期短等。,返回,光伏发电原理,基础是半导体PN结的光电效应。即当太阳或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。,返回,光伏发电发展历史,一、1839年，法国科学家贝克雷尔发现“光伏效应”（光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差的现象）。二、1954年，美科学家恰宾和皮尔松首次制成实用单晶硅太阳能电池，诞生将太阳能转换为电能的实用光伏发电技术，效率为6%三、同年，韦克尔发现砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉淀硫化镉薄膜，制成第一块薄膜太阳能电池。四、1957年，硅太阳能电池效率为8%。1958年，太阳能电池首次在太空应用。1995年，高效聚光砷化镓太阳电池效率达到32%。五、1996年以来，世界光伏发电高速发展，应用范围越来越广，尤其是光伏技术的屋顶计划，为光电展现无限光明的前途。,返回,研讨专题：光伏发电在屋顶上的应用,对屋顶计划的浅析和评价,提纲,发电原理示意图屋顶计划的提出及发展应用实例光伏屋顶存在的问题今后的发展思路及策略光伏发电与建筑一体化的具体分析结论,提纲,户用光伏发电系统,屋顶计划的提出及发展,一、美国；二、上海；三、德国,美国光伏发电与百万屋顶计划,一、提出：美国总统克林顿在1997年6月26日宣布了太阳能百万屋顶计划，准备在2010年以前，在100万座建筑物上安装太阳能系统，主要是太阳能光伏发电系统和太阳能热利用系统。二、提出原因： (1)由于温室效应气体如CO2的大量排放，地球气温逐年变暖。(2)美国太阳能光伏发电与热利用技术已经比较成熟，开始进入大规模生产阶段。,三、美国屋顶计划的一些指数列表,返回,德国十万太阳能光伏屋顶计划,1998年9月在欧洲“百万太阳能屋顶计划”的战略框架下，作为德国新能源计划的一部分，德国政府宣布从1999年1月起实施“十万太阳能屋顶计划”。 这项计划的目标是到2003年底安装10万套光伏屋顶系统，总容量在300500MW，每个屋顶约35KW 。,Back,光伏发电在建筑上应用实例,在城市中应用,在军队中应用,德国屋顶计划,上海,日本民房,台湾八里乡,上海德国学校,Back,应用需要解决的几大问题（一）,如何让超过1MW的太阳能电池与建筑物的屋顶和外墙相结合，既能够遮挡一部分阳光，又能够让一部分阳光射入建筑物内部？ 一种解决办法：德国设计师们将不同透明度的太阳能电池安装于双面玻璃之间，并且在电池片与电池片之间留出一定的空隙。,问题二：太阳能发电成本太高,太阳能电池的原料硅晶技术只有美、日、德等少数几国掌握。由于我国90%以上的太阳能电池原料依靠进口，因此价格高昂，太阳能发电的价格很难下降。要降低太阳能发电的成本就得不断提高光电转换率，而目前的光电转换率一般都在15%左右，在短时间内很难有大的突破。目前太阳能发电成本大约是生物质发电（沼气发电）的712倍、风能发电的610倍，更是传统煤电方式的1118倍。,问题三：,太阳能接收板会增加房屋的整体承重，而且接收板定位件在暴雨时常引起屋顶面的裂缝。法国第一大屋面瓦生产厂商IMERYS公司，成功突破了光电转换技术，用光电太阳能接收器取代传统屋面瓦。新型的太阳能屋面瓦重量更轻，无需借助屋架来加固，可完整嵌入传统屋面瓦，同时防水方面做了专门设计。同时，它几乎不改变房屋的外形。,制约太阳能建筑发展的因素,太阳能建筑的理念推广比具体某项技术或产品的推广更加迫切。,提纲,我国太阳能利用进入大规模实用阶段条件成熟 （前提）,太阳能利用逐步形成共识，政府扶持力度逐步加大 ；太阳能利用的技术难题被攻克 ；我国太阳能市场需求巨大 ；,太阳能利用与建筑一体化的优点（一）：增强美观性,太阳能与建筑一体化，采用“瓦片式”可替代坡屋面上部分建筑瓦片，既减少建筑成本，又达到防水、遮阳的效果，与建筑融为一体，外观独特美观。在公共场所具有模范效应以及一定的旅游价值。,优点（二）：建成后能耗小,据测算，在标准日照条件（1000 瓦/平方米）下，安装太阳能发电系统，1 平方米屋顶可获得 130180 瓦电。按上海地区标准日照时间 11001300 小时/年计算，1 平方米屋顶的年发电量为 143 千瓦时 。通过储电设备，可以实现建筑二十四小时照明。电量剩余后，可以实现拉电上网。,优点（三）：对环境污染小，减排大量CO2,专家预测 ，太阳能电池累计用量达到600MW ，大约相当于年减排二氧化碳59万t 。据国家电力部统计，每生产一度电，大约需要350克左右的煤。,政策可行性,近年来，京都议定书的签定和可再生能源法等相关法律法规的出台，说明政府愈来愈重视可再生能源的开发和利用，也为光伏技术的发展及应用铺平了道路。,经济可行性（一）：初投资问题,利用屋顶阳光发电的初始投资相对巨大，平均每个屋顶的一次性投资高达15万元。但是，随着生产规模的扩大，太阳能屋顶的成本会逐年下降。现在我们的太阳能屋顶的造价大约为50元/瓦，国际上约为34美元/瓦，随着技术的进一步成熟，将来成本可能降至1美元/瓦。,可行性（二）：运行维护费用,一套屋顶发电系统的寿命约为3035年，这期间基本无需维护，使用成本接近于零,可行性的总体评价,每平米的投资回收期约为12.5年。光伏发电因其本身的无污染性和可再生性具有无可限量的生态价值和社会效应。,back,太阳能建筑的发展思路,在各级政府的政策导向和激励机制的基础上，提高职业培训和公众教育程度，加强产品（系统）检测认证和建筑准入制度，完善规范标准及相关技术规程，发挥从企业到业主等各个层面的积极性，共同推进太阳能建筑的有序健康发展。,1） 成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用；,2） 保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；,3） 传统建筑构造与现代技术和理念的融合；,5） 生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透；,4） 建筑的初投资与生命周期内投资的平衡；,6） 综合考虑区域气候特征、经济发达程度以及建筑特征和人们的生活习惯等相关因素。,太阳能建筑的发展策略,返回,结论,当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。我国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。,结论,据专家预测：在21世纪末和22世纪初，太阳能光伏发电必将发展成为全世界的重要发电技术之一，会在整个电力构成中占有相当大的比重。,谢谢！,日照百分率=可照时数和实照时数的百分比,back,太阳能屋面瓦：房顶上的电源,back,成本-世界现状和目标,欧洲截至2002年底，太阳能光伏发电制造能力已达56万KW，实际装机容量近400万KW，组件成本下降到3.5美元WP，据预测，2020年光伏组件的价格将下降到1美元WP以下。目前世界最大的光伏工厂年产36MW，价格为34美元WP。现在正在设计年产500MW的大工厂，力求将光伏电池售价降至1美元WP，届时光伏发电的成本将可以与火电相竞争。国内光伏产业正以每年30%的速度增长，光伏电池生产能力已达100MW。目前我国实验室光伏电池的效率已达21%，可商业化光伏组件效率达1415%，一般商业化电池效率1013%。,返回,三种规格,（1）16瓦系统：直流供电，便携式，可为2盏68瓦的直流节能灯和收录机供电。每日可供电45小时。在遇到连续3天阴雨天时仍可正常供电。系统包括：太阳能电池组件及支架、控制器、免维护密封铅酸蓄电池组和机箱。,三种规格,(2) 76瓦系统：交流供电，可为2盏611瓦交流节能灯、1台1420英寸彩色电视接收机及1台收录机供电。每日可供电5小时。在遇到连续3天阴雨天时仍可正常供电。系统包括：38瓦太阳能电池组件2块及支架、一体化控制/逆变器、免维护密封铅酸蓄电池组。,三种规格,105瓦系统：交流供电，可为4盏611瓦交流节能灯、1台2024英寸彩色电视接收机、1台收录机和1台录像机或其他小型家用电器供电，并可为可