《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第1章绪论课件

1、课程描述 是专业研究太阳能光伏发电技术的一门专业课。开设本课程的目的是使学生获得必要的太阳能光伏发电技术的基本理论、基本知识和基本技能，为从事光伏方向的技术工作，学习后续课程打下基础。其任务是使学生掌握太阳电池材料的特点以及太阳能光伏系统的设计与国民经济各领域的应用，能够进行基本的太阳电池性能测试及太阳电池组件封装，并具备太阳能光伏系统优化设计的技能和简单独立光伏系统的典型应用。1第1页，共162页。教学内容和重点： 太阳及太阳能； 太阳能电池原理、特性、使用和维护； 蓄电池的原理、特性、使用和维护； 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； 光伏发电

2、系统相关技术； 风光互补发电系统的组成、设计。2第2页，共162页。本课程的学习方法 一门理论性很强又是一门与实践结合紧密的课程，因此在教学过程中要突出基本概念、基本原理和光伏系统设计方法的讲解；尽量结合独立光伏系统及并网光伏系统在国民经济各个领域的典型应用来增强学生对理论的理解。对学生有如下要求：1、认真听课，及时复习，弄懂基本原理和基本方法。2、准确地使用有关资料，提高独立工作能力。 3、自学是大学生获得知识的重要途径，学生应不断改进自学方法，逐步提高自学能力。3第3页，共162页。教科书及主要参考书目 教 材：光伏发电技术及其应用，魏学业编著 ，机械工业出版社，2013 参考书：1、太阳

3、能光伏发电系统原理与应用技术何道清主编， 化学工业出版社，20122、太阳能光伏并网发电及其逆变控制，张兴，机械工业出版社，2010。3、 太阳能光伏发电应用原理，黄汉云编著 ，化学工业出版社，20094、太阳能发电原理与应用，冯垛生主编 人民邮电出版社，2007. 5、光伏技术应用 刘靖，李咸浩主编 化学工业出版社，20114第4页，共162页。绪论能源现状太阳能光伏5第5页，共162页。世界能源的现状 1、目前世界能源主要取自于化石能源 （石油、天然气与煤炭）；2、随着社会经济的发展，对能源的需求 也日益增长。预计，2010年全球能源 需求量达到105.99亿吨油当量，2020 年达到12

4、8.89亿吨当量，2025年则达 到136.50亿吨当量，平均年增率为2%；6第6页，共162页。3、目前世界的化石能源岌岌可危：截止到2003年底，全球剩余的石油已探明的可开采量为1565.8亿吨，如果，以后没有发现新的蕴藏量可观的油田的话，估计到2040年，最多到2050年就要用完；而天然气估计可以用到2050年，加上可能再发现的天然气田,最多用到2090年；煤炭的情况好一些，估计可以再用200年甚至300年。 综上所述，到本世纪末，除煤炭外, 其它的化石能源就要开采殆尽！ “能源危机” 之说绝不是危言耸听！4、与此同时，化石能源的碳排放带来的环境污染也日趋严重，减排任务相当艰巨！2009

5、年12月18日在哥本哈根召开的世界气候会议的主要议题是，工业化国家减少温室气体的排放目标与帮助发展中国家适应气候的变迁。由于欧美等发达国家的消极态度，最后没有达成实质性协议。可见，世界性的减排、低碳之路任重而道远！7第7页，共162页。我国现有能源结构我国已探明的煤炭将在80年内采光石油将在15年左右枯竭天然气也将在30年用尽根据中国电力科学院预测，我国电力供应缺口在2010年和2020年分别为3700万千瓦和1亿千瓦发展可再生能源是未来能源发展的必由之路小水电和风电已经达到了商业化发电的水平，但它们的资源量毕竟有限，即使全部开发也可能满足不了未来的需要。太阳能光伏发电是有潜力的电力来源。 8

6、第8页，共162页。汽车排长队等加油9第9页，共162页。 大气污染，触目惊心！10第10页，共162页。（1）太阳能源太阳所产生的光和热，是带给地球多采多姿生态的原动力。因为有太阳源源不断的向地球传递能源，植物才得以进行光和作用，将太阳能转换为自身的养分。而动物再藉由摄取植物，從而得到自身活动所需之能源。所以太阳能可以说是地球上一切生命的基础。 寻找新能源11第11页，共162页。太阳能：太阳能的利用主要有两种： 光热太阳能 如太阳灶、太阳供热系统。遍及全国各地的屋顶太阳能热水器就是一种常见的太阳供热系统。我国是太阳能热水器生产量与销售量最大的国家；但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达到8

7、0%，日本为11%，台湾也达到2.7%，.，我国仅在千分之几左右，可见，在我国太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。12第12页，共162页。屋顶上的太阳能热水器13第13页，共162页。光电太阳能 如太阳能电池、太阳能热电站。 利用太阳热能发电目前已成为全球风险投资的一个重点领域，其原理是通过聚光装置把太阳光线聚集在装有某种液体的管道或容器。借助太阳热能，液体被加热到一定温度，产生蒸汽然后驱动涡轮机发电，热能转化为电能。这种发电方式被人们称为太阳能热发电。 由于太阳能热发电需要充足的太阳直接辐射才能保持一定的发电能力,因此沙漠是最理想的建厂选址地区。假若，在非洲的撒哈拉大沙漠1%的地面上铺设硅太

8、阳能电池，就可以得到比现在全球所消耗的能源总量还要多得多！ 14第14页，共162页。西班牙的太阳能电站15第15页，共162页。 与传统的电厂相比，太阳能热电厂具有两大优势： （1）整个发电过程清洁，没有任何碳排放； （2）利用的是太阳能，无需任何燃料成本。 太阳能热发电还有一大特色，那就是其热能储存成本要比电池储存电能的成本低得多。举例来说，一个普通的保温瓶和一台笔记本电脑的电池所存储的能量相当，但显然电池的成本要高得多。能够将太阳热能储存，就意味着太阳能热电厂可以克服传统电厂发电可能中断的弊端。 从1984到1990年，美国在加州莫哈夫沙漠地区相继建成九个槽式太阳能热电站。其发电功率分别

9、为14MW、630MW和280MW。这组总功率354MW的电站建成后，一直向加州电网供电至今，累计供电12TWh，其中新装置的电效率已达30%。 葡萄牙在阿马雷莱雅地区建造的一座太阳能光伏电站近日投入使用，其总装机容量达46兆瓦是目前世界上最大的太阳能光伏电站。发电能力能满足万多户葡萄牙家庭的日常用电需求。 16第16页，共162页。 葡萄牙阿马雷莱雅太阳能光伏电站17第17页，共162页。 中国在太阳能热电厂的建设上起步较晚，中国与澳大利亚合作在中国建一座也许全世界最大的太阳能城。上海的鲜花港太阳能电站是目前中国较大的太阳能电站。 以太阳能为能源引发的光伏研发与生产目前在世界各地正在如火如荼

10、地开展。其中集热水供应、采暖、制冷、光伏并网发电系统与建筑融为一体的太阳能建筑正在各地拔地而起。 我国奥运场馆、上海世博会建筑都属于太阳能建筑。 苏州在2010年，市政府准备大力发展光伏企业，从财力、人力与政策上给与企业最大的支持。江苏沿海大丰市的风力发电和太阳能发电目前在全国应该是最大规模。而且是共存互补发电。 18第18页，共162页。 上海鲜花港太阳能电站19第19页，共162页。 太阳能电池 薄膜太阳能电池20第20页，共162页。 太阳能汽车21第21页，共162页。航天器上的太阳能电板22第22页，共162页。上海世博会主体建筑屋顶上的太阳能装置23第23页，共162页。 太阳能路

11、灯24第24页，共162页。 （2）核能的开发利用 核电站的工作原理 原子核是由带正电的质子与不带电的中子组成的，质子与中子统称为核子。一般情况下，原子核为什么如此稳定，就是因为核子之间存在着强大的核力。要使原子核分裂或者重新组合相当困难，但是，一旦原子核分裂成新的原子核与其它粒子了，或者原子核与核子聚合成新的原子核与其它粒子了，都会产生巨大的能量，这种能量就称为核能，俗称“原子能”。前者的变化过程称为“裂变”，后者的变化过程称为“聚变”。而且，聚变时产生的能量要比裂变时产生的能量大得多（就像氢弹爆炸时释放的能量要比原子弹爆炸时的能量大得多); 但是，聚变过程也更难控制。目前正常运行的核电站都

12、是属于裂变核电站。25第25页，共162页。 目前世界核电站的状况 经过50多年的发展，核电已成为30多个国家能源组成中不可或缺的部分。全世界正在运行的核动力堆已超过440座，总装机容量超过387千兆瓦，其中法国核电占其国内总电力的74.6%，比利时56.8%，韩国44.7%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，俄罗斯16%，中国仅为1.1%。 目前中国核电站的状况 已运行的核电站：1）秦山核电站（浙江嘉兴的杭州湾畔）一期工程（30万KW， 1994年商业运行，）、二期工程（260万KW，2002年商业运行）、三期工程（270万KW）2）大亚湾核电站（广东深圳大

13、亚湾） （2984MW）；3）田湾核电站（江苏连云港田湾）（2106万KW，05年建成投产）4）岭澳核电站（广东大亚湾西海岸大鹏半岛东南侧）（2100万KW 04年投入商业运行），二期工程正在建设中。 26第26页，共162页。正在建设中的核电站有： 1）阳江核电站（广东西南沿海的阳江市东平镇沙环村）（6100万KW ）； 2）三门核电站（浙江台州市三门健跳镇猫头山半岛上南部）（6100万KW）； 3）海阳核电站（山东海阳冷家庄）; 4）宁德核电站（福建省宁德市辖福鼎市秦屿镇的备湾村）； 5）福清核电站（福建三山镇前薛村） 6）红沿河核电站（辽宁瓦房店市东岗镇）。等等。特别要指出的是，正在建设

14、中的核电站大多采用的是第三代核技术，技术含金量高，效率与安全系数高； 27第27页，共162页。 秦山一期核电站28第28页，共162页。 秦山二期核电站29第29页，共162页。 秦山三期核电站30第30页，共162页。 广东大亚湾核电站31第31页，共162页。 连云港田湾核电站32第32页，共162页。 广东岭澳核电站33第33页，共162页。 广东阳江核电站34第34页，共162页。 福建福清核电站35第35页，共162页。核电站的优点与不足 1）核电站的优点a) 核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染,不会产生加重地球温室效应的二氧化碳；

15、 b) 核能发电所使用的是铀燃料，而全球铀的蕴藏量相当丰富； c) 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送； d) 核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。36第36页，共162页。2）核电站缺点: a) 核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对大的政治困扰。 b) 核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多

16、废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重 c) 核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高； d) 核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果设计不合理或操作不当而造成核泄漏事故，会对生态及民众造成伤害甚至严重伤害。前苏联的切尔诺贝利核电站1986年4月的核泄漏事故对周边地区的生态环境造成了相当严重的影响。 37第37页，共162页。（3）风能的开发利用 风能是利用空气强烈的流动而形成的动能。严格说来，他是间接形式的太阳能，占到达地面太阳能的2%左右。虽然百分比不大，但绝对量可观，相当于10300亿吨煤蕴藏的能量。风能的利用分两种： 风能的动力利用：利用风力作为动力，直接带动各类机械系统。例如，

17、风帆； 风能的发电利用：利用风力带动发电机发电。例如,风力发电机。 风力发电机的优点是明显的：成本低，污染少；但是缺点也是明显的：风力不稳定，受季节性影响大，储存与传输难等。38第38页，共162页。风力发电从风力发电的技术状况以及实际运行情况表明，它是一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟和产品商品化的进程，风力发电成本降低，已经具备了和其他发电手段相竞争的能力。 2005年，我国政府将2020年风电的发展目标从原来的2000万千瓦提高到3000万千瓦；2006年1月1日生效的可再生能源法亦为中国发展可再生能源，包括建立一套风电价格机制以促进风电发展提供了法律框架。39第39页，共1

18、62页。现状分析目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60的速度增长。我国风能资源丰富，这十几年来，对风能资源状况作了深入的勘测调查，全国可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦。风电是以几十台、几百台，甚至几千台同时运转来实现风能大规模转换为电能的。具最新资料统计:美国风电装机容量己达187万千瓦，德国103万千瓦，丹麦61万千瓦，特别应该指出的是印度通过这两年的努力，风电已达60万千瓦。40第40页，共162页。世界累计风电装机及新增装机排名41第41页，共162页。我国风电装机容量（2） 2006 200720082010风能上马项目很多，但是发电量和上网电量都很少，大量

19、风场资源被闲置。我国电力装机4250万千瓦，风电仅有123.89万千瓦，占2.9%。风电占比将达到5%，15年内，全国将实现电力资源风电互配的局面全国风能装机达到2770万千瓦。42第42页，共162页。我国2007年分省风电装机情况分布我国风电装机主要分布在内蒙、吉林、辽宁、河北等21个省份（直辖市）新增地区与2006年相比2007年装机省份（直辖市）新增的有北京、山西、河南、湖南、湖北总量2007年我国装机总量为590万千瓦，与2006年相比增长了127%43第43页，共162页。新疆达板城风电站新疆达板城风电厂是中国第一个大型风电 厂。截止至 2008年安装有200多台风车，年发电量为1

20、800万瓦。44第44页，共162页。南澳风力发电站 截止至2007.12，南澳岛上已安装各型风力发电机组185台，总装机容量9.9万千瓦，年可发电2.2亿 千瓦时，为亚洲最大的海岛风电场。 45第45页，共162页。风力发电酒泉建全球最大风力发电基地打造陆上三峡/news/view/1310458/46第46页，共162页。我国风电制造业的发展产品结构中国目前风电场装机大都属于兆 瓦级以下的定桨定速型风机。市场需求趋势已向兆瓦级以上风电机组发展，其中主力机型是1.5MW 风电机组。重点企业目前中国风电机组整机开发和研制的内外资企业有40多家，其中内资企业主要有新疆金风、北京华锐（大连重工）、

21、东方汽轮机厂等。47第47页，共162页。风电成本在国际上风电单位千瓦造价一般为1000美元，发电成本可做到67美分。国内大中型水电站的单位千瓦造价7000一8000元；火电站如果加上脱硫脱氮等环保设施的话，千瓦造价也要超过7000元。应该说风电具备了和其他电源比较的能力，它的造价和电价是可以接受的。48第48页，共162页。风电发展存在的主要问题风能资源评价还不精细自主创新能力弱上网电价有待调整公共技术服务体系尚未建立风电技术标准认证尚需完善主要问题49第49页，共162页。小结可再生能源法在风电定价方式上有不足之处 .建议在一定时期内，给风电一个符合成本加合理利润原则的保护性电价在市场培育

22、期内，电价政策由招标定价制度改为固定电价制度，使风电价格水平保持一定的吸引力。50第50页，共162页。目前我国风能开发利用的现状： 我国的风力资源丰富，风力电厂主要分布在新疆、内蒙等地，例如，闻名全球的新疆的达坂城风力发电厂。到2008年底止，我国风电的总装机容量接近1300万千瓦，已经超过核电，为全球第四、亚洲第一。预计到2020年，我国的风电装机总容量将超过一亿千瓦。 江苏省在沿海地区（例如如东、启东与响水等县市）大力发展风电事业，而且在淮安等地有专门生产风力发电机的企业。 51第51页，共162页。 郑和下西洋52第52页，共162页。新疆达坂城风力电站之一53第53页，共162页。

23、新疆达阪城风力电站夜景54第54页，共162页。 （4）海洋能的开发利用 海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能。海洋波浪能、海流能也可以用来发电，目前相对地说容量不大。 海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的的吸引力以及地球的自转引起海水会周期性地作有节奏的垂直涨落的现象。据统计，全球海洋潮汐能的储藏量在27亿千瓦左右，每年的发电量可达33480亿千瓦； 目前，法国、英国、美国、加拿大、俄罗斯和阿根廷等国度已经建造了潮汐发电站。我国也在浙江的江厦与广东的汕尾建立了潮汐电站。 55第55页，共162页。 葡萄牙的“海蛇”海浪发电站56第56页，共162页。 浙江江厦潮汐电站 广东汕尾潮汐

24、电站57第57页，共162页。 由英国安装的世界首台潮汐发电机58第58页，共162页。（5）地热能的开发利用 地球是一个巨大的热库，通过火山爆发和温泉等途径将内部的热量地热能不断地输送到地面。据估计，每年输送到地面的热能相当于燃烧370亿吨煤释放的能量，数量相当惊人。 若严格的区分的话，地热能又分为地下热岩地热能与地下热液地热能两种。 目前开发的大多是地下热液地热能。地热能既可以直接的地热供暖，也可以地热发电，例如，我国西藏的“羊八井”电站。 我国的地热资源比较丰富，主要分布在西藏、云南与台湾等地。我国每年直接利用的地热资源量居世界首位。59第59页，共162页。 西藏“羊八井”地热电站60

25、第60页，共162页。 云南大理地热61第61页，共162页。 （6）生物物质发电 丹麦是世界上第一个研究开发生物质发电的国家。1973年的石油危机促使需要依靠大量石油进口的丹麦进行生物质发电的研发工作。在政府大力扶持下，于1987年丹麦建立了世界上第一个秸秆生物燃烧发电厂。到目前为止，丹麦已经有130多家秸秆发电厂。 我国是个农业大国，有着丰富的秸秆。 国家发改委大力支持发展生物质发 电项目。河北晋州的秸秆发电项已经上马，其他省也紧紧跟上。不久的将来，我国生物质发电项目将会在全国遍地开花。 还有利用牛粪产生沼气发电也大有前途。62第62页，共162页。 河北晋州的秸秆发电厂63第63页，共1

26、62页。 广西隆安的生物质发电厂64第64页，共162页。 沼气发电厂65第65页，共162页。节能的意义与途径 1、节能的意义 在当前能源日益紧张的态势下，节能是解决能源矛盾的重要措施。对我们这样的人口众多、能源资源相对不足、经济相对欠发达的发展中大国来说，尤为重要。而且，在节能的同时，会减少对环境的污染，所以， 节能既可以解决能源不足的矛盾，又可以解决环境污染的问题，“一举两得”。 66第66页，共162页。 2、节能的途径 推进产业结构调整，严格限制高能耗、高耗材、高耗水的产业发展，加快构建节能型产业体系； 推广节能技术； 加快实施节能工程：我国正在实施替代石油、热电联产、余热利用、建筑

27、节能等十大重点节能工程。我国奥运游泳馆“水立方”是具有当今世界上最大的节能膜结构的建筑； 加强节能管理：其中包括制定鼓励节能的财税政策，强制采购节能型产品的制度，积极推进优先采购节能产品等措施；苏州市在2008年与2009年两年由政府补贴，大力推广与使用节能灯, 取得了良好的效果。 倡导社会节能意识：大力倡导节能文化，大力宣传与普及节能知识，建立全社会节能的长效机制。一切从我做起，一切从小做起。67第67页，共162页。 北京水立方美丽的夜景68第68页，共162页。 北京水立方绿色环保游泳池69第69页，共162页。欢迎交流！70第70页，共162页。世界能源储备状况资料来源：中国可再生能源

28、发展项目 71第71页，共162页。22040-2050年全球可再生能源将取代常规能源，占主导地位。 3风能作为一种天然能源，以其蕴藏量丰富，永不枯竭 ，清洁无污染，可开发利用而受到青睐。4太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性等优势，是理想的替代能源。 1全球石油、天然气、煤、铀储量利用年限分别为40、50、200、60年。72第72页，共162页。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳的总辐射能量约为 3.751026W。太阳能辐射到地球大气层上界达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。 太阳每三天向地球辐射的能

29、量，就相当于地球所有矿物燃料能量的总和。 太阳能简介：73第73页，共162页。 太阳向宇宙空间辐射出巨大的光热能量74第74页，共162页。 地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。 广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。75第75页，共162页。 美国科学美国人杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如下数据：到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路：直接反射52000109kJ/s以热能方式离开地球

30、81000109kJ/s水循环40000109kJ/s大气流动370109kJ/s光合作用40109kJ/s76第76页，共162页。太阳能利用概况和特点太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，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/m2，相当于有102,000TW的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多

31、倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 77第77页，共162页。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.751026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。 它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭危险；绝对干净；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。78第78页，共162页。太阳能利用的方

32、式人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。现在太阳能的利用包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。例如：太阳能水泵太阳能电视机.太阳能空调器太阳能冰箱。太阳能电话太阳能电池太阳能热水器79第79页，共162页。太阳能和其它能源的对比 太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能利用绝对干净，不产生公害。所以太阳能被誉为最理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。 （储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性、利用的经济性）例如：热水器对比 太阳能热水器和燃气热水

33、器相比，太阳能热水器是一次性投资，受益15年；节约能源，而且安全方便无污染，是当今社会理想的“绿色”节能产品。80第80页，共162页。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。 再者，太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。 81第81页，共162页。 虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。82第82页，共162页。 太阳能像风能

34、、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。 一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，因此说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。 83第83页，共162页。地球上太阳能资源的分布： 分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量（单位为千卡/平方厘米年或千瓦

35、/平方厘米 年）和全年日照总时数表示。 就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富的地区。84第84页，共162页。 我国是太阳能资源丰富的国家，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富的地区之一，四川盆地、西湖地区、秦巴山地是太阳能资源低值区，我国东部、南部、及东北为资源中等区。85第85页，共162页。我国太阳能资源分布86第86页，共162页。资源丰富带： 西藏西部、新疆东南部、青海西部、年日照时数为280-330

36、小时，年辐射总量为160-200千瓦/平方厘米 年。 资源较丰富带： 西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古西北部、河北西北部、年日照时数为3000-3200小时，年辐射总量为140-160千瓦/平方厘米 年。87第87页，共162页。资源一般带： 新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、年辐射总量为140-160千瓦/平方厘米年。湖南、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、年日照时数为1400-2200小时，年辐射总量为100-120千卡/平方厘米 年

37、。88第88页，共162页。资源贫乏带： 四川、贵州、年日照时数为1000-1400小时，年辐射总量为80-100千卡/平方厘米 年。太阳能利用所涉及的技术问题：1、太阳能采集 2、太阳能转换3、太阳能贮存 4、太阳能传输 89第89页，共162页。太阳能研究热点方向大幅度降低太阳电池组件成本薄膜电池技术 太阳能光伏建筑集成 热水器仍然是热利用的最大市场 太阳能空调降温及太阳能建筑 太阳能热发电 90第90页，共162页。我国的开发现状和前景 中国能源研究会理事长黄毅诚近日提出，应加速开发无污染、可再生的太阳能资源，力争到年建成万千瓦的太阳能发电容量，使太阳能成为我国最大的可再生能源。 北京太

38、阳能研究所研究员赵玉文用“近有实效，前有远景”来形容太阳能资源在我国的开发现状和前景。 91第91页，共162页。我国的开发现状我国目前具有万千瓦的太阳能发电容量，虽然光电成本仍然高于煤电，但在边远地区，与拉设电网相比，小型太阳能发电设施仍然相对便宜适用，在西藏地区已经有个县靠太阳能解决了用电困难。另外，太阳能热水器已经成为国内太阳能利用中应用最为广泛、产业化发展最迅速的领域，年我国的热水器产量就已占据世界第一位，去年这个产业的总销售额达到亿元。 92第92页，共162页。我国的开发前景随着当前世界光电技术及其应用材料的飞速发展，光电材料成本大幅下降，光电转换率不断提高，这将带来太阳能发电成本

39、的大幅度下降。据黄毅诚预计，不到年，太阳能发电的成本就会接近或低于煤电，这将有利于我国太阳能资源的开发。93第93页，共162页。现在，在美国、德国这样的发达国家，光伏发电、风力发电等可再生能源的地位已经从原来的补充能源上升为重要的战略替代能源 国内以煤炭为主的能源结构对大气环境的威胁日益严重，目前我国二氧化硫和二氧化碳排放量已经分别居世界第一位和第二位，而二氧化硫排放量的90%、烟尘和二氧化碳排放量的70%都来自于燃煤那么，怎样让自己的能源结构变得更清洁呢 94第94页，共162页。太阳能中国太阳能产业的历史只有十年左右的时间，很多人并不知道，就在短短十年的时间里，中国已经迅速成为全球最大的

40、太阳能生产国，在光电和光热设备这两个领域，中国已经占据了全球3/4以上的生产份额。而且，福布斯杂志新近公布的中国内地富豪榜中，曾排名第一的施正荣也是来自太阳能电池行业。（施正荣，男，祖籍江苏扬中市。无锡尚德电力控股有限公司董事长兼CEO。是中国太阳能光伏产业的领军人物。） 95第95页，共162页。一个由24块太阳能电池板组成的方阵，是一个2000瓦左右的小型太阳能光伏独立电站，它为这个社区的景观灯、草坪灯提供充足的电力保证。96第96页，共162页。优点太阳能发电被称为是理想的发电方式，只要有阳光，太阳能电池板上就能产生电流，直接把光能转换成电能没有传动部件，没有噪声，不经过任何中间步骤，所

41、以发电过程中不会产生任何污染或者废弃物97第97页，共162页。存在的问题（主要是成本）一盏太阳能庭院灯，大概要4000元，而一盏太阳能路灯，就要10000多元。 一套3千瓦的太阳能发电系统，一次性投资高达18万元，按照目前的电价，这笔钱可以使用100多年。 应用现状95%的出口在欧洲和美国。德国世界杯足球赛的其中一个赛场，凯泽斯劳滕足球场，其屋顶是一个1兆瓦的太阳能光伏电站，这是目前世界最大的足球场太阳能屋顶发电工程，也是德国世界杯一个重要的绿色环保项目，这些太阳能电池板就是由中国公司提供的。 98第98页，共162页。国内光伏发电的市场发展比较迟缓，我们的产业目前靠国际市场拉动。2005年

42、全世界总的太阳能电池生产量是1800兆瓦，中国这一年，生产了145.7兆瓦，大概是8%的样子. 但是在国内的销售只有5兆瓦左右，所占比例不到4%，其余96%的太阳能电池出口到了国外市场。这就出现了一个产业和市场分离的现象。更严峻的问题是,根据德国的产业政策，到2007年底，德国所需的光伏电池和组件有90%左右来自本国企业，引发本轮爆发式增长的市场大门向中国企业逐渐关闭。99第99页，共162页。小结太阳能电池既不必消耗现有的矿物能源，又不污染环境，一看就知道是中国迫切需要的好东西。但是，拥有世界先进技术的中国太阳能电池企业，却墙里开花墙外香，遭遇到了守着金饭碗讨饭吃的尴尬。 太阳能电池遭遇的尴

43、尬表面上看因为它的成本过高，但这个理由经不起仔细推敲，欧洲人比我们还会打算盘，区别在于我们和欧洲人计算回报的方式不一样：我们在计算回报时只考虑了太阳能电池节省了多少电钱，但欧洲人把修复环境的代价也计算到了收益里面。100第100页，共162页。光伏技术 1958年中国从开始研制第一片晶体硅光伏电池以来，到现在已整整走过了五十年。中国光伏发展经历了从无到有、从空间到地面、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转換效率由低到高的艰难而辉煌的历程。光伏技术的目标独立电源并网电源特殊能源补充能源补充能源替代能源替代能源主力能源101第101页，共162页。太阳能光伏发电了解程度 比较了解 听说过

44、 第一次听说102第102页，共162页。太阳能光伏发电产业链结构103第103页，共162页。产业现状由于市场需求急速扩张，导致整个产业格局呈现倒置漏斗形状，产业链上游分布企业较少且扩产速度慢，原料供应成产业发展瓶颈。全球仅有REC、BP Solar、Q-Cells、Sharp等公司有能力进行完整产业链上的运作。产业链中上游为太阳能级多晶硅生产企业，其次为硅片生产企业，下游为电池片生产企业、电池组件系统制造企业。下游企业扩产过快，原料供应不足导致短期产能过剩。原料价格上涨、供应不稳定是国内企业所必需共同面临的困难。我们认为短期产能过剩为供应稳定的企业提供了资金以及技术上积累优势，有望成长为行

45、业龙头企业。104第104页，共162页。7大厂家硅原料供应现状晶体硅原料厂基本由日、美、德等国家控制。前7大厂家晶体硅产量占世界总产量95%以上。资料来源：招商证券05年分布状况06年预计分布状况105第105页，共162页。现状国际市场美国: 政府级阳光发电计划 美国&欧洲: 百万屋顶光伏计划日本: 屋顶光伏计划印度: 大规模太阳电池发展方向: 并网发电和与建筑结合供电106第106页，共162页。现状国内市场西藏那曲安多县100kw光伏电站多省大规模家用光伏电源兰-西-拉光缆干线工程塔中输油输气管道阴极保护先伏电源系统西藏广播电视发射接收工程 发展方向: 巩固封闭发电系统 开拓并网发电系

46、统107第107页，共162页。光伏国际市场需求增长108第108页，共162页。欧洲市场需求增长109第109页，共162页。国内光伏市场需求5年增长趋势资料来源：招商证券按照目前太阳能发电组件3.8-4.3$/Wp的造价简单推算，中国在光伏发电设备的投资总额将高达160亿元。110第110页，共162页。国内市场需求长期增长趋势资料来源：中国可再生能源发展项目 招商证券整理 111第111页，共162页。光伏发电成本预期112第112页，共162页。光伏发电瓶颈分析固定资产投入巨大原材料成本高光能转化效率低传输过程能耗高蓄能能力差113第113页，共162页。光伏发电系统所面临的关键技术

47、光电池组件的系统结构 光伏阵列的最大功率跟踪 并网逆变器的类型 孤岛保护技术 电能的双向计量 夜间零耗电技术 电磁兼容性 其他的安全问题(如防雷)等114第114页，共162页。光伏系统待研究课题 提高光伏器件的光/电转换效率2降低光伏器件的初投资费用3 改进光伏模块性能1新型高效光伏电池的创新研发5住宅光伏系统的联网运行6光伏器件的节能生产工艺流程4以及光伏系统设备的标准化等7115第115页，共162页。全球光伏市场现状84%2%7%7%84%7%7%2%并网发电消费产品和服务离网工业应用农村电气化116第116页，共162页。全球光伏市场趋势全球高速增长；多元化需求局面已经出现；并网发电

48、依然占市场需求主体；光伏与建筑一体化将成为未来发展趋势。光伏市场现状及趋势我国市场规模较小,“送电到乡”工程、各类照明示范工程等为主要需求；市场应用慢慢起步,光伏产品主要用于边远地区。117第117页，共162页。我国光伏产业现状（1）电池产量2007年国内太阳能电池产量达到1088MWp（其中非晶硅电池为28.3MWp），比上年增长148.1，超过日本（920MWp）和欧洲（1062.8MWp），成为世界第一大太阳能电池生产国组件产量2007年我国光伏组件产量也达到世界第一。据不完全统计，截至2007年底，国内光伏组件产量达到1717MWp，比上年增长138。118第118页，共162页。我

49、国光伏产业现状（2）上市企业自2005年起，不到两年时间，相继有10家中国光伏企业在海外上市。分别为无锡尚德、浙江昱辉、苏州CTS、江苏林洋、常州天合光能、河北晶澳、南京中电、保定英利、江苏浚鑫、江西LDK。发展迅猛2007年国内从事太阳能电池的生产企业达50余家，硅锭/硅片生产厂家超过70家，光伏组件生产企业共计200多家。119第119页，共162页。我国光伏市场现状光伏发电送电到乡、照明示范工程、04深圳园博园、08奥运场馆、2010上海世博会场馆07年光伏系统安装20MWp，是光伏电池产量1.84%，累计安装100MWp，占世界1%120第120页，共162页。我国光伏产业存在的问题研

50、发投入不足产业链发展失衡市场发展缓慢发展环境有待改善存在问题无序发展严重121第121页，共162页。我国光伏发电面临的挑战是否510年内太阳能电池效率提高到降低成本所必需的水平是否510年内中国不仅是太阳能电池的制造大国，还成为光伏发电的应用大国挑战是否成本在510年内降到常规发电的水平122第122页，共162页。我国光伏产业存在的政策建议 1 2 3 4明确光伏发电在我国能源产业中的战略地位降低成本、能耗, 抓好薄膜光伏电池开发和产业化加强产业管理, 培育具有国际竞争力的大型企业建立和完善鼓励太阳能光伏产业发展的激励政策与机制123第123页，共162页。光伏发电的成本与竞争力光伏发电的

51、成本确实尚不能与常规发电竞争,但是在评估其竞争力时,应考虑下列因素:光伏应用的类型与场合,光伏发电与什么竞争,有无替代品;光伏系统安装地理位置、初始投入成本及预期寿命;常规发电没有计入引起的环境污染、气候变暖和其他影响的“额外”成本；光伏技术的进步和生产规模的扩大正逐步降低光伏发电的成本。1234124第124页，共162页。中国和国际先进水平的差距电池效率组件效率生产装备检测分析技术125第125页，共162页。差距成因基础薄弱：硬件条件差、软件条件差重视不夠：国家重视、地方重视、企业重视创新理念：不同层次、不同理解缺少氛围：独立行事、缺少联合126第126页，共162页。我国光伏发电展望2

52、015年2020年 2010年2015年，摆脱高纯多晶硅材料依赖进口的困扰，使多晶硅材料的自给能力达到60%以上；国内光伏技术达到国际先进水平，部分达到国际领先水平积极启动国内市场，促进光伏市场需求大幅增长，到2020年实现光伏发电占全国总发电量的1%。2010年以后，太阳能电池的年产量达到世界总产量的50%以上127第127页，共162页。广东深圳园博园光伏发电深圳“园博园”的1兆瓦并网太阳能光伏电站，是2006 年全亚洲第一大并网光伏电站。2004年6月开工，2004 年 8月建成发电。投资6600万元，总容量1000.322千 瓦，发电能力约为100万千瓦时。128第128页，共162页

53、。光伏发电。光伏机场电站在海口美兰机场实现 /news/news23.htm129第129页，共162页。风光互补发电概述重要性 当今世界，随着人们生活水平的不断提高，电力已经成为人们生活中必不可少的动力来源，人们对电的依赖也越来越强。优点 风光互补发电是一种将太阳能和风能转化为电能的装置。该系统无空气污染、无噪音、不产生废弃物。组成 风光互补发电系统由太阳能发电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。130第130页，共162页。风光互补发电特点弥补独立发电 不足提高效率降低成本地面和高空合理利用降低工程造价主要特点131第131页，共162页。国外风光互补发电现状1

54、风力/光伏互补并网发电技术是世界新兴的一大研究开发课题。2目前，在欧洲、日本、美国等发达国家正在普及风光互补路灯系统。 3目前风光互补能源只是刚刚起步，实际应用也只开发了很小的一部分。除了照明，在交通监控、通讯基站、通讯设备、森林防火等领域都有无限的发展前景132第132页，共162页。风光互补路灯系统133第133页，共162页。我国风光互补发电场现状试点性研究商业化 分布地在我国,风/光互补发电场比较少,主要集中在青藏高原、内蒙古等偏远地区,采用独立式发电。1998年和2000年,我国的长江源自然保护站分别安装了600 W/400 Wp(Wp为光伏发电功率)和1 000 W/400 Wp

55、2套独立运行的风光互补发电系统。2004年12月,华能南澳54 MW/100 kWp风光互补发电场成功并入当地10 kV电网,是我国第1个正式投入商业化运行的风/光互补发电系统。134第134页，共162页。风光互补发电产业进一步发展需要解决的问题 问题急待解决勘测统计工作独立并网同步发展体系结构能量管理控制完善技术支撑体系135第135页，共162页。1.1 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 能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源危机 中国及世界主要常规能源储量预测 136第136页，共162页。1.1 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 能源

56、消耗增加自然生态破坏、人造气体增加环境恶化（吸收713m辐射能，阻碍地球能量的正常逃逸 ）。 温室效应 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（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） 137第137页，共162页。1.1 太阳能光伏发电的重要意义1.1.3 常规电网的局限性 电网输电到边远地区困难； 电力供应不足； 等138第138页，共162页。1.1 太阳能光伏发电的重要意义寻求新能源太阳能利用的主要形式 139第139页，共162页。1.2 太阳能光伏发电原理及特点1.2.1 太阳能光伏发电原理 太阳能电池就是一块大面积的p-n结

57、 ，基于光生伏特效应 ，将光能转化为电能。转换效率15%左右。图1-2 太阳能电池的发电原理和结构1-栅线电极；2-减反射膜；3-扩散区；4-基区；5-底电极140第140页，共162页。1.2 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 1.优点： （1）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； （5）光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈

58、壁上；光伏-建筑一体化发电系统，不需要单独占地，节省土地资源； 141第141页，共162页。1.2 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 1.优点： （7）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上） （8）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。 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。 142第142页，共162页。1.2 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 2.缺点 （1）能量密度低（1kW/m2 ）； （2）占地面积大。 （3）转换效率低，晶体硅光伏电池为13%17%，非晶硅光伏电池只

59、有68%； （4）间歇性工作； （5）受气候环境因素影响大； （6）地域依赖性强； （7）系统成本高，太阳能电池组件2美元/W； （8）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。 143第143页，共162页。1.2 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 优点： 分布广阳光普照大地； 无污染最洁净能源； 易接受建设周期短，简单方便； 能源巨大地表年接受太阳能=130万吨标煤能； 长久永不枯竭，太阳能可维持100亿年，超过地球寿命。 缺点： 分散性能量密度低； 不稳定性随季节、天气、昼夜变化，并网麻烦； 地域依赖性强 ； 效率低、成本高光电转换效率15%；12元/kWh 。144第

60、144页，共162页。1.3 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 1.独立太阳能光伏系统的构成 图1-3 独立太阳能光伏系统构成145第145页，共162页。1.3 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： （1）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-铅酸蓄电池初始成本高（占25%左右），运行成本也大； （3）供电稳定性、可靠性差 。 图1-4 户用光伏发电系统146第146页，共162页。1.3 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 2.并网太阳能光伏发电系统 图1-5 并网型太阳能