碳中和技术概论全套教学课件

第1章

碳中和概述第1章碳中和概述.pptx第2章太阳能.pptx第3章风能.pptx第4章氢能.pptx第5章生物质能.pptx第6章其他能源.pptx第7章储能技术.pptx第8章智能微电网应用技术.pptx全套可编辑PPT课件CONTENTS目录碳中和概念PART

01碳中和愿景PART

02PART

03碳中和概念Part.01碳中和概念01中国作为全球第一大碳排放主体，积极履行并承担了碳减排和气候变化的义务及责任。2020年9月22日，在第75届联合国大会一般性辩论上，

向全世界宣布，将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年，为了扎实推进碳达峰碳中和战略，国务院先后发布了《2030年前碳达峰行动方案》和《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书。碳中和概念01碳中和基本含义碳中和，一般是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。碳中和应从碳排放（碳源）和碳固定（碳汇）这两个侧面来理解。碳排放既可以由人为过程产生，又可以由自然过程产生。人为过程主要来自两大块，一是化石燃料的燃烧形成CO2向大气圈释放，二是土地利用变化（最典型者是森林砍伐后土壤中的碳被氧化成二氧化碳释放到大气中）；自然界也有多种过程可向大气中释放二氧化碳，比如火山喷发、煤炭的地下自燃等。碳中和概念01碳中和基本含义碳固定也有自然固定和人为固定两大类，并且以自然固定为主。最主要的自然固碳过程来自陆地生态系统。陆地生态系统的诸多类型中，又以森林生态系统占大头。所谓的人为固定二氧化碳，一种方式是把二氧化碳收集起来后，通过生物或化学过程，把它转化成其他化学品，另一种方式则是把二氧化碳封存到地下深处和海洋深处。只有当排放的量相等于固定的量之后，才算实现了碳中和。由此可见，碳中和同碳的零排放是两个不同的概念，它是以大气二氧化碳浓度不再增加为标志。碳中和概念01碳中和政策内涵2021年2月02日，《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，意见指出：要深入贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，全面贯彻生态文明思想，认真落实党中央、国务院决策部署，坚定不移贯彻新发展理念，全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通、绿色生活、绿色消费，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，统筹推进高质量发展和高水平保护，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。我国的碳中和政策是为了应对全球气候变化和达成巴黎协议目标而制定的。碳中和的概念是指通过减少温室气体排放到大气中的量，来使二氧化碳排放量达到零，并在某种程度上平衡全球二氧化碳排放量和吸收量之间的差异。碳中和概念01碳中和政策内涵我国碳中和政策主要包括以下方面：（1）环保、节能、低碳等政策措施的推进。（2）大力发展清洁能源，如太阳能、风能、水能、地热能、焚烧垃圾发能等。（3）加快新能源汽车的产业化和推广，推广节能环保、低污染的交通工具，鼓励绿色出行和公共交通。（4）提高工业节能降耗，妥善处理污染及废弃物，鼓励清洁生产。（5）研发高效节能的技术和设备，提高资源利用率，促进绿色发展。总之，我国碳中和政策是一项重要的环保举措，旨在推动能源转型和产业升级，实现资源循环利用和可持续发展。碳中和概念01碳中和内在逻辑我国当前二氧化碳年排放量大数在100亿吨左右，约为全球总排放量的四分之一。这样较大数量的排放主要由我国的能源消费总量和能源消费结构所决定。我国目前的能源消费总量约为50亿吨标准煤，其中煤炭、石油和天然气三者合起来占比接近85%，其他非碳能源的占比只有15%多一点。在煤、油、气三类化石能源中，碳排放因子最高的煤炭占比接近70%。约100亿吨二氧化碳的年总排放中，发电和供热约占45亿吨，建筑物建成后的运行（主要是用煤和用气）约占5亿吨，交通排放约占10亿吨，工业排放约占39亿吨。工业排放的四大领域是建材、钢铁、化工和有色，而建材排放的大头是水泥生产（水泥以石灰石（CaCO3）为原料，煅烧成氧化钙（CaO）后，势必形成二氧化碳排放）。电力/热力生产过程产生的二氧化碳排放，其“账”应该记到电力消费领域头上。根据进一步研究，发现这45亿吨二氧化碳中，约29亿吨最终也应记入工业领域排放，约12.6亿吨应记入建筑物建成后的运行排放。我国工业排放约占总排放量的68%，这是我国作为“世界工厂”、处在城镇化快速发展阶段、经济社会出现压缩式发展等因素所决定的。碳中和概念01碳中和内在逻辑根据我国二氧化碳的排放现状，中国的碳中和需要构建一个“三端共同发力体系”：第一端是电力端，即电力/热力供应端的以煤为主应该改造发展为以风、光、水、核、地热等可再生能源和非碳能源为主。第二端是能源消费端，即建材、钢铁、化工、有色等原材料生产过程中的用能以绿电、绿氢等替代煤、油、气，水泥生产过程把石灰石作为原料的使用量降到最低，交通用能、建筑用能以绿电、绿氢、地热等替代煤、油、气。能源消费端要实现这样的替代，一个重要的前提是全国绿电供应能力几乎处在“有求必应”的状态。第三端是固碳端，可以想象，不管前面两端如何发展，在技术上要达到零碳排放是不太可能的。比如煤、油、气化工生产过程中的“减碳”所产生的二氧化碳，又比如水泥生产过程中总会产生的那部分二氧化碳，还有电力生产本身，真正要做到“零碳电力”也只能寄希望于遥远的将来。因此，我们还得把“不得不排放的二氧化碳”用各种人为措施将其固定下来，其中最为重要的措施是生态建设，此外还有碳捕集之后的工业化利用，以及封存到地层和深海中。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是深入贯彻

生态文明思想、推动经济社会高质量发展的内在要求。党的十八大以来，

高度重视生态文明建设，提出一系列新理念新思想新战略新要求，形成

生态文明思想，指导我国生态环境保护发生历史性、转折性、全局性变化。“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。推进碳达峰碳中和，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，将为我国在2035年基本实现社会主义现代化、本世纪中叶建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国奠定坚实基础。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是认真落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略、统筹发展和安全的重要举措。能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，

强调要推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命、全方位加强国际合作，为我国能源发展提供了根本遵循。在“四个革命、一个合作”能源安全新战略科学指引下，能源行业积极应对内外部环境变化带来的新挑战，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系，为我国建设现代化经济体系提供了坚强的能源支撑。我国是世界上最大的发展中国家，经济社会发展、人民生活水平提高使能源消费需求保持刚性增长。推进碳达峰碳中和，有助于协调推进经济建设、社会建设和生态文明建设，全面提高气候安全保障水平，既有效应对气候变化挑战，切实保障国家能源安全，又加快推动绿色低碳发展，增强发展的协调性和可持续性。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是能源央企顺应能源发展大势、加快建设世界一流企业的重要机遇。随着绿色发展步伐的不断加快，发展清洁能源、降低碳排放，促进经济社会发展全面绿色转型，已经成为国际社会的普遍共识。党的十八大以来，我国能源电力结构持续优化，非化石能源消费比重从9.7%提高到16.6%，增幅是世界同期平均水平的2.1倍；电能占终端能源消费比重从22.5%提高到27%，超过经济合作与发展组织（OECD）国家平均水平5个百分点。清洁能源装机超过11亿千瓦，水电、风电、太阳能发电装机稳居世界首位，核电在建规模全球第一，为实现碳达峰碳中和目标打下了坚实基础。“十四五”期间，我国将持续推进工业化进程，能源消费总量特别是用电量还将保持稳定增长，随着电能替代加速推进，电力将承接工业、建筑、交通等领域转移的能源消耗和碳排放，服务全社会降碳脱碳。推进碳达峰碳中和，将极大促进绿色低碳循环发展的产业体系和清洁低碳安全高效的能源体系建设，大幅提升能源利用效率，推动绿色低碳技术研发和推广应用，实现能源央企更高质量、更有效率、更可持续、更为安全的发展。碳中和愿景Part.02碳中和愿景022030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标愿景，是

统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，既是实现中华民族永续发展的必然选择，也是构建人类命运共同体的庄严承诺。立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局，推进“双碳”战略要充分认识做好碳达峰碳中和工作的重大意义。碳中和愿景02碳中和愿景基本概述作为全球温室气体排放量最大的发展中国家，碳达峰碳中和承诺彰显了中国应对气候变化的大国担当，也是开启全面建设社会主义现代化国家新征程的应有之举。当前，全国上下已形成积极落实“双碳”目标的良好氛围，为确保工作有序开展，中共中央和国务院先后印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等政策文件，着力构建碳达峰碳中和的“1+N”政策体系。碳达峰碳中和以创新绿色低碳技术为基础，以降低绿色溢价为充分条件，以提升社会治理效能为必要条件。新能源和新技术突破是实现碳中和的前提，但不能走向“技术经济决定论”，将碳达峰碳中和简化成一个能源替代问题或技术创新问题。由于经济发展的内在机制，仅靠技术进步和能源转型并不足以实现全球可持续发展。对于中国来说，更为根本的是依靠生产生活方式的深刻转变，将碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，构建生态文明发展新范式。碳中和愿景02碳中和基本要求为确保碳达峰碳中和目标如期实现，要把握好以下原则：一是要坚持全国统筹。碳达峰碳中和是一个整体概念，不可能由一个地区、一个单位“单打独斗”，必须坚持“全国一盘棋”，需要地方、行业、企业和社会公众的共同参与和努力，必须加强党的领导，做到统筹协调、分类施策、重点突破、有序推进。要压实地方责任，组织地方从实际出发制定落实举措。要鼓励有条件的行业、企业积极探索，形成一批可复制、可推广的经验模式。二是要坚持节约优先。我国是人口大国，与发达国家相比，能源资源约束问题还比较突出。做好碳达峰碳中和工作，必须把节约放在首要位置，不断降低单位产出能源资源消耗和碳排放。要大力倡导勤俭节约，坚决反对奢侈浪费，推行简约适度、绿色低碳、文明健康的生活方式，从源头和入口形成有效的碳排放控制阀门。碳中和愿景02碳中和基本要求三是要坚持双轮驱动。坚持政府和市场两手发力，是实现碳达峰碳中和的重要保障。一方面，要充分发挥市场配置资源的决定性作用，引导各类资源、要素向绿色低碳发展集聚，用好碳交易、绿色金融等市场机制，激发各类市场主体绿色低碳转型的内生动力和创新活力。另一方面，要切实发挥政府作用，深化能源和相关领域改革，敢于打破利益藩篱，大力破除制约绿色低碳发展的体制机制障碍；要构建新型举国体制，强化科技和制度创新，加快绿色低碳科技革命。四是要坚持内外畅通。做好碳达峰碳中和工作，要坚持以我为主，扎扎实实办好自己的事，同时也要用好国内国际两方面资源，大力推广先进绿色低碳技术和经验。要积极参与应对气候变化多边进程，承担与我国发展水平相称的国际责任。要讲好中国故事，发出中国声音，贡献中国方案，携手国际社会共同保护好地球家园。碳中和愿景02碳中和基本要求五是要坚持防范风险。当前，我国仍处在工业化、新型城镇化快速发展的历史阶段，产业结构偏重，能源结构偏煤，时间窗口偏紧，技术储备不足，实现碳达峰碳中和的任务相当艰巨。做好碳达峰碳中和工作，必须坚持实事求是、一切从实际出发，尊重规律、把握节奏。要强化底线思维，坚持先立后破，处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全和群众正常生活的关系，有效应对绿色低碳转型过程中可能伴生的经济、金融、社会风险，防止过度反应，确保安全降碳。碳中和愿景02碳中和推进路径全球能源结构已形成石油、天然气、煤炭和新能源“四位一体”的新格局：以石油和天然气为主，石油开发迈入“稳定期”，天然气发展步入“鼎盛期”，煤炭作为补充能源进入“转型期”，新能源发展渐入“黄金期”。“双碳”目标的实现路径：一是减少“碳源”，即减少以CO2为主的温室气体的排放量；二是增加“碳汇”，利用各种手段技术增加CO2的吸收量。中国的基本国情和巨大的能源消费总量，决定了实现碳中和将是一个漫长的过程，要积极进行能源结构转型和优化调整，减少现有能源使用产生的碳排放量。大力发展可再生能源技术、生态碳汇技术和负排放技术，助力碳中和目标的实现。碳中和愿景02碳中和推进路径1.能源低碳转型将能源系统低碳转型作为实现碳中和的首要路径，我国需从能源供给侧和能源消费端共同推进能源低碳转型。加快推进能源供给体系低碳化，逐步有计划地减少传统化石能源的使用，逐步降低化石能源在能源消费中的占比情况，化石能源结构调整的基本思路是将化石能源结构逐步调整为“减煤、控油、增气”。电气化是能源消费侧低碳转型的关键，应全面推进能源消费侧电气化，国家和企业应加快推进工业领域电气化，加大电能装备替代，加快推进城市交通领域电气化低碳出行。2.可再生能源技术可再生能源被认为是实现碳中和的重要路径之一，因此可再生能源现在备受关注。可再生能源已经成为各国应对能源转型、气候变化以及环境问题的共同选择。我国可再生能源产业较其他国家起步较晚，可借鉴国际发展经验，制定适合本国国情的可再生能源发展道路，积极探索适合中国不同发展阶段的可再生能源政策和战略。碳中和愿景02碳中和推进路径3.增强生态碳汇技术生态系统碳汇是实现“双碳”目标的重要路径之一，我国需要加强理论支撑，加速政策落实行动以及制定合适的行动方案。森林碳汇的增加要依靠改善经营管理水平、科技创新等，通过科学保护和管理来增加森林蓄积量和扩大森林碳汇能力。海洋生态系统需要加强保护和恢复沿海和开放水域生态系统的政策，还需要采取其他科学方法，以增加海洋生态系统中的碳汇。4.碳捕集利用与封存技术CO2捕集利用与封存（CarbonCaptureUtilizationandStorage，CCUS)技术包括CO2捕集、运输、利用与封存4个环节，它是一种将CO2从排放源或空气中捕集分离后，并在适宜的地点加以利用或封存以最终达到CO2减排的技术。CCUS技术被认为是应对全球气候变化最重要的工具之一，是实现化石能源净零排放的必要技术选择，CCUS耦合生物质能（BECCS）等负排放技术更是实现“双碳”目标的深层保障。碳中和愿景02碳中和愿景根本影响实现碳达峰、碳中和目标会带来政府行为、企业行为和个人行为的根本变化，覆盖全社会方方面面，影响范围非常大。这是一场经济社会系统性的变革，涉及到观念重塑、价值重估、产业重构及广泛的社会经济和生活影响，这就是我们的未来之变。1.观念重塑关于能源结构降碳，它的核心是要大幅度地提升可再生能源或者非化石能源的比例。非化石能源最典型的有四个，分别是风能、太阳能、水能、核能。其中风能、太阳能将来占的比例会更高。全球风、光资源分布相对更均匀，谁能够更好地掌握抓取风、光资源，即开发出大规模应用风电、光伏发电的领先技术体系，谁就获得了长期经济发展支撑能力的提升。这是一个资源依赖型走向技术依赖型的过程，未来这个过程会使我们更多地关注关键技术。碳中和愿景02碳中和愿景根本影响2.价值重估先看能源成本，目前风、光发电和火力发电的成本已经相近。但是如果加上并网成本，风电、光伏发电目前和火电来比还比较高。碳市场的建立健全和逐步完善会使碳价在全国或者全世界发挥作用，逐渐使技术的竞争优势发生变化，并网成本随着规模的应用将大大降低，因此风电、光伏发电的价值和竞争力会被重新认识。再看地域价值。我们国家东部是发达地区，中西部是欠发达地区，但是我们看到未来寄予很高希望的风、光资源恰恰比较集中在中西部欠发达地区，这会给这些地域带来新的发展机遇，一些耗能比较高的产业可能在那些供能比较密集的地域会有更多的发展机遇，一定程度上也能带动这些地区的经济发展，使发展不平衡的问题得到一定解决。3.产业重构4.社会生活影响碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战实现碳中和，可以理解为经济社会发展方式的一场大变革，对当今世界的任何一个国家来说，都是一场巨大的挑战。对我们来说，主要的挑战在以下五个方面：一是我国的能源禀赋以煤为主。在煤、油、气这三种化石能源中，释放同样的热量，煤炭排放的二氧化碳量大大高于天然气，也比石油高不少。我国的发电长期以煤为主，这同石油、天然气在火电中占比很高的那些欧美发达国家比，是资源性劣势。二是我国制造业的规模十分庞大。我国接近70%的二氧化碳排放来自工业，这个占比高出欧美发达国家很多，这同我国制造业占比高、“世界工厂”的地位有关。三是我国经济社会还处于压缩式快速发展阶段，城镇化、基础设施建设、人民生活水平提升等方面的需求空间巨大。四是我国的能源需求还在增长，意味着我国的二氧化碳排放无论是总量还是人均都会继续增长。五是我国2030年达峰后到2060年中和，其间只有30年时间，而美国、法国、英国从人均碳排放量考察，在20世纪70年代就达峰了，它们从达峰到2050年中和，中间有80年的调整时间。碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战前面我们谈了碳中和对中国的五方面挑战，下面再谈五点机遇：一是我国光伏发电技术在世界上已是“一骑绝尘”，风力发电技术处在国际第一方阵，核电技术也跨入世界先进行列，建水电站的水平更是无出其右者。二是我国西部有大量的风、光资源，尤其是西部的荒漠、戈壁地区，是建设光伏发电站的理想场所，光伏发电站建设还可带来生态效益；东部我们有大面积平缓的大陆架，可以为海上风电建设提供大量场所。三是我国的森林大都处在幼年期，还有不少可造林面积，加之草地、湿地、农田土壤的碳大都处在不饱和状态，因此生态系统的固碳潜力非常大。碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战四是我们实现碳中和目标的过程，也是环境污染物排放大大减少的过程，这意味着我们将彻底解决大气污染问题，其他污染物排放也将实质性降低。此外，碳中和也意味着我们将实现能源独立，国内自产的原油、天然气将能满足化工原料之需要，进口油气将大为减少，所谓的“马六甲困境”将不再是一个实质性威胁。能源独立从某种程度上还会为粮食安全提供助力。五是我国的举国体制优势将在碳中和历程中发挥重大作用，因为碳中和涉及大量的国家规划、产业政策、金融税收政策等内容，需要真正下好全国一盘棋。这点我们从我国推动光伏产业的历程中就可以看出，并且诸如此类的经验未来还会不断被总结、深化。我们甚至可以预计，即使是坚持自由市场经济的那些国家，它们如想真正实现碳中和，也将在国家产业政策设计上获得助力。碳中和愿景02碳交易碳交易基本原理是，合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额，买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而实现其减排的目标。在6种被要求排减的温室气体中，二氧化碳为最大宗，所以这种交易以每吨二氧化碳当量（tCO2e）为计算单位，所以通称为“碳交易”。其交易市场称为碳市场（CarbonMarket）。引在碳市场的构成要素中，规则是最初的、也是最重要的核心要素。从经济学的角度看，碳交易遵循了科斯定理，即以二氧化碳为代表的温室气体需要治理，而治理温室气体则会给企业造成成本差异；既然日常的商品交换可看作是一种权利（产权）交换，那么温室气体排放权也可进行交换；由此，借助碳权交易便成为市场经济框架下解决污染问题最有效率方式。这样，碳交易把气候变化这一科学问题、减少碳排放这一技术问题与可持续发展这个经济问题紧密地结合起来，以市场机制来解决这个科学、技术、经济综合问题。碳中和愿景02碳交易总体而言，碳交易市场可以简单地分为配额交易市场和自愿交易市场。配额交易市场为那些有温室气体排放上限的国家或企业提供碳交易平台，以满足其减排；自愿交易市场则是从其他目标出发(如企业社会责任、品牌建设、社会效益等)，自愿进行碳交易以实现其目标。1．配额碳交易市场配额碳交易可以分成两大类，一是基于配额的交易，买家在“总量管制与交易制度”体制下购买由管理者制定、分配(或拍卖)的减排配额，譬如《京都议定书》下的分配数量单位(AAUs)和欧盟排放交易体系(EU—ETS)下的欧盟配额(EUAs)；二是基于项目的交易，买主向可证实减低温室气体排放的项目购买减排额，最典型的此类交易为清洁发展机制(CDM)以及联合履行机制(JI)下分别产生核证减排量(CERs)和减排单位(ERUs)。碳中和愿景02碳交易2.自愿碳交易市场自愿减排交易市场早在强制性减排市场建立之前就已经存在，由于其不依赖法律进行强制性减排，因此其中的大部分交易也不需要对获得的减排量进行统一的认证与核查。虽然自愿减排市场缺乏统一管理，但是机制灵活，从申请、审核、交易到完成所需时间相对更短，价格也较低，主要被用于企业的市场营销、企业社会责任、品牌建设等。虽然目前该市场碳交易额所占的比例很小，不过潜力巨大。从总体来讲，自愿市场分为碳汇标准与无碳标准交易两种。自愿市场碳汇交易的配额部分，主要的产品有芝加哥气候交易所(CCX)开发的CFI(碳金融工具)。至于自愿市场的无碳标准，则是在《无碳议定书》的框架下发展的一套相对独立的四步骤碳抵消方案(评估碳排放、自我减排、通过能源与环境项目抵消碳排放、第三方认证)，实现无碳目标。汇报人：XXX恳请批评指正！第2章

太阳能CONTENTS目录太阳能应用简介PART

01光伏发电技术PART

02光热利用技术PART

03太阳能产业发展趋势PART

04太阳能应用简介Part.01太阳能发展情况01据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。然而将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其他太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第一阶段（1900—1920年）：世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大。第二阶段（1920—1945年）：在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮。第三阶段（1945—1965年）：1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第四阶段（1965—1973年）：太阳能的研究工作停滞不前，主要是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。第五阶段（1973—1980年）：1973年10月爆发中东战争，石油危机使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第六阶段（1980—1992年）：70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。第七阶段（1992年—至今）：由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。太阳能应用情况02太阳能的利用主要有以下几个方面：（1）发电利用太阳能发电利用主要有两种类型：一是光伏发电，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是光伏电池；二是光热发电，基本原理是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。（2）光热利用光热利用基本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、真空管集热器和聚焦集热器。太阳能应用情况02太阳能的利用主要有以下几个方面：（3）光化学利用光化学利用是将太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。光伏发电技术Part.02光伏发电技术02光生伏特（Photovoltaics简称PV）来源于希腊语，意思是光、伏特和电气，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后，“伏特”便作为电压单位使用；1849年“光伏”才出现在英语中。19世纪：就已经发现光照射到材料上引起“光起电力”行为。1839年：光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1883年：第一块太阳电池由CharlesFritts制备成功，Charles在锗半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件效率可达1%。光伏发电技术021954年：美国贝尔实验室采用半导体做实验，发现硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感，随后第一个太阳能电池于1954年诞生在贝尔实验室，太阳电池技术的时代终于到来。1960年代开始：美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源。1970年代能源危机时：让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生石油危机：人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状太阳电池根据结构、材料可分为不同类别，分别如下：（1）按电池结构划分:太阳电池可分为晶硅太阳电池和薄膜太阳电池。（2）按照使用的基本材料划分:太阳电池可分为硅太阳电池、化合物太阳电池、染料敏化电池和有机薄膜等电池几种。（3）按照太阳电池的发展历程划分:第一代、第二代及第三代太阳电池。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（3）按照太阳电池的发展历程划分:第一代、第二代及第三代太阳电池。①第一代太阳电池：晶体硅电池。②第二代太阳电池：各种薄膜电池，包括非晶硅薄膜电池（a-Si）、碲化镉太阳电池（CdTe）、铜铟镓硒太阳电池（CIGS）、GaAs太阳电池、染料敏化太阳电池等。③第三代太阳电池：各种超叠层太阳电池、热光伏电池（TPV）、量子阱及量子点超晶格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转换太阳电池、热载流子太阳电池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状太阳电池材料市场中，目前仍然以晶硅电池占主导，约占太阳电池市场的90%。硅基太阳电池包括多晶硅、单晶硅和非晶硅三种，产业化晶体硅电池的效率可达到23%～25%（单晶），各类太阳电池材料的现状如下：硅料硅锭硅块硅片电池片电池组件硅矿石发电系统（1）硅基太阳电池①单晶硅太阳电池技术最为成熟。在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术；现为硅基电池的主流。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（1）硅基太阳电池②多晶硅太阳电池：多晶硅太阳电池成本低，生产工艺成熟。多晶硅太阳电池效率低于单晶硅电池。硅料硅锭硅块硅片电池片电池组件硅矿石发电系统③非晶硅太阳电池：非晶硅的优点在于其对于可见光谱的吸光能力很强，所以只要薄薄的一层就可以把光子的能量有效吸收。薄膜生产技术非常成熟，可以节省大量的材料成本，但转化率较低，而且存在光致衰退(所谓的S-W效应，即光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，使电池性能不稳定)。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池根据材料种类不同，薄膜太阳电池可细分为：微晶硅薄膜太阳电池（ThinFilmCrystallineSiliconSolarCell，简称c-Si）；非晶硅薄膜太阳电池（ThinFilmAmorphousSiliconSolarCell，简称a-Si）；Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池（碲化镉（CdTe）、硒化铟铜）；Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、磷化镓铟（InGaP）。目前已产业化的薄膜光伏电池材料有：非晶硅(a-Si)、铜铟硒(CIS、CIGS)和碲化镉(CdTe)（占据市场的9%）等。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池①Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池：砷化镓（GaAs）转换率达到30%以上，Ⅲ-Ⅴ族是直接带隙半导体，仅2um厚度，就可在AM1的条件下吸光97%左右。在单晶硅基板上，以CVD成长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，效率较高，应用在太空。新一代的GaAs多结太阳电池，吸收光谱范围高，转换效率可达到39%以上，是目前转换效率最高的太阳电池，而且该电池性能稳定，寿命长。但该电池价格昂贵，约是晶硅太阳电池数十倍以上。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池②Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池：较为典型的是碲化镉及铜铟镓硒薄膜电池。碲化镉为直接带隙、值为1.45eV，具有很高的吸光系数，且稳定性相当好，具有高转换效率和低材料制造成本等特点。利用聚光装置的辅助，目前转换效率可以达到30%左右，在标准环境测试下最高也达到了19.5%水平，成为可以获得高效率的理想太阳电池材料之一，CdTe/glass已经用于大面积屋顶材料。应用的潜力。光伏发电技术022.硅材料的基本性质硅，元素符号Si，原子序数14，原子量28.086，位于第三周期第IVA族，密度2.33g/cm3，熔点1414℃，沸点2355℃，硬度7。硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。无定形硅为黑色；晶体硅呈钢灰色，有明显的金属光泽、晶格和金刚石相同，硬而脆，能导电，但导电率不如金属且随温度的升高而增加，属半导体。自然界中无游离态的硅，硅均以化合态的形式存在，在地球中的含量为26.7%，仅次于氧，排在第二位。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质硅有晶态和无定形态两种同素异形体。晶态硅根据原子排列不同分为单晶硅和多晶硅熔：融的硅凝固时，硅原子与金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅；如果长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。硅材料还具有一些特殊的物理化学性能，如硅材料熔化时体积缩小，固化时体积增大。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质按纯度分：工业硅（粗级硅、冶金级硅）MG，纯度为98%-99%；太阳能级硅SG，纯度为99.9999%（6N）；电子级硅EG，纯度为9N-13N。按掺杂类型分：本征硅（未掺杂）、P型硅（多子为空穴）、N型硅（多子为电子）。硅具有良好的半导体性质，其本征载流子浓度为1.5×1010个/cm3，本征电阻率为1.5×1010Ω·cm，电子迁移率为1350cm2/(Vs)空穴迁移率为480cm2/(Vs)。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质电阻率特性：硅材料的电阻率在10-5～1010Ω·cm之间，介于导体和绝缘体之间，未掺杂无缺陷的本征半导体硅材料电阻率在106Ω·cm以上。PN结特性：n型硅材料和p型硅材料相连，组成PN结，这是硅半导体器件的基本结构，也是太阳电池的基本结构，具有单向导通性等性质。光电特性：与其他半导体材料一样，硅材料组成的PN结在光作用下能产生电流，如太阳电池。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）化学性质硅在常温下不活泼，不与单一酸发生反应，能与强碱发生反应，可溶于某些混合酸。与非金属作用：常温下硅只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生产SiF4；加热时，能与其他卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2。在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅、氮化硅、硫化硅等。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）化学性质与酸作用：Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6。Si+4HF===SiF43Si+4HNO3+18HF=====3H2SiF6+4NO+8H2O与碱作用：无定形硅能与氢氧化钠等强碱反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气。Si+2NaOH+H2O====NaSiO3+2H2↑与金属作用：硅能与钙、镁、铜等化合，生成相应的金属硅化物；硅还能与Cu2+、Pb2+、Ag+等金属离子发生置换反应，从这些金属离子的盐溶液中置换出金属。光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯冶金硅的提炼：工业硅生产的基本任务就是把合金元素从矿石或氧化物中提取出来，理论上可以通过热分解、还原剂还原和电解等方法生产。硅矿石在高温的情况下，与焦炭进行反应。还原剂法制取冶金硅的基本原理：

调控因素：电压、电流、功率、熔池电阻光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯硅材料的提纯：硅材料提出主要采用的是改良西门子法，又称三氯氢硅还原法。是以HCl（或H2、Cl2）和冶金级硅为原料，在高温下合成为SiHCl3，然后通过精馏工艺，提纯得到高纯SiHCl3，最后用超高纯的氢气对SiHCl3进行还原得到高纯多晶硅棒。

HClg的合成

氯化氢和冶金级硅转变为挥发性的化合物SiHCl3

：280~350℃光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯硅材料的提纯：硅材料提出主要采用的是改良西门子法，又称三氯氢硅还原法。SiHCl3的提纯：三氯氢硅中含有SiCl4、SiH2Cl2等附加化合物，以及FeCl3、BCl3、PCl3等杂质；气体通过多级分馏（粗馏和精馏）得到半导体级SiHCl3；然后从这种精炼产品中提取超纯半导体级硅。SiHCl3的还原：三氯氢硅与氢气在氢还原炉中发生反应，生成太阳能级多晶硅。化学方程式

SiHCl3+H2Si+3HCl1080~1100℃光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭（1）单晶硅棒制备主要是指由高纯多晶硅拉制单晶硅棒的过程。单晶硅材料是非常重要的晶体硅材料，根据生长方式的不同，可以分为直拉单晶硅和区熔单晶硅。直拉单晶硅：(Czochralski，CZ法)是把多晶硅块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种(称籽晶)浸入融液中。区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼（floatzone）的方法制备的，所以又称FZ硅单晶。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭直拉单晶硅的制备工艺一般包括：原料的准备、掺杂剂的选择、石英坩埚的选取、籽晶和籽晶定向、装炉、熔硅、种晶、缩颈、放肩、等径、收尾和停炉等。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭铸造多晶硅是一种柱状晶，晶体生长方向垂直向上，是通过定向凝固来实现。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭铸造多晶硅工艺流程原料的准备掺杂剂选择坩埚喷涂装料装炉加热化料长晶退火冷却出锭硅锭冷却石墨护板拆卸光伏发电技术024.硅片加工单晶硅片加工工艺流程单晶硅棒截断开方磨面外径滚圆切片清洗检测包装光伏发电技术024.硅片加工多晶硅片加工工艺流程开方磨面倒角切片清洗检测包装光伏发电技术024.硅片加工多晶硅片加工工艺流程开方磨面倒角切片清洗检测包装光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）制绒扩散制结去周边层去PSGPECVD丝网印刷烧结测试包装晶体硅电池制备工艺流程光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(1)制绒①去除硅片表面机械损伤层；②清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质③减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转换效率。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(1)制绒单晶硅制绒原理：各向异性碱腐蚀；制绒后的表面，呈现为倒金字塔结构。Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2多晶硅制绒原理：各向同性酸腐蚀；制绒后的表面，呈现为半球型空洞结构。3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HF=SiF4↑+2H2O光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(2)扩散在p型硅上进行n型扩散，形成p-n结，它是半导体器件工作的“心脏”TOPcon为n型硅为在n型基础上扩散p型，形成pn结。通过扩散磷工艺，形成外吸杂。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(2)扩散在有氧气的存在时，POCl3热分解：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(3)刻蚀刻蚀目的:去除边缘PN结，防止上下短路。刻蚀方法:干法刻蚀、湿法刻蚀。3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF=H2SiF6+2H2ON型硅P型半导体硅P型硅磷硅玻璃(PSG)P型与N型硅在制备PN结过程中，均需要刻蚀，去除周边层，增加并联电阻，减少漏电流。湿法刻蚀原理：光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(4)二次清洗目的：去除扩散后硅片表面的磷硅玻璃及发射区的部分死层，P型硅制备的PN结，为去除磷硅玻璃；N型硅制备的PN结，为去除硼硅玻璃。原理：扩散工艺时，产生的P2O5或B2O3淀积在硅片表面，P2O5或B2O3与Si反应生成SiO2和磷或硼原子。这样就在硅片表面形成一层含有磷或硼元素的SiO2，称之为磷硅玻璃或硼硅玻璃。

它会阻止光吸收，同时又是绝缘的。P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃去除磷硅玻璃前

去除磷硅玻璃后光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(5)PECVD目的：在硅片表面沉积一层氮化硅薄膜，减少光的反射；钝化硅片表面。原理：利用各级反射光的干涉相消而完全抵消。单层减反射膜满足条件：n1d=l/4n12=n0*n2一次反射R1SiNN-Sin0二次反射R2光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(6)丝网印刷目的：将金属导体浆料按照所设计的图形通过刮条挤压漏印在PECVD后电池片的正面、背面。上电极通常制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻，并由一条较宽的主栅来收集电流，下电极则布满全部或绝大部分的背面，以减小电池的串联电阻。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(7)烧结目的：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，形成电极；银浆穿透氮化硅薄膜形成良好的欧姆接触；形成铝硅、银铝合金，使铝硅形成良好的欧姆接触。使扩散在背面的N型层返回至P型层。N+P减反层正面电极光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(8)检测分级目的：通过分级检测，将性能相近的电池片进行分类包装，合格的电池片片出厂，不合格的电池片进行回收再处理。原理：检测分级过程是在标准测试条件下，根据太阳电池等效电路测量太阳电池片开路电压、短路电流、效率、填充因子等参数，将电池片分成不同的类别。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺大尺寸硅片：166mm*166mm、182mm*182mm和210mm*210mm黑硅技术：增加了一道表面制绒工艺，降低了硅表面反射率新增激光掺杂（SE）技术：在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂双面印刷（双面PERC）：提升组件整体的发电量N型PERT技术：几乎无光衰减交指式背接触（IBC）技术：把正负电极都置于电池背面，减少置于正面的电极反射一部分入射光带来的阴影损失隧穿氧化钝化（TOPCon）技术：在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，两者形成钝化接触结构异质结（HIT）技术：在晶体硅上沉积非晶硅薄膜栅线改变：减小细栅宽度和提高主栅数光伏电池技术层出不穷光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺分类2020年2021年2023年2025年2027年2030年P型多晶BSFP型多晶黑硅电池19.4%19.5%19.5%------PERCP型多晶黑硅电池20.8%21.1%21.4%21.7%22.0%22.5%PERCP型铸锭单晶电池22.3%22.6%23.0%23.3%23.5%23.7%P型单晶PERCP型单晶电池22.8%23.1%23.4%23.7%23.9%24.1%N型单晶TOPCon单晶电池23.5%24.0%24.5%25.0%25.3%25.7%异质结电池23.8%24.2%24.8%25.2%25.5%25.9%背接触电池23.6%24.0%24.5%25.0%25.4%25.8%2020~2030年各种电池技术平均转换效率变化趋势光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（1）根据德国ISFH2018年的理论结果，

PERC的理论极限效率24.5%，这意味着当前量产PERC技术提效已经接近极限。（2）基于不同电子、空穴选择性接触材料结合组成的电池最高理论极限是28.7%（ISFH

2018），以非晶氧化层作为接

触材料电池（经典HJT）的极限效率为27.5%（ISFH2018），隆基在SolarEnergyMaterialsandSolarCells231（2021）

111291认为HJT极限效率为28.5%；而双面多晶硅钝化的经典TOPCon电池的极限效率为28.7%（ISFH2018

）光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺电池生产工艺对比：（1）与p型PERC路线不同，基于n型的TOPCon路线需将磷扩散改成硼扩散、增加隧穿氧化层和非晶硅层工艺；（2）HJT路线则采用全新的工艺路线，核心在于非晶硅膜和透明导电膜工艺；（3）

IBC路线的核心是在电池背面制备出质量较好、呈叉指状间隔排列的p区和n区，需在电池背面印刷一层叉指状扩散掩蔽层。光伏发电技术02工艺BSFPERCTOPConHJTIBC经典IBCTBC经典HBC1清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒2磷扩散磷扩散硼扩散本征氢化非晶硅（正面）背面磷扩散隧穿+磷掺杂非晶硅本征氢化非晶硅（正面）3激光SE激光SE硼掺杂非晶硅（正面）去PSG掩膜减反膜（正面）4热氧去BSG本征氢化非晶硅（背面）掩膜激光开槽本征氢化非晶硅（背面）5去PSG去PSG隧穿+本征非晶硅磷掺杂非晶硅（背面）激光开槽硼掺杂非晶硅硼掺杂非晶硅（背面）6碱抛碱抛磷扩散透明导电膜（背面）刻蚀刻蚀掩膜7退火退火去PSG&去绕镀透明导电膜（正面）背面硼扩SiOx钝化激光开槽8AlOx钝化AlOx钝化丝网印刷去BSG减反膜（正面）刻蚀9减反膜（背面）减反膜（正面）银浆固化双面热氧减反膜（背面）本征氢化非晶硅（背面）10减反膜（正面）减反膜（正面）减反膜（背面）光注入减反膜（正面）激光开槽（PN隔离）磷掺杂非晶硅（背面）11丝网印刷丝网印刷丝网印刷测试分选减反膜（背面）丝网印刷刻蚀12烧结烧结烧结丝网印刷烧结透明导电膜（背面）13光注入光注入光注入烧结光注入激光开槽（PN隔离）14测试分选测试分选测试分选光注入测试分选丝网印刷15测试分选银浆固化16光注入17测试分选光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺生产准备单片焊接单片串接组件敷设与检验层压封装、EL测试装框与装接线盒、清洗IV测试成品检验成品清洗成品包装入库晶硅组件制备工艺流程光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺01组成材料和部件对光伏组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。02光伏组件成本占到光伏发电系统建设总成本的50％以上。03光伏组件质量的好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺将电池主栅置于电池的叠层之间，电池间无横向间距。叠瓦技术可增加有效发电面积：组件组件面积，可多放置6%以上的电池片。每根主栅的电流降低为原来的1/2，半片组件内部功率耗损降低为整片组件的1/4。在相同的遮挡情况下，半片组件的阴影遮挡损失少于整片组件的阴影遮挡损失，效率提升3%以上。86晶硅组件新技术光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数87（1）短路电流在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与电池面积大小有关，面积越大，Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc值约为16~30mA。Isc与入射光的辐照度成正比。Isc随温度上升略有增加。光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数88（2）开路电压在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载(开路)情况下的端电压，通常用Voc来表示。通常单晶硅太阳电池的开路电压约为450-600mV，最高可达690mV。Voc与电池面积大小无关；Voc随辐照度增加先增大后趋于平缓；Voc随温度的增加则略有降低。辐照度开路电压光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数89（3）最大功率Pm：Pm=ImUm，伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。（4）最大工作电压Vm：电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压，与电池片串联的数量成正比。（5）最大功率电流Im：电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流，与电池面积成正比。辐照度光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数90（6）填充因子：电池或组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，一般为

0.5~0.8，通常用FF表示：辐照度光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数91（7）光电转换效率电池或组件受光照时的最大输出功率与照射到电池或组件上的太阳能量功率的比值A表示光伏组件有效面积（组件的长宽乘积）；Pm表示最大输出功率，Pin=1000W/m2=100mW/cm2

辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成92（1）光伏发电系统分类根据是否与国家电网相连，分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统。根据并网点位置，分为用户侧并网光伏发电系统和电网侧并网光伏发电系统。按装机容量划分，光伏发电系统可分为小、中、大三种系统:小型光伏发电系统：安装容量小于或等于1MWp;中型光伏发电系统：安装容量大于1MWp和小于或等于30MWp;大型光伏发电系统：安装容量大于30MWp。辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成93（2）离网光伏发电系统离网光伏发电系统是指没有与国家电网相连的系统,可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交、直流混合光伏发电系统，也可分为无蓄电池和有蓄电池的光伏发电系统。辐照度无蓄电池的直流光伏发电系统

有蓄电池的直流光伏发电系统光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成94（2）离网光伏发电系统辐照度上图显示的为交流与直流混合光伏发电系统，若图中无直流负载则为交流光伏发电系统。交流与直流混合光伏发电系统、交流光伏发电系统较之直流光伏发电系统多了离网逆变器,逆变器是把直流电转换成交流电的装置。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成95（2）离网光伏发电系统辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成96（2）离网光伏发电系统辐照度光伏组件(光伏阵列)：是光伏发电系统的核心部分。其作用是将太阳光的辐射能量转换为电能,并送往蓄电池中存储起来,也可以直接用于推动负载工作。当发电容量较大时,就需要用多块光伏组件串、并联后构成光伏方阵或光伏阵列。目前应用的光伏组件主要是晶硅组件,晶硅组件分为单晶、多晶、非晶硅光伏组件等几种。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成97（2）离网光伏发电系统辐照度蓄电池：存储光伏组件发出的电能,并随时向负载供电。光伏发电系统对蓄电池的基本要求是:自放电率低、使用寿命长、充电效率高、深放电能力强、工作温度范围宽、少维护或免维护以及价格低廉。当需要大容量电能存储时,就需要将蓄电池串、并联起来构成蓄电池组。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成98（2）离网光伏发电系统辐照度充放电控制器：控制整个系统工作状态。其功能主要有:防止蓄电池过充电与过放电、系统短路保护、系统极性反接保护、夜间防反充保护、温度补偿的功能。控制器具有光控、时控等工作模式,以及充电状态、蓄电池电量等各种工作状态的显示功能。光伏控制器一般分为小功率、中功率、大功率和风光互补控制器等。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成99（2）离网光伏发电系统辐照度逆变器：逆变器是把光伏组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供应给电网或者交流负载。逆变器按运行方式可分为离网和并网逆变器。

离网逆变器用于离网运行的光伏发电系统,为独立负载供电；对离网光伏发电系统可配置控制-逆变一体机;并网逆变器用于并网运行的光伏发电系统。控制逆变一体机离网逆变器光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成100（3）并网光伏发电系统辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成101（3）并网光伏发电系统辐照度并网光伏发电系统：将光伏组件产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式（＞6MW）、分布式并网光伏发电系统。集中式并网光伏电站主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电，电站投资大、建设周期长、占地面积大。分布式并网光伏发电系统投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等特点。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成102（3）并网光伏发电系统辐照度1234有逆流并网光伏发电系统：光伏发电充裕时,剩余电能馈入公共电网(卖电);光伏发电不足,向电网买电。自发自用余电上网无逆流并网光伏发电系统：光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，当光伏发电不足时,向电网买电。自发自用切换型并网光伏发电系统：当光伏发电不足,切换器能自动切换到电网供电一侧,由电网向负载供电;当电网因某种原因,突然停电时,光伏发电系统可自动切换使光伏发电系统与电网分离,成为独立光伏发电系统工作状态。独立光伏发电系统中以光伏发电为主,以普通220V/380V交流电补充电能为辅。有阳光则用光伏发电,遇到阴雨天时就用市电能量进行补充。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统（1）光伏组件（阵列）（2）汇流箱（3）直流柜（4）逆变器（5）低压交流柜（6）升压变压器（7）高压交流柜（8）数据采集系统（9）气候装置光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统①光伏阵列：离网与并网光伏发电系统功能一致②汇流箱：主要作用是将光伏阵列多个组串的直流电进行汇流或组串式逆变器的交流电进行汇流。由于光伏阵列或逆变器电流较大，因此不能用导线直接连接实现汇流，需专用的汇流箱。汇流箱还有防雷接地、数据采集功能，并通过RS485串口输出状态数据，与监控系统连接后实现组串运行状态监控。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统③配电柜:交直流配电柜的主要功能是将交直流汇流箱送过来的交直流电再进行汇流、配电、监测，同时还具备防雷、短路保护等功能。交直流配电柜内部安装了交直流输入断路器、防雷器等器件,在保证系统不受漏电、短路、过载与雷电冲击等损坏的同时,方便客户操作和维护。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统④逆变器:主要功能是汇流、逆变,除此之外,逆变器还具有自动运行和停机、最大功率跟踪控制、防孤岛效应、电压自动调整、直流检测、直流接地检测等功能。⑤升压系统:根据并入电网电压的等级配置，当用户侧并入220V/380V市电，一般配置低压配电柜即可；对并入10kV、35kV，需配置箱变系统等设备；对并入更高等级电压，需配置二次升压装置等设备。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑥电网接入主要设备:电网接入系统低压配电网：0.4kV——即发即用、多余的电能送入电网中压电网：10kV、35kV——通过升压装置将电能馈入电网高压电网：110kV——通过升压装置将电能馈入电网，远距离传输光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑦交/直流电缆:直流电缆包括：汇流箱——直流防雷配电柜直流防雷配电柜——并网逆变器直流电缆选择：

电缆的线径，一般要求损耗小于2%耐压1KV、单芯/双芯电缆阻燃、铠装低烟无卤（对于建筑光伏发电系统）桥架（对于建筑光伏发电系统）直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑦交/直流电缆:交流电缆包括：并网逆变器——交流防雷配电柜交流防雷配电柜——升压变压器升压变压器——电网接入点交流电缆选择：

电缆的线径，一般要求损耗小于2%根据电压等级选择相对应的耐压等级桥架（对于建筑光伏发电系统）直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑧光伏发电监控系统:光伏发电监控系统能实现发电设备运行控制、电站故障保护和数据采集维护等功能,并与电网调度协调配合,提高电站自动化水平和安全可靠性,有利于减小光伏对电网影响。监控系统一般用RS-485网络或无线技术实现数据通信。通过监测交直流汇流箱、交直流配电柜、逆变器等状态数据,对各个光伏阵列的运行状况、发电量进行实时监控。数据监控主机也可建成网络服务器实现数据在网上共享及远程监控。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑨光伏发电监控系统:实现发电设备运行控制、电站故障保护和数据采集维护等功能，与电网调度协调配合，提高电站自动化水平和安全可靠性，减小光伏对电网影响。站级控制层能量管理系统过程层间隔层底层设备层各电源控制光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑩防雷接地:光热利用技术Part.03光热利用技术03太阳能热利用的基本原理是采用一定装置将太阳能收集起来直接转换成热能，或再将热能转换成其他形式的能量，然后输送到一定场所加以利用。太阳能热利用产业以产热标准结合产业使用领域分为太阳能热利用低温、中温和高温；从产热标准上看，热利用产热温度0℃~100℃为低温、100℃~250℃为中温、250℃以上为高温。光热利用技术031.太阳能热水系统太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳能热应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。其系统组成主要包括集热器、保温水箱、连接管路、控制中心和热交换器等。光热利用技术032.太阳能供暖系统组成太阳能供暖系统是指将分散的太阳能通过集热器把太阳能转换成方便使用的热水，通过热水输送到发热末端（例如：地板采暖系统、散热器系统等），提供房间采暖的系统，也简称太阳能采暖。太阳能取暖设备主要构成部件：太阳能集热器（平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管集热器、U型管集热器等）、储热水箱、控制系统、管路管件及相关辅材、建筑末端散热设备等组成。光热利用技术033.太阳能制冷系统太阳能制冷从能量转换角度主要可以分为两种，第一种是太阳能光电转换制冷，是利用光伏转换装置将太阳能转换成电能后，再用于驱动普通蒸气压缩式制冷系统或半导体制冷系统实现制冷的方法，即光电半导体制冷和光电压缩式制冷。第二种是太阳能光热转换制冷，首先是将太阳能转换成热能(或机械能)，再利用热能(或机械能)作为外界的补偿，使系统达到并维持所需的低温。简单吸收式制冷系统的原理吸附式制冷系统原理喷射式制冷原理光热利用技术034.太阳能光热发电系统太阳能热发电系统是利用聚光太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过加热水或者其他传热介质，经蒸汽、燃气轮机或发动机等热力循环过程发电。太阳能热发电系统一般由集热子系统、热传输子系统、蓄热与热交换子系统以及发电子系统组成。光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。槽式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。碟式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。线性菲涅尔式太阳能热发电系统太阳能产业发展趋势Part.04太阳能产业发展041.光伏产业的发展趋势（1）高效率低成本光伏电池一是持续推进PERC晶硅电池技术的发展，如开发双面PERC电池等，提升转换效率，降低生产成本。二是加快TOPCon、HJT、IBC等新型晶硅电池低成本高质量产业化制造技术研究，重点突破关键材料、工艺水平、制造装备等技术瓶颈，提高效率，降低成本，推动新型晶硅电池的产业化生产和规模化应用。三是推动CIGS、CdTe、GaAs等薄膜光伏电池的降本增效、工艺优化、量产产能等，大力推进薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化建设中的应用。四是开展高效钙钛矿太阳能电池制备与产业化生产技术研究，开发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池，开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。太阳能产业发展041.光伏产业的发展趋势（2）光伏发电并网关键技术基于模糊逻辑算法、自适应变步长电导增量法和人工神经网络改进光伏发电系统最大功率点跟踪技术（MPPT），保证光伏发电系统以最高功率稳定输出。开发高效率、高可靠性、高电能质量、电网适应性强、易于安装维护的大型光伏电站用逆变器。开展工作稳定性好、能量转换效率和功率密度高、工作寿命长、生产成本低的微型逆变器研究。探索智能孤岛效应检测新方法，提升光伏发电系统并网稳定性。太阳能产业发展041.光伏产业的发展趋势（3）光伏建筑一体化应用制定光伏建筑一体化建设规范和标准，推动光伏建筑一体化规模化应用，实现绿色建筑“零排放”，助推“双碳”目标有效落地。重点开展光伏建筑一体化电池技术研