太阳能热利用概论课件

太阳能光伏发电系统

专业核心课程，64学时，4学分太阳能光伏发电系统使用教材：何道清等.太阳能光伏发电系统原理与应用技术.2012.

参考书籍：

1.杨金焕.太阳能光伏发电应用技术.北京：电子工业出版社，2009.2.周志敏、纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例.北京：电子工业出版社，2010.3.谢建、马永刚.太阳能光伏发电工程实用技术.北京：化学工业出版社2010.4.沈辉、曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京：化学工业出版社，2004.5.王长贵、王斯成.太阳能光伏发电实用技术.北京：化学工业出版社，2010.6.太阳能光伏发电技术相关网站第1章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《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，七个产业被纳入战略性新兴产业规划。(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；生物产业：包括生物医药和生物农业等；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、氢能源动力汽车和太阳能汽车等；新能源产业：太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能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兴平台。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

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

能源消耗增加

自然生态破坏、人造气体增加

环境恶化（吸收7～13m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）

1.1太阳能光伏发电的重要意义1.1太阳能光伏发电的重要意义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；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

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，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；

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：（6）光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。（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。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并网型太阳能光伏发电系统工作原理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并网型太阳能光伏发电系统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并网型太阳能光伏发电系统3光伏水泵系统1.3光伏发电系统的组成与应用1.3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

1.太阳能光伏发展的历程光伏效应（贝克雷尔，1839）→Se光伏效应（1877）→硅太阳电池（贝尔实验室，1945）→单晶硅太阳电池（贝尔实验室，光电转换6%，1954）→能源危机，光伏计划（1974）→成本降低，实际应用。中国1975年起步，发展迅速，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将新能源产业：太阳能、地热能、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（2010.9.8）。2.国际太阳能光伏发电技术的发展历程光伏效应（1839年）

硅太阳能电池（1954年）

光伏发电技术及其应用。

能源危机是世界性问题；

阳光计划，全球开发太阳能；

光伏厂商4600余家；

美国“国家光伏计划”，太阳能路灯每盏年节电800kW

h

；

日本计划普及太阳能住宅发电系统，建筑-光伏(BIPV)一体化；

欧洲“尤里卡”计划，推出“10万套工程计划”；

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3.我国光伏发电产业的发展历程

2002年启动西部省区无电通电计划（风能、光能利用）

2003年“光明工程”，筹资100亿推进光伏技术应用；

单晶硅市场份额占世界25%；

光伏产业年增幅30%；

光伏产能：139MW(2005)→400MW(2006)→1180MW(2007)→5635MW（2010）占全球的40％以上。太阳能电池价格：40元/W(2000)→33元/W(2003)→27元/W(2004)→12元/W(目前)；太阳能电价：3~5元/kWh

→1元/kWh

(2011.8）1.3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

2011年8月1日，国家发改委公布《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》，统一太阳能光伏发电上网电价：2011年7月1日前核准建设、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项目，上网电价为1.15元/kW

h（含税，下同）；2011年7月1日及以后核准建设的太阳能光伏发电项目，以及2011年7月1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1.15元/kW

h的上网电价外，其余省（区、市）按1.0元/kW

h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。其它发电行业上网参考电价：火电0.4元/kW

h；水电0.1612~0.39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0.51元/kW

h、0.54元/kW

h、0.58元/kW

h和0.61元/kW

h。

1.3光伏发电系统的组成与应用太阳能发电的过去、现在和未来

一、20世纪70年代：开发初期太阳能电池发电技术开发初期的20世纪70年代，太阳能电池的价格昂贵（1500美元/瓦），只能用于人造卫星、差转电台、海岛灯塔等场所。

二、20世纪80年代－20世纪90年代：小容量太阳能电池的广泛应用太阳能电池主要应用在手表、计数器、照明（路灯、庭院灯）、交通标志和防灾电源上。虽然太阳能电池的价格不断降低，但仍然比较贵，还不能应用于民用电器。

三、太阳能发电的高速发展和大容量应用阶段随着世界各国制订光伏发展计划、大量研究经费的投入、财政补贴、免税等优惠政策鼓励下，20多年来，太阳能光伏发电技术得到了迅猛发展。太阳能电池价格已降低至5－6美元/瓦，大容量的应用成为可能。比较典型的太阳能发电系统如西藏双湖25KW光伏电站、丽江光伏电站。将太阳能电池板作为屋顶或贴于朝南的墙面上，使建筑与太阳能发电一体化，为大楼的照明、空调、电梯供电，并与市电并网。

四、太阳能发电系统的未来：建在太空的超级太阳能发电站在太空建立巨大的太阳能发电站，把产生的电力变换成微波后传输到地面。

日本－“阳光计划”

日本的光伏发电发展阶段

1.第一次石油危机后，日本通产省于1974年制订了以发展太阳能为主的可再生能源代替石油的技术研究开发中长期规划，即“阳光计划”。初期，太阳能电池用于家用计算器、灯标和孤岛柴油发电的补充能源。之后成立了新能源生产技术综合管理机构，加大资金投入，加速了光伏发电的产业化发展步伐。

2.1988－1994年，随着社会环保意识的提高，以及电力公司独立电源示范工程成功的基础上，太阳能光伏项目扩大到公园、学校、医院、展览馆等公共示范工程以及民用示范工程。

3.1993年制订的“阳光计划”，仍然把光伏发电作为重点项目，光电技术已达到普遍应用水平。售价过高是影响推广应用的关键因素，降低光电器件成本和高效率材料的开发是重要发展方向。从1994年，日本实施住宅光电系统的优惠政策，对每户居民住宅光电系统提供½的政策补贴，极大地促进了住宅用光电项目的推广。日本光伏产业快速发展的主要经验：基本国策，常抓不懈；资金投入，政策优惠。德国－“10万屋顶发电计划”

德国在2003年完成“10万屋顶发电计划”，2000年颁布可再生能源法，2003年又公布了可再生能源促进法，引发了德国光伏发展的新一轮高峰。2004年德国光伏发电总量达到6×105GWh，可再生能源发电占9.3％。德国政府在推广光伏发电方面采取了一系列有力的举措，主要包括银行贷款和上网电价补贴等。在德国，若在自家屋顶上安装了一套光伏发电设备，相当于一个小型发电厂，发出的电能输送到公共电网，国家最高给予57.4cent/kWh的补贴，可以获得较高的经济回报。因此，德国光伏产业已经成为一个非常活跃的经济产业。

2004年，德国光伏安装总量超过日本，走在世界的前列。中国－“光明工程计划”我国在太阳能光热利用方面处于世界先进行列，是最大的太阳能热水器生产国和消费市场。在太阳能光伏发电研究和产业发展方面奋起直追，取得了较大进展。2004年在该领域的产业规模上超过印度，成为亚洲处于前列的光伏电池生产国家。

2005年通过《中华人民共和国可再生能源法》，于2006年1月1日起正式实施。我国光伏发电的发展历程：

1958年开始研制太阳能电池，1959年第一个有实用价值的太阳能电池诞生。

1971年3月，太阳能电池首次应用于我国第二颗人造卫星。

1973年，太阳能电池首次应用于天津港的浮标灯上。

1979年，用半导体工业积压单晶片生产单晶硅电池。

20世纪80年代后期，引进国外关键设备、生产线和技术，太阳能电池生产能力达到4.5MW，太阳能电池制造产业初步形成。4.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的14%。（2）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35%。（3）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的18％1.3光伏发电系统的组成与应用太阳能利用1.3光伏发电系统的组成与应用太阳能利用BIPV一体1.3光伏发电系统的组成与应用全球单体最大太阳能建筑并网发电全球单体最大太阳能建筑并网发电

全球最大的光伏建筑一体化低能耗生态建筑——尚德光伏研发中心大楼竣工。这里将成为尚德公司国家级企业（集团）技术中心的研发基地。

尚德光伏研发中心大楼总投资约2亿元，该幢建筑地上7层，幕墙总高度37米，总面积约1.8万平方米，PV幕墙面积6900平米，是全球最大的光电幕墙。整个工程设计容量为1兆瓦，预计全年发电量将达到70万千瓦时，预计将为整体建筑提供80％耗电。以最低使用寿命25年计算，共可产生电量1737.5万千瓦时，预计每年可以替代标准煤240吨，减排432吨，25年共替代标煤6000吨。无锡尚德太阳能电力有限公司成立于2001年1月，是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业，主要从事晶体硅太阳电池、组件、光伏系统工程、光伏应用产品的研究、制造、销售和售后服务。经过短短几年跨越式、超常规的大发展，尚德公司的产品技术和质量水平已完全达到国际光伏行业先进水平，位列世界光伏企业前三强，在太阳能组件制造方面已位居世界首位。－－人民网2009年1月8日

1.3光伏发电系统的组成与应用BIPV应用案例

为了迎接2006年世界杯，改建的柏林火车站，光电屋顶做在两个弧形部分，深色部分就是光电池。总面积3311平方米，总装机容量325kwp柏林火车站内部效果，光伏发电与自然采光融合一体BIPV应用案例美国stillwell地铁站光电屋面工程总面积76,000平方英尺；其中光电板使用面积为50，000平方英尺。发电峰值功率为250Ｋ；非晶硅电池板块规格：a-Si－40W。

BIPV应用案例stillwell地铁站施工过程中导线布置图BIPV应用案例日本Sanyo

太阳光电公司运用简单的建筑意象设计，以圣经上的「诺亚方舟」神话，完美的表达太阳光发电于能源秏竭危机中所扮演的任务及角色。BIPV应用案例PV系统容量：220kW，设置于办公大楼屋顶与朝南墙面逆变器：22个10kW市电并联型逆变器（资料来源：Kyocera公司PV发电系统简介数据）BIPV应用案例德国奥迪物流中心400m²16.4KW非晶硅光电幕墙BIPV应用案例光伏屋顶和遮阳系统BIPV应用案例别墅中的光伏屋顶BIPV应用案例应用实例太阳能路灯太阳能广告牌太阳能交通灯太阳能车站太阳能电话机太阳能拖车太阳能高尔夫球车太阳能快艇太阳能飞机徐州光伏电站徐州光伏电站徐州光伏电站德国巴伐利亚太阳公园6.3MW太阳能发电站

美国Tucson地区4.59MW太阳能电站

“零”能耗建筑深圳园博会屋顶太阳能电源太阳能热力发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。目前主要热力发电装置：槽式塔式碟（盘）式1槽式太阳能热电系统抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。图9槽式太阳能热电系统原理图槽式太阳能热电厂

产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。

由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。

图10“内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。槽式太阳能热电厂图11加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目2塔式太阳能热电系统塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，推动汽轮发电机发电。图12塔式太阳能热电系统原理