光伏发电的介绍

1、光伏发电的介绍第一页，共26页。光伏发电光伏发电1.基本介绍2.基本原理 3.系统组成4.发展现状及趋势第二页，共26页。1.基本介绍 光伏发电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。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。第三页，共26页。1.基本介绍光伏发电，理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶

2、和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。第四页，共26页。1.基本介绍光伏发电产品主要用于三大方面 ：1.为无电场所可提供电源 2.太阳能日用电子产品(如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具)3.并网发电 第五页，共26页。1.基本介绍 特点：特点：与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在： 无枯竭危险；安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电； 能源质量高；使用者从感情上容易接受；建设周期短，获取能源花费的时间短。第

3、六页，共26页。1.基本介绍 缺点： 照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积； 获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。 发电成本高 光伏板制造过程中不环保第七页，共26页。2.基本原理第八页，共26页。2.基本原理光伏效应： 即光生伏特效应 ，英文名称：Photovoltaic effect 指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。发电原理： 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p

4、区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 第九页，共26页。2.基本原理 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。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.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。第十页，共26页。2.基本原理 太阳能电池板：太阳能

5、电池板： 多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成PN结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。 第十一页，共26页。2.基本原理 单晶硅：单晶硅： 是指硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。

6、用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。 单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。 单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。 第十二页，共26页。2.基本原理 多晶硅多晶硅： 多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面

7、取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。 高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。 第十三页，共26页。2.基本原理 单晶硅与多晶硅的区别单晶硅与多晶硅的区别： 单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以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。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质

8、了，一般的半导体器件要求硅的纯度6N以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到9N，人们已经能制造出纯度为12N的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。第十四页，共26页。2.基本原理 非晶硅： 又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。 非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点。第十五页，共26页。2.基本原理

9、 非晶硅的优缺点非晶硅的优缺点：优点：优点：它还可以制成很薄很薄的薄膜，而晶体硅却至少要达到几百微米的厚度。这是由于晶体硅是一种间接能带半导体，单靠光子并不能把电子激发到导带中去产生电流，而要靠所谓声子的帮助，这种所谓的声子来源于晶格振动，晶体做得太薄，产生的声子就太少，光电转化率就太低。缺点缺点：一是寿命短，这本质上正是非晶硅中有太多的以悬键为代表的缺陷，致使结构不稳定；二是它的光电转化效率远比晶体硅低。现今市场上的晶体硅的光电转化效率为12%，最近面世的晶体硅的光电转化效率已经提高到18%，在实验室里，甚至可以达到29%（对比：绿色植物的叶绿体的光电转化效率小于1%！），然而非晶硅的光电转

10、化效率一直没有超过10%。 第十六页，共26页。2.基本原理 薄膜电池薄膜电池：薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。薄膜电池发电原理与晶硅相似，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 侧，电子漂移到N 侧，形成光生电动势，外电路接通时，产生电流。 第十七页，共26页。

11、2.基本原理 薄膜电池优缺点薄膜电池优缺点：优点优点： （1）成本低 （2）弱光性好 （3）适合与建筑结合的光伏发电组件(BIPV)，不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等，根据需要制作成不同的透光率，代替玻璃幕墙。缺点缺点： （1）效率低 （2）稳定性差，其不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。这个问题一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。 （3）相同的输出电量所需太阳能电池面积增加，与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。第十八页，共26页。3.系统组成 光伏发电系统是

12、由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。 第十九页，共26页。3.系统组成电池方阵：电池方阵： 在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 第二十页，共26页。3.系统组成蓄电池组：蓄电池组： 其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：1.自放电率低；2.使用寿命长；3.深放电能力强；4.充电效率高；5.少维护或免维护；6.工作温度范围宽；7.价格低廉

13、。 第二十一页，共26页。3.系统组成控制器控制器 是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。 第二十二页，共26页。3.系统组成逆变器：逆变器： 是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源， 光伏发电1 而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。第二十三页，共26页。3.系统组成跟踪系统：

14、跟踪系统： 由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，智能太阳跟踪仪都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！ 第二十四页，共26页。4.发展现状及趋势 中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略