影响光伏电站发电量的10个因素

1、1影响太阳电站发电量的影响太阳电站发电量的10个因素个因素1：太阳辐射量：太阳辐射量2：太阳电池组件的倾斜角度：太阳电池组件的倾斜角度3：太阳电池组件的效率：太阳电池组件的效率4：组合损失：组合损失5：温度特性：温度特性6：灰尘损失：灰尘损失7：最大输出功率跟踪：最大输出功率跟踪 （MPPT）8：线路损失：线路损失9：控制器、逆变器效率：控制器、逆变器效率10：蓄电池的效率（独立系统）：蓄电池的效率（独立系统）All rights reserved.1：太阳辐射：太阳辐射 在地球上，我们的能源基本上都来源于太阳，电力也不例外，我们的电能也是以不同的方式从太阳能转换中得到的。 太阳是一个灼热的火

2、球，它表面的温度大约为6000，而中心的温度达到2000万，它不断地向外辐射光和热。 太阳这个灼热的火球距离我们很遥远，它向外辐射光和热以30万公里/秒的速度，经历8分钟的长途跋涉才来到地球。电与太阳能发电电与太阳能发电 在人类众多的能源中，品位最高的无疑应该是电能了。它可以非常方便地转换成其他能源形式：磁能、光能、热能、化学能等等。而且它的传输方便，这也是其他能源所做不到的。 广意上讲，地球上的能量几乎都是太阳能，从狭义上讲，太阳能分为光热、光电。 在太阳电池组件的转换效率一定的情况下，光伏系统的发电量是由太阳的辐射强度决定的。太阳能光伏发电对环境的影响太阳能光伏发电对环境的影响与光伏发电有

3、关的几个太阳辐射数据与光伏发电有关的几个太阳辐射数据太阳辐射强度1）日照时间：气象上每天太阳辐射超过120W/平方米的时间。意义不大。2）峰值太阳（日照）小时。这是一个等效概念，指每天太阳辐射强度超过1KW/平方米（太阳电池测量标准光强）的小时数，它在数值上等于平均日辐射量除以标准光强，单位是h/d（小时/天）我国的太阳辐射情况我国的太阳辐射情况四类太阳辐射地区四类太阳辐射地区太阳光谱太阳光谱大气质量大气质量Z：太阳天顶角Z=48.2,AM1.5讨论：讨论：1：不同的太阳电池的频率响应是不一样的，通常在3001200nm之间。2：近红外线和近紫外线是可以发电的。3：太阳常数：在地球大气层外，平

4、均日地距离处垂直太阳光单位面积上的太阳辐射强度，用AM0表示。 1367W7W/m2 25,1000W/m2, AM1.5为太阳电池的测试条件。 讨论讨论 1：计量单位 kwh/m2 .a Mj/m2.a 换算：1kwh=3.6Mj 2:我国的峰值日照小时： 1类地区：4.79小时 2类地区：4.3小时 3类地区：3.3小时 4类地区：2.8小时（和德国柏林差不多） 并网光伏电站的平均效率在75% 光伏系统对太阳辐射能量的利用效率只有10%左右（太阳电池效率、组件组合损失、灰尘损失、控制逆变器损失、线路损失、蓄电池效率）关于太阳辐射测量的新进展关于太阳辐射测量的新进展 目前国际辐射测量动向目前

5、国际辐射测量动向基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一基准站之一总辐射表总辐射表高精度辐射表高精度辐射表讨论与总结讨论与总结1：太阳辐射的测量对测试环境有比较高的要求，并不是任何地点都适合进行基准测量。2：太阳辐射的测量是一个长期积累的过程。3：我国正在拟定关于太阳辐射的测量的一系列国家标准，该标准由“全国气象防灾减灾标准化技术委员会”负责拟定。其中包括名词解释、测试设备、测试方法等。4：光伏电站的发电量直接与太阳辐射量有关，太阳的辐射强度、光谱特性是随着气象条件而改变的。5：太阳能

6、资源的评估不可能十分精确。2：太阳电池组件的倾斜角度从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量H，直接辐射量Hb及散射辐射量Hd，且有： H=Hb+ Hd 对于倾斜面上的太阳辐射总量及太阳辐射的直散分离原理可得：倾斜面上的太阳辐射总量Ht是由直接太阳辐射量Hbt天空散射量Hdt和地面反射辐射量Hrt部分组成。 Ht=Hbt+Hdt+HrtHbt计算计算（1） Hbt的计算：对于确定的地点，如果知道全年每个月水平面上平均太阳辐射的总辐射量H、直接辐射量Hb及散射辐射量Hd以后，就可以算出不同倾斜角下的相关太阳辐射量，以下是它的计算公式： Hbt=RHb 其中R为倾斜面上的直接辐射分量与水平

7、面上直接辐射分量的比值。对于朝向赤道的倾斜面来说： 式中：为光伏发电系统当地纬度；为光伏方阵倾角；为太阳赤纬；s水平面上日落时角；st顷斜面上日落时角。 太阳光线与地球赤道面的交角就是太阳的赤纬角，用表示，在一年之中，太阳赤纬每天都在发生变化，但不超过23。27的范围。夏天最大变化到夏至日的+23。27；冬天最小变化到冬至日的- 23。27。太阳赤纬随季节变化，按照库伯(cooper)方程，可知太阳赤纬的计算公式为： 式中：n为一年中的天数。如：在春分，n =81，=0，自春分曰起第d天的太阳赤纬为：太阳的赤纬角太阳的赤纬角天空散射辐射分量天空散射辐射分量Hdt 对于天空散射采用Hay模型，H

8、ay模型认为倾斜面上天空散射辐射量是由太阳的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射量两部分组成，可表示为： 式中：Ho为大气层外水平面上辐射量。其计算公式为： 式中：Isc为太阳常数，取1367W/m2。 若天空散射各向同性时，上式可以化简为：地面反射辐射分量地面反射辐射分量Hrt： 通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为： 其中P为地面反射率，其数值取决于地面状态，各种地面的反射率如下表所示： 各种地面反射率一般计算时，可取p=0.2，综上所述，斜面上太阳辐肘量即为：我国部分地区并网电站最佳倾角我国部分地区并网电站最佳倾角我国部分地区并网电站最佳倾角我国部分地区并网电站最佳倾角5：温度

9、特性讨论讨论1：气象部门提供的是水平面上的太阳直接是辐射和散射部分的辐射量，和我们实际应用的情况有区别。2：并网的太阳电池直接的倾斜角度设计只需要考虑全年总发电最大就可以了，相对于独立发电系统要简单的多。3：具体做法 ，可以采用查表或者软件的方法。3：太阳电池的效率1839年法国实验物理学家年法国实验物理学家E：Becquere-1发现液体的光生伏特效应，简称为光伏发现液体的光生伏特效应，简称为光伏效应；效应； 1877年年 wGAdams和和REDay研究了硒研究了硒(se)的光伏效应，并制作第一片的光伏效应，并制作第一片硒太阳电池；硒太阳电池； 1883年美国发明家年美国发明家charle

10、s Fritts描述了第一片硒太阳电池的原理；描述了第一片硒太阳电池的原理； 1904 年年Hallwachs发现铜与氧化亚铜发现铜与氧化亚铜(cucu20)结合在一起具有光敏特性；结合在一起具有光敏特性；德国物理学家爱因斯坦德国物理学家爱因斯坦(Albert Einsteln)发表关于光电效应的论文；发表关于光电效应的论文； 1918年波兰科学家年波兰科学家czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺；发展生长单晶硅的提拉法工艺； 1921年德国物理学家爱因斯坦由于年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔物理奖；贝尔物理奖；1

11、930年年 BLang研究氧化亚铜铜研究氧化亚铜铜(Cu20Cu)太阳电池，发表太阳电池，发表“新型光伏电新型光伏电 池池”论文论文；WSchottky发表发表“新型氧化亚铜新型氧化亚铜(Cu20)光电池光电池”论文；论文； 1932年年 Audobert和和Stora发现硫化镉发现硫化镉(CdS)的光伏现象；的光伏现象； 1933年年 L0Grondahl发表发表“铜一氧化亚铜铜一氧化亚铜(CwCu20)整流器和光电池整流器和光电池” 论文；论文； 1951年生长年生长p-n结，实现制备单晶锗电池；结，实现制备单晶锗电池；1953年年 Wayne州立大学州立大学Dan Trivich博士完成

12、基于太阳光谱的具有不同带隙宽博士完成基于太阳光谱的具有不同带隙宽 度的度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算；各类材料光电转换效率的第一个理论计算； 1954年年 RCA实验室的实验室的PRappaport等报道硫化镉等报道硫化镉(CdS)的光伏现象；的光伏现象； (RCA：Radio Corporation of America，美国无线电公司，美国无线电公司)； 贝尔贝尔(Bell)实验室研究人员实验室研究人员DMChapin，CSFuller和和GLPearson报报 道道45效率的单晶硅太阳龟池的发现，几个月后效率达到效率的单晶硅太阳龟池的发现，几个月后效率达到6。 1955年西年西

13、 部电工部电工(Western Electric)开始出售硅光伏技术商业专利，在亚桑那大学召开国际太开始出售硅光伏技术商业专利，在亚桑那大学召开国际太阳能会议，阳能会议， Hoffman电子推出效率为电子推出效率为2的商业太阳电池产品，电池为的商业太阳电池产品，电池为14mw片，片，25美元片，相当美元片，相当 于于1785USDW； 1956年年 PPappaport，JJLoferski和和EGLinder发表发表“锗和硅锗和硅p n结电子结电子电流效应电流效应”的文章；的文章； 1957年年 Hoffman电子的单晶硅电池效率达到电子的单晶硅电池效率达到8；DMChapin，CSFull

14、er和和GLPearson获得获得“太阳能转换器件太阳能转换器件”专利权；专利权； 1958年美国信号部队的年美国信号部队的TMandelkorn制成制成np型单晶硅光伏电池，这种电池抗型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空电池很重要；辐射能力强，这对太空电池很重要；Hoffman电子的单晶硅电池效率达到电子的单晶硅电池效率达到 9；第一；第一个光伏电池供电的卫星先锋个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池号发射，光伏电池lOOcm2，0IW，为一备用的，为一备用的5mW的话筒供电；的话筒供电； 1959年年 Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到电子实现可商业化单晶硅电

15、池效率达到10，并通过用网栅，并通过用网栅 电极电极来显著减少光伏电池串联电阻；卫星探险家来显著减少光伏电池串联电阻；卫星探险家6号发射，共用号发射，共用9600片电池列片电池列 阵，每片阵，每片2 cm2，共约，共约20W； ， 1960年年 Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到电子实现单晶硅电池效率达到14； 1963年第一个商业通讯卫星年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳电池功率发射，所用的太阳电池功率14W； 1963 年年Sharp公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装242W光伏电池列阵，在光伏电池列阵，在当时是世

16、界最大的光伏电池列阵；当时是世界最大的光伏电池列阵； 1964年宇宙飞船年宇宙飞船“光轮发射光轮发射”，安装，安装470W的光伏列阵；的光伏列阵； 1965 年年Peter Olaser和和ADLittle提出卫星太阳能电站构思；提出卫星太阳能电站构思； 196年年6带有带有1000W光伏列阵大轨道天文观察站发射；光伏列阵大轨道天文观察站发射； 1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电 1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅；年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅； 1974年日本推出光

17、伏发电的年日本推出光伏发电的“阳光计划阳光计划”；Tyco实验室生长第一块实验室生长第一块EFG晶体硅带，晶体硅带，25mm宽宽，457mm长长(EFG：Edge defined Film FedGrowth，定边喂膜生长，定边喂膜生长)； 1977年世界光伏电池超过年世界光伏电池超过500kW；DECarlson和和cRWronski在在wESpear的的1975年控制年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(aSi)太阳电池；太阳电池； 1979年世界太阳电池安装总量达到年世界太阳电池安装总量达到1MW； 1980年年 ARCO太阳能公司是世界上

18、第一个年产量达到太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家；三洋电气光伏电池生产厂家；三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了asi组件批量生产并进行了户组件批量生产并进行了户外测试；外测试； 1981年名为年名为Solar Challenger的光伏动力飞机飞行成功的光伏动力飞机飞行成功； 1992年世界太阳电池年产量超过579Mw； 1993年世界太阳电池年产量超过601MW； 1994年世界太阳电池年产量超过694MW； 1995年世界太阳电池年产量超过777MW；光伏电池安装总量达到500MW；

19、1996年世界太阳电池年产量超过886MW； 1997年世界太阳电池年产量超过1258MW； 1998年世界太阳电池年产量超过1517MW；多晶硅电池产量首次超过单晶硅； 1999年世界太阳电池年产量超过2013MW；美国NREL的MAContreras等报道铜铟锡(CIS)电池效率达到188；非晶硅电池占市场份额123； 2000年世界太阳电池年产量超过2877Mw，安装超过1000Mw，标志太阳能时代的到来； 200l年世界太阳电池年产量超过399Mw；Wu x，Dhere RG，A|bin D.s.等报道碲化镉(cdTe)电池效率达到164；单晶硅太阳电池售价约为3USDW； 2002年

20、世界太阳电池年产量超过540Mw；多晶硅太阳电池售价约为2.2USDW； 2003年太阳电池年产量超过760MW；德国FratInhofer ISE的LFC(Laserfired contact)晶体硅太阳电池效率达到20； 2004年太阳电池年产量超过1200Mw；德国Fraurlhofer ISE多晶硅太阳电池效率达203；非晶硅电池占市场份额44，降为1999年的13，CdTe占1_1；而CIS占O4； 2010年通过技术突破，太阳电池成本进一步降低，在世界能源供应中占有一定的份额；德国可再生能源发电达到125； 2020年太阳电池发电成本与化石能源相接近，德国可再生能源占20； 203

21、0年太阳电池发电达到lO20；德国将关闭所有的核电站； 2050年世界太阳能利用将占有世界能源总能耗3050份额。1982年世界太阳电池年产量超过93MW； 1983年世界太阳电池年产量超过213MW；名为Solar Trek的lkW光伏动力汽车穿越澳大利亚，20天内行程达到4000km； 1984年面积为929cm2的商品化非晶硅太阳电池组件问世； 1985年单晶硅太阳电池售价10USDW；澳大利亚新南威尔士大学MartinGreen（马丁格林博士）研制单晶硅的太阳电池效率达到20； 1986 年6月，ARCO Solar发布G-4000世界首例商用薄膜电池“动力组件”； 1987 年11月

22、，在3100km穿越澳大利亚的Pentax World Solar Challenge Pv一动力汽车竞赛上，GM Sunrayeer获胜，平均时速约为71kmh； 1990年世界太阳电池年产量超过465MW； 1991年世界太阳电池年产量超过553MW；瑞士Grfitzel教授研制的纳米TiOz染料敏化太阳电池效率达到7；讨论讨论1：太阳电池的效率在缓慢的提高，目前尚德公司的太阳电池效率可以达到19%以上，是国内效率最高的太阳电池。2： 进入本世纪以来，我国太阳能光伏进入了快速发展期，太阳电池的效率在不断提高，在纳米技术的帮助下，未来硅材料的转化率可达35%，这将成为太阳能发电技术上的“革命

23、性突破”。太阳能光伏电池主流的材料是硅，因此硅材料的转化率一直是制约整个产业进一步发展的重要因素。硅材料转化率的经典理论极限是29%。而在实验室创造的记录是25%，正将此项技术投入产业。目前，投入大量商业生产的光伏太阳能电池组件的转换率约在16%左右。实验室已经可以直接从硅石中提炼出高纯度硅，而无需将其转化为金属硅，再从中提炼出硅。这样可以减少中间环节，提高效率。将第三代纳米技术和现有技术结合，可以把硅材料的转化率提升至35%以上，如果投入大规模商业量产，将极大地降低太阳能发电的成本。令人可喜的是，这样的技术“已经在实验室完成，正等待产业化的过程”。3：在不久的将来，尚德公司将利用纳米技术为广大用户提供35%效率的太阳电池