光伏概论 第1讲课件

1、光伏系统概论授课老师：陈思超 2013.9 湖南理工职业技术学院第一讲 能源与需求太阳能什么是能源？ 能源是产生各种能量的资源，是人类生存和发展不可缺少的物质基础，它的开发和利用状况是衡量一个时代、一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志，直接关系到人们生活水平的高低。能源的分类 1. 按生成方式分为天然能源和人工能源。 天然能源即一次能源：再生和非再生能源。 再生能源有太阳能、风能、水能、海洋能生物质能等。 非再生能源有石油、天然气、原煤、核燃料等。 人工能源又称二次能源，指经过消耗一次能源加工转化诞生的能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。能源的分类2.按地球上的能量来源分

2、来自于地球本身，如核能、地热能等； 来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳 引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、 光合作用等； 来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。3.按被利用的程度分 常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等； 新能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外 还有核能。世界能源及我国能源的现状 1.世界能源消耗特点、分布及现状 特点:主要来自一次不可再生能源(如煤炭、石油、天然 v 气)；能源消耗水平差异大：占世界1/4的工业化国家消 耗了世界能源的3/4;世界能源消耗仍在增长。分布:世界能源储量分布是不平衡的。石油中东占56.8%；天

3、 然气和煤炭储量最多是欧洲，各占54.6%和45%。亚洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然气都只有5%多一点。现状:到2040年，首先石油将出现枯竭;到2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无法提供地球人口的能源需求。而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。世界能源及我国能源的现状2.我国能源消耗特点、分布及现状消耗特点:中国是一个能源消耗大国，其能源消费总量居世界第 二，仅次于美国。年均增长3.6%。其中，煤炭占66.3%，石油占23.5%，天然气占2.6%，水电、核电占7.6%。分布:煤炭85分布于中西部；石油、天然气资源集中在东北、华北（包括山东）和西北，

4、合占全国探明储量的86；水能资源的分布主要在西部和中南部，在全国技术可开发资源量（3.7亿千瓦）中合计占到93.2，其中西南占67.8。现状:近20年来，我国能源发展很快，我国煤炭储量世界第三、开采量世界第一，在能源结构中一直以煤炭为主。中国原油产量世界第5位，天然气产量世界第20位，水力发电世界第4位，核电第18位。发电总量世界第2位。 太阳能兴起原因C. 现代人类社会的能源构成太阳能兴起原因D. 能源危机资料来源：中国可再生能源发展项目太阳能兴起原因太阳能兴起原因F. 环境污染 传统发电技术对环境污染日益加剧，温室效应导致全球年经济损失达4300亿美元。国外的研究报告指出，在几年内我国将成

5、为温室气体排放最多的国家。世界银行估计，2020年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13%。太阳能兴起原因 化石燃料的开采与使用出现诸多问题，一是会出现化石燃料的短缺，二是化石燃料的使用必然会导致环境的污染、破坏，经济的发展使得能源的需求增加，从而导致环境问题的出现。 人类推测太阳的寿命至少还有几十亿年，太阳能不含有害物质，作为未来的能源是一种非常理想的清洁能源，如能合理地利用太阳能将是人类的福音。认识太阳及太阳能 太阳是太阳系中最大的物体，质量M=21027kg，是地球质量的33万倍；直径D=1.4106km，是地球的109倍;太阳的主要成分是氢和氦，所占比例分别为78%

6、和20%，剩下的2%是其他元素。 认识太阳及太阳能 太阳每天向地球辐射的能量就相当于地球所有矿物燃料能量的总和，大约40分钟照射在地球上的太阳能便足以提供全人类一年能量的消耗。 太阳能光伏发电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，绝对清洁，不受资源分布地狱的限制，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。太阳能的利用形式-光热 光热 光热的利用如太阳灶、太阳供热系统等。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和销售量最大的国家，但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达到80%，日本11%，台湾达到

7、27%.，我国仅在千分之几左右，可见我国太阳能热水器的推广潜力是非常大的。太阳炉太阳灶热水器大棚太阳能的利用形式-光热 光热发电技术其原理是利用太阳的热能进行发电，利用聚光得到的高温热能，通过换热装置提供蒸汽，进而驱动汽轮机发电。太阳能的利用形式-光热塔式光热发电太阳能的利用形式-光电 光电 光伏发电技术其原理是利用太阳能的光能和太阳能电池技术，将太阳的光能转换为电能。如葡萄牙在阿玛雷莱雅地区建造的一座太阳能光伏电站投入使用，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，其发电能力可以满足3万多葡萄牙家庭的日常用电需求。 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

8、德开展，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。太阳能的利用形式-光电 太阳能光电应用历史 1954年贝尔实验室G.Pearson和D.Charpin研制成功了第一个有使用价值的硅太阳电池；纽约时报把这一突破性的成果成为“最终导致无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始”现代太阳电池的先驱。 1958年硅太阳电池第一次在空间应用。 20世纪60年代初，空间电池的设计趋于稳定。太阳能的利用形式-光电 1973年10月爆发中东战争引起“石油危机”，从而使许多国家，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

9、开发利用太阳能的热潮。太阳能电池在空间开始大量应用，地面应用开始。美国制定了“政府级阳光发电计划”，日本在1974年也制定了“阳光发电计划”。 1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，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。太阳能的利用形式-光电格尔木光伏电站中国现在最大的大型光伏电站（20MW），江苏徐州。太阳能的利用形式-光电光伏一体化建筑在欧洲已很普遍 太阳能的利用形式-光电太阳能的利用形式-光电太阳能的利用形式-光电太阳能路灯太阳能的利用形式-光电太阳能的利用形式-光电太阳能交通指示系统太阳能电

10、动车太阳能光伏的现状与未来20022009 世界太阳电池产量的增加情况 最近10年平均年增长率为48.6%（至2009）， 最近5年平均年增长率为55.3%（至2009）， 2009年世界太阳电池产量达到约10.66GWp， 比上年增长35。 太阳能光伏的现状与未来41光伏市场持续高速发展 2004年欧洲市场开始大幅度超过日本，成为 世界最大光伏市场； 2009年世界完成装机容量约7900 MWp，同比增43.6%。19982009世界主要国家和地区光伏市场太阳能光伏的现状与未来 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辐射总能量（约为3.751026）的22亿分

11、之一，但其能量已相当于500万吨煤。 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直区。我国东部、南部及北部为资源中等区。 技术优势 光伏发电是光子一电子的直接转换，纯物理过程； 不排放任何有害物质， 环境友好； 可与建筑结合，节省土地资源； 在地面建设不影响生态； 光伏发电性能稳定可靠，维护成本低，使用寿命 长 (25年以上)。 材料资源优势 硅元素在地球中的含量丰富（在地球中的丰度为 25.8， 排第二），无毒

12、，性能稳定。 光伏发电的优势 能量回报率高 目前晶硅电池光伏发电的能量回收期平均1.6年，薄 膜电池更短。未来可以降低到1年左右，寿命25年以上，属于高能量回报率发电方式。光伏发电的优势太阳能光伏发电的缺点 地面上太阳辐射功率密度低。 能量输入不连续：昼夜、阴晴、季节等。 这些缺点是光伏发电成本高的原因之一。国际太阳光伏发电市场发展现状2009年世界光伏市场仍主要在欧洲，占世界总安装量的78%以上。德国占世界总安装量的52%，为世界最大市场国内光伏产业的特点 产业规模世界第一，国际化程度高。 截止2009年9月，我国共有太阳能电池生产企业123家，已建成项目的产能为8599兆瓦/年。我国已经连

13、续3年保持太阳电池产量的世界第一，2009年中国的太阳电池产量占到世界总产量的40%。截止2009年初，我国已有12家光伏企业海外上市，13家企业国内上市。国内光伏产业的特点生产成本世界最低 中国目前太阳能电池的成本大约比欧美太阳能电池的平均价格低30%晶体硅电池技术领先，薄膜电池差距较大 我国晶体硅太阳电池的技术水平逐年提高，无锡尚德的“冥王星”（Pluto）技术，保定英利、南京中电、常州天合、苏州阿特斯均有使电池效率超过18%的转悠技术，达到世界先进水平；我国在晶体硅太阳能电池方面已经占有质量和成本的双重优势。国内光伏产业的特点 我国有38家企业生产薄膜太阳能电池，但总的产量还很低，200

14、8、2009年我国薄膜太阳能电池产量仅为总产量的2%。我国在薄膜电池的技术和装备上与国外还有较大的差距，目前我国薄膜太阳能电池的生产企业还并没有掌握生产的核心技术。多晶硅产能并不过剩，在今后几年仍需进口。 太阳能电池和组件产量大，成本最低，但薄膜电池、多晶硅差距大。国内光伏产业的特点国内太阳能电池产量的特征湖南省光伏产业目前长沙市在建、签约、在谈的光伏产业总投资130亿元以上，预计产值可达400亿元以上，包括中电四十八所、湖南神州光电、湖南红太阳、湖南潇湘神光等优秀企业、集团。其涉及领域包括上游晶体硅材料的制备和研究；中游晶体硅太阳能电池、组件的制造、研究和技术支持；下游太阳能电池产品的设计和

15、研发及光伏发电系统、光伏设备的制造、研究。湘潭市非常重视光伏产业，专门设置了湘潭光伏产业科技园，湖南天利恩泽、中国兴业太阳能技术控股有限公司等知名光伏企业先后落户湘潭。国内光伏发电存在的主要问题光伏产业过度依赖海外市场 太阳能电池需求的短期成长动力主要来自于各国政府对太阳能电池产业的政策扶持和价格补贴，一旦国外补贴政策发生变动或实施贸易保护，对于过度依赖海外市场的中国光伏产业，受打击程度将会是非常严重的。国内光伏发电存在的主要问题 目前情况下，完全商业化运作的并网光伏发电上网电价成本约为火力发电价格的十几倍，价格上无法与火电竞争，因此光伏发电市场现阶段仍然是一个政策性很强的市场。对太阳能扶持的

16、政策主要集中在立法指引、购电补偿、税收抵扣或投资补贴等方面。国内光伏发电存在的主要问题政策措施不到位，国内市场亟待开发 至今光伏发电的标杆电价尚未出台，影响了国内光伏市场的开拓。 虽然“金太阳示范工程”已经在全国范围开始实施，但3年的总量大约只有700MW，平均每年的安装量不到250MW，这同国内每年6000MW的产能需求相比，仍然是杯水车薪。国内光伏发电存在的主要问题 金太阳示范工程 支持光伏发电技术在各类领域的师范应用及关键技术产业化的具体行动，计划在2-3年时间内实施完成。纳入金太阳示范工程的项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。国内光伏发电存在的主要问题电网公司服务管理滞后，光伏发电并网难 中国的电网企业目前对于并网光伏发电还持有犹豫和抵制的态度，对于并网光伏发电系统，尤其是与建筑结合的分布式光伏系统建设运行的服务管理严重滞后。国内光伏发电存在的主要问题技术装备仍存在差距，要达到预期目标不容易 我国光伏产业技术与国外相比仍存在差距，主要表现在