光伏发电概论

太阳能光伏发电系统工程

主讲教师：崔建坡

石家庄铁道大学数理系2013年9月

太阳能光伏发电系统工程

使用教材：

1.何道清等.太阳能光伏发电系统原理与应用技术.化学工业出版社2012.

2.S.R.WenhamM.A.Green应用光伏学。上海交通大学出版社2008.参考书籍：

1.赵争鸣等、太阳能光伏发电及其应用.科学出版社2.沈辉、曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京：化学工业出版社，2004.3.太阳能光伏发电技术相关网站太阳能光伏技术所涉及的内容

一.光伏设备：硅棒硅锭、硅片、电池、电池板/组件生产设备、薄膜电池生产设备；二.光伏电池：单晶电池、多晶电池、非晶电池、其他薄膜电池；三.光伏相关零部件：蓄电池、充电控制器、逆变器、支架系统跟踪系统接线盒、电缆等；四.光伏材料：硅料、硅锭/硅块、硅片、漿料、封装玻璃、封装薄膜及其他原料；五.光伏产品：灯具类产品、移动充电器、光伏水泵、家用太阳能及其他光伏应用产；六.光伏工程及系统：并网发电系统、独立发电系统、太阳能空气调节系统、农村光伏发电系统、太阳能检测及控制系统、工程程序控制和工程管理及软件编制系统；来自“2012中国国际光伏大会暨展览会”信息太阳能光伏技术所涉及的内容

七.光伏超纯水设备：电池、单晶硅、硅材料超纯水设备、单晶硅/多晶硅生产工艺用超纯水设备；八.评估/测试/分析区：电池测量仪器、太阳能仿真器、厚度测量仪器、电测量仪器、光照射设备、光谱灵敏度测量器、基板检测仪、外观检测仪器、各式测试器，其它评估、测试、分析设备；九.太阳能热发电系统区：槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电、碟式太阳能热发电、太阳能热气流发电等；十.服务供应商：协会、顾问、市场调研和分析、工程和能源系统、监测、技术转让和培训、银行和金融公司、行业媒体。来自“2012中国国际光伏大会暨展览会”信息本课程的教学任务

系统介绍太阳能光伏发电的基本原理、系统构成和实际应用。课程立足于太阳能光伏技术的基本原理和基本概念，着眼于太阳能光伏发电技术的实际应用和工程设计。太阳能光伏发电系统工程教学内容和重点：

太阳及太阳能；

太阳能电池原理、特性、制作方法、使用和维护；蓄电池的原理、特性、安装、使用和维护；控制器的原理、结构、功能、操作调试方法；逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法；

光伏发电系统的组成、设计、安装调试及运行维护；风光互补发电系统的组成、设计、安装调试及运行维护；实验/实训。光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来阳光杯光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来大唐武威太阳能电站腾格里沙漠边缘的武威市光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来光伏技术照亮未来光伏动力车光伏动力车第1章太阳能光伏发电系统概论第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。第1章太阳能光伏发电系统概论2013年8月30日，国家发展改革委出台了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》1.光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策。根据电站所在区域的太阳能资源条件和建设成本，将全国分为三类资源区，分别执行每千瓦时0.9元、0.95元、1元的电价标准2.对于分布式光伏发电项目，实行按照发电量进行电价补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元。

第1章太阳能光伏发电系统概论无论是企业还是居民个人，只要是分布式光伏发电项目（装机容量在6兆瓦以下），所发电量都能享受到每度电0.42元的国家补贴。如果除去自发自用外，有余上网的电量，电网还会按照脱硫煤电价回收，每度电按照0.45元的价格进行计价，这样算上国家补贴的话，每发给国家电网1度电，就能收入0.87元。企业的分布式发电项目如果自发自用更划算,企业用电目前执行的是大工业电价，此价格要高于脱硫煤电价。以每度电0.637元为例，如果自发自用，每度电不仅能省下0.637元，还能得到0.42元的补贴，这就等于1.057元的收益，比标杆上网电价1元钱还要合算。第1章太阳能光伏发电系统概论太阳能光伏发电系统：太阳

太阳能

太阳能电池

蓄电池

控制器

逆变器

光伏发电系统+

风光互补发电系统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

中国石油进口比例正在逐年增加，2007年进口比例是47.2%，2008年49.8%，2009年52%，2010年54.8%，2011年56.5%，，现在应该已超过60%.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

为保持地球温度，地球从太阳获得能量必须与地球向外的热辐射能量相等，大气层阻碍向外的辐射，水蒸气强烈吸收4-7m波段的光波，而二氧化碳主要吸收13-19m波段的光波，70%的辐射从7-13m的窗口逃逸，保持地球温度为14℃.1.1太阳能光伏发电的重要意义人类活动增加了大气中人造气体的排放，这些气体吸收波长范围是7-13m，人造气体包括：二氧化碳，甲烷，臭氧，氮氧化合物和氯氟碳化物（CFCl）等，阻碍了能量的正常逃逸，被广泛认为是造成地表平均温度升高的原因。

现有的证据显示，到2030年，起效果的CO2水平将是现在的两倍。致使全球温度升高1到4度。这将引起风的流动模式和降雨量的变化，其结果可能导致大陆内部变得干旱以及地球海平面上升。排放的人造气体增长的越多，当然造成的影响就越严重。

大气中，二氧化碳含量的上升（蓝线）与平均温度（红线）的上升相聚在一起。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；等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：（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。1.2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

2.缺点（1）能量密度低（<1kW/m2

）；（2）占地面积大。（3）转换效率低，晶体硅光伏电池为13%～17%，非晶硅光伏电池只有6～8%；（4）间歇性工作；（5）受气候环境因素影响大；（6）地域依赖性强；（7）系统成本高，太阳能电池组件2美元/W；（8）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。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）→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）。1.3光伏发电系统的组成与应用2.国际太