太阳能光伏发电技术及应用教学课件

太阳能应用技术太阳能发电站的微观选址4.内容太阳能资源及测试2.

能源概况1.

太阳能资源评估3.

太阳能基本术语1.能源概况4.能源概况

能源概况能源概况到达地球陆地表面的太阳能0.17×105TW/S等价于2005年世界能源消耗总量的3.5万倍到达地球的能量0.81×105TW/S太阳能释放的能量3.8×1014TW/S能源概况能源概况世界各地已建光伏电站序号容量（MW）状态国家年发电量(GWh/year)备注160运行西班牙852008年9月竣工254运行德国

353运行德国532009年竣工450运行西班牙

2008年竣工546运行葡萄牙932008年12月竣工645运行德国2009年竣工742运行德国2009年竣工840运行德国402008年12月竣工934.5运行西班牙1034运行西班牙

2008年10月竣工1131.8运行西班牙2009年1230运行西班牙

2008年9月竣工1330运行西班牙

1430运行西班牙

1528运行西班牙

1626运行西班牙44

1725运行美国422009年10月竣工能源概况世界各地已建光伏电站序号容量（MW）状态国家年发电量(GWh/year)备注1824运行韩国332008年10月竣工1924运行意大利402009年2023.4运行加拿大2123.4运行加拿大2223.2运行西班牙

2008年8月竣工2323.1运行西班牙47

2423运行西班牙41

2522.1运行西班牙

2008年9月竣工2621.7运行德国

2721.4运行西班牙

2821.2运行西班牙40

2920运行德国

3020运行韩国

3120运行西班牙

2008年9月竣工3220运行西班牙

2008年9月竣工3320运行西班牙30

3420运行西班牙

2008年10月竣工能源概况世界各地已建光伏电站序号容量（MW）状态国家年发电量(GWh/year)备注3518运行西班牙

3618运行西班牙

2008年10月竣工3715运行德国

3815运行西班牙

3915运行韩国232008年10月竣工4015运行西班牙

2008年9月竣工4114.75运行德国132008年12月竣工4214.02运行美国30

4314运行西班牙

4413.8运行西班牙85

4512.7运行西班牙

4612运行德国53

4711运行葡萄牙

4810运行德国93

499.5运行西班牙40

508.4运行德国

518.2运行美国

能源概况世界各地已建光伏电站序号容量（MW）状态国家年发电量(GWh/year)备注526.3运行德国

536运行德国

545.8运行西班牙

555.2运行日本44

合计1277.47能源概况世界各地在建/计划光伏电站序号容量（MW）状态国家备注1600计划/在建美国

2550计划/在建美国

3250计划/在建美国

4230计划/在建美国

5154计划/在建澳大利亚

680计划/在建美国

735计划/在建捷克830计划/在建捷克921.5计划/在建美国

1020.1计划/在建西班牙

1120计划/在建加拿大

1210计划/在建美国

合计2000.6能源概况世界各地已建光热电站序号容量（MW）状态国家类型备注1354运行美国槽式9个子站264运行美国槽式

3100运行西班牙槽式2008-2009年竣工450运行西班牙槽式2009年5月竣工550运行西班牙槽式2009年7月竣工620运行西班牙塔式2009年4月竣工711运行西班牙塔式85运行美国菲涅尔示范电站95运行美国塔式2009年8月竣工102运行澳大利亚菲涅尔2008年10月竣工111.5运行美国碟式20010年1月竣工121.5运行德国塔式2008年12月竣工131.4运行法国

塔式

141.4运行西班牙

菲涅尔

2009年4月竣工151运行美国

槽式

161运行美国

槽式

170.1运行以色列塔式合计668.9能源概况世界各地已建光热电站序号容量（MW）状态国家类型备注1150在建西班牙槽式2150在建西班牙槽式3100在建西班牙槽式储热4100在建西班牙槽式5100在建西班牙槽式储热6100在建西班牙槽式7100在建西班牙槽式储热8100在建西班牙槽式9100在建西班牙槽式10100在建西班牙槽式1150在建西班牙槽式1250在建西班牙槽式1350在建西班牙槽式储热1450在建西班牙槽式1550在建西班牙槽式1650在建西班牙槽式1750在建西班牙槽式1850在建西班牙槽式能源概况世界各地已建光热电站序号容量（MW）状态国家类型备注1950在建西班牙槽式2050在建西班牙槽式2150在建西班牙槽式2250在建西班牙槽式2350在建西班牙槽式2450在建西班牙槽式2550在建西班牙槽式2650在建西班牙槽式2750在建西班牙槽式2825在建西班牙槽式2917在建西班牙塔式301在建西班牙碟式3175在建美国联合3220在建埃及联合3325在建阿尔及利亚联合3420在建摩洛哥联合合计2133能源概况世界各地计划光热电站序号容量（MW）状态国家类型备注19559计划美国21080.08计划西班牙34827.1计划其他国家合计15466.18太阳构造及太阳能基本术语1太阳构造反变层（几百公里）色球层（10000～15000km,T=5000K）日冕光球R0.7R0.23R在太阳平均半径23％（0.23R）的区域内是太阳的内核，其温度约为8×106～4×107K，密度为水的80～100倍，占太阳全部质量的40％、总体积的15％。这部分产生的能量占太阳产生总能量的90％。氢聚合时放出γ射线，当它经过较冷区域时由于消耗能量，波长增长，变成X射线或紫外线及可见光。从0.23～0.7R的区域称为“辐射输能区”，温度降到1.3×105K，密度下降为0.079g/cm3。0.7～1.0R之间称为“对流区”，温度下降到5×103K，密度下降到10-8g/cm3。太阳的外部是一个光球层，它就是人们肉眼所看到的太阳表面，其温度为5762K，厚约500km，密度为10-6g/cm3，它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。光球外面分布着不仅能发光、而且几乎是透明的太阳大气，称之为“反变层”，它是由极稀薄的气体组成，厚约数百公里，它能吸收某些可见光的光谱辐射。“反变层”的外面是太阳大气上层，称之为“色球层”，厚约1～1.5×104km，大部分由氢和氦组成。“色球层”外是伸入太空的银白色日冕，温度高达1百万度，高度有时达几十个太阳半径。从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K，发射波长为0.3～3μm的黑体。太阳构造及太阳能基本术语2太阳与地球23.5°太阳秋分九月二十三日夏至六月二十一春分三月二十一冬至十二月二十二太阳构造及太阳能基本术语3.1太阳能：可分为广义的太阳能和狭义的太阳辐射能。所谓广义的太阳能是指由太阳辐射转换而成的一切能量，它包括现在和过去通过太阳活动而获得的所有形式的能量，如风、波浪能、海洋能、生物质能以及煤、石油天然气等。狭义的太阳辐射能主要是指太阳总辐射3.2太阳总辐射：指水平面上，天空2π立体角内所接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和。直射是指直接来自太阳，其辐射方向不发生改变的辐射；散射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射。3基本术语太阳构造及太阳能基本术语3.3太阳常数太阳常数是指在日地平均距离处，地球大气外界垂直于太阳光束方向上接收到的太阳辐照度。1353

w/㎡（实测）1367±7w/㎡（计算值）3.4太阳赤纬：地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为赤纬角。由于地轴的倾斜角永远保持不变，至使赤纬角随时都在变化，但最大不超±23°.27′。它与所在地区无关，不同的地区，只要日期相同，就具有相同的赤纬角。由库珀方程可得太阳赤纬角的计算公式为：n为一年中的日期序号；1月1日为零3基本术语太阳构造及太阳能基本术语3.5日照时数日照时数是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120瓦·米-2（W·m-2）的那段时间总和，以小时（h）为单位，取一位小数。日照时数也称实照时数。

3.6可照时数可照时数又称天文可照时数，是指在无任何遮蔽条件下，太阳中心从某地东方地平线到进入西方地平线，其光线照射到地面所经历的时间。

3基本术语3.7太阳时角

太阳中心点到地心的连线与当地地球子午线之间的夹角称为太阳时角。在正午时角为零，其它时刻时角的值为离正午的时间（h）乘以15°太阳时角，以度来表示，正为日落时角，负为日出时角。地球自转一周为360°，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度为360°/24=15°。时角定义正午时为零，其它时辰时角的数值等于离正午的小时数乘以15°；上午时角为负值，下午时角为正值。例如，上午10时和下午2时的时角分别为-30°和30°，计算公式为：

：为当地纬度

3.8太阳方位角

太阳方位角是太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影与当地子午线的夹角。太阳偏东时为负，偏西时为正。太阳方位角的计算公式为：

太阳构造及太阳能基本术语3基本术语3.9太阳高度角太阳高度角h为地球表面某点与太阳的连线与地平面之间的交角，可用下式计算：

3.10大气质量

表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号“

m

”表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂直入射时，大气质量：m＝1

太阳构造及太阳能基本术语3基本术语太阳构造及太阳能基本术语4太阳光谱太阳能光谱分布图各种辐射的波长范围各色可见光的波长范围太阳构造及太阳能基本术语4基准光谱太阳辐射强度=1000w/㎡光谱特性为：大气质量AM=1.5的光谱特性大气温度=25℃基准光的光谱分布图太阳能应用1工业太阳能—电（煤、气、油、热泵）锅炉联用系统太阳能海水淡化太阳能裂解水制氢太阳能发电太阳能光催化降解有机污染物太阳能应用1工业太阳能—电（煤、气、油、热泵）锅炉联用系统太阳能应用1工业太阳能海水淡化太阳能应用1工业太阳能裂解水制氢太阳能应用1工业太阳能发电1.太阳能光伏发电2.太阳能热发电3.太阳能光化学发电太阳能应用1工业太阳能光催化降解有机污染物近几年，利用半导体催化剂进行太阳能光催化降解有机污染物的研究取得显著进展。其核心技术是半导体催化剂的制备及光催化氧化器的设计。该项技术作为环保新材料，能大大降低能源消耗，减少污染治理成本。太阳能应用2农业太阳能干燥太阳能养殖太阳能灌溉太阳能温室太阳灶太阳能应用2农业太阳能干燥太阳能养殖太阳能干燥器由太阳能集热器阵列和辐射型干燥器组成，配有蒸汽换热器以满足全天候运行。物料在干燥器中同时以对流和辐射传热方式得到热量，受热升温，不断蒸发水份，达到干燥目的。系统干燥温度、湿度、通风量均可按物料的干燥工艺随意调节，以适应工业性生产。在需要更高烘干温度的场合（如木材），可采用聚光集热器提高温度。需要温水养殖的池体，都可以采用太阳能-锅炉联用热水工程进行池体恒温，浙江省已成功地应用太阳能于甲鱼养殖生产中，这不仅减少了企业的生产成本,而且降低对大气、水质、土壤和周围的环境污染。太阳能应用2农业太阳能灌溉太阳能应用2农业太阳能温室太阳能应用2农业太阳灶太阳能应用3其他太阳能生活热水供给太阳能采暖太阳能制冷太阳能幕墙太阳能游泳池太阳能应用3其他太阳能生活热水供给太阳能采暖太阳能应用3其他太阳能制冷目前，太阳能制冷技术日趋完善。在夏季，被太阳能集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水；从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水；制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。太阳能应用3其他太阳能幕墙2008年6月24日晚，世界上最大的太阳能多媒体幕墙在北京落成并揭开面纱。这面多媒体幕墙是北京辉煌静雅大酒店的外墙，总面积面积2200平米，造价高达2000多万元人民币，由2300块、9种不同的光电板组成。该墙体采用太阳能电池板和LED灯。白天，安装在玻璃幕墙后的太阳能电池板将太阳能转换为电能并储存；晚上，储存的电能为多媒体幕墙的显示工作提供能源。山东省第一个能发电的太阳能玻璃幕墙2008年4月安装在力诺集团办公楼大楼上。这个由力诺太阳能电力工程有限公司自主研发的[size=2]30片2mX2m光电幕墙玻璃，可以为这座大楼提供6000瓦电力，每年合计发电9000度。太阳能应用3其他太阳能幕墙2009年1月8日，拥有全球最大的光伏建筑一体化幕墙的低能耗生态建筑——尚德电力总部办公大楼竣工，总面积约1.8万平方米的全球最大光电幕墙成为这一生态建筑的标志。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。整个工程设计容量为1兆瓦，预计全年发电量将超过100kWh。尚德总部大楼于2007年下半年开工，2008年12月建成，总投资约2亿元。其建筑地上7层，幕墙总高度37米。南立面光伏幕墙玻璃是整个工程的亮点，采用带倾斜角度的不锈钢拉杆驳接钢结构框架式玻璃幕墙系统，东西立面幕墙与南立面呼应一致，整体结构轻盈通透。幕墙总面积约1.8万平方米，PV幕墙面积6900平米,是目前全球最大的光电幕墙。从主动节能的角度看，该建筑以最低使用寿命70年计算，共可产生电量3892万kWh，预计每年可以替代标准煤338吨，减排二氧化碳605吨，70年共可替代标准煤23660吨，主动节能效果显著。此外，尚德总部大楼采用光伏建筑一体化(BIPV)系统，除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求。大楼设计还采用地热利用技术、空气热泵技术、水源收集与循环利用技术等先进技术。太阳能应用3其他太阳能游泳池太阳能资源及测试太阳能资源及测试太阳能资源及测试理论计算1卫星扫描2实地测试3太阳能资源及测试理论计算1太阳能资源及测试卫星扫描2太阳能资源及测试总辐射直射散射太阳辐射实地测试3太阳能资源及测试太阳能资源及测试太阳能资源及测试太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

太阳能资源丰富程度太阳能资源利用价值太阳能资源稳定程度太阳能资源日最佳利用时段总体评估太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

太阳能资源丰富程度指标资源丰富程度≥1740KW·h/(m2·a)资源丰富1400～1740KW·h/(m2·a)资源较丰富1160～1400KW·h/(m2·a)资源较贫乏＜1160KW·h/(m2·a)资源贫乏太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

太阳能资源利用价值利用各月日照时数大于6小时的天数为指标，反映一天中太阳能资源的利用价值。一天中日照时数如小于6小时，其太阳能一般没有利用价值。其中日照时数是指太阳在某地实际照射的时数。日照时数定义为太阳直辐射达到或超过120（W/m2）的那段时间总和，以小时为单位，取一位小数,日照时数也称实照时数。太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

太阳能资源稳定程度一年中各月日照时数大于6小时的天数最大值与最小值的比值，可以反映当地太阳能资源全年变幅的大小，比值越小说明太阳能资源全年变化越稳定，就越利于太阳能资源的利用。此外，最大值与最小值出现的季节也反映了太阳能资源的一种特征。太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

太阳能资源日最佳利用时段利用太阳能日变化的特征作为指标，评估太阳能资源日变化规律。以当地时间9～10时的年平均日照时数作为上午日照情况的代表，以11～13时的年平均日照时数作为中午日照情况的代表，以14～15时的年平均日照时数作为下午日照情况的代表。哪一段时期的年平均日照时数长，则表示该段时间是一天中最有利太阳能资源利用的时段。太阳能资源评估厂址/参数资源丰富程度利用价值稳定程度有效时数数值排序数值排序数值排序数值排序额济纳旗1687.761434821.19270.9988吉兰泰1680.984632241.40910.9011百灵庙1718.423333161.250.9165林西1616.4911347121.148180.94916通辽1546.0771333371.15480.91611化德1662.3788335111.2460.9183民勤1662.729731691.409100.8597兰州1637.6889293101.64790.8159榆林1682.956530851.47620.8586拉萨1849.279133811.40930.8824哈尔滨1383.0818291171.333200.79517阿勒泰1481.36216265203.875160.2219和田1783.077232681.72110.74512喀什1620.0661028231.81340.6072北京1557.63712284152.154150.8310成都1328.91420891816170.35518长沙1348.159191241626190.41914深圳1535.814183143.429130.5913上海1492.32415216132120.64620南京1412.36317157193.333140.52615太阳能资源评估1.评估依据2.评估指标

总体评估如何利用不同评估指标得到的结果对不同地区进行综合评价是对该地区太阳能资源最终的定量评价结果，所以在太阳能资源评估时也要综合考虑太阳能资源评估的不同指标进行综合评估，根据上文分析，太阳能资源评估是多要素的复杂系统，在进行太阳能资源综合分析时，影像太阳能资源评估结果的多变量之间是具有一定的相关关系的。因此，在各个变量之间相关关系研究的基础上，用较少的新变量代替原来较多的变量，而且使这些较少的新变量尽可能多地保留原有较多的变量所反映的信息。运用主成分分析方法能够综合处理将影响太阳能资源总体评估的几种影响参数进行总体分析的强有力方法。太阳能资源评估厂址/参数资源丰富程度利用价值稳定程度有效时数总体评估数值排序数值排序数值排序数值排序数值排序额济纳旗1687.761434821.19270.99880.932吉兰泰1680.984632241.40910.90110.686百灵庙1718.423333161.250.91650.823林西1616.4911347121.148180.949160.735通辽1546.0771333371.15480.916110.4910化德1662.3788335111.2460.91830.734民勤1662.729731691.409100.85970.578兰州1637.6889293101.64790.81590.3711榆林1682.956530851.47620.85860.579拉萨1849.279133811.40930.88241.051哈尔滨1383.0818291171.333200.79517-0.1514阿勒泰1481.36216265203.875160.2219-0.9017和田1783.077232681.72110.745120.687喀什1620.0661028231.81340.60720.0213北京1557.63712284152.154150.83100.1712成都1328.91420891816170.35518-2.2319长沙1348.159191241626190.41914-2.4120深圳1535.814183143.429130.5913-0.6216上海1492.32415216132120.64620-0.4515南京1412.36317157193.333140.52615-1.0418太阳能资源评估太阳能发电太阳能光伏发电太阳能发电太阳能光伏发电太阳能发电太阳能光伏发电太阳能光伏发电太阳能发电太阳能光伏发电太阳能发电太阳能发电太阳能光伏发电太阳能发电太阳能光伏发电（太阳能组件的I-V特性）太阳能发电太阳能光伏发电（太阳能组件的照度特性）太阳能光伏发电（太阳能组件的温度特性）太阳能发电太阳能光伏发电（影响光伏组件发电量的主要因素）太阳能发电太阳能发电太阳能光伏发电（光伏组件结构）光伏组件结构（西班牙）太阳能发电太阳能光伏发电（光伏组件电路）防逆流二极管：防止其他太阳能电池回路或者蓄电池产生的电流流进该组件。该器件也可以放在控制器中。旁路二极管：为防止阴影造成的白斑效应，导致组件受损。一般满足其反向电压为保护电池串的最大输出电压的1.5倍以上。太阳能发电太阳能光伏发电（光伏组件的加工生产）太阳能发电太阳能光伏发电（逆变控制）充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。控制器的选择主要与电池板阵列系统电压电流和负载有关。逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用，逆变器的选择主要与负载类型和功率有关。太阳能发电太阳能光伏发电（储能）蓄电池组是将太阳电池方阵发出直流电贮能起来,供负载使用。在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此,要求蓄电池的自放电要小,而且充电效率要高。太阳能光伏发电技术光伏系统设计世界太阳能资源的分布1、太阳能资源丰富程度最高地区印度、巴基斯坦、中东、北非、澳大利亚和新西兰2、太阳能资源丰富程度中高地区美国、中美和南美南部3、太阳能资源丰富程度中等地区西南欧洲、巴西、东南亚、大洋州、中国、朝鲜和中非4、太阳能资源丰富程度中低地区东欧和日本5、太阳能资源丰富程度最低地区加拿大和西北欧洲我国太阳能资源的分布1、一类地区（年辐射量>6700MJ/M²）青藏高原地区2、二类地区（年辐射量5400--6700MJ/M²）新疆、内蒙、甘肃、宁夏、陕西、山西西部、北京和河北北部3、三类地区（年辐射量4200--5400MJ/M²）东北三省、华北、华南、华东地区4、四类地区（年辐射量<5400MJ/M²）四川和重庆光伏系统的组成太阳能组件（又叫太阳能电池）充放电控制器、逆变器及监控设备蓄电池以上三大部分组成光伏系统的特点没有传动部件，不产生噪声没有空气污染，不排放废水没有燃烧过程，不需要燃料维修保养简单，维护费用低运行可靠性，稳定性好关键部件的太阳能电池使用寿命长---晶体硅太阳能电池寿命可达到25年以上根据需要很容易扩大发电规模光伏系统的应用1、独立发电系统应用领域：太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵、无电缺点地区户用供电、城市照明设备、交通工具等2、并网发电系统应用领域：城市屋顶光伏并网发电、沙漠光伏并网电站等光伏系统的分类小型太阳能供电系统(SmallDC)简单直流系统（SimpleDC）大型太阳能供电系统(LargeDC)交流、直流供电系统(AC/DC)并网系统(UtilityGridConnect)混合供电系统(Hybrid)小型太阳能供电系统(SmallDC)特点：系统只有直流负载且功率比较小，整个系统结构简单，操作方便主要用途：一般为户用系统，负载为各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备系统配置：一般为3-50W的组件，6-65AH蓄电池使用地点：我国西北地区大力推广的光伏系统，负载为直流节能灯、收录机和电视机，用来解决无电地区家庭的基本照明和生活问题。简单直流系统（SimpleDC）特点：系统负载为直流负载，且负载使用时间没有特别要求，负载主要在白天使用，整个系统中不需要蓄电池和控制器，提高了太阳能的利用效率。主要用途：光伏水泵系统、一些白天临时设备用电和旅游设施中。系统配置：一般为10-100W的组件使用地点：我国西北地区光伏水泵提水系统大型太阳能供电系统(LargeDC)特点：系统负载为直流负载，但负载功率较大，需要配备较大的太阳能电池组件和较大的蓄电池组。主要用途：通信、遥测、检测设备电源，农村的集中供电站，航标灯塔，路灯等领域系统配置：一般为1000-几十KW的组件，2V/几千AH电池使用地点：中国移动、联通通信基站电源。交流、直流供电系统(AC/DC)特点：系统负载为直流负载或交流负载，需要配备较大的太阳能电池组件和较大的蓄电池组。主要用途：通信、遥测、检测设备电源，农村的集中供电站，航标灯塔，路灯等领域系统配置：一般为1000-几十KW的组件，2V/几千AH电池使用地点：我国的光明工程、中国移动、联通通信基站电源系统、路灯系统并网系统(UtilityGridConnect)特点：太阳能电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。主要用途：太阳能发电并网以后供给可以使用交流电的一切负载系统配置：很大的组件，需要使用并网逆变器，不需要蓄电池使用地点：发达国家大量使用，我国处于发展阶段混合供电系统(Hybrid)特点：除了使用太阳能电池组件发电以外，还有和风力发电机、柴油发电机等其他备用电源一起构成供电系统。主要用途：光柴互补发电系统，风光互补发电系统系统配置：组件、蓄电池、柴油发电机（风力发电机）使用地点：使用柴油发电机或者风况好的地区。光伏发电系统的独特特点优点：无枯竭危险绝对干净（无污染，除蓄电池外）不受资源分布地域的限制可在用电处就近发电能源质量高使用者在感情上容易接受获取能源花费时间短供电系统工作可靠缺点照射的能量分布密度小获取的能量与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关造价比较高以上特点决定了光伏发电供电系统在应用中有着其独有的优势和相关制约。光伏发电系统的设计包括两方面：容量设计和硬件设计容量设计：计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳能组件和蓄电池的数量。硬件设计：根据实际情况选择合适的硬件设备，包括太阳能组件的选型，支架设计，控制器、逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计和配电系统设计等。光伏系统设计需要的数据：光伏系统现场的地理位置（地点、纬度、经度和海拔），该地区的气象资料（逐月太阳能总辐射量、、直接辐射量、散射辐射量），年平均气温和最高、低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊天气情况。独立光伏系统软件设计独立光伏软件设计的内容包括：负载用电量的估算，太阳能电池组件的数量和蓄电池容量的计算以及太阳能电池组件安装最佳倾角的计算1、负载用电量的计算主要是把系统负载的功率累加后得出，但要考虑负载本身的负载性质决定的功率因数，所以在计算时需要把负载的效率加进去，这样就在负载用电量上要比实际的负载容量要大一点。2、太阳能电池组件设计主要的原则是要满足平均天气条件下负载的每日用电需求。设计中不要考虑尽可能快的把蓄电池充满，只要考虑一年中大部分时间里太阳能组件的发电量远大于负载的使用量。（太阳能组件的成本高）

设计独立光伏系统的关键是选择成本效益最好的方案独立光伏系统软件设计3、蓄电池的设计：保证在太阳连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。

A、重要的参数：自给天数------即系统没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数

B、自给天数的确定：负载对电源的要求程度和最大连续阴雨天数

C、蓄电池的计算：（1）基本公式自给天数*日平均负载蓄电池容量=

最大放电深度深循环型电池使用80%放电深度，浅循环型电池使用50%放电深度蓄电池的基本计算例子假如光伏发电系统交流的耗电量为10kW•h/天，如果该光伏系统中，我们选择的逆变器的效率为90%，输入电压为48V，用户选择自给天数为5天，使用深循环电池,求需要配置的电池容量负载每天需要的电池容量=10000W•h/0.9/48V=231.48A•h/天

5天需要蓄电池容量=5天*231.48A•h/0.8=1446.75A•h

那么此系统就应该选择2V1500AH蓄电池24只串联使用

以上为基本公式,这些只是根据负载估算出来的蓄电池的容量,实际使用中还有很多的性能参数会对蓄电池容量和使用寿命产生很大的影响,这就需要以下的蓄电池设计修正。

蓄电池的设计修正蓄电池的容量还与两个重要的因素相关：蓄电池的放电率和环境温度（根据蓄电池的放电曲线和温度曲线）自给天数*日平均负载蓄电池容量=（@指定放电率）最大允许放电深度*温度修正因子

最大允许放电深度：深循环型电池使用80%放电深度，浅循环型电池使用50%放电深度，但严寒地区需要修正这个参数，适当减少这个值，扩大蓄电池容量，以延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池的设计修正例子建立一套光伏供电系统给一个地处偏远的通讯基站供电，系统为24V直流供电该系统的负载有两个：负载一，工作电流为10A，每天工作24h;负载二，工作电流为5A，每天工作12h。该系统所处的地点的24h平均最低温度为-20度，系统的自给天数为5天，使用深循环工业用蓄电池。

5天*（10A*24h+5A*12h）/24V

蓄电池容量==187A•h(@50小时放电率)0.5*0.7

此系统选择2V/200AH蓄电池12只

最大允许放电深度选择0.5,温度修正因子选择为0.7

光伏组件的计算公式

日平均负载(A•H)并联组件数量=

库仑效率*(组件日输出(A•H)*衰减因子)

系统电压(V)并联组件数量=

组件电压(V)光伏组件的计算例子一个偏远地区建设的光伏供电系统，给系统使用直流负载，负载为24V，负载需要的能量为400A•h/天，该地区最低的光照辐射是一月份，如果采用30度的倾角，斜面上平均日太阳辐射为3.0KW•h/M²,也就是相当于3个标准峰值小时,假设采用75W太阳能组件组件日输出=3.0峰值小时*75W/12V=3.0*4.4A=13.2A•h/天假设蓄电池的库仑效率为90%,太阳能组件的输出衰减为10%

日平均负载(A•H)

并联组件数量=

库仑效率*(组件日输出(A•H)*衰减因子)400(A•H)==37.40.9*(13.2(A•H)*0.9)

串联组件数量=24V/12V=2根据以上数据,可以选择并联组件为38,串联组件为2,所需总的太阳能组件为2*38=76块75W组件光伏系统中组件支架的角度太阳能组件方阵相关的两个角度参量:太阳电池组件倾角和太阳组件方位角太阳电池组件倾角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角,这个夹角是由纬度决定的,根据纬度的不同,这个夹角由公式计算得出,在我国一般是纬度+1—12度,具体有各个城市的倾斜角查出.太阳组件方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角,北半球,太阳电池组件朝向正南(即方阵的垂直面与正南方向的夹角为0度)时太阳电池组件的发电量是最大的光伏系统硬件设计和施工电缆的选择基础建设接地和防雷控制器的选择逆变器的选择监控设备的选择系统原理图GPRS数据传输显示ENDTHANKS太阳能电池半导体物理知识太阳能电池工作原理与特性太阳能电池生产制造工艺太阳能电池的发展趋势第一节半导体物理知识一、半导体及其主要特性导体绝缘体半导体电阻率（Ωcm）10-8-10-6108-102010-5-107电阻率的变化受杂质含量影响极大电阻率受光热等外界条件的影响很大二、半导体硅的晶体结构硅是地球上最丰富的元素之一，占地壳质量的25%，仅次于氧元素地球上不存在单质硅，基本上以硅酸盐和二氧化硅的形式存在硅的熔点为1415℃，沸点为2355℃按晶体结构分，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三、本征半导体和杂质半导体（一）本征半导体

晶格完整且不含杂质的半导体称为本征半导体，由于温度的影响，会使价键断裂，形成电子-空穴对。自由电子和空穴的运动时不规则的，并产生电流。这样的空穴和电子称为载流子。（二）杂质半导体人为地将某种杂质加到半导体材料中去的过程，叫掺杂，掺杂5价的磷元素和掺杂3价的硼元素可分别得到n型半导体和p型半导体。（三）载流子的输运电子和空穴发生的净位移，叫做载流子的输运，有漂移运动和扩散运动两种输运方式。

在电场的作用下，任何载流子都做漂移运动，一般情况下，少子数目远少于多子数目，因此漂移电流主要是多子贡献；扩散运动中，只有注入的少子存在很大的浓度梯度，因此扩散电流主要是少子贡献（四）p-n结

在一块半导体晶体上，使一部分呈p型（空穴导电），一部分呈n型（电子导电），则该p型和n型半导体界面附近的区域就叫做p-n结。P型和n型半导体接触后，由于浓度差，载流子会发生扩散运动N型区的多子（电子）要向p型区扩散，p型区多子（空穴）向n型区扩散扩散的结果：n型区形成正电荷区域；p型区形成负电荷区域在p型区和n型区交界区域，形成一层很薄的空间电荷区，即p-n结P-n结内部会产生一个内建电场，在空间电荷内将产生载流子的漂移运动漂移运动载流子运动方向与扩散运动载流子运动方向相反当漂移运动和扩散运动载流子数目相同时，达到动态平衡此时内建电场电势差称为p-n结势垒第二节太阳能电池的工作原理与特性一、太阳能电池的分类按结构分类同质结太阳能电池异质结太阳能电池肖特基太阳能电池多结太阳能电池液结太阳能电池按材料分类硅太阳能电池化合物半导体太阳电池有机半导体太阳能电池薄膜太阳能电池二、太阳能电池的结构——以硅太阳能电池为例上图为一p型硅材料制成的n+/p型常规太阳能电池示意图P层为基体，厚度为0.2mm-0.5mmP层上面是n层（定层，发射区层），它是在同一块材料的表面层用高温掺杂扩散方法制得，由于是种掺杂，记为n+,厚度为0.2-0.5μmP层和n层之间是p-n结发射层上面有由金属制成的上电极，基体下面有下电极在电池的光照面，有一层减反射膜三、太阳能电池的基本工作原理（一）光生伏打效应当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体特别是半导体中，光能转换成电能的效率特别高。半导体将太阳能转换成电能过程主要包括以下四点：太阳光照射到半导体表面半导体吸收一定能量的光子，激发出光生载流子载流子在p-n结作用下，产生光生电动势通过外接负载，形成光生电流，获得功率输出（二）太阳能电池的基本工作原理太阳光照射p-n结，在半导体内产生电子-空穴对在势垒电场的作用下，电子驱向n区，空穴驱向p区在p-n结附近产生与势垒电场相反的光生电场光生电场一部分抵消势垒电动势，剩下的部分使p区带正电，n区带负电在n区与p区之间的薄层产生了光生伏打电动势当外电路通过电极接通时，便有电能输出四、太阳能电池的基本特性（一）太阳能电池的极性P+、n+表示太阳能正面光照层半导体材料的导电类型太阳能电池输出电压的极性，p型一侧为正极，n型一侧为负极（二）太阳能电池的电流-电压特性（1）太阳能电池的等效电路Isc—短路电流：将太阳能电池置于标准光源照射下，输出短路时，流过太阳能电池两端的电流Uoc—开路电压：将太阳能电池置于特定光源照射下，两端断开时的输出电压值ID—通过二极管的总扩散电流，方向与Is相反Rs—太阳能电池内阻，通常很小Rsh—旁漏电阻，通常很大（2）太阳能电池的电压电流数学关系（3）太阳能电池的电压电流曲线

短路Isc正比于太阳辐射流量，太阳能电池的输出功率等于流经该电池的电流与电压的乘积（4）最大功率输出当太阳能电池的电压上升时，例如通过增加负载电阻值使电压从0（短路）开始增加时，电池的输出功率从0开始逐渐增加；当电压达到一定值时，功率可达到最大；如果继续增加阻值，功率将逐渐减小，直到0（开路）其中，电池输出功率最大点称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大功率点电压Um；该点对应的电流称为最大功率点电流Im。（三）太阳能电池的填充因子太阳能电池最大功率与开路电压和短路电流的乘积，用FF表示FF是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，值越高，表示太阳能电池输出特性约趋近于矩形，电池的光电转换效率越高，FF>0.7，说明电池质量优良（四）太阳能电池的光谱响应太阳能电池收集到的某种波长的光电流与相对于入射到电池表面的该波长光子数之比光谱响应有绝对光谱响应和相对光谱响应之分，绝对光谱响应是某一波长下太阳能电池的短路电流与入射光功率之比；相对光谱响应是把最大光谱响应定为1，其他光谱响应与这一最大值的比值（五）太阳能电池的光电转换效率太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上入射光的功率Pin之比与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度和环境变化等有关。理论上限值为33%。目前单晶硅电池的转换效率为16-20%；多晶硅电池的转换效率一般为15-18%（六）温度对太阳能电池输出性能的影响载流子的扩散系数与随温度的升高而稍有增加，因此光生电流IL也随温度升高而稍有增加I0随温度的上升呈指数增大，因此开路电压随温度的上升急剧下降当温度升高时，I-U曲线变形，填充因子下降温度升高太阳能电池的功率下降，典型的功率温度系数为-0.35%/℃五、太阳能电池组由于单个光伏电池单元仅能产生0.5V的电压，因此单个电池的用处极少。实际上光伏应用的基础单位是由一定数量的电池单元串联组成；然后由外表坚硬、具有抗腐蚀性的外包装整体封装。典型的光伏电池模块由36个电池单元串联组成，称“12V光伏电池模块”。（一）电池单元串联串联光伏电池模块，电流-电压曲线将沿着电压轴线简单递增。（二）电池单元并联并联光伏电池模块，电流-电压曲线是该电压下各模块电流之和（三）电池单元串并联当需要大功率时，可采用并联和串联组合，其总电流-电压曲线是各个模块电流之和太阳能电池组件中某一个电池被遮蔽，将作为负载消耗其他太阳能电池组件产生的能量，而发热，这成为“热斑效应”。（四）遮蔽对电流-电压曲线的影响N个太阳能电池单元串联第n个单元被遮蔽则第n个单元电流源输出Isc为0考虑到当其余n-1个电池单元仍工作于满日照下，输出电流仍为原来的电流I，输出电压为Un-1，此时一个电池单元被