《新能源发电技术》课件-项目二 光伏发电技术

1.光伏发电的发展趋势提出问题太阳能光伏发电的历史可以追溯到1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。此后，各国科学家不断探索，1954年第一块实用光伏电池问世，这意味着太阳能光伏发电逐步进入产业化发展的道路。光伏是所有可再生能源类型中成本下降速度最快的。那么，光伏发展的现状与趋势是怎么样的？光伏发电的现状Part.1一、光伏发电的现状进入21世纪，太阳能电池技术不断进步，成本显著降低，呈现出良好的发展前景。中国、欧洲、美国、日本等传统光伏发电市场继续保持快速增长，东南亚、拉丁美洲、中东和非洲等地区光伏发电新兴市场也快速启动。一、光伏发电的现状-中国在光伏产业的所有环节，已处于绝对统治地位。全球排名前十的多晶硅制造商，有七家是中国企业。全球20个以上国家或地区建厂，产品出口至全球近200个国家和地区，成为我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。一、光伏发电的现状—中国2021年新增光伏发电并网装机容量约5488万千瓦，连续9年稳居世界首位。2021年光伏发电量3259亿千瓦时，同比增长25.1%。截至2021年底，装机容量突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位。一、光伏发电的现状—美国最早研究与使用光伏技术的国家，技术革新与政府激励补偿政策的双重刺激下多年来保持增长。在过去十年中，美国的太阳能年均增长率达到的42%。以太阳能投资税收抵免等政策助推动该行业向前发展。一、光伏发电的现状—日本最早制定光伏产业发展政策的国家。

2011～2016年年均复合增长率达到54%；在2016年以42.75GW的装机总量位居世界第二；2021年排名世界第三。日本近海光伏发电站一、光伏发电的现状—越南作为东南亚最火热的光伏市场之一，以每年10％的能源需求增速，具有发展光伏能源的先天地理优势，吸引着各国光伏企业进入。越南漂浮式光伏发电光伏发电的趋势Part.2二、光伏发电的趋势—政策变化趋势《关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》，明确优先推进无补贴的平价上网项目建设。受制于当地消纳及电力传输等制约，国内地面电站的新增数量已明显下降。与此同时越来越多的光伏企业开始把目光投向海外。《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》，明确对新备案光伏项目，中央财政不再补贴。二、光伏发电的趋势—技术发展分布式发电到建设集中式电站趋势发展，集中式发电直接并入公共电网，可以降低成本，减少运输损耗。二、光伏发电的趋势—技术发展朝光储一体化电站发展趋势对含储能环节的光伏电厂进行光储一体化调控，“削峰填谷”响应电网调度需求，实时保障电网调度要求。二、光伏发电的趋势—技术发展开发云存储、云计算、数字孪生、大数据等技术的应用新信息技术实现智能化运维监控，提供发电预测等分析功能，降低并网难度，提高发电效率。光伏发电的未来展望Part.3三、光伏发电的未来展望第四次工业革命将全面展开，以光伏为主的清洁能源、物联网等技术正全面发展。通过物联网技术、人工智能及大数据分析技术，实现多种能源的集中运维管理，打造智慧的能源生态圈。思考题光伏发电未来可能遇到的瓶颈及该瓶颈可能的解决方案。2.光伏发电系统的分类提出问题现如今，光伏发电的运用已广泛存在于我们身边，但受制于不同的地理环境、光照强度、并网条件，不同的光伏电站发电规模和使用情况不尽相同，因此其构件组成也有所不同，那么光伏发电系统有哪几类呢？光伏系统分类Part.1一、光伏系统分类一般将光伏系统分为离网式发电系统、并网式系统和分布式发电系统离网式光伏发电系统结构并网式光伏发电系统结构（原创）一、光伏系统分类按光伏系统的应用形式、规模和负载的类型，可分为如下七种类型：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)并网混合系统一、光伏系统分类只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。小型太阳能供电系统小型太阳能供电系统一、光伏系统分类系统负载为直流负载，系统中没有使用蓄电池、控制器。对负载的使用时间没有特别的要求，常用于光伏水泵系统、临时设备用电和旅游设施中。简单直流系统简单直流的光伏水泵系统一、光伏系统分类适用于直流电源系统，负载功率较大，需要配备较大的太阳能太阳电池组件阵列和较大的蓄电池组。大型太阳能直流供电系统大型太阳能供电系统一、光伏系统分类中国在西部地区实施的“光明工程”中，一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用这种形式。该系统的使用在我国实施西部大开发工作、和实现全国脱贫工作有较大的成效。一、光伏系统分类交流、直流供电系统能够同时为直流和交流负载提供电力，在系统结构上比上述三种系统多了逆变器。在一些同时具有交流和直流负载的通讯基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。交流、直流供电系统一、光伏系统分类并网系统将太阳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人公共电网。因为直接将电能输人电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程。并网系统一、光伏系统分类需要专用的并网逆变器，保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。能够并行使用市电和太阳能电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低负载缺电率。一、光伏系统分类混合供电系统除了使用太阳能太阳电池组件阵列之外，还使用了燃油发电机作为备用电源。很多在偏远无电地区的通信电源和民航导航设备电源，因为对电源的要求很高，都采用混合系统供电，以求达到最好的性价比。混合供电系统一、光伏系统分类并网混合供电系统这种系统通常是控制器和逆变器集成一体化。使用电脑芯片全面控制整个系统的运行，综合利用各种能源，进一步提高系统的负载供电保障率。小结一、光伏系统分类有哪些二、各光伏系统的应用有哪些思考题光伏系统不同场景应用及现状3.光伏发电系统的应用提出问题光伏系统应用有哪些？一、光伏系统应用太阳电池在太空的应用太阳电池最早的应用领域是在太空，作为人造卫星的电源，后来才普及到地面应用。由于太阳电池能长期在大范围阳光强度和温度下工作，材料选择需具有高可靠性、高效率、长寿命和良好的抗辐射性能等优点。一、光伏系统应用我国“神州五号”载人飞船已经成为全世界的佳话，但是很少有人知道飞船上的电正是由太阳能提供的。飞船脱离运载火箭顺利进入太空后，展开的光伏组件就像是飞船的一对翅膀，通过将太阳能转换成电能，来为飞船上的电器设备提供能源。神舟五号一、光伏系统应用由于太阳能灯是一种利用太阳能作为能源的灯，只要阳光充足就可以就地安装，不受供电线路的影响，不用开沟埋线，不消耗常规用电，是一种绿色环保型产品，因而受到广泛的关注和应用。据介绍，2008年北京奥运会奥运村道路两旁90%的照明采用太阳能灯。太阳能灯已经成为我国太阳能开发利用的新亮点。太阳能灯一、光伏系统应用太阳能路灯由太阳电池组件、蓄电池、充放电控制器、照明电路、灯杆等组成。现阶段最好采用高效率的晶体硅太阳电池，同时也最好选择低功耗、高亮度的照明灯管。安装地点：广州（113°E23°N）；太阳电池组件：西门子SM-55（峰值功率55W）；蓄电池：12V50A·h的密封免维护铅酸蓄电池；负载：11W节能灯；工作时间：每天8~12h，可保证连续3个阴雨天。太阳能路灯应用实例一、光伏系统应用对于太阳能作为汽车动力方面，从某种意义上讲，太阳能汽车也是电动汽车的一种，所不同的是电动汽车的蓄电池靠工业电网充电，而太阳能汽车用的是太阳能电池。太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能，电能会在储电池中存起备用，用来推动汽车的电动机。如微型太阳能电动车，其主要优点是相对自行车来说省力、舒适、安全，特别适用家庭短途旅行；相对摩托车来说环保、节能。一、光伏系统应用高速公路因其独有的特点而成为太阳能光伏利用良好的目标领域。高速公路是一种专供大量汽车高速、安全、舒适、连续运行的公路，它以其通过能力大、行车安全、快捷、低消耗而成为各国经济高速发展不可缺少的基础设施。一、光伏系统应用高速公路的供电系统在高速公路的安全运营中起着非常关键的作用。在市电未及的地区，如果使用市电作为供电电源，拉设电网的费用是非常昂贵的，如果利用太阳能光伏发电对高速公路上必需的电力设施供电，既节能环保又经济安全。下面对太阳能光伏在高速公路上的应用进行分析。太阳能光伏在高速公路上的应用一、光伏系统应用太阳能光伏在高速公路上的常见应用方式在高速公路上远离城市电网的服务区中建设光伏电站或者光伏-柴油机混合系统，供给服务区的照明、餐饮等电力需要。光伏系统可以根据实地情况采用地面光伏阵列或者光伏建筑一体化（BIPV)。紧急电话系统。高速公路通过很多偏僻的地区，为了应付突发和紧急事故，必须提供紧急电话作为通信手段，因为所处地段偏僻，采用太阳能供电不需远距离输配电设备，没有输电损失，运行安全可靠。可变情报板。太阳能道钉，主要应用高速公路和城市街道夜晚路边警示及其花园别墅的装饰点，同时也没有铺线的烦恼。一、光伏系统应用太阳能光伏电源系统在工业领域最成熟的应用体现在通讯/通信领域，太阳能发电应用于无人值守微波中继站、光缆维护站、电力/广播/通讯/寻呼电源系统、农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。太阳能光伏在通信方面的应用一、光伏系统应用作为通信机电源，在规模方面被视为最有希望的是微波通信，特别是许多微波/光缆通信网的中继站，大部分设置在沙漠或者山间僻地，由于很多是无人站，其应用范围也变得十分广泛。在遥测仪系统应用方面，河坝管理的通测仪系统的无人无线中继站电源使用太阳电池者比较多。一、光伏系统应用在建筑领域，光伏发电与建筑材料的整合研发也取得了较好的成效，广义的光伏与建筑物相结合有以下两种形式：建筑与光伏系统相结合建筑与光伏器件相结合一、光伏系统应用建筑与光伏系统相结合与建筑相结合的光伏系统，可以作为独立电源供电或者以并网的方式供电，而并网发电是当今光伏应用的新趋势。将现成的平板光伏组件安装在住房或建筑物的屋顶或外墙，引出端经过控制器及逆变器与公共电网相连接，由光伏方阵及电网并联向用户供电，这就组成了户用并网光伏系统。一、光伏系统应用建筑与光伏器洋相结合光伏与建筑相结合的进一步目标是将光伏器件与建筑材料集成化。对光伏器件来说，应具备建材所要求的绝热保温、电气绝缘、防水防潮，与建筑材料有相同的机械强度，还要考虑安全可靠、美观大方、便于施工等因素。光伏器件如能代替部分建材，则可进一步降低光伏发电的成本，有利于推广应用，所以存在着十分巨大的潜在市场。一、光伏系统应用光伏电站是太阳能光电应用的主要形式之一。在我国西部的无电地区，很大程度依赖光伏电站提供电能。光伏电站的大小一般在几千瓦到超过一兆瓦，可根据实际的用电需求和安装地点的实际情况确定。光伏电站安装灵活、快速、运行可靠，加之相对成熟的遥测遥控技术，使得人们在很远的地方也可以对电站的运行进行监测和控制，免去了很多麻烦。虽然光伏电站的初期投资相对较大，但其运行和维护费用很低，其价格和环保优势在使用的过程中会逐渐得以体现。思考题光伏建筑一体化的发展与瓶颈4.光伏系统组件提出问题中国2021年新增光伏发电并网装机容量约5300万千瓦；新增量连续9年稳居世界首位。截至2021年底，光伏发电并网装机容量达到3.06亿千瓦，突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位。那么，光伏系统如何实现并网发电的？又有哪些组件构成呢？光伏系统组件构成Part.1一、光伏系统组件构成光伏系统由太阳电池组件；充放电控制器、逆变器、蓄电池、室外环境检测系统和计算机监控等电力电子设备和辅助发电设备组成。一、光伏系统组件构成光伏组件方阵：由太阳电池组件，也称光伏电池组件，按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下，将太阳能转换成直流电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。太阳能电池组件一、光伏系统组件构成根据太阳电池片的类型可分为：单晶硅组件多晶硅组件砷化镓组件非晶硅薄膜电池组件等封装材料与工艺也不尽相同，主要分为：环氧树脂胶封层压封装硅胶封装等一、光伏系统组件构成蓄电池蓄电池：将太阳电池组件产生的电能储存起来，当阳光照射不足或晚上，或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求。一、光伏系统组件构成控制器控制器：它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。一、光伏系统组件构成充放电控制器原理如图所示的电路是一个最基本的充放电控制器原理。在该电路原理图中，由光伏组件、蓄电池、控制器电路和负载组成了一个基本的光伏应用系统。一、光伏系统组件构成逆变器逆变器：将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。光伏系统逆变器一、光伏系统组件构成逆变器分为单相和三相两种形式，能提供从几百到几千瓦的连续功率输出。大型的逆变器能够输出超过10kW、100kW以上的功率。可提供交流输出的离网型光伏系統原理一、光伏系统组件构成逆变器的基本原理逆变器原理图一、光伏系统组件构成检验逆变器技术性能的四项重要指标对输出功率和瞬时峰值功率的要求输出效率的要求输出波形的要求输人直流电压的要求一、光伏系统组件构成现阶段我国已经成为世界生产光伏电池和太阳能光伏发电装机容量第一大国，但仍需不断探索新型半导体材料的研发工作，降低能源转换成本，以求光伏发电更经济的普及建设，尽早实现“碳达峰和碳中和”愿景。小结光伏系统组件构成及光伏系统组件中控制器与逆变器原理思考题光伏系统中控制器的应用与发展趋势5.太阳能电池的分类提出问题太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。太阳辐射出不同波长（对应于不同频率）的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。农村民房屋顶分布式光伏发电站太阳能电池由什么材料组成？这些材料在光照作用下如何产生电流呢？材料导电性能分类Part.1一、材料导电性能分类自然界的物质按导电性能分为：导体、半导体和绝缘体，导体包括铁、铝、铜等常见金属，半导体有硒、锗、硅、砷化镓等。晶体硅提纯到生产成电池片的流程示意图太阳能光谱分析Part.2二、太阳能光谱分析太阳辐射射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，因为光伏效应与射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光伏效应的阈值时，电流才能产生。太阳光谱分析图太阳能电池材料分类Part.3三、太阳能电池材料分类太阳能电池材料按照材料可分为无机太阳能电池、有机太阳能电池、光化学太阳能电池；无机太阳能电池又可分为块状和薄膜两大类。太阳能电池无机太阳能电池有机太阳能电池光化学太阳能电池块状太阳能电池薄膜太阳能电池多晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池硅薄膜型太阳能电池化合物半导体薄膜型太阳能电池多晶硅单晶硅砷化镓碲化镉铜铟镓硒三、太阳能电池材料分类单晶硅材料是指硅材料整体结晶为单晶形式，是目前普遍使用的光伏发电材料，光电转化效率为25.0%。①单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约17-18%左右。三、太阳能电池材料分类多晶硅材料②多晶硅太阳能电池单晶化合物太阳能电池主要以砷化镓材料为代表，砷化镓具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，光电转化效率可达40%。三、太阳能电池材料分类砷化镓太阳能电池在航空领域的使用③单晶化合物太阳能电池多晶化合物太阳能电池主要以铜铟镓硒薄膜太阳电池为代表，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的三分之一。三、太阳能电池材料分类④多晶化合物太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池在建筑材料领域的使用三、太阳能电池材料分类有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流,实现太阳能发电的效果。⑤有机太阳能电池太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。三、太阳能电池材料分类

太阳光谱对半导体材料的光生伏特效应。太阳能电池材料分类。小结思考：不同太阳能电池材料在不同时期的使用情况及未来太阳能电池材料的发展趋势？6.太阳能电池工作原理提出问题自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，光伏发电是一种新兴的可再生能源。光伏发电是什么时候诞生的呢？到底什么是光伏发电呢？光伏发电起源与发展Part.1一、光伏发电—起源与发展“光生伏特效应”“用硒制备”“单晶硅太阳能电池”1839—法国科学家贝克雷尔：光照能够使得半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象被称为“光生伏特效应”；1883—美国发明家Fritts：第一个太阳能电池；1954—美国科学家恰宾和皮尔松：首次制成，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电材料，开启了p-n结太阳能电池的新时代。时至今日，p-n结太阳能电池仍然占据着光伏领域的绝对地位。一、光伏发电—起源与发展“光生伏特效应”“用硒制备”“单晶硅太阳能电池”一、光伏发电—起源与发展随着科技不断的发展，光伏发电技术日趋成熟，太阳能发电技术的应用在“碳中和，碳达峰”的时代背景下已成为国家能源行业重要发展项目。高校教学楼顶铺设太阳能电池组串太阳能电池工作原理Part.2二、太阳能电池发电原理太阳能电池工作原理