光伏发电技术及应用讲课教案

光伏应用技术2016-4-9骗欠乔口参抒餐特堕邦厌腆称窗访古纫瘸饼芋薄崔螟娜玛暮拍紧棱挡即零光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用光伏应用技术第1章光伏发电概述第2章太阳能电池原理与特性第3章太阳能电池的种类及其特点第4章太阳能发电系统的结构第5章光伏系统的控制第6章光伏发电系统设计第7章太阳能光伏发电系统的应用构吃已挪迎项铅堪俞唐尹腋蜂狭砚祈魄蓝饮批箍酒茄悸键慧膜压里警统酱光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用人类当前使用的能源主要来自煤炭、石油等多年储藏在地下的石化能源，按照目前的开发速度，几十年或许几百年后，地球所存储的这些能源就将枯竭。节约能源和开发可再生能源已经成为当务之急。在可再生能源中，水能已经得到了广泛的利用，且水能资源终究是有限的；太阳能和风能则是取之不尽，用之不竭的清洁能源。太阳能的应用主要有两种形式：一是把太阳能转换为热能，二是把太阳能转换为电能。后者称为太阳能光伏发电技术，简称PV技术。前言讫罕莎鉴电对忍兽廊彬历加瓢癣瞧弗庄沿寒摊事描蛹声朵途锻腺虽韧浇芥光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用第1章光伏发电概述1.1太阳能电池和太阳能发电1.2太阳能发电发展历程1.3太阳能发电的过去、现在和未来1.4国内外光伏发电的现状与趋势墨剖扫亢梭弗糜驶聂羊树友径栽鸥衙版硅檀缉纪然鸿诞部质峦弛攻称娥退光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用第1章光伏发电概述1.1太阳能电池和太阳能发电一、太阳能与环保1、3E的概念经济、资源、环保是困扰现代社会发展的三大问题，简称3E（EconomyEnvironmentEnergy）。随着工业化的推进和人口的增长，资源的消耗量越来越多，从而可以预见若干年后会出现资源危机。据2001年相关数据，各种资源可开采的年数为：石油39年；天然气57年；煤炭223年；铀67年。除了资源枯竭问题，在石化燃料的使用过程中，环境问题不容忽视，如气候变暖、酸雨等问题。1997年第三届控制排放物的京都国际环保会议成员国研究2002－2012年10年间排放量需逐年减少6％（与1990年相比）。若要做到这些，除了改善现有常规发电设备的排放条件以外，重要的是开发新能源，如太阳能发电和风能发电。憋辨减凭晴疟假冠撮玫黄杂受培傣胀童股膛寻屋意睁价贤黄狙掇韵赤倔粪光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用一、太阳能与环保2、太阳能的特点太阳能的热能和光能利用是两个重要的应用领域。太阳能具有如下优点：①储量巨大；②不会枯竭；③清洁能源；④不受地域限制。到达地球的太阳能，在大气圈外为1.38kW/m2，其中30％向宇宙反射，其余的70％到达地球。太阳的寿命可达几十亿年。太阳能不会产生CO2等有害物质，是一种清洁能源。太阳能的缺点是能量密度低、容易受气象条件的影响，不具备蓄电功能等。此外，虽然太阳能本身对环境无污染，但也应该看到，太阳能电池、电力电子变换装置的制造和使用过程中仍会产生环境污染，应考虑综合效益。学怜卷愉湛螺诺孺仅愚扔捣渍亩话恤虏荫茂糊亲拢惨淬勇剿坝布詹蛾嫁篱光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用二、太阳能转换电能的基本原理太阳能电池，完成将太阳能转换为电能的任务。太阳能电池主要由半导体硅制成，在半导体上有光线照射时，吸收光能激发出电子和空穴，在半导体中产生电压（流），称为“光生伏特效应”或简称“光伏效应”（Photovoltaiceffect）。以硅晶体做成的半导体，掺有磷杂质的硅晶体中自由电子是多数载流子，称为N型半导体；掺有硼杂质的硅晶体中空穴是多数载流子，称为P型半导体。若将P型半导体与N型半导体结合，形成PN结。太阳能电池利用了PN结的光伏效应。当有光照射太阳能电池时，则激发电子自由运动流向N型半导体，正电荷集结于P型半导体，从而产生电位势。若外接负荷，则有电流流动。太阳光N型半导体P型半导体正极负极电流负荷胖仿界贡术菠勃吠渺晋新喻醋约资锁垛孟界经窗汐拢葛扳夹纪直斯硅漾凡光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用1.2太阳能发电发展历程年代成就1800发现光伏效应1876硒的光伏效应研究1904Cu、Cu2O对光的敏感性研究1940PN结理论的研究1954单晶硅太阳能电池发明（美国贝尔实验室）1955CdS太阳能电池发明1956GaAs太阳能电池发明1958在先驱者1号通信卫星上应用太阳能电池1972美国制订新能源开发计划1974日本制订太阳能发电发展的“阳光计划”1976非晶硅太阳能电池的发明1984美国7MW太阳能发电站建成1985日本1MW太阳能发电站建成1991制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国）1992制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本）1994住宅用太阳光发电系统技术规程（日本）2003RPS法（新能源法案）（日本）府夷柔靛链艳崎漏晶患侗柔涂效馁划鬃涌恶估谱搏山洒席篱术哎挪苫应葛光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用1.3太阳能发电的过去、现在和未来一、20世纪70年代：开发初期太阳能电池发电技术开发初期的20世纪70年代，太阳能电池的价格昂贵（1500美元/瓦），只能用于人造卫星、差转电台、海岛灯塔等场所。二、20世纪80年代－20世纪90年代：小容量太阳能电池的广泛应用太阳能电池主要应用在手表、计数器、照明（路灯、庭院灯）、交通标志和防灾电源上。虽然太阳能电池的价格不断降低，但仍然比较贵，还不能应用于民用电器。三、太阳能发电的高速发展和大容量应用阶段随着世界各国制订光伏发展计划、大量研究经费的投入、财政补贴、免税等优惠政策鼓励下，20多年来，太阳能光伏发电技术得到了迅猛发展。太阳能电池价格已降低至5－6美元/瓦，大容量的应用成为可能。比较典型的太阳能发电系统如西藏双湖25KW光伏电站、丽江光伏电站。将太阳能电池板作为屋顶或贴于朝南的墙面上，使建筑与太阳能发电一体化，为大楼的照明、空调、电梯供电，并与市电并网。四、太阳能发电系统的未来：建在太空的超级太阳能发电站在太空建立巨大的太阳能发电站，把产生的电力变换成微波后传输到地面。遭竖赢招漾妥葱彩腆郝芬猫丘宵跟料敬辐蛇鞭个珍渡闸床啤向誓纲荆禁霍光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用1.4国内外光伏发电的现状与趋势国际上在光伏领域具有领先地位的国家主要有日本、德国、美国、澳大利亚等。生产厂排名产量（MW）比例（％）Sharp（日本）夏普1（1）324.025.8Kyocera（日本）京瓷2（2）105.08.3BPSolar（英国）3（3）84.96.8MitsubishiElectric（日本）4（6）75.06.0Q-Cells（德国）4（9）75.06.0ShellSolar（荷兰）壳牌6（4）72.05.7Sanyo（日本）三洋7（8）65.05.4RWESchottSolar（德国）8（5）63.05.0Isofoton（西班牙）9（7）53.04.2台湾茂迪（中国）10（10）35.02.8无锡尚德（中国）10（16）35.02.8世界十大太阳能电池生产厂2004年排名与产量注：括号内为2003年排名姆滚辑啸掩祷晴辕蚤窑渴滔彭踏饥几丧给涪烃疽侗膛咸舜醋锤忙腻鞠狸皖光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用美国－“百万屋顶计划”美国在1997年6月宣布了太阳能“百万屋顶计划”（MillionSolarRoofsInitiative），准备在2010年以前，在100万座建筑物上安装太阳能系统，主要是太阳能光伏发电系统和太阳能热利用系统。如果“百万屋顶计划”顺利实现，到2010年CO2年排放量可减少300万吨。美国太阳能光伏发电与热利用技术比较成熟，开始进入大规模生产阶段。两大太阳能电池公司年生产能力分别达到5MW和10MW，整个美国光伏发电产品的年销售量达到100MW以上。美国政府极为重视对太阳能的开发和利用。投入巨额资金用于该领域的科研开发，同时在政策上给予倾斜。目前“百万屋顶计划”已经在美国某些地区大力发展起来。在夏威夷，由于自然条件优越，太阳能已经成为当地能源供给的主要形式和经济发展的重要组成部分。剪试琵挣柴蜀挥伟狈惊渝的虐劳蚀曝侠绎投这旱母禽淆殖卤凛兆秃澳峭柜光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用日本－“阳光计划”日本的光伏发电发展阶段1.第一次石油危机后，日本通产省于1974年制订了以发展太阳能为主的可再生能源代替石油的技术研究开发中长期规划，即“阳光计划”。初期，太阳能电池用于家用计算器、灯标和孤岛柴油发电的补充能源。之后成立了新能源生产技术综合管理机构，加大资金投入，加速了光伏发电的产业化发展步伐。2.1988－1994年，随着社会环保意识的提高，以及电力公司独立电源示范工程成功的基础上，太阳能光伏项目扩大到公园、学校、医院、展览馆等公共示范工程以及民用示范工程。3.1993年制订的“阳光计划”，仍然把光伏发电作为重点项目，光电技术已达到普遍应用水平。售价过高是影响推广应用的关键因素，降低光电器件成本和高效率材料的开发是重要发展方向。从1994年，日本实施住宅光电系统的优惠政策，对每户居民住宅光电系统提供½的政策补贴，极大地促进了住宅用光电项目的推广。日本光伏产业快速发展的主要经验：基本国策，常抓不懈；资金投入，政策优惠。户锄锁领嫁厌隔霄咳乃团懂阑程拐措洲忠祁迹芜议戏攫茅庄蛛傣曾排腰歧光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用德国－“10万屋顶发电计划”德国在2003年完成“10万屋顶发电计划”，2000年颁布可再生能源法，2003年又公布了可再生能源促进法，引发了德国光伏发展的新一轮高峰。2004年德国光伏发电总量达到6×105GWh，可再生能源发电占9.3％。德国政府在推广光伏发电方面采取了一系列有力的举措，主要包括银行贷款和上网电价补贴等。在德国，若在自家屋顶上安装了一套光伏发电设备，相当于一个小型发电厂，发出的电能输送到公共电网，国家最高给予57.4cent/kWh的补贴，可以获得较高的经济回报。因此，德国光伏产业已经成为一个非常活跃的经济产业。2004年，德国光伏安装总量超过日本，走在世界的前列。纽讨展秸次拴呐桨崭汁弃巡匹熔击缝超规烹远褪蓖储垦悄仑笆焚赣棒射撼光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用中国－“光明工程计划”我国在太阳能光热利用方面处于世界先进行列，是最大的太阳能热水器生产国和消费市场。在太阳能光伏发电研究和产业发展方面奋起直追，取得了较大进展。2004年在该领域的产业规模上超过印度，成为亚洲处于前列的光伏电池生产国家。2005年通过《中华人民共和国可再生能源法》，于2006年1月1日起正式实施。我国光伏发电的发展历程：1958年开始研制太阳能电池，1959年第一个有实用价值的太阳能电池诞生。1971年3月，太阳能电池首次应用于我国第二颗人造卫星。1973年，太阳能电池首次应用于天津港的浮标灯上。1979年，用半导体工业积压单晶片生产单晶硅电池。20世纪80年代后期，引进国外关键设备、生产线和技术，太阳能电池生产能力达到4.5MW，太阳能电池制造产业初步形成。惑酌囤僧芥凯悦秤湿宾纶限哲宁希牵恶范啊军途汗播笋挛褂肆袜沉劣齿窘光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用我国光伏电池组件发展情况050001000015000200002500030000198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001PV系统累计安装量(kW)我国光伏系统累计安装容量堵芝否霓围樊居酋者偶夕筋葱掂祁萤整瘁侈授肿馅蹲加陀巧揣莫碍脏甜厨光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用我国晶体硅太阳能电池生产情况（MW）厂家2003年2004年2005年台湾Motech173588无锡Suntech（尚德）835100宁波太阳能51545保定天威英利610－昆明云南天达2310深圳洁净能源公司3810我国晶体硅太阳能电池生产情况珐菲瘤谢左降烘捎焚寓杆最隆塌威蝇民扩盔答途敛突押媚锚鸳替纯杖跪啤光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用我国的“光明项目”及其它由国家发改委牵头，筹集资金100亿元，用10年时间（到2010年）用风电、光电和其它可再生能源技术解决