太阳能发电技术概述.pptx

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1、本书以图解的方式阐述太阳能光伏发电技术的过去、现在和未来，主要介绍光伏电池的原理和特点、太阳能光伏发电系统的结构和设计方法、太阳能光伏发电系统的控制技术和应用实例等，反映了近年来的光伏发电新技术、新应用，对光伏发电作了深度的预测与描绘。本书致力于解决以下问题：1、普及太阳能光伏发电基础知识和典型应用；2、介绍多学科综合的新技术，重点是智能电网；3、阐述太阳能光伏发电未来发展动态。第1页/共31页 第一章 太阳能光伏发电概述一一.光伏电池和太阳能发电光伏电池和太阳能发电1、太阳能优点(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采

2、和运输。(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。第2页/共31页 第一章 太阳能光伏发电概述一一.光伏电池和太阳能发电光伏电池和太阳能发电1、太阳能缺点(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳

3、辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置

4、，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。第3页/共31页在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面随着世界人口的增长和经济的发展，对于能源供应的需求量日益增加，目前主要是靠化石燃料来提供。然而，化石燃料的储量是有限的，全球石油可开采约45年，天然气大约61年，煤炭可开采约230年，铀大约71年。如果再考虑到现在世界石油消费量大约每年增长2%，这样每隔35年，消费量将增加一倍。目前1/5的人口消费世界上75%的能源，发达国家人均石油消费量是最贫穷的全球一半人口消费量的15倍。据世界卫生组织估计，到2060年全

5、球人口将达100110亿。如果到时所有人的矿物和能源消费量都达到今天发达国家的人均消费水平，则地球上35种矿物中将有1/3在40年内消耗殆尽，包括所有的石油、天然气、煤炭（假设为2万亿吨）和铀。第4页/共31页2、太阳能变为电能总的来说,光伏发电是指光电转换，主要是以半导体材料为基础，利用光照产生电子-空穴对，在PN结上可以产生光电流和光电压的现象（光伏效应hotovoltaic Effect），从而实现太阳能光电转换的目的。太阳能电池的工作原理是光电效应。P型半导体型半导体第5页/共31页光伏发电原理 第6页/共31页3、利用太阳能进行分散型发电和供电 主要为广大无电地区居民生活生产提供电力

6、，还有微波中继电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；1）不受地域限制2）减少输电损耗3）补高峰4）增备用 4、小结第7页/共31页二、太阳能发电发展史1839年 19岁的法国贝克勒尔做物理实验时，发现在导电液中的两种金属电极用光照射时，电流会加强，从而发现了“光生伏打效应”1877年 亚当斯等在硒片上发现固体光伏效应，并制成了第一个硒光电池1883年 美国发明家弗里兹描述了第一个用硒片制造的太阳电池1904年 爱因斯坦发表光电效应论文1916年 密立根提供了光电效应的实验证据1918年波兰科学家切克劳斯基发展了一种单晶硅生长的方法1930年 郎格发表了“新的光伏电池”、同年 肖特基发表“

7、新的氧化铜光电池”1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电介液，在阳光下带动电动机1932年 奥杜博特等制成第一块”硫化镉”太阳电池1941年 奥尔在硅上发现光伏效应1954年5月美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松宣布仅仅几个月后原来效率为4.5%的硅太阳电池已上升到6%，这是世界上第一个实用的太阳电池。第8页/共31页二、太阳能发电发展史1955年11月霍夫曼电子半导体公司宣布可提供效率为2%的商业光伏产品1957年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了8%1958年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了9%1958年3月17日 太阳电池首次在空间应用，装备于美国的先锋1号人造卫星，功率为0.1W

8、，面积约100平方厘米。运行了8年。1959年霍夫曼电子公司商业应用的光伏电池效率达到了10%同年8月7日发射的探险者6号人造卫星配备了1cm2cm的太阳电池9600片1960年霍夫曼电子公司太阳电池的效率达到了14%1962年7月23日第一个商业通讯卫星发射，功率为14W1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达到了13%1963年 夏普公司生产出了实用的硅光伏组件同年，日本在灯塔上安装了一套当时世界上最大242W的光伏方阵，容量为242W1964年发射的大型气象卫星上装备了470 W光伏方阵第9页/共31页二、太阳能发电发展史1965年 格拉瑟提出了建造空间太阳能电站的设想1966年 发射的

9、天文观察卫星装备了1kw光伏方阵1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达到了 8%1972年法国在尼日尔乡村学校安装了一套硫化镉光伏系统。同年 罗非斯基研制出紫光电池，效率达到了16%1973年德拉瓦大学建立了世界上第一个光伏与光热混合的户用屋顶系统:“太阳一号”，实现了并网运行。同年砷化镓太阳电池效率达到15%1974年日本制定了发展光伏的“阳光计划”同年Tyco实验室应用定边喂膜法制成了宽度为1英寸、18英寸长的的硅带同年COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达到18%1976年 多晶硅太阳电池效率达到10%1976年卡尔松等制成了第一个非晶硅太阳电池，在面积3.5平方厘米上效率

10、为1.1%19761985年和19921995年美国NASA刘易斯研究中心项目在世界各地安装了83套不同用途的光伏系统，如为疫苗冷藏、房间照明、通讯、水泵和教室的电视等提供电力。第10页/共31页二、太阳能发电发展史1977年世界光伏产量超过了500KW1978年NASA在亚利桑那州巴巴哥印第安人保留区安装了3.5KW光伏系统，为水泵和15户居民提供电力，这是世界上第一个乡村光伏系统,1985年通电网后，该系统专为社区水泵供电同年 美国建成100KW太阳能地面电站1980年单晶硅太阳电池效率达20%；砷化镓太阳电池效率达到22.5%；多晶硅太阳电池效率达到14.5%；硫化镉太阳电池效率达到 9

11、.15%同年美国ARCO Solar公司年产量超过1MW1981年5月在沙特阿拉伯吉达安装了8KW用于海水淡化装置1982年世界太阳电池产量超过了9.3MW同年7月在美国达拉斯机场安装了20KW光伏和140KW光热混合系统同年12月美国安装1MW光伏电站，使用了108个双轴跟踪装置1983年功率为1KW的太阳能汽车在澳大利亚用不到20天跑完了4000km，最大时速72km/h，平均24km/h同年ARCO Solar公司在美国加州卡利萨平原建成6MW光伏电站，占地120英亩，电力输入太平洋煤气电力公司电网，足够20002500户家庭使用同年世界光伏产量超过21.3MW，销售额超过2.5亿美元第

12、11页/共31页二、太阳能发电发展史1984年美国萨克拉门托市政公用公司管辖区(SMUD)关闭了核电站后，建成了第一个1MW光伏电站同年英国BP Solar公司在南安普敦建成了30KW并网光伏系统1985年澳大利亚新南威尔士大学马丁格林等研制的硅太阳电池，效率超过了20%1986年6月ARCO Solar公司推出了世界第一个“G-400”商业薄膜动力用太阳电池组件1990年 德国提出“1000个太阳能屋顶”计划，每个屋顶安装35KW太阳电池1992年在南极洲安装了一套0.5kw光伏系统，配备2.4kwh蓄电池，为实验设备，照明，个人电脑，打印机和小型微波炉提供电力1995年 高效聚光砷化镓太阳

13、电池效率达到32%1996年 BP Solar公司宣布碲化镉技术进入商业化生产同年5月7日图森电力公司宣布已具备铜铟硒电池生产能力同年7月世界上第一架太阳能动力飞机穿越德国,机身上安装了3000片高效太阳电池,总面积21平方米第12页/共31页二、太阳能发电发展史1997年 美国提出“百万太阳能屋顶”计划，到2010年要安装100万套同年，日本提出“新阳光计划”，提出到2010年将生产43亿W太阳电池同年，欧盟提出“百万太阳能屋顶”计划，到2010年要生产37亿W太阳电池1998年单晶硅太阳电池效率达24.7%；全球多单晶硅太阳电池产量第一次超过单晶硅太阳电池1999年 日本太阳电池产量首次超

14、过美国而居世界第一位2000年 全球太阳电池产量达278MW。日本三洋公司的非晶硅/单晶硅/非晶硅双异质结太阳电池效率超过21%2001年“太阳神号”(Helios)光伏动力飞机飞行高度超过了海拔30km，创造了新的记录第13页/共31页二、太阳能发电发展史我国太阳能发展现状中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW）

15、，从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是我国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮。第14页/共31页一些国家的一些国家的”太阳能屋顶计划太阳能屋顶计划”1.美国 1997年6月26日美国总统克林顿宣布，为了达到2012年使温室气

16、体排放量比1990年减少7 的目标，采取的一项重要措施是实施“百万太阳能屋顶计划”，在2010年前，要在全国的的住宅、学校、商业建筑和政府机关办公楼屋顶上安装100万套太阳能装置，光伏组件累计用量将达到3025MW，产生的电力相当于新建35个燃煤的发电厂。第15页/共31页 美国百万屋顶计划指标第16页/共31页2.欧盟 在1997年提出目标到2010年要由可再生能源提供总能源消耗的12%和电力供应的21%。为此在欧盟范围内要安装100万套太阳能光伏发电系统，其中50万套为屋顶并网光伏系统，另外50万套是独立光伏系统，为乡村供电。在 2010年前要累计安装太阳能光伏系统3000MW，大约是19

17、95年产量的100倍，发电量大约2.43.5TWh。第17页/共31页 3.德国 在1990年率先宣布并实施“1000屋顶”计划，开始并不顺利，后来政府实行补贴政策，在结束时安装了2056套，超额完成。在此基础上，1999年开始实施“十万屋顶”计划，实行低息贷款，并且以0.50.6欧元/KWh的高价收购输入电网的太阳能电力，结果单是在2003年就安装了120 MW，现在德国的光伏市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。第18页/共31页 4.日本 日本是个缺乏能源的岛国，燃料大部分依赖进口，很早就开始重视发展光伏发电。通产省1974年就制订了第一个“阳光计划”，1987年又制订了“月光计划”，

18、1993年开始实施“新阳光计划”，用于资助光伏发电的经费也逐年大幅度增长。1994年日本开始实施“七万屋顶”计划，最初对安装的用户补助总价的一半，后来逐渐减少，到2003年只有10%，尽管如此，安装量仍不断增加，到2003年已接近17万户，累计安装容量超过620MW。第19页/共31页一些国家发展太阳能光伏发电的规一些国家发展太阳能光伏发电的规划划1、日本（NEDO）在2004年6月发表的“面向2030光伏路线图的综述”提出:到2010年日本国内累计安装太阳电池组件容量将为482GW。到2030年累计安装太阳电池组件容量要达到1000GW，届时日本所有住宅所消费的电力中将有50%由太阳能光伏发

19、电所提供，大约占全部电力供应的10%。第20页/共31页2、欧盟 2004年3月欧盟联合研究中心发表了“欧洲光伏研发路线图”在2010年太阳能发电提供的电力将占总发电量的1%，到2040年将占总发电量的26%。大约在2030年太阳能发电将发挥显著的作用，2050年将占能源供应总量的约24%，到本世纪末将占全球总能源供应的统治地位。第21页/共31页3、美国 在2004年9月发表了“我们太阳电力的未来：2030及更久远的美国光伏工业路线图”提出目标是：在2025年美国新增加发电容量的一半由太阳能发电提供。2030年美国太阳能发电量将为3600亿KWh，足够3400万户家庭使用，届时太阳能电力将成

20、为重要的电力来源。第22页/共31页三、太阳能发电和环保的关系1、3E的概念 即经济“Economy”、环境“Environment”和能源”Energy”，它们是现代社会发展的三大问题。我国Energy能源危机悄然逼近：油气资源的供不应求成为我国经济发展的瓶颈 2004年,我国生产原油1.75亿吨,进口原油1.2亿吨,对外依存度达到45.7%。我国的石油消耗在过去20年里以每年5%的速度增加，2010年我国石油供需缺口近1亿吨。电力供应同样不容乐观 中国工业经济联合会提供的一份中国工业发展报告预测，到2020年，煤炭供需缺口可能超过约为3亿吨。天然气用量迅速增长 天然气消费在2004年也达到

21、408亿立方米,年增长速度11.8%。大量燃煤、Environment环境污染严重：1995年中国煤炭消费量占世界煤炭总消费量的29%，当年中国排放了30 亿吨CO2占当年全球排量的13.6%,仅次于美国。（其中建筑用能，对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25。）。预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。第23页/共31页 20032003年全球一次能源消耗结构比年全球一次能源消耗结构比例例世界中国煤炭%24.71 74.0 石油%38.47 15.2 天然气%23.72 2.7 核能%6.59 0.4 水电%6.51 7.7 第24页/共31页三、太阳能发电和环保

22、的关系1、3E的概念 “京都议定书”对于工业化国家规定了减少温室气体排放量的指标。尽管“京都议定书”没有对我国的温室气体排放量规定具体的指标，但是我国的情况相当突出。我国SO2排放量占世界的15.1%，为世界第一；CO2排放量占世界的13.6%，列世界第二。因煤炭燃烧而排放的SO2、CO2、NOx和烟尘分别占全国相应排放量的87%、71%、67%和60%，所以备受世界关注。我国必须作出巨大努力，来改变这种状态，但又不能影响我国经济的发展。太阳能、风能是取之不尽的清洁无公害新能源，是首选重要的新能源。第25页/共31页三、太阳能发电和环保的关系2、各种发电设备价格、性能的比较1）电价比较：太阳能

23、、风力、水力、火力（石油及液化天然气）、核电 2）EPT和LCA评价指标 I：EPT（Energy Payback Time）EPT=Ein/Eout _Ein太阳能发电系统投入的总能耗（含制造光伏电池、逆变器、开关等）Eout太阳能发电系统年发电量（年产能量OR单位发电量）EPT越大越好还是越小越好？第26页/共31页三、太阳能发电和环保的关系 2）EPT和LCA评价指标 II：LCA环境负荷评价”(Life Cycle Assessment生命周期评价)。生命周期评价技术(LCA)是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。具体地说

24、，LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放、环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。目的在于寻求改善环境影响和合理利用资源的途径。即从“摇篮”到“坟墓”的整个周期。基本思想是：产品设计应着眼于整个周期过程，以使最终的设计达到环境保护和资源合理利用的目的。g为太阳能发电系统LCA过程中单位发电量所排放的CO2量 g=G/(EoutL)GLCA过程中总排放的CO2量 L为太阳能系统的使用寿命 EPT越大越好还是越小越好？第27页/共31页三、太阳能发电和环保的关系3、石化燃料(石油、煤、天然气)引

25、起的温室效应 1)、温室效应的概念 地球所接受的来自太阳的辐射能量和向周围发射的辐射能量达到平衡时，地球表面具有各自确定的温度。如果地球大气中二氧化碳含量增加，则因为太阳的可见光和紫外线容易穿透二氧化碳成分，地球表面发射的红外线不易穿透这种大气成分，引起上述平衡温度升高。2)、地球变暖的影响 3)、人类能源消费的历史及预测第28页/共31页四、国内外光伏发的现状与趋势1.4.1部分国家已安装光伏发电装置的容量(已应用)1.4.2世界光伏电池板生产量(mw)1.4.3光伏企业世界十强生产量统计1.4.4今后的课题和展望 1）降低光伏发电成本，提高电池板光电变换效率，延长电池寿命。2）日本新能源产业技术开发中心（NEDO）制定的“光伏2030”计划。中心课题：A、提效率、B、降成本、C、扩用途第29页/共31页第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页