太阳能光伏发电课件报告.ppt

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1、第第1章章 绪论绪论张春富张春富 MB:15261995726 QQ:1838581426教学内容和重点：教学内容和重点：太阳及太阳能、太阳能光伏系统的分类；太阳及太阳能、太阳能光伏系统的分类；太阳能电池原理、特性、制作方法、使用和维护；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、蓄电池的原理、特性、安装、使用和维护安装、使用和维护；控制器的原理、结构、功能、操作调试方法；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、操作调试方法逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法先修；先修；光伏发电系统的光伏发电系统的设计、安装调试及运行维护设计、安装调试及运行维护

2、选修；选修；实验实验/实训（实训（4个实验个实验+课程设计）。课程设计）。考核方法（参考）：考核方法（参考）：课程成绩课程成绩=平时平时(10%)+实验实验(20%)+期末考试期末考试(70%)。太阳能光伏发电系统原理与应用技术太阳能光伏发电系统原理与应用技术第第1章章 绪论绪论传统能源现状传统能源现状 能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源危机能源危机自然生态环境现状自然生态环境现状 传统能源消耗增加传统能源消耗增加人造气体增加人造气体增加环境恶环境恶化（温室效应：化（温室效应：阻碍阻碍地球地球能量的正常逃逸能量的正常逃逸）。）。常规电网的局限性常规

3、电网的局限性集中发电、分布使用、电网输送；集中发电、分布使用、电网输送；电网输电到边远地区困难；电网输电到边远地区困难；电力供应不足；电力供应不足；解决方案解决方案水能、生物质能、海洋能、地热能水能、生物质能、海洋能、地热能太阳能、风能太阳能、风能1.1 太阳及太阳能概述太阳及太阳能概述太阳能：太阳能：氢氢聚聚变变所所产产生的能源；生的能源；发发射功率量射功率量级级：3.8*1026W，22亿亿分之一到地表；分之一到地表；地表接收地表接收辐辐射：射：1.8*1016W，万倍于人，万倍于人类类需求。需求。1.1.1 太阳的物理特性太阳的物理特性 太阳是距地球最近的恒星，太阳系的中心。太阳是距地球

4、最近的恒星，太阳系的中心。半径半径：R=6.96 105 km(地球的地球的109倍）；倍）；体体积积：1.4122 107 km3(地球的地球的130万万倍）倍）；温度：温度：5770(表面表面)，1.56 107(核心核心)；日地平均距离：日地平均距离：1.5 108km；太阳光到达地球表面时间：太阳光到达地球表面时间：约约8 18；水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、彗星太阳的太阳的结结构构1.里三层里三层 核反应区核反应区 辐射区辐射区 对流区对流区 2.外三层外三层 光球层光球层 色球层色球层 日冕层日冕层 1.1.2 太阳能辐射与吸收太阳能辐射与吸收辐射功率

5、：辐射功率：太阳在单位时间内以辐射形式发射出的太阳在单位时间内以辐射形式发射出的能量称太阳的辐射功率，也叫辐射通量，单位是瓦能量称太阳的辐射功率，也叫辐射通量，单位是瓦特特(W=J/s)；太阳太阳辐照度：辐照度：投射到单位面积上的辐射通量，单位投射到单位面积上的辐射通量，单位是瓦是瓦/米米2(W/m2)；到达地球的太阳辐射体现：到达地球的太阳辐射体现：热能：热能：使地球的平均温度大约保持在使地球的平均温度大约保持在l4，造成适合各种生，造成适合各种生物生存和发展的自然环境，同时使地球表面的水不断蒸发，物生存和发展的自然环境，同时使地球表面的水不断蒸发，造成全球每年约造成全球每年约50 1016

6、 km3的降水量，其中大部分降水落的降水量，其中大部分降水落在海洋中，少部分落在陆地上，这就是云、雨、雪、江、河、在海洋中，少部分落在陆地上，这就是云、雨、雪、江、河、湖形成的原因。湖形成的原因。推动海水及大气的对流运动推动海水及大气的对流运动，这便是海流能、波浪能、风能，这便是海流能、波浪能、风能的由来（还有月球等星体的万有引力）。的由来（还有月球等星体的万有引力）。植物植物光合作用光合作用的能量来源的能量来源，演变成化石能源。演变成化石能源。大气对太阳辐射的衰减大气对太阳辐射的衰减到达地面的太阳辐射一部分以平行光的方式直接到达，到达地面的太阳辐射一部分以平行光的方式直接到达，称为称为直接辐

7、射直接辐射；另一部分是太阳光线经大气散射，投射到；另一部分是太阳光线经大气散射，投射到地面的称为地面的称为散射辐射散射辐射；直接辐射与散射辐射的总和为地球；直接辐射与散射辐射的总和为地球接受到的太阳接受到的太阳总辐射能量总辐射能量。地表辐射量受接收太阳辐射面的倾斜度和方位角的影响。地表辐射量受接收太阳辐射面的倾斜度和方位角的影响。大气质量大气质量AM为了能够方便地研究太阳辐射受地球大气衰减作用的影为了能够方便地研究太阳辐射受地球大气衰减作用的影响，将太阳辐射通过大气的厚度称为大气质量（响，将太阳辐射通过大气的厚度称为大气质量（air-mass，AM），其），其确切定义确切定义是：太阳光线通过大

8、气的实际距离与是：太阳光线通过大气的实际距离与大气的垂直厚度之比，它是一个无量纲的量，用大气的垂直厚度之比，它是一个无量纲的量，用m表示。表示。AM0：大气层之外：大气层之外AM1：地表最短距离：地表最短距离太阳辐射光谱太阳辐射光谱太阳辐射能量随波长的分布，称为太阳辐射能量随波长的分布，称为太阳光谱太阳光谱（能谱）能谱）。波波长长0.154.0 m的光，的光，99%；0.40.76 m(可见光可见光)，40.3%；0.76 m(红外光红外光)，51.4%；最大辐射能量最大辐射能量波长波长，0.475 m.太阳常数（太阳常数（solar constant）太阳常数是指在日地平均距离处，地球大气层

9、外（大气太阳常数是指在日地平均距离处，地球大气层外（大气上界）垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内上界）垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内所接受的所有波长的太阳总辐射能量值，它基本上是一个所接受的所有波长的太阳总辐射能量值，它基本上是一个常数，所以这个辐照度称为常数，所以这个辐照度称为太阳常数太阳常数。世界气象组织确定为：世界气象组织确定为：I0（1367 7）W/m21.1.3 日地运日地运动规动规律律 地球自转：地球绕着通过它本身南极和北极的地球自转：地球绕着通过它本身南极和北极的“地轴地轴”自西向东转动。每转一周（自西向东转动。每转一周（360）为一昼夜，一昼夜又分）为

10、一昼夜，一昼夜又分为为24h，所以地球每小时自转，所以地球每小时自转15。地球公转：地球绕太阳循着椭圆形轨道地球公转：地球绕太阳循着椭圆形轨道(黄道黄道)运行，称运行，称为为“公转公转”。周期为一年，一年为。周期为一年，一年为365天。天。赤黄交角：赤黄交角：地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）的的法线法线倾斜成倾斜成23 27 的夹角，即自转平面与公转平面的的夹角，即自转平面与公转平面的夹角。夹角。1.1.5 我国的太阳能资源我国的太阳能资源 1.太阳能资源分布太阳能资源分布 我国陆地每年接受的太阳能辐射量约为我国陆地每年接受的太阳能辐射量约为5.

11、021022J，相，相当于当于1.7万亿吨标准煤的能量（标准煤的燃烧值：国标，万亿吨标准煤的能量（标准煤的燃烧值：国标，29305kJ/kg；行业标准，；行业标准，29271kJ/kg），数量是非常巨大），数量是非常巨大的。全国各地太阳年辐射总量达的。全国各地太阳年辐射总量达33508370MJ/m2，中值为，中值为5860MJ/m2。年年辐辐射射总总量：量：33508370MJ/m2，但不，但不稳稳定。定。（1）一）一类类地区：日照地区：日照32003300h/a；辐辐射量射量（67008370）MJ/(m2a)，相当于相当于225285kg标标煤燃煤燃烧烧能量。能量。（2）二）二类类地区：

12、日照地区：日照30003200h/a；辐辐射量射量（58606700）MJ/(m2 a)，相当于，相当于200225kg标标煤燃煤燃烧烧能量。能量。（3）三三类类地区：日照地区：日照22003000h/a；辐辐射量射量（49505680）MJ/(m2 a)，相当于，相当于170200kg标标煤燃煤燃烧烧能量。能量。（4）四四类类地区：日照地区：日照14002200h/a；辐辐射量（射量（41905020）MJ/(m2 a)，相当于，相当于140170kg标标煤燃煤燃烧烧能量。能量。（5）五五类类地区：日照地区：日照10001400h/a；辐辐射量（射量（33504200）MJ/(m2 a)，相

13、当于，相当于115140kg标标煤燃煤燃烧烧能量。能量。中国太阳能资源分布（单位：中国太阳能资源分布（单位：100MJ/m2 a）1.1.6 太阳能利用的基本形式太阳能利用的基本形式u太阳能热利用温室大棚、太阳能热水器 技术成熟、商业化程度高；效率高，50%左右；应用广泛。u太阳能热发电温差发电、热电子热离子发电、碱金属热电转化、磁流体发电，纯固态结构；太阳能热动力发电：辐射能热能机械能动力发电设备电能。u太阳能光伏发电光生伏特（光生伏打）太阳能光伏电池u光伏电池(Photovoltaic PV)：实际上是一个PN结，PN结在光照下产生电动势的现象称为光生伏特效应。u控制器：光伏控制器是对光伏

14、发电系统进行管理和控制的设备，保护蓄电池；平衡光伏系统能量；显示系统工作状态。u蓄电池：将化学能转换为电能的装置，对光伏发电系统产生的电能需要蓄电池进行储存和调节。u逆变器：是一种将直流电（光伏输出、电池、电瓶等）转化为交流电（一般为220V、50Hz的正弦波）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。1.2 太阳能光伏发电现状与发展前景太阳能光伏发电现状与发展前景u1954贝尔实验室发明太阳能电池；u1974能源危机，光伏计划；u2015中国光伏装机总容量43GW，其中分布式6GW，全球第一；u2015我国多晶硅产量16.5万吨/100亿片/41GW；u2015全球电池片产量60GW；u2016全球光伏新增装机6468GW；u2020中国目标150GW。1.2.2.3 中国光伏产业存在的问题中国光伏产业存在的问题（1）国内光伏应用市场发展严重滞后于产业发展；产的多，用的少依赖出口（2）光伏发电在国家能源结构中的份额较低；传统火电（煤油气）比例过重光伏1%2015年总发电量56180亿度，光伏约400亿度（3）分布式光伏电站的比例过低。已经出台政策限制地面光伏电站，减少占地 鼓励屋顶分布式光伏发电开开眼界：开开眼界：http:/