新能源太阳能光伏发电技术1

NorthChinaElectricPowerUniversity2020/1/20李广凯Email:[e-mail]新能源发电技术第2章---1电力工程系DepartmentofElectricalEngineering2目录第2章太阳能光伏发电技术2.1概述2.2太阳能电池工作原理2.3太阳能电池制造工艺2.4太阳能光伏发电系统设备构成2.5独立光伏发电系统2.6并网光伏发电系统本章小结32.1概述42.1.1太阳能及其利用方式(1)太阳能简介年龄据称已40多亿年，还有60多亿年太阳能实质是核聚变能每秒发出能量22亿分之一到达地球地球一年接收到1.81018kWh太阳能量，相当于数万倍全球能耗太阳能特点“永恒”和“巨大”广泛性、分散性随机性、间歇性清洁性52.1.1太阳能及其利用方式(2)太阳能利用方式*发电光直接发电：光伏发电，光偶极子发电光间接发电：光热动力发电，光热离子发电，热光伏发电,光热温差发电,光化学发电,光生物发电(叶绿素电池),(太阳热气流发电)热利用高温利用(800oC):高温太阳炉，熔炼金属中温利用(200-800oC):太阳灶，太阳热发电低温利用(200oC):太阳能热水器，太阳能干燥，海水淡化，太阳能空调制冷，太阳房，太阳能暖棚等62.1.1太阳能及其利用方式(3)太阳能利用方式**动力利用热气机-斯特林发动机(抽水或发电),光压转轮光化利用光聚合，光分解，光解制氢等生物利用速生植物（薪材林），油料植物，巨型海藻光－光利用太空反光镜，太阳能激光器，光导照明等72.1.2太阳能发电(1)太阳能发电方式通过热过程的“太阳能热发电”（间接发电）塔式发电抛物面聚光发电太阳能烟窗发电热离子发电热光伏发电温差发电不通过热过程的（直接发电）光伏发电光感应发电光化学发电光生物发电82.1.2太阳能发电(2)光伏发电1839年法国物理学家A.E.Becqurel发现“光生伏达效应”(Photovoltaiceffect):即两片金属进入溶液构成的伏达电池受到阳光照射时会产生额外的电动势1883年，发现半导体硒和金属接触处发现固体“光伏效应”光伏器件：能产生光生伏达效应的器件通常把太阳光照射下的光电转换效率高的P-N结器件叫太阳能电池（Solarcell）1954年，美国贝尔电话实验室第一次作出了光电转换效率6%的单晶硅太阳能电池92.1.2太阳能发电(3)光感应发电有机高分子团－“光极化偶极子”处于原理性实验阶段在高分子团上安装电极仍存困难光化学发电浸泡溶液中的电极受到光照后电极上有电流液结光化电池光电解电池光催化电池有工作稳定性问题光生物发电叶绿素电池发电有光老化问题102.1.3太阳能电池分类(1)按照基体材料来分晶体硅太阳能电池单晶硅太阳能电池片状多晶硅太阳能电池铸锭多晶硅太阳能电池筒状多晶硅太阳能电池球状多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池PIN单结非晶硅薄膜太阳能电池双结非晶硅薄膜太阳能电池三结非晶硅薄膜太阳能电池微晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池112.1.3太阳能电池分类(2)按照基体材料来分纳米晶硅薄膜太阳能电池硒光电池化合物太阳能电池硫化镉太阳能电池硒铟铜太阳能电池碲化镉太阳能电池砷化镓太阳能电池有机半导体太阳能电池按用途分空间太阳能电池地面太阳能电池光伏传感器122.1.3太阳能电池分类(3)按结构分同质结太阳能电池异质结太阳能电池肖特基结太阳能电池复合结太阳能电池液结太阳能电池按工作方式分平板太阳能电池聚光太阳能电池分光太阳能电池132.1.3太阳能电池分类(4)142.1.3太阳能电池分类(5)各种太阳电池的市场占有率（2000年）非晶硅(9.4%)单晶硅(31.2%)多晶硅(48.9%)碲化镉(0.4%)薄膜电池(5.1%)其它(5.0%)152.1.4太阳能光伏发电历史和现状(1)太阳能光伏发电发展历史（教材表2-2）1839年法国科学家贝克勒尔(Becqurel)发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。1876年亚当斯等在硒片上发现固态光伏效应。1941年奥尔在硅上发现光伏效应。1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。1959年第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%1960年硅太阳电池首次实现并网运行。1990-1998年，砷化镓太阳能电池和单晶硅电池效率分别达到32%和24.7%，德国、美国和荷兰分别提出光伏屋顶计划世界近10年来太阳电池年增长率和累计用量年份1995199619971998199920002001200220032004年产量0.0780.0890.1260.1550.2010.2870.3910.5610.7441.2年增长率(％)11.814.24223.13042.935.74432.561.2累计用量(GW)0.5770.6650.7910.9461.1471.4351.8252.3873.1314.331200417年份国家(地区)19901991199219931994199519961997199819992000美国14.817.118.122.425.632.441.053.158.262.474.8日本16.819.918.618.717.519.520.534.047.586.0128.7欧洲10.213.416.416.521.620.629.328.535.839.760.7其它4.75.04.84.46.07.58.59.416.319.223.5总计46.555.457.962.070.781.099.3125157.4207.3287.7太阳电池世界主要国家和地区生产情况18中国太阳电池生产和累计安装量增长情况0100002000030000400005000060000197619801985198819901992199419981999200020022003YearPVKWpAnnualKWpInst.KWp19世界PV市场需求20电池片技术进步、硅片厚度和转化率21晶体硅主流先进生产技术：效率、规格、厚度等22在可预见的将来(5－10年内)PV仍是晶体硅的天下23美国各州2005年PV补贴情况24美国一个中等州（宾州）远期PV容量252.1.5太阳能光伏发电优缺点(1)优点结构简单，体积小且轻易安装和运输，建设周期短容易启动，维护简单，随时使用，保证供应清洁安全无噪声可靠性高，寿命长太阳能无处不在应用范围广降价速度快，能量偿还时间正在缩短缺点能量分散，占地面积大间歇性大地域性强262.1.6太阳能光伏发电应用(1)独立系统太阳能空间电站人造卫星光伏电源独立光伏电站(5-500kW)风光混合电站(5-500kW)风光油混合电站(5-1000kW)家用光伏电源系统(30-3000kW)信号灯、航标灯光伏电源电视卫星地面接收站光伏电源光纤微波通信中继站光伏电源阴极保护光伏电源空调制冷机光伏电源272.1.6太阳能光伏发电应用太阳能路灯哈勃太空望远镜上的太阳能电池282.1.6太阳能光伏发电应用(2)独立系统光伏水泵光伏船艇光伏汽车光伏充电器军用光伏电源联网发电集中联网光伏发电分布式联网光伏发电系统(屋顶式，3-5kW)太阳能充电器292.1.6太阳能光伏发电应用太阳能车气象站用太阳能发电302.1.6太阳能光伏发电应用(3)微功率系统光伏收音机光伏钟表光伏计算器光伏玩具光伏教具光电探测器光伏照相机光伏医疗仪器可见光、近红外光光伏探测器各种光伏开关光伏照度计人造卫星上太阳能电池图为神舟五号卫星神舟六号载人飞船太阳能帆板322.1.7中国的光伏发电(1)1958年单晶硅太阳电池研制成功1971年卫星太阳电池供电1977年中国光伏电池产量1.1kW，价格200元/W1979年9月中国太阳能学会成立，《太阳能学报》和《太阳能》出版1995年起实施全球环境基金资助的项目中国“光明工程”2000年光伏电池的效率达到7-23%1997年国家制定新能源可再生能源产业发展规划（1998-2015）2002年西部无电省通电工程光伏电站建设项目“乡乡通工程”启动