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1新能源与材料工程系《太阳能光伏学》课程教学大纲（统招专科）适用专业：光伏材料加工与应用技术二○一○年八月2《太阳能光伏学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号课程名称太阳能光伏学课程英文名称PhotovoltaicsofSolarcells总学时数42授课学时36实践学时6实验学时习题课学时设计学时学分3开课单位江西蓝天学院新能源与材料工程系适用专业统招专科：光伏材料加工与应用先修课程大学物理课程类别职业技术模块选用教材郭连贵主编的《太阳能光伏学》（自编教材，出版中）主要教学参考书1、杨金焕主编的《太阳能光伏发电应用技术》，电子工业出版社，2009。2、伟纳姆（澳）主编、狄大卫翻译的《应用光伏学》，上海交通大学出版社，2008。3、赵争鸣主编的《太阳能光伏发电及其应用》，科学出版社，2007。4、杨德仁主编的《太阳电池材料》，化学工业出版社，2008。本课程任务和目的《太阳能光伏学》是材料类专业研究太阳能光伏发电技术的一门专业必修课。开设本课程的目的是使学生获得必要的太阳能光伏发电技术的基本理论、基本知识和基本技能，为从事光伏方向的技术工作，学习后续课程打下基础。其任务是使学生掌握太阳电池材料的制备技术、表征手段以及太阳能光伏系统的设计与国民经济各领域的应用，能够进行基本的太阳电池性能测试及太阳电池组件封装，并具备太阳能光伏系统优化设计的技能和简单独立光伏系统的典型应用。教学大纲制订单位材料系材料科学与工程教研室教学大纲制订时间2010-8-5二、课程内容及基本要求第一章：太阳能及其利用概述课程内容：1、能源的四种分类方式以及人类利用能源的历程；能源危机的由来以及开发利用可再生能源（如太阳能）对于缓解能源危机的重要意义。2、化石燃料利用引起的全球“温室效应”后果以及开发利用可再生能源（如太阳能）对于保护生态环境的重要意义。33、全球无电人口的现状以及开发利用可再生能源（如太阳能）对于促进经济发展、改善民生的重要意义。4、太阳能资源“取之不尽、用之不竭”的原因以及太阳辐射能进入地球的吸收情况。5、太阳常数的定义；太阳辐射的性质以及太阳辐射光谱的分布；大气质量的定义以及大气透明度对太阳辐射的影响。6、世界太阳能资源分布情况以及中国太阳能资源分布情况。※7、近代人类利用太阳能的7个阶段。8、太阳能利用的4种基本方式：光热利用、光电利用、光化利用及光生物利用。9、太阳能光伏发电相比于传统发电的优缺点。※10、世界太阳能光伏产业的发展状况：包括太阳电池生产情况、光伏市场发展情况、光伏技术进步情况以及各国出台的光伏产业扶持计划。※11、中国太阳能光伏产业的发展状况：包括太阳电池生产情况、光伏市场发展情况以及光伏产业发展面临的各种挑战。基本要求：1、掌握太阳能的利用方式及太阳能光伏发电的优缺点，从而增强信心，大力发展太阳能光伏产业。2、理解开发利用太阳能对人类社会发展的重要意义；理解太阳能资源“取之不尽，用之不竭”的原因；理解太阳辐射的光谱特点及太阳能资源在全世界的分布状况。3、了解目前人类使用的能源类别及能源的供需情况现状，主要是能源危机；了解近代人类利用太阳能的历程；了解当前世界及中国太阳能光伏产业的发展状况。本章重点:能源分类及能源危机；“温室效应”及环境保护；太阳能的利用方式；太阳能光伏发电的优缺点。本章难点：太阳能资源“取之不尽、用之不竭”的原因；太阳辐射的性质以及太阳辐射光谱的分布；地面太阳辐射的估算。第二章：太阳电池的工作原理及其特性课程内容：1、半导体的特性：温敏特性、掺杂特性及光敏特性。42、半导体的能带结构：导带、价带及禁带。3、N型半导体的概念及P型半导体的概念；P-N结的形成。4、光伏效应及太阳电池的工作原理。5、太阳电池的电特性，包括等效电路、伏安特性曲线、最大功率、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率。6、太阳电池的外特性，包括光谱响应及温度特性。7、太阳电池的标准测试条件。8、太阳电池伏安特性测试原理、测试仪器与装置及测试步骤。9、太阳电池光谱响应测试原理及测试步骤。基本要求：1、掌握半导体的特性及其能带结构；掌握P-N结的形成；掌握光伏效应及太阳电池的工作原理。2、理解N型半导体的概念及P型半导体的概念；理解太阳电池的电特性及外特性；理解太阳电池伏安特性测试原理及光谱响应测试原理。3、了解太阳电池的标准测试条件；了解太阳电池伏安特性测试步骤及光谱响应测试步骤。本章重点：光伏效应及太阳电池的工作原理；太阳电池的电特性及外特性；太阳电池的伏安特性测试及光谱响应测试。本章难点：半导体的特性及其能带结构；P-N结的形成。第三章：太阳电池的制备及其结构课程内容：1、太阳电池的分类方法（按电池材料、电池结构及技术成熟程度）。2、晶体硅太阳电池的提纯过程（西门子法、硅烷热分解法及冶金法）。3、晶体硅太阳电池的拉棒过程（单晶硅的直拉单晶法及区熔法、多晶硅的铸造法及硅带法）。4、晶体硅太阳电池的切片过程（包括切断、滚圆及切片）。5、晶体硅太阳电池的制电池过程（包括硅片的选择、硅片的表面处理、扩散制结、去除背结、制作上下电极、腐蚀周边、蒸镀减反射膜及检验测试）。6、晶体硅太阳电池的封装过程（包括封装结构、材料及其工艺流程）。7、薄膜太阳电池的优点及其种类。8、非晶硅薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。59、多晶硅薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。10、砷化镓薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。11、CdTe和CdS薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。12、CIS和CIGS薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。13、染料敏化纳米薄膜太阳电池的基本性质、制备及其结构。※14、第三代太阳电池（叠层太阳电池、量子点电池、多能带电池、热载流子电池、多载流子电池、热光伏电池等）。基本要求：1、掌握晶体硅太阳电池的制造过程（提纯过程、拉棒过程、切片过程、制电池过程、封装过程）。2、理解各类薄膜太阳电池材料（非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、砷化镓薄膜、CdTe和CdS薄膜、铜铟（镓）硒薄膜、燃料敏化纳米薄膜）的基本性质、制备过程及电池结构。3、了解太阳电池的分类；了解第三代太阳电池的概念及其典型代表。本章重点：晶体硅太阳电池的制造过程。本章难点：各类薄膜太阳电池材料的基本性质、制备过程及电池结构。第四章：太阳能光伏发电系统概述课程内容：1、太阳能光伏发电系统的基本组成及其工作原理。2、太阳能光伏发电系统的种类（独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及混合光伏发电系统）。3、太阳电池方阵的连接方法；二极管在太阳电池方阵中的作用；太阳电池方阵的安装方式。4、蓄电池的基本构造和工作原理；蓄电池的充放电特性。5、控制器的基本构成；控制器对蓄电池充放电控制的工作原理。6、逆变器的工作原理；光伏并网逆变器及其孤岛效应。基本要求：1、掌握太阳电池方阵、蓄电池、控制器及逆变器在太阳能光伏发电系统中的作用及其工作原理。2、理解太阳能光伏发电系统的种类（独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及混合光伏发电系统）。63、了解太阳能光伏发电系统的基本组成及其工作原理。本章重点：太阳电池方阵、蓄电池、控制器及逆变器在太阳能光伏发电系统中的作用及其工作原理。本章难点：二极管在太阳电池方阵中的作用；蓄电池的工作原理及其充放电特性；孤岛效应。第五章：太阳能光伏发电系统的设计课程内容：1、太阳能光伏发电系统的设计，包括容量设计和硬件设计。2、太阳能光伏发电系统容量设计的步骤；3、负载用电量的的估算（列出基本数据并确定负载功率）。4、蓄电池容量的设计（设计基本原理、蓄电池容量计算及蓄电池组的连接）。5、太阳电池方阵的设计（太阳日辐射量的计算、方阵最佳倾角及方阵容量的设计）。※6、太阳能光伏发电系统的硬件设计（包括电缆的选取、供电系统的基础建设、方阵支架设计、接地和防雷设计）。※7、太阳能光伏发电系统的一些设计软件（PV*SOL、RETSCREEN、PVSYST、SunnyDesign、SolarPro、上海电力学院设计软件）。基本要求：1、掌握蓄电池容量的设计；掌握太阳电池方阵容量的设计。2、理解太阳能光伏发电系统的设计内容；理解太阳能光伏发电系统容量设计的步骤；理解负载用电量的的估算。3、了解太阳能光伏发电系统的硬件设计；了解太阳能光伏发电系统的一些设计软件。本章重点:蓄电池容量的设计及太阳电池方阵容量的设计。本章难点：蓄电池容量计算及蓄电池组的连接；太阳日辐射量的计算、方阵最佳倾角及方阵容量的设计。第六章：太阳能光伏发电系统的应用课程内容：1、独立光伏发电系统在户用领域的应用。2、独立光伏发电系统在光伏水泵系统中的应用。3、独立光伏发电系统在消费性电子产品中的应用。74、独立光伏发电系统在光伏照明系统中的应用。5、独立光伏发电系统在交通工具电源中的应用。6、独立光伏发电系统在自动化监控系统中的应用。7、独立光伏发电系统在通信基站领域中的应用。8、独立光伏发电系统在声屏障系统中的应用。9、并网光伏发电系统在分布式屋顶中的应用。10、并网光伏发电系统在集中式光伏电站中的应用。11、风光互补混合光伏系统的应用。12、光伏组件特殊应用—光伏建筑一体化（BIPV）（BIPV的概念、分类、特点、设计及其在国内外应用现状）。13、太阳电池在太空领域的应用。※14、太阳能光伏发电系统的一些典型工程应用（如广州地区太阳能路灯、浙江慈溪天和家园小区43kWp屋顶并网光伏系统、西藏羊八井100kWp并网光伏电站、洛阳中硅研发楼BIPV）。基本要求：1、掌握独立光伏发电系统在户用领域、照明系统、交通工具电源系统中的应用；掌握并网光伏发电系统在分布式屋顶光伏系统及集中式大型光伏电站中的应用；掌握光伏组件的特殊应用—光伏建筑一体化（BIPV）。2、理解独立光伏发电系统在光伏水泵系统、消费性光伏电子产品、自动化光伏监控系统、通信基站光伏系统、光伏声屏障系统中的应用；理解风光互补混合光伏系统的应用及太阳电池在太空领域的应用。3、了解太阳能光伏发电系统的一些典型工程应用。本章重点：独立光伏发电系统及并网光伏发电系统在日常生活领域中的应用。本章难点：光伏组件的特殊应用—光伏建筑一体化（BIPV）。三、实践环节及基本要求本课程是一门理论性与实践性都很强的一门课程，为保证课程的教学质量，开设以下三个实验课，以利于学生对理论的理解，激发学生的学习兴趣，同时获得一门实用技术。8实验一：太阳电池性能测试实验项目性质：验证性实验。实验目的及要求：1、学会伏安特性测试仪的操作。2、掌握太阳电池伏安特性曲线的分析方法，并会根据伏安特性曲线计算相关性能参数（如太阳电池的最大功率、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等）。实验二：太阳电池组件封装实验项目性质：演示性实验。实验目的及要求：1、学会将单体太阳电池连接封装成可发电的组件。2、掌握太阳电池封装的材料及基本工艺流程。实验三：简单独立光伏系统的设计实验项目性质：设计性实验。实验目的及要求：1、学会使用一些典型的光伏系统设计软件（如RETSCREEN），并学会将太阳电池组件、蓄电池、控制器及逆变器连接组成简单的独立光伏发电系统。2、掌握蓄电池容量设计的方法及太阳电池方阵容量设计的方法。四、学时分配表：教学环节教学时数课程内容讲课实验实践习题课讨论课设计其他小计第一章：太阳能及其利用概述44第二章：太阳电池的工作原理及其特性628第三章：太阳电池的制备及其结构122149第四章：太阳能光伏发电系统概述44第五章：太阳能光伏发电系统的设计628第六章：太阳能光伏发电系统的应用44共计36642五、课程教学的有关说明1、自学内容：对于以上注有“※”符号的章节为学生自学内容，教师可略讲或不讲。2、教学方法：（1）本课程既是一门理论性很强又是一门与实践结合紧密的课程，因此在教学过程中一是要突出基本概念、基本原理和光伏系统设计方法的讲解；二是要尽量结合独立光伏系统及并网光伏系统在国民经济各个领域的典型应用来增强学生对理论的理解；三是要求学生认真上好实验课。（2）本课程运用多媒体教学特点，开发仿真电子课件，进行形象、直观教学。3、对学生的能力培养要求：要使学生通过对本课程的