太阳能光伏发电与控制技术.ppt

第4章太阳能、光伏发电与控制技术机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术机械工业出版社2第4章 太阳能、光伏发电与控制技术4.1 太阳的辐射及太阳能利用 4.2 光伏发电原理与太阳能电池4.3 光伏发电系统的MPPT控制技术4.4 独立式光伏发电系统4.5 并网式光伏发电系统4.6 光伏发电的前景与经济技术评价主要内容机械工业出版社3第4章 太阳能、光伏发电与控制技术44.1太阳的辐射及太阳能利用 4.1.1太阳的辐射1. 太阳的概况机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术是太阳系的中心天体，离地球最近的恒星直 径约为1.39×106 km，质量约为2.2×l027 t，为地球 质量的3.32×105倍，它的质量是整个太阳系的 99.865%，体积则比地球大1.3×106倍，平均密度为 地球的1/4，主要组成气体：氢80%、氦19%，核心 为氢聚合氦的核聚变反应活动52. 太阳的结构机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术从中心到边缘可分为：核反应区辐射区对流区太阳大气6地球绕太阳运行示意图 3. 太阳活动机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术7太阳辐射是地球表层能量的主要来源。

地面辐射的时空变化特点是：① 全年以赤道获得的辐射最多，极 地最少这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的气温产生差异 ，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；② 太阳辐射夏天大冬天小 ，它导致夏季温度高而冬季温度低4. 太阳的辐射地区太阳日平均辐射强度kWh/(m2·d) W/m2 热带、沙漠5－6210－250温带3－5130－210阳光较少地区（北欧、近极地） 2－3 80－130 不同地区太阳平均辐射强度机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术8太阳辐射到地球大气层上届的能量为173000TW，相当于500万t标煤 /Sec，仅占其总辐射量的22亿分之一机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术地球上的能流（单位：106MW、即TW）94.1.2 太阳能的转换与利用机械工业出版社太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利用，太阳 能的转换与利用包括了太阳能的采集、转换、储存、传输与应 用等方面广义的太阳能包含范围及其广阔；狭义的仅限于太阳辐射产 生的光热、光电、光机、光化学的直接转换1.太阳能的光热采集平板集热器真空管集热器聚光集热器第4章 太阳能、光伏发电与控制技术10机械工业出版社（1）太阳能――热能转换，并以热能形式贮存（2）太阳能――电能转换，并以电能形式贮存（3）太阳能――氢能转换，并以氢能形式贮存（4）太阳能――生物质能转换，并贮存于生物 质（5）太阳能－－机械能转换，并以机械 能形式贮存第4章 太阳能、光伏发电与控制技术2. 太阳能的转换 11机械工业出版社（1） 热能储存1）显热储存，利用材料的显热储能2）潜热储能，利用材料在相变的潜热储能3）化学储能，利用化学反应储热4）塑晶储热，利用塑晶材料储能5）太阳池储热，利用具有一定盐浓度梯度的盐水池储能第4章 太阳能、光伏发电与控制技术3. 太阳能的储存 12机械工业出版社（2） 电能储存利用蓄电池、超级电容以及超导材料实现电能的储能 。

第4章 太阳能、光伏发电与控制技术（3） 氢能储存利用气相、液相、固相或化合物形式将太阳能转换成 氢能并实现储能4） 机械能储存（飞轮磁悬浮储能）利用热力学原理将太阳能转换成为机械能并以飞轮的 形式实现储能其中：飞轮磁悬浮储能是一种先进的物 理储能方式具有：功率大、容量大、效率高；动态特 性好，响应速度快，可瞬间充放电；安全可靠、绿色环 保、寿命长（不小于25年)等优点 13机械工业出版社应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输， 或者将太阳能转换成其他形式的能量进行间接传输第4章 太阳能、光伏发电与控制技术4. 太阳能的传输5. 太阳能的利用（1）太阳辐射的热能利用 （2）太阳能光热利用（3）太阳能热发电（4）太阳能综合利用（5）太阳能光伏发电技术14机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术6. 太阳能应用史太阳能综合利用技术得到前所未有的快速发展，大约经 历了以下7个阶段：第一阶段（1900～1920年）：研究重点是太阳能动力装置，应用目的较 明确，开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达 73.64 kW，但造价很高 ；第二阶段（1920～1945年）：研究处于低潮，参加人数和研究项目大为 减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战有关，太阳 能不能解决当时对大规模能源的急需；第三阶段（1945～1965年）：二战后的20年间出现了石油、天然气资源 的匮乏，从而再次推动了太阳能的研究与应用，成立了国际太阳能学术组织 ，重新兴起太阳能研究热潮 ；•第四阶段（1965～1973年）：太阳能光伏发电起步，但研究 工作停滞不前。

主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段、 尚不成熟，并且投资大、效果不理想、难以与常规能源竞争 ，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持 ；•第五阶段（1973～1980年）：1973年10月爆发中东战争，欧 派克采取石油减产、提价等办法，导致了世界范围的“能源 危机”（也称“石油危机”）使人们认识到：现有的能源结 构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡，从而使许多 国家、尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其他可 再生能源技术发展的支持，在世界范围内再次兴起了开发利 用太阳能热潮；•第六阶段（1980～1992年）：太阳能利用进入80年代又开 始回落，逐渐进入低谷主要原因是：原油价格大幅回落 ，而太阳能产品价格居高不下，技术没有重大突破，缺乏 竞争力；太阳能提高效率和降低成本的目标没有实现； •第七阶段（1992～今）：1992年联合国在巴西召开“世界 环境与发展大会”，通过了《里约热内卢环境与发展宣言 》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一框架，确立 了可持续发展的模式1996年，联合国在津巴布韦召开“ 世界太阳能高峰会议”，发表了《哈拉雷太阳能与持续发 展宣言 》，讨论了《世界太阳能10年行动计划（1996～ 2005年） 》等重要文件，使太阳能研究与利用走出低谷 ，并逐渐得到加强。

17太阳能应用（家庭）机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术18机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术19太阳能应用（公共建筑）机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术20机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术21太阳能发电幕墙机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术22机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能供电的高层立体停车场23太阳能应用（光伏发电站）光伏发电站-1机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术24光伏发电站-2机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术25机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术光伏发电站-326机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术27太阳能应用（太阳能汽车）机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术28机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术29机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术30其他太阳能应用（路灯、草坪灯、太阳帽等）机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术31机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术32机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术334.2 光伏发电原理与太阳能电池光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳 能电池将太阳的光能直接转化为电能。

机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术344.2.1 太阳能电池（Solar Cell）原理太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效 应（Photovoltaic Effect），将太阳辐射直接转 换为电能所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后 ，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度 发生变化，由此产生出电流和电动势的效应 在气体、液体和固体中均可产生这种效应，而 半导体光伏效应的效率最高机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术35一般半导体硅材料的结构 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术36P型半导体机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术37N型半导体 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术38太阳能电池晶片 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术39太阳能电池晶片受光的物理过程 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术404.2.2 太阳能电电池的发发展与分类类太阳能电电池是由太阳能电电池晶片组组成的 光伏发电发电 基本元件主要有单单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜 电电池等几种类类型，单单晶硅和多晶硅太阳能电电 池用量最大，非晶硅太阳能电电池用于一些小 系统统和计计算器辅辅助电电源等。

机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术411. 太阳能电池的发展史1839年法国物理学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应，简称 为光伏效应；1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒的光伏效应，并制作了第 一片硒太阳电池； 1921年爱因斯坦因解释了关于光电效应的理论而获得了诺贝尔（ Nobel）物理奖；1958年第一个光伏电池供电的卫星发射；2000年世界太阳能电池年产量超过287.7 MW；安装超过1000 MW ，标志太阳能时代的到来； 2004年我国太阳能电池产量达50 MW以上机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术422. 太阳能电池的分类太阳能电池主要有以下几种类型：（1）单晶硅太阳能电池（2）多晶硅太阳能电池（3）非晶硅太阳能电池（4）其他形式：碲化镉太阳能电池、铜铟硒太阳能 电池、有机薄膜太阳能电池等机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术43其中Iph为光生电流， ID为暗电流， IL为光伏电池输 出的负载电流， UOC为光伏电池的开路电压，RL为负载 电阻，Rs为串联电阻， Rsh为旁路电阻 光伏电池等效电路机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术4.2.3 太阳能电池与光伏阵列的特性1. 光伏电池（Soler Cell）的电特性44光伏电池等效电路中各变量关系 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术45光伏电池的伏安特性机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术2. 光伏电电池的伏安特性46光伏电池串联后的伏安特性机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术3. 光伏阵列（Photovoltaic Array ）及其输出特性47光伏电池并联后的伏安特性机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术48光伏阵列的输出负载特性机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术49典型的光伏发电系统 1. 太阳能光伏发电系统的构成机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术4.2.4 光伏发电系统的构成与分类 50太阳能光伏发电系统的构成（1）太阳能电池组件：由太阳能电池（也称光伏电池）按照系统的需要串 联或并联而组成的矩阵或方阵，在太阳光照射下将太阳能转换成电能，它 是光伏发电的核心部件。

（2）充放电控制器、逆变器 本部分除了对蓄电池或其他中间蓄能元件进行 充放电控制外，一般还要按照负载电源的需求进行逆变，使光伏阵列转换 的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用 （3）蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元件如超导、超 级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能储存起来，以使无光照时也 能够连续并且稳定的输出电能，满足用电负载的需求 机械工业出版社第4章 太阳能、光伏发电与控制技术512. 光伏发电系统的分类（1）小型太阳能供电系统（Sma。