光伏發(fā)電知識(shí)點(diǎn)匯總

簡(jiǎn)述太陽(yáng)能光伏發(fā)電李云峰電力電子與電力傳動(dòng)2太陽(yáng)能光伏發(fā)電的背景與意義光伏發(fā)電的歷史、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r光伏發(fā)電的概念，系統(tǒng)的構(gòu)成光伏電池及其特性光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類、運(yùn)用光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)問題光伏發(fā)電的前景展望目錄能源是人類社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源。隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，綠色可再生能源得到迅猛的發(fā)展。近十年來(lái)，太陽(yáng)能光伏(Photovoltaic，PV)發(fā)電技術(shù)得到了各國(guó)的不斷關(guān)注，已經(jīng)成為利用太陽(yáng)能的主要方式之一。開展太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究，對(duì)于緩解能源和環(huán)境問題，改善能源消耗結(jié)構(gòu)，提高分布式發(fā)電系統(tǒng)性能，開拓光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。3背景與意義①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈；③不受地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；例如，無(wú)電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；④無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；且太陽(yáng)能電池的主要原材料——硅的儲(chǔ)量非常豐富，隨著太陽(yáng)能電池研究的快進(jìn)程和轉(zhuǎn)化效率的不斷提高，光伏發(fā)電的成本也跟著下降，太陽(yáng)能作為一種具有巨大開發(fā)價(jià)值的新能源，世界各國(guó)都對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)解決人類的生態(tài)環(huán)境和能源的供應(yīng)問題抱以了很大的期望，并給予了巨大的支持，全球的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。4太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有的優(yōu)點(diǎn)1839年

法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”?！ぁぁぁぁぁぁ?932年奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽(yáng)電池。1954年恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽(yáng)電池，效率為6%?！ぁぁぁぁぁぁ?978年美國(guó)建成100kWp太陽(yáng)地面光伏電站。1990年

德國(guó)提出“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”，每個(gè)家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。1997年美國(guó)提出“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”。1997年日本“新陽(yáng)光計(jì)劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。1997年

歐盟計(jì)劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池。5光伏發(fā)電的歷史6根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至到2013年12月末，中國(guó)光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量達(dá)到10.66GW，光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到17.16GW。其中，大規(guī)模光伏電站累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到11.18GW，分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)5.98GW。中國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)分布在30個(gè)省、直轄市、自治區(qū)，累計(jì)裝計(jì)容量排在前五位的省級(jí)地區(qū)依次為青海、甘肅、新疆、寧夏、內(nèi)蒙。其中，青海光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)約占全國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)的19%。

根據(jù)最新北美光伏市場(chǎng)季度報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2013年美國(guó)太陽(yáng)能光伏新安裝量創(chuàng)紀(jì)錄地達(dá)到4.2GW，比2012年增長(zhǎng)15%，成為繼亞太之后全球第二大光伏市場(chǎng)。2013年美國(guó)光伏市場(chǎng)主要由大型電站項(xiàng)目主導(dǎo)，在新增項(xiàng)目中占比超過(guò)80%。其中地面電站達(dá)到3GW。大型屋頂項(xiàng)目的需求量超過(guò)了500MW，與前幾年水平相當(dāng)。包括住宅及小型非住宅在內(nèi)的小型光伏電站2013年新增需求近700MW，比2012年增長(zhǎng)十個(gè)百分點(diǎn)。其中超過(guò)75%的需求均來(lái)自住宅屋頂項(xiàng)目。加利福尼亞仍居美國(guó)光伏市場(chǎng)產(chǎn)能首位。國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀7德國(guó)：正在放緩新能源腳步，根據(jù)聯(lián)邦太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)BSW-Solar發(fā)布的報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2013年德國(guó)全年新裝光伏系統(tǒng)3.3GW。受到默克爾政府補(bǔ)貼刪減幅度超過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)跌價(jià)速度的影響，德國(guó)太陽(yáng)能光伏新裝機(jī)量不到去年的一般，但德國(guó)太陽(yáng)能光伏裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到的令人驚訝的數(shù)字。日本：太陽(yáng)能瘋狂進(jìn)行時(shí)，10GW（總裝機(jī)量）俱樂部新成員

。據(jù)最新資料指出，2013年中國(guó)光伏組件對(duì)日出口額約22億美元，占比22%，日本躍居首位，成為中國(guó)光伏組件最大出口國(guó)。印度：“計(jì)劃”中的太陽(yáng)能事業(yè)宏圖

。作為一個(gè)極度缺電的人口大國(guó)，印度至今仍有3億人口生活在無(wú)電的狀態(tài)。對(duì)電力極度渴望，印度制定了一項(xiàng)項(xiàng)長(zhǎng)期規(guī)劃。然而卻由于一次次的執(zhí)行推延，計(jì)劃始終流于紙面。為了實(shí)現(xiàn)到2020年單位GDP排放水平比2005年降低20%~25%的目標(biāo)，印度規(guī)劃了2022年裝機(jī)量達(dá)到20GW的目標(biāo)。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板（光伏陣列）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件。所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。8太陽(yáng)能光伏發(fā)電的概念光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能光伏陣列，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成9光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成太陽(yáng)能光伏陣列：是由多個(gè)單體光伏電池串、并聯(lián)封裝后組成的。是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的核心。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。蓄電池組：其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。逆變器：是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。跟蹤系統(tǒng)：根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽(yáng)所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽(yáng)位置存儲(chǔ)到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，也就是靠計(jì)算太陽(yáng)位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。確保太陽(yáng)能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng)，使發(fā)電效率達(dá)到最佳狀態(tài)。10部分設(shè)備的作用光伏電池是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成，它是一種能將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器件。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽(yáng)能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。11光伏效應(yīng)：指物體吸收光能后，其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的電流和電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)。單晶硅光伏電池：?jiǎn)尉Ч韫夥姵厥情_發(fā)較早、轉(zhuǎn)換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏電池。但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率在我國(guó)已經(jīng)平均達(dá)到16.5%,而實(shí)驗(yàn)室記錄的最高轉(zhuǎn)換效率超過(guò)了24.7%。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。多晶硅光伏電池：是以多晶硅材料為基體的光伏電池。由于多晶硅材料多以澆鑄代替了單晶硅的拉制過(guò)程，因而生產(chǎn)時(shí)間縮短，制造成本大幅度降低。但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。非晶硅光伏電池：非晶硅太陽(yáng)電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)電池，它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同，工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。光伏電池及其特性12太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類獨(dú)立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。獨(dú)立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽(yáng)能戶用電源系統(tǒng)，通信信號(hào)電源、陰極保護(hù)、太陽(yáng)能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。用戶太陽(yáng)能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。交通領(lǐng)域如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等13太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。