太阳能热利用概论幻灯片.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,太阳能光伏发电系统,使用教材：,何道清等,.,太阳能光伏发电系统原理与应用技术,.2012.,参考书籍：,1.,杨金焕,.,太阳能光伏发电应用技术,.,北京：电子工业出版,社，,2009.,2.,周志敏、纪爱华,.,太阳能光伏发电系统设计与应用实例,.,北京：电子工业出版社，,2010.,3.,谢建、马永刚,.,太阳能光伏发电工程实用技术,.,北京：化,学工业出版社,2010.,4.,沈辉、曾祖勤,.,太阳能光伏发电技术,.,北京：化学工业出,版社，,2004.,5.,王长贵、王斯成,.,太阳能光伏发电实用技术,.,北京：化学,工业出版社，,2010.,6.,太阳能光伏发电技术相关网站,太阳能光伏发电系统,教学内容和重点：,太阳及太阳能；,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、,安装、使用和维护,；,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；,光伏发电系统的,组成、设计、安装调试及运行维护；,实验,/,实训。,考核方法（参考）：,课程成绩,=,平时,(20%)+,期末考试,(80%),。,第,1,章 太阳能光伏发电系统概论,国务院常务会议审议并原则通过,国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定,，七个产业被纳入战略性新兴产业规划。,(2010.9.8),节能环保产业：为节约资源、保护环境提供技术、装备和服务保障的产业；,高端装备制造产业：包括我国高速铁路等技术等；,生物产业：包括生物医药和生物农业等；,新材料产业：包括以纳米材料为代表的新材料的应用等,新能源汽车：包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和,太阳能汽车,等；,新能源产业：,太阳能,、地热能、,风能,、海洋能、生物质能和核聚变能等的发现和应用；,新一代信息技术产业：互联网、云计算为技术基础的一些新兴平台。,第,1,章 太阳能光伏发电系统概论,太阳能光伏发电系统：,太阳,太阳能,太阳能电池,蓄电池,控制器,逆变器,光伏发电系统,+,风光互补发电系统,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,1.1.1,世界能源危机日益加剧,能源需求量日益增加，化石能源的储量有限,能源危机,中国及世界主要常规能源储量预测,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,1.1.2,自然生态环境日趋恶化,能源消耗增加,自然生态破坏、人造气体增加,环境恶化（吸收,713m,辐射能,，阻碍,地球,能量的正常逃逸,）。,温室效应,图,1-1,当地球和太阳都被视为黑体时，地球吸收和向外辐射的光谱能譜分布,（图中两条曲线的峰值已被归一化处理，并且水平轴坐标尺度是对数尺度）,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,1.1.3,常规电网的局限性,电网输电到边远地区困难；,电力供应不足；,1.1,太阳能光伏发电的重要意义,寻求新能源,太阳能利用的主要形式,1.2,太阳能光伏发电原理及特点,1.2.1,太阳能光伏发电原理,太阳能电池就是一块大面积的p-n结,，,基于,光生伏特效,应,，将,光能,转化为,电能,。转换效率,15%,左右。,图,1-2,太阳能电池的发电原理和结构,1-,栅线电极；,2-,减反射膜；,3-,扩散区；,4-,基区；,5-,底电极,1.2,太阳能光伏发电原理及特点,1.2.2,太阳能光伏发电的特点,1.,优点：,（,1,）太阳能资源取之不尽，用之不竭；,（,2,）太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输,送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。,（,3,）光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电,能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。,（,4,）光伏发电本身不使用燃料，绿色、环保；,（,5,）光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的,荒漠戈壁上；光伏,-,建筑一体化发电系统，不需要单独占,地，节省土地资源；,1.2,太阳能光伏发电原理及特点,1.2.2,太阳能光伏发电的特点,1.,优点：,（,6,）光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。,（,7,）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（,30,年以上）,（,8,）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于,运输和安装。,太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有,永久性,、,清洁性,和,灵活性,三大优点。,1.2,太阳能光伏发电原理及特点,1.2.2,太阳能光伏发电的特点,2.,缺点,（,1,）能量密度低（,1kW/m,2,）；,（,2,）占地面积大。,（,3,）转换效率低，晶体硅光伏电池为,13%,17%,，非晶,硅光伏电池只有,6,8%,；,（,4,）间歇性工作；,（,5,）受气候环境因素影响大；,（,6,）地域依赖性强；,（,7,）系统成本高，太阳能电池组件,2,美元,/W,；,（,8,）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3.1,太阳能光伏发电系统的组成,1.,独立太阳能光伏系统的构成,图,1-3,独立太阳能光伏系统构成,1.3,光伏发电系统的组成与应用,独立光伏发电系统目前面临以下三个问题：,（,1,）能量密度和整体利用效率较低，前期投资较大；,（,2,）独立发电系统的储能装置,-,铅酸蓄电池初始成本高,（占,25%,左右），运行成本也大；,（,3,）,供电稳定性、可靠性差,。,图,1-4,户用光伏发电系统,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3.1,太阳能光伏发电系统的组成,2.,并网太阳能光伏发电系统,图,1-5,并网型太阳能光伏发电系统工作原理,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3.1,太阳能光伏发电系统的组成,2.,并网太阳能光伏发电系统,图,1-5,并网型太阳能光伏发电系统,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3.1,太阳能光伏发电系统的组成,2.,并网太阳能光伏发电系统,图,1-5,并网型太阳能光伏发电系统,3,光伏水泵系统,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3,光伏发电系统的组成与应用,1.3.2,太阳能光伏发电技术的应用与发展历程,1.,太阳能光伏发展的历程,光伏效应（贝克雷尔，,1839,）,Se,光伏效应（,1877,）,硅太阳电池（贝尔实验室，,1945,）,单晶硅太阳电池（贝,尔实验室，光电转换,6%,，,1954,）,能源危机，光伏计划,（,1974,）,成本降低，实际应用。,中国,1975,年起步，发展迅速，,国务院关于加快培育和,发展战略性新兴产业的决定,将,新能源产业：,太阳能、地,热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等的发展和应,用纳入七个战略性新兴产业规划中（,2010.9.8,）。,2.,国际太阳能光伏发电技术的发展历程,光伏效应（,1839,年）,硅太阳能电池（,1954,年）,光伏,发电技术及其应用。,能源危机是世界性问题；,阳光计划，全球开发太阳能；,光伏厂商,4600,余家；,美国,“,国家光伏计划,”,，太阳能路灯每盏年节电,800,kW,h,；,日本计划普及太阳能住宅发电系统，建筑,-,光伏,(BIPV),一体化；,欧洲“尤里卡”计划，推出“,10,万套工程计划”；,全球太阳能产业年增幅,15%,。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,3.,我国光伏发电产业的发展历程,1959,年研制成功第一个太阳能电池。,1971,年,3,月首次应用,于我国第二颗人造卫星。,1973,年开始在地面应用太阳能电,池，,1979,年开始生产单晶硅太阳能电池。,20,世纪,80,年代中、,后期，引进国外太阳能电池生产线或关键设备，初步形成,生产能力达到,4.5MW,的太阳能光伏产业。,20,世纪,90,年代,中、后期，光伏发电产业进入稳步发展时期，,2010,年，我,国太阳能电池产量达,5635MW,，占全球的,40,以上。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,3.,我国光伏发电产业的发展历程,2002,年启动西部省区无电通电计划（风能、光能利用）,2003,年“光明工程”，筹资,100,亿推进光伏技术应用；,单晶硅市场份额占世界,25%,；,光伏产业年增幅,30%,；,光伏产能：,139MW(2005),400MW(2006),1180MW(2007),5635MW,（,2010,）,占全球的,40,以上。,太阳能电池价格：,40,元,/W(2000),33,元,/W(2003),27,元,/W(2004),12,元,/W(,目前,),；,太阳能电价：,35,元,/kWh,1,元,/kWh,(2011.8,）,1.3,光伏发电系统的组成与应用,3.,我国光伏发电产业的发展历程,2011,年,8,月,1,日，国家发改委公布,关于完善太阳能光伏发电上网电,价政策的通知,，统一太阳能光伏发电上网电价：,2011,年,7,月,1,日前核准,建设、,2011,年底建成投产、国家发改委善未核定价格的太阳能光伏发电,项目，上网电价为,1.15,元,/kW,h,（含税，下同）,；,2011,年,7,月,1,日及以后,核准建设的太阳能光伏发电项目，以及,2011,年,7,月,1,日前核准但截至,2011,年底仍未建成投产的太阳能光伏发电项目，除西藏仍执行,1.15,元,/kW,h,的上网电价外，其余省（区、市）按,1.0,元,/kW,h,执行。而且，今后还将,根据投资成本变化和技术进步情况等因素适时调整光伏发电上网电价。,其它发电行业上网参考电价：火电,0.4,元,/kW,h,；水电,0.16120.39,元,/,kW,h,；风电按四类风能资源区分类，相应的上网电价分别为,0.51,元,/,kW,h,、,0.54,元,/kW,h,、,0.58,元,/kW,h,和,0.61,元,/kW,h,。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,太阳能发电发展历程,年代,成就,1800,发现光伏效应,1876,硒的光伏效应研究,1904,Cu,、,Cu,2,O,对光的敏感性研究,1940,PN,结理论的研究,1954,单晶硅太阳能电池发明（美国贝尔实验室）,1955,CdS,太阳能电池发明,1956,GaAs,太阳能电池发明,1958,在先驱者,1,号通信卫星上应用太阳能电池,1972,美国制订新能源开发计划,1974,日本制订太阳能发电发展的“阳光计划”,1976,非晶硅太阳能电池的发明,1984,美国,7MW,太阳能发电站建成,1985,日本,1MW,太阳能发电站建成,1991,制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国）,1992,制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本）,1994,住宅用太阳光发电系统技术规程（日本）,2003,RPS,法（新能源法案）（日本）,太阳能发电的过去、现在和未来,一、,20,世纪,70,年代,：开发初期,太阳能电池发电技术开发初期的,20,世纪,70,年代，太阳能电池的价格昂贵（,1500,美元,/,瓦），只能用于人造卫星、差转电台、海岛灯塔等场所。,二、,20,世纪,80,年代,20,世纪,90,年代,：小容量太阳能电池的广泛应用,太阳能电池主要应用在手表、计数器、照明（路灯、庭院灯）、交通标志和防灾电源上。虽然太阳能电池的价格不断降低，但仍然比较贵，还不能应用于民用电器。,三、太阳能发电的高速发展和大容量应用阶段,随着世界各国制订光伏发展计划、大量研究经费的投入、财政补贴、免税等优惠政策鼓励下，,20,多年来，太阳能光伏发电技术得到了迅猛发展。太阳能电池价格已降低至,5,6,美元,/,瓦，大容量的应用成为可能。,比较典型的太阳能发电系统如西藏双湖,25KW,光伏电站、丽江光伏电站。,将太阳能电池板作为屋顶或贴于朝南的墙面上，使建筑与太阳能发电一体化，为大楼的照明、空调、电梯供电，并与市电并网。,四、太阳能发电系统的未来,：建在太空的超级太阳能发电站,在太空建立巨大的太阳能发电站，把产生的电力变换成微波后传输到地面。,美国“百万屋顶计划”,美国在,1997,年,6,月宣布了太阳能“百万屋顶计划”（,Million Solar Roofs Initiative,），准备在,2010,年以前，在,100,万座建筑物上安装太阳能系统，主要是太阳能光伏发电系统和太阳能热利用系统。,如果“百万屋顶计划”顺利实现，到,2010,年,CO,2,年排放量可减少,300,万吨。美国太阳能光伏发电与热利用技术比较成熟，开始进入大规模生产阶段。两大太阳能电池公司年生产能力分别达到,5MW,和,10MW,，整个美国光伏发电产品的年销售量达到,100MW,以上。,美国政府极为重视对太阳能的开发和利用。投入巨额资金用于该领域的科研开发，同时在政策上给予倾斜。,目前“百万屋顶计划”已经在美国某些地区大力发展起来。在夏威夷，由于自然条件优越，太阳能已经成为当地能源供给的主要形式和经济发展的重要组成部分。,日本“阳光计划”,日本的光伏发电发展阶段,1.,第一次石油危机后，日本通产省于,1974,年制订了以发展太阳能为主的可再生能源代替石油的技术研究开发中长期规划，即“阳光计划”。初期，太阳能电池用于家用计算器、灯标和孤岛柴油发电的补充能源。之后成立了新能源生产技术综合管理机构，加大资金投入，加速了光伏发电的产业化发展步伐。,2.1988,1994,年，随着社会环保意识的提高，以及电力公司独立电源示范工程成功的基础上，太阳能光伏项目扩大到公园、学校、医院、展览馆等公共示范工程以及民用示范工程。,3.1993,年制订的“阳光计划”，仍然把光伏发电作为重点项目，光电技术已达到普遍应用水平。售价过高是影响推广应用的关键因素，降低光电器件成本和高效率材料的开发是重要发展方向。从,1994,年，日本实施住宅光电系统的优惠政策，对每户居民住宅光电系统提供,的政策补贴，极大地促进了住宅用光电项目的推广。,日本光伏产业快速发展的主要经验：基本国策，常抓不懈；资金投入，政策优惠。,德国“,10,万屋顶发电计划”,德国在,2003,年完成“,10,万屋顶发电计划”，,2000,年颁布可再生能源法，,2003,年又公布了可再生能源促进法，引发了德国光伏发展的新一轮高峰。,2004,年德国光伏发电总量达到,610,5,GWh,，可再生能源发电占,9.3,。,德国政府在推广光伏发电方面采取了一系列有力的举措，主要包括银行贷款和上网电价补贴等。,在德国，若在自家屋顶上安装了一套光伏发电设备，相当于一个小型发电厂，发出的电能输送到公共电网，国家最高给予,57.4 cent/kWh,的补贴，可以获得较高的经济回报。因此，德国光伏产业已经成为一个非常活跃的经济产业。,2004,年，德国光伏安装总量超过日本，走在世界的前列。,中国“光明工程计划”,我国在太阳能光热利用方面处于世界先进行列，是最大的太阳能热水器生产国和消费市场。,在太阳能光伏发电研究和产业发展方面奋起直追，取得了较大进展。,2004,年在该领域的产业规模上超过印度，成为亚洲处于前列的光伏电池生产国家。,2005,年通过,中华人民共和国可再生能源法,，于,2006,年,1,月,1,日起正式实施。,我国光伏发电的发展历程：,1958,年开始研制太阳能电池，,1959,年第一个有实用价值的太阳能电池诞生。,1971,年,3,月，太阳能电池首次应用于我国第二颗人造卫星。,1973,年，太阳能电池首次应用于天津港的浮标灯上。,1979,年，用半导体工业积压单晶片生产单晶硅电池。,20,世纪,80,年代后期，引进国外关键设备、生产线和技术，太阳能电池生产能力达到,4.5MW,，太阳能电池制造产业初步形成。,4.,太阳能光伏发电的应用,（,1,）消费性电子产品，如非晶硅太阳能电池供电的计算,器、太阳能钟表、太阳能照明灯具、太阳能收音机、电视,机等，这类产品约占世界光伏产品销售量的,14%,。,（,2,）远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立,太阳能光伏电站的集中供电，占世界光伏产品销量的,35%,。,（,3,）离网工业供电系统，占世界光伏产品销量的,33%,。,（,4,）并网太阳能光伏发电系统，占世界光伏产品销售量,的,18,1.3,光伏发电系统的组成与应用,太阳能利用,1.3,光伏发电系统的组成与应用,太阳能利用,BIPV,一体,1.3,光伏发电系统的组成与应用,全球单体最大太阳能建筑并网发电,全球单体最大太阳能建筑并网发电,全球最大的光伏建筑一体化低能耗生态建筑,尚德光伏研发中心大楼竣工。这里将成为尚德公司国家级企业（集团）技术中心的研发基地。尚德光伏研发中心大楼总投资约,2,亿元，该幢建筑地上,7,层，幕墙总高度,37,米，总面积约,1.8,万平方米，,PV,幕墙面积,6900,平米，是全球最大的光电幕墙。整个工程设计容量为,1,兆瓦，预计全年发电量将达到,70,万千瓦时，预计将为整体建筑提供,80,耗电。,以最低使用寿命,25,年计算，共可产生电量,1737.5,万千瓦时，预计每年可以替代标准煤,240,吨，减排,432,吨，,25,年共替代标煤,6000,吨。,无锡尚德太阳能电力有限公司成立于,2001,年,1,月，是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业，主要从事晶体硅太阳电池、组件、光伏系统工程、光伏应用产品的研究、制造、销售和售后服务。经过短短几年跨越式、超常规的大发展，尚德公司的产品技术和质量水平已完全达到国际光伏行业先进水平，位列世界光伏企业前三强，在太阳能组件制造方面已位居世界首位。,人民网,2009,年,1,月,8,日,1.3,光伏发电系统的组成与应用,BIPV,应用案例,为了迎接,2006,年世界杯，改建的柏林火车站，光电屋顶做在两个弧形部分，深色部分就是光电池。总面积,3311,平方米，总装机容量,325kwp,柏林火车站内部效果，光伏发电与自然采光融合一体,BIPV,应用案例,美国,stillwell,地铁站光电屋面工程总面积,76,000,平方英尺；,其中光电板使用面积为,50,，,000,平方英尺。发电峰值功率为,250,；非晶硅电池板块规格,：,a-Si,40W,。,BIPV,应用案例,stillwell,地铁站施工过程中导线布置图,BIPV,应用案例,日本,Sanyo,太阳光电公司运用简单的建筑意象设计，以圣经上的诺亚方舟神话，完美的表达太阳光发电于能源秏竭危机中所扮演的任务及角色。,BIPV,应用案例,PV,系统容量：,220 kW,，设置于办公大楼屋顶与朝南墙面,逆变器：,22,个,10 kW,市电并联型逆变器,（资料来源：,Kyocera,公司,PV,发电系统简介数据）,BIPV,应用案例,德国奥迪物流中心,400 m 16.4KW,非晶硅光电幕墙,BIPV,应用案例,光伏屋顶和遮阳系统,BIPV,应用案例,别墅中的光伏屋顶,BIPV,应用案例,应用实例,太阳能路灯,太阳能广告牌,太阳能交通灯,太阳能车站,太阳能电话机,太阳能拖车,太阳能高尔夫球车,太阳能快艇,太阳能飞机,徐州光伏电站,徐州光伏电站,徐州光伏电站,德国巴伐利亚太阳公园,6.3MW,太阳能发电站,美国,Tucson,地区,4.59MW,太阳能电站,“零”能耗建筑,深圳园博会屋顶太阳能电源,太阳能,热力,发电,太阳能热发电是利用,集热器,将太阳辐射能转换成,热能,并通过,热力循环,过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。,目前主要热力发电装置：,槽式,塔式,碟（盘）式,1,槽式太阳能热电系统,抛物柱面,槽式反射器,将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。,图,9,槽式太阳能热电系统原理图,槽式太阳能热电厂,产能,64,兆瓦，可为,14000,个家庭提供足够的电能。,由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积,250,英亩，拥有,18.2,万块凹面镜。,图,10,“内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。,槽式太阳能热电厂,图,11,加利福尼亚州,KramerJunctionSEGSIII,太阳能热发电项目,2,塔式太阳能热电系统,塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的,定日镜,，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的,接收器,上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，,推动汽轮发电机,发电。,图,12,塔式太阳能热电系统原理,塔式太阳能热电厂,塔式太阳能热电厂,2009,年,4,月，西班牙在安达卢西亚（,Andalucian,）沙漠中建成当时全球最大太阳能电站。,3,碟（盘）式太阳能热电系统,碟式系统由许多镜子组成的,抛物面反射镜,组成，接收器在抛物面的,焦点,上，通过加热接收器内的传热工质，驱动电机发电。,图,14,碟式太阳能热电系统原理,碟式太阳能热电装置,碟式太阳能热电装置,三种发电装置比较,1.3,光伏发电系统的组成与应用,5.,太阳能光伏发电技术的发展趋势,开发新能源和可再生清洁能源，是,21,世纪世界经济发展,中最具有决定性影响的五项技术领域之一。,太阳能光伏发电远期将大规模应用，近期可解决特殊应,用领域的需要。,5.,太阳能光伏发电技术的发展趋势,最新研究动态,（,1,）最新式太阳能采集装置,氦气球,美国科利与葛菲尔研制，直径,10ft,氦气球相当于,25m,2,太阳,能电池板的采光能力；,（,2,）有机薄膜太阳能电池,光电转换效率,20%,；,（,3,）南非廉价太阳能电池板（,50%,），增加,5m,厚特殊,感光合金，减小电池板厚度；,（,4,）小珠（,1mm,）太阳能电池，转换效率,8%10%,，但,价格便宜,14,美分,/kWh;,（,5,）荷兰新型太阳能电池输出效率提高,9%,。,研究方向：,提高效率，降低成本（与火电持平），推广,应用。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,6.,太阳能利用的经济问题,低碳、环保、可再生洁净能源替代含碳化石能源，可以减少环境污染，控制矿物能源价格的上涨，实现经济、社会的可持续发展，具有极大的经济效益和社会效益。,1.3,光伏发电系统的组成与应用,7.,太阳能光伏发电系统知识结构,1.3,光伏发电系统的组成与应用,