太阳能光伏发电技术培训课件.pdf

新能源发电技术太舒胱奴蛾术2本章提要32-太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应 过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳 辐射强度为1367巾/相。地球赤道的周长为 40000km,从而可计算出，地球获得的能量 可达 1.73X1014由。太阳每秒钟照射到地球上的能量相当 于500万吨标准煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪 能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于 太阳；即使是 地球上的化石 燃料（如煤、石油、天然气 等）从根本上 说也是远古以 来贮存下来的 太阳能。二G;太阁能海浪能，核能地孰能水利:能潮沏坦匕 目匕凰力能石油、天然氧2-1 太 阳 能 概广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能 源。它资源丰富，既可免费使用，又 无需运输，对环境无任何污染。62-1 太 阳 能 概太阳能特点太阳能利用历史太阳能利用方式太阳能发电的方式太阳能光伏发电历史和现状太阳能光伏发电的优缺点72-1 太 阳 能 概 述一、太阳能特点1.太阳的构造太阳的结构共分七层:（1）内核（5）反变层（2）辐射输能区（6）色球层（3）对流区（7）日冕（4）光球层8太阳的构造9可见光、红外和紫外线光球层6000K中微子日珥太阳的构造101.太阳的构造太阳(1)内核能光球色球 对流区日冕大日珥d 太阳黑子在太阳平均半径23%(0.23R)的区域内是太 阳的内核，其温度约为8义1。64X107K,密度 为水的80100倍，占太阳全部质量的40%,总 体积的15%。这部分产生的能量占太阳产生总 能量的90%。氢聚合时放出丫射线，当它经过较冷区域时由于消耗能量，波长增长，变成X射线或紫外线及可见光。112-1 太 阳 能 概 述*太阳X射线照片光球色球日冕、2-1 太 阳 能 概 述1.太阳的构造(2)辐射输能区从0.230.7R的区域称为“辐射输能区”，温度降至!J1.3X105K,密度下降为0.079g/cm3o(3)对流区0.7LOR之间称为“对流区”，温度下 降到5X 1(Pk,密度下降到10-8g/cm3。13光球色球日冕、2-1 太 阳 能 概 述1.太阳的构造(4)光球层太阳的外部是一个光球层，它就是人们肉眼所看到的太阳表面，其温度为5762K,厚约500km,密度为10-6g/cm3,它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。光 球表面有颗粒状结构一“米粒组织”。光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子，太阳黑子的活动具有平均11.2年的周期。142-1 太 阳 能日珥色球层大黑 4一祢白食的震片（太阳量3）172-1 太 阳 能 概 述光球色球1.太阳的构造(5)反变层光球外面分布着不仅能发光，而且几乎 是透明的太阳大气，称之为“反变层”，它是由极稀薄的气体组成，厚约数百公 里，它能吸收某些可见光的光谱辐射。18光球色球日冕、2-1 太 阳 能 概 述1.太阳的构造(6)色球层“反变层”的外面是太阳大气上层，称之为“色球层”，厚约1L5X104km,大部分由氢和氢组成。(7)日冕“色球层”外是伸入太空的银白色日冕,温度高达1百万度，高度有时达几十个太阳半径。192-1 太 阳 能 概 述20太阳色球簸片2-1太阳能太阳日冕。SR的探制器粕圾。2-1 太 阳 能 概 述22太阳日冕想于7衫7年7月日日全食时23太阳日冕4英寸折射望逐虢场衫叫知，242-1 太 阳 能 概 述太阳日冕/”筑了耳日报4土耳其东 部的久*湖岸252-1 太 阳 能 概1.太阳的构造从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体,而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K,发射波长为0.33 的黑体。262-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性太阳常数昼夜是由于地球自转而产生的，而 季节是由于地球的自转轴与地球围绕 太阳公转的轨道的转轴呈23 27,的夹 角而产生的。272-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性太阳常数由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，太阳与地球之间的距离不是一个常数，而 且一年里每天的日地距离也不一样。众 所周知，某一点的辐射强度与距辐射源 的距离的平方成反比，这意味着地球大 气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。282-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性太阳常数然而，由于日地间距离太大（平均距离为L5 X 108km）,所以地球大气层外的太阳辐射强 度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述 地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均 日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐 射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。292-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性太阳常数近年来通过各种先进手段测得的太 阳常数的标准值为1353w/m2。一年 中由于日地距离的变化所引起太阳 辐射强度的变化不超过3.4%o302-1 太 阳 能 概 述1977年日全食312-1 太 阳 能 概 述199供日全食322-1太阳能目偏食332-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性到达地面的太阳辐射太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由 两部分组成一直达日射和漫射日射。太阳辐射 穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分 子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射 和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射 的方向和辐射的光谱分布。342-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性到达地面的太阳辐射(1)直射指直接来自太阳其辐射方向不 发生改变的辐射；(2)漫射指被大气反射和散射后方向发 生了改变的太阳辐射。352-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性到达地面的太阳辐射漫射由三部分组成：(1)太阳周围的散射(太阳表面周围的天空亮光)，(2)地平圈散射(地平圈周围的天空亮光或暗光)，(3)其他的天空散射辐射。362-1 太 阳 能 概2.太阳辐射的特性到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射主要受大气层厚 度的影响。大气层越厚，对太阳辐射 的吸收、反射和散射就越严重，到达 地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。37 2-1太 阳 能 概 述 2.太阳辐射的特性此外地球上不同地区、不同季节、不 同气象条件下到达地面的太阳辐射强 度都是不相同的。地区太阳平均辐射强度k W*h/(md)1WAn2热带、沙漠温带阳光较少地区（北欧）56 35 23210-250130-210 80-130不同地区太阳平均辐射强度 383.太阳能特点2-1 太 阳 能 概在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2,地球表面某一点24小时的年平均辐射强度为 0.20kW/m2,相当于有1.02X1017W的能量,人类依赖这些能量维持生存，其中包括所 有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）。393.太阳能特点2-1 太 阳 能 概 述403.太阳能特点2-1 太 阳 能 概从图上可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的 化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根 本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。413.太阳能特点2-1 太 阳 能 概 述永恒性广泛性分散性间歇性区域性清洁性随机性422-1 太 阳 能 概3.太阳能特点优点一次能源可再生能源 资源丰富 可免费使用 无需运输 无任何污染缺点能流密度低强度受各种因素（季节、地点、气候 等）的影响不能维持 常量432-1 太 阳 能 概3.太阳能特点虽然太阳能资源总量相当于现在 人类所利用的能源的一万多倍。但是太阳能的这些缺点会使它在 整个综合能源体系中的作用受到 一定的限制。442-1 太 阳 能 概4.我国的太阳能资源我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资 源。根据中国气象科学研究院的研究，有 2/3以上国土面积，年日照在2000小时以 上，年平均辐射量超过0.6GJ/CN,各地太 阳年辐射量大致在9302330kWh/m2之间。专家统计，如果把全国1%的荒漠中的太阳 能用于发电，就可以发出相当于2003年全 年的耗电量。届时，新疆、西藏、甘肃等 广大西部地区将成为我国新的能源基地。454.我国的太阳能资源2-1 太 阳 能 概从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。464.我国的太阳能资源2-1太太阳能丰富区，在内蒙中西部、青藏高原 B日等地，年总辐射在150千卡/平方公分以上。太阳能较丰富区，北疆及内蒙东部等地，昌邑 年总辐射约130150千卡/平方公分。姬太阳能可利用区，分布在长江下游、两广、不无贵州南部和云南及松辽平原，年总辐射量 述 为no130千卡/平方公分。474.我国的太阳能资源:地区 分类全年日 照时数太阳辐射 年总量*Kcal(cm2 a)-1相当于燃 烧标准煤(kg)包括的地区与国外相当的 地区.2800 3300160 20 0230280宁夏北部、甘肃北部、新 疆东南部、青海西部和西 臧西部印度和巴基斯 坦北部.二3000 3200140 16020 0230河北北部、山西北部、内 蒙和宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西臧东南部 和新疆南部印度尼西亚的 雅加达一带:三2200 3000120140170 20 0山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南等省及 陕西北部、甘肃东南部、广东和福建的南部、江苏 和安徽的北部、北京美国华盛顿地 区1四1400 220010 0120140170湖北、湖南、江西、浙江、r西等省、以及广东北 部、陕西、江苏和安徽三 省的南部、黑龙江意大利米兰地 区五1000 140080-10 0110140四川、重庆和贵州法国巴黎、俄 罗斯莫斯科2-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。492-1 太 阳 能 概 述二、太阳能的利用历史发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电 利用和太阳能的光化学利用等。O52-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史据记载，人类利用太阳能已有3000多年 的历史。将太阳能作为一种能源和动力 加以利用，只有300多年的历史。真正将 太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的 事。512-1 太 阳 能 概八太阳能的利用历史20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能 利用历史可以从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能 驱动的发动机算起。该发明是一台利用 太阳能加热空气使其膨胀作功而抽水的机器。522-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史第一阶段(1900/920)在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍 是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多 样化，且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 73.64kW,实用目的比较明确，造价仍然 很高。532-1 太 阳 能 概八太阳能的利用历史一(1920.1945)在这20多年中，太阳能研究工作处于低 潮，参加研究工作的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(19357945)有关,而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。542-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史第三阶段(1945/965)在第二次世界大战结束后的20年中，一 些有远见的人士已经注意到石油和天然 气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这 一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工 作的恢复和开展，并且成立太阳能学术 组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。552-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史第四阶段(1965-1973)这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前,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。562-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史第五阶段(1973/980)1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织 采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家,在经济上遭到沉重打击。572-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能 源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：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 它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。582-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太 阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开 发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计 划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房 工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产 系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施 这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和 财力。70年代初世界上出现的开发利用太阳能 热潮，对我国也产生了巨大影响。592-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利 用动态；在农村推广应用太阳灶，在城市研 制开发太阳热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用。602-1 太 阳 能 概八太阳能的利用历史1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能 利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国 太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研 究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专 项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷 纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始 筹建太阳能研究所。当时，我国也兴起了开发 利用太阳能的热潮。612-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有 的大发展时期，具有以下特点：(D各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利 用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开 始积极参与太阳能开发利用工作。622-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史(2)研究领域不断扩大，研究 工作日益深入，取得一批较大成果,如CPC、真空集热管、非晶硅太阳 电池、光解水制氢、太阳能热发 电等。632-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史(3)各国制定的太阳能发展计划，普遍存在 要求过高、过急问题，对实施过程中的困难 估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能 源，实现大规模利用太阳能。例如，美国曾 计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星 电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电 站。事实上，这一计划后来进行了调整，至 今空间太阳能电站还未升空。642-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史(4)太阳热水器、太阳电池等 产品开始实现商业化，太阳能产业 初步建立，但规模较小，经济效益 尚不理想。652-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史第六阶段(1980-1992)70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进 入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低 谷。世界上许多国家相继大幅度削减太 阳能研究经费，其中美国最为突出。662-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史导致这种现象的主要原因是:(1)世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力;(2)太阳能技术没有重大突破，提高 效率和降低成本的目标没有实现，以致动 摇了 一些人开发利用太阳能的信心；(3)核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。672-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱,有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果 差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来 能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。682-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史第七阶段（1992至今）由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污 染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界 环境与发展大会”，会议通过了里约热内卢环 境与发展宣言，21世纪议程和联合国气 候变化框架公约等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。692-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技 术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起,使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展 十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地 制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐 能、生物质能等清洁能源”，制定了中国21世纪议程，进一步明确了太阳能重点发展项目。702-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定 了新能源和可再生能源发展纲要(1996-2010),明确提出我国在1996-2010年新能源 和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对 策和措施。这些文件的制定和实施，对进一 步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。712-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太 阳能高峰会议”，会后发表了哈拉雷太阳能 与持续发展宣言，会上讨论了世界太阳能 10年行动计划(1996-2005),国际太阳 能公约，世界太阳能战略规划等重要文 件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。722-1 太 阳 能 概:、太阳能的利用历史1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展 期，其特点是：(1)太阳能利用与世界可持续发展和环 境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界 太阳能发展战略而努力；(2)太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展;732-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史(3)在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；(4)国际太阳能领域的合作空前活跃，规模 扩大，效果明显。742-1 太 阳 能 概二、太阳能的利用历史在20世纪100年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、能完全不同，人们对其认识差别大,复多，发展时间长。核 反752-1太二、太阳能的利用历史阳能 概 述这一方面说明太阳能开发难度大,短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响,发展道路比较曲折。从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。762-1 太 阳 能 概三、太阳能利用方式太阳能发电太阳能热利用太阳能动力利用太阳能光化利用太阳能生物利用太阳能光光利用太阳能利用涉及的技术问题很多，但根据太阳能的特点，具有共性的技术主要有四项,即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输。77太阳能利用方式分类转化为电能（光一电）.太阳能光伏发电水蒸汽（槽、碟、塔式）目前主要应用转化为热能（光一热）I转为化学能（光一化）太阳能集热器J气体（烟囱,Stirling）太阳能灶、太阳房、温室 太阳能空调、制冷、干燥 太阳能海水淡化I太阳能建筑一体化L自然光合作用（效率低，1%）人工光合作用（基因转换、催化）能源植物（switchgrass）其它：光一光；热一机制氢（光催化、热分解）2-1 太 阳 能 概四、太阳能发电的方式太阳能发电的方式主要有：1）通过热过程的:“太阳能热发电”（塔式发电、抛物面 聚光发电、太阳能烟囱发电、热离子发 电、热光伏发电、温差发电等）2）不通过热过程的:“光伏发电”“光感应发电”“光化学发电”“光生物发电”等。792-1 太 阳 能 概四、太阳能发电的方式1.太阳能热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。2.光感应发电光感应发电是利用某些有机高分子团吸收太阳光后变成“光极化偶极子”的现象，分别把积聚在受感应的“光极化偶极子”两端的正负电荷引出，即得到光电流。目前这项技术还处于原理性试验阶段o80四、太阳能发电的方式3.光伏发电太阳的辐射能光子通过半导体物质转变2-1 太 阳 能 概为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”。太阳能电池即利用这种效应制成。4.光化学发电指浸泡在溶液中的电极受到光照后，电 极上有电流输出的现象。可进一步分为液结 光化电池、光电解电池、光催化电池。5.光生物发电叶绿素在光照下能产生电流。光生物发 电通常指叶绿素电池。812-1太五、太阳能光伏发电历史和现状自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光 伏发电取得了长足的进步。1973年的石油危机和90年代 的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。表2-2太阳能光伏发电的发展历史年份193918731876188319301931193219411954法国科学家贝克勒尔（Becqurel）发现“光生伏打效应，简称“光伏效应”史密斯（Smith）在硒片上发现固态电导效应亚当斯（Adams）和戴（Day）在环片上发现固态光伏效应弗里兹（Fritts）制成第一个“硒光伏电池”用作敏感器件肖特基提出（：叱0势垒的“光伏效应”理论朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”实现由太阳光能变成电能；布鲁诺将桐化合物和硒银 电极浸入电解液，在阳光下带动了一个电动机奥杜博特和斯托拉制成第一块“破化镉”太阳能电池奥尔在硅上发现光伏效应 一皮尔松和恰宾在美国贝尔实验室首次制成实用的单晶硅太阳能电池，效率为6%;韦克尔首次发现碑化 保有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化锯薄膜制成了第一块薄膜太阳能电池1955吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计；第一个光伏航标灯问世；美国RCA研究抑化保太 阳能电池事件五、太阳能光伏发电历史和现状195719581959196019621969197219731974197519761978硅太阳能电池效率达8%耗能电池首次在空间应用，装备于美国先锋1号卫星 第一下多晶硅太阳能电池问世,效率为5%硅太阳能电池首次实现并网运行沛化银太阳能电池光电转换效率达到13%薄膜破化锦太阳能电池效率达到8%罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%美国宇航公司首场电池问世珅化锌太阳能电池效率达15%COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳能电池效率达到18%非晶硅太阳能电池问世；带硅电池效率达到6%10%多晶硅太阳能电池效率达到10%美国建成lOOkW地面太阳能光伏电站五、太阳能光伏发电历史和现状2-1单晶硅太阳能电池效率达到20%,神化除电池效率达到22.5%,多晶硅电池效率达到14.5%,硝化锌 电池效率达到9.15%1983 匣 199019951997美国速成1MW光伏电站；带金硅（外延）光伏电池奴率达到11.8%美国建成6.5MW%伏电站窗词提出,2000光伏限顶计划匚每个家庭的屋顶安装5kW光伏电池 一府效聚光碑化像太阳能电池效率达到32%美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，计划在2010年前为100万户居民每户安装3-5kW光伏 电池；日本“新阳光计划”提出,到2010年日本需生产43亿邛光伏电池中晶硅光伏电池效率这到24.7%；荷兰政府提出“百万光伏屋顶计划”，并计划在2020年完成；多晶硅 光伏电池总产员第一次超过单晶觥伏电池1999日本太阳能电池总产量第一次超过美国而居世界之首，其中85%用于太阳能光伏建殿成世界光伏电池总产量达287MW；欧盟计划到2010年生产60亿W光伏电池日本三洋公司肝制的非曲建/单晶由非晶硅双异质结太阳能电池奴率超过21%注“其他”一栏中包含中国的产量。2-1五、太阳能光伏发电历史和现4 1 太 阳 能 概 述m 一 历年全世界光伏电池总产量（单位：mw）年份美国日本欧洲其他中国总计198811.1012.806.703.000.3533.60198914.1014.207.904.000.5540.20199014.8016.8010.204.700.5046.50199117.1019.8013.405.000.5555.30199218.1018.8016.404.600.6557.90199322.4416.7016.554.400.9060.09199425.6416.5021.705.601.1069.44199534.7517.4021.106.351.2079.60199638.8521.2018.809.751.8788.60199751.0035.00；30.409.402.00125.80199853.7049.0031.8018.702.30153.20I199960.80,80.0040.0020.502.50201.30200074.97128.6060.6623.423.00287.65五、太阳能光伏发电历史和现状太阳能概1110-19SS1990199：1994199519961997199S1999：0002001：00：20032004口尺它GB家34.7&6.66.359.759.41S.720.523.4232.6.55S3.813s欧洲6.110.：16.421.720.11S.S30.433.54060.66S6.3S135193.4320口日本1：.S16.S1S.S16.516.421.：3549S01：S.6171.：251363.9610美国11.114.$18.12F.6434.7F38.851F3.760.S74.97100.31：0103.213f合计33.646.$57.969.4411.6SS.6125.S154.9201.32S7.7390.561744.31：00图四、世界太阳电池历年产量(发货量)(PVNET2004)86五、太阳能光伏发电历史和现状2-1 太阳一-一 1 1 L pk/I zk/K o 8 6 4 2 0 3 2 2 2 2 2(-32)蚓怛汪18()16014012()-100-8()-60-40-20土1986能2000年产量.T一全世界：287.65TO-多晶硅40.56T-单晶硅：89.72f a-Si:26.97f-a-Si/单晶硅:12.00TB一带状硅:14.70T薄膜硅：2.50-CdTc:1.20二 X1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000图2-3世界历年各种太阳能电池总产量（年）2-1 太 阳 能 概六、太阳能光伏发电的优缺点太阳能光伏发电的主要优点：结构简单，体积小且轻。易安装，易运输，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。可靠件高，寿命长。(6)太阳能无处不有，应用范围广。降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。882-1 太 阳 能 概六、太阳能光伏发电的优缺点太阳能光伏发电的主要缺点:能量分散，占地面积大。间歇性大。除了昼夜这种周期变化外,太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响。小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功 率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电站、核电厂要复杂。地域性强。89本幸提要太阳能概述,太阳能电池的基本原理,太阳能光伏发电系统902-2太阳能电池的基本原理太阳能电池是利用光电转换原理使太 阳的辐射光通过半导体物质转变为电 能的一种器件，这种光电转换过程通 常叫做“光生伏打效应”，因此太阳 能电池又称为“光伏电池”o91-2太阳能电池的基本原理太阳能电池的物理基础本征半导体和掺杂半导体电子和空穴的输运P-N结的光伏效应太阳能电池的工作原理92-2太阳能电池的基本原理1体的能带理论能带理论是解释金属内部结构的一种理论。能级(Enegy Level):在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的 壳层排列，每一壳层 容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具 有分立的能量值，也 就是电子按能级分布。晶体结构孤立原子-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础1.固体的能带理论电子的共有化运动:晶体中大量的原子集合在一起，而 且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层 上去，也可能从相邻原 子运动到更远的原子壳 层上去，这种现象称为 电子的共有化运动。晶体结构孤立原子-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础1.固体的能带理论能带(EnegyBand)：电子的共有 化运动使本来处于同 一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩 展为能葭。每一条能 带有许多极其相近的 能级组成。95一、太阳能电池的物理基础1.固体的能带理论-2太阳能电池的基本原理禁带(Forbidden Band)：能带允许 被电子占据的称为 允虚，允带之间的 范围是不允许电子 占据的，此范围称 为禁带。孤立原子 晶体结构96-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础1.固体的能带理论 原子壳层中的内层允带总 是被电子先占满，然后再 占据能量更高的外面一层 的允带。被电子占满的允 带称为满带或者价带。每一个能级上都没有电子 的能带称为空带。未被电子填满的能带或者 空带称为导带。导市一二一二一一二一禁带价带声工 o o o。97-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础体的能带理论实际晶体的能带和孤立原子能级间的关系 非常复杂。有时,两个分立的能级会相互交杂,或变为互相叠合的能带而禁带消失；或分裂为另外两组能带。这种过程称为轨道的杂化。硅原子的导带和价带就是轨道杂化而成。98-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础2.导体、绝缘体和半导体导体：导体的导带和价带相邻或者重叠，禁 带消失。价带中的电子在电场作用下可以自由 地进入导带，表现为良好的导电能力。e-Q-o o o o 0=0。o。5七 o o o。99-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础2.导体、绝缘体和半导体绝缘体:绝缘体的导带和 价带之间的禁带很宽，Eg 达 57eV(e V为7.602 X1019J 96.48kJmol-l),导带几乎 是空的，若电场既不能使 位于价带的电子移动，也 不能使其跃迁到导带，因 此不能导电。导用禁带-e-oo o o 价带o&QPo o 力 o-o o o。100-2太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的物理基础2.导体、绝缘体和半导体半导体:半导体的导带和价带之间禁带的 宽度较小，一般EgW3eV。在一定能量（例 如外电场）的激发下，价带中的电子总会被激 发到空带中，使之成为 导带，而在价带中留下 空穴。半导体就是利用 这种方式传导电流的。-2太阳能电池的基本原理二、本征半导体和掺杂半导体1.本征半导体由同一种原子组成的半导体称元素半导体,两种以上原子组成的半导体称化合物半导体。完全纯净和结构完整的 半导体为本征半导体,是共价键晶体。，2-2太阳能电池的基本原理二、本征半导体和掺杂半导体1.本征半导体以硅为例，如图中每个硅原子最外层有四个价电子，这些价电子的轨道通过适当的杂化，恰好与最近邻的四 个硅原于形成四面体型共价键结构。当共价键中的电子因热、光、电 场等因素的作用获得足够的能量 时，能够克服共价键的束缚从价 带跃迁到导带而成为自由电子。晶体建中导电电子和空穴二、本征半导体和掺杂半导体-2太阳能电池的基本原理1.本征半导体这时在原来的共价键位置 上就留下一个空位，而周 围近邻键上的电子随时可 能跳过来填补这个空位，因而使空位又转移到了邻 近的键上去，这种可移动 的空位称为空穴。104-2太阳能电池的基本原理二、本征半导体和掺杂半导体1.本征半导体半导体就是这样靠着电子和空穴的移动来 导电的，所以电子（电子浓度n）和空穴（空穴浓度P）皆为半导体的载流子。本征载流子浓度随温度升高而增加，随禁 带宽度的增加而减小。105二、本征半导体和掺杂半导体-2太阳能电池的基本原理2.掺杂半导体根据需要在本征半导体中掺入其它杂质以后就得到掺杂半导体。W介少vor畸a 空穴救流于n化 代 自U硼43 蔡w106二、本征半导体和掺杂半导体-2太阳能电池的基本原理2.掺杂半导体在晶体硅中加进V族元 素磷后，磷原子除了拿 出4个价电子和周围最邻 近的4个硅原子组成共价 键外，还多余一个价电 子，使磷原子电离成正 离子OW介V酚用0;少nW&107二、本征半导体和掺杂半导体-2太阳能电池的基本原理2.掺杂半导体V酚用 wC磷 w?少W介 只要很小的能量，就可以使 多余的价电子跳到导带上，因此，其禁带要比纯硅晶体 窄得多。掺杂硅中的磷元素全部电离时可提供同等数量的 导电电子。这种提供电子的杂质称为施主，对应的半导体 称为N型半导体。108二、本征半导体和掺杂半导体-2太阳能电池的基本原理2.掺杂半导体在晶体硅中加进ni族元素 硼后，硼原子在和周围最 邻近的4个硅原子组成共价键时，还缺少一个价电子,因而很容易从别处夺来一个价电子,自身电离成负空穴救流于n义&自八网U硼+3/A离子O可以认为硼原子带着一个容易电离的空穴。109-2太阳能电池的基本原理二、本征半导体和掺杂半导体2.掺杂半导体 只要很小的能量，就可以使空 穴跳至价带上，因此，其禁带 要比纯硅晶体也要窄得多。掺杂硅中的硼元素全部电离时 可向价带提供同等数量的空穴。这种从半导体接受电子的杂质称为受主，对应 的半导体称为P型半导体。空穴救流于n义&U硼+3/利110-2太阳能电池的基本原理二、本征半导体和掺杂半导体2.掺杂半导体掺有施主的硅称为N型硅。在N型半导体中，由 于np,一般把电子称为多数载流子，而空穴称 为少数载流子。掺有受主的硅称为P型硅。在P型半导体中，由 于nvp,一般把电子称为少数载流子，而空穴称 为多数载流子。111-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运常态时，半导体中的电子和空穴始终在进 行无规则的热运动，这种运动没有方向性,不引起静位移，对电流没有贡献。有两种原因可引起电子和空穴的静位移,产生电子和空穴的输运，即漂移和扩散。外电场引起漂移，载流子浓度差引起扩散。112-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运1.漂移 半导体受外电场作用，在载流子的热运 动上叠加一个附加速度，称为漂移速度。对于电子，漂移速度与电场反向；对于 空穴，漂移速度与电场同向。漂移速度使电子和空穴有一个静位移，从而形成电流。113-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运在半导体中电子（或空穴）的浓度不均 匀，则电子（或空穴）将在浓度梯度的 影响下扩散，从而使电子（或空穴）有 一个静位移，形成电流。浓度梯度越大，扩散越快。114-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运3.过剩载流子平衡状态下，受到光照时，价带中的电 子吸收光子能量跃入导带，在价带中留 下等量空穴。这些多余平衡浓度的光生 电子和空穴，称为非平衡载流子或过剩 载流子。115-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运3.过剩载流子这种由外界条件改变使半导体产生过剩载流子的过程称为载流子的注入（简称注入 或激发）o反之，半导体中载流子浓度小于平衡载流 子浓度的情况，称为载流子的抽取（简称 抽取）。太阳能电池一般只研究注入。116-2太阳能电池的基本原理三、电子和空穴的输运3.过剩载流子 由光照而产生光注入或光