绪论太阳能光伏发电的发展介绍学习PPT教案.pptx

一、光伏产业的发展历程二、光伏发电技术问题与未来前景三、我国光伏行业市场现状分析太阳能光伏发电技术概况太阳能光伏发电技术概况什么是太阳能光伏发电呢？什么是太阳能光伏发电呢？什么是太阳能光伏发电呢？什么是太阳能光伏发电呢？太阳能光伏发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，无需通过热过程直接将太阳光能转变成电能的发电方式。它包含光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电系统主要有什么构成？光伏发电系统主要有什么构成？光伏发电系统主要有什么构成？光伏发电系统主要有什么构成？光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备组成。太阳能光伏产业链是怎样的呢？太阳能光伏产业链是怎样的呢？太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、部件和系统集成五个部分组成。各环节特点如下图所示：在整个产业链中，从硅提纯到系统集成，从业企业数量分布越来越多，且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。1、光伏产业的出现上世纪七十年代石油危机引发西方国家的经济危机开始，西方国家便加强了对新能源的研究和探索；特别是随着人类文明的发展，传统化石燃料面临枯竭的危机更加加速了新能源技术研究的步伐。一、光伏产业的发展历程一、光伏产业的发展历程2、光伏产业稳步发展光伏发电技术由于它独有的优势，在各种新能源技术的竞争中脱颖而出，成为全球最受关注和追捧的新能源产业。从上世纪九十年代初开始，光伏产业在政府的推动下稳步发展。3、光伏产业的快速发展为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速。截止到2014年底，全球光伏累计装机容量达到188.8GW，较2013年增长幅度达到33.1%。一、光伏产业的发展历程4、光伏产业发展在全球的分布2014年全球光伏累计装机容量排名前十的国家依次为：中国、德国、日本、美国、意大利、法国、英国、西班牙、澳大利亚、印度，其累计装机容量之和占全球总量的82%。日本从2013年的排名第四位上升为2014年的第三位，英国从2013年的排名第九位上升为2014年的第七位。从区域分布来看，欧洲光伏累计装机容量达到了86.2GW，占全球累计装机容量总量的45.7%，亚洲光伏累计装机容量达到66.7GW，占全球累计装机容量的35.3%一、光伏产业的发展历程5、光伏产业的市场分布2014年光伏市场占比情况：地面电站的新增装机容量占比为48%；住宅建筑光伏应用占比为20%；非住宅建筑光伏应用占比为32%；2014年建筑光伏应用的新增装机容量占比居全球前三位的国家：日本、德国、美国，分别为59%、56%和53%。中国，目前主要以工业厂房的分布式应用为主，户用光伏发电尚处于起步阶段，随着中国居民对户用光伏发电产品的了解，户用光伏发电将迎来高速的发展阶段。一、光伏产业的发展历程建筑光伏应用市场（主要）一、光伏产业的发展历程-分布图图1-7a2011全球光伏产业分布图1-7b2014光伏系统装机容量分布二、光伏发电技术存在的问题与未来前景1、光伏发电目前主要存在四大问题：a光伏发电效率低b系统造价成本高c发电运行受气候环境因素影响大d制造单晶硅和多晶硅光伏电池需要消耗相当多的能源2、太阳能发电的未来a拥有自己的太阳能发电站b变加油站为氢能站c小规模电力系统d地球规模的太阳能发电系统e宇宙太阳能发电系统二、光伏发电技术存在的问题与未来发展三、我国光伏行业市场现状分析1、光伏发电产业政策2012年2月，为贯彻落实工业转型升级规划（2011-2015年）、信息产业十二五发展规划、电子信息制造业十二五发展规划，促进太阳能光伏产业可持续发展，工业和信息化部制定了太阳能光伏产业十二五发展规划。规划中提高十二五发展重点包括：三、我国光伏行业市场现状分析1、光伏发电产业政策规划中提高十二五发展重点包括：（1）高纯多晶硅（2）硅碇/硅片（3）晶硅电池（4）薄膜电池（5）高效聚光太阳能电池（6）BIPV组件（7）光伏生产专用设备三、我国光伏行业市场现状分析2、光伏发电补贴政策2012年10月26日，国家电网正式对外发布支持分布式光伏电站建设及光伏发电并网的有关意见，并公布分布式光伏发电站接入电网的相关标准。该意见的最大亮点在于，针对单个并网点装机容量在6兆瓦以下，且接入电压在10千伏以下的光伏项目，将减免包括调试、检测等在内的服务费用。同时，满足上述条件的光伏发电站接入电网的投资将由国家电网负责，也即免去接入费。分析认为，国网的这次让利举动，将极大促进分布式光伏发电站在国内的应用，并对光伏组件、逆变器、蓄电池等与分布式光伏发电有关的行业带来实质性的利好。三、我国光伏行业市场现状分析2、光伏发电补贴政策一般说来，由于分布式发电接入电网需要进行线路改造，因此电网会向接入方收取一定的接入费。而为了系统运行的安全稳定，分布式发电还需要电网作为后备电源，为此需向电网缴纳一定数额的备用容量费。目前分布式发电成本远高出一般的火力发电标杆电价，再加上不菲的接入费与备用费，大多数分布式电站只能选择离网运行。光伏并网一个接入点的价格是42万元，以1兆瓦的项目为例，接入点需10个以上，仅接入费用就是400多万元。发达国家普遍制定了分布式电源并网的收费标准，但中国只有上海等少数几个地区制定了接入费与备用费的收取标准，目前上海分布式电源接入电网的收费依据项目容量而定，最低为40万元。三、我国光伏行业市场现状分析2、光伏发电补贴政策-行业标准由中国电科院牵头编写的光伏电站现场组件检测规程、光伏电站逆变器效率检测技术要求、光伏电站逆变器电磁兼容性检测技术要求三项电力行业标准初稿，已通过专家初稿审查通过，这将进一步完善国内光伏发电领域关键技术标准体系。四、光伏发电在我国的发展4、光伏在农村电气化和并网发电上的市场潜力（1）农村电气化据统计，截止到2005年底，全国大约还有270万无电户，1100万无电人口，其中有200万户，大约800万人将采用电网延伸、小水电和移民搬迁的办法解决他们的用电问题，其余70万无电户需要在2006-2015年间采用光伏和风光互补发电系统解决。四、光伏发电在我国的发展4、光伏在农村电气化和并网发电上的市场潜力（1）农村电气化如果按照脱贫标准（每户装机200W，每年每户用电200kW.h）,预计总装机容量140MWp，投资大约100亿元；如果要达到边远地区城市用电标准（每年每户用电1000kW.h），则市场容量将是700MWp。四、光伏发电在我国的发展4、光伏在农村电气化和并网发电上的市场潜力（2）城市建筑并网光伏系统的应用上海、北京、南京、无锡、保定、德州等城市也都启动了城市太阳能示范计划和行动。中国出现了城市光伏并网发电的雏形。四、光伏发电在我国的发展4、光伏在农村电气化和并网发电上的市场潜力（3）大规模光伏(LS-PV)荒漠电站最具发展前景的光伏发电应用的市场是大规模的荒漠电站。中国拥有沙漠、沙化和潜在沙化的土地接近250万km2，约占国土面积的1/4。利用其中的1%，在现有的技术条件下，即可安装25亿KWp的光伏发电站，年发电3000TWh，相当于目前中国总发电量。第二章第二章:太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统一、太阳能光伏发电系统的工作原理 1、太阳能光伏发电指利用半导体电子器件的光生伏打效应，有效地吸收太阳辐射能，并使之直接转变为电能的过程。一、太阳能光伏发电系统的工作原理 2、太阳能光伏发电系统的组成由太阳电池组（方阵）、控制器、蓄电池（组）、直流-交流逆变器、测试仪表和计算机监控等电力设备或其他辅助发电设备组成，其系统组成如图2.1所示。图2.1太阳能光伏发电系统示意图二、太阳能光伏发电系统的运行方式1、太阳能光伏发电系统分类离网太阳能光伏发电系统和联网太阳能光伏发电系统。二、太阳能光伏发电系统的运行方式2、概念（1）离网太阳能光伏发电系统是指没有与公用电网相连接的太阳能光伏系统（独立太阳能光伏发电系统）。例如：边远农村、海岛、通信系统等。（2）联网太阳能光伏发电系统是指与公共电网相联接，共同承担供电任务的太阳能光伏发电系统（并网太阳能光伏发电系统）。例如：屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统，交通工具和城市照明等。二、太阳能光伏发电系统的运行方式3、并网太阳能光伏发电系统的优越性（1）可以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定性，改善电网的功率因数，有效地消除电网杂波。（2）所发电能回馈电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池。与独立太阳能光伏系统相比可减少建设投资35%45%，发电成本大大降低。二、太阳能光伏发电系统的运行方式3、并网太阳能光伏发电系统的优越性（3）光伏电池与建筑完美结合，既可发电又可作为建筑材料和装饰材料，使资源充分利用，发挥多种功能。（4）出入电网灵活，既有利于改善电力系统的负荷平衡，又可降低线路损耗。1、独立光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（1）分类：根据用电负载的特点分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。（2）组成：主要由太阳电池方阵、储能装置（蓄电池组）、直流-交流逆变装置、控制设备与连接装置等组成。如图2.2图2.2独立光伏发电系统（2）组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用a.太阳电池方阵:最核心的器件是太阳电池。商用的太阳电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。太阳电池单体尺寸通常为125125mm2或156156mm2，工作电压为0.40.5V，工作电流为2025mA/cm2。如2.3（2）组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用图2.3太阳电池单体、组件和方阵（2）组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用b蓄电池组:是贮存太阳电池方阵受光照时所发出的电能并能随时向负载供电。c控制设备:是光伏发电系统中的重要部分之一。其功能：信号检测蓄电池的充放电控制其他设备保护故障诊断定位运行状态指示。d逆变器:是将直流电转变成交流电的一种设备。2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用分类：独立型太阳能光伏系统根据是否使用蓄电池，负载是直流负载还是交流负载以及是否使用逆变器可分为以下几种:直流负载直接型、直流负载蓄电池使用型、交流负载蓄电池使用型、直、交流负载蓄电池使用型等系统。2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（1）直流负载直接型系统直流负载直接型系统可以在日照不足时、太阳能光伏系统不工作时也无关紧要的情况下使用，如图2.5所示，该系统是一种不带蓄电池的独立系统，太阳电池与负载(如换气扇、抽水机)直接连接。例如灌溉系统、水泵系统等。2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用图2.5直流负载直接型（1）直流负载直接型系统2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（2）直流负载蓄电池使用型系统直流负载蓄电池使用型系统如图2.6所示，由太阳电池、蓄电池、充放电控制器以及直流负载等构成。图2.6直流负载蓄电池使用型系统2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（3）图2.6为交流负载蓄电池使用型系统，该系统由太阳电池、交流负载、逆变器、蓄电池以及充放电控制器等构成。图2.6交流负载蓄电池使用型系统2、独立光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（4）直、交流负载蓄电池使用型系统图2.7为直、交流负载蓄电池使用型系统，该系统由太阳电池、直流负载、交流负载、逆变器、蓄电池以及充放电控制器等构成。图2.7直、交流负载蓄电池使用型系统3、并网光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用并网光伏系统如图2.8所示，这种光伏发电系统实质上与其它类型的发电站一样，可为整个电力系统提供电力。并网太阳能光伏发电系统分为集中大型并网光伏系统（大型集中并网光伏电站）和分散式小型并网光伏发电系统（屋顶光伏系统或住宅并网光伏系统）两大类型。图2.8并网光伏发电系统示意图3、并网光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用并网光伏发电系统主要由太阳电池方阵、并网逆变器和控制设备等三个重要部分构成:（1）太阳电池方阵太阳电池方阵由大量的光伏组件串并联构成。光伏组件包括晶体硅光伏组件、薄膜组件、跟踪组件和聚光光伏组件等。3、并网光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（2）并网逆变器并网逆变器（功率变换器）如图2.9所示，由将直流电转变为交流电的逆变器和当系统发生故障时保护系统的并网保护装置构成。3、并网光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（2）并网逆变器图2.9并网逆变器结构3、并网光伏发电系统的组成三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（3）控制监测系统对于并网光伏系统中的控制监测设备通常是与逆变器设置在一起，通过电子装置与外部计算机连接可以对整个电站的运行状况进行实时测量和监控。4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（1）逆潮流系统逆潮流系统（见图2.10），是在光伏系统中产生剩余电力时将该电能送入电网，由于是同电网的供电方向相反，所以称为逆潮流。图2.10逆潮流系统4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（2）非逆潮流系统非逆潮流系统（见图2.11），则是指光伏发电系统的发电量始终小于或等于负载的用电量，用电量不够时由电网提供，即使当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能，也只能通过某种手段加以处理或放弃。由于不会出现光伏系统向电网输电的情况，所以称为非逆潮流系统。4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用图2.11非逆潮流系统4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（3）有储能装置并网光伏系统根据并网光伏系统是否配有储能装置，分为有储能装置无储能装置并网光伏发电系统。配有少量蓄电池的系统，称为有储能系统（图2.12）。不配置蓄电池的系统称为无储能系统（图2.13）。相比需储能系统有储能的系统主动性较强，当出现电网限电、停电、掉电等情况时仍可正常供电。4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（3）有储能装置并网光伏系统4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（3）无储能装置并网光伏系统4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（4）地域并网型太阳能光伏系统住宅并网光伏系统又有户用系统和地域系统之分。户用系统，装机容量较小，一般为15KWP，为自己单独供电并自行管理，独立计量电量。地域系统，装机容量较大一些，一般为50300KWP，为一个小区或一栋建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。4、并网光伏发电系统概要三、太阳能光伏发电系统的组成和应用（4）地域并网型太阳能光伏系统图2.14地域并网型太阳能光伏系统1、最大功率跟踪的基本原理四、最大功率跟踪光伏阵列由众多的太阳电池组件串、并联构成，其作用是直接把太阳能转换为直流形式的电能。硅太阳电池的伏-安特性曲线如图2.17所示，它具有强烈的非线性。图2.17太阳电池伏-安特性曲线1、最大功率跟踪的基本原理四、最大功率跟踪太阳电池输出的最大功率就是它的额定功率。图2.17中曲线上的圆黑点表小在相应日射下太阳电池输出最大功率的位置，称为“最大功率点”。1、最大功率跟踪的基本原理四、最大功率跟踪其实，最大功率跟踪控制（MPPT）的实现实质上是一个动态自寻优过程，通过对阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列输出功率，再与己被存储的前一时刻阵列功率相比较，舍小存大，再检测，再比较，如此不停地周而复始，便可使阵列动态地工作在最大功率点上，其控制框图示于图2.18。1、最大功率跟踪的基本原理四、最大功率跟踪其实，最大功率跟踪控制（MPPT）的实现实质上是一个动态自寻优过程，通过对阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列输出功率，再与己被存储的前一时刻阵列功率相比较，舍小存大，再检测，再比较，如此不停地周而复始，便可使阵列动态地工作在最大功率点上，其控制框图示于图2.18。1、最大功率跟踪的基本原理四、最大功率跟踪图2.18MPPT实现控制框图2、最大功率跟踪控制方法四、最大功率跟踪最大功率跟踪控制可以以间接的方式来实现，如：定电压跟踪法(CVT)、扰动观察法、功率回授增量电导法以及模糊控制算法等，可以较好地实现MPPT功能。