太阳能发电技术考试要点教材课件.ppt

1、太阳能光伏发电及其应用太阳能光伏发电及其应用考试要点考试要点考试方式：考试方式：n1.闭卷闭卷 自带纸张自带纸张n2.考试时间考试时间 12月月13日日（下周五上课时（下周五上课时间）间）第一章第一章 概述概述n1.太阳能应用意义及背景太阳能应用意义及背景n2.太阳能的分布太阳能的分布与辐射量有关的几个物理量与辐射量有关的几个物理量n1.辐照强度辐照强度n2.辐照度辐照度n3.太阳高度角太阳高度角n4.太阳方位角太阳方位角1.辐照强度辐照强度n度量太阳辐射强度的物理量。度量太阳辐射强度的物理量。n它的物理意义是：它的物理意义是：在单位时间内，垂直在单位时间内，垂直投射在地球某一单位面积上的太阳

2、辐射投射在地球某一单位面积上的太阳辐射能量能量，通常用，通常用W/m2或或 Kw/m2表示表示2.辐照度辐照度n度量度量太阳辐射量大小太阳辐射量大小的物理量。的物理量。n它的物理意义是：在规定时间内，投射它的物理意义是：在规定时间内，投射在地球某一单位面积上太阳辐射能的量在地球某一单位面积上太阳辐射能的量值，通常用值，通常用Kw.h/m2（3）太阳高度角）太阳高度角简称太阳高度(其实是角度)对于地球上的某个地点，对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳高度是指太阳光的入太阳光的入射方向射方向和和地平面地平面之间的夹之间的夹角角.太阳高度是决定地球表面太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重获

3、得太阳热能数量的最重要的因素。要的因素。夏至日，太阳直射北回归线。夏至日，太阳直射北回归线。观测地地理纬度用观测地地理纬度用L表示表示，H90(L2327)；此时刻，此时刻，对于北半球而对于北半球而言言南南北北东东太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与上的投影与当地子午线当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。经线经线方位角以正南方向为方位角以正南方向为零，由南向东向北为零，由南向东向北为负，由南向西向北为负，由南向西向北

4、为正正，如太阳在正东方，如太阳在正东方，方位角为负方位角为负9090，在，在正西方时方位角为正西方时方位角为9090。4.太阳方位角太阳方位角 太阳能的转换和利用方式有：太阳能的转换和利用方式有：u （1）光光-热转换热转换u （2）光）光-化学转换化学转换u （3）光光-电转换电转换1.2 1.2 太阳能利用的现状及发展太阳能利用的现状及发展光伏光伏发电发电光热伏光热伏发电发电太阳灶太阳灶太阳能干燥器太阳能干燥器太阳能热水器太阳能热水器太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电（电（Concentrating Solar Power，简，简称称CSP），），它们是

5、通过聚集将太阳能直它们是通过聚集将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。光热伏光热伏发电的原理发电的原理太阳能热发电太阳能热发电第二章第二章 光伏电池及其特性光伏电池及其特性1.单晶硅光伏电池的工作原理单晶硅光伏电池的工作原理(1)无光照时无光照时,PN结的形成结的形成(2)PN结受光照后，光伏效应结受光照后，光伏效应浓度差使浓度差使多子多子产生产生扩散运动扩散运动 当参与扩散运动的多子数目和参与漂移运动的少当参与扩散运动的多子数目和参与漂移运动的少子数目相同时，达到动态平衡，就形成了子数目相同时

6、，达到动态平衡，就形成了PN结。结。内电场使内电场使少子少子产生产生漂移运动漂移运动内电场(1)无光照时无光照时,PN结的形成结的形成采用不同的掺杂工艺，将采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与型半导体与N型半导体制作型半导体制作在同一硅片上，在它们的交界面处就会形成在同一硅片上，在它们的交界面处就会形成PN结结太阳电池发电原理示意图太阳电池发电原理示意图(2)PN结受光照后，光伏效应结受光照后，光伏效应半导体吸收光能产生带半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电穴和电子），在内建电场作用下，电子（）场作用下，电子（）朝朝N型半导体汇集，而型半导体汇集，而空

7、穴（）则朝空穴（）则朝P型半型半导体汇集。导体汇集。如果外电路处于开路如果外电路处于开路状态，那么这些光生电状态，那么这些光生电子和空穴积累在子和空穴积累在pn结附结附近，使近，使p区获得附加正电区获得附加正电荷，荷，n区获得附加负电荷，区获得附加负电荷，这样在这样在pn结上产生一个结上产生一个光生电动势光生电动势。电流方向电流方向内建电场内建电场IdlightIdNP一一般般等等效效电电路路图图问题问题1：为什么可把光伏电池看成一个电流源和一个硅二极管的复合体为什么可把光伏电池看成一个电流源和一个硅二极管的复合体?NP内建电场内建电场下电极下电极上电极上电极-+-+-2.2.载流子的汇聚载流

8、子的汇聚会在PNPN结内产生结内产生一个与一个与原内建电场原内建电场方向相反的附方向相反的附加电场，在一定程度上降低了加电场，在一定程度上降低了原原内建电场内建电场。相当与。相当与PNPN节的正向偏节的正向偏置，多数载流子的扩散产生一个置，多数载流子的扩散产生一个向下的暗电流。向下的暗电流。电流1.1.少数载流子的漂移产生电流；少数载流子的漂移产生电流；2.画出光伏电池的等效电路，并说明其中各个符画出光伏电池的等效电路，并说明其中各个符号代表的含义。号代表的含义。1.等效电路中符号的说明等效电路中符号的说明光伏电池的等效电路图光伏电池的等效电路图1.Rs1.Rs为串联电阻为串联电阻 主要是由于

9、主要是由于半导体半导体材料的体电阻、金属材料的体电阻、金属电极与半导体材料的电极与半导体材料的接触电阻、扩散层横接触电阻、扩散层横向电阻以及金属电极向电阻以及金属电极本身的电阻本身的电阻。一般小一般小于于1.负载 loadPhotic adj.光的,与光有关的外接外接负载负载电阻电阻暗暗电电流流等效电路中符号的说明等效电路中符号的说明负载 loadPhotic adj.光的,与光有关的由于由于由于由于电池表面污染、电池表面污染、半导体晶体缺陷引起的半导体晶体缺陷引起的边缘漏电边缘漏电，使一部分本，使一部分本应通过负载的电流短路，应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一这种作用的大小可用一并联

10、电阻并联电阻R RShSh来等效，来等效，一般为几千欧一般为几千欧。漏电流。漏电流越小，并联电阻也就越越小，并联电阻也就越大。大。光伏电池的等效电路图光伏电池的等效电路图外外接接负负载载电电阻阻旁旁路路电电阻阻暗暗电电流流2.R2.Rshsh为旁路电阻。为旁路电阻。通常称为通常称为太阳电池的伏安特性曲线太阳电池的伏安特性曲线，也称，也称I-V特性曲线。特性曲线。负载负载R两端的电压两端的电压U电电流流 I 关系曲线关系曲线3.如何获得如何获得光伏电池的光伏电池的伏安特性曲线，并伏安特性曲线，并说明开路电压和短路电流大小。说明开路电压和短路电流大小。伏安特性曲线的伏安特性曲线的测量过程测量过程L

11、（1 1）调节负载电阻）调节负载电阻R RL L，足够足够小，测短路电流小，测短路电流sc sc(short circuit currentshort circuit current).).(2)(2)调节负载电阻调节负载电阻R RL L，足够大，足够大，测开路电压（测开路电压（open open circuitcircuit voltagevoltage）。）。（3 3）不断调节负载电阻）不断调节负载电阻R RL L，把光伏电池的输出电压和把光伏电池的输出电压和电流绘制下来就可以得到电流绘制下来就可以得到伏安特性曲线。伏安特性曲线。实际上，通常并不是通过计算，而是通过实验测试的方法来得到。实

12、际上，通常并不是通过计算，而是通过实验测试的方法来得到。1.太阳电池的开路电压太阳电池的开路电压Uoc与电池面积大小无与电池面积大小无关，一般单晶硅太阳电池的开路电压约为关，一般单晶硅太阳电池的开路电压约为450600mV，最高可达，最高可达700mV左右。左右。2.太阳电池的短路电流太阳电池的短路电流Isc与太阳电池的面与太阳电池的面积大小有关，面积越大，积大小有关，面积越大，Isc越大，一般越大，一般1cm2的单晶硅太阳电池的单晶硅太阳电池Isc=1630mA。4.AM(air mass)空气质量或大气质量空气质量或大气质量太阳光太阳光透过大气层所透过大气层所通过的路程通过的路程与与大气铅

13、直厚度大气铅直厚度之比之比,此图中为此图中为1/sin.1/sin.第三章第三章 光伏电池的分类光伏电池的分类n一、一、太阳能电池的种类太阳能电池的种类n二、硅太阳能电池二、硅太阳能电池n三、化合物半导体三、化合物半导体n四、四、有机太阳能电池有机太阳能电池n五、五、光化学光化学太阳能电池太阳能电池1 1按照所用材料的不同，按照所用材料的不同，太阳能电池的分类？太阳能电池的分类？n无机无机太阳能电池太阳能电池n半导体硅半导体硅(单晶、多晶、非晶、单晶、多晶、非晶、微晶微晶、复合型等）、复合型等）n化合物半导体（化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等）等）n有机有机太阳能电池

14、太阳能电池n有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）n光化学光化学太阳能电池太阳能电池（纳米（纳米TiOTiO2 2等）等）有时也归类于有时也归类于有机太阳能电池有机太阳能电池2.最具广泛应用潜力的三种薄膜材料最具广泛应用潜力的三种薄膜材料n非晶SinCIGS（CuInGaSe）n碲化镉（碲化镉（CdTe）1.1.独立型光伏发电系统的组成部分以及各部独立型光伏发电系统的组成部分以及各部分基本功能？分基本功能？第四章第四章 光伏发电系统光伏发电系统光伏发电系统的光伏发电系统的构成构成一套基本的太阳能一套基本的太阳能发电系统发电系统是由是由太阳电池板太阳

15、电池板、太阳能控太阳能控制器制器、逆变器逆变器和和蓄电池蓄电池构成构成 （1）控制）控制太阳能电池方阵对太阳能电池方阵对蓄电池充电蓄电池充电以及以及蓄电池给蓄电池给太阳能逆变器负载供电太阳能逆变器负载供电的的自动控制设备。自动控制设备。逆变器：逆变器：n在某些场合，需要使用多种在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到电压的负载时，也要用到DC-DCDC-DC逆变器，如将逆变器，如将24VDC24VDC的的电能转换成电能转换成5VDC5VDC的电能。的电能。在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向22

16、0VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。alternating current 交流电交流电direct current 直流电直流电Cell,Module and Arrayn2.2.光伏阵列的基本组合光伏阵列的基本组合组件组件阵列阵列/方阵方阵单体单体（1 1）太阳能电池单体太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm4cm2 2到到100cm100cm2 2不等。不等。太阳能电池单体的工作电压约为太阳能电池单体的工作电压约为0.5V0.5V,工作电流约为工作电流约为202025mA/

17、cm25mA/cm2 2,一般不能单独作为电源使用一般不能单独作为电源使用。Multiple（多个的多个的）cells(about 30-36)make a module and several modules make an array (panel)n3636个电池片个电池片串联成的串联成的电池组件电池组件（2）将）将太阳能电池单体太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为进行串并联封装后，就成为太阳太阳能电池组件能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。作为电源使用的最小单元。（3 3）太阳能电池方阵）太阳能电池方阵 n太阳

18、能电池组件太阳能电池组件再再经过经过串并联串并联组合安组合安装在支架上，就构装在支架上，就构成了成了太阳能电池方太阳能电池方阵阵，可以满足负载，可以满足负载所要求的输出功率所要求的输出功率 。思考思考：1.1.如何构成工作点电压为如何构成工作点电压为350V350V，电流流量为，电流流量为20A20A左左右的光伏阵列？右的光伏阵列？（A）考虑最大功率点电压为）考虑最大功率点电压为17.5V，容量为，容量为120W的组件，需的组件，需要多少个，如何连接？要多少个，如何连接？（B）如果换成最大功率点电压为）如果换成最大功率点电压为17.5V，容量为，容量为75W的组件的组件组件，则情况如何？组件，

19、则情况如何？答案：可选用答案：可选用20个电池板串联起来，构成工作点个电池板串联起来，构成工作点为为350V的电压；需要三串这样的电池组件并联。的电压；需要三串这样的电池组件并联。答案：可选用答案：可选用20个电池板串联起来，构成工作点个电池板串联起来，构成工作点为为350V的电压；需要的电压；需要5串这样的电池组件并联。串这样的电池组件并联。3.光伏组件与阵列中的二极管的三个作用光伏组件与阵列中的二极管的三个作用n（2）若干光伏电池组）若干光伏电池组件串联成光伏阵列时，件串联成光伏阵列时，需要在光伏组件两端并需要在光伏组件两端并联一个联一个旁路二极管旁路二极管。n（1）在储能的蓄电池或者）在

20、储能的蓄电池或者逆变器与光伏阵列之间要串逆变器与光伏阵列之间要串联联屏蔽二极管屏蔽二极管。n（3）在每串中也要）在每串中也要串联串联一一个个隔离二极管。隔离二极管。4.太阳光跟踪系统太阳光跟踪系统太阳跟踪系统：太阳跟踪系统：使太阳光始终垂直照射在太阳使太阳光始终垂直照射在太阳能电池板，能电池板，提高太阳能的吸收率和转化率。提高太阳能的吸收率和转化率。第五章第五章 光伏阵列最大功率点跟踪光伏阵列最大功率点跟踪区分区分自动追光系统与最大功率点跟踪自动追光系统与最大功率点跟踪两个两个不同概念不同概念?自动追光系统与最大功率点跟踪不同：自动追光系统与最大功率点跟踪不同：1.自动追光系统可自动追光系统可以使电池板始终正以使电池板始终正对太阳对太阳2.最大功率点跟踪最大功率点跟踪 是通过改变负载电是通过改变负载电阻大小来影响输出阻大小来影响输出功率功率.