1、1 太阳能发电技术太阳能发电技术 电网检修培训部电网检修培训部 新能源实验室新能源实验室 山东山东 济南济南 2011年年 2021-10-181 认识太阳能发电认识太阳能发电 太阳能发电.avi 太阳能发电.rmvb 注：相关视频来自于注：相关视频来自于Discovery频道节目，频道节目， 视频版权归其所有视频版权归其所有 2 32021-10-183 4.1 4.1 太阳能资源分布太阳能资源分布 太阳能资源主要分布在赤道附近、南北回归线之间 4 中国全年太阳能总辐射 （kJ/cm2.年） 2021-10-184 中国太阳能资源分布中国太阳能资源分布 1）我国陆地表面接受太 阳能总量50*
2、1018kJ/年， 非常丰富； 2）青藏高原地区太阳能 资源最为丰富：年均日照 时间3005.7h，相对日照 为68%； 3）四川盆地太阳年辐射 总量最小，年均日照时间 1152.2，相对日照26% 55 光伏发电是先进的固态发电技术 4.2 4.2 光伏发电特点光伏发电特点 6 7 1、太阳能光伏发电的缺点（都不是致命的） 8 光伏电价与常规电价的发展趋势 2021-10-188 太阳能发电成本持续下降太阳能发电成本持续下降 9 太阳能发电在未来的发展趋势 2021-10-189 资料来源:中国光伏发展报告2007 太阳能发电规模加速扩大太阳能发电规模加速扩大 10 2、太阳能光伏发电的优点
3、 11 2、太阳能光伏发电的优点 12 每日办公楼耗电曲线和太阳能光伏发电曲线的对比 Source: Winfreid Hoffmann, RWE-Schott Solar Solar electricity production and electricity demand of an office building match perfectly 2、太阳能光伏发电的优点 13 13 Source: BSW-Solar / Meteocontrol GmbH 峰值电价格高达 1.5 /kWh 德国Leipzig贸易博览 会不同时段电价 27th July 2006 电力消耗与太阳能的对应关
4、系 2、太阳能光伏发电的优点 1414 日本10万屋顶计划 德国10万屋顶计划 美国加州百万屋顶计划 美国最新提出的千万屋顶计划。 15 太阳电池基本原理 “光生伏特效应” 4.3 4.3 光伏发电技术光伏发电技术 16 太阳电池、组件和方阵 17 太阳电池的太阳电池的I-VI-V特性及功率曲线特性及功率曲线 I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压 标准条件： AM=1.5 G=1000W/m2 T=25C 18 太阳光强与开路电压和短路电流的关系太阳光强与开路电压和短路电流的关系 I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大
5、工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压 19 光强的影响光强的影响 20 温度的影响温度的影响 21 热斑现象热斑现象 22 防止热斑现象发生防止热斑现象发生 加装旁路二极管和阻断二极管加装旁路二极管和阻断二极管 23 商品化的太阳电池组件和效率商品化的太阳电池组件和效率 24 单晶硅太阳电池 实验室最高效率：24.7% 商业化批量生产效率：17% 多晶硅太阳电池 实验室最高效率：20.3% 商业化批量生产效率：16% 常规晶体硅太阳电池常规晶体硅太阳电池 25 实验室最高效率：26.8% 背接触太阳电池黑电池 三洋电机高效、超薄HIT电池 26CIGS 薄膜太阳电池，
6、最高效 率19.9%，商业化12%。 CdTe太阳电池 最高效率：16.9% 商业化：9-11% 非晶硅薄膜太阳电池，最高 效率：12.8%（稳定） 商业化：6-8% 下一代薄膜太阳电池 薄膜太阳电池薄膜太阳电池 27 高倍聚光太阳电池 28 国内高倍聚光光伏系统HCPV 廊坊新澳光伏15kW 河南南阳利达光伏3kW 29 聚光光伏与光热混合系统 30 低倍聚光太阳电池 31 国际太阳电池实验室效率 电池种类转换效率（）研制单位备注 单晶硅太阳电池24.70.5澳大利亚新南威尔士大学4cm2面积 背接触聚光 26.80.8美国SunPower公司96倍聚光 单晶硅电池 GaAs多结电池42.7
7、 美国的Spectrolab (德国Fraunhofer 研究所) 聚光电池 多晶硅太阳电池20.30.5德国弗朗霍夫（Fraunhofer）研究所1.002cm2面积 InGaP/GaAs30.281.2日本能源公司4cm2面积 非晶硅太阳电池 14.5(初始)0.7 美国USSC公司0.27cm2面积 12.8(稳定)0.7 CIGS19.50.6美国国家可再生能源实验室0.410cm2面积 CdTe16.50.5美国国家可再生能源实验室1.032 cm2面积 多晶硅薄膜电池16.60.4德国斯图加特大学4.017cm2面积 纳米硅太阳电池10.10.2日本钟渊公司2微米厚膜 染料敏化电池
8、11.00.5EPFL0.25 cm2面积 HIT21.5日本三洋公司 32 中国太阳电池实验室效率 中国太阳电池实验室最高效率 （STC：AM1.5, 1000W/m2, 25 C） 太阳电池类型最高效率()研究单位面积(cm2 ) 单晶硅电池20.4 天津电源研究所22 多晶硅太阳电池18 无锡尚德12.512.5 双结非晶硅电池9.2 南开大学2020 GaAs电池29.25 天津电源研究所11 CIGS14.3 南开大学0.87 CdTe13.38 四川大学0.502 染料敏化电池7.4 中科院等离子所10.2 u-Si/a-Si 叠层电池 11.8 南开大学 小面积 9.71010
9、HIT17.27 中科院研究生院1.2 33 要求：快速、准确和稳定 太阳电池的最大功率跟踪（太阳电池的最大功率跟踪（MPPTMPPT） 34 35 平板自动向日跟踪系统 36 极轴跟踪系统 连排极轴跟踪系统 独立极轴跟踪系统 37 世界太阳电池发货量 （MWp） 公历年20022003200420052006200720082009 中国10.0 10.0 50.0 200.0 400.0 1088.0 2600.0 4011.0 欧洲135.0 193.4 314.0 470.0 657.0 1062.8 2000.0 1930.0 日本251.0 363.9 602.0 833.0 92
10、8.0 920.0 1300.0 1508.0 台湾450.0 900.0 1300.0 北美120.0 103.2 140.0 154.0 202.0 266.1 432.0 595.0 其它45.0 73.8 89.0 102.0 314.0 663.1 668.0 1316.0 合计561.0 744.3 1195.0 1759.0 2500.0 4000.0 7900.0 10660.0 49%sharedby China mainland+ Taiwan; 38%sharedby China mainland. 4.4 4.4 光伏发电现状光伏发电现状 38 Source：PVNew
11、s,May，2010 排名2009产量(MW)排名2009产量(MW) 1First Solar (US,DE,ML)101116Bosch Solar/Ersol (DE)200.0 2Suntech Power (CH) 尚德70417Neo Solar (TW)200.0 3Sharp (JP)59518Solar World (DE, USA)194.0 4Q-cell (DE，ML)53719China Sunergy (CH) 中电160.1 5Baoding Yingli (CH) 英利52520Mitsubishi Electric (JP,+HEL)150.0 6JA Sol
12、ar (CH) 晶澳50921Ningbo Solar (CH) 宁波150.0 7Kyocera 日本京瓷40022Changzhou Yijing (CH) 亿晶135.0 8Trina Solar (CH) 天合39923REC Schancell (NW)134.0 9SunPower (PH)39824United Solar （US）120.0 10Gintech （TW）昱晶36825Sun Flower (CH) 浙江向日葵120.0 11Motech (TW) 茂迪36026Evergreen Solar （US）104.6 12Canadian Solar (CH) 阿特斯
13、32627Schott Solar (DE)102.0 13Sanyo（JP）三洋26028Del Solar (TW)88.8 14E-Ton （TW）22529Jetion Solar (CH) 浚鑫80.0 15Solarfun (CH) 林洋22030Sollend (NE) 80.0 其 它1804.5 合 计10660 39 2009年世界太阳电池分类市场份额（MWp） Source：PV News， May, 2010 40 国家德国西班牙美国日本意大利法国中国韩国捷克比利时其他合计 2008 （GW）1.53 2.28 0.35 0.23 0.34 0.10 0.04 0.28
14、 0.03 0.048 0.29 5.52 2009（GW）3.8 0.150 0.475 0.484 0.700 0.285 0.160 0.170 0.411 0.292 0373 7.30 09占有率（%）52.1 2.1 6.56.69.6 3.9 2.22.35.6 4.05.1100.0 Source: Displaybank 2009 and EPIA, March, 2010 41 2009年世界光伏累计安装量（GWp） Source: REN 21， Renewables 2010 Global Status Report 42 中国近年来并网和离网光伏安装量比较（MWp）
15、年 Year200420052006200720082009 离网 Off-Grid8.8 7.4 9.0 17.8 19.0 18.0 并网 Grid-Tied1.2 1.5 1.0 2.2 21.0 142.0 年装机 Annual10.0 7.9 10.0 20.0 40.0 160.0 累计安装 Cumulative62.1 70.0 80.0 100.0 140.0 300.0 43 4.5 4.5 光伏发电对电网的影响光伏发电对电网的影响 44 n电网电压波动、闪变 n影响用户的电器设备安全。 浙江示范工程浙江示范工程 在10kV接入、400V接入、220V接入系统 中，都检测到谐
16、波电流总畸变率偏高的 问题。随着容量的增大，谐波电流对电 网的影响将进一步加大。 1 1、电能质量问题、电能质量问题 45 n对电网调峰的影响 n光伏电源只在白天发电，具有一定的正调峰特性 解决光伏发电的短期功率波动问题、 如何利用光伏发电的正调峰特性进行合理的经济调度 解决输电通道的利用率问题。 u西藏羊八井100kW电站：最大功率变 化率每分钟70； u浙江示范工程（运行3个月）： l250kW屋顶工程实测最大功率变化率 为每分钟20 l60kW屋顶工程实测最大功率变化率为 每分钟25 2 2、电网调频与经济运行问题、电网调频与经济运行问题 46 n远距离输送 n长距离输电的电压稳定性问题
17、 n电网的安全稳定分析 3 3、大电网稳定控制问题、大电网稳定控制问题 47 根本原因：根本原因： 4 4、配电网的运行控制问题、配电网的运行控制问题 n我国的中、低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接 地)系统，采用单侧电源辐射型供电网络。 n光伏电源接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结 构，潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。 48 LTCXfmr Power Gen V o l t a g e Feeder woltage profile at peak demand with DG Unit Off Feeder woltage profile at pea
18、k demand with DG Unit On Area of Voltage Substation 电压调节问题 对有载调压分接头动作影响 n 高电压 ：DG接入馈线，变压器 一次电压接近上限时 n 低电压：DG安装在LTC或者电压 调节器侧 对VQC影响 nDG启停，无功变化造成VQC动作 次数越界 24681012 1416 18 20 22 24 t Q QL QG 4 4、配电网的运行控制问题、配电网的运行控制问题 49 继电保护问题 n在线路发生故障后，继电保护以及 重合闸的动作行为都会受到光伏发 电系统的影响。对基于断路器的三 段式电流保护的影响最为显著。 日本日本2.2MW2
19、.2MW太阳城项目太阳城项目：大量配电网保护更换； 浙江示范工程浙江示范工程：加装低周、低压解列、过流等保 护；校核和调整10kV电流速断、延时电流速断、 过流保护、反向故障保护定值。 4 4、配电网的运行控制问题、配电网的运行控制问题 50 孤岛引起的安全问题 n线路维护人员人身安全受到威胁 n与孤岛地区相连的用户供电质量受影响（频率和电压偏出正常运行范围） n孤岛内部的保护装置无法协调 n电网供电恢复后会造成相位不同步 n孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压 n单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电 4 4、配电网的运行控制问题、配电网的运行控制问题 51 配电网的监控通信 4
20、4、配电网的运行控制问题、配电网的运行控制问题 n我国配电网的信息自动化水平相对落后 n10kV及以下低压线路一般不具备通信通道 n光伏发电带来的双向计量计费问题 n 52 在配电网规划中如何考虑分布式光伏发电的影响等问题的研究，成为 迫切需要解决的课题。 分布式光伏发电系统影响系统的潮流分布，也必然影响配网的损耗。 研究适合分布式光伏系统接入的配网分析理论和规划设计方案。 5 5、配电网的规划设计、配电网的规划设计 n增加了电力负荷的预测难度 n加大了配电网规划的不确定性 n提高了配电网规划适应性要求 53 n降低配电网设备利用率 n增加电网运行成本 6 6、对电网经济性的影响、对电网经济性的影响
