1、North China Electric Power University2023/5/5李广凯李广凯 Email:新能源发电技术新能源发电技术第第2章章-1电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering2目目 录录v第第2章章 太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术2.1概述概述2.2太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理2.3太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺2.4太阳能光伏发电系统设备构成太阳能光伏发电系统设备构成2.5独立光伏发电系统独立光伏发电系统2.6并网光伏发电系统并网光伏发电系统 本章小结本章小结 32.1 概概 述述42.1.1太阳
2、能及其利用方式太阳能及其利用方式(1)v太阳能简介太阳能简介年龄据称已年龄据称已40多亿年，还有多亿年，还有60多亿年多亿年太阳能实质是太阳能实质是核聚变能核聚变能每秒发出能量每秒发出能量22亿分之一亿分之一到达地球到达地球地球一年接收到地球一年接收到1.8 1018kWh太阳能量，相当于太阳能量，相当于数万倍全球能耗数万倍全球能耗v太阳能特点太阳能特点“永恒永恒”和和“巨大巨大”广泛性、分散性广泛性、分散性随机性、间歇性随机性、间歇性清洁性清洁性52.1.1太阳能及其利用方式太阳能及其利用方式(2)v 太阳能利用方式太阳能利用方式*发电发电 光直接发电光直接发电：光伏发电，光偶极子发电：光伏
3、发电，光偶极子发电 光间接发电光间接发电：光热动力发电，光热离子发电：光热动力发电，光热离子发电，热光伏发电，热光伏发电,光热温差发电光热温差发电,光化学发电光化学发电,光光生物发电生物发电(叶绿素电池叶绿素电池),(太阳热气流发电太阳热气流发电)热利用热利用 高温高温利用利用(800oC):高温太阳炉，熔炼金属高温太阳炉，熔炼金属 中温中温利用利用(200-800oC):太阳灶，太阳热发电太阳灶，太阳热发电 低温低温利用利用(200oC):太阳能热水器，太阳能干太阳能热水器，太阳能干燥，海水淡化，太阳能空调制冷，太阳房，燥，海水淡化，太阳能空调制冷，太阳房，太阳能暖棚等太阳能暖棚等62.1.
4、1太阳能及其利用方式太阳能及其利用方式(3)v太阳能利用方式太阳能利用方式*动力利用动力利用热气机热气机-斯特林发动机斯特林发动机(抽水或发电抽水或发电),光压转轮光压转轮光化利用光化利用光聚合，光分解，光解制氢等光聚合，光分解，光解制氢等生物利用生物利用速生植物（薪材林），油料植物，巨型海藻速生植物（薪材林），油料植物，巨型海藻光光利用光光利用太空反光镜，太阳能激光器，光导照明等太空反光镜，太阳能激光器，光导照明等72.1.2太阳能发电太阳能发电(1)v太阳能发电方式太阳能发电方式通过热过程的通过热过程的“太阳能热发电太阳能热发电”（间接发电）（间接发电）塔式发电塔式发电抛物面聚光发电抛物面
5、聚光发电太阳能烟窗发电太阳能烟窗发电热离子发电热离子发电热光伏发电热光伏发电温差发电温差发电不通过热过程的（不通过热过程的（直接发电直接发电）光伏发电光伏发电光感应发电光感应发电光化学发电光化学发电光生物发电光生物发电82.1.2太阳能发电太阳能发电(2)v光伏发电光伏发电1839年法国物理学家年法国物理学家A.E.Becqurel发现发现“光生伏达光生伏达效应效应”(Photovoltaic effect):即两片金属进入溶液构即两片金属进入溶液构成的伏达电池受到阳光照射时会产生额外的电动势成的伏达电池受到阳光照射时会产生额外的电动势1883年，发现半导体硒和金属接触处发现年，发现半导体硒和
6、金属接触处发现固体固体“光光伏效应伏效应”光伏器件：能产生光生伏达效应的器件光伏器件：能产生光生伏达效应的器件通常把太阳光照射下的光电转换效率高的通常把太阳光照射下的光电转换效率高的P-N结器件叫结器件叫太阳能电池（太阳能电池（Solar cell）1954年，美国贝尔电话实验室第一次作出了光电年，美国贝尔电话实验室第一次作出了光电转换效率转换效率6%的的单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池92.1.2太阳能发电太阳能发电(3)v光光感应感应发电发电有机高分子团有机高分子团“光极化偶极子光极化偶极子”处于原理性实验阶段处于原理性实验阶段在高分子团上安装电极仍存困难在高分子团上安装电极仍存困难v光光
7、化学化学发电发电浸泡溶液中的电极受到光照后电极上有电流浸泡溶液中的电极受到光照后电极上有电流液结光化电池液结光化电池光电解电池光电解电池光催化电池光催化电池有工作稳定性问题有工作稳定性问题v光光生物生物发电发电叶绿素电池发电叶绿素电池发电有光老化问题有光老化问题102.1.3太阳能电池分类太阳能电池分类(1)v按照按照基体材料基体材料来分来分晶体硅晶体硅太阳能电池太阳能电池单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池片状多晶硅太阳能电池片状多晶硅太阳能电池铸锭多晶硅太阳能电池铸锭多晶硅太阳能电池筒状多晶硅太阳能电池筒状多晶硅太阳能电池球状多晶硅太阳能电池球状多晶硅太阳能电池非晶硅非晶硅太阳能电池太阳能电池
8、PIN单结非晶硅薄膜太阳能电池单结非晶硅薄膜太阳能电池双结非晶硅薄膜太阳能电池双结非晶硅薄膜太阳能电池三结非晶硅薄膜太阳能电池三结非晶硅薄膜太阳能电池微晶硅薄膜微晶硅薄膜太阳能电池太阳能电池多晶硅薄膜多晶硅薄膜太阳能电池太阳能电池112.1.3太阳能电池分类太阳能电池分类(2)v按照按照基体材料基体材料来分来分纳米晶硅薄膜太阳能电池纳米晶硅薄膜太阳能电池硒光电池硒光电池化合物太阳能电池化合物太阳能电池硫化镉太阳能电池硫化镉太阳能电池硒铟铜太阳能电池硒铟铜太阳能电池碲化镉太阳能电池碲化镉太阳能电池砷化镓太阳能电池砷化镓太阳能电池有机半导体太阳能电池有机半导体太阳能电池v按按用途用途分分空间太阳能
9、电池空间太阳能电池地面太阳能电池地面太阳能电池光伏传感器光伏传感器122.1.3太阳能电池分类太阳能电池分类(3)v按按结构结构分分同质结太阳能电池同质结太阳能电池异质结太阳能电池异质结太阳能电池肖特基结太阳能电池肖特基结太阳能电池复合结太阳能电池复合结太阳能电池液结太阳能电池液结太阳能电池v按按工作方式工作方式分分平板太阳能电池平板太阳能电池聚光太阳能电池聚光太阳能电池分光太阳能电池分光太阳能电池132.1.3太阳能电池分类太阳能电池分类(4)142.1.3太阳能电池分类太阳能电池分类(5)各种太阳电池的市场占有率（2000年）非晶硅(9.4%)单晶硅(31.2%)多晶硅(48.9%)碲化镉
10、(0.4%)薄膜电池(5.1%)其它(5.0%)152.1.4太阳能光伏发电历史和现状太阳能光伏发电历史和现状(1)v太阳能光伏发电发展历史（教材表太阳能光伏发电发展历史（教材表2-2）1839年法国科学家年法国科学家贝克勒尔贝克勒尔(Becqurel)发现发现“光光生伏打效应生伏打效应”，即，即“光伏效应光伏效应”。1876年亚当斯等在硒片上发现年亚当斯等在硒片上发现固态光伏效应。固态光伏效应。1941年奥尔在年奥尔在硅上发现光伏效应硅上发现光伏效应。1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制首次制成了实用的单晶太阳电池，成了实用的单晶太阳电池，效率为效率
11、为6%。1959年第一个年第一个多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池问世，效率达问世，效率达5%1960年硅太阳电池首次实现年硅太阳电池首次实现并网运行并网运行。1990-1998年年，砷化镓太阳能电池和单晶硅电池，砷化镓太阳能电池和单晶硅电池效率分别达到效率分别达到32%和和24.7%，德国、美国和荷兰德国、美国和荷兰分分别提出别提出光伏屋顶计划光伏屋顶计划 199519961997199819992000200120022003 20040.078 0.089 0.126 0.1550.201 0.287 0.391 0.561 0.744 1.211.814.24223.13042.935.74
12、432.5 61.20.577 0.665 0.791 0.9461.147 1.435 1.825 2.387 3.131 4.331200417年 份 国家(地区)1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 美国 14.8 17.1 18.1 22.4 25.6 32.4 41.0 53.1 58.2 62.4 74.8 日本 16.8 19.9 18.6 18.7 17.5 19.5 20.5 34.0 47.5 86.0 128.7 欧洲 10.2 13.4 16.4 16.5 21.6 20.6 29.3 28.5 3
13、5.8 39.7 60.7 其它 4.7 5.0 4.8 4.4 6.0 7.5 8.5 9.4 16.3 19.2 23.5 总计 46.5 55.4 57.9 62.0 70.7 81.0 99.3 125 157.4 207.3 287.7 18192021222324252.1.5太阳能光伏发电优缺点太阳能光伏发电优缺点(1)v优点优点结构简单，体积小且轻结构简单，体积小且轻易安装和运输，建设周期短易安装和运输，建设周期短容易启动，维护简单，随时使用，保证供应容易启动，维护简单，随时使用，保证供应清洁安全无噪声清洁安全无噪声可靠性高，寿命长可靠性高，寿命长太阳能无处不在应用范围广太阳能
14、无处不在应用范围广降价速度快，能量偿还时间正在缩短降价速度快，能量偿还时间正在缩短v缺点缺点 能量分散，占地面积大能量分散，占地面积大间歇性大间歇性大地域性强地域性强262.1.6太阳能光伏发电应用太阳能光伏发电应用(1)v独立系统独立系统太阳能空间电站太阳能空间电站人造卫星光伏电源人造卫星光伏电源独立光伏电站独立光伏电站(5-500kW)风光混合电站风光混合电站(5-500kW)风光油混合电站风光油混合电站(5-1000kW)家用光伏电源系统家用光伏电源系统(30-3000kW)信号灯、航标灯光伏电源信号灯、航标灯光伏电源电视卫星地面接收站光伏电源电视卫星地面接收站光伏电源光纤微波通信中继站
15、光伏电源光纤微波通信中继站光伏电源阴极保护光伏电源阴极保护光伏电源空调制冷机光伏电源空调制冷机光伏电源272.1.6太阳能光伏发电应用太阳能光伏发电应用太阳能路灯太阳能路灯 哈勃太空望远镜上的太阳能电池哈勃太空望远镜上的太阳能电池282.1.6太阳能光伏发电应用太阳能光伏发电应用(2)v独立系统独立系统光伏水泵光伏水泵光伏船艇光伏船艇光伏汽车光伏汽车光伏充电器光伏充电器军用光伏电源军用光伏电源v联网发电联网发电集中联网光伏发电集中联网光伏发电分布式联网光伏发分布式联网光伏发电系统电系统(屋顶式，屋顶式，3-5kW)太阳能充电器太阳能充电器292.1.6太阳能光伏发电应用太阳能光伏发电应用太阳能
16、车太阳能车 气象站用太阳能发电气象站用太阳能发电302.1.6太阳能光伏发电应用太阳能光伏发电应用(3)v微功率系统微功率系统光伏收音机光伏收音机光伏钟表光伏钟表光伏计算器光伏计算器光伏玩具光伏玩具光伏教具光伏教具v光电探测器光电探测器光伏照相机光伏照相机光伏医疗仪器光伏医疗仪器可见光、近红外光光伏探测器可见光、近红外光光伏探测器各种光伏开关各种光伏开关光伏照度计光伏照度计人造卫星上太阳能电池人造卫星上太阳能电池图为神舟五号卫星图为神舟五号卫星 神舟六号载人飞船神舟六号载人飞船太阳能帆板太阳能帆板322.1.7中国的光伏发电中国的光伏发电(1)v 1958年单晶硅年单晶硅太阳电池研制成功太阳电
17、池研制成功v 1971年卫星太阳电池供电年卫星太阳电池供电v 1977年中国光伏电池产量年中国光伏电池产量1.1kW，价格，价格200元元/Wv 1979年年9月中国太阳能学会成立，月中国太阳能学会成立，太阳能学报太阳能学报和和太阳能太阳能出版出版v 1995年起实施全球环境基金资助的项目年起实施全球环境基金资助的项目中国中国“光明光明工程工程”v 2000年光伏电池的效率达到年光伏电池的效率达到7-23%v 1997年国家制定新能源可再生能源产业发展规划（年国家制定新能源可再生能源产业发展规划（1998-2015）v 2002年西部无电省年西部无电省通电工程光伏电站建设项目通电工程光伏电站建设项目“乡乡乡通工程乡通工程”启动启动
