1、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用2019廖東進(jìn) 105 錯(cuò)誤!未定義書簽。33381111162222272731333737374045485461616973778686869197100目錄.、F一、-前言項(xiàng)目1太陽能光伏系統(tǒng)認(rèn)識太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用及特點(diǎn)光伏發(fā)電應(yīng)用光伏發(fā)電特點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)認(rèn)識1.2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)工作方式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分類項(xiàng)目2太陽能資源的獲取我國太陽能資源分布2.2太陽輻資源獲取2.2.1太陽能輻射量組成2.2.2太陽能輻射量測量2.3太陽能輻射量估算項(xiàng)目3光伏電池組件及方陣容量設(shè)計(jì)光伏單體電池發(fā)電特性認(rèn)識3.1.1單體電池參數(shù)認(rèn)識3.1.2單體電池輸出特性分析光伏組

2、件輸出特性分析光伏方陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)光伏方陣容量設(shè)計(jì)項(xiàng)目4光伏儲能設(shè)備認(rèn)識及設(shè)計(jì)鉛酸蓄電池的認(rèn)識蓄電池的選擇及容量設(shè)計(jì)蓄電池的選購、安裝、維護(hù)超級電容器的認(rèn)識及使用項(xiàng)目5光伏控制器認(rèn)識太陽能控制器認(rèn)識5.1.1光伏控制器功能5.1.2光伏控制器分類及控制原理光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法典型光伏控制應(yīng)用及選購典型光伏控制電路制作TOC o 1-5 h z5.4.1蓄電池電壓檢測器電路制作105鉛酸蓄電池充放電電路1065.4.3太陽能草坪燈控制電路制作112 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 5.5超級電容在LED燈具中的應(yīng)用116 HYPERLINK

3、 l bookmark120 o Current Document 項(xiàng)目6光伏逆變器119 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 逆變器認(rèn)識及測試119 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 6.2光伏逆變器控制原理124光伏逆變器工作原理1246.2.2獨(dú)立型逆變器1296.2.3并網(wǎng)型逆變器135 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 小功率逆變器制作141 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document 項(xiàng)目

4、7光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)144 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)考慮因素144 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算151光伏發(fā)電系統(tǒng)組件容量設(shè)計(jì)151蓄電池和蓄電池組容量設(shè)計(jì)155以太陽輻射量為參數(shù)的其他設(shè)計(jì)方法160 HYPERLINK l bookmark182 o Current Document 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算167 HYPERLINK l bookmark230 o Current Document 項(xiàng)目8太陽能光

5、伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與相關(guān)設(shè)計(jì)172 HYPERLINK l bookmark232 o Current Document 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置172 HYPERLINK l bookmark234 o Current Document 光伏發(fā)電供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)182 HYPERLINK l bookmark238 o Current Document 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)實(shí)例193 HYPERLINK l bookmark240 o Current Document 項(xiàng)目9RETScreen軟件應(yīng)用202 HYPERLINK l bookmark242 o Current Doc

6、ument RETScreen認(rèn)識202 HYPERLINK l bookmark244 o Current Document RETScreen光伏模型中的應(yīng)用2049.2.1能源模型初始化2049.2.2能源模型分析205成本分析模型設(shè)計(jì)2079.2.4減排量分析2099.2.5財(cái)務(wù)分析211參考文獻(xiàn)213項(xiàng)目1太陽能光伏系統(tǒng)認(rèn)識1.1太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用及特點(diǎn)1.1.1光伏發(fā)電應(yīng)用任務(wù)目標(biāo)：了解光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域；掌握光伏發(fā)電主要應(yīng)用方式；掌握我國光伏發(fā)電十二五發(fā)展規(guī)劃的方向及目標(biāo)。任務(wù)描述：我國是太陽能光伏電池生產(chǎn)大國，從2007年開始，電池組件產(chǎn)量一直是全球第一，但從市場應(yīng)用角度來看

7、，我國太陽能光伏應(yīng)用所占比重較小。從當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用方向來看，主要面向光伏電子產(chǎn)品和光伏電站建設(shè)領(lǐng)域。了解當(dāng)前光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng)域及我國光伏發(fā)電建設(shè)目標(biāo)，是光伏發(fā)電應(yīng)用的前提。案例引導(dǎo)：組裝太陽能小車。序號規(guī)格圖樣太陽能電池板電壓:5V；電流：100mAon直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓3.6V小車套件/思考：描述太陽能小車工作情況。任務(wù)實(shí)施：一、光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng)域2010年，我國新增光伏發(fā)電裝機(jī)約500MW，累計(jì)達(dá)800MW。但與我國飛速發(fā)展的光伏制造業(yè)相比，在光伏應(yīng)用領(lǐng)域的前進(jìn)步伐明顯滯后于我國光伏制造業(yè)。2000年，我國太陽能電池產(chǎn)量僅為3MW，到2007年年底達(dá)到1088MW，超過歐洲(106

8、2.8MW)和日本(920MW)，躍居世界第一位。2010年，我國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到10GW，約占全球光伏電池產(chǎn)量的一半。目前，我國光伏發(fā)電的應(yīng)用市場處于起步階段。從當(dāng)前光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)主要廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、國防及人們生活的方方面面，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中葉，太陽能光伏發(fā)電將成為重要的發(fā)電方式，在可再生能源結(jié)構(gòu)中占有一定比例。太陽能光伏發(fā)電主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：通信領(lǐng)域的應(yīng)用。主要包括無人值守微波中繼站，光纜通信系統(tǒng)及維護(hù)站，移動(dòng)通信基站，廣播、通信、無線尋呼電源系統(tǒng)，衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，農(nóng)村程控電話、載波電話光伏系統(tǒng)，小型通信機(jī)，部隊(duì)通信系統(tǒng)，士兵GPS供電等。公路、鐵路、航

9、運(yùn)等交通領(lǐng)域的應(yīng)用。如鐵路和公路信號系統(tǒng)，鐵路信號燈，交通警示燈、標(biāo)志燈、信號燈，公路太陽能路燈，太陽能道釘燈、高空障礙燈，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，高速公路、鐵路無線電話亭，無人值守道班供電，航標(biāo)燈燈塔和航標(biāo)燈電源等。石油、海洋、氣象領(lǐng)域的應(yīng)用。如石油管道陰極保護(hù)和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)，石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源，海洋檢測設(shè)備，氣象和水文觀測設(shè)備，觀測站電源系統(tǒng)等。農(nóng)村和邊遠(yuǎn)無電地區(qū)應(yīng)用。在高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等農(nóng)村和邊遠(yuǎn)無電地區(qū)應(yīng)用太陽能光伏戶用系統(tǒng)、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)等解決日常生活用電問題，如照明、電視、收錄機(jī)、DVD、衛(wèi)星接收機(jī)等的用電，也解決了手機(jī)、手電筒等隨身小電器充電的

10、問題，發(fā)電功率大多在及瓦到幾百瓦。應(yīng)用15kW的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)或并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作為村莊、學(xué)校、醫(yī)院、飯館、旅社、商店等的供電系統(tǒng)。應(yīng)用太陽能光伏水泵，解決了無電地區(qū)的深水井飲用、農(nóng)田灌溉等用電問題。另外還有太陽能噴霧器、太陽能電圍欄、太陽能黑光滅蟲燈等應(yīng)用。太陽能光伏照明方面的應(yīng)用。太陽能光伏照明包括太陽能路燈、庭院燈、草坪燈，太陽能景觀照明，太陽能路標(biāo)標(biāo)牌、信號指示、廣告燈箱照明等：還有家庭照明燈具及手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、割膠燈、節(jié)能燈、手電等。圖1-2太陽能應(yīng)用實(shí)例6大型光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站）的應(yīng)用。大型光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站）是10kW200MW的地面獨(dú)立或并網(wǎng)光伏電站、風(fēng)光（柴）互

11、補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。太陽能光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（BIPV）。BIPV將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，充分利用建筑的屋頂和外立面，使得大型建筑能實(shí)現(xiàn)電力自給、并網(wǎng)發(fā)電，這將是今后的一大發(fā)展方向。注：建筑與光伏非系統(tǒng)相結(jié)合（BAPV）是光伏與建筑相結(jié)合的第一步，是將現(xiàn)成的平板式光伏組件安裝在建筑物的屋頂?shù)忍?，引出端?jīng)過逆變器和控制器裝置與電網(wǎng)聯(lián)接，由光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，多余電力向電網(wǎng)反饋。太陽能電子商品及玩具的應(yīng)用。包括太陽能收音機(jī)、太陽能鐘、太陽帽、太陽能充電器、太陽能手表、太陽能計(jì)算器、太陽能玩具等。其他領(lǐng)域的應(yīng)用。包括太陽能電動(dòng)汽車，電動(dòng)自行車，太陽能游艇，電池充電

12、設(shè)備，太陽能汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；還有太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)，海水淡化設(shè)備供電，衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。二、光伏發(fā)電應(yīng)用主要方式太陽能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目2009年3月財(cái)政部印發(fā)了太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法的通知，推動(dòng)太陽能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目的發(fā)展。主要內(nèi)容包括：（1）建材型、構(gòu)件型項(xiàng)目：補(bǔ)貼不超過20元/瓦；（2）安裝型項(xiàng)目：補(bǔ)貼不超過15元/瓦；（3）單項(xiàng)工程應(yīng)用裝機(jī)容量不小于50kW；（4）轉(zhuǎn)換效率要求：單晶硅組件超過16%，多晶硅超過14%，非晶硅超過6%。在該通知下發(fā)后，2009年9月下達(dá)首批項(xiàng)目，預(yù)算12.7億元，91兆瓦，111個(gè)項(xiàng)目。

13、2010年第二批項(xiàng)目，預(yù)算11.95億元，90.2MW,99個(gè)項(xiàng)目。金太陽示范工程2009年7月16日，財(cái)政部、科技部和國家能源局下發(fā)了關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程的通知，支持光伏發(fā)電技術(shù)在各類領(lǐng)域的示范應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。主要內(nèi)容包括：（1）2009-2011年，原則上每省總規(guī)模不超過20MW；（2）單個(gè)項(xiàng)目裝機(jī)容量不低于300kW；（3）業(yè)主總資產(chǎn)不少于1億元；（4）主要設(shè)備通過認(rèn)證；（5）并網(wǎng)項(xiàng)目補(bǔ)50%，獨(dú)立光伏項(xiàng)目補(bǔ)70%；2009年11月公布了294個(gè)項(xiàng)目，裝機(jī)容量達(dá)642MW，總投資200億元。在金太陽示范工程和太陽光電建筑應(yīng)用示范工程實(shí)施一段時(shí)間后，針對實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題，財(cái)政部

14、、科技部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家能源局于2010年9月發(fā)布了關(guān)于加強(qiáng)金太陽示范工程和太陽能光電建筑應(yīng)用示范工程建設(shè)管理的通知，重新規(guī)定了關(guān)鍵設(shè)備統(tǒng)一招標(biāo)、示范項(xiàng)目選擇和調(diào)整和補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)細(xì)則。大型并網(wǎng)光伏電站自2009年起，我國政府采取特許權(quán)招標(biāo)的辦法，公開招標(biāo)了14座大型并網(wǎng)光伏電站,總裝機(jī)規(guī)模達(dá)290MW2011年第三批光伏電站特許權(quán)招標(biāo)規(guī)模估計(jì)將達(dá)到500MW。三、光伏發(fā)電應(yīng)用前景回顧100年間能源工業(yè)的發(fā)展歷史，人類正在消耗地球50萬年歷史中積累的有限能源資源煤和石油，雖然極大地解放了生產(chǎn)力，但同時(shí)也向人類敲響了常規(guī)能源面臨枯竭的警鐘。根據(jù)有關(guān)材料顯示，人類己確知的石油儲備將用40多年

15、，天然氣60余年，煤大約200年。另外，以化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)，對人類環(huán)境的破壞顯而易見，每年排放的二氧化碳達(dá)210萬噸，并呈上升趨勢，從而造成冰雪消融，冰川退縮，全球氣候變暖。能源短缺和環(huán)境保護(hù)是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源領(lǐng)域最重要的課題。目前國際上對太陽能資源已經(jīng)十分重視。1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室第一塊單晶硅太陽能電池面世，為世界能源提供了一個(gè)新的希望。在20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。利用太陽能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)被用于許多需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。由于太陽能光伏發(fā)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，其研究開發(fā)、

16、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)及市場開拓已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家激烈競爭的主要熱點(diǎn)。世界實(shí)力大國都制定了雄心勃勃的光伏發(fā)電近期規(guī)劃:到2010年日本計(jì)劃累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到5GW,德國為2.7GW,歐盟為3GW，美國為4.7GW，澳大利亞為0.75GW，印度、中國等發(fā)展中國家估計(jì)為1.52GW。統(tǒng)計(jì)表明到2010年，世界光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將達(dá)到1415GW。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，2020年光伏發(fā)電在世界電力生產(chǎn)中所占比例將達(dá)1，2050年約占MewUnderttSon.fUH-iui山tiun“亠-:-i-h.nmMM*|t*aa|lu(nw.nvigrluinrrv*lrali,Jarlafl!x

17、yc.iffirrnijEhfMr,|25。由此可見，光伏發(fā)電具有廣闊的市場和發(fā)展前景。BellSystemSolarBatteryConvertsSunsRaysintoElectricity!Krll!clfflnuifIjilmrutnrimuirmtiiuihitinrnilJrirwrrir*anti/rallnmukiHfllongrrran-|ianllirliiniHHifinlml*AlSitrin*iiit*rlSicruliubrmh,ublrd4in*li|itwfultkrrtrnl*ilISrri*rthe-friof|l*tmFmiili*knntitlutftl

18、rBatiwkimlhin、tliMlbrlpllwH.ersaultheftrAin”證thehurt、TliriraMillmuchnIn-ihmrl4iirrtlw*P*Iniwhm世界第一塊光伏申池Huiajrixxlam!illkhouti八i“fnntin-TTthi-l-，j腫“巴2pulU于-空The.fMinI.Utlw*“prninp1-3太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用三、我國光伏發(fā)電發(fā)展目標(biāo)根據(jù)“太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃”，到2015年底，我國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2100萬千瓦以上，年發(fā)電量達(dá)到250億千瓦時(shí)。重點(diǎn)在中東部地區(qū)建設(shè)與建筑結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，建成分布式光伏發(fā)

19、電總裝機(jī)容量1000萬千瓦。在青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等太陽能資源和未利用土地資源豐富地區(qū)，以增加當(dāng)?shù)仉娏?yīng)為目的，建成并網(wǎng)光伏電站總裝機(jī)容量1000萬千瓦。以經(jīng)濟(jì)性與光伏發(fā)電基本相當(dāng)為前提，建成光熱發(fā)電總裝機(jī)容量100萬千瓦。表1-1太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃（萬千瓦）發(fā)電類別2010年2015年2020年1.太陽能電站4511002300光伏電站451000在青海、甘肅、新疆、內(nèi)家古、西臧、寧夏、陜西、云南，以及華北、東北的部分適宜地區(qū)建設(shè)一批并網(wǎng)光伏電站。結(jié)合大型水電、風(fēng)電基地建設(shè)，按風(fēng)光互補(bǔ)、水光互補(bǔ)方式建設(shè)一批光伏電站。2000光熱電站0100在太陽能日照條件好、可利用土地面積廣

20、、具備水資源條件的地區(qū)，開展光熱發(fā)電項(xiàng)目的示范。3002.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)411000在中東部地區(qū)城鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、大型公共設(shè)施等建筑屋頂相對集中的區(qū)域，建設(shè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。在西臧、青海、甘肅、陜西、新疆、云南、四川等偏遠(yuǎn)地區(qū)及海島，采用獨(dú)立光伏電站或戶用光伏系統(tǒng)，解決電網(wǎng)無法覆蓋地區(qū)的無電人口用電問題。擴(kuò)大城市照明、交通信號等領(lǐng)域光伏系統(tǒng)應(yīng)用。2700合計(jì)8621005000思考題:從當(dāng)前光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域及我們在日常生活中的所見，你認(rèn)為光伏發(fā)電可以在哪些應(yīng)用領(lǐng)域或應(yīng)用產(chǎn)品中被使用。2.通過資料查找，分析我國2009、2010、2011、2012光伏發(fā)電裝機(jī)容量為多少？3.分析MW

21、，KW及KWh單位換算關(guān)系。1.1.2光伏發(fā)電特點(diǎn)任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)，能分析光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施的可行性。任務(wù)描述：從太陽能光伏發(fā)電成本來看，大型光伏發(fā)電成本接近1元/KW，對于離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是其25倍左右。所以從光伏發(fā)電成本來看其光伏發(fā)電系統(tǒng)競爭力不大，但從環(huán)境影響，應(yīng)用靈活性等角度出發(fā)，光伏發(fā)電有其獨(dú)特優(yōu)勢，掌握光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)，是正確分析與實(shí)施光伏發(fā)電系統(tǒng)的前提。案例引導(dǎo)：太陽能路燈系統(tǒng)分析從太陽能路燈應(yīng)用出發(fā)，分析太陽能路燈在實(shí)際生活中的作用及問題，并填寫下表（填寫認(rèn)為最重要的3點(diǎn)依據(jù)）。表1-2太陽能路燈系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析太陽能路燈系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)任務(wù)實(shí)施：一、光伏發(fā)電優(yōu)點(diǎn)分析太陽能光

22、伏發(fā)電過程簡單，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，無噪聲、無污染；太陽能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。因此，與風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等新型發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征（最豐富的資源和最潔凈的發(fā)電過程）的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。太陽能資源取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽能要比人類目前消耗的能量大6000倍。而且太陽能在地球上分布廣泛，只要有光照的地方就可以使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地域、海拔等因素的限制。太陽能資源隨處可得，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路所造成的電能損失。光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程簡單，是直

23、接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒有中間過程（如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、機(jī)械能轄換為電磁能等）和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。根據(jù)熱力學(xué)分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80%以上，技術(shù)開發(fā)潛力巨大。光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境友好，不會遭受能源危機(jī)或燃料市場不穩(wěn)定而造成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。光伏發(fā)電過程不需要冷卻水，可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省寶貴的土地資源。光伏發(fā)電無機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只

24、要有太陽能電池組件就能發(fā)電，加之自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛采用，基本上可實(shí)現(xiàn)無人值守，維護(hù)成本低。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長（30年以上）。晶體硅太陽能電池壽命可長達(dá)2035年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設(shè)計(jì)合理、選型適當(dāng)，蓄電池的壽命也可長達(dá)1015年。太陽能電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而且根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。二、光伏發(fā)電缺點(diǎn)分析當(dāng)然，太陽能光伏發(fā)電也有它的不足和缺點(diǎn)，歸納起來有以下幾點(diǎn)。能量密度低。盡管太陽投向地球的能量總和極其巨大，但由于地球表面積也很大，而且地球表面大部分被海洋覆蓋，真正能夠到達(dá)陸地表面的太

25、陽能只有到達(dá)地球范圍輻射能量的10%左右，致使在陸地單位面積上能夠直接獲得的太陽能量較少。通常以太陽輻照度來表示，地球表面最高值約為1.2kWh/m2，且絕大多數(shù)地區(qū)和大多數(shù)的日照時(shí)間內(nèi)都低于1kWh/m2。太陽能的利用實(shí)際上是低密度能量的收集、利用。占地面積大。由于太陽能能量密度低，這就使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積會很大，每10kW光伏發(fā)電功率占地約需100m2，平均每平方米面積發(fā)電功率為100W。隨著光伏建筑一體化發(fā)電技術(shù)的成熟和發(fā)展，越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以利用建筑物、構(gòu)筑物的屋頂和立面，將逐漸克服光伏發(fā)電占地面積大的不足。轉(zhuǎn)換效率低。光伏發(fā)電的最基本單元是太陽能電池組件。光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換

26、效率指的是光能轉(zhuǎn)換為電能的比率。目前晶體硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率為13%17%，非晶硅光伏電池只有6%8%。由于光電轉(zhuǎn)換效率太低，從而使光伏發(fā)電功率密度低，難以形成高功率發(fā)電系統(tǒng)。因此，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低是阻礙光伏發(fā)電大面積推廣的瓶頸。間歇性工作。在地球表面，光伏發(fā)電系統(tǒng)只能在白天發(fā)電，晚上不能發(fā)電，除非在太空中沒有晝夜之分的情況下，太陽能電池才可以連續(xù)發(fā)電，這和人們的用電需求不符。受氣侯環(huán)境因素影響大。太陽能光伏發(fā)電的能源直接來源于太陽光的照射，而地球表面上的太陽照射受氣候的影響很大，長期的雨雪天、陰天、霧天甚至云層的變化都會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)。另外，環(huán)境因素的影響也很大，比較突出的一點(diǎn)是

27、，空氣中的顆粒物（如灰塵）等降落在太陽能電池組件的表面，阻擋了部分光線的照射，這樣會使電池組件轉(zhuǎn)換效率降低，從而造成發(fā)電量減少。地域依賴性強(qiáng)。地理位置不同，氣候不同，使各地區(qū)日照資源相差很大。光伏發(fā)電系統(tǒng)只有應(yīng)用在太陽能資源豐富的地區(qū)其效果才會好。系統(tǒng)成本高。由于太陽能光伏發(fā)電的效率較低，到目前為止，光伏發(fā)電的成本仍然是其他常規(guī)發(fā)電方式（如火力和水力發(fā)電）的幾倍，這是制約其廣泛應(yīng)用的最主要因素。但是我們也應(yīng)看到，隨著太陽能電池產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大及電池片光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本也下降得非?？?。太陽能電池組件的價(jià)格幾十年來已經(jīng)從最初的每瓦70多美元下降至目前的每瓦2.5美元左右。晶體

28、硅電池的制造過程高污染、高能耗。晶體硅電池的主要原料是純凈的硅。硅是地球上含量僅次于氧的元素，主要存在形式是沙子（二氧化硅）。從沙子一步步變成含量為99.9999%以上純掙的晶體硅，期間要經(jīng)過多道化學(xué)和物理工序的處理，不僅要消耗大量能源，還會造成一定的環(huán)境污染。盡管太陽能光伏發(fā)電存在上述不足，但是隨著能源問題越來越重要，大力開發(fā)可再生能源將是解決能源危機(jī)的主要途徑。太陽能光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的可再生能源發(fā)電技術(shù)，近年來我國政府也相繼出臺了一系列鼓勵(lì)和支持太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的政策法規(guī)，這將極大促進(jìn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)和應(yīng)用水平也將會不斷提高，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景十分廣

29、闊。思考題：分析歸納光伏發(fā)電優(yōu)缺點(diǎn)特性。從太陽能手機(jī)充電器應(yīng)用角度出發(fā)，談?wù)剝?yōu)缺點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)認(rèn)識1.2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)工作方式任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電發(fā)電工作原理及獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式特點(diǎn)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。任務(wù)描述：太陽能是光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，按照實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)來分，可以分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，按照光伏發(fā)電系統(tǒng)類型分類和功能要求，每種光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有其不同結(jié)構(gòu)。從光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用出發(fā)，首先就是對該系統(tǒng)的應(yīng)用模式進(jìn)行選擇，了解各種工作模式下的系統(tǒng)組成。案例引導(dǎo)：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成分析現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)裝備中的“太陽能路燈系統(tǒng)”“2K

30、W并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。填寫下表，并繪制其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。表1-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成“太陽能路燈系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組成“2KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組成任務(wù)實(shí)施:典型案例：太陽能路燈應(yīng)用太陽能路燈由其穩(wěn)定性、節(jié)能性、安全性、方便性、長壽命性、可移性、動(dòng)智能性等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生活當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。太陽能光伏系統(tǒng)由太陽能組件、蓄電池、控制器、光源、支架系統(tǒng)及其各種配件組成。太陽能光伏系統(tǒng)的工作原理是利用太陽能組件吸收太陽光并轉(zhuǎn)換為電能通過控制器存儲到蓄電池中，當(dāng)夜晚來臨時(shí)（或天空亮度不夠時(shí)）控制器再控制蓄電池給高效節(jié)能LED燈光源供電，實(shí)現(xiàn)環(huán)境照明。下圖為一太陽能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置。表1-4太陽能路燈系統(tǒng)配置名稱規(guī)格數(shù)量

31、說明電池板80W/塊2蓄電池80AH/只2控制器10A1單晶硅，高轉(zhuǎn)換率，高透光度鋼化玻璃，厚3.2mm,進(jìn)口TPTEVA。壽命25年；膠體蓄電池，太陽能專用，壽命5-8年；多種功能，防過充、過放，光控開，時(shí)控關(guān)，壽命5年；風(fēng)光互補(bǔ)型控制器；燈LED40W1燈具為一號燈具、采用單顆集成式，美國普瑞芯片;電眶芒制圖1-4太陽能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、光伏電池發(fā)電原理太陽能光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽能電池（一種類似于晶體二極管的半導(dǎo)體器件）的光生伏打效應(yīng)直接把太陽的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器就是太陽能電池，也叫光伏電池。當(dāng)太陽光照射到由P、N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體

32、材料構(gòu)成的太陽能電池上時(shí)，其中一部分光線被反射，一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的高能級狀態(tài)下的電子，產(chǎn)生電子一空穴對，在PN結(jié)的內(nèi)建電場作用下，電子、空穴相互運(yùn)動(dòng)（如圖1-5所示），N區(qū)的空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，使太陽電池的受光面有大量負(fù)電荷（電子）積累，而在電池的背光面有大量正電荷（空穴）積累。若在電池兩端接上負(fù)載，負(fù)載上就有電流通過，當(dāng)光線一直照射時(shí)，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過。單片太陽能電池就是一個(gè)薄片狀的半導(dǎo)體PN結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，額定輸出電壓為0.48V。為了獲得較高的輸出電壓和較大的功率容量，往往要把多片太陽能電池連接在一起使用

33、。太陽能電池的輸出功率是隨機(jī)的，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同安裝方式下,同一塊太陽能電池的輸出功率也是不同的。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式，可以分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。二、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理示意圖如圖1-6所示。太陽能光伏發(fā)電的核心部件是太陽能電池板，它將太陽光旳光能直接轉(zhuǎn)換成電能，并通過控制器把太陽能電池產(chǎn)生的電能存儲于蓄電池中。當(dāng)負(fù)載用電時(shí)，蓄電池中的電能通過控制器合理地分配到各個(gè)負(fù)載上。太陽能電池所產(chǎn)生的電流為直流電，可以直接以直流電的形式應(yīng)用，也可以用交流逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，供交流負(fù)載使用。太陽能發(fā)電的電能可以即發(fā)即用，也可以用蓄電池等儲

34、能裝置將電能存儲起來，在需要時(shí)使用。圖1-6獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理三、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-7是并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理示意圖。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件方陣將光能轉(zhuǎn)變成電能，并經(jīng)直流配線箱進(jìn)入并網(wǎng)逆變器，有些類型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)還要配置蓄電池組存儲直流電能。并網(wǎng)逆變器由充放電控制、功率調(diào)節(jié)、交流逆變、并網(wǎng)保護(hù)切換等部分構(gòu)成。經(jīng)逆變器輸出的交流電供負(fù)載使用，多余的電能通過電力變壓器等設(shè)備饋入公共電網(wǎng)(可稱為賣電)。當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因天氣原因發(fā)電不足或自身用電量偏大時(shí)，可由公共電網(wǎng)向交流負(fù)載供電(稱為買電)。系統(tǒng)還配備有監(jiān)控、測試及顯示系統(tǒng)，用于對整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控、檢測

35、及發(fā)電量等各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，還可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸控制和顯示數(shù)據(jù)。”匚瓷弓也電流發(fā)直(a)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理框圖太陽能電池方陣太陽能控制器太陽能逆變器并網(wǎng)一切換控制器交流負(fù)載電網(wǎng)系統(tǒng)4220V,頻率50HZ(b)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理案例圖1-7并網(wǎng)型太阻能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理思考題:從上述內(nèi)容，分析獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大區(qū)別是什么。1.2.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分類任務(wù)目標(biāo)：掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件功能及光伏發(fā)電的典型應(yīng)用與系統(tǒng)特征。任務(wù)描述：光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有光伏電池組件、蓄電池、光伏控制器、逆變器及交流輸配電

36、系統(tǒng)等部件組成。按照不同的應(yīng)用，可采用不同的物理結(jié)構(gòu)和不同的系統(tǒng)部件。對于不同的應(yīng)用環(huán)境其結(jié)構(gòu)組成存在一定差異。案例引導(dǎo)：最小光伏發(fā)電系統(tǒng)組成從關(guān)鍵詞“最小”概念出發(fā)，獨(dú)立設(shè)計(jì)一種光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在相關(guān)實(shí)訓(xùn)平臺中搭建電路予以實(shí)施，并完成相關(guān)性能測試，填寫下表。設(shè)備或耗材規(guī)格測量參數(shù)電路原理圖項(xiàng)目實(shí)施:一、光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及功能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)，也可叫太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。盡管太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用形式多種多樣，應(yīng)用規(guī)模也跨度很大，從小到不足一瓦的太陽能草坪燈，大到幾百千瓦甚至幾兆瓦的大型光伏發(fā)電站，但太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

37、卻基本相同。其主要結(jié)構(gòu)由太陽能電池組件（或方陣）、蓄電池（組）、光伏控制器、逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）以及一些測試、監(jiān)控、防護(hù)等附屬設(shè)施構(gòu)成。1太陽能電池組件太陽能電池組件也叫太陽能電池板，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，并送往蓄電池中存儲起來，也可以直接用于推動(dòng)負(fù)載工作。當(dāng)發(fā)電容量較大時(shí)，就需要用多塊電池組件串、并聯(lián)后構(gòu)成太陽能電池方陣。目前應(yīng)用的太陽能電池主要是晶體硅電池，分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池等幾種。2蓄電池蓄電池的作用主要是存儲太陽能電池發(fā)出的電能，并可隨時(shí)向負(fù)載供電

38、。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、充電效率高、深放電能力強(qiáng)、工作溫度范圍寬、少維護(hù)或免維護(hù)以及價(jià)格低廉。目前為光伏系統(tǒng)配套使用的主要是免維護(hù)鉛酸電池，在小型、微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池或超級電容器。當(dāng)需要大容量電能存儲時(shí)，就需要將多只蓄電池串、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。3光伏控制器太陽能光伏控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其功能主要有：防止蓄電池過充電保護(hù)、防止蓄電池過放電保護(hù)、系統(tǒng)短路保護(hù)、系統(tǒng)極性反接保護(hù)、夜間防反充保護(hù)等。在溫差較大的地方，控制器還具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。另外控制器還有光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)等工作模式，以及充電狀態(tài)、蓄電池電量等

39、各種工作狀態(tài)的顯示功能。光伏控制器一般分為小功率、中功率、大功率和風(fēng)光互補(bǔ)控制器等。4交流逆變器交流逆變器是把太陽能電池組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應(yīng)給電網(wǎng)或者交流負(fù)載使用的設(shè)備。逆變器按運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。5光伏發(fā)電系統(tǒng)附屬設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)的附屬設(shè)施包括直流配線系統(tǒng)、交流配電系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控和檢測系統(tǒng)、防雷和接地系統(tǒng)等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按大類可分為獨(dú)立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。其中，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)又可分為直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和交流光伏發(fā)電系統(tǒng)

40、以及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。而在直流光伏發(fā)電系統(tǒng)中又可分為有蓄電池的系統(tǒng)和沒有蓄電池的系統(tǒng)。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，也分為有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)和無逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)，并根據(jù)用途也分為有蓄電池系統(tǒng)和無蓄電池系統(tǒng)等。二、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。因此，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負(fù)載的特點(diǎn)，可分為下列幾種形式。無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-8所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是用電負(fù)載是直流負(fù)載，對負(fù)載使用時(shí)間沒有要求，負(fù)載主要在白天使用。太陽能電池與用電負(fù)載直接連接，有陽光時(shí)就發(fā)

41、電供負(fù)載工作，無陽光時(shí)就停止工作。系統(tǒng)不需要使用控制器，也沒有蓄電池儲能裝置。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是省去了能量通過控制器及在蓄電池的存儲和釋放過程中造成的損失，提高了太陽能的利用效率。這種系統(tǒng)最典型的應(yīng)用是太陽能光伏水泵。蓄電池圖1-8無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-9有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-9所示。該系統(tǒng)由太陽能電池、充放電控制器、蓄電池以及直流負(fù)載等組成。有陽光時(shí)，太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能供負(fù)載使用，并同時(shí)向蓄電池存儲電能。夜間或陰雨天時(shí)，則由蓄電池向負(fù)載供電。這種系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，小到太陽能草坪燈、庭院燈，大到遠(yuǎn)離電網(wǎng)的移動(dòng)通信基站、微

42、波中轉(zhuǎn)站，邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村供電等。當(dāng)系統(tǒng)容量和負(fù)載功率較大時(shí)，就需要配備太陽能電池方陣和蓄電池組了。交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-10所示。與直流光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，交流光伏發(fā)電系統(tǒng)多了一個(gè)交流逆變器，用以把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，為交流負(fù)載提供電能。交、直流混合系統(tǒng)則既能為直流負(fù)載供電，也能為交流負(fù)載供電。圖1-10交流和交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂市電互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中以大陽能光伏發(fā)電為主，以普通220V交流電補(bǔ)充電能為輔，如圖1-11所示。這樣光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池和蓄電池的容量都可以設(shè)計(jì)得小一些，基本上是當(dāng)天有

43、陽光，當(dāng)天就用太陽能發(fā)的電，遇到陰雨天時(shí)就用市電能量進(jìn)行補(bǔ)充。我國大部分地區(qū)基本上全年都有三分之二以上的晴好天氣，這樣系統(tǒng)全年就有三分之二以上的時(shí)間用太陽能發(fā)電，剩余時(shí)間用市電補(bǔ)充能量。這種形式即減小了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一次性投資，又有顯著的節(jié)能減排效果，是太陽能光伏發(fā)電在現(xiàn)階段推廣和普及過程中的一個(gè)過渡性的好辦法。這種形式的原理與下面將要介紹的無逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)有相似之處，但還不能等同于并網(wǎng)應(yīng)用。圖1-11市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用舉例。某市區(qū)路燈改造，如果將普通路燈全部換成太陽能路燈，一次性投資很大，無法實(shí)現(xiàn)。而如果將普通路燈加以改造，保持原市電供電線路和燈

44、桿不動(dòng)，更換節(jié)能型光源燈具，采用市電互補(bǔ)光伏發(fā)電的形式，用小容量的太陽能電池和蓄電池（僅夠當(dāng)天使用，也不考慮連續(xù)陰雨天數(shù)），就構(gòu)成了市電互補(bǔ)型太陽能光伏路燈，投資減少一半以上，節(jié)能效果顯著。三、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，也有分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投

45、資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。常見并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有下列幾種形式。1.有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-12所示。當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)出的電能充裕時(shí)，可將剩余電能饋入公共電網(wǎng)，向電網(wǎng)供電（賣電）；當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)提供的電力不足時(shí)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電（買電）。由于向電網(wǎng)供電時(shí)與電網(wǎng)供電的方向相反，所以稱為有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)。1-12有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-11所示。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)即使發(fā)電充裕也不向公；電網(wǎng)供電，但當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)供電不足時(shí)，則由公共電網(wǎng)向負(fù)載供電。交流電網(wǎng)太陽能電池

46、方陣圖1-13無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)切換型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖1-14所示。所謂切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)際上是具有自動(dòng)運(yùn)行雙向切換的功能。一是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因多云、陰雨天及自身故障等導(dǎo)致發(fā)電量不足時(shí)，切換器能自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電一側(cè)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電；二是當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)槟撤N原因，然停電時(shí)，光伏系統(tǒng)可以自動(dòng)切換使電網(wǎng)與光伏系統(tǒng)分離，成為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)。有些切換型光伏發(fā)電系統(tǒng)，還可以在需要時(shí)斷開為一般負(fù)載的供電，接通對應(yīng)急負(fù)載的供電，一般切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都帶有儲能裝置。太陽能電池方陣蓄電池組應(yīng)急負(fù)載交流負(fù)載圖1-14切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)思考題：1.從以上內(nèi)容，歸

47、納分析光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域。2.從獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工程案例出發(fā)，列舉不同工作模式下的典型案例，并闡述其工作過程及特點(diǎn)。從并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工程案例出發(fā)，列舉不同工作模式下的典型案例，并闡述其工作過程及特點(diǎn)。下圖1-15為家用光伏發(fā)電系統(tǒng)，分析其結(jié)構(gòu)，描述其工作特點(diǎn)。如果要設(shè)計(jì)一個(gè)大型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，考慮其系統(tǒng)的組成及工作特點(diǎn)。圖1-15家用光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目2太陽能資源的獲取學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)掌握太陽能資源的組成；掌握我國太陽能資源分布；掌握獲取最大資源的方法；掌握太陽能輻射量的測量方法；掌握太陽能輻射里參數(shù)轉(zhuǎn)化。能計(jì)算太陽能輻射里；能測量實(shí)際光伏輻射量；能進(jìn)行輻射量參數(shù)

48、轉(zhuǎn)化；能利用RETSCENT獲取太陽能資源；能從太陽能資源角度出發(fā)，評估光伏發(fā)電系統(tǒng)可行性。案例提示太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總體性能的最關(guān)鍵問題是如何安裝好的系統(tǒng)最有效地利用太能資源。要使光伏發(fā)電系統(tǒng)方陣達(dá)到性能最佳，必須安裝得使它獲得盡可能多的能量。因?yàn)樘柺枪夥l(fā)電系統(tǒng)的“燃料”，所以希望確保方陣充分獲取盡可能多的太陽能資源（照射光伏發(fā)電系統(tǒng)的陽光）。對于如何獲取最佳太陽能資源，主要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點(diǎn)及安裝方式。例如我國太陽資源最豐富地區(qū)主要集中在我國青藏高原和新疆、甘肅、內(nèi)蒙古一帶，年總輻射大于6300MJ/m2,相同發(fā)電裝機(jī)量，發(fā)電效益優(yōu)于其他地區(qū)。又如在同一地點(diǎn)采用不同方陣安裝方式（

49、固定型、跟蹤型），所獲取的太陽能資源也是不同。圖2-1光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝方式2.1我國太陽能資源分布任務(wù)目標(biāo)：了解全球太陽能資源分布情況，掌握我國太陽能資源分布情況。任務(wù)描述：在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，決定光伏發(fā)電量及影響光伏發(fā)電成本的主要因素之一就是太陽能資源，掌握太陽能資源的資源分布對光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)有著重要的意義。案例引導(dǎo)：太陽能資源對光伏發(fā)電量的影響搭建如下獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過改變模擬光源強(qiáng)度，測量負(fù)載（LED）電壓、電流值，并記錄當(dāng)前光源強(qiáng)度，填寫下列表格。太陽能電池圖2-2獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖表2-1光強(qiáng)與功率表序電壓電流功率光強(qiáng)LED亮度1弱23456強(qiáng)思考：描述太陽能資源對光伏發(fā)電量

50、的影響。任務(wù)實(shí)施：太陽能資源（Solarenergyresources）指任一特定時(shí)段內(nèi)（如日、月、年）水平面上太陽總輻射強(qiáng)度的累計(jì)值，單位為兆焦每平方米（MJ/m2）。一、世界太陽能資源分布太陽是一顆自己能發(fā)光的氣體星球，其內(nèi)部不斷進(jìn)行著熱核反應(yīng)，因而每時(shí)每刻都在穩(wěn)定地向宇宙空間發(fā)射能量。人類開發(fā)太陽能主要是利用太陽光輻射所產(chǎn)生的能量，由于地球表面大部分被海洋覆蓋，達(dá)到陸地表面的能量約占太陽達(dá)到地球范圍內(nèi)太陽輻射能的10%，然而太陽每秒鐘到達(dá)地球陸地表面的輻射能相當(dāng)于世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的3.5萬倍，因此太陽能的開發(fā)利用日益受到人們的青睞。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為3.

51、8X1023kW的輻射值，其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，47%到達(dá)地球表面，其功率為800000億KW,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。全球人類目前每年能源消費(fèi)的總和只相當(dāng)于太陽在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。二、我國太陽能資源分布我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50X10i8kJ,全國各地太陽年輻射總量達(dá)335837kJ/cm2a,中值為586kj/cm2a。從全國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部

52、、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時(shí)間長。例如被人們稱為“日光城”的拉薩市，1961年至1970年的平均值，年平均日照時(shí)間為3005.7h,相對日照為68%，年平均晴天為108.5天，陰天為98.8天，年平均云量為4.8，太陽總輻射為816kJ/cm2a，比全國其它省區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。全國以四川和貴州兩省的太陽年輻射總量最小，其中尤以四川盆地為最，那里雨多、霧多，晴天較少。例如素有“霧都”之稱的

53、成都市，年平均日照時(shí)數(shù)僅為1152.2h，相對日照為26%，年平均晴天為24.7天，陰天達(dá)244.6天，年平均云量高達(dá)8.4，其它地區(qū)的太陽年輻射總量居中。大體上說，我國約有三分之二以上的地區(qū)太陽能資源較好，特別是青藏高原和新疆、甘肅、內(nèi)蒙古一帶，利用太陽能的條件尤其有利。根據(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為四類地區(qū)。一類地區(qū)：為中國太陽能資源最豐富的地區(qū)，日輻射量5.1KWh/m?。這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達(dá)日輻射量6.4KWh/m?，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。二類地區(qū)：為中國太陽能資源較豐富地區(qū)，日輻射量

54、4.15.1KWh/m?。這些地區(qū)包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。三類地區(qū)：為中國太陽能資源中等類型地區(qū)，日輻射量3.34.1KWh/m?。主要包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東南部、青海西部和西藏西部Mj/m2 #寧夏北部、甘肅北部、新疆東南部、青海西部和西藏西部Mj/m2 山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺灣西南部等地。四類地區(qū)：是中國太陽能資源較差地區(qū)，日輻射量3.1KWh/m2。這些地區(qū)包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南

55、部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、臺灣東北部等地。四川、貴州兩省，是中國太陽能資源最少的地區(qū)，日輻射量只有2.53.2KWh/m2。圖2-3為我國太陽能資源分布情況，主要特點(diǎn)有：圖2-3我國太陽能資源分布1.太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯22。35。這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；2太陽年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地區(qū)，而且除西藏和新疆兩個(gè)自治區(qū)外，基本上是南部低于北部；3由于南方多數(shù)地區(qū)云多雨多，在北緯30。40。之間，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽能不是隨著緯度的升高而減少，而是隨著緯度的升高而增加。表2-2我國太陽能資源表年總輻射量峰值日

56、照時(shí)數(shù)（平均）地區(qū)668084005.086.39(5.7) 58526680MJ/m24.455.08(4.7)河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅屮部、青海東部、西臧東南部和新疆南部50165852MJ/m23.824.45(4.1)山東東南部、河南東南部、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、丿東南部、福建南部、江蘇北部、安徽北部、天津、北京和臺灣西南部41905016MJ/m23.193.82(3.5)湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部以及黑龍江、臺灣東北部33444190MJ/m22.543.1

57、9(2.8)四川、貴州、重慶三、輻射量單位及換算太陽能能輻射量單位有卡（cal）、焦耳（J）、瓦（W）等。其關(guān)系如下。1卡（cal）=4.1868焦（J）=1.16278毫瓦時(shí)（mWh）1千瓦時(shí)（kWh）=3.6兆焦（MJ）1千瓦時(shí)/米2（kWh/m2）=3.6兆焦/米2（MJ/rm2）=0.36千焦/厘米2（kj/cm2）100毫瓦時(shí)/厘米2（mWh/cm2）=85.98卡/厘米2（cal/cm2）1兆焦/米2（MJ/m2）=23.889卡/厘米2（cal/cm2）=27.8毫瓦時(shí)/厘米2（rmWh/cm2）四、峰值日照時(shí)數(shù)峰值日照是在晴天時(shí)地球表面的大多數(shù)地點(diǎn)能夠得到的最大太陽輻射照度10

58、00W/m2。一個(gè)小時(shí)的峰值日照就叫做峰值日照小時(shí)。峰值日照小時(shí)數(shù)是一個(gè)描述太陽輻射的單位（瓦每平方米每天，W/m/D）,也被叫做太陽日照率或者簡稱日照率。日照率用來比較不同地區(qū)的太陽能資源。舉例來說，例如在我國太陽能資源極豐富帶青海，年輻射總量大于170KWh/m2,則峰值日照時(shí)數(shù)為:年總輻射量/365。全年峰值日照時(shí)數(shù)為：180000X0.0116=2088小時(shí)。0.0116為將輻射量（卡/cm2）換算成峰值日照時(shí)數(shù)的換算系數(shù)。峰值日照定義：100毫瓦/cm2=0.1瓦/cm21卡=4.18焦耳=4.18瓦秒；1小時(shí)=3600秒貝V：1卡/cm2=4.18瓦秒/卡/（3600秒/小時(shí)X0.

59、1瓦/cm2）=0.0116小時(shí)cm?/卡于是：180000卡/cm2年X0.0116小時(shí)cm2/卡=2088小時(shí)/年平均每日峰值日照時(shí)數(shù)為：2088365=5.72小時(shí)/日太陽輻資源獲取2.2.1太陽能輻射量組成任務(wù)目標(biāo)：理解太陽能能資源的組成。任務(wù)描述：太陽輻射發(fā)射至地球，不斷要經(jīng)過遙遠(yuǎn)的旅程，并且還要遇到各種阻攔，受到各種影響。掌握太陽能資源的組成是計(jì)算和測量太陽能資源的首要條件。任務(wù)實(shí)施：一、太陽輻射光譜太陽輻射中輻射能按波長的分布，稱為太陽輻射光譜，見圖2-5。從圖中可看出，大氣上界太陽光譜能量分布曲線，與用普朗克黑體輻射公式計(jì)算出的6000K的黑體光譜能量分布曲線非常相似。因此可以

60、把太陽輻射看作黑體輻射。太陽是一個(gè)熾熱的氣體球，其表面溫度約為6000K，內(nèi)部溫度更高。根據(jù)維恩位移定律可以計(jì)算出太陽輻射峰值的波長入max為0.475口m,這個(gè)波長在可見光的青光部分。太陽輻射主要集中在可見光部分（0.40.76口m），波長大于可見光的紅外線（0.76口m）和小于可見光的紫外線（V0.4口m）的部分少。在全部輻射能中，波長在0.154口m之間的占99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽輻射總能量的約50%，后者占約43%，紫外區(qū)的太陽輻射能很少，只占總量的約7%。圖2-5大氣上界和地面的太陽輻射光譜二、影響地球表面太陽能輻照度的因素1.高度角對于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，