新型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能發(fā)電技術(shù)前沿探索課程概述課程目標(biāo)掌握光伏系統(tǒng)基礎(chǔ)理論主要內(nèi)容新型電池技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)成果第一章：太陽能光伏發(fā)電基礎(chǔ)1基本概念光伏轉(zhuǎn)換原理2技術(shù)演變從傳統(tǒng)到新型技術(shù)3應(yīng)用前景多場景部署方案1.1太陽能資源概況太陽能輻射每平方米接收約1000W功率直接輻射與散射輻射共同作用全球太陽能分布赤道地區(qū)輻射強(qiáng)度最高中國西部和西北地區(qū)資源豐富1.2光伏效應(yīng)原理光子吸收半導(dǎo)體材料吸收光子電子激發(fā)價帶電子躍遷至導(dǎo)帶電荷分離內(nèi)建電場使電荷定向移動電流產(chǎn)生形成可利用電流1.3太陽能電池的發(fā)展歷史1第一代1954年，貝爾實驗室晶硅電池2第二代1970年代，薄膜太陽能電池3第三代2000年后，高效多結(jié)電池1.4光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1000GW全球裝機(jī)容量2022年突破1TW600GW中國裝機(jī)容量居世界首位85%中國電池產(chǎn)量全球市場份額第二章：新型太陽能電池技術(shù)晶體硅電池市場主導(dǎo)技術(shù)1薄膜電池靈活輕量應(yīng)用2新興電池鈣鈦礦等高效技術(shù)3特種電池多結(jié)電池等高端應(yīng)用42.1晶體硅太陽能電池單晶硅電池效率高達(dá)23%成本較高多晶硅電池效率約20%成本相對較低PERC技術(shù)背面鈍化增效市場主流技術(shù)HJT技術(shù)異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計低溫工藝優(yōu)勢2.2薄膜太陽能電池非晶硅薄膜材料利用率高CdTe薄膜成本優(yōu)勢明顯CIGS薄膜效率較高2.3新興太陽能電池技術(shù)鈣鈦礦太陽能電池效率突破25%成本潛力巨大穩(wěn)定性待提高量子點太陽能電池突破肖克利-奎瑟極限多激子生成實驗室效率提升迅速2.4多結(jié)太陽能電池1四結(jié)及以上效率超過45%2三結(jié)電池宇航級應(yīng)用3雙結(jié)電池商業(yè)化進(jìn)程加速2.5有機(jī)太陽能電池工作原理有機(jī)半導(dǎo)體材料吸收光子優(yōu)勢柔性輕量，成本低劣勢效率低，穩(wěn)定性差2.6染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)特點納米多孔TiO2膜有機(jī)染料分子電解質(zhì)溶液發(fā)展現(xiàn)狀實驗室效率達(dá)13%透明度可調(diào)室內(nèi)弱光性能好第三章：光伏系統(tǒng)組件3.1光伏組件結(jié)構(gòu)鋼化玻璃防護(hù)與透光EVA封裝膜粘合與防水電池片陣列光電轉(zhuǎn)換核心背板隔絕水分與氧氣接線盒與鋁框電氣連接與支撐3.2逆變器技術(shù)集中式逆變器大型電站應(yīng)用管理便捷組串式逆變器靈活配置MPPT效率高微型逆變器單模塊獨(dú)立陰影影響小3.3儲能系統(tǒng)電池類型能量密度循環(huán)壽命成本鋰離子電池高3000-5000次中高鉛酸電池低500-1000次低鈉硫電池中4500次中液流電池低10000次以上高3.4智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集實時監(jiān)測電流電壓算法分析MPPT追蹤最大功率點輸出調(diào)節(jié)優(yōu)化系統(tǒng)電能輸出性能監(jiān)控故障診斷與預(yù)測3.5支架和跟蹤系統(tǒng)固定支架成本低維護(hù)簡單發(fā)電量固定單軸跟蹤東西向追蹤增發(fā)15-20%成本適中雙軸跟蹤全方位追蹤增發(fā)25-40%維護(hù)成本高第四章：新型光伏系統(tǒng)設(shè)計屋頂光伏利用閑置屋頂?shù)孛骐娬疽?guī)?；l(fā)電BIPV美觀與功能結(jié)合4.1屋頂光伏系統(tǒng)設(shè)計要點考慮屋頂承重最優(yōu)傾角選擇陰影分析安裝方式壓塊式安裝楔塊式安裝嵌入式安裝系統(tǒng)規(guī)格家用3-10kW商業(yè)10-500kW4.2地面光伏電站選址要素光照資源豐富布局設(shè)計最小遮擋間距接入規(guī)劃就近接入電網(wǎng)防護(hù)措施防雷、防水設(shè)計4.3BIPV系統(tǒng)4.4漂浮光伏系統(tǒng)水體冷卻提高組件效率3-5%減少蒸發(fā)節(jié)約水資源抑制藻類改善水質(zhì)技術(shù)挑戰(zhàn)防水防腐設(shè)計4.5農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計原則高架設(shè)計合理遮光率適配作物選擇成功案例寧夏枸杞基地山東食用菌基地江蘇水稻試驗田4.6光伏+儲能系統(tǒng)白天發(fā)電光伏系統(tǒng)發(fā)電儲能充電過剩電力儲存高峰放電電價高時供電系統(tǒng)平衡優(yōu)化自發(fā)自用率第五章：光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提升系統(tǒng)運(yùn)維優(yōu)化提升5-10%組件技術(shù)改進(jìn)提升10-15%電池效率提升提升15-25%5.1電池效率提升技術(shù)表面織構(gòu)化金字塔結(jié)構(gòu)減反射增加光吸收路徑提高光俘獲率背面鈍化降低表面復(fù)合率提高電子收集效率技術(shù)要點：Al2O3薄膜5.2組件效率優(yōu)化半片技術(shù)電流減半熱損耗降低多主柵技術(shù)增加主柵數(shù)量降低電阻損耗疊瓦技術(shù)電池片重疊連接消除串聯(lián)間隙5.3系統(tǒng)級優(yōu)化智能組串匹配電流特性陰影管理優(yōu)化局部受陰部位布線優(yōu)化最短連接路徑散熱設(shè)計降低溫度系數(shù)影響5.4清潔維護(hù)技術(shù)自清潔涂層疏水納米涂層二氧化鈦光催化親水涂層智能清潔機(jī)器人無水干刷技術(shù)節(jié)水微噴技術(shù)自動導(dǎo)航系統(tǒng)第六章：光伏并網(wǎng)技術(shù)電能轉(zhuǎn)換直流轉(zhuǎn)交流質(zhì)量控制電能質(zhì)量管理電網(wǎng)接入符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)與電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行6.1并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和要求標(biāo)準(zhǔn)類別主要要求適用范圍電壓波動±5%額定電壓所有并網(wǎng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)50±0.2Hz>100kW系統(tǒng)諧波含量THD<3%所有并網(wǎng)系統(tǒng)低電壓穿越故障期間不脫網(wǎng)>500kW系統(tǒng)6.2分布式光伏并網(wǎng)戶用系統(tǒng)3-20kW規(guī)模商業(yè)系統(tǒng)20-500kW規(guī)模工業(yè)系統(tǒng)0.5-20MW規(guī)模應(yīng)用模式自發(fā)自用，余電上網(wǎng)6.3大型地面電站并網(wǎng)電站內(nèi)匯集組串-箱變-升壓站升壓傳輸升至110kV以上電網(wǎng)接入通過并網(wǎng)點連接調(diào)度管理受電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度6.4微電網(wǎng)技術(shù)1234光伏發(fā)電主要能源來源儲能系統(tǒng)平衡供需負(fù)載控制智能用電管理能源管理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度第七章：光伏發(fā)電預(yù)測與調(diào)度發(fā)電預(yù)測基于氣象與AI模型日前調(diào)度24小時發(fā)電計劃實時調(diào)度15分鐘平衡控制7.1光伏發(fā)電預(yù)測方法氣象預(yù)報模型衛(wèi)星云圖分析輻射強(qiáng)度預(yù)測天氣系統(tǒng)跟蹤人工智能預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)多因素關(guān)聯(lián)分析7.2光伏電站調(diào)度策略日前調(diào)度基于24小時預(yù)測日內(nèi)調(diào)度4小時滾動修正實時調(diào)度15分鐘動態(tài)平衡7.3虛擬電廠技術(shù)概念和結(jié)構(gòu)分布式資源聚合集中控制系統(tǒng)需求響應(yīng)機(jī)制運(yùn)行模式峰谷平衡模式經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模式緊急支援模式第八章：光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析組件成本逆變器支架系統(tǒng)安裝人工設(shè)計與許可其他8.1光伏發(fā)電成本構(gòu)成初始投資組件成本約45%逆變器約10%支架系統(tǒng)約10%安裝成本人工成本約15%設(shè)計與許可約5%運(yùn)維成本年均投資額1-2%保險、清潔、檢修8.2平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）計算公式總生命周期成本/總發(fā)電量發(fā)電量因素輻照強(qiáng)度、系統(tǒng)效率成本因素設(shè)備價格、融資成本下降趨勢十年下降80%8.3投資回報分析年份累計收益（萬元）8.4政策支持與補(bǔ)貼12009-2013金太陽示范工程22013-2018固定電價補(bǔ)貼32018-2020競價上網(wǎng)制度42021至今平價上網(wǎng)時代第九章：光伏發(fā)電環(huán)境影響生命周期評價能源回收期1-2年生態(tài)影響土地利用與生物多樣性回收處理材料循環(huán)再利用9.1生命周期評價原材料開采硅礦、稀有金屬開采材料制備多晶硅提純電池制造高能耗工藝系統(tǒng)運(yùn)行25年零排放發(fā)電回收處理材料再利用9.2生態(tài)環(huán)境影響土地利用占地密度6-8畝/MW荒漠、荒地優(yōu)先復(fù)合利用模式生物多樣性棲息地改變鳥類碰撞風(fēng)險植被覆蓋變化9.3回收與再利用組件回收廢舊組件收集1拆解分類玻璃、金屬等分離材料提取硅、銀等回收再生利用進(jìn)入新產(chǎn)品循環(huán)第十章：光伏產(chǎn)業(yè)未來展望全球碳中和光伏主力能源地位技術(shù)革命效率突破30%3產(chǎn)業(yè)升級全產(chǎn)業(yè)鏈智能化10.1技術(shù)發(fā)展趨勢高效率電池鈣鈦礦疊層突破35%柔性組件輕量化設(shè)計智能組件自診斷功能集成系統(tǒng)多功能一體化10.2市場預(yù)測10.3新興應(yīng)用領(lǐng)域光伏道路道路表面發(fā)電可穿戴設(shè)備服裝、背包集成高空應(yīng)用太陽能無人機(jī)10.4光伏+產(chǎn)業(yè)融合光伏+氫能綠色制氫技術(shù)光伏+5G基站供電系統(tǒng)光伏+電動車充電站一體化光伏+數(shù)據(jù)中心綠色計算能源10.5國際合作與競爭課程總結(jié)技術(shù)基礎(chǔ)原理與發(fā)展歷程2系統(tǒng)設(shè)計組件集成與應(yīng)用運(yùn)行管理預(yù)測調(diào)度與效率優(yōu)化未來展望技術(shù)與市場趨勢關(guān)鍵要點回顧1電池技術(shù)多樣化從晶硅到鈣鈦礦2系統(tǒng)集成智能化逆變器與儲能結(jié)合3應(yīng)用場景廣泛化從地面到建筑一體4平價上網(wǎng)已實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性持續(xù)提升實踐與思考題1小型系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計