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1、太阳能发电及利用技术第1页，共42页，编辑于2022年，星期五主要内容一、太阳能光伏发电历史与现状二、太阳能光伏发电系统的组成 三、太阳能光伏发电优缺点四、太阳能电池发电原理五、太阳能电池发电分类六、太阳能发电系统七、空间电站未来能源基地八、太阳能热动力发电九、太阳能新产品第2页，共42页，编辑于2022年，星期五地球资源特别是不可再生资源，其供给能力有限，并非取之不尽、用之不竭在经济不断发展同时，能源消耗不断增加，传统能源无以为继，经济发展越来越受制于能源的开发利用，新能源作为一种替代能源，未来能极大的缓解我们能源大量需求，可以保证经济可持续发展。传统能源产生环境问题越来越严重，危害人类健康
2、和生存环境第3页，共42页，编辑于2022年，星期五火电的缺点火电的缺点火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。第4页，共42页，编辑于2022年，星期五水电的缺点水电的缺点水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。第5页，共42页，编辑于2022年，星期五核电的缺点核电的缺点核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后
3、果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。第6页，共42页，编辑于2022年，星期五这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。第7页，共42页，编辑于2022年，星期五为什么要使用太阳能照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净
4、，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。第8页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能光伏发电历史与现状利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。第9页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能光伏发电的发展历史第10页，共42页，编辑于2022年，星期五第11页，共42页，编辑于2022年，星期五至2003年底中国光伏产
5、品的应用领域及份额 第12页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能光伏发电优缺点1、太阳能光伏发电的主要优点：(1)结构简单体积小且轻。(2)易安装，易运输，建设周期短。(3)容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。(4)清洁，安全，无噪声。(5)可靠件高，寿命长。(6)太阳能无处不有，应用范围广。(7)降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。第13页，共42页，编辑于2022年，星期五2、太阳能光伏发电的主要缺点(1)能量分散，占地面积大。(2)间歇性大。除了昼夜这种周期变化外，太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响。小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电
6、站、核电厂要复杂。(3)地域性强。第14页，共42页，编辑于2022年，星期五光伏效应早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。第15页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能发电原理图第16页，共42页，编辑于2022年，星期五晶体硅材
7、料制备的太阳能电池比较单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率，而且性铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过的主导地位，单晶硅和多
8、晶硅的比例已超过80%80%，而这一发，而这一发展趋势还在继续增长。展趋势还在继续增长。第17页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能发电系统 太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、海岛提供电力。第18页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能供电系统的类型1）按供电类型分：直流供电系统交直流供电系统2）按供电特点分：独立光伏发电系统并网光伏发电系统第19页，共42页，编辑于2022年，星期五独立光伏发电系统独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能
9、电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也称为离网型光伏发电系统。第20页，共42页，编辑于2022年，星期五独立光伏发电系统框图独立光伏发电系统框图第21页，共42页，编辑于2022年，星期五并网光伏发电系统 光伏发电系统光伏发电系统(以下简称光伏系统以下简称光伏系统)的主流发展趋势是的主流发展趋势是并网光并网光伏发电系统：伏发电系统：太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统流，再同电网的交流电
10、合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏系统。就是并网光伏系统。并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和和集中式集中式并网光伏系统并网光伏系统(电站电站)两大类。两大类。前者的特点特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：后者的特点：特点：是光伏系统发的电直接被输送到电网上，由是光伏系统发的电直接被输送到电网上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。电网把电力统一分配到各个用电单位。第22页，共42页，编辑于2022年，星期五住宅用并网光伏住宅用并网光伏系统图系
11、统图第23页，共42页，编辑于2022年，星期五住宅用并网光伏系统供电形式第24页，共42页，编辑于2022年，星期五直流供电系统第25页，共42页，编辑于2022年，星期五交直流供电系统 第26页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳空间电站的原理随着地球上石油、煤炭资源的日益枯竭和环境污染的不断加剧，人类把目光投向太空，预计到下个世纪初将建成空间电站，以解决日益紧张的能源问题。空间电站实际上是利用太阳能发电的卫星，这些卫星表面覆盖有太阳能电池板，能够吸收积聚大量太阳能并将其转化为电能，通过微波束将电能传送回地面。第27页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳空间电站传输它是由永远朝向太
12、阳的太阳电池列阵，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座81010W的太空太阳电站其太阳电池的列阵面积即达64km2，要装配几百亿个电池片，把微波发往地球的天线列阵面积需2.6 km2。第28页，共42页，编辑于2022年，星期五在近地轨道直接组装太阳能电站第29页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳空间电站的优点空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又不会污染环境，二是 不用架设输电线路，可直接向空中的飞 船和飞机提供电力，也可
13、向边远的山区、沙漠和孤岛送电。科学家预测，一旦建成空间电站，人类可以不断获得能源，地球能源利用将产生革命性变化。第30页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能热发电类型分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。第31页，共42页，编辑于2022年，星期五塔式太阳能热动力塔式太阳能热动力发电的示意图发电的示意图 第32页，共42页，编辑于2022年，星期五槽式太阳能热发电系统构成槽式
14、抛物面反射镜太阳能热发电系统(SEGS)简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型太阳能热发电系统。整个系统由4部分组成；聚光集热装置：辅助能源装置：蓄热装置：汽轮发电装置：第33页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能发电站第34页，共42页，编辑于2022年，星期五第35页，共42页，编辑于2022年，星期五第36页，共42页，编辑于2022年，星期五第37页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳坑发电技术 它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。第38页，共42页，编辑于202
15、2年，星期五太阳坑发电示意图 第39页，共42页，编辑于2022年，星期五太阳能烟囱发电 它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。第40页，共42页，编辑于2022年，星期五太太阳阳能能烟烟囱囱发发电电示示意意图图 第41页，共42页，编辑于2022年，星期五风能开发的意义风能开发的意义什么是风能？什么是风能？什么是风能？什么是风能？风能就是空气的动能风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决定是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。于风速和空气的密度。风能来源于何处
16、？风能来源于何处？风能来源于何处？风能来源于何处？风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球的风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球的能量是能量是174,423,000,000,000174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每小时千瓦，换句话说，地球每小时接受了接受了1.74 x 10171.74 x 1017瓦的能量。风能大约占太阳提供总能量的百分瓦的能量。风能大约占太阳提供总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的而被转化的风能总量大约是生物能的5050100100倍。倍。第42页，共42页，编辑于2022年，星期五