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1、新能源及其发电技术基础新能源及其发电技术基础 主主 讲讲:贾振国贾振国 长春工程学院能源动力学院长春工程学院能源动力学院电厂自动化与仿真教研室电厂自动化与仿真教研室 2.2 太阳能电池基本原理太阳能电池基本原理2.3 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2.4 独立光伏发电系统独立光伏发电系统2.5 并网光伏发电系统并网光伏发电系统2.6 太阳能卫星发电系统简介太阳能卫星发电系统简介2.1 太阳能光伏发电概述太阳能光伏发电概述第二章：太阳能光伏发电技术基础第二章：太阳能光伏发电技术基础内内 容容 提提 要要2.1 太阳能光伏发电概述太阳能光伏发电概述第二章：太阳能光伏发电技术基
2、能开发和利用太阳能的原因及目标开发和利用太阳能的原因及目标一、太阳能的利用形式一、太阳能的利用形式太阳能发电，太阳能发电，如光伏发电如光伏发电太阳能热利用，太阳能热利用，如太阳能热水器如太阳能热水器太阳能动力利用，太阳能动力利用，如热汽机如热汽机斯特林发动机斯特林发动机太阳能光化利用，太阳能光化利用，如光解制氢如光解制氢太阳能生物利用，太阳能生物利用，如速生植物如速生植物太阳能光太阳能光-光利用，光利用，如太空反光镜如太空反光镜二、太阳能发电二、太阳能发电1、光伏发电、光伏发电（1）光生伏打效应（光伏效应）光生伏打效应（光伏效应）（2）太阳能电池：具有光伏效应的器件）太阳能电池：具有光伏效应的
3、器件2、光感应发电、光感应发电 利用某些高分子团吸收太阳的光能后变成利用某些高分子团吸收太阳的光能后变成“光极化光极化偶极子偶极子”的现象，分别将积聚在其两端的正负电荷引出，的现象，分别将积聚在其两端的正负电荷引出，即得到光电流。即得到光电流。3、光化学发电、光化学发电 浸泡在溶液中的电极受到光照后，电极上有电流输出。浸泡在溶液中的电极受到光照后，电极上有电流输出。4、光生物发电、光生物发电 叶绿素在光的照射下能够产生电流，叶绿素在光的照射下能够产生电流，“叶绿素电池叶绿素电池”。三、太阳能光伏发电的历史和现状三、太阳能光伏发电的历史和现状1839年：光伏效应发现年：光伏效应发现1954年：第
4、一块单晶硅电池问世年：第一块单晶硅电池问世1958年：太阳能电池首次应用于太空，美国先锋年：太阳能电池首次应用于太空，美国先锋1号卫星号卫星1978年：美国建成年：美国建成 100KW 光伏电站光伏电站1983年：美国建成年：美国建成 1MW 光伏电站光伏电站1986年：美国建成年：美国建成 6.5MW 光伏电站光伏电站1990年：德国提出年：德国提出“2000光伏屋顶计划光伏屋顶计划”，家庭屋顶，家庭屋顶35KW光电光电1997年：美国提出年：美国提出“克林顿百万光伏屋顶计划克林顿百万光伏屋顶计划”1998年：荷兰提出年：荷兰提出“百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划”2000年：世界光伏电池产
5、量年：世界光伏电池产量287MW2004年：中国已建年：中国已建10个规模光伏电池厂，年产个规模光伏电池厂，年产100MW四、太阳能光伏发电的优缺点四、太阳能光伏发电的优缺点1、主要优点、主要优点2、主要缺点、主要缺点（1）结构简单，体积小且轻）结构简单，体积小且轻（2）易安装，易运输，建设周期短）易安装，易运输，建设周期短（3）易启动，维护简单，随时使用）易启动，维护简单，随时使用（4）清洁，安全，无噪声）清洁，安全，无噪声（5）可靠性高，寿命长）可靠性高，寿命长（6）太阳能无处不有，应用广泛）太阳能无处不有，应用广泛（7）降价速度快，偿还周期短）降价速度快，偿还周期短（1）能量分散，占地面
6、积大）能量分散，占地面积大 1MW 占地占地10000m2（2）间歇性大，受昼夜及云）间歇性大，受昼夜及云 层变化影响层变化影响（3）地域性强，受地理位置，）地域性强，受地理位置，气候变化影响气候变化影响五、太阳能光伏发电的应用五、太阳能光伏发电的应用1、联网发电、联网发电2、独立系统、独立系统3、微功率系统、微功率系统4、光电探测器、光电探测器集中式联网光伏电站集中式联网光伏电站分布式联网光伏发电系统（屋顶式分布式联网光伏发电系统（屋顶式35KW）太阳能空间电站，人造卫星光伏电源，光伏汽太阳能空间电站，人造卫星光伏电源，光伏汽车，光伏船艇，电视卫星接收站光伏电源，信车，光伏船艇，电视卫星接收
7、站光伏电源，信号灯，航标等光伏电源，光伏充电器号灯，航标等光伏电源，光伏充电器光伏收音机，光伏钟表，光伏计算器，光伏玩光伏收音机，光伏钟表，光伏计算器，光伏玩具，光伏教具具，光伏教具光伏照相机，光伏医疗仪器光伏照相机，光伏医疗仪器六、中国光伏发电现状六、中国光伏发电现状1、1958年起步年起步2、70年代，研制出空间光伏电源及地面应用年代，研制出空间光伏电源及地面应用3、1977年，光伏电池产量年，光伏电池产量1.1KW，200元元/W，效率效率610%4、1987年，光伏电池产量年，光伏电池产量100KW，4045元元/W，效率效率 812%5、2000年底，光伏电池产量年底，光伏电池产量8
8、.5MW，3540元元/W6、2004年年8月，光伏电池产量月，光伏电池产量100MW，2325元元/W7、国家计委、国家计委“中国光明工程中国光明工程”8、西部、西部7省区省区“无电乡通电光伏发电工程无电乡通电光伏发电工程”七、产品应用七、产品应用1、家用光伏发电系统、家用光伏发电系统2、在驻军海岛应用、在驻军海岛应用3、太阳能草坪灯、太阳能草坪灯3、太阳能草坪灯、太阳能草坪灯4、太阳能路灯及时钟、太阳能路灯及时钟5、太阳能标志灯、太阳能标志灯6、太阳能凉帽、太阳能凉帽7、太阳能光伏提水系统、太阳能光伏提水系统600Wp光伏提水系统配置：光伏提水系统配置：太阳电池组件：太阳电池组件：STP0
9、50-1212块块 充电控制器：充电控制器：Solarix 30A1台台 免维护蓄电池：免维护蓄电池：NP150-124块块 逆变器：逆变器：SPM500-2241台台 输出电压：输出电压：220VAC 日发电量：日发电量：1.8KWh 日提水量：日提水量：30m3/扬程扬程20m100KWp并网型光伏供电系统配置并网型光伏供电系统配置太阳电池组件：太阳电池组件：SPS100-1210001000块块 并网逆变器：并网逆变器：SPBW5K2020台台 输出电压：输出电压：220VAC 日发电量：日发电量：350KWh9、太阳能光伏发电系统、太阳能光伏发电系统10、自动跟踪太阳能光伏电站落户济南
10、、自动跟踪太阳能光伏电站落户济南11、太阳能光伏发电与、太阳能光伏发电与2008奥运奥运天安门前的光伏交通灯天安门前的光伏交通灯奥运村主干道太阳能路灯奥运村主干道太阳能路灯北京丰台体育中心奥运会棒球馆北京丰台体育中心奥运会棒球馆27KW太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统11、太阳能光伏发电与、太阳能光伏发电与2008奥运奥运 2.2 太阳能电池基本原理太阳能电池基本原理一一、太太阳阳能能电电池池的的基基本本原原理理二、太阳能电池制造工艺简介二、太阳能电池制造工艺简介1、硅材料的制备、硅材料的制备2、太阳能电池的制造、太阳能电池的制造2.3 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
11、一、太阳能光伏发电系统的分类一、太阳能光伏发电系统的分类1、按是否聚光分：、按是否聚光分：聚光发电系统聚光发电系统非聚光发电系统非聚光发电系统2、按供能方式分：、按供能方式分：独立光伏发电系统（离网系统）独立光伏发电系统（离网系统）并网光伏发电系统并网光伏发电系统混合光伏发电系统混合光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的设备构成二、太阳能光伏发电系统的设备构成太阳能太阳能电池组件电池组件 (Solar Panels)贮能蓄电池组贮能蓄电池组 (Battery)太阳能控制器太阳能控制器(Solar Controller)直流直流-交流交流逆变器逆变器(Inverter)12V/24V/48V DC
12、110V/220V AC 1、太阳能电池组件、太阳能电池组件（1）太阳能电池组件与太阳能电池方阵）太阳能电池组件与太阳能电池方阵组件：组件：具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输 出的最小不可分割的太阳能电池组合。出的最小不可分割的太阳能电池组合。方阵：方阵：由由2个或个或2个以上太阳能电池组件在机械和电气上个以上太阳能电池组件在机械和电气上 按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构 的支流发电单元。的支流发电单元。（2）作用）作用 是是太阳能太阳能发电系系统中的核心部分，也是太阳能中的核心部分，也是太阳
13、能发电系系统中价中价值最高的部分。其作用是将太阳的最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力射能力转换为电能，或送往蓄能，或送往蓄电池中存池中存储起来，或推起来，或推动负载工作。太阳能工作。太阳能电池板的池板的质量和成本将直量和成本将直接决定整个系接决定整个系统的的质量和成量和成。（3）太阳能电池组件结构）太阳能电池组件结构二、太阳能光伏发电系统的设备构成二、太阳能光伏发电系统的设备构成2、贮能蓄电池组、贮能蓄电池组 一般一般为铅酸酸电池，小微型系池，小微型系统中，也可用中，也可用镍氢电池、池、镍镉电池或池或锂电池。其作用是在有光照池。其作用是在有光照时将太阳能将太阳能电池板池板所所发出的出的电能能
14、储存起来，到需要的存起来，到需要的时候再候再释放出来。放出来。3、DC-AC逆变器逆变器整流：整流：将交流电将交流电AC转换成直流电转换成直流电DC的的过程为整流，其设过程为整流，其设 备称为整流器。备称为整流器。逆变：逆变：将直流电将直流电DC转换成交流电转换成交流电AC的过程为逆变，其设的过程为逆变，其设 备称为逆变器。备称为逆变器。二、太阳能光伏发电系统的设备构成二、太阳能光伏发电系统的设备构成4、太阳能控制器、太阳能控制器 控制整个系控制整个系统的工作状的工作状态，并，并对蓄蓄电池起到池起到过充充电保保护、过放放电保保护的作用。在温差的作用。在温差较大的地方，合格的控制大的地方，合格的
15、控制器器还应具具备温度温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都控开关都应当是控制器的可当是控制器的可选项。控制器分类控制器分类常规逻辑控制方式控制器常规逻辑控制方式控制器模拟电路模拟电路数字电路数字电路计算机控制器计算机控制器(监控系统监控系统)单片机单片机PLC工控机工控机控控制制器器主主要要功功能能防止蓄电池过充电和过放电防止蓄电池过充电和过放电防止太阳能电池方阵、蓄电池极性接反防止太阳能电池方阵、蓄电池极性接反防止负载、控制器、逆变器等内部短路防止负载、控制器、逆变器等内部短路雷击引起的击穿保护雷击引起的击穿保护光伏系统工作状态显示光伏系统工作状
16、态显示光伏系统信息光伏系统信息最最优化的系统能量管理优化的系统能量管理光伏系统故障报警光伏系统故障报警光伏系统遥测、遥控、通信功能等光伏系统遥测、遥控、通信功能等2.4 独立光伏发电系统独立光伏发电系统一、何谓独立光伏发电系统？一、何谓独立光伏发电系统？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电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统。能电池供电的光伏发电系统。二、结构和工作原理二、结构和工作原理1、系统结构形式、系统结构形式直流光伏系统直流光伏系统交流光伏系统交流光伏系统混合光伏系统混合光伏系统（根据负载特点分
17、）（根据负载特点分）直流光伏系统直流光伏系统2、基本工作原理、基本工作原理交流光伏系统交流光伏系统2、基本工作原理、基本工作原理混合光伏系统混合光伏系统2、基本工作原理、基本工作原理三、独立光伏发电系统设计流程三、独立光伏发电系统设计流程容量设计容量设计电气设计电气设计机械结构设计机械结构设计建筑设计建筑设计热力设计热力设计放火、防雷等安全设计放火、防雷等安全设计可靠性设计可靠性设计包装、运输、安装及调试运行设计包装、运输、安装及调试运行设计维修检测设计维修检测设计经济成本核算及效益分析设计经济成本核算及效益分析设计失电小时数失电小时数确定方阵最佳倾角确定方阵最佳倾角负载模型负载模型蓄电池放电
18、模型蓄电池放电模型控制逆变单元设计控制逆变单元设计贮能及输配电设计贮能及输配电设计遥测、遥控、遥信设计遥测、遥控、遥信设计电气安全设计电气安全设计环境温度模型环境温度模型2.5 并网光伏发电系统并网光伏发电系统一、何谓并网光伏发电系统？一、何谓并网光伏发电系统？太阳能电池所发的直流电经过逆变装置变换成交流电，太阳能电池所发的直流电经过逆变装置变换成交流电，再同电网的交流电合起来应用，这种形式的光伏发电系统称再同电网的交流电合起来应用，这种形式的光伏发电系统称为并网光伏发电系统。为并网光伏发电系统。二、并网光伏发电系统的形式二、并网光伏发电系统的形式住宅式并网光伏发电系统住宅式并网光伏发电系统集
19、中式并网光伏发电系统集中式并网光伏发电系统有有倒流系统倒流系统无倒流系统无倒流系统低压并网系统低压并网系统高压并网系统高压并网系统1、按布置形式分、按布置形式分2、按电流方向分、按电流方向分3、按电压等级分、按电压等级分 有有倒倒流流系系统统无无倒倒流流系系统统三、并网光伏发电系统的设备构成三、并网光伏发电系统的设备构成1、太阳能电池方阵、太阳能电池方阵一般一般10KW需要需要7080平方米场地平方米场地2、并网逆变器、并网逆变器逆变器逆变器+并网保护器并网保护器2.6 太阳能卫星发电系统简介太阳能卫星发电系统简介一、系统结构框图一、系统结构框图二、系统组成示意图二、系统组成示意图2.7 太阳
20、能光伏发电在中国太阳能光伏发电在中国一、辽宁建昌贫困无电山区独立家用太阳能光伏电源系统示范工程简介一、辽宁建昌贫困无电山区独立家用太阳能光伏电源系统示范工程简介一、辽宁建昌贫困无电山区独立家用太阳能光伏电源系统示范工程简介一、辽宁建昌贫困无电山区独立家用太阳能光伏电源系统示范工程简介二、西藏措勤二、西藏措勤二、西藏措勤二、西藏措勤20KW20KW独立光伏电站简介独立光伏电站简介独立光伏电站简介独立光伏电站简介三、三、三、三、5KW5KW并网光伏发电试验系统简介并网光伏发电试验系统简介并网光伏发电试验系统简介并网光伏发电试验系统简介四、四、四、四、10KW10KW并网光伏发电系统简介并网光伏发电
21、系统简介并网光伏发电系统简介并网光伏发电系统简介1、项目背景、项目背景20012001年年1111月北京科委下达北京太月北京科委下达北京太阳能研究所项目阳能研究所项目2、系统构成、系统构成（1 1）10KW10KW太阳能电池方阵太阳能电池方阵（2 2）太阳能电池直流配电盘）太阳能电池直流配电盘（3 3）10KW10KW并网光伏逆变器并网光伏逆变器（4 4）10KW10KW并网光伏发电系统显示板并网光伏发电系统显示板2、电能质量综合测试数据、电能质量综合测试数据五、华能南澳五、华能南澳五、华能南澳五、华能南澳100KW 100KW 风风风风-光互补发电系统简介光互补发电系统简介光互补发电系统简介
22、光互补发电系统简介 该工程利用现有风电场内变配电网络并入电网，这是华能该工程利用现有风电场内变配电网络并入电网，这是华能集团新的示范工程。主要进行风力集团新的示范工程。主要进行风力光伏互补并网发电技术的光伏互补并网发电技术的研究和开发。研究和开发。该项目计划投入的太阳能发电设备总装机容量该项目计划投入的太阳能发电设备总装机容量100KW，总投资约总投资约450万元人民币，是国内规模最大的风力万元人民币，是国内规模最大的风力光伏互补光伏互补并网发电工程。并网发电工程。工程分两期进行，一期安装工程分两期进行，一期安装30KW，二期安装，二期安装70KW。六、六、六、六、2121世纪中国乡村太阳能示范学校工程简介世纪中国乡村太阳能示范学校工程简介世纪中国乡村太阳能示范学校工程简介世纪中国乡村太阳能示范学校工程简介