太阳能应用培训讲义

太阳能光伏发电及建筑应用技术 崔容强 上海交通大学 2009年 7月 目录 1 当前能源形势 2 太阳能光伏发电 3 光伏 产品与建筑 的 结合 4 国内外并网光伏政策 5 国内外光伏建筑一体化工程展示 6 光伏建筑一体化设计规范 7 光伏系统设计 8 领导关怀 9 结语 一 当前能源形势 人类利用能源的种类 p 常规能源 煤 石油 天然气等 p 可再生能源 水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等 从十六世纪至今 世界人口 5亿 60亿 增加了 12倍 能源消耗 1亿吨标准煤 /年 150亿吨标准煤 /年 增加了 150倍 现今我们消耗的能源 75％来自矿物燃料（煤，石油和天然气）， 其余的来自水能，核能及可再生能源（ 5％）。 据估计到 2020年能源消耗将达到 195亿吨标准煤 /年。 石油将在 43年内耗尽，天然气为 66年，煤 169年。 为此，我们应当认真计划如何确保能源以可持续的方式供应。 人类能源结构的变革 Data Resource 赵玉文 2004年欧洲 JRC预测本世纪内常规能源及新能源发展趋势 年份 2010 2020 2030 2040 2050 2100 比例 19 28 37 46 55 82 悄然走来的 化石燃料峰值 ASPO对世界油气开采峰值的最新预测 化石燃料的生产峰值在 2030年附近到来，因此 加紧开发以太阳能为代 表的可再生能源非常必要。 石油天然气峰值－ 2015-2030年间 4 我国各种能源储采比与世界比较 原来我们拥有如此美妙的太阳 太阳结构 东方红 太阳升 ,太阳是地球生存和发展的源泉 太阳结构 太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直径约为 1.4106 km ，是地球直 径的 倍 ,它一刻不停地向地球发射出它美丽的光芒 太阳结构 1.核反应区 高温 1500万 K、高压下的热核反应 2.吸收层能量传递 70万 K 3.对流层能量传递（ 6000K 4.太阳大气 A光球层 6000K，肉眼看到的发光 体，黑子、光斑； B色球层 数万 K,红色的太阳大气 圈，日珥、耀斑； C日冕层 100万 K，稀薄的大气， 离子流 太阳结构图 太阳辐射 太阳能光谱分布 a大气层以外； b在海平面； c在 5900K时的黑体辐射 太阳辐射能 太阳辐射来源于在高温高压下进行的热核聚变反应，通过热核反应，太阳 一刻不停的向四周空间放射出巨大的能量。太阳的能源主要来自两种热核反应 ，分别是碳 -氦循环和质子 -质子循环。 总能量巨大 Pw1373W/ 空间 ， 1090 W/ （地球水平面，赤道，中午 色彩丰富 寿命无限 年 地球默默地绕日运动 光电 光伏发电，光热发电，热离子发电，光温差发电 光热高温，中温，低温 光生物光合作用 光动力风能，水能 光化学光合成，光分解 光 光照明，激光 太阳能利用分类 中国丰富的太阳能资源 中国丰富的太阳能资源 按 4类地区划分，我国不同地区的太阳能年辐射总量 MJ / m2 分别为 p一类大于 6700 MJ / m2 p二类 54006700 MJ / m2 p三类 42005400 MJ / m2 p四类小于 4200 MJ / m2，四川、贵州 前三类地区占国土面积的 76 . p低值中心 3340 MJ / m2 ，四川西南、贵州北部 p最高值 9200 MJ / m2 ，西藏南部 南京发展太阳能的有利条件 南京地理纬度 31.2度，地势平坦，大气的能见度较高，年平均气 温 15.7℃ ，有较丰富的太阳能资源，每平方米水平面上可获得的年平 均太阳辐射能为 4657兆焦 /（平方米 年）。 南京的太阳辐射能与上海、合肥、杭州、南昌等周边省会城市相 近，比伦敦、柏林好得多，与日本东京、京都、大阪类似。 编号 国家 城市 峰值日照时 数 1 西班牙 马德里 4.272 2 美 国 纽 约 3.912 3 加拿大 多伦多 3.672 4 中 国 南 京 3.64 5 美 国 波士顿 3.504 6 日 本 东 京 3.336 7 瑞 士 日内瓦 3.336 8 加拿大 温哥华 3.144 9 英 国 伦 敦 2.544 10 法 国 波 恩 2.928 11 比利时 布鲁塞尔 2.784 南京与部分国际大都市日照资源的比较 编号 城市 年平均峰值日照时 数 （小时） 1 南 京 3.64 2 上 海 3.54 3 合 肥 3.48 4 赣 州 3.42 5 慈 溪 3.31 6 福 州 3.30 7 南 昌 3.29 8 杭 州 3.14 南京与周边省会城市日照资源的比较 二 太阳能光伏发电 内容概要 2.1.太阳能光伏发展历程 2.2.全球光伏发展 2.3.中国光伏发展 2.4.太阳能光伏发电系统 2.5.光伏电池及组件分类 2.6.光伏组件设计 2.7.设计依据 2.8.光伏组件工艺流程设计 2.9.光伏组件质量检验及评价 2.1太阳能光伏发展历程 1839年，法国科学家贝克雷尔（ Becqurel） 发现 “光生伏 打效应 ”，简称 “光伏效应 ”。 1876年，亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。 1883年，制成第一个 “硒光电池 ”用作敏感器件。 1930年，肖特基提出 Cu2O势垒的 “光伏效应 ”理论。同年 ，朗格首次提出用 “光伏效应 ”制造 “太阳电池 ”实现由太阳 光变成电能。 1931年，布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在 阳光下带动了一个电动机。 1932年，奥杜博特和斯托拉制成第一块 “硫化镉 ”太阳电 池。 1941年，奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年，恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了 实用的单晶硅太阳电池，效率为 6。同年，韦克尔首 次发现砷化镓有光伏效应，同年，在玻璃上沿积硫化镉 薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1955年，吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化 设计。 1955年，第一个光电航标灯问世。 1955年，美国 RCA研究砷化镓太阳电池。 1957年，硅太阳电池效率达 8。 1958年，太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋 1号 卫星。 1959年，第一个多晶硅太阳电池问世，效率达 5。 1960年，硅太阳电池首次实现并网运行。 1962年，砷化镓太阳电池光电转换效率高达 13。 1969年，薄膜硫化镉太阳电池效率达 8。 1972年，罗非斯基研制出紫光电池，效率达 16。 1972年，美国宇航公司背场电池问世。 1973年，砷化镓太阳电池效率达 15。 1974年， COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电 池效率 18。 1975年，非晶硅太阳电池问世。同年，带硅电池效率 610。 1976年，多晶硅太阳电池效率 10。 1978年，美国建成 100KW太阳能地面光伏电站。 1980年，单晶硅太阳电池效率 20，砷化镓电池 22.5 ，多晶硅电池 14.5，硫化镉电池 9.15。 1983年，美国建成 1KW光伏电站，冶金硅（外延）电池 效率 11.8。 1986年，美国建成 6.5KW光伏电站。 1990年，德国提出 “2000个光伏屋顶计划 ”，每个家庭的 屋顶装 35KW光伏电池。 1995年，高效聚光砷化镓太阳电池效率达 32。 1997年，美国提出了 “克林顿总统百万太阳能屋顶计划 ” ，在 2010年以前为 100万户居民每户安装 35KW光伏电 池。由太阳能光伏屋顶向电网供电、电表反转；无太阳 时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交 “净电费 ”。 1997年，日本 “新阳光计划 ”提出到 2010年日本将生产 43 亿瓦光伏电池。 单晶硅光伏电池效率达 24.7。荷兰政府提出 “荷兰百万 个太阳光伏屋顶计划，计划到 2020年完成。多晶硅光伏 电池总产量第一次超过单晶硅太阳电池而成为世界光伏 电池之王。 1999年，日本太阳电池总产量第一次超过美国而居世界 之首，其中 85用于太阳能光伏建筑集成。 2000年，世界光伏产量达 287MW，欧洲联盟计划 到 2010年生产 60亿瓦光伏电池。日本三洋公司研制非晶硅 /单晶硅 /非晶硅双异质结 HIT太阳电池效率超过 21。 2002年， HIT电池 21， back-connected solar cell20 2003年， back-connected solar cell 21.5，在 250倍聚 光条件下效率达到 27.GaAs电池在聚光条件下达到 36.9。在 1SUN条件下达到 30.2。世界太阳电池总产 量达 760MW。