太阳能技术基础

演讲人 ： 刘志璋演讲人 ： 刘志璋 电话：+86 25 52095811 传真：+86 25 52095999 Ext 65699 电邮：LiuFeng@ce eg.cn 地址：江苏省南京市江宁经济技术开发区水阁路6号（211153） 太阳能技术基础 一、有关太阳能的技术参数 二 太阳能光伏发电技术二 、 三、 光伏系统设备 四、太阳能热发电技术 一 、有关太阳能的技术参数 1、太阳能： 可分为广义的太阳能和狭义的太阳辐射能 所谓广义可分为广义的太阳能和狭义的太阳辐射能 。 所谓广义 的太阳能是指由太阳辐射转换而成的一切能量，它包括现 在和过去通过太阳活动而获得的所有形式的能量 ， 如风 、在和过去通过太阳活动而获得的所有形式的能量 ， 如风 、 波浪能、海洋能、生物质能以及煤、石油天然气等。 狭义的太阳辐射能主要是指太阳总辐射 2、太阳与地球的几何关系 一 、有关太阳能的技术参数 2.1太阳与地球的几何关系 二、太阳辐射与资源分析 太阳的位置参数 高度角和方位角 ¾地平坐标系 ： 二、太阳辐射与资源分析 ¾地面太阳辐射 太太 阳 辐辐 射 在在 大 气气 中 的 衰 减 一 、有关太阳能的技术参数 2.2 太阳赤纬角 地球中心与太阳中心的连线与地球赤 道平面的夹角称为赤纬角。由于地轴的倾 斜角永远保持不变，至使赤纬角随时都在 变化，但最大不超 ± 23° .27′。 它与所在 地区无关，不同的地区，只要日期相同， 就具有相同的赤纬角 。 由库珀方程可得太。 阳赤纬角的计算公式为 ： ) 365 284 2sin(45.23 n+ ×= πδ 式中，n为一年中的日期序号； 一月一日为零 一 有关太阳能的技术参数一 、 有关太阳能的技术参数 2.3 太阳的时角 太阳中心点到地心的连线与 当地 地球子午线之间的夹角称为 太阳时角。在正午时角为零，其它时刻时角的值为离正午的时间 （h）乘以15 ° 太阳时角 以度来表示 正为日 落 时角 负为日出时角 。 地球自， ， 正为日 落 时角 ， 。 转一周为360 °，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度为 360°/24=15°。时角定义正午时为零，其它时辰时角的数值等于离 正午的小时数乘以15 ° ； 上午时角为负值 ， 下午时角为正值 。 例； ， 。 如，上午10时和下午2时的时角分别为-30 °和30 °。 )tantanarccos( δφω −= φ 为当地纬度 一 、有关太阳能的技术参数 2.4 太阳方位角 太阳方位角是太阳至地面上某给定点连 线在地面上的投影与当地子午线的夹角 太线在地面上的投影与当地子午线的夹角 。 太 阳偏东时为负，偏西时为正。太阳方位角的 计算公式为： δφ sinsinsinh − φ γ coscosh cos = 一 、有关太阳能的技术参数 2.5 太阳高度角 h 太阳高度角 h为地球表面某点与太阳的连线与地平面 之间的交角，可用下式计算： ωδδ coscoscossinsinsinh φφ += 1一 、有关太阳能的技术参数 3、 日照时数 日照时数是指太阳在某地实际照射的时 数 在 一 给定时间 段 （ 日 月 年 ） 日照数 。 在 给定时间 段 （ 日 、 月 、 年 ） ， 日照 时数定义为太阳直接辐照度达到或超过 120 （ W 2） 的时间总和 以小时 （ h） 为单（ ·m- ） 的时间总和 ， 以小时 （ ） 为单 位，取一位小数。日照时数也称实照时数。 二、太阳辐射与资源分析 ¾日照时数 大于 120W m – 2 .的光照时数 一、有关太阳能的技术参数 一、 有关太阳能的技术参数 4、 太阳的光谱 各色可见光的波长范围 太阳能光谱分布图各种辐射的波长范围 二、太阳辐射与资源分析 ¾太阳高度角与太阳光谱 太阳高度角影响太阳辐射强度 一、有关太阳能的技术参数 5、太阳常数 太阳常数 I sc ： 在平均日地距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表 面的单位面积上单位时间内所接收到的太阳辐射能。 0sc sc 2 1 0.034cos 365 n I IIr π⎡⎤ ⎛⎞ =+ = ⎜⎟ ⎢ ⎥ ⎝⎠ ⎣⎦ I sc ：平均日地距离时的太阳辐射强度 I 0 ：大气层上界某一任意时刻的太阳辐射强度 n：距离1月1日地天数 r：日地间距引起的修正值 太阳常数 / 2 ™ ：E Q =1367 W m 一 有关太阳能的技术参数一 、 有关太阳能的技术参数 太阳常数： 1353 w/㎡（平均日地距离一 小时实测 ）小时实测 ） 1367 ± 7 w/㎡ （计算值） 一、有关太阳能的技术参数 6、大气质量 大气质量 是 个无量纲量 它是太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光： 是 一 个无量纲量 ， 线在天顶角方向时穿过大气路径之比，并假定在标准大气压（1atm）和气 温（0 o C）时，海平面上太阳光线垂直入射的路径为1。显然，地球大气上界 的大气质量为零 。 Z 1 () sec i O A mh OA h θ== = s n 上式以地表为水平面，忽略了大气的曲 率及折射因素的影响。 一、有关太阳能的技术参数 ¾大气质量 AM=0 AM=1 柏林地区一年内正午太阳高度 未受到大气影响AM=0，通过大气后AM变大，辐照量减少。 原因有： 大气反射 ；； 大气吸收能量； 瑞利散射；Mie散射（空气中尘埃或污染物颗粒引起的散射） 一、有关太阳能的技术参数 7、斜面太阳辐射量 采用 Klien和 Theilacker提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法。 Klien和 Theilacker的计算方法：倾斜面上的太阳辐射总量由直接太阳辐射量、天空散射辐 射量和地面反射辐射量三部分组成，并认为天空散射 辐射量是均匀分布的。 θθ cos1cos1 )( −+ HHRHHH H T =H bt +H dt +H rt ρ 22 ++−= dbdT （ kWh/m 2 /day） 其中： H 为水平面的总辐射量 Hd 为水平面的散射量 ；为水平面的总辐射量 为水平面的散射量 ； 为组件倾角； 为地物表面的反射率，在工程计算中一般 取 0.2，有雪覆盖的地面取 0.7。 R 为倾斜面与水平面的直射量之比 θ ρ ρ b 为倾斜面与水平面的直射量之比 。 Klien S A, Theilacker J C. Journal of Solar Energy Engineering. 1981, 103: 29-33. C. Energy Engineering. 一、有关太阳能的技术参数 ¾光伏方阵跟踪系统 光伏方阵可随太阳转动，能量输出会提高。在白天太阳高辐照度和 直接照射的情况下，可转动的方阵将获得较大的辐照量 一、有关太阳能的技术参数 • 采用跟踪器的太阳能板要比固定安装的多发电 20-45% 一、有关太阳能的技术参数 ¾可视化太阳辐射分析 安装倾角（°） 辐射量 （Wh/m2） 计算效率 0 （ 屋顶平面 ） 1384.4 95%（ 屋顶平面 ） . 30（最佳倾角 ） 1464.5 100% 90（南墙立面） 923.7 56.1 8、 基准光的定义 太阳辐射强度=1000w/㎡ 光谱特性为：大气质量AM=1.5 的光谱特性 大气温度=25 ℃ 基准光的光谱分布图 一 、有关太阳能的技术参数 9、描述太阳能的参数: ) 太阳赤纬角a b) 太阳的时角 ) 太阳方位角c d) 太阳高度角 ) 日照时数e f) 太阳的光谱 g) 大气质量 h) 基准光 i) 辐射强度与辐射量 9 、太阳能辐射的测量仪器 10 、太阳能资源的等级 表 1 太阳能资源丰富程度等级 指 标 资源丰富程度 表 指 标 资源丰富程度 ≥1740KW·h/(m 2 · a)4.77 kw·h/ m 2 ·d 资源丰富 1400～1740 KW·h/(m 2 · a)3.84 kw·h/ m 2 ·d 资源较丰富 1160～1400 KW·h/(m 2 ·a) 资源较贫乏 ＜ 1160 KW· h/(m 2 · a)317kw· h/ m 2 · d 资源贫乏＜ 3.17kw 资源贫乏 二、太阳能光伏发电技术 1、光电效应 • 光电效应– 光照射P-N结，光子能量被电子吸收，能量打断价键，释 放的电子在电场作用下进入n区，空穴在 相反的方位形成，该过程被称 为光电效应。