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 ü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。 ü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 1:9 2:8 3:7 4:6 5:5 8:2 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 ü4 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 ü太阳结构 东方红 太阳升 ,太阳是地球生存和发展的源泉 ü太阳结构 太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直径约为 1.4×106 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 ü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： Pw=1373W/ (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 Ø 光电： 光伏发电，光热发电，热离子发电，光温差发电 Ø 光热：高温，中温，低温 Ø 光生物：光合作用 Ø 光动力：风能，水能 Ø 光化学：光合成，光分解 Ø 光 — 光：照明，激光 ü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： 5400—6700 MJ / m2 p三类： 4200—5400 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 6~10%。 • 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 3~5KW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 3~5KW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。