太陽能光伏發電技術及其應用

太陽能光伏發電技術及其應用概況1

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您的內容打在這里，或者通過復制您的文本后。+++整體概況概況1+++整體概況太陽能光伏發電工作原理、運行方式及系統組成太陽能光伏發電工作原理、運行方式及系統組成1.太陽能光伏發電的運行方式1.太陽能光伏發電的運行方式一、太陽能光伏發電的運行方式1）按供電類型分：直流供電系統交直流供電系統2）按供電特點分：獨立光伏發電系統并網光伏發電系統一、太陽能光伏發電的運行方式1）按供電類型分：葡萄牙南部阿馬雷萊雅拍攝的莫拉太陽能發電廠安裝的太陽能電池板。葡萄牙南部阿馬雷萊雅拍攝的莫拉太陽能發電廠安裝的太陽能電池板直流供電系統直流供電系統交直流供電系統交直流供電系統獨立光伏發電系統獨立光伏發電系統：是未與公共網相聯接的太陽能光伏發電系統，僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發電系統或主要依靠太陽能電池供電的光伏發電系統，在必要時可以由油機發電、風力發電、電網電源或其他電源作為補充。從電力系統來說，kW級以上的獨立光伏發電系統也稱為離網型光伏發電系統。一、太陽能光伏發電的運行方式獨立光伏發電系統獨立光伏發電系統：是未與公共網相聯接的太陽能并網光伏發電系統并網光伏發電系統：與公共電網相聯接的太陽能光伏發電系統。它是太陽能光伏發電進入大規模商業發電階段，成為電力工業組成部分之一的重要方向，是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。一、太陽能光伏發電的運行方式并網光伏發電系統并網光伏發電系統：與公共電網相聯接的太陽能光2.太陽能光伏發電系統的組成2.太陽能光伏發電系統的組成二、太陽能光伏發電系統的組成1、獨立太陽能光伏發電系統根據用電負載的特點直流系統交流系統交直流系統最大區別是系統中是否帶有逆變器二、太陽能光伏發電系統的組成1、獨立太陽能光伏發電系統根據用(a)直流光伏系統控制器太陽能電池方陣蓄電池組直流負載防反充二極管二、太陽能光伏發電系統的組成(a)直流光伏系統控制器太陽能蓄電池組直流防反充二極管二、(b)交流光伏系統控制器太陽能電池方陣蓄電池組交流負載防反充二極管DC-AC逆變器二、太陽能光伏發電系統的組成(b)交流光伏系統控制器太陽能蓄電池組交流防反充二極管DC(c)交直流光伏系統太陽能電池方陣蓄電池組交流負載防反充二極管DC-AC逆變器直流負載k1k2控制器二、太陽能光伏發電系統的組成(c)交直流光伏系統太陽能蓄電池組交流防反充二極管DC-A控制器太陽能電池方陣蓄電池組交流負載逆變器氣象條件過充電放電器后備能源(d)有后備能源和放電器的光伏系統二、太陽能光伏發電系統的組成控制器太陽能蓄電池組交流負載逆變器氣象條件過充電后備能源(d1.1太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺寸一般為2cm×2cm到15cm×15cm不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.45~0.5V,工作電流約為20～25mA/cm2,一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺1.1太陽能電池方陣太陽能電池組件再經過串并聯并裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率。單體組件方陣1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣太陽能電池組件再經過串并聯并裝在支架上1.1太陽能電池方陣一個太陽能電池只能產生大約0.45V電壓，遠低于實際應用所需要的電壓將太陽能電池通過導線連接成組件，一個組件上，太陽能電池的標準數量是36個或40個（10cm×10cm），這意味著一個太陽能電池能產生16V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效地充電。當需要更高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可以把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需的電壓和電流。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣一個太陽能電池只能產生大約0.45V電1.2防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電池方陣在陰雨天和夜晚不發電時或出現短路故障時，蓄電池組通過太陽能電池方陣放電。它串聯在太陽能電池方陣電路中，起單向導通的作用。要求其能承受足夠大的電流，而且正向電壓降要小，反向飽和電流要小。一般可選用合適的整流二極管。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.2防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電1.3蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出的電能并可隨時向負載供電。基本要求：①自放電率低②使用壽命長③深放電能力強④充電效率高⑤少維護或免維護⑥工作溫度范圍寬⑦價格低廉1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.3蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出的電1.4控制器蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，需要在充電和放電過程中加以控制，頻繁地過充電和過放電都會影響蓄電池的使用壽命。過充電會使蓄電池大量出氣（電解水），造成水分散失和活性物質脫落；過放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化。為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統來防止蓄電池的過充電和過放電，這套系統稱為充放電控制器。其通過檢測蓄電池的電壓和荷電狀態，判斷蓄電池是否已經達到過充點或過放點。并根據檢測結果發出繼續充、放電的指令。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.4控制器蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，需要在充電和放電過程1.5逆變器逆變器是將直流電變換為交流電的設備，逆變器是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電能轉變為交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過程。逆變器及逆變技術可按輸出波形、輸出頻率、輸出相數等來分類。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.5逆變器逆變器是將直流電變換為交流電的設備，逆變器是通1.6測量設備對于小型太陽能電池發電系統，只要求進行簡單的測量，如蓄電池電壓和充放電電流，測量所用的電壓表和電流表一般就裝在控制器上。對于太陽能通信電源系統、管道陰極保護系統等工業電源系統和中大型太陽能光伏電站，往往要求對更多的參數進行測量，如太陽輻射、環境溫度、充放電電量等。有時甚至要求具有遠程數據傳輸、數據打印和遙控功能，這就要求為太陽能電池發電系統配備數據采集系統和微機監控系統。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.6測量設備對于小型太陽能電池發電系統，只要求進2、并網太陽能光伏發電系統光伏發電系統(以下簡稱光伏系統)的主流發展趨勢是并網光伏發電系統：太陽能電池所發的電是直流，必須通過逆變裝置變換成交流，再同電網的交流電合起來使用，這種形態的光伏系統就是并網光伏系統。并網光伏系統可分為：住宅用并網光伏系統和集中式并網光伏系統(電站)兩大類。前者的特點：是光伏系統發的電直接被分配到住宅內的用電負載上，多余或不足的電力通過連接電網來調節：后者的特點：是光伏系統發的電直接被輸送到電網上，由電網把電力統一分配到各個用電單位。二、太陽能光伏發電系統的組成2、并網太陽能光伏發電系統光伏發電系統(以下簡稱光伏系統)住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統是否允許通過供電區變壓器向主電網饋電，分為可逆流與不可逆流并網光伏發電系統。可逆流系統：是在光伏系統產生剩余電力時將該電能送入電網，由于是同電網的供電方向相反，所以成為逆流；當光伏系統電力不夠時，則由電網供電。這種系統，一般是為光伏系統的發電能力大于負載或發電時間同負載用電時間不相匹配而設計的。二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網可逆流系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網可逆流系統二、太陽能光伏發不可逆流系統：是指光伏系統的發電量始終小于或等于負荷的用電量，電量不夠時由電網提供，即光伏系統與電網形成并聯向負載供電。這種系統，即使當光伏系統由于某種特殊原因產生剩余電能時，也只能通過某種手段加以處理或放棄，由于不會出現光伏系統向電網輸電的情況，所以稱為不可逆流系統。住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成不可逆流系統：是指光伏系統的發電量始終小于或等于負荷的用電量太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網不可逆流系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網不可逆流系統二、太陽能光伏住宅系統又有家庭系統和小區系統之分。家庭系統：裝機容量小，一般為1～5kWp，為自家供電，獨立計量電量。小區系統：裝機容量較大些，一般為50～300kWp，為一個小區或一棟建筑物供電，統一管理，集中分表計量電量。住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成住宅系統又有家庭系統和小區系統之分。住宅用并網光伏系統2、并住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統是否配置儲能裝置，分為有儲能裝置和無儲能裝置聯網光伏發電系統。二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載輸出電度表(kW·h)輸入電度表(kW·h)交流電網蓄電池有儲能（帶蓄電池）系統住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載輸出住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載交流電網無儲能（不帶蓄電池）系統輸出電度表(kW·h)輸入電度表(kW·h)二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣防無儲能（不帶蓄電池）系統2、并網太陽能光伏發電系統其工作原理是：太陽能電池方陣在太陽光輻射下發出直流電，經逆變器轉換為交流電，供用電器使用；系統同時又與電網相聯，白天將太陽能電池方陣發出的多余電能經聯網逆變器逆變為符合所接電網電能質量要求的交流電饋入電網，在晚上或陰雨天發電量不足時，由電網向住宅（用戶）供電。住宅聯網系統所在負載的電壓，在我國一般是單相220V和三相380V，所接入的電網為低壓商用電網。二、太陽能光伏發電系統的組成無儲能（不帶蓄電池）系統2、并網太陽能光伏發電系統其工作原理住宅用并網光伏系統圖住宅用并網光伏系統圖2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣目前工程上應用的太陽能電池方陣多為由一定數量的晶體硅太陽能電池組件按照聯網逆變器輸入電壓的要求串、并聯后固定在支架上組成。(1)建筑與光伏系統相結合是將現成的平板式光伏組件安裝在建筑物的屋頂等處，引出端經過逆變和控制裝置與電網聯結，由光伏系統和電網并聯向住宅（用戶）供電，多余電力向電網反饋，不足電力向電網取用。二、太陽能光伏發電系統的組成2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣目前工程上(2)建筑與光伏組件相結合光伏建筑一體化系統的關鍵技術問題之一，是設計良好的冷卻通風，這是因為光伏組件的發電效率隨其表面的工作溫度上升而下降。理論和實驗證明，在光伏組件屋面設計空氣通風通道，可使組件的電力輸出提高8.3%左右，組件的表面溫度降低15oC。2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣將光伏組件與建筑材料集成化。建筑物的外墻一般都采用涂料、馬賽克等材料，為了美觀，有的甚至采用價格昂貴的玻璃幕墻等。如果把屋頂、向陽外墻、遮陽板甚至窗戶等的材料用光伏器件來代替。則能作為建筑材料和裝飾材料，一舉兩得。二、太陽能光伏發電系統的組成(2)建筑與光伏組件相結合光伏建筑一體化系統的關鍵3.太陽能電池的工作原理3.太陽能電池的工作原理三、太陽能光伏發電的工作原理1、半導體物理知識固體材料按照它們導電能力的強弱，可分為超導材料、導體材料、絕緣體材料和半導體材料導體：導電能力強的物體，電阻率在10-8～10-6Ω·m的范圍內（金、銀、銅、鐵、鋁等）絕緣體：導電能力弱或基本上不導電的物體，電阻率在108～1020Ω·m的范圍內（橡膠、塑料、木材、玻璃等）半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物體，電阻率在10-5～107Ω·m的范圍內（鍺、硅、砷化稼、硫化鎘等）三、太陽能光伏發電的工作原理1、半導體物理知識固體材料按照它禁帶、價帶和導帶導帶價帶金屬導帶價帶禁帶Eg導帶價帶禁帶Eg半導體絕緣體十分之幾eV～4eV5eV～10eV三、太陽能光伏發電的工作原理禁帶、價帶和導帶導帶價帶金屬導帶價帶禁帶導帶價帶禁帶半導體絕+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4N型摻雜原子自由電子N型半導體三、太陽能光伏發電的工作原理+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4N型摻雜自由電子N型N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數載流子,它主要由雜質原子提供；空穴是少數載流子,由熱激發形成。由于磷原子在晶體中起釋放電子的作用，所以稱之為施主雜質，也叫n型雜質三、太陽能光伏發電的工作原理N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4P型摻雜原子空穴P型半導體三、太陽能光伏發電的工作原理+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4P型摻雜空穴P型半導P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質元素，在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導體中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成；電子是少數載流子，由熱激發形成。由于硼原子在晶體中起接受電子而產生空穴的作用，所以稱之為受主雜質，也叫P型雜質三、太陽能光伏發電的工作原理P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質元素，在本征半導體中摻入p-n結在一塊半導體晶體上，通過某些工藝過程，使一部分呈p型（空穴導電），一部分呈n型（電子導電），則該p型和n型半導體界面附近的區域，就叫做p-n結＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－空穴擴散方向電子擴散方向n區p區形成p-n結前載流子的擴散方向內建電場方向＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－n區p區空間電荷區空間電荷區和內建電場三、太陽能光伏發電的工作原理p-n結在一塊半導體晶體上，通過某些工藝過程，使一部分呈p型當有適當波長的光照射到這個pn結太陽能電池上后，由于光伏效應而在勢壘區兩邊產生了電動勢。因而光伏效應是半導體電池實現光電轉換的理論基礎，也是某些光電器件賴以工作的最重要的物理效應。因此，我們將來仔細分析一下pn結的光伏效應.三、太陽能光伏發電的工作原理當有適當波長的光照射到這個pn結太陽能電池上后，由于光太陽能電池的基本工作原理＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－內建電場方向np＋－＋－光子入射（能量hν）光子入射（能量hν）三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的基本工作原理＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－內建在pn結開路的情況下，pn結兩端建立起穩定的電勢差Voc，（p區相對于n區是正的），這就是光電池的開路電壓。如將pn結與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結起了電源的作用。這就是光電池的基本原理三、太陽能光伏發電的工作原理在pn結開路的情況下，pn結兩端建立起穩定的電勢差Voc，（由上面分析可以看出，為使半導體光電器件能產生光生電動勢（或光生積累電荷），它們應該滿足以下兩個條件：1、半導體材料對一定波長的入射光有足夠大的光吸收系數α，即要求入射光子的能量hν大于或等于半導體材料的帶隙Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發出光生非平衡的電子空穴對。三、太陽能光伏發電的工作原理由上面分析可以看出，為使半導體光電器件能產生光生電動勢（或光2、具有光伏結構，即有一個內建電場所對應的勢壘區。勢壘區的重要作用是分離了兩種不同電荷的光生非平衡載流子，在p區內積累了非平衡空穴，而在n區內積累起非平衡電子。產生了一個與平衡pn結內建電場相反的光生電場，于是在p區和n區間建立了光生電動勢（或稱光生電壓）。三、太陽能光伏發電的工作原理2、具有光伏結構，即有一個內建電場所對應的勢壘區。勢壘區的重太陽能電池的結構（以n+/p型太陽能電池為例）p層為基體基區層厚度0.2~0.5mmp-n結上電極母線柵線下電極減反射膜空間電荷區n層頂區層（光照面）厚度0.2~0.5m三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的結構（以n+/p型太陽能電池為例）p層為基體p-通常的發電系統如火力發電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能來加熱水，使之變成蒸汽，推動發電機發電；原子能發電則是以核裂變放出的能量代替燃燒石油或煤，而水力發電則是利用水的落差能使發電機旋轉而發電。太陽能電池發電的原理是全新的，與傳統方法是完全不同，既沒有馬達旋轉部分，也不會排出氣體，是清潔無污染的發電方式。通常的發電系統如火力發電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照結構分類

同質結太陽能電池：由同種材料所形成p-n結（SI、GaAS）

異質結太陽能電池：由兩種禁帶寬度不種材料所形成p-n結(氧化錫/硅、硫化亞銅/硫化鎘、砷化稼/硅)

肖特基太陽能電池：利用金屬－半導體界面的肖特基勢壘而構成的太陽能電池(鉑/硅、鋁/硅)

多結太陽能電池：由多個p-n結形成的太陽能電池

液結太陽能電池：浸入電解質中的半導體構成的太陽能電池三、太陽能光伏發電的工作原理3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照結構分類同3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照材料分類

硅太陽能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多晶硅）

化合物半導體太陽能電池：由兩種或兩種以上的元素組成具半導體特性的化合物半導體材料制成的太陽能電池(硫化鎘、砷化稼、碲化鎘、硒銦銅、磷化銦)

有機半導體太陽能電池：用含有一定數量的碳－碳鍵且導電能力介于金屬和絕緣體之間的半導體材料制成的電池(分子晶體、電荷轉移絡合物、高聚物)

薄膜太陽能電池：用單質元素、無機化合物或有機材料制作的薄膜為基體材料的太陽能電池（非晶硅、多晶硅、納米晶）三、太陽能光伏發電的工作原理3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照材料分類硅太陽能電池的電流－電壓特性短路電流Isc如將p-n結短路（V=0），這時所得的電流為短路電流Isc，短路電流等于光生電流（與太陽能電池的面積大小有關，面積越大，Isc越大）三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的電流－電壓特性短路電流Isc三、太陽能光伏發電的太陽能電池的電流－電壓特性開路電壓Voc在p-n結開路情況下（RL=∞），此時pn結兩端的電壓即為開路電壓Voc（與光譜輻照強度有關，與電池的面積大小無關，隨溫度升高，開路電壓下降）三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的電流－電壓特性開路電壓Voc三、太陽能光伏發電的太陽能電池的伏－安特性曲線

當太陽電池接上負載R時，所得的負載伏–安特性曲線如圖所示。太陽電池的伏–安特性曲線三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的伏－安特性曲線當太陽電池接上負太陽能電池的伏－安特性曲線

負載R可以從零到無窮大。當負載Rm使太陽電池的功率輸出為最大時，它對應的最大功率Pm為

式中Im

和Vm

分別為最佳工作電流和最佳工作電壓。三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的伏－安特性曲線負載R可以從零到填充因子FF在光電池的伏安特性曲線任一工作點上的輸出功率等于該點所對應的矩形面積，其中只有一點是輸出最大功率，稱為最佳工作點，該點的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓Vm和最佳工作電流Im。它表示了最大輸出功率點所對應的矩形面積在Voc和Isc所組成的矩形面積中所占的百分比。特性好的太陽能電池就是能獲得較大功率輸出的太陽能電池，也就是Voc，Isc和FF乘積較大的電池。對于有合適效率的電池，該值應在0.70-0.85范圍之內。填充因子FF它表示了最大輸出功率點所對應的矩形面積在Voc和太陽能電池的光電轉換效率

表示入射的太陽光能量有多少能轉換為有效的電能。即：其中Pin是入射光的能量密度Vm最佳工作電壓Im最佳工作電流Voc開路電壓ISC短路電流三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的光電轉換效率表示入射的太陽光能量有多少能轉換太陽能光伏發電工作原理課件影響太陽能電池轉換效率的一些因素影響太陽能電池轉換效率的一些因素影響太陽能電池轉換效率的一些因素我們前面介紹了太陽能電池轉換效率的理論值，這些理論值都是在理想情況下得到的。而太陽能電池在光電能量轉換過程中，由于存在各種附加的能量損失，實際效率比上述的理論極限效率低。下面以pn結硅電池為例，介紹一些影響太陽能電池轉換效率的因素。三、太陽能光伏發電的工作原理影響太陽能電池轉換效率的一些因素我們前面介紹了太陽能電池轉換太陽能光伏發電工作原理課件太陽能光伏發電工作原理課件太陽能光伏發電工作原理課件目前太陽能板基本上是平鋪接受太陽光，由于北方的多數時間光照量不足，導致不能完全發揮太陽能板的發電能力，造成單位發電量成本太高，影響了太陽能事業的發展。就是現有的可以轉向的太陽能發電設備，也只是接受實際有的單位面積的太陽能輻射，實際上，每一天的早上和下午的多數時間，特別是在冬季，太陽輻射遠遠達不到太陽能發電電池板的額定功率，只有在夏季的中午才可以接近太陽能發電電池板的發電能力。為解決上述技術問題，急需一款新型的帶反光板的太陽能發電裝置，大幅提高太陽能發電板的單位面積發電量，降低發電成本。目前太陽能板基本上是平鋪接受太陽光，由于北方的多數時間光照量太陽能發電裝置，包括至少一組子單元，所述子單元包括太陽能電池板、反光板和太陽能跟隨機構，太陽能電池板的一側設置反光板，反光板反光面與太陽能電池板受光面之間的夾角不小于100度，太陽能電池板通過倒置的三腳架連接至經度跟隨組件和緯度跟隨組件。太陽能發電裝置，包括至少一組子單元，所述子單元包括太陽能電池太陽能光伏發電工作原理課件太陽能光伏發電工作原理課件Q&A問答環節

敏而好學，不恥下問。

學問學問，邊學邊問。

He

is

quick

and

eager

to

learn.

Learning

is

learning

and

asking.Q&A問答環節

敏而好學，不恥下問。

學問學問，邊學邊問。

結束語

感謝參與本課程，也感激大家對我們工作的支持與積極的參與。課程后會發放課程滿意度評估表，如果對我們課程或者工作有什么建議和意見，也請寫在上邊結束語

感謝聆聽Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm講師：XXXX日期：20XX.X月感謝聆聽講師：XXXX日期：20XX.X月太陽能光伏發電技術及其應用

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您的內容打在這里，或者通過復制您的文本后。+++整體概況概況1+++整體概況太陽能光伏發電工作原理、運行方式及系統組成太陽能光伏發電工作原理、運行方式及系統組成1.太陽能光伏發電的運行方式1.太陽能光伏發電的運行方式一、太陽能光伏發電的運行方式1）按供電類型分：直流供電系統交直流供電系統2）按供電特點分：獨立光伏發電系統并網光伏發電系統一、太陽能光伏發電的運行方式1）按供電類型分：葡萄牙南部阿馬雷萊雅拍攝的莫拉太陽能發電廠安裝的太陽能電池板。葡萄牙南部阿馬雷萊雅拍攝的莫拉太陽能發電廠安裝的太陽能電池板直流供電系統直流供電系統交直流供電系統交直流供電系統獨立光伏發電系統獨立光伏發電系統：是未與公共網相聯接的太陽能光伏發電系統，僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發電系統或主要依靠太陽能電池供電的光伏發電系統，在必要時可以由油機發電、風力發電、電網電源或其他電源作為補充。從電力系統來說，kW級以上的獨立光伏發電系統也稱為離網型光伏發電系統。一、太陽能光伏發電的運行方式獨立光伏發電系統獨立光伏發電系統：是未與公共網相聯接的太陽能并網光伏發電系統并網光伏發電系統：與公共電網相聯接的太陽能光伏發電系統。它是太陽能光伏發電進入大規模商業發電階段，成為電力工業組成部分之一的重要方向，是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。一、太陽能光伏發電的運行方式并網光伏發電系統并網光伏發電系統：與公共電網相聯接的太陽能光2.太陽能光伏發電系統的組成2.太陽能光伏發電系統的組成二、太陽能光伏發電系統的組成1、獨立太陽能光伏發電系統根據用電負載的特點直流系統交流系統交直流系統最大區別是系統中是否帶有逆變器二、太陽能光伏發電系統的組成1、獨立太陽能光伏發電系統根據用(a)直流光伏系統控制器太陽能電池方陣蓄電池組直流負載防反充二極管二、太陽能光伏發電系統的組成(a)直流光伏系統控制器太陽能蓄電池組直流防反充二極管二、(b)交流光伏系統控制器太陽能電池方陣蓄電池組交流負載防反充二極管DC-AC逆變器二、太陽能光伏發電系統的組成(b)交流光伏系統控制器太陽能蓄電池組交流防反充二極管DC(c)交直流光伏系統太陽能電池方陣蓄電池組交流負載防反充二極管DC-AC逆變器直流負載k1k2控制器二、太陽能光伏發電系統的組成(c)交直流光伏系統太陽能蓄電池組交流防反充二極管DC-A控制器太陽能電池方陣蓄電池組交流負載逆變器氣象條件過充電放電器后備能源(d)有后備能源和放電器的光伏系統二、太陽能光伏發電系統的組成控制器太陽能蓄電池組交流負載逆變器氣象條件過充電后備能源(d1.1太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺寸一般為2cm×2cm到15cm×15cm不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.45~0.5V,工作電流約為20～25mA/cm2,一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺1.1太陽能電池方陣太陽能電池組件再經過串并聯并裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率。單體組件方陣1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣太陽能電池組件再經過串并聯并裝在支架上1.1太陽能電池方陣一個太陽能電池只能產生大約0.45V電壓，遠低于實際應用所需要的電壓將太陽能電池通過導線連接成組件，一個組件上，太陽能電池的標準數量是36個或40個（10cm×10cm），這意味著一個太陽能電池能產生16V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效地充電。當需要更高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可以把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需的電壓和電流。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.1太陽能電池方陣一個太陽能電池只能產生大約0.45V電1.2防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電池方陣在陰雨天和夜晚不發電時或出現短路故障時，蓄電池組通過太陽能電池方陣放電。它串聯在太陽能電池方陣電路中，起單向導通的作用。要求其能承受足夠大的電流，而且正向電壓降要小，反向飽和電流要小。一般可選用合適的整流二極管。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.2防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電1.3蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出的電能并可隨時向負載供電。基本要求：①自放電率低②使用壽命長③深放電能力強④充電效率高⑤少維護或免維護⑥工作溫度范圍寬⑦價格低廉1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.3蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出的電1.4控制器蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，需要在充電和放電過程中加以控制，頻繁地過充電和過放電都會影響蓄電池的使用壽命。過充電會使蓄電池大量出氣（電解水），造成水分散失和活性物質脫落；過放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化。為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統來防止蓄電池的過充電和過放電，這套系統稱為充放電控制器。其通過檢測蓄電池的電壓和荷電狀態，判斷蓄電池是否已經達到過充點或過放點。并根據檢測結果發出繼續充、放電的指令。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.4控制器蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，需要在充電和放電過程1.5逆變器逆變器是將直流電變換為交流電的設備，逆變器是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電能轉變為交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過程。逆變器及逆變技術可按輸出波形、輸出頻率、輸出相數等來分類。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.5逆變器逆變器是將直流電變換為交流電的設備，逆變器是通1.6測量設備對于小型太陽能電池發電系統，只要求進行簡單的測量，如蓄電池電壓和充放電電流，測量所用的電壓表和電流表一般就裝在控制器上。對于太陽能通信電源系統、管道陰極保護系統等工業電源系統和中大型太陽能光伏電站，往往要求對更多的參數進行測量，如太陽輻射、環境溫度、充放電電量等。有時甚至要求具有遠程數據傳輸、數據打印和遙控功能，這就要求為太陽能電池發電系統配備數據采集系統和微機監控系統。1、獨立太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成1.6測量設備對于小型太陽能電池發電系統，只要求進2、并網太陽能光伏發電系統光伏發電系統(以下簡稱光伏系統)的主流發展趨勢是并網光伏發電系統：太陽能電池所發的電是直流，必須通過逆變裝置變換成交流，再同電網的交流電合起來使用，這種形態的光伏系統就是并網光伏系統。并網光伏系統可分為：住宅用并網光伏系統和集中式并網光伏系統(電站)兩大類。前者的特點：是光伏系統發的電直接被分配到住宅內的用電負載上，多余或不足的電力通過連接電網來調節：后者的特點：是光伏系統發的電直接被輸送到電網上，由電網把電力統一分配到各個用電單位。二、太陽能光伏發電系統的組成2、并網太陽能光伏發電系統光伏發電系統(以下簡稱光伏系統)住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統是否允許通過供電區變壓器向主電網饋電，分為可逆流與不可逆流并網光伏發電系統。可逆流系統：是在光伏系統產生剩余電力時將該電能送入電網，由于是同電網的供電方向相反，所以成為逆流；當光伏系統電力不夠時，則由電網供電。這種系統，一般是為光伏系統的發電能力大于負載或發電時間同負載用電時間不相匹配而設計的。二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網可逆流系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網可逆流系統二、太陽能光伏發不可逆流系統：是指光伏系統的發電量始終小于或等于負荷的用電量，電量不夠時由電網提供，即光伏系統與電網形成并聯向負載供電。這種系統，即使當光伏系統由于某種特殊原因產生剩余電能時，也只能通過某種手段加以處理或放棄，由于不會出現光伏系統向電網輸電的情況，所以稱為不可逆流系統。住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成不可逆流系統：是指光伏系統的發電量始終小于或等于負荷的用電量太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網不可逆流系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣并網逆變器負載~電網不可逆流系統二、太陽能光伏住宅系統又有家庭系統和小區系統之分。家庭系統：裝機容量小，一般為1～5kWp，為自家供電，獨立計量電量。小區系統：裝機容量較大些，一般為50～300kWp，為一個小區或一棟建筑物供電，統一管理，集中分表計量電量。住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成住宅系統又有家庭系統和小區系統之分。住宅用并網光伏系統2、并住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統是否配置儲能裝置，分為有儲能裝置和無儲能裝置聯網光伏發電系統。二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統根據聯網光伏系統太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載輸出電度表(kW·h)輸入電度表(kW·h)交流電網蓄電池有儲能（帶蓄電池）系統住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統二、太陽能光伏發電系統的組成太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載輸出住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣防雷系統控制器聯網逆變器聯網控制器交流負載交流電網無儲能（不帶蓄電池）系統輸出電度表(kW·h)輸入電度表(kW·h)二、太陽能光伏發電系統的組成住宅用并網光伏系統2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣防無儲能（不帶蓄電池）系統2、并網太陽能光伏發電系統其工作原理是：太陽能電池方陣在太陽光輻射下發出直流電，經逆變器轉換為交流電，供用電器使用；系統同時又與電網相聯，白天將太陽能電池方陣發出的多余電能經聯網逆變器逆變為符合所接電網電能質量要求的交流電饋入電網，在晚上或陰雨天發電量不足時，由電網向住宅（用戶）供電。住宅聯網系統所在負載的電壓，在我國一般是單相220V和三相380V，所接入的電網為低壓商用電網。二、太陽能光伏發電系統的組成無儲能（不帶蓄電池）系統2、并網太陽能光伏發電系統其工作原理住宅用并網光伏系統圖住宅用并網光伏系統圖2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣目前工程上應用的太陽能電池方陣多為由一定數量的晶體硅太陽能電池組件按照聯網逆變器輸入電壓的要求串、并聯后固定在支架上組成。(1)建筑與光伏系統相結合是將現成的平板式光伏組件安裝在建筑物的屋頂等處，引出端經過逆變和控制裝置與電網聯結，由光伏系統和電網并聯向住宅（用戶）供電，多余電力向電網反饋，不足電力向電網取用。二、太陽能光伏發電系統的組成2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣目前工程上(2)建筑與光伏組件相結合光伏建筑一體化系統的關鍵技術問題之一，是設計良好的冷卻通風，這是因為光伏組件的發電效率隨其表面的工作溫度上升而下降。理論和實驗證明，在光伏組件屋面設計空氣通風通道，可使組件的電力輸出提高8.3%左右，組件的表面溫度降低15oC。2、并網太陽能光伏發電系統太陽能電池方陣將光伏組件與建筑材料集成化。建筑物的外墻一般都采用涂料、馬賽克等材料，為了美觀，有的甚至采用價格昂貴的玻璃幕墻等。如果把屋頂、向陽外墻、遮陽板甚至窗戶等的材料用光伏器件來代替。則能作為建筑材料和裝飾材料，一舉兩得。二、太陽能光伏發電系統的組成(2)建筑與光伏組件相結合光伏建筑一體化系統的關鍵3.太陽能電池的工作原理3.太陽能電池的工作原理三、太陽能光伏發電的工作原理1、半導體物理知識固體材料按照它們導電能力的強弱，可分為超導材料、導體材料、絕緣體材料和半導體材料導體：導電能力強的物體，電阻率在10-8～10-6Ω·m的范圍內（金、銀、銅、鐵、鋁等）絕緣體：導電能力弱或基本上不導電的物體，電阻率在108～1020Ω·m的范圍內（橡膠、塑料、木材、玻璃等）半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物體，電阻率在10-5～107Ω·m的范圍內（鍺、硅、砷化稼、硫化鎘等）三、太陽能光伏發電的工作原理1、半導體物理知識固體材料按照它禁帶、價帶和導帶導帶價帶金屬導帶價帶禁帶Eg導帶價帶禁帶Eg半導體絕緣體十分之幾eV～4eV5eV～10eV三、太陽能光伏發電的工作原理禁帶、價帶和導帶導帶價帶金屬導帶價帶禁帶導帶價帶禁帶半導體絕+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4N型摻雜原子自由電子N型半導體三、太陽能光伏發電的工作原理+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4N型摻雜自由電子N型N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數載流子,它主要由雜質原子提供；空穴是少數載流子,由熱激發形成。由于磷原子在晶體中起釋放電子的作用，所以稱之為施主雜質，也叫n型雜質三、太陽能光伏發電的工作原理N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4P型摻雜原子空穴P型半導體三、太陽能光伏發電的工作原理+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4P型摻雜空穴P型半導P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質元素，在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導體中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成；電子是少數載流子，由熱激發形成。由于硼原子在晶體中起接受電子而產生空穴的作用，所以稱之為受主雜質，也叫P型雜質三、太陽能光伏發電的工作原理P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質元素，在本征半導體中摻入p-n結在一塊半導體晶體上，通過某些工藝過程，使一部分呈p型（空穴導電），一部分呈n型（電子導電），則該p型和n型半導體界面附近的區域，就叫做p-n結＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－空穴擴散方向電子擴散方向n區p區形成p-n結前載流子的擴散方向內建電場方向＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－n區p區空間電荷區空間電荷區和內建電場三、太陽能光伏發電的工作原理p-n結在一塊半導體晶體上，通過某些工藝過程，使一部分呈p型當有適當波長的光照射到這個pn結太陽能電池上后，由于光伏效應而在勢壘區兩邊產生了電動勢。因而光伏效應是半導體電池實現光電轉換的理論基礎，也是某些光電器件賴以工作的最重要的物理效應。因此，我們將來仔細分析一下pn結的光伏效應.三、太陽能光伏發電的工作原理當有適當波長的光照射到這個pn結太陽能電池上后，由于光太陽能電池的基本工作原理＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－內建電場方向np＋－＋－光子入射（能量hν）光子入射（能量hν）三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的基本工作原理＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－內建在pn結開路的情況下，pn結兩端建立起穩定的電勢差Voc，（p區相對于n區是正的），這就是光電池的開路電壓。如將pn結與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結起了電源的作用。這就是光電池的基本原理三、太陽能光伏發電的工作原理在pn結開路的情況下，pn結兩端建立起穩定的電勢差Voc，（由上面分析可以看出，為使半導體光電器件能產生光生電動勢（或光生積累電荷），它們應該滿足以下兩個條件：1、半導體材料對一定波長的入射光有足夠大的光吸收系數α，即要求入射光子的能量hν大于或等于半導體材料的帶隙Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發出光生非平衡的電子空穴對。三、太陽能光伏發電的工作原理由上面分析可以看出，為使半導體光電器件能產生光生電動勢（或光2、具有光伏結構，即有一個內建電場所對應的勢壘區。勢壘區的重要作用是分離了兩種不同電荷的光生非平衡載流子，在p區內積累了非平衡空穴，而在n區內積累起非平衡電子。產生了一個與平衡pn結內建電場相反的光生電場，于是在p區和n區間建立了光生電動勢（或稱光生電壓）。三、太陽能光伏發電的工作原理2、具有光伏結構，即有一個內建電場所對應的勢壘區。勢壘區的重太陽能電池的結構（以n+/p型太陽能電池為例）p層為基體基區層厚度0.2~0.5mmp-n結上電極母線柵線下電極減反射膜空間電荷區n層頂區層（光照面）厚度0.2~0.5m三、太陽能光伏發電的工作原理太陽能電池的結構（以n+/p型太陽能電池為例）p層為基體p-通常的發電系統如火力發電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能來加熱水，使之變成蒸汽，推動發電機發電；原子能發電則是以核裂變放出的能量代替燃燒石油或煤，而水力發電則是利用水的落差能使發電機旋轉而發電。太陽能電池發電的原理是全新的，與傳統方法是完全不同，既沒有馬達旋轉部分，也不會排出氣體，是清潔無污染的發電方式。通常的發電系統如火力發電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照結構分類

同質結太陽能電池：由同種材料所形成p-n結（SI、GaAS）

異質結太陽能電池：由兩種禁帶寬度不種材料所形成p-n結(氧化錫/硅、硫化亞銅/硫化鎘、砷化稼/硅)

肖特基太陽能電池：利用金屬－半導體界面的肖特基勢壘而構成的太陽能電池(鉑/硅、鋁/硅)

多結太陽能電池：由多個p-n結形成的太陽能電池

液結太陽能電池：浸入電解質中的半導體構成的太陽能電池三、太陽能光伏發電的工作原理3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照結構分類同3、太陽能電池工作原理與特性太陽能電池的分類按照材料分類

硅太陽能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多晶硅）

化合物半導體太陽能電池：由兩種或兩種以上的元素組成具半導體特性的化合物半導體材料制成的太陽能電池(硫化鎘、砷化稼、碲化鎘、硒銦銅、磷化銦)

有機半導體太陽能電池：用含有一定數量的碳－碳鍵且導電能力介于金屬和絕緣體之間的半導體材料制成的電池(分子晶體、電荷轉移絡合物、高聚物)

薄膜太陽能電池：用單質元素、無機化合物或有機材料制作的薄膜為基體材料的太陽能電池（非晶硅、多晶硅、納米晶）三、太陽能光伏發電的工作原理3、太陽能電池工作原理與特性太陽