太阳能发电技术

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1、太阳能发电技术太阳能发电技术 主要内容主要内容 一、太阳能一、太阳能 二、太阳能光伏发电二、太阳能光伏发电 太阳能电池太阳能电池 离网光伏系统离网光伏系统 并网光伏系统并网光伏系统 三、太阳能热力发电三、太阳能热力发电 槽式热力发电装置槽式热力发电装置 塔式热力发电装置塔式热力发电装置 碟式热力发电装置碟式热力发电装置 一、太阳能一、太阳能 对于人类来讲，太阳能取之不对于人类来讲，太阳能取之不 尽，用之不竭，无污染。尽，用之不竭，无污染。 每秒辐射到每秒辐射到陆地表面陆地表面的能量相的能量相 当于全球当于全球1 1年内消耗总能量的年内消耗总能量的 3.53.5万倍；万倍； 其中植物吸收的占其中

2、植物吸收的占0.015%0.015%，转，转 化为燃料的不到化为燃料的不到0.002%0.002%。 太阳能主要利用方式太阳能主要利用方式 二、太阳能光伏发电二、太阳能光伏发电 太阳能电池组太阳能电池组 太阳能控制器太阳能控制器 蓄电池蓄电池 逆变器逆变器 光伏发电系统组成：光伏发电系统组成： 图1 光伏发电系统示意图 半导体硅的光电效应半导体硅的光电效应 光子穿透至PN结附 近，能量被电子吸收。 若光子能量大于电子的 逸出功，电子摆脱束缚 成为自由电子，同时产 生一个带正电的空穴。 PN结具有由N指向 P的电场，电子向N运 动，空穴向P运动。表 面电极为负，背电极为 正。当与外负载连接时 形

3、成电流。 图2 光电效应原理 2.1 太阳能电池太阳能电池 图3 晶体硅太阳电池原理示意 (代表电子；o代表空穴；光子能量hv) 太阳能电池类型太阳能电池类型 单晶硅硅电池单晶硅硅电池 多晶硅硅电池多晶硅硅电池 非晶硅硅电池非晶硅硅电池 太阳能电池类型太阳能电池类型 1.1.单晶硅电池单晶硅电池 所谓单晶，指的是太阳能电池内的所谓单晶，指的是太阳能电池内的硅原子结晶非硅原子结晶非 常完整常完整，由单一的结晶构成电池的细胞元。，由单一的结晶构成电池的细胞元。 由于完整的结晶，自由电子和空穴在内部的移动由于完整的结晶，自由电子和空穴在内部的移动 不会受到阻碍，不容易发生自由电子与空穴复合不会受到阻

4、碍，不容易发生自由电子与空穴复合 的情况，所以单晶硅电池的情况，所以单晶硅电池效率高效率高。 由于完整的结晶，硅原子之间的化学键非常坚固，由于完整的结晶，硅原子之间的化学键非常坚固， 不容易因为不容易因为紫外线紫外线破坏化学键而产生破坏化学键而产生悬浮键悬浮键，悬，悬 浮键会阻碍自由电子的移动，甚至捕捉自由电子，浮键会阻碍自由电子的移动，甚至捕捉自由电子， 造成电流下降。所以单晶硅电池造成电流下降。所以单晶硅电池光电转换效率不光电转换效率不 易随时间衰退易随时间衰退。 单晶硅电池的制造单晶硅电池的制造 硅在自然界含量丰富，如沙子、硅石、二氧化硅硅在自然界含量丰富，如沙子、硅石、二氧化硅 等，但

5、沙子杂质较多，去除杂质成本较高。等，但沙子杂质较多，去除杂质成本较高。 原料通常选择杂质含量较低（原料通常选择杂质含量较低（10%10%以下）的以下）的石英石英。 第一步是去除杂质，石英经多道程序后得第一步是去除杂质，石英经多道程序后得SiHCl3SiHCl3 （三氯氢硅三氯氢硅），经气相沉积（时间成本大）得到），经气相沉积（时间成本大）得到 纯硅，对纯硅，对纯硅纯硅加以加以熔化熔化，再冷却使得硅原子慢慢，再冷却使得硅原子慢慢 结晶。冷凝过程中加入结晶。冷凝过程中加入硼硼可以得到可以得到P P型半导体。冷型半导体。冷 凝完成后用钻石锯切片（此过程浪费材料），完凝完成后用钻石锯切片（此过程浪费材

6、料），完 成后在成后在P P型半导体表面覆盖型半导体表面覆盖磷磷并加热使磷扩散到并加热使磷扩散到P P 型半导体中，原来的型半导体中，原来的P P型半导体上层形成型半导体上层形成N N型半导型半导 体，形成体，形成PNPN结结。 制造过程花费成本高，所以单晶硅制造过程花费成本高，所以单晶硅价格昂贵价格昂贵。 单晶硅电池单晶硅电池 图4 单晶硅太阳电池 代表性生产厂家：代表性生产厂家： 荷兰荷兰Shell Solar、西班牙、西班牙Iso- foton，印度，印度Microsol等厂家。等厂家。 单晶硅太阳能电池板单晶硅太阳能电池板 太阳能电池类型太阳能电池类型 2.2.多晶硅电池多晶硅电池 多

7、晶硅优先考虑成本，其次是效率。多晶硅优先考虑成本，其次是效率。 降低成本方法降低成本方法： （1 1）纯化过程没有完全去除杂质；）纯化过程没有完全去除杂质； （2 2）快速结晶；）快速结晶； （3 3）避免切片造成的浪费。）避免切片造成的浪费。 制造工艺不同导致结晶构造不同，多晶硅的结晶制造工艺不同导致结晶构造不同，多晶硅的结晶 颗粒较小颗粒较小，化学键不牢，存在许多，化学键不牢，存在许多悬浮键悬浮键。 光电转换光电转换效率下降效率下降，且效率会随着时间，且效率会随着时间衰减衰减。 多晶硅太阳能电池板多晶硅太阳能电池板 太阳能电池类型太阳能电池类型 3.3.非晶硅电池非晶硅电池 材料选用材料选

8、用SiH4SiH4（四氢化硅），虽然该材料（四氢化硅），虽然该材料吸光效吸光效 果和光导效果很好果和光导效果很好，但其结晶构造比多晶硅还差。，但其结晶构造比多晶硅还差。 存在问题：存在问题：悬浮键悬浮键较多，自由电子与空穴复合的较多，自由电子与空穴复合的 速率非常快；速率非常快；结晶构造不规则结晶构造不规则阻碍电子、空穴移阻碍电子、空穴移 动，使得扩散范围变短。动，使得扩散范围变短。 解决方法：非晶硅电池做的很解决方法：非晶硅电池做的很薄薄，减少自由电子，减少自由电子 和空穴复合和空穴复合 非晶硅电池最大优点成本低，缺点是效率低且随非晶硅电池最大优点成本低，缺点是效率低且随 时间衰减。时间衰减

9、。 广泛使用广泛使用小功率小功率市场，在发电市场不具竞争力。市场，在发电市场不具竞争力。 非晶硅太阳能电池板非晶硅太阳能电池板 光伏电池等效电路光伏电池等效电路 主要内容主要内容 二、太阳能光伏发电二、太阳能光伏发电 太阳能电池太阳能电池 离网光伏系统离网光伏系统 并网光伏系统并网光伏系统 三、太阳能热力发电三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统槽式热力发电系统 塔式热力发电系统塔式热力发电系统 碟式热力发电系统碟式热力发电系统 一、太阳能一、太阳能 2.2 离网光伏系统离网光伏系统 太阳能电池发电，蓄电池贮能，太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立独立为负载供电，为负载供电， 不联接公网不联接公网。

10、 广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、 野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村 庄、海岛。庄、海岛。 太阳能供电系统的特点太阳能供电系统的特点 不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便； 一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池 一般为一般为5 5年需更换）；年需更换）； 免维护，无污染。免维护，无污染。 系统可分为：系统可分为： 直流直流供电系统和供电系统和交直流交直流供电系统两种。供电系统两种。 直流供电系统

11、直流供电系统 控制器作用：控制器作用： 控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放；控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放； 最优化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）；最优化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）； 光伏系统工作状态显示；光伏系统工作状态显示； 光伏系统信息存储等。光伏系统信息存储等。 图5 直流供电系统 交直流供电系统交直流供电系统 图6 交直流供电系统 应用实例应用实例 太阳能路灯太阳能路灯 太阳能广告牌 太阳能交通灯 太阳能车站 太阳能电话机太阳能电话机 太阳能拖车太阳能拖车 太阳能高尔夫球车太阳能高尔夫球车 太阳能快艇太阳能快艇 太阳能飞机太阳能飞机 主要内

12、容主要内容 二、太阳能光伏发电二、太阳能光伏发电 太阳能电池太阳能电池 离网光伏系统离网光伏系统 并网光伏系统并网光伏系统 三、太阳能热力发电三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统槽式热力发电系统 塔式热力发电系统塔式热力发电系统 碟式热力发电系统碟式热力发电系统 一、太阳能一、太阳能 2.3 并网光伏系统并网光伏系统 集中式大型并网光伏系统（大型并网光伏电站）集中式大型并网光伏系统（大型并网光伏电站） 分散式小型并网光伏系统（住宅并网光伏系统）分散式小型并网光伏系统（住宅并网光伏系统） 并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的 控制和配电设备，占用大

13、片土地，目前其发电控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成成 本远高于目前市场电价本远高于目前市场电价。 住宅并网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋住宅并网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋 顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发在发 达国家备受青睐达国家备受青睐，发展迅速。，发展迅速。 住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可 直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接 电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可 分为分为

14、可逆流可逆流与与不可逆流不可逆流并网光伏发电系统并网光伏发电系统 可逆流系统：光伏系统电力可逆流系统：光伏系统电力剩余剩余时送入电网，电时送入电网，电 力力不足不足时由电网供电。时由电网供电。 不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等 于负荷用电量，电力不足由电网供电，即光伏系统于负荷用电量，电力不足由电网供电，即光伏系统 与电网形成并联与电网形成并联向负载供电。向负载供电。 图7（a） 可逆流系统 图7（b） 不可逆流系统 根据是否有储能装置，分为根据是否有储能装置，分为有储能有储能系统和系统和无储能无储能 系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停

15、电系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电 情况下可正常供电。情况下可正常供电。 图8（b） 无储能系统 图8（a） 有储能（带蓄电池）系统 国内外光伏电站应用实例国内外光伏电站应用实例 国内最大的光伏电站？国内最大的光伏电站？ 徐州光伏电站徐州光伏电站 徐州光伏电站徐州光伏电站 徐州光伏电站徐州光伏电站 德国巴伐利亚太阳公园德国巴伐利亚太阳公园6.3MW太阳能发电站太阳能发电站 美国美国Tucson地区地区4.59MW太阳能电站太阳能电站 住宅并网光伏系统住宅并网光伏系统示意图示意图 “零”能耗建筑“零”能耗建筑 深圳园博会屋顶太阳能电源深圳园博会屋顶太阳能电源 主要内容主要内容 一、太阳能一、太阳能 二、太阳能光伏发电二、太阳能光伏发电 太阳能电池太阳能电池 离网光伏系统离网光伏系统 并网光伏系统并网光伏系统 三、太阳能热力发电三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统槽式热力发电系统 塔式热力发电系统塔式热力发电系统 碟式热力发电系统碟式热力发电系统 三、太阳能三、太阳能热力热力发电发电 太阳能热发电是利用太阳能热发电是利用集热器集热器将太阳辐射能转换成将太阳辐射能转换成热能热能并通并通 过过热力循环热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。 目前主要热力目前主要热力 发电装置