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1、太阳能发电技术,主要内容,一、太阳能 二、太阳能光伏发电 太阳能电池 离网光伏系统 并网光伏系统 三、太阳能热力发电 槽式热力发电装置 塔式热力发电装置 碟式热力发电装置,一、太阳能,对于人类来讲，太阳能取之不尽，用之不竭，无污染。 每秒辐射到陆地表面的能量相当于全球1年内消耗总能量的3.5万倍； 其中植物吸收的占0.015%，转化为燃料的不到0.002%。,太阳能主要利用方式,二、太阳能光伏发电,太阳能电池组 太阳能控制器 蓄电池 逆变器,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,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
2、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成电流。,图2 光电效应原理,2.1 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,单晶硅硅电池 多晶硅硅电池 非晶硅硅电池,太阳能电池类型,1.单晶硅电池 所谓单晶，指的是太阳能电池内的硅原子结晶非常完整，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不会受到阻碍，不容易发生自由电子与空穴复合的情况，所以单晶硅电池效率高。 由于完整的结晶，硅原子之间的化学键非常坚固，不容易因为紫外线
3、破坏化学键而产生悬浮键，悬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。所以单晶硅电池光电转换效率不易随时间衰退。,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（10%以下）的石英。 第一步是去除杂质，石英经多道程序后得SiHCl3（三氯氢硅），经气相沉积（时间成本大）得到纯硅，对纯硅加以熔化，再冷却使得硅原子慢慢结晶。冷凝过程中加入硼可以得到P型半导体。冷凝完成后用钻石锯切片（此过程浪费材料），完成后在P型半导体表面覆盖磷并加热使磷扩散到P型半导体中，原来的P型半导体上层形成N型半导体，形成PN结。
4、制造过程花费成本高，所以单晶硅价格昂贵。,单晶硅电池,图4 单晶硅太阳电池,代表性生产厂家： 荷兰Shell Solar、西班牙Iso- foton，印度Microsol等厂家。,单晶硅太阳能电池板,太阳能电池类型,2.多晶硅电池 多晶硅优先考虑成本，其次是效率。 降低成本方法： （1）纯化过程没有完全去除杂质； （2）快速结晶； （3）避免切片造成的浪费。 制造工艺不同导致结晶构造不同，多晶硅的结晶颗粒较小，化学键不牢，存在许多悬浮键。 光电转换效率下降，且效率会随着时间衰减。,多晶硅太阳能电池板,太阳能电池类型,3.非晶硅电池 材料选用SiH4（四氢化硅），虽然该材料吸光效果和光导效果很好
5、，但其结晶构造比多晶硅还差。 存在问题：悬浮键较多，自由电子与空穴复合的速率非常快；结晶构造不规则阻碍电子、空穴移动，使得扩散范围变短。 解决方法：非晶硅电池做的很薄，减少自由电子和空穴复合 非晶硅电池最大优点成本低，缺点是效率低且随时间衰减。 广泛使用小功率市场，在发电市场不具竞争力。,非晶硅太阳能电池板,光伏电池等效电路,主要内容,二、太阳能光伏发电 太阳能电池 离网光伏系统 并网光伏系统 三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统 塔式热力发电系统 碟式热力发电系统,一、太阳能,2.2 离网光伏系统,太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立为负载供电，不联接公网。 广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站
6、、电台、野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村庄、海岛。,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； 一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为5年需更换）； 免维护，无污染。 系统可分为： 直流供电系统和交直流供电系统两种。,直流供电系统,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； 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； 光伏系统信息存储等。,图5 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,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,太阳能拖车,太阳能高尔夫球车,太阳能
7、快艇,太阳能飞机,主要内容,二、太阳能光伏发电 太阳能电池 离网光伏系统 并网光伏系统 三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统 塔式热力发电系统 碟式热力发电系统,一、太阳能,2.3 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） 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，需要复杂的控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成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顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发达国家备受青睐，发展迅速。 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电网来调节。
8、根据系统是否允许向电网馈电，可分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统,可逆流系统：光伏系统电力剩余时送入电网，电力不足时由电网供电。 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，分为有储能系统和无储能系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电情况下可正常供电。,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,德国巴伐利亚太阳公园6.3MW太阳能发电站,美国Tu
9、cson地区4.59MW太阳能电站,住宅并网光伏系统示意图,“零”能耗建筑,深圳园博会屋顶太阳能电源,主要内容,一、太阳能 二、太阳能光伏发电 太阳能电池 离网光伏系统 并网光伏系统 三、太阳能热力发电 槽式热力发电系统 塔式热力发电系统 碟式热力发电系统,三、太阳能热力发电,太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。,目前主要热力发电装置： 槽式 塔式 碟（盘）式,3.1 槽式太阳能热电系统,抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。,图9 槽式太阳能热电系统原理图,槽式太
10、阳能热电厂,产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。 由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。,图10 “内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。,槽式太阳能热电厂,图11 加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目,3.2 塔式太阳能热电系统,塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，推动汽轮发电机发电。,图12 塔式太阳能热电系统原理,塔式太阳能热电厂,塔式太阳能热电厂,2009年4月，西班牙在安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建成当时全球最大太阳能电站。,3.3 碟（盘）式太阳能热电系统,碟式系统由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，通过加热接收器内的传热工质，驱动电机发电。,图14 碟式太阳能热电系统原理,碟式太阳能热电装置,碟式太阳能热电装置,三种发电装置比较,表1 塔式、槽式、盘式发电装置比较,谢谢,