影响光伏电站发电量的10个因素

我国的太阳辐射情况
四类太阳辐射地区
太阳光谱
大气质量
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Z：太阳天顶角 Z=48.2°,AM1.5
讨论：
1：不同的太阳电池的频率响应是不一样的， 通常在300—1200nm之间。 2：近红外线和近紫外线是可以发电的。 3：太阳常数：在地球大气层外，平均日地距 离处垂直太阳光单位面积上的太阳辐射强 度，用AM0表示。 1367W±7W/m2 25℃,1000W/m2, AM1.5为太阳电池的测试 条件。
讨论
• • • • • • • • • • 1：计量单位 kwh/m2 .a Mj/m2.a 换算：1kwh=3.6Mj 2:我国的峰值日照小时： 1类地区：4.79小时 2类地区：4.3小时 3类地区：3.3小时 4类地区：2.8小时（和德国柏林差不多） 并网光伏电站的平均效率在75% 光伏系统对太阳辐射能量的利用效率只有10%左右 （太阳电池效率、组件组合损失、灰尘损失、控制 逆变器损失、线路损失、蓄电池效率）
电与太阳能发电
• 在人类众多的能源中，品位最高的无 疑应该是电能了。它可以非常方便地 转换成其他能源形式：磁能、光能、 热能、化学能等等。而且它的传输方 便，这也是其他能源所做不到的。 • 广意上讲，地球上的能量几乎都是太 阳能，从狭义上讲，太阳能分为光热 、光电。 • 在太阳电池组件的转换效率一定的情 况下，光伏系统的发电量是由太阳的 辐射强度决定的
关于太阳辐射测量的新进展
• 目前国际辐射测量动向 • 1、关BSRN（世界气象组织太阳辐 射基 准站）的一些情况 • 2、美国辐射测量站网 • 3、辐射测量的问题和进展
BSRN（世界气象组织太阳辐射基准站)
美国辐射测量站网
基准站之一
基准站之一
基准站之一
基准站之一
基准站之一
基准站之一
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1953年 Wayne州立大学Dan Trivich博士完成基于太阳光谱的具有不同带隙宽 度的各 类材料光电转换效率的第一个理论计算； 1954年 RCA实验室的P．Rappaport等报道硫化镉(CdS)的光伏现象； (RCA： Radio Corporation of America，美国无线电公司)； 贝尔(Bell)实验室研究人员D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson报 道 4．5％效率的单晶硅太阳龟池的发现，几个月后效率达到6％。 1955年西 部电工(Western Electric)开始出售硅光伏技术商业专利，在亚桑那大学召开国际太阳 能会议， Hoffman电子推出效率为2％的商业太阳电池产品，电池为14mw／片，25 美元／片，相当 于1785USD／W； 1956年 P．Pappaport，J．J．Loferski和E．G．Linder发表“锗和硅p n结电子 电流效应”的文章； 1957年 Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8％；D．M．Chapin，C．S．Fuller 和G．L．Pearson获得“太阳能转换器件”专利权； 1958年美国信号部队的T．Mandelkorn制成n／p型单晶硅光伏电池，这种电池抗 辐射能力强，这对太空电池很重要；Hoffman电子的单晶硅电池效率达到 9％；第一 个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池lOOcm2，0．IW，为一备用的5mW 的话筒供电； 1959年 Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10％，并通过用网栅 电极 来显著减少光伏电池串联电阻；卫星探险家6号发射，共用9600片电池列 阵，每片2 cm2，共约20W； ，
式中：Isc为太阳常数，取1367W/m2。 若天空散射各向同性时，上式可以化简为：
地面反射辐射分量Hrt：
• 通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为：
其中P为地面反射率，其数值取决于地面状态，各种地面的反射率如下表所示： 各种地面反射率
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一般计算时，可取p=0.2，综上所述，斜面上太阳辐肘量即为：
我国部分地区并网电站最佳倾角
我国部分地区并网电站最佳倾角
5：温度特性
讨论
1：气象部门提供的是水平面上的太阳直接是 辐射和散射部分的辐射量，和我们实际应 用的情况有区别。 2：并网的太阳电池直接的倾斜角度设计只需 要考虑全年总发电最大就可以了，相对于 独立发电系统要简单的多。 3：具体做法 ，可以采用查表或者软件的方 法。
3：太阳电池的效率
• • • • • • • • • • • • • • 1839年法国实验物理学家E．：Becquere-1发现液体的光生伏特效应，简称为光伏 效应； 1877年 w．G．Adams和R．E．Day研究了硒(se)的光伏效应，并制作第一片 硒太阳电池； 1883年美国发明家charles Fritts描述了第一片硒太阳电池的原理； 1904 年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(cu／cu20)结合在一起具有光敏特性； 德国物理学家爱因斯坦(Albert Einsteln)发表关于光电效应的论文； 1918年波兰科学家czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺； 1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺 贝尔物理奖； 1930年 B．Lang研究氧化亚铜／铜(Cu20／Cu)太阳电池，发表“新型光伏电 池”论 文；W．Schottky发表“新型氧化亚铜(Cu20)光电池”论文； 1932年 Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象； 1933年 L．0．Grondahl发表“铜一氧化亚铜(CwCu20)整流器和光电池” 论文； 1951年生长p-n结，实现制备单晶锗电池；
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太阳能光伏发电对环境的影响
与光伏发电有关的几个太阳辐射数据
太阳辐射强度 1）日照时间：气象上每天太阳辐射超 过120W/平方米的时间。意义不大。 2）峰值太阳（日照）小时。这是一个 等效概念，指每天太阳辐射强度超过 1KW/平方米（太阳电池测量标准光 强）的小时数，它在数值上等于平均 日辐射量除以标准光强，单位是h/d（ 小时/天）
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2002年世界太阳电池年产量超过540Mw；多晶硅太阳电池售价约为 2.2USD／W； 2003年太阳电池年产量超过760MW；德国FratInhofer ISE的 LFC(Laser—fired contact)晶体硅太阳电池效率达到20％； 2004年太阳电池年产量超过1200Mw；德国Fraurlhofer ISE多晶硅太阳 电池效率达20．3％；非晶硅电池占市场份额4．4％，降为1999年的1／3 ，CdTe占1_1％；而CIS占O．4％； 2010年通过技术突破，太阳电池成本进一步降低，在世界能源供应中占 有一定的份额；德国可再生能源发电达到12．5％； 2020年太阳电池发电成本与化石能源相接近，德国可再生能源占20％； 2030年太阳电池发电达到lO％～20％；德国将关闭所有的核电站； 2050年世界太阳能利用将占有世界能源总能耗30％～50％份额。
式中：n为一年中的天数。 如：在春分，n =81，δ=0，自春分曰起第d天的太阳赤纬为：
太阳的赤纬角
天空散射辐射分量Hdt
• • 对于天空散射采用Hay模型，Hay模型认为倾斜面上天空散射辐射量是由太 阳的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射量两部分组成，可表示为：
式中：Ho为大气层外水平面上辐射量。其计算公式为：
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1960年 Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14％； 1963年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳电池功率14W； 1963 年Sharp公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装242W光伏电池列阵，在 当时是世界最大的光伏电池列阵； 1964年宇宙飞船“光轮发射”，安装470W的光伏列阵； 1965 年Peter Olaser和A．D．Little提出卫星太阳能电站构思； 196年6带有1000W光伏列阵大轨道天文观察站发射； 1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电 1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅； 1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”；Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带，25mm 宽，457mm长(EFG：Edge defined Film Fed—Growth，定边喂膜生长)； 1977年世界光伏电池超过500kW；D．E．Carlson和c．R．Wronski在w．E．Spear的 1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a—Si)太阳电池； 1979年世界太阳电池安装总量达到1MW； 1980年 ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家；三洋电气 公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了a—si组件批量生产并进行了户 外测试； 1981年名为Solar Challenger的光伏动力飞机飞行成功；
基准站之一
基准站之一
总辐射表
高精度辐射表
辐射测量的问题和进展
讨论与总结
1：太阳辐射的测量对测试环境有比较高的要求，并 不是任何地点都适合进行基准测量。 2：太阳辐射的测量是一个长期积累的过程。 3：我国正在拟定关于太阳辐射的测量的一系列国家 标准，该标准由“全国气象防灾减灾标准化技术 委员会”负责拟定。其中包括名词解释、测试设 备、测试方法等。 4：光伏电站的发电量直接与太阳辐射量有关，太阳 的辐射强度、光谱特性是随着气象条件而改变的 。 5：太阳能资源的评估不可能十分精确。
2：太阳电池组件的倾斜角度
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从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量H，直接辐射量Hb 及散射辐射量Hd，且有： H=Hb+ Hd
对于倾斜面上的太阳辐射总量及太阳辐射的直散分离原理 可得：倾斜面上的太阳辐射总量Ht是由直接太阳辐射量 Hbt天空散射量Hdt和地面反射辐射量Hrt部分组成。 Ht=Hbt+Hdt+Hrt
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1992年世界太阳电池年产量超过57．9Mw； 1993年世界太阳电池年产量超过60．1MW； 1994年世界太阳电池年产量超过69．4MW； 1995年世界太阳电池年产量超过77．7MW；光伏电池安装总量达到 500MW； 1996年世界太阳电池年产量超过88．6MW； 1997年世界太阳电池年产量超过125．8MW； 1998年世界太阳电池年产量超过151．7MW；多晶硅电池产量首次超过 单晶硅； 1999年世界太阳电池年产量超过201．3MW；美国NREL的M．A． Contreras等报道铜铟锡(CIS)电池效率达到18．8％；非晶硅电池占市场份 额12．3％； 2000年世界太阳电池年产量超过287．7Mw，安装超过1000Mw，标志 太阳能 时代的到来； 200l年世界太阳电池年产量超过399Mw；Wu x．，Dhere R．G．， A|bin D.s.等报道碲化镉(cdTe)电池效率达到16．4％；单晶硅太阳电池售 价约为3USD／W；
Hbt计算
• • • （1） Hbt的计算：对于确定的地点，如果知道全年每个月水平面上平均太阳辐射的总辐射量H、直 接辐射量Hb及散射辐射量Hd以后，就可以算出不同倾斜角下的相关太阳辐射量，以下是它的计算公 式： Hbt=R×Hb 其中R为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值。
对于朝向赤道的倾斜面来说： • 式中：Φ为光伏发电系统当地纬度；β为光伏方阵倾角；δ为太阳赤纬；ωs水平面上日落 时角；ωst顷斜面上日落时角。 • 太阳光线与地球赤道面的交角就是太阳的赤纬角，用δ表示，在一年之中，太阳赤纬每天都在发生变 化，但不超过±23。27’的范围。夏天最大变化到夏至日的+23。27’；冬天最小变化到冬至日的- 23 。27’。太阳赤纬随季节变化，按照库伯(cooper)方程，可知太阳赤纬的计算公式为： • •
影响太阳电站发电量的10个因素
1：太阳辐射量 2：太阳电池组件的倾斜角度 3：太阳电池组件的效率 4：组合损失 5：温度特性
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6wk.baidu.com灰尘损失
7：最大输出功率跟踪 （MPPT） 8：线路损失 9：控制器、逆变器效率 10：蓄电池的效率（独立系统）
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1：太阳辐射
在地球上，我们的能源基本上都来源于太 阳，电力也不例外，我们的电能也是以不 同的方式从太阳能转换中得到的。 太阳是一个灼热的火球，它表面的温 度大约为6000℃，而中心的温度达到2000 万℃，它不断地向外辐射光和热。 太阳这 个灼热的火球距离我们很遥远，它向外辐 射光和热以30万公里/秒的速度，经历8分 钟的长途跋涉才来到地球。