太阳能光伏发电系统原理与应用技术第1章 概论
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太阳能光伏发电系统及其应用48页PPT
• 日辐射总量夏季大于冬季，其纬向梯度冬季 大于夏季。
• 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两 极递减，极点为零。
• 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减， 南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大 。
• 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减， 北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大 。
日照长度及其季节变化：一天之内的日照 长度越长，接收的太阳辐射越多。
1.核反应区：体积占1.6%，质量占50% 高温(800－1500万K)、高压
(3.3×1011atm)下的热核反应，氢核聚变成氦 核，释放巨大的能量。 2.辐射区：体积占一半，质量占49.9%
温度70万K，以辐射的形式向外传递能量。 3.对流区：体积占48.4%，质量仅占0.1%
温度70万K－6000K，以对流的形式将能量 传递到光球的底层，向外辐射。
的日珥、耀斑等的生、消、聚、散变化。
太阳黑子
地球
• 对太阳常数的影响： 太阳黑子活动强时，
太阳辐射强度增加，
太阳常数增大。
• 对近地面气候的影响： 统计分析为主，机理仍不清楚。例如：太
阳黑子低值年对应我国南涝北旱，高值年对 应南旱北涝。
大气圈顶太阳辐射时空分布的特点(W·m-2·d-1)
• 全年日辐射总量低纬大于高纬, 季节变化低 纬小于高纬。
二、太阳辐射能 (solar radiation)
1.太阳风 (solar wind)
太阳日冕以每天约5×107km的速度不断地 发射被电离的微粒子流，主要由电子和质子 组成，大约需3天到达地球。当吹到地球附 近时，与地磁场发生相互作用，产生大气电 离层的扰动和极光现象。
太阳风与地球磁场的相互作用
• 全年的总辐照量MJ/（m2.a）、 KW.h/（ m2.a）或全年日照小时数；
• 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两 极递减，极点为零。
• 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减， 南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大 。
• 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减， 北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大 。
日照长度及其季节变化：一天之内的日照 长度越长，接收的太阳辐射越多。
1.核反应区：体积占1.6%，质量占50% 高温(800－1500万K)、高压
(3.3×1011atm)下的热核反应，氢核聚变成氦 核，释放巨大的能量。 2.辐射区：体积占一半，质量占49.9%
温度70万K，以辐射的形式向外传递能量。 3.对流区：体积占48.4%，质量仅占0.1%
温度70万K－6000K，以对流的形式将能量 传递到光球的底层，向外辐射。
的日珥、耀斑等的生、消、聚、散变化。
太阳黑子
地球
• 对太阳常数的影响： 太阳黑子活动强时，
太阳辐射强度增加，
太阳常数增大。
• 对近地面气候的影响： 统计分析为主，机理仍不清楚。例如：太
阳黑子低值年对应我国南涝北旱，高值年对 应南旱北涝。
大气圈顶太阳辐射时空分布的特点(W·m-2·d-1)
• 全年日辐射总量低纬大于高纬, 季节变化低 纬小于高纬。
二、太阳辐射能 (solar radiation)
1.太阳风 (solar wind)
太阳日冕以每天约5×107km的速度不断地 发射被电离的微粒子流，主要由电子和质子 组成，大约需3天到达地球。当吹到地球附 近时，与地磁场发生相互作用，产生大气电 离层的扰动和极光现象。
太阳风与地球磁场的相互作用
• 全年的总辐照量MJ/（m2.a）、 KW.h/（ m2.a）或全年日照小时数；
太阳能光伏发电应用技术1绪论-58页精选文档
• 作为不受区域限制的太阳能，是个理想的补充能源，光伏发电在这些地区大 有用武之地，存在着巨大的潜在市场。
2020/1/25
13
1.2 太阳能发电的特点
1.2.1 太阳能发电的优点 • 太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大
6000倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为100哩×100 哩的巨型光伏电站，所发的电力可以满足全美国的用电需要。太阳能发电安全 可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。 • 太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等损失。 • 太阳能不用燃料，运行成本很低。 • 太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下 使用。
• 太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害，对环境无不良影响， 是理想的清洁能源。
我国必须作出巨大努力，来改变这种状态。
2020/1/25
9
1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
2020/1/25
10
1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
2019年全球一次能源消耗结构比例
世界
中国
煤炭 %
24.71
74.0
石油 %
38.47
15.2
天然气 %
23.72
2.7
核能 %
6.59
0.4
水电 %
6.51
7.7
2020/1/25
11
1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
• 太阳能是取之不尽的清洁无公害新能源。 • 安排装放1量K1W6 k太g阳、能SO光x排伏放发量电9系k统g和，微每粒年0可.6 以kg减。少CO2排放量600~2300 kg、NOx • 在我国太阳能每发1度电，扣除在生产太阳电池及设备的过程中所消耗的电力，
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1.2 太阳能发电的特点
1.2.1 太阳能发电的优点 • 太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大
6000倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为100哩×100 哩的巨型光伏电站，所发的电力可以满足全美国的用电需要。太阳能发电安全 可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。 • 太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等损失。 • 太阳能不用燃料，运行成本很低。 • 太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下 使用。
• 太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害，对环境无不良影响， 是理想的清洁能源。
我国必须作出巨大努力，来改变这种状态。
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1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
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1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
2019年全球一次能源消耗结构比例
世界
中国
煤炭 %
24.71
74.0
石油 %
38.47
15.2
天然气 %
23.72
2.7
核能 %
6.59
0.4
水电 %
6.51
7.7
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1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视
• 太阳能是取之不尽的清洁无公害新能源。 • 安排装放1量K1W6 k太g阳、能SO光x排伏放发量电9系k统g和，微每粒年0可.6 以kg减。少CO2排放量600~2300 kg、NOx • 在我国太阳能每发1度电，扣除在生产太阳电池及设备的过程中所消耗的电力，
光伏发电系统概论
光伏发电系统概论
光伏发电是一种利用太阳能转换为电能的技术，它的主要组成部分是光伏电池和光伏电池组成的电池组，以及光伏发电系统的控制器和逆变器等。
光伏电池是通过半导体材料将太阳能转化为电能的，光伏电池的工作原理是光生电效应，即光子被半导体材料吸收后，会使材料内的电子跃迁到导带中，产生电流。
光伏电池的种类有单晶硅、多晶硅、非晶硅和染料敏化太阳能电池等。
光伏发电系统的主要功能是将光伏电池发出的直流电转换为交
流电，以便供电使用。
逆变器是光伏发电系统中的一个重要组成部分，它可以将直流电转换为交流电，并保证输出的电压和频率符合电网的要求。
光伏发电系统还需要配备控制器，以确保系统的稳定性和安全性。
光伏发电系统的优点包括可再生、清洁、无噪音、无污染等特点，同时在运行过程中不会产生二氧化碳等温室气体，具有很高的环保性。
光伏发电系统的缺点是成本较高，且受天气等自然因素的影响比较大。
随着技术的不断进步和成本的逐步降低，光伏发电系统正在逐渐被广泛应用于家庭、商业和工业领域，成为了未来清洁能源的重要组成部分。
- 1 -。
太阳能光伏发电原理与实验
非晶硅太阳能电池
灵活 适应性强
光伏电池的效率
提高
不断进步
高水平
有效转化
总结
太阳能光伏发电原理是建立在光伏效应和P-N结 构基础上的。不同种类的光伏电池具有不同的材 料和工作原理，但它们都致力于将太阳能转化为 电能。随着技术的不断改进，光伏电池的效率得 到提高，为可再生能源的发展做出了重要贡献。
万用表
用于测量电池板 的输出电压和电
流
电线
用于连接太阳能 电池板与其他设
备
实验步骤
01 放置电池板
将太阳能电池板放置在充足的光照位置
02 连接电线
将电池板与万用表连接以测量输出
03 测量数据
记录电池板的输出电压和电流
实验数据分析
分析数据
计算电池板的输 出功率
改进方法
讨论改进实验的 方法
探讨误差
安全性
注意系统安全和稳定性 处理故障
设备维护
及时维护设备 保持系统运行稳定
总结
太阳能光伏发电系统设计是一个综合性的工程， 需要重视每个环节的设计和实施。仔细选择组件、 合理设计布局、严格安装调试、定期维护保养， 能够确保系统高效运行，为环境保护和可持续发 展做出贡献。
● 05
第五章 太阳能光伏发电的 环保与经济效益
系统设计
布局设计
考虑光照条件、 倾斜角度等因素
阴影处理
避免阴影对发电 效率的影响
连接方式
根据实际情况设 计连接方式
安装与调试
01 安装太阳能电池板
在光照充足条件下进行安装
02 连接逆变器
对系统进行调试和优化
03 系统调试
确保系统正常运行并实现电能输出
系统运行与维护
太阳能光伏发电系统原理与应用技术
太阳能光伏发电系统原理与应用技术一、引言在当今社会，能源问题日益成为人们关注的焦点。
传统的化石能源日益枯竭，同时也给地球环境带来了严重的污染。
寻找一种清洁、可再生的能源就成为了当务之急。
太阳能作为一种非常丰富的可再生能源，其应用前景广阔。
太阳能光伏发电系统作为太阳能利用的一种主要方式，在能源领域也备受关注。
本文将就太阳能光伏发电系统的原理与应用技术展开探讨。
二、太阳能光伏发电系统原理1. 太阳能光伏发电系统的基本构成太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池板、光伏逆变器、储能设备和配电系统等组成部分。
其中，太阳能电池板是太阳能光伏发电系统的核心部件，其作用是将太阳能转换为直流电能；光伏逆变器则是将直流电能转换为交流电能供电使用；而储能设备则可以将多余的电能储存起来，以应对没有太阳能供应的时候。
2. 太阳能电池板的工作原理太阳能电池板利用光能来产生电能，其主要工作原理是光生电效应。
当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会被太阳能电池板的半导体材料吸收，并激发出电子和空穴对。
这些电子和空穴对在电场的作用下，分别向两端移动，形成电流，从而产生了电能。
三、太阳能光伏发电系统应用技术1. 多晶硅和单晶硅太阳能电池随着技术的不断发展，太阳能电池的制备工艺也得到了极大的改进。
目前市场上主要的太阳能电池为多晶硅和单晶硅太阳能电池。
多晶硅太阳能电池通过将多晶硅棒切割成薄片来实现，而单晶硅太阳能电池则是利用单晶硅棒来生产。
这两种太阳能电池在光伏发电系统中应用广泛，且具有较高的转换效率和稳定性。
2. 太阳能光伏发电系统的并网技术随着太阳能光伏发电技术的不断发展，其并网技术也愈加成熟。
并网技术是指太阳能光伏发电系统将发电效果集中于电网内，以供应城市和居民的用电需求。
通过并网技术，太阳能光伏发电系统可以将多余的电能输送到电网中，从而实现供需平衡和能源优化利用。
3. 太阳能光伏发电系统的智能化管理随着物联网和大数据技术的发展，太阳能光伏发电系统的智能化管理也成为了发展趋势。
太阳能电池-工作原理、技术和系统应用的完整-太阳能电池课件-新南威尔士大学ppt课件
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
n型半导体 Si Si Si Si
Si
P
Si
Si
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太阳能电池概论
21
图中掺入的五 价P原子在晶体中替 代Si的位置，构成与 Si相同的四电子结构， 多出的一个电子在 杂质离子的电场范 围内运动。
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
硅原子
Si
磷原子
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
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第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能太阳能电池来自基本工作原理：光伏效应（Photovoltaic effect）
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太阳能电池概论
钱伯章 主编，《太阳能技术与应用/新能源技术丛书》，科学出版社，2010年； 赵雨等 主编，《太阳能电池技术及应用》，中国铁道出版社，2013年。
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
5
第一章 太阳能电池和太阳光
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
6
主要内容
1.1 引言
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
纯净的单晶半导体 称为本征半导体。
15
本征半导体
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
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太阳能电池概论
本征半导体 16
光伏发电概论第一章太阳能电池发展趋势及输出特性
Pm＝Im×Um＝FF×Isc×Uoc
3.7.1.2、开路电压、闭路电流、曲线因子、转换效率
Voc表示开路电压：太阳电池的正负极之间未被连接的状态是的电压，单位为V（伏特），太阳电池单元的电压一般为0.5~0.8V左右，用串联方式可以获得较高的电压。
Isc表示短路电流：太阳电池正负极之间用导线连接，正负极间短路状态是的电流，单位为A（安培），短路电流随光的强度变化而变化。
3.6.3、多晶硅的紧缺和价格高并非由于资源短缺，也并非由于技术难以突破，而是现存产能不足。
经济学的基本原理告诉我们，这样的供应危机肯定会消除，所需的只是时间而已，而且这一刻的到来往往比我们预想的要早。硅元素的丰富对太阳能电池这样注定要进入大规模市场的产品而言意义重大。目前较为成熟的几种化合物薄膜技中都要用到稀有金属（In、Te等），一旦大规模生产，这些金属的价格也会急上升。所以非晶硅太阳能电池技术的市场份额会迅速扩大，但不可能完全取代体硅太阳能电池，更有可能出现的情形是两类技术并存。
根据功率定义式P=UI，设定P为不同的常数，代人U和I，便可在光伏电池电压-电流特性曲线图上做出一系列的等功率曲线（参见图，图中右上角若干条等距的曲线）。然而必有惟一的一条功率曲线与光伏电池输出电压-电流特性曲线相切，该功率曲线便代表着光伏电池在当前光照强度下的最大输出功率，该切点称为最佳工作点M。从原点引出的交于M点的直线为最佳负载线，RL =Rm；M点对应的电流值为最佳输出电流Im，对应的电压值为最佳输出电压Um；由Im和Um得到的矩形几何面积也是该特性曲线所能包揽的最大面积，称为光伏电池的最佳输出功率或最大输出功率Pm，它也可由下式得出：
FF表示光伏电池的曲线因数，Pmax与开路电压*短路电流乘积（Voc*Isc）之比，是一个比值，所以没有单位的，是表征光伏电池性能优劣的一个重要参数。FF为1时视为最理想的太阳电池特性，但从图可以看出是FF都是小于或等于1的，实际上在0.5~0.8之间。一般FF<1。硅型光伏电池，FF一般在0. 75-0.8之间。
3.7.1.2、开路电压、闭路电流、曲线因子、转换效率
Voc表示开路电压：太阳电池的正负极之间未被连接的状态是的电压，单位为V（伏特），太阳电池单元的电压一般为0.5~0.8V左右，用串联方式可以获得较高的电压。
Isc表示短路电流：太阳电池正负极之间用导线连接，正负极间短路状态是的电流，单位为A（安培），短路电流随光的强度变化而变化。
3.6.3、多晶硅的紧缺和价格高并非由于资源短缺，也并非由于技术难以突破，而是现存产能不足。
经济学的基本原理告诉我们，这样的供应危机肯定会消除，所需的只是时间而已，而且这一刻的到来往往比我们预想的要早。硅元素的丰富对太阳能电池这样注定要进入大规模市场的产品而言意义重大。目前较为成熟的几种化合物薄膜技中都要用到稀有金属（In、Te等），一旦大规模生产，这些金属的价格也会急上升。所以非晶硅太阳能电池技术的市场份额会迅速扩大，但不可能完全取代体硅太阳能电池，更有可能出现的情形是两类技术并存。
根据功率定义式P=UI，设定P为不同的常数，代人U和I，便可在光伏电池电压-电流特性曲线图上做出一系列的等功率曲线（参见图，图中右上角若干条等距的曲线）。然而必有惟一的一条功率曲线与光伏电池输出电压-电流特性曲线相切，该功率曲线便代表着光伏电池在当前光照强度下的最大输出功率，该切点称为最佳工作点M。从原点引出的交于M点的直线为最佳负载线，RL =Rm；M点对应的电流值为最佳输出电流Im，对应的电压值为最佳输出电压Um；由Im和Um得到的矩形几何面积也是该特性曲线所能包揽的最大面积，称为光伏电池的最佳输出功率或最大输出功率Pm，它也可由下式得出：
FF表示光伏电池的曲线因数，Pmax与开路电压*短路电流乘积（Voc*Isc）之比，是一个比值，所以没有单位的，是表征光伏电池性能优劣的一个重要参数。FF为1时视为最理想的太阳电池特性，但从图可以看出是FF都是小于或等于1的，实际上在0.5~0.8之间。一般FF<1。硅型光伏电池，FF一般在0. 75-0.8之间。
何道清《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第1章_绪论
综上所述，到本世纪末，除煤炭外, 其它的化石能 源就要开采殆尽！ “能源危机” 之说绝不是危言耸听！
4、与此同时，化石能源的碳排放带来的环境污染也日趋严 重，减排任务相当艰巨！2009年12月18日在哥本哈根召开 的世界气候会议的主要议题是，工业化国家减少温室气体 的排放目标与帮助发展中国家适应气候的变迁。由于欧美 等发达国家的消极态度，最后没有达成实质性协议。可见， 世界性的减排、低碳之路任重而道远！
.
1
教学内容和重点： •太阳及太阳能； •太阳能电池原理、特性、使用和维护； •蓄电池的原理、特性、使用和维护； •控制器的原理、结构、功能、操作调试方法； •逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法； •光伏发电系统相关技术； •风光互补发电系统的组成、设计。
.
2
本课程的学习方法
一门理论性很强又是一门与实践结合紧密的课 程，因此在教学过程中要突出基本概念、基本 原理和光伏系统设计方法的讲解；尽量结合独 立光伏系统及并网光伏系统在国民经济各个领 域的典型应用来增强学生对理论的理解。对学 生有如下要求：
（2）利用的是太阳能，无需任何燃料成本。
太阳能热发电还有一大特色，那就是其热能储存成本要比 电池储存电能的成本低得多。举例来说，一个普通的保温瓶 和一台笔记本电脑的电池所存储的能量相当，但显然电池的 成本要高得多。能够将太阳热能储存，就意味着太阳能热电 厂可以克服传统电厂发电可能中断的弊端。
从1984到1990年，美国在加州莫哈夫沙漠地区相继建成 九个槽式太阳能热电站。其发电功率分别为14MW、6×30MW和 2×80MW。这组总功率354MW的电站建成后，一直向加州电网 供电至今，累计供电12TWh，其中新装置的电效率已达30%。
.
11
太阳能：太阳能的利用主要有两种：
4、与此同时，化石能源的碳排放带来的环境污染也日趋严 重，减排任务相当艰巨！2009年12月18日在哥本哈根召开 的世界气候会议的主要议题是，工业化国家减少温室气体 的排放目标与帮助发展中国家适应气候的变迁。由于欧美 等发达国家的消极态度，最后没有达成实质性协议。可见， 世界性的减排、低碳之路任重而道远！
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1
教学内容和重点： •太阳及太阳能； •太阳能电池原理、特性、使用和维护； •蓄电池的原理、特性、使用和维护； •控制器的原理、结构、功能、操作调试方法； •逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法； •光伏发电系统相关技术； •风光互补发电系统的组成、设计。
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2
本课程的学习方法
一门理论性很强又是一门与实践结合紧密的课 程，因此在教学过程中要突出基本概念、基本 原理和光伏系统设计方法的讲解；尽量结合独 立光伏系统及并网光伏系统在国民经济各个领 域的典型应用来增强学生对理论的理解。对学 生有如下要求：
（2）利用的是太阳能，无需任何燃料成本。
太阳能热发电还有一大特色，那就是其热能储存成本要比 电池储存电能的成本低得多。举例来说，一个普通的保温瓶 和一台笔记本电脑的电池所存储的能量相当，但显然电池的 成本要高得多。能够将太阳热能储存，就意味着太阳能热电 厂可以克服传统电厂发电可能中断的弊端。
从1984到1990年，美国在加州莫哈夫沙漠地区相继建成 九个槽式太阳能热电站。其发电功率分别为14MW、6×30MW和 2×80MW。这组总功率354MW的电站建成后，一直向加州电网 供电至今，累计供电12TWh，其中新装置的电效率已达30%。
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太阳能：太阳能的利用主要有两种：
太阳能光伏技术概论
太阳能光伏技术概论太阳能光伏技术是一种利用太阳能将其转化为电能的技术。
它通过使用光伏效应，将太阳能转化为直流电，并经过逆变器转换为交流电，供应给家庭、工业和商业用途。
随着环境和能源问题日益严重，太阳能光伏技术作为一种清洁、可再生的能源技术，受到了广泛关注。
光伏效应是指光照射到半导体材料上时，光子能量被电子吸收，并激发电子从价带跃迁到导带，形成一个电子空穴对。
这个电子空穴对可以被电场分离，进而形成电流。
典型的光伏材料是硅，由于硅元素的广泛性和成本的低廉，目前被广泛应用于光伏电池制造。
光伏电池是太阳能光伏技术最核心的组成部分，不同材料的光伏电池有不同的特点和应用。
多晶硅太阳能电池在市场上占据了主导地位，它由多个硅晶粒组成，具有较高的效率和较低的成本。
单晶硅太阳能电池由单个硅晶粒组成，具有更高的效率和较高的成本。
薄膜太阳能电池由非晶硅、铜铟镓硒等材料制成，具有更低的成本但效率较低。
在太阳能光伏技术中，除了太阳能电池外，还有其他的关键组件。
首先是支架和安装系统，用于安装太阳能电池板在合适的角度和位置，以最大程度地吸收太阳能。
其次是逆变器，将直流电转变为交流电，以满足家庭和商业用电的需求。
还有电池储能系统，用于储存白天产生的多余电能，供给夜间或低光照时使用。
太阳能光伏技术的发展受到多个因素的影响。
首先是政府的政策支持，包括补贴和税收优惠，以促进太阳能光伏技术的应用。
其次是技术的进步，包括太阳能电池的效率提高和成本降低，以及其他关键组件的改进和创新。
此外，用户的意识和需求也起到了重要的推动作用，越来越多的人意识到太阳能光伏技术的环保和经济优势，选择安装和使用这种技术。
太阳能光伏技术在全球范围内得到了广泛应用。
许多国家和地区都制定了具体的目标和计划，以增加可再生能源在能源结构中的比重。
一些国家已经实现了大规模的太阳能光伏应用，如德国、中国和美国。
太阳能发电已经成为全球最重要的可再生能源之一，对减少碳排放和应对气候变化具有重要意义。
光伏发电技术及其应用 教学课件 ppt 作者 魏学业 第一章
1.3 逆变器的发展现状
1.3.1 普通逆变器的发展现状 1．逆变器技术发展历程 1）20世纪50～60年代，KACO公司于1953年制造出第一个半导 体闸流管逆变器。 2）20世纪70年代，GTO（门极可关断晶闸管）的问世使得逆变 技术得到发展和应用。 3）20世纪80年代，功率场效应晶体管（MOS）、绝缘栅双极晶 体管、MOS控制晶闸管（MCT）及静电感应功率器件的诞生为逆 变器向大容量方向发展奠定了基础。 4）20世纪90年代，矢量控制技术、多电平变换技术、重复技术 、模糊逻辑控制技术等在逆变器领域得到了很好的应用。 5）21世纪初，逆变技术随着电力电子技术、微电子技术和现代控 制理论的进步不断改进，逆变技术正向着频率更高、体积更小的
方向发展。在功率方面，出现了两个发展方向：一个是向着大功 率逆变器方向发展，另一个是向着微型逆变器方向发展。 2．光伏逆变器的发展状况 光伏组件产生的电能为准直流电，必须通过将直流变换成交流 的设备—逆变器，才能实现将太阳能光伏产生的电能接入公共电 网和供给负载。根据所发电力是否馈入电网，光伏逆变器分为并 网逆变器和离网逆变器。目前，并网光伏系统占光伏总安装量的 比例越来越大，而并网逆变器的技术指标也代表了光伏逆变器的 技术水平。光伏逆变器总趋势是朝着高频化、小型化发展。在未 来，微型逆变器具有广阔市场空间，可以实现模块化、分布式模 式发电。 总体来说，逆变技术随着电力电子技术、微电子技术和现代控 制理论的发展而发展。随着时间的推移，逆变技术正向着频率更 高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。 3．光伏逆变器的市场竞争激烈 由于目前光伏逆变器市场发展迅速，竞争也异常激烈。最早起家
技 术 指 标 国 外 国 内 并网逆变器 商业化 商业化
并网/独立双功能
商业化
光伏应用技术
PV系统累计安装量(kW)
10000 15000 20000 25000 30000 5000
0
我国光伏电池组件发展情况
我国光伏系统累计安装容量
19 81 19 82 19 83 19 84 19 85 19 86 19 87 19 88 19 89 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01
负极 N型半导体 P型半导体 正极 电流
负荷
1.2 太阳能发电发展历程
年代 1800 1876 1904 1940 1954 1955 1956 1958 1972 1974 1976 1984 1985 1991 1992 1994 2003 发现光伏效应 硒的光伏效应研究 Cu、Cu2O 对光的敏感性研究 PN 结理论的研究 单晶硅太阳能电池发明（美国贝尔实验室） CdS太阳能电池发明 GaAs太阳能电池发明 在先驱者1号通信卫星上应用太阳能电池 美国制订新能源开发计划 日本制订太阳能发电发展的“阳光计划” 非晶硅太阳能电池的发明 美国 7MW 太阳能发电站建成 日本 1MW 太阳能发电站建成 制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国） 制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本） 住宅用太阳光发电系统技术规程（日本） RPS法（新能源法案）（日本） 成就
另外，其它项目包括：
（1）GEF项目 我国政府与世界银行共同投资推动中国可再生能源市场，主要是光伏和风力发 电，计划用5年时间安装 10MW 光伏系统，以解决无电地区居民生活用电问题。 （2）西部 7 省无电乡村通电工程项目 2002年，中央政府和地方政府共同投资18亿元，在西部7省（西藏、青海、新 疆、甘肃、内蒙、陕西、四川）无电地区乡政府所在镇安装光伏电站，规模在20 －80kW，共计15MW，项目在一年内完成。 （3）其它重大建设项目 青海敦煌8MW大漠地区光伏发电工程；深圳国际园艺博览会1MW光伏并网电 站；上海10万太阳能屋顶计划；北京奥运会鸟巢体育场太阳能光伏发电系统；保 定电谷锦江国际酒店玻璃幕墙光伏并网发电工程。
太阳能光伏系统原理与应用
未来太阳能光伏系统的发展趋势与挑战
技术创新：提高光 电转换效率和降低 成本是未来发展的 关键
政策支持：政府政 策对太阳能光伏系 统的发展起到重要 推动作用
市场需求：随着人 们对可再生能源的 认识和需求的提高 ，太阳能光伏系统 的市场需求将持续 增长
环境保护：太阳能 光伏系统作为一种 清洁能源，对环境 的影响较小，未来 发展将更加注重环 保和可持续发展
移动能源应用：太阳能汽 车、太阳能游艇、太阳能 飞机等
太阳能光伏系统的优缺点
优点：可再生、无污染、分 布广泛、应用范围广、能源 质量高、使用安全可靠
缺点：受地理位置和天气影 响大、能量密度低、初期投 资成本高、对技术要求高
太阳能光伏系统 的工作原理
太阳能电池的工作原理
太阳能电池将 太阳的光能转
航空航天：太阳能光伏技术已成为 卫星、空间站等航空航天器的主要 能源之一。
添加标题
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建筑领域：太阳能光伏技术可以与 建筑结构相结合，实现能源的自给 自足。
海洋能源领域：太阳能光伏技术可 以用于海洋能源的开发和利用，如 太阳能浮标等。
太阳能光伏系统的政策支持与投资前景
政策支持：国家出台多项政策，鼓励发展太阳能光伏产业 投资前景：太阳能光伏系统具有巨大的投资潜力，未来市场前景广阔 技术创新：随着技术的不断进步，太阳能光伏系统的效率不断提高，成本不断降低 环保意义：太阳能光伏系统是一种清洁、可再生的能源，对于环保和减少碳排放具有重要意义
电池板功率匹配：根据系统需求选择适当功率的电池板，确保系统效率
电池板安装角度：根据地理位置和季节变化调整电池板的安装角度，提 高发电效率
电池板接线方式：采用正确的接线方式，保证电池板输出功率稳定可靠
太阳能电池原理与应用 第一章 绪论
光伏水泵
解决无电地区的深水井饮用、灌溉
3-5KW家庭屋顶并网发电系统
光电转换原理及光伏产业
光电转换原理，是指光照使不均匀半导体或半导体与 金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。分三个过程 ：一、由光子（光波）传递给电子、光能量转化为电能量 ；二、载流子扩散；三、产生电压差。 由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用 半导体器件如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓（GaAs） 等的光电转换原理进行的，因此把与太阳能发电系统构成 链条关系的产业称为光伏产业。光伏产业，是一种利用太 阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
太阳能光伏发电原理
太阳能电池就是一块大面积的P-N结，基于光生 伏打效应，将光能转化为电能。转换效率15%左右。
太阳能电池发电原理和结构 1-栅线电极；2-减反射膜；3-扩散区；4-基区；5-底电极
太阳能光伏发电的主要特点
优点： 1.储备无限。足够供给，且不受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；
2.取用方便，随处可得。就近供电，无需长距运输，避免电能损失； 3.不用燃料。绿色、环保，降低运行成本； 4.发电时无机械运动部件。不存在磨损，机械可靠性高，维护方便； 5.清洁能源。无废弃物、污染、噪声等； 6.系统建设周期短。根据负荷增减电池方阵容量，不会浪费； 7.节省土地资源。发电过程不需要冷却水，可建设的荒漠戈壁上；光 伏-建筑一体化发电系统； 8.光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）； 9.光伏发电电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。
温和和政策推动局面预测
—来源EPIA
科技是光伏产业的第二驱动力
太阳能光伏发电系统主要包括：太阳能电池、控制器、蓄 电池和逆变器等。提高太阳能电池的光电转换效率可以直接降 低系统平衡成本，组件效率每提高一个百分点，系统平衡成本 可下降5到7个百分点。转换效率高，可以在同样发电容量下， 减少太阳电池矩阵面积，减少太阳电池模块用量。因此成为太 阳能发电技术的主要发展方向。 太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳 电池的光电转换效率分为两种。一种是小尺寸（例如1cm2）的 研究开发水平：单晶硅太阳电池24.7%，多晶硅太阳电池 19.8%，非晶硅太阳电池15%，铜铟硒太阳电池18.8%，砷化 镓太阳电池33%，有机纳米晶太阳电池5.48%。一种是大尺寸 （例如1200cm2）的商品化生产水平：单晶硅太阳电池15%， 多晶硅太阳电池12%，非晶硅太阳电池8%，铜铟硒太阳电池 10%。
太阳能光伏发电系统原理与实践
太阳能光伏发电系统原理与实践太阳能光伏发电系统是一种利用太阳能转化为电能的系统。
它由光伏电池板、逆变器、电网连接和储能设备等多个组件组成。
光伏电池板是系统的核心部件，负责将太阳能转化为直流电能。
逆变器负责将直流电转化为交流电，并将其传输到电网或用于自用。
储能设备可以将多余的电能储存起来，以供夜间使用。
太阳能光伏发电系统的工作原理是：当太阳光射到光伏电池板上时，光能被光伏电池板吸收并转化为电能。
光伏电池板由许多具有特殊半导体材料的太阳能电池组成。
当太阳光射到光伏电池上时，光子激发电池中的电子，使其跃迁到导带中，从而形成直流电。
光伏电池板通常由硅材料制成，硅是一种半导体材料，具有良好的光电转换性能。
光伏电池板的前面涂有抗反射涂层，以减少光能的反射损失。
光伏电池板的后面涂有金属电极，用于收集电流。
逆变器是太阳能光伏发电系统中的另一个重要组件。
它的作用是将直流电转换为交流电。
在城市电网接入的情况下，逆变器将交流电输送到电网。
如果没有外部电网，逆变器可以将交流电供给自己使用或储存到电池中。
太阳能光伏发电系统的实践包括系统设计、安装和维护等步骤。
首先，需要确定系统的发电需求和可用的太阳能资源。
然后，根据需求和资源情况，设计系统的容量和组件配置。
安装时，需要安装光伏电池板、逆变器和支架等组件，并进行电气连接和调试。
最后，定期检查和维护系统的运行状态，以确保系统的正常工作和高效发电。
太阳能光伏发电系统具有许多优点。
首先，太阳能是一种清洁、可再生的能源，使用太阳能光伏发电系统可以减少对传统化石燃料的依赖，降低环境污染。
其次，太阳能光伏发电系统的维护成本相对较低，只需定期清洁和检查组件即可。
此外，太阳能光伏发电系统可以分布式布局，将发电设备直接安装在需要用电的地方，减少输电损耗。
最后，太阳能光伏发电系统可以提供独立的电力供应，适用于偏远地区或电网不稳定的地区。
总结起来，太阳能光伏发电系统是一种可持续发展的能源解决方案。
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1.3 光伏发电系统的组成与应用
3.我国光伏发电产业的发展历程 2002年启动西部省区无电通电计划（风能、光能利用） 2003年“光明工程”，筹资100亿推进光伏技术应用； 单晶硅市场份额占世界25%； 光伏产业年增幅30%； 光伏产能：139MW(2005)→400MW(2006)→ 1180MW(2007)→5635MW（2010）占全球的40％以上。 太阳能电池价格：40元/W(2000)→33元/W(2003)→ 27元/W(2004)→12元/W(目前)； 太阳能电价：3~5元/kWh →1元/ kWh (2011.8）
1.3 光伏发电系统的组成与应用
1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成
1.独立太阳能光伏系统的构成
图1-3 独立太阳能光伏系统构成
1.3 光伏发电系统的组成与应用
独立光伏发电系统目前面临以下三个问题： （1）能量密度和整体利用效率较低，前期投资较大； （2）独立发电系统的储能装置-铅酸蓄电池初始成本高 （占25%左右），运行成本也大； （3）供电稳定性、可靠性差 。
1.1.2 自然生态环境日趋恶化
能源消耗增加自然生态破坏、人造气体增加环境恶 化（吸收7～13m辐射能，阻碍地球能量的正常逃逸 ）。 温室效应
图1-1 当地球和太阳都被视为黑体时，地球吸收和向外辐射的光谱能譜分布 （图中两条曲线的峰值已被归一化处理，并且水平轴坐标尺度是对数尺度）
1.1 太阳能光伏发电的重要意义
1.2 太阳能光伏发电原理及特点
1.2.2 太阳能光伏发电的特点
1.优点： （7）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30 年以上） （8）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于 运输和安装。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、 清洁性和灵活性三大优点。
1.2 太阳能光伏发电原理及特点
第1章 太阳能光伏发电系统概论
第1章 太阳能光伏发电系统概论
国务院常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育 和发展战略性新兴产业的决定》，七个产业被纳入战略性 新兴产业规划。(2010.9.8) • 节能环保产业：为节约资源、保护环境提供技术、装备和 服务保障的产业； • 高端装备制造产业：包括我国高速铁路等技术等； • 生物产业：包括生物医药和生物农业等； • 新材料产业：包括以纳米材料为代表的新材料的应用等 • 新能源汽车：包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源 动力汽车和太阳能汽车等； • 新能源产业：太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能 和核聚变能等的发现和应用； • 新一代信息技术产业：互联网、云计算为技术基础的一些 新兴平台。
1.2.2 太阳能光伏发电的特点
2.缺点 （1）能量密度低（<1kW/m2 ）； （2）占地面积大。 （3）转换效率低，晶体硅光伏电池为13%～17%，非晶 硅光伏电池只有6～8%； （4）间歇性工作； （5）受气候环境因素影响大； （6）地域依赖性强； （7）系统成本高，太阳能电池组件2美元/W； （8）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。
4.太阳能光伏发电的应用 （1）消费性电子产品，如非晶硅太阳能电池供电的计算 器、太阳能钟表、太阳能照明灯具、太阳能收音机、电视 机等，这类产品约占世界光伏产品销售量的14%。 （2）远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立 太阳能光伏电站的集中供电，占世界光伏产品销量的 35%。 （3）离网工业供电系统，占世界光伏产品销量的33%。 （4）并网太阳能光伏发电系统，占世界光伏产品销售量 的18％
图1-4 户用光伏发电系统
1.3 光伏发电系统的组成与应用
1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成
2.并网太阳能光伏发电系统
图1-5 并网型太阳能光伏发电系统工作原理
1.3 光伏发电系统的组成与应用
1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成
2.并网太阳能光伏发电系统
图1-5 并网型太阳能光伏发电系统
1.3 光伏发电系统的组成与应用
1.3 光伏发电系统的组成与应用
2.国际太阳能光伏发电技术的发展历程 光伏效应（1839年 ）硅太阳能电池（1954年） 光伏 发电技术及其应用。 能源危机是世界性问题； 阳光计划，全球开发太阳能； 光伏厂商4600余家； 美国“国家光伏计划”，太阳能路灯每盏年节电800 kWh ； 日本计划普及太阳能住宅发电系统，建筑-光伏(BIPV) 一体化； 欧洲“尤里卡”计划，推出“10万套工程计划”； 全球太阳能产业年增幅15%。
1.3 光伏发电系统的组成与应用
5.太阳能光伏发电技术的发展趋势 最新研究动态 （1）最新式太阳能采集装置—氦气球 美国科利与葛菲尔研制，直径10ft氦气球相当于25m2太阳 能电池板的采光能力； （2）有机薄膜太阳能电池, 光电转换效率20%； （3）南非廉价太阳能电池板（50%），增加5m厚特殊 感光合金，减小电池板厚度； （4）小珠（1mm）太阳能电池，转换效率8%~10%，但 价格便宜14美分/kWh; （5）荷兰新型太阳能电池输出效率提高9%。 研究方向：提高效率，降低成本（与火电持平），推广 应用。
1.3 光伏发电系统的组成与应用
太阳能利用
1.3 光伏发电系统的组成与应用
太阳能利用
BIPV一体
1.3 光伏发电系统的组成与应用
5.太阳能光伏发电技术的发展趋势 开发新能源和可再生清洁能源，是21世纪世界经济发展 中最具有决定性影响的五项技术领域之一。 太阳能光伏发电远期将大规模应用，近期可解决特殊应 用领域的需要。
1.3 光伏发电系统的组成与应用
3.我国光伏发电产业的发展历程 1959年研制成功第一个太阳能电池。1971年3月首次应用 于我国第二颗人造卫星。1973年开始在地面应用太阳能电 池，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。20世纪80年代中、 后期，引进国外太阳能电池生产线或关键设备，初步形成 生产能力达到4.5MW的太阳能光伏产业。20世纪90年代 中、后期，光伏发电产业进入稳步发展时期，2010年，我 国太阳能电池产量达5635MW，占全球的40％以上。
1.3.1 太阳能光伏发电系统的组成
2.并网太阳能光伏发电系统
图1-5 并网型太阳能光伏发电系统
1.3 光伏发电系统的组成与应用
1.3.2太阳能光伏发电技术的应用与发展历程
1. 太阳能光伏发展的历程 光伏效应（贝克雷尔，1839）→Se光伏效应（）→单晶硅太阳电池（贝 尔实验室，光电转换6%，1954）→能源危机，光伏计划 （1974）→成本降低，实际应用。 中国1975年起步，发展迅速，《国务院关于加快培育和 发展战略性新兴产业的决定》将新能源产业：太阳能、地 热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等的发展和应 用纳入七个战略性新兴产业规划中（2010.9.8）。
太阳能光伏发电系统原理与应用技术
教学内容和重点： 太阳及太阳能； 太阳能电池原理、特性、制作方法、使用和维护； 蓄电池的原理、特性、安装、使用和维护； 控制器的原理、结构、功能、操作调试方法； 逆变器的原理、结构、功能、操作调试方法； 光伏发电系统的组成、设计、安装调试及运行维护； 风光互补发电系统的组成、设计、安装调试及运行维 护； 实验/实训。 考核方法（参考）： 课程成绩=作业(15%)+实验(15%)+期末考试(70%)。
第1章 太阳能光伏发电系统概论
太阳能光伏发电系统：
太阳太阳能太阳能电池蓄电池控制器 逆变器光伏发电系统 + 风光互补发电系统
1.1 太阳能光伏发电的重要意义
1.1.1世界能源危机日益加剧
能源需求量日益增加，化石能源的储量有限能源危机
中国及世界主要常规能源储量预测
1.1 太阳能光伏发电的重要意义
1.2 太阳能光伏发电原理及特点
1.2.2 太阳能光伏发电的特点
优点： 分布广—阳光普照大地； 无污染—最洁净能源； 易接受—建设周期短，简单方便； 能源巨大—地表年接受太阳能=130万吨标煤能； 长久—永不枯竭，太阳能可维持100亿年，超过地球寿 命。 缺点： 分散性—能量密度低； 不稳定性—随季节、天气、昼夜变化，并网麻烦； 地域依赖性强 ； 效率低、成本高—光电转换效率~15%；1~2元/kWh 。
根据投资成本变化和技术进步情况等因素适时调整光伏发电上网电价。
其它发电行业上网参考电价：火电0.4元/kWh；水电0.1612~0.39元/ kWh ；风电按四类风能资源区分类，相应的上网电价分别为0.51元/ kWh、0.54元/ kWh、0.58元/ kWh和0.61元/ kWh。
1.3 光伏发电系统的组成与应用
图1-2 太阳能电池的发电原理和结构 1-栅线电极；2-减反射膜；3-扩散区；4-基区；5-底电极
1.2 太阳能光伏发电原理及特点
1.2.2 太阳能光伏发电的特点
1.优点： （1）太阳能资源取之不尽，用之不竭； （2）太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输 送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 （3）光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电 能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。 （4）光伏发电本身不使用燃料，绿色、环保； （5）光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的 荒漠戈壁上；光伏-建筑一体化发电系统，不需要单独占 地，节省土地资源；
太阳能光伏发电系统 原理与应用技术
太阳能光伏发电系统原理与应用技术
使用教材： 何道清等.太阳能光伏发电系统原理与应用技术. 2012. 参考书籍： 1.杨金焕.太阳能光伏发电应用技术.北京：电子工业出版 社，2009. 2.周志敏、纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例. 北京： 电子工业出版社， 2010. 3.谢建、马永刚.太阳能光伏发电工程实用技术.北京：化 学工业出版社 2010. 4.沈辉、曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京：化学工业出 版社，2004. 5.王长贵、王斯成.太阳能光伏发电实用技术. 北京：化学 工业出版社，2010. 6.太阳能光伏发电技术相关网站