太阳能光伏发电发展现状

太阳能热利用
太阳能热水器
太阳灶
太阳能光热发电 间接利用：光→热→电
碟 式 槽式 塔式
太阳能光热发电
ST：蒸汽轮机;GT:燃气轮机；CC：联合循环；SE：斯特林机
太阳能光热发电
槽式 塔式 碟式
• 优势：技术最成熟，应用最广泛，目前造 价最低； • 劣势：造价下降空间小，效率提升空间小
• 优势：改进提升空间大 • 劣势：技术成熟度一般，存在集热器爆 管，跟踪精度低和成本高等技术问题
• 优势：模块化，效率高 • 劣势：成本较高，核心部件斯特林发动机 制造门槛高
太阳能光热发电
太阳不连续需要大规模储热技术； 需要水冷却，荒漠地区没有水； 我国在太阳能热发电部件研发上还几乎是空白：曲面反光 镜，高温真空管，有机朗肯循环发电机组，斯特林发电机 组等； 太阳能热发电目前尚处于研究示范阶段； 太阳能热发电的建设和运行的门槛很高。
太阳能是当代新能源发展的重要方向
中国的能源形势 能源枯竭的威胁可能来的更早。人口多，人均资源占有量 仅及世界的一半；能源利用技术落后，效率低下，能耗高 能源供需缺口将越来越大。2020年全国需求量27亿吨标煤 ，尚缺4.8亿吨标煤；2050年一次需求量达到40亿吨标煤 ，缺口达10亿吨标煤，短缺25％以上。 过度依赖煤炭，环境影响更加严重。煤炭几乎满足了我国 一次能源需求的70％，66％的城市大气颗粒物的含量和22 ％的城市的二氧化硫含量均超标。 发展可再生能源，有利于降低化石 能源的消耗。
太阳能是当代新能源发展的重要方向
当能源主要依靠燃烧化石燃料（煤炭、石油、天然气）而 获取时，能源消耗越高，越会影响人类社会的可持续发展 。一是因为大量燃烧化石燃料会带来多种环境问题（尤其 是气候变化问题），二是由于化石燃料不可再生，资源终 将枯竭。
太阳能是当代新能源发展的重要方向
从探明的储量分析，现在地球上的石油、天然气和煤炭的 总储量分别为：石油1万亿桶、天然气120万亿立方米、煤 炭1万亿吨。按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算 ，这些能源可供人类使用的时间大约还有：石油45年，天 然气61年，煤炭230年。 中国的能源资源储量情况更是危机逼人，探明经济可开发 剩余可采储量的资源保证程度仅为129.7年，约占世界总 量的10.1%。 中国各种一次能源的探明剩余储量（以储/采比表示）与世 界的比较见下图。可见，中国各种一次能源资源均低于世 界平均水平，中国能源需求面临更严重的挑战。
太阳能资源数据计算
水平面上的太阳能资源：从气象部门获得（包括水平面总 辐射、水平面直接辐射和水平面散射辐射）。 水平面接收到的总辐射＝水平面接收到的直接辐射+水平 面接收到的散射辐射 决定太阳能电池发电量多少的是太阳能电池方阵面上所获 得的辐射量。太阳电池方阵面上获得辐射量的多少与很多 因素有关，需要建立专门数学模型，使用相关计算机辅助 设计软件完成。 倾斜面接收到的总辐射＝倾斜面接收到的直接辐射+倾斜 面接收到的散射辐射+倾斜面接收到的地面反射 太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源一般比水平面高5%15%。


太阳能是当代新能源发展的重要方向
太阳能：能源可持续发展的战略选择之一
太阳能是当代新能源发展的重要方向
太阳能与常规能源相比有三大特点: 它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长 的n亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给地 球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。 地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存 在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更 具有利用的价值。 太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣 、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不 会造成污染和公害。
太阳辐射传输过程示意
地表总辐射＝直接辐射+散射辐射
太阳能资源使用的单位
太阳总辐射：水平面从上方2π立体角范围内接收到的直接 辐射和散射辐射。 1992年前的太阳辐射单位：cal/cm2 1992年以后：MJ/m2 1卡= 4.18焦耳，1焦耳 = 1ws
太阳能资源使用的单位
峰值日照时数：将当地的太阳辐照量折算成标准测试条 件（辐照度1000W/m2）下的小时数。 Tp=Q/（ 1000W/m2） 其中：Tp是一段时间的峰值日照小时数，Q是一段时间 的总辐射量，1000W/m2是太阳电池的标准光源测试条件。 Q在气象站的测量单位是MJ/m2或cal/cm2 ，计算时先将 其转换成kWh/m2。 1 kWh/m2=3.6 MJ/m2 当辐射量的单位是cal/cm2，则： 峰值日照小时数＝辐射量×0.0116 当辐射量的单位是MJ/m2，则： 峰值日照小时数＝辐射量/3.6
世界光伏产业发展现状
世界光伏产业发展现状
世界光伏产业发展现状
世界光伏产业发展现状
69.4GW
39.7GW
世界光伏产业发展现状
中国光伏产业发展现状
中国的光伏产业在2004年之后经历了快速发展的过程，连 续5年的年增长率超过100%。2007年至今，中国已经连续4 年光伏电池产量居世界首位。2010年，中国光伏电池产量已 超过全球总产量的50%。
太阳能是当代新能源发展的重要方向
太阳能是当代新能源发展的重要方向
随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，未 来世界能源消耗量将持续增长。全球人口2007年是65亿， 能源需求折合成装机是16.5TW；到2050年全世界人口大 概要达到100亿，则能源需求装机将是40－60TW，届时主 要要靠可再生能源来解决。 可是，世界上潜在水能资源4.6TW，经济可开采资源只有 0.9TW；风能实际可开发资源2-4TW；生物质能3TW（加 起来总共8TW）。 太阳能是各种可再生能源中唯一能够保证人类未来需求的 能量来源，其潜在资源120000TW，实际可开采资源高达 600TW。
太阳能光伏发电发展现状
目 录
1 2 3 4 5 太阳能是新能源发展的重要方向 我国太阳能资源分布情况 太阳能利用方式 光伏发电的优势 光伏发电的历史及现状
太阳能是当代新能源发展的重要方向
当石油、天然气和煤炭等一次（化石）能源频频告急，能 源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。 能源被列入世界10大焦点问题（能源、水、食物、环境、 贫穷、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口）之首 能源更是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经 济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液， 它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依 赖越强。
全国不同地区光伏发电太阳年辐射量
地区 西北 东南沿海 全国平均
水平面年太阳辐射量 （kWh/m2) 1610.80 1364.65 1487.73
倾斜面年太阳辐射量 （kWh/m2) 1828.41 1502.04 1665.23
太阳能利用方式
太阳能利用主要有太阳能热利用、太阳能光热发电、太阳 能光伏发电等。 太阳能热利用有太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室、太 阳能干燥、太阳能海水淡化、太阳能空调等。 太阳能光伏发电，即通过光电转换装置把太阳辐射能转换 成电能。光电转换通常是利用半导体器件的光伏效应原理 进行的。 太阳能热发电，即通过转换装置把太阳辐射能转换成热能 ，再利用热能进行发电。
太阳能光伏发电的特点
不足之处: 功率密度低； 受气候环境因素影响大，能量输入不连续：白天有，晚上 没有；晴天有，阴天没有； 大规模存储技术尚未解决，大规模应用没有自身调节能力； 目前成本较高：1万元/kW。
光伏电池发展历程
1839年法国科学家比克丘勒发现半导体在电解质溶液中会 产生光电效应，以此原理构成的液结太阳电池是一种光电 、光化的复杂转换。简单来说，是将一种半导体电极插入 某种电解液中，在太阳光照射的作用下，电极产生电流， 同时从电解液中释放出氢气。 1876年英国W. G. Adams和R. E. Day 发现晶体半导体硒 在光照下能产生电流； 1884年，美国人Charles Fritts 制造成功第一个1％硒电 池；
光伏电池发展历程
1954年贝尔实验室G. Pearson 和D. Charpin首先应用这个原 理研制成功 了6％ 的第一个有实用价值的单晶硅太阳电池。 纽约时报当时把这一突破性的成果称为“最终导致使无限阳光 为人类文明服务的一个新时代的开始” －划时代的里程碑。
光伏电池发展历程
1958年硅太阳电池第一次在空间应用（美国先锋者 I号， 世界上第一个用太阳能供电的卫星） 60年代初，超纯硅材料西门子法开始实现产业化， 为太 阳电池的大量应用奠定了材料基础； 70年代初在地面得到应用，70年代末地面用太阳电池的生 产量已经大大超过空间电池。 目前，光伏发电技术已经成熟，成为世界最优先发展的可 再生能源技术之一。
我国太阳能资源分布情况
等级 最丰富带 很丰富带 较丰富带
资源带号 I II III
年总辐射量 （MJ/ m2） ≥ 6300 5040 – 6300 3780 – 5040
中国目前可以取得的太阳辐射资料
我国1953年开始测量太阳辐射，气象台站数量从解放初的 70个发展到现在的2610个，其中气象站2300个（县级气象 站），气象台310个。 县级气象站的主要任务是对风（台风）、气温、湿度、降 雨、雪、雹、地温等参数的观测和预报，与太阳辐射相关 的数据只有“日照时数”。 日照时数的测量是用感光纸记 录光强大于120W/m2的时间，分辨率为10分钟。 从国家气象局网站上可以查到全国122个气象台1957-2007 年的辐射数据（不包括台湾、香港和澳门）。1993年以前 ， 全国有66个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数 据，1993年以后，中国气象局对全国辐射站网进行了调整 ，目前全国只有17个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐 射的数据。
太阳能光伏发电 直接利用：光→电
光伏电站 BIVP
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光伏车棚
太阳能光伏发电的特点
太阳能资源永不枯竭，至少可用50亿年； 生产资料丰富：其制造使用的硅在地壳中的含量高达26% ，没有资源短缺和耗尽问题； 零排放：无燃料消耗，无噪声，无污染； 寿命长：20-50年（工作25年，效率下降20%） ； 运行可靠：无机械转动部件，使用安全，免维护，可实现 无人值守； 发电不用冷却水，适用范围广，能够在荒漠建设； 在城市可以安装到屋顶和墙面，不单独占地； 模块化结构，规模大小随意（可以从几W到几百GW）； 与峰值负荷重叠，起到削峰作用，属于“黄金电力”； 安装简单：建设周期短，安装成本低。
光伏电池发展历程
中国 1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生； 1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星—实 践1号上； 1973年太阳电池首次应用于浮标灯上； 1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体器件工艺生产 单晶硅电池； 1980年代中后期引进国外关键设备或成套生产线，我国太 阳电池制造产业初步形成。
太阳能资源使用的单位
甘肃武威水平面年辐射量： 6141.6MJ/m2 年峰值日照小时数＝ 6141.6/3.6= 1706h 日峰值日照小时数＝ 1706/365 = 4.7 h/天 甘肃武威水平面年辐射量： 147kcal/cm2 年峰值日照小时数＝ 147000×0.0116= 1705h 日峰值日照小时数＝ 1705/365 = 4.7 h/天 注：在计算太阳辐射量时，热水器、平板光伏组件使用 的是总辐射，聚光光伏和光热发电使用的是直接辐射。
中国光伏产业发展现状
中国光伏产业发展现状
2004-2011中国光伏装机容量情况（MWp) 2004 年装机容量 累计装机容量 10 65 2005 5 70 2006 10 80 2007 20 100 2008 35 135 2009 160 373 2010 500 893 2011 2000 2893