新能源课程设计

新能源课程设计

——太阳能光伏发电

姓名：徐周

班级：电气101

学号：1003731031

指导教师：韩谷静

成绩评定：

2013年12月30日

绪论

能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅制备、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。

光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-2005年间，全球太阳能电池产量增长了17倍。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望较2005年的年产量增长6.3倍，整个行业的销售收入有望增长3.5倍。

我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。

一．太阳能发电发电原理

光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。

1.1光电效应概述

光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。

1.2光生伏打效应概述及应用

光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。

光生伏打效应应用：光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。大量研究集中在太阳能的转换效率上。理论预期的效率为24％。由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。

1.3太阳能电池及其太阳能组件

太阳能电池的工作原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

二．发展现状及趋势

1.全球光伏发电发展现状及趋势

1.1 全球光伏发电发展现状

自从20世纪70年代全球发生世界性石油危机以来，太阳能光伏发电技术在西方发达国家引起了极大的重视，各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发，纷纷制定政策，鼓励和支持太阳能光伏发电技术。光伏发电技术带来的产业在政策法规的强力助推下，呈快速、增速发展。根据欧洲光伏工业协会(EPIA)的研究报告，全球光伏产业在过去十年高速发展，增长速度逐年递增，从1998年到2008年，全球累计光伏装机容量年均增长率在30%以上，见图一。2008年全球累计装机容量已接近15GW ，比2007年的9GW 增加了5.6GW ，增长率创新高，达到60%。

图一

1.2 全球光伏发电发展趋势展望

在各国的政策扶持下，光伏产业蓬勃发展并且开始向一些发展中国家扩展，

这对于能源和环境来说都是利好消息。在目前全球经济危机影响下，短期内光伏发电市场并不稳定，但是未来迅猛发展的趋势是不会改变的。EPIA 采用情景分析的方法，就政策驱动情景和正常发展情景对未来5年全球的光伏市场、太阳能电池供给与需求、多晶硅技术与薄膜生产能力等进行了预测，预测结果如图二。预测结果表明：在政策驱动下，2009年全球新增光伏发电需求将达到6.8GW左右，5年后的2013年光伏发电需求将高达22GW ，平均年增长率为32%；而在正常发展方案情况下，2009年全球的光伏发电需求将因全球经济的不景气滞留在4.6GW 附近，由于得不到经济支持到2013年仅为12GW，2008～2013年5年间平均年增长率为17%。国际能源组织(IEA)对太阳能光伏发电的未来发展长期预测认为：2020年世界光伏发电量占总发电量的1%，2040年占总发电量的20%。欧洲光伏工业协会(EPIA)对光伏发电的预测为：2020年世界太阳能光伏组件年产量将达到40GW，总装机容量为195GW ，发电量为274TWh，占全球发电量的1% ，太阳电池的组件成本下降到每1峰瓦1美元；2040年光伏发电量达7368TWh，占全球发电量的21%。

图二

2.国内光伏发电发展现状及趋势

2.1 国内光伏发电现状

在过去，太阳能光伏发电所使用的晶体硅电池的核心技术长期被美国、德国、日本等国的公司所垄断，中国则成为晶体硅电池及组件的加工生产大国，产生了