光伏概论 第1讲

光伏发电的优势
技术优势 ★ 光伏发电是光子一电子的直接转换，纯物理过程； 不排放任何有害物质， 环境友好； ★ 可与建筑结合，节省土地资源； ★ 在地面建设不影响生态； ★ 光伏发电性能稳定可靠，维护成本低，使用寿命 长 (25年以上)。 材料资源优势 硅元素在地球中的含量丰富（在地球中的丰度为 25.8％， 排第二），无毒，性能稳定。
太阳能兴起原因
化石燃料的开采与使用出现诸多问题，一是会出现 化石燃料的短缺，二是化石燃料的使用必然会导致环境 的污染、破坏，经济的发展使得能源的需求增加，从而 导致环境问题的出现。
人类推测太阳的寿命至少还有几十亿年，太阳能不 含有害物质，作为未来的能源是一种非常理想的清洁能 源，如能合理地利用太阳能将是人类的福音。
1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，这 次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利 用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出 低谷，逐渐得到加强。

太阳能的利用形式-光电
格尔木光伏电站
中国现在最大的大型光伏电站（20MW），江苏徐州。
太阳能的利用形式-光电
光伏一体化建筑在欧洲已很普遍
国内光伏发电存在的主要问题
光伏产业过度依赖海外市场
太阳能电池需求的短期成长动力主要来自于各国政 府对太阳能电池产业的政策扶持和价格补贴，一旦国 外补贴政策发生变动或实施贸易保护，对于过度依赖 海外市场的中国光伏产业，受打击程度Leabharlann Baidu会是非常严 重的。
太阳能兴起原因
G 人类所面临的选择 水能、风能、生物质能、地热能、核能、太阳能
世界上潜在水能资源4.6TW，经济可开采资源只有 0.9TW；风能实际可开采资源2-4TW；生物质能3TW；加 起来总共8TW.只有太阳能是唯一能够保证人类未来需要 的能量来源，其潜在资源120000TW，实际可以开采资源 高达600TW，核能的争议还很大，是裂变还是聚变没有定 论。 1TW=1000GW;1GW=1000MW;1MW=1000KW;1KW=1000W
天然能源即一次能源：再生和非再生能源。 再生能源有太阳能、风能、水能、海洋能生物质能等。 非再生能源有石油、天然气、原煤、核燃料等。 人工能源又称二次能源，指经过消耗一次能源加工转 化诞生的能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、 焦炭、沼气等。
能源的分类
2.按地球上的能量来源分 来自于地球本身，如核能、地热能等； 来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳 引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、 光合作用等； 来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。 3.按被利用的程度分 常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等； 新能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外 还有核能。


20世纪60年代初，空间电池的设计趋于稳定。
太阳能的利用形式-光电

1973年10月爆发中东战争引起“石油危机”，从而使许 多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其 他可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发 利用太阳能的热潮。太阳能电池在空间开始大量应用，地 面应用开始。美国制定了“政府级阳光发电计划”，日本 在1974年也制定了“阳光发电计划”。
太阳能兴起原因
1.光伏产业兴起的背景
A. B. 21世纪三大支柱产业 信息、能源、材料 自然界能源的主要形式 水力发电、化石能源、生物能、风能、地热能、
核能、太阳能等
太阳能兴起原因
C. 现代人类社会的能源构成
太阳能兴起原因
D. 能源危机
资料来源：中国可再生能源发展项目
太阳能兴起原因
太阳能兴起原因
2009年世界光伏 市场仍主要在欧 洲，占世界总安 装量的78%以上。 德国占世界总安 装量的52%，为 世界最大市场
国内光伏产业的特点
产业规模世界第一，国际化程度高。
截止2009年9月，我国共有太阳能电池生产企业 123家，已建成项目的产能为8599兆瓦/年。我国已经 连续3年保持太阳电池产量的世界第一，2009年中国的 太阳电池产量占到世界总产量的40%。截止2009年初， 我国已有12家光伏企业海外上市，13家企业国内上市。
认识太阳及太阳能
太阳是太阳系中最大的物体，质量M=2×1027kg， 是地球质量的33万倍；直径D=1.4×106km，是地球的 109倍;太阳的主要成分是氢和氦，所占比例分别为78% 和20%，剩下的2%是其他元素。
认识太阳及太阳能
太阳每天向地球辐射的能量就相当于地球所有矿物 燃料能量的总和，大约40分钟照射在地球上的太阳能便 足以提供全人类一年能量的消耗。 太阳能光伏发电同以往其他电源发电原理完全不同， 具有以下特点：
世界能源及我国能源的现状
2.我国能源消耗特点、分布及现状 消耗特点:中国是一个能源消耗大国，其能源消费总量居世界第 二，仅次于美国。年均增长3.6%。其中，煤炭占66.3%，石 油占23.5%，天然气占2.6%，水电、核电占7.6%。 分布:煤炭85％分布于中西部；石油、天然气资源集中在东北、 华北（包括山东）和西北，合占全国探明储量的86％；水 能资源的分布主要在西部和中南部，在全国技术可开发资 源量（3.7亿千瓦）中合计占到93.2％，其中西南占67.8％。 现状:近20年来，我国能源发展很快，我国煤炭储量世界第三、 开采量世界第一，在能源结构中一直以煤炭为主。中国原 油产量世界第5位，天然气产量世界第20位，水力发电世界 第4位，核电第18位。发电总量世界第2位。
光伏系统概论
授课老师：陈思超 2013.9
湖南理工职业技术学院
第一讲
能源与需求——太阳能
什么是能源？
能源是产生各种能量的资源，是人类生存和发展不
可缺少的物质基础，它的开发和利用状况是衡量一个时 代、一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志，直 接关系到人们生活水平的高低。
能源的分类
1. 按生成方式分为天然能源和人工能源。
国内光伏产业的特点
国内太阳能电池产量的特征
湖南省光伏产业
目前长沙市在建、签约、在谈的光伏产业总投资130亿 元以上，预计产值可达400亿元以上，包括中电四十八 所、湖南神州光电、湖南红太阳、湖南潇湘神光等优 秀企业、集团。其涉及领域包括上游晶体硅材料的制 备和研究；中游晶体硅太阳能电池、组件的制造、研 究和技术支持；下游太阳能电池产品的设计和研发及 光伏发电系统、光伏设备的制造、研究。 湘潭市非常重视光伏产业，专门设臵了湘潭光伏产业 科技园，湖南天利恩泽、中国兴业太阳能技术控股有 限公司等知名光伏企业先后落户湘潭。
以太阳能为能源引发的光伏研发与生产目前在世界各 地正在如火如荼德开展，其中集热水供应、采暖、制冷、 光伏并网发电系统与建筑融为一体的太阳能建筑正在各地 拔地而起。
太阳能的利用形式-光电
太阳能光电应用历史

1954年贝尔实验室G.Pearson和D.Charpin研制成功 了第一个有使用价值的硅太阳电池；纽约时报把这一突 破性的成果成为“最终导致无限阳光为人类文明服务的 一个新时代的开始”——现代太阳电池的先驱。 1958年硅太阳电池第一次在空间应用。
E 世界的人口、总能源需求及电能
太阳能兴起原因
F. 环境污染 传统发电技术对环境污染 日益加剧，温室效应导致全球 年经济损失达4300亿美元。
国外的研究报告指出，在几年 内我国将成为温室气体排放最 多的国家。世界银行估计， 2020年中国由于空气污染造成 的环境和健康损失将达到GDP 总量的13%。
太阳能的利用形式-光电
太阳能的利用形式-光电
太阳能的利用形式-光电
太 阳 能 路 灯
太阳能的利用形式-光电
太阳能的利用形式-光电
太阳能交通指示系统
太阳能电动车
太阳能光伏的现状与未来
2002－2009 世界太阳电池产量的增加情况
太阳能光伏的现状与未来
◆ 最近10年平均年增长率为48.6%（至2009）， ◆ 最近5年平均年增长率为55.3%（至2009）， ◆ 2009年世界太阳电池产量达到约10.66GWp，
国内光伏产业的特点
生产成本世界最低
中国目前太阳能电池的成本大约比欧美太阳能电池 的平均价格低30%
晶体硅电池技术领先，薄膜电池差距较大
我国晶体硅太阳电池的技术水平逐年提高，无锡尚 德的“冥王星”（Pluto）技术，保定英利、南京中电、 常州天合、苏州阿特斯均有使电池效率超过18%的转悠 技术，达到世界先进水平；我国在晶体硅太阳能电池方 面已经占有质量和成本的双重优势。
太阳炉
太阳灶
大棚
热水器
太阳能的利用形式-光热
平板热水器
太阳能的利用形式-光热
光热发电技术其原理是利用太阳的热能进行发电， 利用聚光得到的高温热能，通过换热装臵提供蒸汽，进 而驱动汽轮机发电。
太阳能的利用形式-光热
塔式光热发电
太阳能的利用形式-光热
太阳能的利用形式-光电
光电 光伏发电技术其原理是利用太阳能的光能和太阳能电 池技术，将太阳的光能转换为电能。如葡萄牙在阿玛雷莱 雅地区建造的一座太阳能光伏电站投入使用，其总装机容 量达46兆瓦，是目前世界上最大的太阳能光伏电站，其发 电能力可以满足3万多葡萄牙家庭的日常用电需求。
光伏发电的优势
能量回报率高 目前晶硅电池光伏发电的能量回收期平均1.6年，薄 膜电池更短。未来可以降低到1年左右，寿命25年以上， 属于高能量回报率发电方式。
太阳能光伏发电的缺点
★ 地面上太阳辐射功率密度低。
★ 能量输入不连续：昼夜、阴晴、季节等。 这些缺点是光伏发电成本高的原因之一。
国际太阳光伏发电市场发展现状
无枯竭危险，绝对清洁，不受资源分布地狱的限制， 可在用电处就近发电，能源质量高，使用者从感情上容 易接受，获取能源花费的时间短。
太阳能的利用形式-光热
光热
光热的利用如太阳灶、太阳供热系统等。遍及全 国各地的屋顶太阳能热水器就是一种常见的太阳供热 系统。我国是太阳能热水器生产量和销售量最大的国 家，但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达到80%， 日本11%，台湾达到27%...，我国仅在千分之几左右， 可见我国太阳能热水器的推广潜力是非常大的。
能源的分类
4. 按获得的方法
一次能源，即可供直接利用的能源 二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源.
5. 按能源能否再生
可再生能源;非再生能源 6. 按能源能否作为燃料
燃料能源；非燃料能源
7. 按对环境的污染情况 清洁能源；非清洁能源
世界能源及我国能源的现状
1.世界能源消耗特点、分布及现状 特点:主要来自一次不可再生能源(如煤炭、石油、天然 v 气)；能源消耗水平差异大：占世界1/4的工业化国家消 耗了世界能源的3/4;世界能源消耗仍在增长。
国内光伏产业的特点
我国有38家企业生产薄膜太阳能电池，但总的产量 还很低，2008、2009年我国薄膜太阳能电池产量仅为总 产量的2%。我国在薄膜电池的技术和装备上与国外还有 较大的差距，目前我国薄膜太阳能电池的生产企业还并 没有掌握生产的核心技术。
多晶硅产能并不过剩，在今后几年仍需进口。 太阳能电池和组件产量大，成本最 低，但薄膜电池、多晶硅差距大。
比上年增长35％。
光伏市场持续高速发展
1998－2009世界 主要国家和地区 光伏市场
◆ 2004年欧洲市场开始大幅度超过日本，成为 世界最大光伏市场； ◆ 2009年世界完成装机容量约7900 MWp，同比增43.6%。
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太阳能光伏的现状与未来
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，尽管太阳辐射到 地球大气层的能量仅为其辐射总能量（约为3.75×1026） 的22亿分之一，但其能量已相当于500万吨煤。 我国是太阳能资源丰富的国家，全国总面积2/3以上 地区年日照时数大于2000小时。我国西藏、青海、新疆、 甘肃、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高， 属世界太阳能资源丰富的地区之一，四川盆地、西湖地区、 秦巴山地是太阳能资源低直区。我国东部、南部及北部为 资源中等区。
分布:世界能源储量分布是不平衡的。石油中东占56.8%；天 然气和煤炭储量最多是欧洲，各占54.6%和45%。亚洲大 洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然气都只有 5%多一点。 现状:到2040年，首先石油将出现枯竭;到2060年，核能及天 然气也将终结。地球的能源已经无法提供地球人口的能 源需求。而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期 将会提前来。