1、,太阳能,一、我国太阳能等新能源发展法律法规的出台 二、太阳能基本概念及资源计算 三、太阳能光伏发电系统基本设计方法 四、太阳能光伏系统案例分析 五、总结,太阳能发展必要性太阳能法律法规及优惠政策太阳能清洁能源发展机制,太阳的组成和地球的关系太阳能基本概念和参量的意义太阳能资源一般计算方法,太阳能，风能属于可再生绿色能源，分布广泛，蕴含能量巨大。太阳能发电与风电技术日趋成熟，随着技术的不断提高，成本也在逐渐降低，发展前景广阔，已开始从“补充能源”朝“战略替代能源”的方向发展。,我国经济高速增长，已经成为能源消耗的第二大国家。随着化石能源的日益稀缺、环境的恶化，开发太阳能和风能等绿色能源是国家重
2、要的能源目标。,国家制定了一系列法律法规,1995年，国家电力法1998年，中国节能法2006年1月1日起，可再生能源法,可再生能源法第二十五条规定：对列入国家可再生能源产业发展指导目录、符合信贷条件的可再生能源开发利用项目，金融机构可以提供有财政贴息的优惠贷款。第十七条规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范。房地产开发企业应当根据前款规定的技术规范，在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条件。再有，国家财政设立专项资金，以
3、支持可再生能源的发展。,对绿色能源实行保护型固定电价，在成本上保证有合理的利润； 电网无条件收购太阳能发电和风电，价差由参加网分摊； 国家财政设立专项资金，支持可再生能源发展。,清洁能源发展机制（CDM） 清洁发展机制CDM（Clean Development Mechanism），是发展中国家参与环保合作的一种新型国际合作机制。该机制是发达国家提供资金和技术援助，在发展中国家境内实施温室气体减排项目；通过购买发展中国家二氧化碳减排指标，发达国家抵消国内温室减排高成本的指标。 从目前发电方式的碳排放量来看，煤发电为275克，油发电为204克，天然气发电为181克，风力发电为20克，而太阳能发电
4、则接近零排放 。 中国被视为最具潜力的CDM市场，约占全球市场的40-50%。我国已经建立了CDM的管理机构，颁布了“清洁发展机制项目运行管理暂行办法”。今后在国际碳交易的良好发展环境下，利用CDM机制能够更加积极的推进我国绿色能源的发展。,C日冕层,B色球层,A光球层,太阳大气结构,太阳的能量以传导、对流和辐射三种方式传播。,太阳参数介绍 直径： 质量： 密度：由外到里，逐渐增大；平均密度 中心温度： 亮度： 太阳距离地球的距离： 太阳常数：平均来说，在地球大气外面正对着太阳的 的面积上每分钟接收太阳能量大约为1367w，只是每分钟释放的22亿分之一。 太阳每秒释放的能量： ， 相当于 煤。
5、 太阳辐射：太阳以辐射的形式向广阔无垠的宇宙传播它的热量和微粒。,对于大多数太阳能设备来说，主要利用直接辐射部分。,到达地球表面 的太阳能辐射,投射到地球表面的那部分光线,通过大气、云、雾、尘埃等散射而到达地球表面的太阳光线,太阳总辐射能 = 直接辐射 + 散射辐射,太阳辐射能,22亿分之一,到达地球,穿过大气层,到陆地表面,（相当于目前全世界一年内消耗各种能源所产生的3万5千倍）,光的波粒二象性任何种类的光都是某种频率或频率范围内的电磁波，本质上与无线电波没有什么差别，可产生反射，折射，绕射等“波动”现象。 任何物质发出的光都是由不连续的运动着的、具有质量和能量的粒子所组成的粒子流，叫做光量
6、子或光子，频率越高能量越大。,把太阳光中各色光按频率或波长大小排列而成的光带图。,太阳光谱,紫外区：波长0.4微米 6%,可见区：波长0.40.76微米 50%,红外区：波长0.76微米 43%,到达地面的太阳光辐射,太阳光谱,太阳光谱辐照度,常定辐射,异常辐射,可见光部分,近紫外线部分,近红外线部分,无线电波部分,紫外线部分,微粒子流部分,辐射特点：能量大且稳定，占总辐射的90%左右,辐射特点：随太阳活动强弱发生剧烈变化,太阳常数：在地球大气层上界的单位面积上，单位时间内所能接收太阳能的量的多少。在平均日地距离时，地球大气层上界，在垂直于太阳光线平面上，单位时间内，单位面积上所获得的太阳总辐
7、射能的数值，单位 。,1981年10月，墨西哥“世界气象组织仪器和观测方法委员会第八届会议”太阳常数值为 ，变化很小，2%左右。,太阳赤纬角 ：太阳光线与地球赤道面的交角。,n为一年中的天数,太阳方位角 ：向量 在地平面上投影线与南北方向线之间的夹角；,太阳高度角 ：向量 与地平面之间的夹角；,影响到达地球表面的太阳辐射能的因素（1）太阳高度 （2）大气质量 （3）大气透明度 （4）地理纬度 （5）日照时间 （6）海拔高度日地距离、地形、地势等也有影响。,（1）太阳高度：,太阳高度就是太阳位于地平面以上的高度角。用太阳光线和地平线的夹角即入射角 表示。入射角增大，太阳高度增大，辐照度增大。一年
8、中，夏季炎热，冬季寒冷，一天中正午比早晚气温高原因：1. 地球自转：太阳高度从早到晚2. 地球公转：地球自转轴与公转轨道平面不是垂直的，始终保持一定倾斜度 。太阳高度从低纬度到高纬度逐日升高，直到夏至日达到最高点 ，温度最高；而冬至日到达最低点，温度又变得最低。,（2）大气质量：把太阳处于天顶，即太阳垂直照射地面时，光线所穿过的大气的路程，称为1个大气质量。在其他位置时，大气质量都1，大气质量越大，衰减越多。,（3）大气透明度：大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。与天空中云量的多少以及大气中所含灰尘等杂志的多少密切相关的。,（4）地理纬度：太阳辐射能量是由低纬度向高纬度逐渐减弱
9、的。,（6）海拔高度：海拔越高，大气透明度越好，太阳的直接辐射量就越高。,（5）日照时间：某地区某日白天有14h，阴天时间6h，出太阳时8h，则说日照时间为8h。日照时间越长，地面所获得的太阳总辐射量就越多。,我国丰富的太阳能资源,我国的国土跨度，从南到北，自西至东，距离都在5000km以上，总面积达 ，占世界陆地总面积的7%，居世界第三位。全国各地 太阳能总辐射能量为 ，中值为5852 。我国太阳能资源分布的主要特点：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬 这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳能年总辐射量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部
10、；由于南方多数地区云、雨多，在北纬 地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。,太阳能宏观评估,太阳能评估指标,太阳能资源丰富程度太阳能资源稳定程度太阳能资源利用价值太阳能日资源最佳利用时段,以太阳总辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估。,一年中各月日照时数大于6小时的天数最大值与最小值的比值。,利用各月日照时数大于6小时的天数为指标，反映一天中太阳能资源的利用价值。,利用太阳能日变化的特征作为指标，评估太阳能资源日变化规律。,太阳能资源丰富程度等级,太阳能资源丰富程度中国气象局发布的太阳能资源评估方法对全国太
11、阳能资源丰富程度分布进行了区划 ：,太阳能资源稳定程度中国气象局发布的太阳能资源评估方法对全国太阳能资源稳定程度分布进行了区划 ：,太阳能资源稳定程度等级,太阳能总辐射,利用常规气象资料推算,应用卫星资料反演,用模式计算,方便快捷 较高精度 易于推广,输入资料的获取较难 精度难易保证 （探索阶段）,太阳能资源计算 日天文总辐射量,式中：,月太阳能辐射能,对有太阳辐射观测的地点（日射站），月太阳总辐射量 计算如下：,对于无太阳辐射观测的地点（日射站），月太阳总辐射量 计算公式：,为月日照百分率，无量纲数，其计算式为：,年太阳总辐射量 将以上所得各月太阳总辐射量累加，得年太阳总辐射量：,因此，总计
12、算过程,日太阳总辐射,月太阳总辐射,年太阳总辐射,太阳能光伏发电系统的分类太阳能光伏发电系统的工作原理及组成太阳能光伏发电系统的设计,独立运行系统与电力系统不发生任何关系的闭合系统。,并网运行系统可为整个电力系统提供电能。,光伏系统形式,独立运行系统,并网运行系统,按负载种类,直流负载直接型 直流负载蓄电池使用型 交流负载蓄电池使用型 直、交流负载蓄电池使用型,防灾系统 切换式系统 有潮流并网讯系统 无潮流并网系统,1.直流负载直结型系统,太阳电池,换气扇、抽水机,2.直流负载蓄电池使用型系统,太阳电池,充放电控制器,直流负载：白炽灯、荧光灯、通讯设备、换气扇等,蓄电池,3.交流负载蓄电池使用
13、型系统,太阳电池,充放电控制器,逆变器,蓄电池,交流负载： 电视机、电冰箱等,4.直、交流负载蓄电池使用型系统,太阳电池,充放电控制器,直流负载,逆变器,交流负载： 电视机、计算机等,蓄电池,太阳光发电：无需通过热过程直接将太阳能转变成电 能的发电方式。,包括,光伏发电,光化学发电,光感应发电,光生物发电,主要方式,光伏发电：利用太阳能电池这种半导体电子器件吸收太阳光辐射能，使之直接转变成电能。,太阳能电池方阵太阳能电池单体是用于光电转换的最小单元。大小： 工作电压：工作电流：,太阳能电池单体,串联,关关封装,太阳能电池组件,太阳能电池方阵,串联，并联,并装在支架上,（1）硅太阳电池工作原理：
14、PN结 （2）硅太阳能电池的种类,单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,（3）太阳能电池组件简介通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元称为太阳能电池组件。,一个组件上，太阳能电池标准数量是36或40个，大约产生16V电压。可为一个额定电压为12V的蓄电池进行充电。封转类型 双面玻璃密封：太阳能电池组件正反两面均是玻璃板，太阳能电池被镶嵌在一层聚合物中。 玻璃合金层叠密封：前面是玻璃板，背面是一层合金薄片，太阳能电池被镶嵌在一层聚合物中。电器特性太阳能电池温度每升高1摄氏度，最大功率减少0.4%。性能测试太阳能电池组件的输出功率取决于：太阳福照度、太阳能光谱的分布、太阳能电池
15、的温度。热斑效应和旁路二极管在太阳能电池组件正负极间并联一个旁路二极管预防。,连接盒保护电池与外界的交界面及各组件内部连接的导线和其他系统元件。可靠性和使用寿命野外测试 加测使用寿命的测试方法 20年特殊应用领域的太阳能电池组件,2. 防反充二极管作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或短路故障时，蓄电池组通过太阳能方阵发电。 3. 蓄电池组作用是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能，并随时向负载供电。 4. 充放电控制器作用是能自动防止蓄电池组过充电和过放电的设备，具有简单测量功能。 5. 逆变器将直流电变成交流电的一种设备。,按输出波形分类,方波逆变器,正弦波逆变器,6. 测
16、量设备,例： 直流负载：12V/36W电灯，一日使用时间16小时 交流负载：220V/24W计算机，每日使用时间16时间220V/24W电视机，每日使用时间12时间 解： 电器消费电流的决定直流：电灯的消费电流=消费功率/额定电压=24W/12V=3A交流：计算机直流消费电流=24W/12V=2A电视机直流消费电流=24W/12V=2A,太阳电池一日所需发电电流量的决定,太阳电池一日的必要发电电流量,=,太阳电池必要电流,=,太阳电池最大出力电压的计算 太阳电池最大出力电压=12x1.24+0.7=15.58(V) 太阳电池的选定 型号：JW-SP60 最大功率Pm(W)：60 最大工作电压V
17、mp(V)：17.5 最大工作电流Imp(A)：3.43 开路电压Voc(V)：21 短路电流Isc(A)：3.84 外形尺寸（mm）：734x535x35 电池片使用效率：19.5% 组件效率：15.3% 额定工作温度：(46 2)C 重量：5.8kg,优势：组件采用Sunpower背电极单晶硅电池片，这种电池片看不到常规单晶硅电池片的细栅线，外观漂亮。太阳能电池片的光电转换效率达到24.2%。组件特征：太阳能电池板采用背电极结构太阳能电池片采用接近24.2%的高效率电池片可以使用黑色背板生产黑色组件采用高品质的材料确保太阳能电池板的高 可靠性,太阳电池并联、串联的接法并联13个太阳能电池太
18、阳能电池的必要电流：44.28A输出功率：780W最大输出动作电压：15.58V 蓄电池容量计算 蓄电池 的容量 （A.h）取为920（A.h） 造型：6-CNF-65 特点：容量大，价格较便宜，但重量较重，期待寿命 515年。,充放电控制器的选定 蓄电池的输入电流（A）负载电流（A）选型：JUTA牌MPPT-10型最大功率跟踪控制器 1.智能调节太阳能发电板工作电压，使太阳能板始终工作在V-A特性曲线的最大功率点。对太阳能发电功率的利用率提高了1030%。 2.基本功能：防止蓄电池过度充、放电;防止蓄电池夜间自太阳能板反向放电;过载保护;短路保护;电池防反。,逆变器,电视机,蓄电池,直流4.
19、44A,交流0.22V,逆变器的选定,太阳电池,太阳能光伏系统成本计算 发电成本=年经费/年发电量 标准状态： 太阳能电池阵列容量,年经费=设置费用/使用年数,通过对太阳能光伏系统成本的核算，我们可以对所采用的装置进行进一步的资源与方案上的评估，以期较大程度上的满足我们生产生活上的需要。,太阳能光伏发电系统的设计方法,解析法,模拟法,LOLP法（Loss of load probability）法,参数分析法,基于负荷和日射量的方法,基于容许面积的方法,参数分析法是将复杂的太阳能光伏发电系统的工作简化为线性系统。在系统的初步设计阶段可迅速的反复进行研究，是一种实用价值较高的方法，具体方法将会通过下一模块的例题进行演讲。,总结：现在，与其他的发电方式如火力发电、核电等比较，太阳能光伏系统的发电成本较高。但随着太阳能光伏系统的大量应用与普及，将来会与现在的发电方式的成本接近或成为进一步的战略替代性资源。通过本次PPT的制作，对太阳能的发展、基本概念、一般性的评估方法以及太阳能光伏系统的简单设计有了一定程度上的了解，为下一步的元器件购买和安装打下理论上的基础，但在实际安装上尚需进一步的操作进行熟练，下一步的方向需要与老师进行讨论并进行进一步深入的了解。,谢 谢,
