影響發(fā)電量的個(gè)因素

影響發(fā)電量的個(gè)因素第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日1：太陽輻射

在地球上，我們的能源基本上都來源于太陽，電力也不例外，我們的電能也是以不同的方式從太陽能轉(zhuǎn)換中得到的。太陽是一個(gè)灼熱的火球，它表面的溫度大約為6000℃，而中心的溫度達(dá)到2000萬℃，它不斷地向外輻射光和熱。太陽這個(gè)灼熱的火球距離我們很遙遠(yuǎn)，它向外輻射光和熱以30萬公里/秒的速度，經(jīng)歷8分鐘的長途跋涉才來到地球。第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日電與太陽能發(fā)電在人類眾多的能源中，品位最高的無疑應(yīng)該是電能了。它可以非常方便地轉(zhuǎn)換成其他能源形式：磁能、光能、熱能、化學(xué)能等等。而且它的傳輸方便，這也是其他能源所做不到的。廣意上講，地球上的能量幾乎都是太陽能，從狹義上講，太陽能分為光熱、光電。在太陽電池組件的轉(zhuǎn)換效率一定的情況下，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量是由太陽的輻射強(qiáng)度決定的。第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日太陽能光伏發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日與光伏發(fā)電有關(guān)的幾個(gè)太陽輻射數(shù)據(jù)太陽輻射強(qiáng)度1）日照時(shí)間：氣象上每天太陽輻射超過120W/平方米的時(shí)間。意義不大。2）峰值太陽（日照）小時(shí)。這是一個(gè)等效概念，指每天太陽輻射強(qiáng)度超過1KW平方米（太陽電池測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)）的小時(shí)數(shù)，它在數(shù)值上等于平均日輻射量除以標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)，單位是h/d（小時(shí)/天）第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日我國的太陽輻射情況第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日四類太陽輻射地區(qū)第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日太陽光譜第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日大氣質(zhì)量Z：太陽天頂角Z=48.2°,AM1.5第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論：1：不同的太陽電池的頻率響應(yīng)是不一樣的，通常在300—1200nm之間。2：近紅外線和近紫外線是可以發(fā)電的。3：太陽常數(shù)：在地球大氣層外，平均日地距離處垂直太陽光單位面積上的太陽輻射強(qiáng)度，用AM0表示。1367W±7W/m2

25℃,1000W/m2,AM1.5為太陽電池的測(cè)試條件。

第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論1：計(jì)量單位kwh/m2.aMj/m2.a

換算：1kwh=3.6Mj2:我國的峰值日照小時(shí)：

1類地區(qū)：4.79小時(shí)

2類地區(qū)：4.3小時(shí)

3類地區(qū)：3.3小時(shí)

4類地區(qū)：2.8小時(shí)（和德國柏林差不多）并網(wǎng)光伏電站的平均效率在75%光伏系統(tǒng)對(duì)太陽輻射能量的利用效率只有10%左右（太陽電池效率、組件組合損失、灰塵損失、控制逆變器損失、線路損失、蓄電池效率）第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日關(guān)于太陽輻射測(cè)量的新進(jìn)展

目前國際輻射測(cè)量動(dòng)向1、關(guān)BSRN（世界氣象組織太陽輻射基準(zhǔn)站）的一些情況2、美國輻射測(cè)量站網(wǎng)3、輻射測(cè)量的問題和進(jìn)展第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日BSRN（世界氣象組織太陽輻射基準(zhǔn)站)第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日美國輻射測(cè)量站網(wǎng)第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日基準(zhǔn)站之一第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日總輻射表第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日高精度輻射表第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日輻射測(cè)量的問題和進(jìn)展

第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論與總結(jié)1：太陽輻射的測(cè)量對(duì)測(cè)試環(huán)境有比較高的要求，并不是任何地點(diǎn)都適合進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)量。2：太陽輻射的測(cè)量是一個(gè)長期積累的過程。3：我國正在擬定關(guān)于太陽輻射的測(cè)量的一系列國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由“全國氣象防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”負(fù)責(zé)擬定。其中包括名詞解釋、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試方法等。4：光伏電站的發(fā)電量直接與太陽輻射量有關(guān)，太陽的輻射強(qiáng)度、光譜特性是隨著氣象條件而改變的。5：太陽能資源的評(píng)估不可能十分精確。第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日2：太陽電池組件的傾斜角度

從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量H，直接輻射量Hb及散射輻射量Hd，且有：H=Hb+Hd對(duì)于傾斜面上的太陽輻射總量及太陽輻射的直散分離原理可得：傾斜面上的太陽輻射總量Ht是由直接太陽輻射量Hbt天空散射量Hdt和地面反射輻射量Hrt部分組成。

Ht=Hbt+Hdt+Hrt第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日Hbt計(jì)算（1）Hbt的計(jì)算：對(duì)于確定的地點(diǎn)，如果知道全年每個(gè)月水平面上平均太陽輻射的總輻射量H、直接輻射量Hb及散射輻射量Hd以后，就可以算出不同傾斜角下的相關(guān)太陽輻射量，以下是它的計(jì)算公式：

Hbt=R×Hb

其中R為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值。對(duì)于朝向赤道的傾斜面來說：式中：Φ為光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)?shù)鼐暥?；β為光伏方陣傾角；δ為太陽赤緯；ωs水平面上日落時(shí)角；ωst頃斜面上日落時(shí)角。太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，用δ表示，在一年之中，太陽赤緯每天都在發(fā)生變化，但不超過±23。27’的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23。27’；冬天最小變化到冬至日的-23。27’。太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照庫伯(cooper)方程，可知太陽赤緯的計(jì)算公式為：式中：n為一年中的天數(shù)。如：在春分，n=81，δ=0，自春分曰起第d天的太陽赤緯為：第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日太陽的赤緯角第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日天空散射輻射分量Hdt對(duì)于天空散射采用Hay模型，Hay模型認(rèn)為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射量兩部分組成，可表示為：

式中：Ho為大氣層外水平面上輻射量。其計(jì)算公式為：式中：Isc為太陽常數(shù)，取1367W/m2。若天空散射各向同性時(shí)，上式可以化簡為：第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日地面反射輻射分量Hrt：通常可將地面的反射輻射看成是各向同性的，其大小為：其中P為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示：各種地面反射率第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日一般計(jì)算時(shí)，可取p=0.2，綜上所述，斜面上太陽輻肘量即為：第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日我國部分地區(qū)并網(wǎng)電站最佳傾角第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日5：溫度特性第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論1：氣象部門提供的是水平面上的太陽直接是輻射和散射部分的輻射量，和我們實(shí)際應(yīng)用的情況有區(qū)別。2：并網(wǎng)的太陽電池直接的傾斜角度設(shè)計(jì)只需要考慮全年總發(fā)電最大就可以了，相對(duì)于獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)要簡單的多。3：具體做法，可以采用查表或者軟件的方法。第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日3：太陽電池的效率

1839年法國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家E．：Becquere-1發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)，簡稱為光伏效應(yīng)；

1877年w．G．Adams和R．E．Day研究了硒(se)的光伏效應(yīng)，并制作第一片硒太陽電池；

1883年美國發(fā)明家charlesFritts描述了第一片硒太陽電池的原理；

1904年Hallwachs發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅(cu／cu20)結(jié)合在一起具有光敏特性；德國物理學(xué)家愛因斯坦(AlbertEinsteln)發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文；

1918年波蘭科學(xué)家czochralski發(fā)展生長單晶硅的提拉法工藝；

1921年德國物理學(xué)家愛因斯坦由于1904年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)；1930年B．Lang研究氧化亞銅／銅(Cu20／Cu)太陽電池，發(fā)表“新型光伏電池”論文；W．Schottky發(fā)表“新型氧化亞銅(Cu20)光電池”論文；

1932年Audobert和Stora發(fā)現(xiàn)硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；

1933年L．0．Grondahl發(fā)表“銅一氧化亞銅(CwCu20)整流器和光電池”論文；

1951年生長p-n結(jié)，實(shí)現(xiàn)制備單晶鍺電池；第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日1953年Wayne州立大學(xué)DanTrivich博士完成基于太陽光譜的具有不同帶隙寬度的各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的第一個(gè)理論計(jì)算；

1954年RCA實(shí)驗(yàn)室的P．Rappaport等報(bào)道硫化鎘(CdS)的光伏現(xiàn)象；(RCA：RadioCorporationofAmerica，美國無線電公司)；貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室研究人員D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson報(bào)道4．5％效率的單晶硅太陽龜池的發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)月后效率達(dá)到6％。1955年西部電工(WesternElectric)開始出售硅光伏技術(shù)商業(yè)專利，在亞桑那大學(xué)召開國際太陽能會(huì)議，Hoffman電子推出效率為2％的商業(yè)太陽電池產(chǎn)品，電池為14mw／片，25美元／片，相當(dāng)于1785USD／W；

1956年P(guān)．Pappaport，J．J．Loferski和E．G．Linder發(fā)表“鍺和硅pn結(jié)電子電流效應(yīng)”的文章；

1957年Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到8％；D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson獲得“太陽能轉(zhuǎn)換器件”專利權(quán)；

1958年美國信號(hào)部隊(duì)的T．Mandelkorn制成n／p型單晶硅光伏電池，這種電池抗輻射能力強(qiáng)，這對(duì)太空電池很重要；Hoffman電子的單晶硅電池效率達(dá)到9％；第一個(gè)光伏電池供電的衛(wèi)星先鋒1號(hào)發(fā)射，光伏電池lOOcm2，0．IW，為一備用的5mW的話筒供電；

1959年Hoffman電子實(shí)現(xiàn)可商業(yè)化單晶硅電池效率達(dá)到10％，并通過用網(wǎng)柵電極來顯著減少光伏電池串聯(lián)電阻；衛(wèi)星探險(xiǎn)家6號(hào)發(fā)射，共用9600片電池列陣，每片2cm2，共約20W；，第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1960年Hoffman電子實(shí)現(xiàn)單晶硅電池效率達(dá)到14％；

1963年第一個(gè)商業(yè)通訊衛(wèi)星Telstar發(fā)射，所用的太陽電池功率14W；

1963年Sharp公司成功生產(chǎn)光伏電池組件；日本在一個(gè)燈塔安裝242W光伏電池列陣，在當(dāng)時(shí)是世界最大的光伏電池列陣；

1964年宇宙飛船“光輪發(fā)射”，安裝470W的光伏列陣；

1965年P(guān)eterOlaser和A．D．Little提出衛(wèi)星太陽能電站構(gòu)思；

196年6帶有1000W光伏列陣大軌道天文觀察站發(fā)射；

1972年法國人在尼日爾一鄉(xiāng)村學(xué)校安裝一個(gè)硫化鎘光伏系統(tǒng)，用于教育電視供電

1973年美國特拉華大學(xué)建成世界第一個(gè)光伏住宅；

1974年日本推出光伏發(fā)電的“陽光計(jì)劃”；Tyco實(shí)驗(yàn)室生長第一塊EFG晶體硅帶，25mm寬，457mm長(EFG：EdgedefinedFilmFed—Growth，定邊喂膜生長)；

1977年世界光伏電池超過500kW；D．E．Carlson和c．R．Wronski在w．E．Spear的1975年控制p-n結(jié)的工作基礎(chǔ)上制成世界上第一個(gè)非晶硅(a—Si)太陽電池；

1979年世界太陽電池安裝總量達(dá)到1MW；

1980年ARCO太陽能公司是世界上第一個(gè)年產(chǎn)量達(dá)到1MW光伏電池生產(chǎn)廠家；三洋電氣公司利用非晶硅電池率先制成手持式袖珍計(jì)算器，接著完成了a—si組件批量生產(chǎn)并進(jìn)行了戶外測(cè)試；

1981年名為SolarChallenger的光伏動(dòng)力飛機(jī)飛行成功；第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1992年世界太陽電池年產(chǎn)量超過57．9Mw；

1993年世界太陽電池年產(chǎn)量超過60．1MW；

1994年世界太陽電池年產(chǎn)量超過69．4MW；

1995年世界太陽電池年產(chǎn)量超過77．7MW；光伏電池安裝總量達(dá)到500MW；

1996年世界太陽電池年產(chǎn)量超過88．6MW；

1997年世界太陽電池年產(chǎn)量超過125．8MW；

1998年世界太陽電池年產(chǎn)量超過151．7MW；多晶硅電池產(chǎn)量首次超過單晶硅；

1999年世界太陽電池年產(chǎn)量超過201．3MW；美國NREL的M．A．Contreras等報(bào)道銅銦錫(CIS)電池效率達(dá)到18．8％；非晶硅電池占市場(chǎng)份額12．3％；

2000年世界太陽電池年產(chǎn)量超過287．7Mw，安裝超過1000Mw，標(biāo)志太陽能時(shí)代的到來；

200l年世界太陽電池年產(chǎn)量超過399Mw；Wux．，DhereR．G．，A|binD.s.等報(bào)道碲化鎘(cdTe)電池效率達(dá)到16．4％；單晶硅太陽電池售價(jià)約為3USD／W；第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日2002年世界太陽電池年產(chǎn)量超過540Mw；多晶硅太陽電池售價(jià)約為2.2USD／W；2003年太陽電池年產(chǎn)量超過760MW；德國FratInhoferISE的LFC(Laser—firedcontact)晶體硅太陽電池效率達(dá)到20％；2004年太陽電池年產(chǎn)量超過1200Mw；德國FraurlhoferISE多晶硅太陽電池效率達(dá)20．3％；非晶硅電池占市場(chǎng)份額4．4％，降為1999年的1／3，CdTe占1_1％；而CIS占O．4％；2010年通過技術(shù)突破，太陽電池成本進(jìn)一步降低，在世界能源供應(yīng)中占有一定的份額；德國可再生能源發(fā)電達(dá)到12．5％；2020年太陽電池發(fā)電成本與化石能源相接近，德國可再生能源占20％；2030年太陽電池發(fā)電達(dá)到lO％～20％；德國將關(guān)閉所有的核電站；2050年世界太陽能利用將占有世界能源總能耗30％～50％份額。第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日1982年世界太陽電池年產(chǎn)量超過9．3MW；1983年世界太陽電池年產(chǎn)量超過21．3MW；名為SolarTrek的lkW光伏動(dòng)力汽車穿越澳大利亞，20天內(nèi)行程達(dá)到4000km；1984年面積為929cm2的商品化非晶硅太陽電池組件問世；1985年單晶硅太陽電池售價(jià)10USD／W；澳大利亞新南威爾士大學(xué)MartinGreen（馬丁格林博士）研制單晶硅的太陽電池效率達(dá)到20％；1986年6月，ARCOSolar發(fā)布G-4000——世界首例商用薄膜電池“動(dòng)力組件”；1987年11月，在3100km穿越澳大利亞的PentaxWorldSolarChallengePv一動(dòng)力汽車競(jìng)賽上，GMSunrayeer獲勝，平均時(shí)速約為71km／h；1990年世界太陽電池年產(chǎn)量超過46．5MW；1991年世界太陽電池年產(chǎn)量超過55．3MW；瑞士Grfitzel教授研制的納米TiOz染料敏化太陽電池效率達(dá)到7％；第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論1：太陽電池的效率在緩慢的提高，目前尚德公司的太陽電池效率可以達(dá)到19%以上，是國內(nèi)效率最高的太陽電池。2：進(jìn)入本世紀(jì)以來，我國太陽能光伏進(jìn)入了快速發(fā)展期，太陽電池的效率在不斷提高，在納米技術(shù)的幫助下，未來硅材料的轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%，這將成為太陽能發(fā)電技術(shù)上的“革命性突破”。太陽能光伏電池主流的材料是硅，因此硅材料的轉(zhuǎn)化率一直是制約整個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。硅材料轉(zhuǎn)化率的經(jīng)典理論極限是29%。而在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的記錄是25%，正將此項(xiàng)技術(shù)投入產(chǎn)業(yè)。目前，投入大量商業(yè)生產(chǎn)的光伏太陽能電池組件的轉(zhuǎn)換率約在16%左右。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以直接從硅石中提煉出高純度硅，而無需將其轉(zhuǎn)化為金屬硅，再從中提煉出硅。這樣可以減少中間環(huán)節(jié)，提高效率。將第三代納米技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合，可以把硅材料的轉(zhuǎn)化率提升至35%以上，如果投入大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)，將極大地降低太陽能發(fā)電的成本。令人可喜的是，這樣的技術(shù)“已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室完成，正等待產(chǎn)業(yè)化的過程”。3：在不久的將來，尚德公司將利用納米技術(shù)為廣大用戶提供35%效率的太陽電池。第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日4：組合損失

1：凡是串連就會(huì)由于組件的電流差異造成電流損失；2：凡是并連就會(huì)由于組件的電壓差異造成電壓損失；3：組合損失可以達(dá)到8%以上，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于10%。第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日討論1：為了減少組合損失，應(yīng)該在電站安裝前嚴(yán)格挑選電流一致的組件串聯(lián)。2：組件的衰減特性盡可能一致。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T--9535規(guī)定，太陽電池組件的最大輸出功率在規(guī)定條件下試驗(yàn)后檢測(cè)，其衰減不得超過8%3：隔離二極管有時(shí)候是必要的。第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日5：溫度特性第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日第四十八頁，共五十七頁，2022年