太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化、利用與存儲(chǔ)技術(shù) 課件 第二章 光伏發(fā)電概述

第2章

光伏發(fā)電概述CONTENTS目錄太陽(yáng)輻射基本知識(shí)PART

01光伏發(fā)電原理PART

02光伏發(fā)電分類及組成PART

03太陽(yáng)輻射基本知識(shí)Part.01太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體，占有太陽(yáng)系總體質(zhì)量的99.86%。太陽(yáng)系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等，都圍繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)則圍繞著銀河系的中心公轉(zhuǎn)。太陽(yáng)是銀河系2000億星球中的一員，是距地球最近的一顆恒星，太陽(yáng)是唯一自己發(fā)光的天體，它幾乎是熾熱的等離子體與磁場(chǎng)交織著的一個(gè)理想球體，萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，沒有太陽(yáng)，地球上就不會(huì)有生命。太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)的基本物理參數(shù)太陽(yáng)內(nèi)部中心區(qū)域產(chǎn)生的能量要經(jīng)過5000萬(wàn)年才能到達(dá)太陽(yáng)表面，地球每年都要從太陽(yáng)吸收9.4×1010MW能量。太陽(yáng)直徑約是1.392×106km，直徑約是地球的109倍；體積約是130萬(wàn)倍；質(zhì)量約是2×1030千克，約是地球的3.3×105倍。離地球平均距離為1.496×108km。從化學(xué)組成來看，組成太陽(yáng)的物質(zhì)大多是些普通的氣體，其中氫約占71.3%，氦約占27%，其他元素占2%。太陽(yáng)是處于高溫高壓下的一個(gè)大火球，采用核聚變的方式向太空釋放光和熱。太陽(yáng)基本常識(shí)太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01太陽(yáng)基本常識(shí)2.太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)結(jié)構(gòu)分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)和大氣結(jié)構(gòu)兩大部分。太陽(yáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外可分為核反應(yīng)層、輻射層、對(duì)流層3個(gè)部分，大氣結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外可分為光球、色球、和日冕3層。我們平?？吹降奶?yáng)表面，是太陽(yáng)大氣的最底層（光球?qū)樱?，溫度約是6000℃。太陽(yáng)結(jié)構(gòu)如圖左。（1）核反應(yīng)區(qū)：半徑約為太陽(yáng)半徑的1/4，核聚變反應(yīng)處，太陽(yáng)能源所在地。溫度高達(dá)1.5×107K，壓力約為2.5×1016Pa，密度約為1.5×105kg/m3。核反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的能量占太陽(yáng)產(chǎn)生總能量的99%，溫度和密度都隨著與太陽(yáng)中心距離的增加而迅速下降。太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)（2）輻射層：0.25~0.8個(gè)太陽(yáng)半徑區(qū)，溫度約為7×106K，密度下降為79kg/m3。核反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的高能射線逐漸變?yōu)榭梢姽夂推渌问降妮椛湎蛲鈧鬏?。?）對(duì)流層：0.8~1個(gè)太陽(yáng)半徑區(qū)，物質(zhì)處于劇烈上下對(duì)流，對(duì)流產(chǎn)生的低頻聲波可傳輸?shù)酵鈱哟髿?。?）光球?qū)樱汉穸燃s為500km，溫度梯度較大、表面溫度約6000℃，是太陽(yáng)的平均有效溫度，太陽(yáng)的全部光能幾乎都從光球?qū)影l(fā)出，對(duì)地球氣候和生態(tài)影響較大。（5）色球?qū)樱汗馇驅(qū)右酝?，厚度約為2000km。（6）日冕：色球?qū)油猓巧烊胩盏你y白色日冕，由各種微粒構(gòu)成。太陽(yáng)基本常識(shí)太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.光的本質(zhì)：光具有波粒二象性，波動(dòng)的性質(zhì)如干涉、偏振等粒子的性質(zhì)，如光電效應(yīng)等。既可以認(rèn)為光是一種電磁波,也可以將其看作一種能量。通常所說的“光”,指可見光,有時(shí)也包括紅外線和紫外線。光波：光學(xué)區(qū)域包括紅外線、可見光和紫外線。太陽(yáng)光與光譜太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.光譜定義：復(fù)合光借助于分光元件色散成單色光,按波長(zhǎng)順序排列成一個(gè)譜帶,稱為光譜。在電磁波譜中紅外線、可見光和紫外線,稱為光學(xué)光譜,簡(jiǎn)稱光譜,它是物質(zhì)外層電子的躍遷所發(fā)射的電磁波。3.光譜的分類：按光譜的產(chǎn)生機(jī)理分為發(fā)射光譜、吸收光譜、散射光譜。發(fā)射光譜：物質(zhì)的粒子吸收能量被激發(fā)至高能態(tài)后,瞬間返回基態(tài)或低能態(tài)所得到的光譜。吸收光譜則是物質(zhì)吸收輻射能,由低能級(jí)(一般為基態(tài))過渡到高能級(jí)(激發(fā)態(tài)),是入射輻射能減小所得到的光譜。太陽(yáng)光譜屬于吸收光譜，處于基態(tài)和低激發(fā)態(tài)的原子或分子吸收具有連續(xù)分布的某些波長(zhǎng)的光而躍遷到各激發(fā)態(tài)，形成了按波長(zhǎng)排列的暗線或暗帶組成的光譜。散射光譜是物質(zhì)對(duì)輻射能選擇地散射得到的,不僅改變相射傳播方向,而且還能使輻射波長(zhǎng)發(fā)生變化。太陽(yáng)光與光譜太陽(yáng)輻射基本知識(shí)013.光譜的分類：按光譜的形狀分為線狀光譜、帶狀光譜(光譜帶)、連續(xù)光譜。按電磁輻射分為原子光譜、分子光譜、X射線能譜和γ射線能譜。線狀光譜：物質(zhì)中的原子和離子以氣態(tài)的形式存在，它們接收能量以后,輻射出不連續(xù)的明亮線條稱為線狀光譜。帶狀光譜：由分子受激發(fā)振動(dòng)而產(chǎn)生的明亮光帶和暗區(qū)組成的光譜。連續(xù)光譜：由灼燒的固體熱輻射而產(chǎn)生的從短波到長(zhǎng)波的光譜。太陽(yáng)光譜是帶有吸收線的連續(xù)光譜（色彩繽紛的世界表明太陽(yáng)光譜是各種色彩都有的連續(xù)譜，光譜中的暗線是由于太陽(yáng)大氣中的原子將某些特定波長(zhǎng)的色光吸收掉了出現(xiàn)的）原子光譜是通常所說的發(fā)射光譜、是線狀光譜，太陽(yáng)光譜是高溫物體發(fā)出的連續(xù)光譜。太陽(yáng)光譜包括無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等范圍。太陽(yáng)光與光譜太陽(yáng)輻射基本知識(shí)014.太陽(yáng)光譜能量分布：太陽(yáng)輻射光譜主要波長(zhǎng)范圍為0.15~4μm,而地面和大氣輻射的主要波長(zhǎng)范圍為3~20μm。在氣象學(xué)中,根據(jù)波長(zhǎng)的不同,常把太陽(yáng)輻射稱為短波輻射,而把地面和大氣輻射稱為長(zhǎng)波輻射。太陽(yáng)輻射絕大部分能量集中在0.15~4μm之間,占總能量的99%以上?？梢姽?0.38~0.78μm)約占太陽(yáng)輻射總能量的50%,紅外線(>0.78μm)約占43%,紫外線(<0.38μm)約占7%，輻照度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是0.475μm，屬于藍(lán)色光。太陽(yáng)光與光譜太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.赤緯角（δ）又稱太陽(yáng)赤緯,是地球繞太陽(yáng)運(yùn)行造成的現(xiàn)象,是太陽(yáng)中心和地心連線與赤道平面的夾角。赤緯角以年為周期隨時(shí)間變化而變化,赤緯角隨季節(jié)在南緯23°27′(-23.45°)與北緯23°27′(23.45°)之間來回變動(dòng),規(guī)定以北緯為正值。北半球,6月22日前后赤緯角達(dá)到最大值23.45°,為夏至；隨后赤緯角逐漸減少,至9月23日前后等于零時(shí)，為秋分；至12月22日前后,赤緯角減至最小-23.45°，為冬至；至3月21日前后,赤緯角回到零時(shí)為春分。赤緯角δ計(jì)算式如右所示，其中n為日期序號(hào),如當(dāng)日期為1月1日,n=1；2月1日，n=32；3月22日(春分日),n=81。太陽(yáng)與地球太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.太陽(yáng)時(shí)角（ω）太陽(yáng)時(shí)角是指日面中心的時(shí)角,從觀測(cè)點(diǎn)天球子午圈沿天赤道量至太陽(yáng)所在時(shí)圈的角距離。在地球上,同一經(jīng)度不同緯度,同一時(shí)刻太陽(yáng)對(duì)應(yīng)的時(shí)角是相同的。單位時(shí)間地球自轉(zhuǎn)的角度定義為時(shí)角ω,規(guī)定正午時(shí)角為0,上午時(shí)角為負(fù)值,下午時(shí)角為正值。地球自轉(zhuǎn)一周360°,對(duì)應(yīng)的時(shí)間為24h,每小時(shí)相應(yīng)的時(shí)角為15°。TT：真太陽(yáng)時(shí),單位為(h)CT：地方標(biāo)準(zhǔn)時(shí),單位為(h),在我國(guó)即北京時(shí);EQ：時(shí)差值,在我國(guó)區(qū)域可通過查表求得,并將表中的分鐘數(shù)值，轉(zhuǎn)換為小時(shí);LC：經(jīng)度訂正值,單位為(h),在我國(guó)區(qū)域,計(jì)算公式：太陽(yáng)與地球太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01太陽(yáng)與地球時(shí)差EQ表

單位為min注:用月份、日期查表,閏年1月、2月與平年同,從3月1日開始查閏年一行。太陽(yáng)輻射基本知識(shí)013.太陽(yáng)高度角（h）h是從觀測(cè)者所在地和太陽(yáng)中心的連線與地平面所夾的角度，高度角隨地理位置、日期、時(shí)間變化而變化。h在一年的冬至日最小，在光伏電站設(shè)計(jì)中,需特別關(guān)注光伏電站所在地區(qū)冬至日9:00與15:00的h,以確保光伏電站在全年能被太陽(yáng)光照射。天頂角是高度角的余角,當(dāng)太陽(yáng)的高度角為90°時(shí),太陽(yáng)位于天頂,此時(shí)太陽(yáng)的天頂角為0°。太陽(yáng)與地球sinh=sin?sinδ+cos?cosδcosω?為觀測(cè)點(diǎn)地理緯度δ為觀測(cè)時(shí)刻的赤緯角ω為觀測(cè)時(shí)刻的太陽(yáng)時(shí)角正午時(shí),ω=0°,cosω=1,式子簡(jiǎn)化為sinh=sin?sinδ+cos?cosδ=cos(?-δ)

=sin[90°±(?-δ)]太陽(yáng)在天頂以南,即?>δ,h=90°-?+δ;太陽(yáng)在天頂以北,即?<δ,h=90°+?-δ;冬至與夏至日,太陽(yáng)在天頂,則h=δ,h=90°太陽(yáng)輻射基本知識(shí)014.太陽(yáng)方位角（α）α是太陽(yáng)光線在水平面上的投影和當(dāng)?shù)刈游缇€正南方的夾角，正南方位時(shí)α等于0,正南以西時(shí)α大于0;正南以東時(shí)α小于0,變化范圍為±180°。5.日照時(shí)間（TT）太陽(yáng)在地平面日出、日落瞬間,太陽(yáng)高度角為0,不考慮地表曲率和大氣折射影響,日出日落時(shí)角表達(dá)式如右：太陽(yáng)與地球ω1(<0)為日出時(shí)太陽(yáng)時(shí)角，ω2(>0)為日落時(shí)太陽(yáng)時(shí)角,其中-ω1=ω2，ω=±arccos(-tan?·tanδ),將日出日落時(shí)角表達(dá)式代入可得：太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01太陽(yáng)輻射包括直接輻射和漫射輻射。直接輻射：被地球表面接收到、方向不變的太陽(yáng)輻射。漫射輻射：指經(jīng)大氣吸收、散射或經(jīng)地面反射已改變方向的輻射，包括由太陽(yáng)輻射經(jīng)大氣吸收、散射后間接到達(dá)的天空輻射,以及由地面物體吸收或反射的地面輻射。太陽(yáng)輻射通過大氣層到達(dá)地球表面過程中,不斷地與大氣中的空氣分子、水蒸氣分子、臭氧分子、及塵埃等作用，受到反射、吸收和散射,到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射發(fā)生了顯著的衰減,其光譜分布也發(fā)生了一定的變化。太陽(yáng)輻射中的x射線及其他波長(zhǎng)更短的輻射,在電離層就被氮、氧及其他大氣分子強(qiáng)烈地吸收而不能到達(dá)地面;紫外線被臭氧分子所吸收；可見光由于大氣分子、水蒸氣分子及塵埃和煙霧的強(qiáng)烈散射引起衰減；近紅外主要是水蒸氣分子的選擇性吸收引起衰減。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01波長(zhǎng)超過2.5μm的遠(yuǎn)紅外輻射在大氣層上的邊界處的輻照度已經(jīng)相當(dāng)?shù)?再加上二氧化碳分子和水蒸氣分子的強(qiáng)烈吸收,所以到達(dá)地面上的輻照度是微乎其微了。在地面上利用太陽(yáng)能，考慮波長(zhǎng)在0.28~2.5μm范圍內(nèi)的太陽(yáng)輻射即可。一般而言,太陽(yáng)輻射中約有43%因反射和散射而折回宇宙空間,另有14%被大氣所吸收,只有43%能夠到達(dá)地面。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)輻射能的相關(guān)概念（1）直接輻射:從日面及周圍一小立體角內(nèi)發(fā)出的輻射,直接輻射是由視場(chǎng)角約為5°的儀器測(cè)定的,而日面本身的視場(chǎng)角約為0.5°,它包括日面周圍的部分散射輻射,即環(huán)日輻射。（2）法向直接輻射:與太陽(yáng)光線垂直的平面上接收到的直接輻射。直接輻射與法向直接輻射的數(shù)值相同,區(qū)別在于直接輻射是從太陽(yáng)出射的角度來定義,法向直接輻射則是從地面入射的角度來定義。（3）水平面直接輻射:水平面上接收到的直接輻射。（4）散射輻射:太陽(yáng)輻射被空氣分子、云和空氣中的各種微粒分散成無(wú)方向性的,但不改變其單色組成的輻射。（5）水平面總輻射:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)接收到的直接輻射和散射輻射之和。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)輻射能的相關(guān)概念(6)地外太陽(yáng)輻射：地球大氣層外的太陽(yáng)輻射。(7)輻照度：物體在單位時(shí)間、單位面積上接收到的輻射能，單位為W/m2。(8)

輻照量(曝輻量)：給定時(shí)間段內(nèi)輻照度的積分總量,單位為MJ/m2或kW·h/m2。(9)

法向直接輻照度：與太陽(yáng)光線垂直的平面上的單位時(shí)間、單位面積上接收到的直接輻射能。(10)法向直接輻照量：給定時(shí)間段內(nèi)法向直接輻照度的積分總量。(11)水平面直接輻照度：水平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的直接輻射能。(12)水平面直接輻照量:在給定時(shí)間段內(nèi)水平面直接輻照度的積分總量。(13)水平面散射輻照度:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的散射輻射能。(14)水平面散射輻照量:在給定時(shí)間段內(nèi)水平面散射輻照度的積分總量。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)輻射能的相關(guān)概念(15)水平面總輻照度:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的總輻射能。(16)水平面總輻照量:在給定時(shí)間段內(nèi)水平面總輻照度的積分總量。(17)地外法向太陽(yáng)輻照度：地球大氣層外與太陽(yáng)光線垂直的平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的太陽(yáng)輻射能。(18)地外法向太陽(yáng)輻照量：在給定時(shí)間段內(nèi)地外法向太陽(yáng)輻照度的積分總量。(19)地外水平面太陽(yáng)輻照度：地球大氣層外水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的太陽(yáng)輻射能。(20)地外水平面太陽(yáng)輻照量：在給定時(shí)間段內(nèi)地外水平面太陽(yáng)輻照度的積分總量。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)輻射能的相關(guān)概念(21)日照時(shí)數(shù)H：在一給定時(shí)間,太陽(yáng)直接輻照度達(dá)到或超過120W/m2各段時(shí)間總和。(22)可照時(shí)數(shù)H0：在無(wú)任何遮蔽條件下,太陽(yáng)中心從某地東方地平線到進(jìn)入西方地平線,其光線照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間。H0取決于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥群腿掌?H0的基本計(jì)量時(shí)間段為日、月和年的可照時(shí)數(shù)以日值進(jìn)行累計(jì),單位為小時(shí)(h)。(23)日照百分率：日照時(shí)數(shù)占可照時(shí)數(shù)的百分比,以百分號(hào)(%)表示。(24)太陽(yáng)能資源穩(wěn)定度：太陽(yáng)能資源年內(nèi)變化的狀態(tài)和幅度。用全年中各月平均日輻照量的最小值與最大值的比表示,在實(shí)際大氣中,其數(shù)值在(0,1)區(qū)間變化,越接近1越穩(wěn)定。(25)直射比：水平面直接輻照量在水平面總輻照量中所占的比例，用百分比或小數(shù)表示。在實(shí)際大氣中,其數(shù)值在[0,1)區(qū)間變化,越接近1,水平面直接輻射占比越高。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.太陽(yáng)輻射能的相關(guān)概念(26)太陽(yáng)常數(shù)E0：太陽(yáng)和地球距離變化,在地球大氣層上垂直于太陽(yáng)輻射方向單位面積接收到的功率在1328~1418W/m2之間。定義在平均日地距離處,地球大氣層外垂直于太陽(yáng)輻射方向單位面積上接收到的太陽(yáng)總輻照度為太陽(yáng)常數(shù),其數(shù)值為(1367±7)W/m2。非垂直照射情況下，太陽(yáng)總輻照度為E0·sinh(h為太陽(yáng)高度角)。(27)大氣質(zhì)量AM(airmass)：太陽(yáng)光通過大氣實(shí)際距離與大氣垂直厚度之比。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和溫度0℃時(shí),海平面上太陽(yáng)光垂直入射時(shí)，AM=1,記為AM1.0。在地球大氣層外接收到的太陽(yáng)輻射，稱為大氣質(zhì)量為零（AM0）。大氣質(zhì)量越大，說明光線經(jīng)過大氣層路程越長(zhǎng)，受到衰減越多，達(dá)到地面能量越少。太陽(yáng)輻射式中：θz為太陽(yáng)天頂角

h為太陽(yáng)高度角太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.太陽(yáng)輻射的計(jì)算方法(26)太陽(yáng)常數(shù)E0：太陽(yáng)和地球距離變化,在地球大氣層上垂直于太陽(yáng)輻射方向單位面積接收到的功率在1328~1418W/m2之間。定義在平均日地距離處,地球大氣層外垂直于太陽(yáng)輻射方向單位面積上接收到的太陽(yáng)總輻照度為太陽(yáng)常數(shù),其數(shù)值為(1367±7)W/m2。非垂直照射情況下，太陽(yáng)總輻照度為E0·sinh(h為太陽(yáng)高度角)。(27)大氣質(zhì)量AM(airmass)：太陽(yáng)光通過大氣實(shí)際距離與大氣垂直厚度之比。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和溫度0℃時(shí),海平面上太陽(yáng)光垂直入射時(shí)，AM=1,記為AM1.0。在地球大氣層外接收到的太陽(yáng)輻射，稱為大氣質(zhì)量為零（AM0）。大氣質(zhì)量越大，說明光線經(jīng)過大氣層路程越長(zhǎng)，受到衰減越多，達(dá)到地面能量越少。太陽(yáng)輻射式中：θz為太陽(yáng)天頂角

h為太陽(yáng)高度角太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.輻射量單位及換算太陽(yáng)能輻射量單位有卡(cal)、焦耳(J)、瓦(W)等

1cal=4.1868J=1.16278mW·h

1kW·h=3.6MJ

1kW·h/m2=3.6MJ/m2=0.36kJ/cm2

100mW·h/cm2=85.98cal/cm2

1MJ/m2=23.889cal/cm2=27.8mW·h/cm2全國(guó)光資源分布太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.中國(guó)太陽(yáng)能資源分布中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能中心發(fā)布《2022年中國(guó)風(fēng)能太陽(yáng)能資源年景公報(bào)》顯示如下。2022年，全國(guó)太陽(yáng)能資源為偏大年景，全國(guó)平均年總輻照量較常年偏高。全國(guó)平均年水平面總輻照量為1563.4kW·h/m2，為近30年最高，較近30年平均值偏大45.3kW·h/m2，較近10年平均值偏大54.0kW·h/m2，較2021年偏大70.0kW·h/m2。全國(guó)光資源分布太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.中國(guó)太陽(yáng)能資源分布我國(guó)太陽(yáng)能資源地區(qū)性差異較大呈現(xiàn)西部地區(qū)大于中東部地區(qū)，高原、少雨干燥地區(qū)大，平原、多雨高濕地區(qū)小的特點(diǎn)，全國(guó)2022年水平面總輻照量情況表。全國(guó)光資源分布太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.中國(guó)太陽(yáng)能資源分布全國(guó)光資源分布全國(guó)部分?。▍^(qū)、市）2022年水平面及最佳傾斜面總輻照量（單位kW·h/m2）序號(hào)省份水平面總輻照量最佳傾斜面總輻照量序號(hào)省份水平面總輻照量最佳傾斜面總輻照量1北京1527.61866.417湖北1416.51507.12天津1561.71883.018湖南1388.61461.83河北1537.51857.119廣東1460.61520.24山西1536.01815.520廣西1391.81437.45內(nèi)蒙古1571.62030.321海南1519.51534.26遼寧1422.81757.722重慶1311.01354.87吉林1392.81777.623四川1499.91628.98黑龍江1337.41777.724貴州1289.91333.49上海1448.51561.125云南1515.71643.810江蘇1458.51609.726西藏1819.81930.311浙江1476.51562.527陜西1459.71633.312安徽1502.81636.028甘肅1627.71937.513福建1544.51614.229青海1747.22033.114江西1480.41568.330寧夏1611.01862.815山東1461.41657.231新疆1588.361904.816河南1470.11602.1

固定式光伏發(fā)電可利用的太陽(yáng)能資源是光伏組件按照最佳傾角放置時(shí)能夠接收的太陽(yáng)總輻照量（簡(jiǎn)稱“最佳斜面總輻照量”）。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按80%的總體系統(tǒng)效率計(jì)算固定式光伏電站的首年利用小時(shí)數(shù)。

太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.中國(guó)太陽(yáng)能資源分布全國(guó)光資源分布2022年我國(guó)部分省（區(qū)、市）年水平面總輻照量距平（單位：kW·h/m2）太陽(yáng)輻射基本知識(shí)013.2022年固定式光伏發(fā)電太陽(yáng)能資源全國(guó)平均年最佳斜面總輻照量為1815.8kW·h/m2，較近30年平均值偏大40.8kW·h/m2，較近10年平均值偏大50.8kW·h/m2，較2021年偏大67.1kW·h/m2。全國(guó)固定式光伏電站平均首年利用小時(shí)數(shù)為1453.7h，較近30年平均值偏多32.7h，較近10年平均值偏多40.7h，較2021年偏多53.7h。2022年：最佳斜面總輻照量和光伏發(fā)電首年利用小時(shí)數(shù)西部地區(qū)大于中東部地區(qū)，最佳斜面總輻照量西部較常年偏小、東部偏大。全國(guó)光資源分布太陽(yáng)輻射基本知識(shí)011.地外法向太陽(yáng)輻射（1）地外法向太陽(yáng)輻照度：當(dāng)?shù)厍蚺c太陽(yáng)的距離為日地平均距離時(shí),地外法向太陽(yáng)輻照度即太陽(yáng)常數(shù);其他時(shí)間地外法向太陽(yáng)輻照度需將太陽(yáng)常數(shù)經(jīng)日地距離訂正后得出。EDNI:地外法向太陽(yáng)輻照度（單位W/m2)n積日：日期在一年的序號(hào)E0太陽(yáng)常數(shù)(取1366.1W/m2）指大氣層外日地平均距離處單位時(shí)間內(nèi)通過與太陽(yáng)輻射束垂直的單位平面上的太陽(yáng)輻射通量。（2）地外法向太陽(yáng)輻照量：一段時(shí)間的地外法向太陽(yáng)輻照量(EDNR)是將地外法向太陽(yáng)輻照度(EDNI)乘以時(shí)間,單位為W·h/m2或J/m2。太陽(yáng)輻射計(jì)算方法太陽(yáng)輻射基本知識(shí)012.地外水平面太陽(yáng)輻射（1）瞬時(shí)地外水平面太陽(yáng)輻照度EHI(單位為MJ/m2)（2）小時(shí)地外水平面太陽(yáng)輻照量EHRh(單位為MJ/m2)式中ω1、ω2為所計(jì)算時(shí)間段的起、止時(shí)角，ω1<ω2，單位為°(3)日地外水平面太陽(yáng)輻照量EHRd(單位為MJ/m2)（月地外水平面太陽(yáng)輻照量可將當(dāng)月逐日輻照量累計(jì)求和得到,亦可以近似采用當(dāng)月代表日的日輻照量乘以當(dāng)月日數(shù)）式中ωs為日落時(shí)刻的時(shí)角,單位為°太陽(yáng)輻射計(jì)算方法太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01對(duì)大氣上界,太陽(yáng)輻射計(jì)算式如右：式中T為一天的周期,等于86400s太陽(yáng)輻射計(jì)算方法3.太陽(yáng)直接輻射日總量(1)從日面及其周圍一小立體角內(nèi)發(fā)出的太陽(yáng)輻射（ω1、ω2，日出、日落的時(shí)角;a大氣透明系數(shù),a等于透過一個(gè)大氣質(zhì)量數(shù)(AM=1)后的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(E1)與透過前的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(E0)之比,a=E1/E0。(2)日天文總輻射量計(jì)算式如右：Qn日天文總輻射量,MJ/m2·d；T時(shí)間周期,24×60min/d；I0太陽(yáng)常數(shù),數(shù)值為0.082MJ/m2·min；ρ日地距離系數(shù)；?地理緯度，rad；δ太陽(yáng)赤緯角，rad；ω0日出、日落時(shí)角，rad。太陽(yáng)輻射基本知識(shí)01太陽(yáng)輻射計(jì)算方法4.光伏組件上的太陽(yáng)總輻射HtHt直接輻射、散射輻射、地面反射輻射三者之和。Hbt傾斜面上的太陽(yáng)直接輻射量

Hdt傾斜面上的太陽(yáng)散射輻射量

Hrt傾斜面上的地面反射輻射量Rb傾斜面與水平面上直接輻射量比值

hs水平面上的日落時(shí)角

h′s傾斜面上的日落時(shí)角Hb氣象站數(shù)據(jù),水平面上直接輻射量

Hd氣象站數(shù)據(jù),水平面上散射輻射量

H0大氣層外水平面上太陽(yáng)輻射量R地面反射率

?地理緯度

s光伏組件安裝傾角

δ太陽(yáng)赤緯角地面反射率R光伏發(fā)電原理Part.02光伏發(fā)電原理02PNIph上電極下電極光生電動(dòng)勢(shì)U以硅基電池為例：當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg時(shí)，價(jià)帶頂?shù)碾娮榆S遷到導(dǎo)帶底，在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子向N型區(qū)域遷移，空穴向P型區(qū)域遷移，實(shí)現(xiàn)電子空穴的分離，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。條件一：光的照射,可以是單色光、太陽(yáng)光或模擬太陽(yáng)光。條件二：激發(fā)電子空穴對(duì),電子空穴有足夠長(zhǎng)的壽命,分離前不會(huì)復(fù)合。條件三：有一個(gè)靜電場(chǎng),電子空穴在靜電場(chǎng)的作用下分離。條件四：被分離的電子空穴由電極收集,輸出到電池外部形成電流。光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的形成PN結(jié)：是指在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)。PN結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。硅基光伏電池的的核心是一個(gè)PN結(jié)。光伏發(fā)電原理02多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動(dòng)畫形成空間電荷區(qū)PN結(jié)的形成光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的形成因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱阻擋層或耗盡層。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)（a）獨(dú)立的p型和n型半導(dǎo)體材料（b）熱平衡的p-n結(jié)電子從勢(shì)能低的n區(qū)向勢(shì)能高的p區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須克服這一勢(shì)能“高坡”，才能到達(dá)p區(qū)；同理，空穴也必須克服這一勢(shì)能“高坡”，才能從p區(qū)到達(dá)n區(qū)，這一勢(shì)能“高坡”通常稱為p-n結(jié)的勢(shì)壘，故空間電荷區(qū)也稱勢(shì)壘區(qū)。光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)平衡p-n結(jié)的空間電荷區(qū)兩端的電勢(shì)差稱為p-n結(jié)的接觸電勢(shì)差或內(nèi)建電勢(shì)差VD，VD與p-n結(jié)兩邊的摻雜濃度、溫度、材料的禁帶寬度有關(guān)（在一定溫度下，PN結(jié)兩邊的摻雜濃度越高、VD越大，禁帶寬度越大、VD越大）相應(yīng)的電子電勢(shì)能之差即能帶的彎曲量qVD稱為p-n結(jié)的勢(shì)壘高度。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－光伏發(fā)電原理02光生伏特效應(yīng)太陽(yáng)光的照射會(huì)打破PN結(jié)的熱平衡狀態(tài),能量大于半導(dǎo)體Eg的光子發(fā)生本征吸收,在PN結(jié)的兩邊產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度一般變化很小,而少數(shù)載流子濃度卻變化很大，因此主要分析光生少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)。1—低于禁帶寬度的光子沒有被吸收2—晶格熱化損失3—結(jié)損失4—接觸損失5—復(fù)合損失光伏發(fā)電原理02光生伏特效應(yīng)光生電子空穴在內(nèi)建電場(chǎng)作用下分離，p區(qū)電子穿過p-n結(jié)進(jìn)入n區(qū)，n區(qū)空穴進(jìn)入p區(qū)；使p端電勢(shì)升高，n端電勢(shì)降低，在p-n結(jié)兩端形成了光生電動(dòng)勢(shì)，即光生伏特效應(yīng)。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電原理02光生伏特效應(yīng)光生載流子各自向相反方向運(yùn)動(dòng)，在p-n結(jié)內(nèi)部形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流。光生電動(dòng)勢(shì)的電場(chǎng)方向從p型指向n型，與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反，如同在p-n結(jié)上加正向偏壓，使內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度減小，勢(shì)壘高度降低，引起n區(qū)電子和p區(qū)空穴向?qū)Ψ阶⑷?，形成從p型到n型的正向電流。正向電流與光生電流方向相反，會(huì)抵消p-n結(jié)產(chǎn)生的光生電流，使提供給外電路的電流減?。ㄊ枪夥姵夭焕蛩?，又把正向電流稱為暗電流）。p-n結(jié)開路時(shí)，光生電流和正向電流相等，p-n結(jié)兩端建立穩(wěn)定的電勢(shì)差Uoc。p-n與外電路接通，在光照作用下，源源不斷的電流通過電路，即光生伏特效應(yīng)。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成Part.03光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

根據(jù)是否與國(guó)家電網(wǎng)相連，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)位置，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為用戶側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。按裝機(jī)容量劃分，光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為小、中、大三種系統(tǒng):

小型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量小于或等于1MWp;

中型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于1MWp和小于或等于30MWp;

大型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于30MWp。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指沒有與國(guó)家電網(wǎng)相連的系統(tǒng),可分為直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和交流光伏發(fā)電系統(tǒng)以及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可分為無(wú)蓄電池和有蓄電池的光伏發(fā)電系統(tǒng)。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。無(wú)蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)

有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。上圖顯示的為交流與直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)，若圖中無(wú)直流負(fù)載則為交流光伏發(fā)電系統(tǒng)。交流與直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)、交流光伏發(fā)電系統(tǒng)較之直流光伏發(fā)電系統(tǒng)多了離網(wǎng)逆變器,逆變器是把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03光伏組件：將光能直接轉(zhuǎn)換成電能蓄電池：存儲(chǔ)光伏組件產(chǎn)生的電能，供負(fù)載使用充放電控制器：控制蓄電池充放電離網(wǎng)逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成為交流電,供交流負(fù)載使用01030402離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能光伏組件(光伏陣列)：是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分。其作用是將太陽(yáng)光的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能,并送往蓄電池中存儲(chǔ)起來,也可以直接用于推動(dòng)負(fù)載工作。當(dāng)發(fā)電容量較大時(shí),就需要用多塊光伏組件串、并聯(lián)后構(gòu)成光伏方陣或光伏陣列。目前應(yīng)用的光伏組件主要是晶硅組件,晶硅組件分為單晶、多晶、非晶硅光伏組件等幾種。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能蓄電池：存儲(chǔ)光伏組件發(fā)出的電能,并隨時(shí)向負(fù)載供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)蓄電池的基本要求是:自放電率低、使用壽命長(zhǎng)、充電效率高、深放電能力強(qiáng)、工作溫度范圍寬、少維護(hù)或免維護(hù)以及價(jià)格低廉。當(dāng)需要大容量電能存儲(chǔ)時(shí),就需要將多節(jié)蓄電池串、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。鉛酸蓄電池光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能充放電控制器：控制整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)。其功能主要有:防止蓄電池過充電與過放電、系統(tǒng)短路保護(hù)、系統(tǒng)極性反接保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。控制器具有光控、時(shí)控等工作模式,以及充電狀態(tài)、蓄電池電量等各種工作狀態(tài)的顯示功能。光伏控制器一般分為小功率、中功率、大功率和風(fēng)光互補(bǔ)控制器等。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能逆變器：逆變器是把光伏組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應(yīng)給電網(wǎng)或者交流負(fù)載。逆變器按運(yùn)行方式可分為離網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器。

離網(wǎng)逆變器用于離網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng),為獨(dú)立負(fù)載供電；對(duì)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可配置控制-逆變一體機(jī);并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)?？刂颇孀円惑w機(jī)離網(wǎng)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：將光伏組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式（＞6MW）、分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。集中式并網(wǎng)光伏電站主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng),由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電