第4章 太阳能光伏发电与控制技术优秀课件

第4章 太阳能光伏 发电与控制技术
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本章主要内容
4.1 太阳的辐射及太阳能简介 4.2 太阳能的转换与应用 4.3 太阳能电池与光伏发电原理 4.4 MPPT光伏变换与控制技术 4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略 4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价
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4.3 太阳能电池与光伏 发电原理
4.3.1 太阳能电池
太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池 （片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电 池等种类。单晶和多晶电池用量最大，非晶电 池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
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太阳能电池原理
太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效 应，将太阳辐射直接转换为电能。
跟踪太阳
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2．太阳能的转换
2．太阳能的转换
※ （ 1）太阳能――热能转换 选择合适涂层使其吸收性能好且向外辐射小。
※ （2）太阳能――电能转换 方便能量的利用、传输和分配，太阳能电池效率低(20%)
※ （3）太阳能――氢能转换 通过分解水转换成氢能。
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5. 太阳能晶片受光的物理过程
图4-9 太阳能晶片受光的物理过程
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太阳能电池的分类
1. 单晶硅太阳能电池
效率高（可达20%） 2. 多晶硅太阳能电池
电池含多个不同晶粒组成，效率低（13-15%） 但工艺简单，可大规模生成 3. 非晶硅太阳能电池 主要应用于消费市场，如手表、玩具。效率（5-7）%
※ （1）直接传输（光学原理：反射折射传输） ※ （2）间接传输（转为热能、电能等传输。）
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5. 太阳能的利用
※ （1）太阳辐射的热能利用 ※ （2）太阳能光热利用 ※ （3）太阳能热发电 ※ （4）太阳能综合利用 ※ （5）太阳能光伏发电技术
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2. P型半导体的结构
图4-6 P型半导体
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3. N型半导体的结构
图4-7 N型半导体
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4. 太阳能电池晶片的组成
图4-8 太阳电池晶片
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不同地区太阳平均辐射强度
地区
太阳平均辐射强度
kWh/(m2·d)
W/m2
热带、沙漠
5－6
210－250
温带
3－5
130－210
阳光较少地区（北欧）
2－3
80－130
太阳辐射能量在可见光（0.4-0.76um）、红外线（>0.76um）和紫外线
（<0.4um）分别占50%、43%和7%，即集中于短波波段，因此太阳辐射称
图4-1 太阳的结构
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4.1.2 太阳辐射
地面辐射的时空变化特点是：① 全年以赤道获得的辐射最 多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的 气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；② 太 阳辐射夏天大冬天小，它导致夏季温度高而冬季温度低。
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4.1太阳的辐射及太阳能简介
4.1.1太阳简介
太阳是太阳系的中心 天体，是离地球最近的 一颗恒星，是炽热的气 态球体。
太阳内部持续进行着 氢聚合成氦的核聚变反 应，不断释放巨大的能 量，并以辐射和对流的 方式由核心向表面传递 热量，温度也从中心向 表面逐渐降低。
狭义上讲：太阳能限于太阳辐射
的光热、光电和光化学的直
图4-4 地球上的能流
接转换
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4.2 太阳能的技术应用
1．太阳能采集
※ （1）平板集热器
平板吸热，热损耗大
※ （2）真空管集热器
吸热体封闭在真空管
内，提高热性能
※ （3）聚光集热器
光学原理聚光，需要
机械为工短业波出辐版社射
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地球上的能流
据测算，经过大气层削弱 到达地球的总辐射能高达 173000TW，即每秒钟照射 到地球的能量相当于500万t 煤，地球上的生物依赖这些 能量生存。
广义上讲：地球上的风能、水能、 海洋温差能、生物质能等都 来源于太阳能，即使煤、石 油等化石燃料也可以说是远 古储存的太阳能。
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太阳能的利用
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尚德大型太阳能发电幕墙
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所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后， 其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发 生变化，由此产生出电流和电动势的效应。在 气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半 导体光伏效应的效率最高。
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1. 半导体的内部结构
图4-5 一般的半导体结构
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※ （4）太阳能――生物质能转换 通过光合作用将二氧化碳和水合成有机物。
※ （5）太阳能－－机械能转换
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3．太阳能贮存
※ （1）热能贮热 ※ （2）电能贮存 ※ （3）氢能贮存 ※ （4）机械能贮存
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4．太阳能传输
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