太阳能光伏发电应用技术1绪论课件.pptx
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1、太阳能光伏发电应用技术太阳能光伏发电应用技术1绪论绪论2022-4-232 第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 开发利用开发利用太阳能的战略意义太阳能的战略意义1.1.1 化石燃料化石燃料储量正面临逐渐枯竭的储量正面临逐渐枯竭的危机局面危机局面 随着随着世界人口的增长和经济的发展,对于能源供应的需求量日益增加,目前主世界人口的增长和经济的发展,对于能源供应的需求量日益增加,目前主要是靠化石燃料来提供。要是靠化石燃料来提供。 然而然而,化石燃料的储量是有限的,全球石油可开采约,化石燃料的储量是有限的,全球石油可开采约45年,天然气大约年,天然气大约61年,年,煤炭可开采约煤炭可开采约230年,
2、铀大约年,铀大约71年。如果再考虑到现在世界石油消费量大约每年增年。如果再考虑到现在世界石油消费量大约每年增长长2%,这样每隔,这样每隔35年,消费量将增加一倍。年,消费量将增加一倍。 目前目前1/5的人口消费世界上的人口消费世界上75%的能源,发达国家人均石油消费量是最贫穷的的能源,发达国家人均石油消费量是最贫穷的全球一半人口消费量的全球一半人口消费量的15倍。倍。 据据世界卫生组织估计,到世界卫生组织估计,到2060年全球人口将达年全球人口将达100110亿。如果到时所有人的亿。如果到时所有人的矿物和能源消费量都达到今天发达国家的人均消费水平,则地球上矿物和能源消费量都达到今天发达国家的人
3、均消费水平,则地球上35种矿物中将种矿物中将有有1/3在在40年内消耗殆尽,包括所有的石油、天然气、煤炭(假设为年内消耗殆尽,包括所有的石油、天然气、煤炭(假设为2万亿吨)和铀。万亿吨)和铀。2022-4-2331.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面局面化石燃料生产化石燃料生产(消耗消耗)的峰值存在一个高峰,的峰值存在一个高峰, 高峰在什么时间?高峰在什么时间? 离现在还有多远?离现在还有多远? 留给可再生能源技术发展的时间足够吗?!留给可再生能源技术发展的时间足够吗?!2022-4-2341.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临
4、逐渐枯竭的危机局面局面 日本的预测 自天然气以下为化石燃料化石燃料生产峰值在20202030之间2022-4-2351.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面局面世界油气资源的开采峰值对化石燃料开采峰值有决定性影响,因此我们再观察几个世界油气资源的开采峰值对化石燃料开采峰值有决定性影响,因此我们再观察几个对油气资源开采峰值的预测。对油气资源开采峰值的预测。 2002 2002 , Association for Study of Peak Oil (ASPO): Association for Study of Peak Oil (ASPO): 峰值位于峰
5、值位于 20102010年年2022-4-236Shell 的预测1.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面局面2022-4-2371.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面局面2001, BP,World Energy Forum in Davos : 峰值位于峰值位于2010 ,30-40之后将消耗尽;之后将消耗尽; 2000,World Resources Institute in Washington: 峰值峰值位于位于 2019. 综合以上多种预测,化石燃料开采峰值位于本世纪2030年代2022-4-2381
6、.1.1 化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机局面局面我国一次能源的储量均低于世界平均值,我国一次能源的储量均低于世界平均值, 2004年进口石油约年进口石油约1.1亿吨,外汇支出比亿吨,外汇支出比前一年增加了前一年增加了30%40%。 我国能源储量与世界比较2022-4-2391.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 随着全球很多地区气候变暖,自然灾害频繁发生,酸雨范围越来越广,高空臭氧层空洞扩大等现象的出现,使人们逐渐认识到治理大气环境,防止污染已经到了刻不容缓的地步。 现在单是CO2全球每年排放量就超过500亿吨,并且还在不断增加。按人口平均计算,美国每年的
7、CO2排放量为20吨/人年,德国为12.3吨/人年,日本为8.7吨/人年。 “京都议定书”对于工业化国家规定了减少温室气体排放量的指标。 我国能源消费只占世界的8%9%,人均排放量也不算高,但是人口众多,能源利用率不高,能源消费以燃煤为主,而且煤炭所含的硫等有害成分很高。 我国SO2排放量占世界的15.1%,为世界第一;C O2排放量占世界的13.6%,列世界第二。因煤炭燃烧而排放的 SO2、CO2、NOx和烟尘分别占全国相应排放量的87%、71%、67%和60% ,所以备受世界关注。 我国必须作出巨大努力,来改变这种状态。2022-4-23101.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视202
8、2-4-23111.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视2003年全球一次能源消耗结构比例世界中国煤炭 % 24.71 74.0 石油 % 38.47 15.2 天然气 % 23.72 2.7 核能 % 6.59 0.4 水电 % 6.51 7.7 2022-4-23121.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 太阳能是取之不尽的清洁无公害新能源。 安装1KW太阳能光伏发电系统,每年可以减少CO2排放量6002300 kg、NOx排放量16 kg、SOx排放量9 kg和微粒0.6 kg。 在我国太阳能每发1度电,扣除在生产太阳电池及设备的过程中所消耗的电力,可至少相当于减少CO2排放量1.
9、14kg。 2022-4-23131.1.3 常规电网的局限性 截止到2009年:全球还有将近13亿人口没有用上电,约占全球人口的20%,主要分布在非洲和亚洲的发展中国家。我国800万人口没有电力供应。其中相当大部分处在经济不发达的边远地区,由于居住分散,很难用常规电网解决用电问题,没有电力供应严重制约了当地经济的发展。 作为不受区域限制的太阳能,是个理想的补充能源,光伏发电在这些地区大有用武之地,存在着巨大的潜在市场。 2022-4-23141.2 太阳能发电的特点1.2.1 太阳能发电的优点 太阳能取之不尽,用之不竭,照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大6000倍。只要在美国阳光丰富的
10、西南部沙漠地区,建立一个面积为100哩100哩的巨型光伏电站,所发的电力可以满足全美国的用电需要。太阳能发电安全可靠,不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。 太阳能随处可得,可就近供电,不必长距离输送,避免了输电线路等损失。 太阳能不用燃料,运行成本很低。 太阳能发电没有运动部件,不易损坏,维护简单,特别适合于无人值守情况下使用。 太阳能发电不产生任何废弃物,没有污染,无噪声等公害,对环境无不良影响,是理想的清洁能源。 太阳能发电系统建设周期短,方便灵活。而且可以根据负荷的增减,任意添加或减少太阳电池容量,避免了浪费。2022-4-23151.2.2 太阳能发电的缺点 地面应用时有间歇性和随
11、机性,发电量与气候条件有关,在晚上或阴雨天就不能或很少发电。 能量密度较低,标准条件下,地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/m2。大规模使用时,需要占有较大面积。 目前价格仍较贵,为常规发电的25倍。初始投资高。2022-4-23161.2.3 太阳能发电的类型 太阳能光发电(光伏,PV,Photovoltaics) 太阳能热发电(CSP,concentrating solar power) 大致可分为 槽式太阳能热发电 塔式太阳能热发电 碟式太阳能热发电2022-4-2317 槽式太阳能热发电2022-4-2318 槽式太阳能热发电原理图2022-4-2319 塔式太阳能热发电2022-
12、4-2320近代太阳塔热发电2022-4-2321太阳塔热发电原理2022-4-2322 碟式太阳能热发电2022-4-23231.3.1 光伏发展历史 1839年 19岁的法国贝克勒尔做物理实验时,发现在导电液中的两种金属电极用光照射时,电流会加强,从而发现了 “光生伏打效应” 1877年 亚当斯等在硒片上发现固体光伏效应,并制成了第一个硒光电池 1883年 美国发明家弗里兹描述了第一个用硒片制造的太阳电池 1904年 爱因斯坦发表光电效应论文 1916年 密立根提供了光电效应的实验证据 1918年波兰科学家切克劳斯基发展了一种单晶硅生长的方法 1930年 郎格发表了“新的光伏电池” 同年
13、肖特基发表 “新的氧化铜光电池” 1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电介液,在阳光下带动电动机 1932年 奥杜博特等制成第一块”硫化镉”太阳电池 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应 1954年5月美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松宣布仅仅几个月后原来效率为4.5%的硅太阳电池已上升到6%,这是世界上第一个实用的太阳电池2022-4-23241.3.1 光伏发展历史2022-4-23251.3.1 光伏发展历史 美国贝尔实验室制成的第一批太阳电池2022-4-23261.3.1 光伏发展历史 1955年11月霍夫曼电子半导体公司宣布可提供效率为2%的商业光伏产品, 每个电池14mw,价格
14、为$25, 相当于$1785/W 1957年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了8% 1958年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了9% 1958年3月17日 太阳电池首次在空间应用,装备于美国的先锋1号人造卫星,功率为0.1W,面积约100平方厘米。运行了8年 1959年霍夫曼电子公司商业应用的光伏电池效率达到了10% 同年8月7日发射的探险者6号人造卫星配备了1cm2cm的太阳电池9600片 1960年霍夫曼电子公司太阳电池的效率达到了14% 1962年7月23日第一个商业通讯卫星发射,功率为14W 1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达到了13% 1963年 夏普公司生产出了实用的硅光伏组
15、件 同年,日本在灯塔上安装了一套当时世界上最大242W的光伏方阵,容量为242W 1964年发射的大型气象卫星上装备了470 W光伏方阵2022-4-23271.3.1 光伏发展历史 1965年 格拉瑟提出了建造空间太阳能电站的设想 1966年 发射的天文观察卫星装备了1kw光伏方阵 1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达到了 8%1972年法国在尼日尔乡村学校安装了一套硫化镉光伏系统。同年 罗非斯基研制出紫光电池,效率达到了16% 1973年德拉瓦大学建立了世界上第一个光伏与光热混合的户用屋顶系统: “太阳一号” ,实现了并网运行。同年砷化镓太阳电池效率达到15% 1974年日本制定了发展光伏
16、的“阳光计划 ” 同年Tyco实验室应用定边喂膜法制成了宽度为1英寸、 18英寸长的的硅带 同年COMSAT研究所提出无反射绒面电池,硅太阳电池效率达到18% 1976年 多晶硅太阳电池效率达到10% 1976年卡尔松等制成了第一个非晶硅太阳电池,在面积3.5平方厘米上效率为1.1% 19761985年和19921995年美国NASA刘易斯研究中心项目在世界各地安装了83套不同用途的光伏系统,如为疫苗冷藏、房间照明、通讯、水泵和教室的电视等提供电力2022-4-23281.3.1 光伏发展历史 1977年世界光伏产量超过了500KW 1978年NASA在亚利桑那州巴巴哥印第安人保留区安装了3.
17、5KW光伏系统,为水泵和15户居民提供电力,这是世界上第一个乡村光伏系统,1985年通电网后,该系统专为社区水泵供电。同年 美国建成100KW太阳能地面电站 1980年单晶硅太阳电池效率达20%;砷化镓太阳电池效率达到22.5%;多晶硅太阳电池效率达到14.5%;硫化镉太阳电池效率达到 9.15%。同年美国ARCO Solar公司年产量超过1MW 1981年5月在沙特阿拉伯吉达安装了8KW用于海水淡化装置 1982年世界太阳电池产量超过了9.3MW。同年7月在美国达拉斯机场安装了20KW光伏和140KW光热混合系统。同年12月美国安装1MW光伏电站,使用了108个双轴跟踪装置 1983年功率为
18、1KW的太阳能汽车在澳大利亚用不到20天跑完了4000km ,最大时速72km/h ,平均24km/h。同年ARCO Solar公司在美国加州卡利萨平原建成6MW光伏电站,占地120英亩,电力输入太平洋煤气电力公司电网,足够20002500户家庭使用。同年世界光伏产量超过21.3MW ,销售额超过2.5亿美元2022-4-23291.3.1 光伏发展历史 1984年美国萨克拉门托市政公用公司管辖区(SMUD)关闭了核电站后,建成了第一个1MW光伏电站。同年英国BP Solar公司在南安普敦建成了30KW并网光伏系统 1985年澳大利亚新南威尔士大学马丁格林等研制的硅太阳电池,效率超过了20%
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