太陽能發(fā)電

前言

自《中華人民共和國可再生能源法》頒布實施以來，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等在內(nèi)的可再生能源利用事業(yè)進(jìn)入了新的歷史發(fā)展時期?！吨腥A人民共和國可再生能源法》中明確規(guī)定：“國家扶持在電網(wǎng)未覆蓋的地區(qū)建設(shè)可再生能源獨(dú)立電力系統(tǒng)，為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和生活提供電力服務(wù)?！钡?，這為我國可再生能源利用事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。太陽能光伏技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，是太陽能利用的一種重要形式，受到了世界各國的高度重視。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有可能是最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。與化石能源和核能發(fā)電技術(shù)相比，同時也與風(fēng)能和生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)不同，光伏發(fā)電具有一系列特有的優(yōu)勢，如：光伏發(fā)電屬于固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)電，沒有中間過程（如熱能機(jī)械能、機(jī)械能電磁能轉(zhuǎn)換等），發(fā)電形式極為簡潔；太陽能輻射取之不盡，用之不竭；沒有資源短缺和耗盡問題：主要所用的硅材料儲量豐富，為地殼上除氧之外的豐度排列第二，達(dá)到26%之多；光伏發(fā)電沒有燃燒過程，不排放溫室氣體、廢氣和廢水，環(huán)境友好；沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，不存在機(jī)械磨損，無噪聲；發(fā)電不用冷卻水，能夠在無水的荒漠地帶安裝；在城市可以安裝到屋頂和墻面，不單獨(dú)占地；模塊化結(jié)構(gòu)，規(guī)模大小隨意；使用壽命長（可達(dá)25年以上），一次投資多年受益；維護(hù)管理簡單，可實現(xiàn)無人值守，維護(hù)成本極低。由于光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，國際上將其作為未來能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)來大力發(fā)展。中國政府高度重視光伏發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在過去的幾十年中先后通過國家科技攻關(guān)計劃、國家863、973計劃、科技支撐計劃、后續(xù)能源專項等對光伏發(fā)電從基礎(chǔ)與前沿，到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，從光伏器件到系統(tǒng)進(jìn)行了全方位的支持，已經(jīng)在太陽電池的研究開發(fā)、系統(tǒng)部件和應(yīng)用技術(shù)方面取得了可喜的成就，很多項目成果突破并掌握了核心技術(shù)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。在科技進(jìn)步和國際市場的帶動下，中國的光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，連續(xù)5年年增長率超過200%，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界太陽電池的第一大生產(chǎn)國。按目前的發(fā)展趨勢，煤、石油和天然氣等化石能源包括核電站所用鈾材料在100～200年終將消耗殆盡。根據(jù)國際權(quán)威部門預(yù)測，2030年光伏發(fā)電將占到世界能源供給的10%左右，2050年以后逐步成為最主要能源形式之一。人類利用“昨日陽光”化石能源已經(jīng)創(chuàng)造了燦爛的現(xiàn)代文明，毫無疑問，也將通過光伏發(fā)電技術(shù)直接利用“今日陽光”，譜寫人類可持續(xù)發(fā)展的更加輝煌的樂章。太陽能光伏發(fā)電是一個嶄新的能源技術(shù)，在我國發(fā)展時間不長，尤其是可再生能源離網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電，從設(shè)計人員到實際操作人員，都有許多亟需解決的實用技術(shù)問題。出于這一目的，我們組織有關(guān)專家編寫了《太陽能發(fā)電》。本書以問答的方式，把太陽能離網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中出現(xiàn)的各種問題給予分門別類深入淺出的解答。本書理論聯(lián)系實際，特別說明的是書中問題的提出和解答，大部分源于實踐第一線，有很強(qiáng)的實用性。

內(nèi)容概要

本書以問答的方式介紹了離網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)的基本原理，場地評價，太陽電池、組件、陣列，儲能裝置，充電控制，逆變器，離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)集成設(shè)計及負(fù)載評估，局部電網(wǎng)，離網(wǎng)可再生能源互補(bǔ)系統(tǒng)以及運(yùn)行管理、系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)等讀者迫切需要了解的知識。     本書可供可再生能源離網(wǎng)發(fā)電項目的工程技術(shù)人員、管理人員和大專院校相關(guān)專業(yè)的師生閱讀參考。

書籍目錄

第一章　太陽能和太陽能資源　1.什么是太陽能？　2.太陽能有哪些主要特點(diǎn)？　3.什么是太陽輻射？　4.太陽輻射如何計量？　5.太陽輻射的影響因素有哪些？　6.太陽輻射的基本定律？　7.太陽能資源數(shù)據(jù)有哪些？　8.如何進(jìn)行太陽能資源數(shù)據(jù)有效性的評估？　9.中國國家氣象局太陽輻射觀測系統(tǒng)概況？　10.我國的太陽能資源如何？是呈怎樣分布的？　11.全球氣候變化對太陽能資源變化有什么影響？　12.太陽能資源的評估對離網(wǎng)光伏系統(tǒng)建設(shè)有何重要意義？第二章　光伏發(fā)電基本原理　13.什么是太陽能光伏發(fā)電？　14.光伏發(fā)電的基本原理是什么？　15.光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成是怎樣的？　16.光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？　17.光伏發(fā)電有哪些具體應(yīng)用？第三章　太陽能發(fā)電場地評價　18.什么叫做方位角？方位角如何確定？　19.什么叫做高度角？高度角是如何確定的？　20.什么是傾角？什么是最佳傾角？最佳傾角怎么計算？　21.什么是跟蹤系統(tǒng)？　22.什么是緯度？緯度同太陽電池板安裝傾角的關(guān)系是怎樣的？　23.陰影遮擋對太陽電池發(fā)電效率會產(chǎn)生怎樣的影響？　24.在光伏系統(tǒng)選址時如何考慮消除陰影影響？　25.如何對場地進(jìn)行一般性評估？第四章　太陽電池、組件、陣列　26.什么叫做“光生伏打效應(yīng)”？　27.太陽電池的分類是怎樣的？　28.晶體硅太陽電池光伏發(fā)電能量回收情況？　29.制造光伏電池對環(huán)境有不利影響嗎？　30.晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？　31.太陽電池與光伏組件、光伏陣列的關(guān)系是怎樣的？　32.光伏組件的構(gòu)成是怎樣的？　33.簡單的光伏電路是什么樣的？　34.太陽電池組件是如何串聯(lián)、并聯(lián)的？　35.什么是太陽電池組件的I-U曲線？　36.怎樣看懂太陽電池組件I-U曲線？　37.什么是太陽電池組件的填充因子？　38.影響太陽電池組件輸出特性的因素有哪些？　39.電性能不完全一樣的組件可以串、并聯(lián)組成方陣嗎？　40.阻塞二極管、旁路二極管、隔離二極管在太陽電池方陣中所起的作用相同嗎？　41.太陽電池方陣的安裝方式有哪些？第五章　儲能裝置　42.為什么離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)需要蓄電池？　43.蓄電池對離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要意義？　44.在光伏或風(fēng)/光互補(bǔ)系統(tǒng)中儲能蓄電池的工作特點(diǎn)？　45.常見的蓄電池有哪些種類？　46.鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？　47.鉛酸蓄電池的基本工作原理是什么？　48.什么是閥控式密封鉛酸蓄電池？其結(jié)構(gòu)和工作原理？　49.蓄電池的命名方法、型號組成及其代表意義？　50.蓄電池的常用術(shù)語有哪些？　51.蓄電池容量的影響因素有哪些？　52.什么是蓄電池壽命？　53.影響蓄電池壽命的因素有哪些？　54.什么是蓄電池輸出效率？　55.離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池有哪些要求？　56.什么是系統(tǒng)自主天數(shù)？　57.什么是放電深度？　58.不同的放電深度對蓄電池壽命有何不同影響？　59.什么是系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率？　60.什么是電力傳輸損失？　……第六章　充電控制器第七章　逆變器第八章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)集成設(shè)計及負(fù)載評估第九章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)局部電網(wǎng)和控制室第十章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝和驗收第十一章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行管理第十二章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)第十三章　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析第十四章　國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀參考文獻(xiàn)主題詞索引

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 太陽能和太陽能資源1.什么是太陽能？ 太陽能是指太陽所負(fù)載的能量。太陽是一個巨大的熾熱氣體球，其內(nèi)部不斷進(jìn)行著熱核反應(yīng)，因而釋放巨大的能量。太陽的直徑約為l39萬公里，為地球直徑的109.3倍。太陽的體積約1.4122×107km3，為地球體積的130萬倍。太陽與地球的平均距離約1.5億公里。太陽每秒鐘釋放出的能量是3.865×1026J，相當(dāng)于每秒鐘燃燒1.32×1016t標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的能量。太陽發(fā)出的能量大約只有二十二億分之一到達(dá)地球大氣層，大約為173×1012kW。其中被大氣吸收大約23％；被大氣和塵粒反射回宇宙空間大約30％；穿過大氣到達(dá)地球表面的太陽輻射能約占47％（81×1012 kW）。到達(dá)陸地表面的太陽輻射能大約為l7×1012 kW，只占到達(dá)地球范圍內(nèi)太陽輻射能的10％。17×1012kw的能量相當(dāng)于全球一年內(nèi)消耗總能量的3.5萬倍，由此可見太陽能利用的巨大潛力。 地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來儲存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。

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