太陽(yáng)能發(fā)電

前言

自《中華人民共和國(guó)可再生能源法》頒布實(shí)施以來(lái)，包括太陽(yáng)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(shí)期?！吨腥A人民共和國(guó)可再生能源法》中明確規(guī)定：“國(guó)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)?！钡龋@為我國(guó)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(yáng)能光伏技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是太陽(yáng)能利用的一種重要形式，受到了世界各國(guó)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(shí)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(shì)，如：光伏發(fā)電屬于固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)電，沒(méi)有中間過(guò)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(jiǎn)潔；太陽(yáng)能輻射取之不盡，用之不竭；沒(méi)有資源短缺和耗盡問(wèn)題：主要所用的硅材料儲(chǔ)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(méi)有燃燒過(guò)程，不排放溫室氣體、廢氣和廢水，環(huán)境友好；沒(méi)有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，不存在機(jī)械磨損，無(wú)噪聲；發(fā)電不用冷卻水，能夠在無(wú)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(zhǎng)（可達(dá)25年以上），一次投資多年受益；維護(hù)管理簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guó)際上將其作為未來(lái)能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)來(lái)大力發(fā)展。中國(guó)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(guò)去的幾十年中先后通過(guò)國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃、國(guó)家863、973計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃、后續(xù)能源專(zhuān)項(xiàng)等對(duì)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(yáng)電池的研究開(kāi)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(xiàng)目成果突破并掌握了核心技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在科技進(jìn)步和國(guó)際市場(chǎng)的帶動(dòng)下，中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，連續(xù)5年年增長(zhǎng)率超過(guò)200%，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界太陽(yáng)電池的第一大生產(chǎn)國(guó)。按目前的發(fā)展趨勢(shì)，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(guó)際權(quán)威部門(mén)預(yù)測(cè)，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(lèi)利用“昨日陽(yáng)光”化石能源已經(jīng)創(chuàng)造了燦爛的現(xiàn)代文明，毫無(wú)疑問(wèn)，也將通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)直接利用“今日陽(yáng)光”，譜寫(xiě)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的更加輝煌的樂(lè)章。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一個(gè)嶄新的能源技術(shù)，在我國(guó)發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，尤其是可再生能源離網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電，從設(shè)計(jì)人員到實(shí)際操作人員，都有許多亟需解決的實(shí)用技術(shù)問(wèn)題。出于這一目的，我們組織有關(guān)專(zhuān)家編寫(xiě)了《太陽(yáng)能發(fā)電》。本書(shū)以問(wèn)答的方式，把太陽(yáng)能離網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題給予分門(mén)別類(lèi)深入淺出的解答。本書(shū)理論聯(lián)系實(shí)際，特別說(shuō)明的是書(shū)中問(wèn)題的提出和解答，大部分源于實(shí)踐第一線，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

內(nèi)容概要

本書(shū)以問(wèn)答的方式介紹了離網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)的基本原理，場(chǎng)地評(píng)價(jià)，太陽(yáng)電池、組件、陣列，儲(chǔ)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(jì)及負(fù)載評(píng)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(shí)。     本書(shū)可供可再生能源離網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的工程技術(shù)人員、管理人員和大專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生閱讀參考。

書(shū)籍目錄

第一章　太陽(yáng)能和太陽(yáng)能資源　1.什么是太陽(yáng)能？　2.太陽(yáng)能有哪些主要特點(diǎn)？　3.什么是太陽(yáng)輻射？　4.太陽(yáng)輻射如何計(jì)量？　5.太陽(yáng)輻射的影響因素有哪些？　6.太陽(yáng)輻射的基本定律？　7.太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)有哪些？　8.如何進(jìn)行太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)有效性的評(píng)估？　9.中國(guó)國(guó)家氣象局太陽(yáng)輻射觀測(cè)系統(tǒng)概況？　10.我國(guó)的太陽(yáng)能資源如何？是呈怎樣分布的？　11.全球氣候變化對(duì)太陽(yáng)能資源變化有什么影響？　12.太陽(yáng)能資源的評(píng)估對(duì)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(yáng)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(yáng)能發(fā)電場(chǎng)地評(píng)價(jià)　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(jì)算？　21.什么是跟蹤系統(tǒng)？　22.什么是緯度？緯度同太陽(yáng)電池板安裝傾角的關(guān)系是怎樣的？　23.陰影遮擋對(duì)太陽(yáng)電池發(fā)電效率會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？　24.在光伏系統(tǒng)選址時(shí)如何考慮消除陰影影響？　25.如何對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行一般性評(píng)估？第四章　太陽(yáng)電池、組件、陣列　26.什么叫做“光生伏打效應(yīng)”？　27.太陽(yáng)電池的分類(lèi)是怎樣的？　28.晶體硅太陽(yáng)電池光伏發(fā)電能量回收情況？　29.制造光伏電池對(duì)環(huán)境有不利影響嗎？　30.晶體硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？　31.太陽(yáng)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(jiǎn)單的光伏電路是什么樣的？　34.太陽(yáng)電池組件是如何串聯(lián)、并聯(lián)的？　35.什么是太陽(yáng)電池組件的I-U曲線？　36.怎樣看懂太陽(yáng)電池組件I-U曲線？　37.什么是太陽(yáng)電池組件的填充因子？　38.影響太陽(yáng)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(yáng)電池方陣中所起的作用相同嗎？　41.太陽(yáng)電池方陣的安裝方式有哪些？第五章　儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)能蓄電池的工作特點(diǎn)？　45.常見(jiàn)的蓄電池有哪些種類(lèi)？　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(hào)組成及其代表意義？　50.蓄電池的常用術(shù)語(yǔ)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(jì)及負(fù)載評(píng)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(yàn)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(guó)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(yáng)能和太陽(yáng)能資源1.什么是太陽(yáng)能？ 太陽(yáng)能是指太陽(yáng)所負(fù)載的能量。太陽(yáng)是一個(gè)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(yáng)的直徑約為l39萬(wàn)公里，為地球直徑的109.3倍。太陽(yáng)的體積約1.4122×107km3，為地球體積的130萬(wàn)倍。太陽(yáng)與地球的平均距離約1.5億公里。太陽(yáng)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(yáng)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(guò)大氣到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能約占47％（81×1012 kW）。到達(dá)陸地表面的太陽(yáng)輻射能大約為l7×1012 kW，只占到達(dá)地球范圍內(nèi)太陽(yáng)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(wàn)倍，由此可見(jiàn)太陽(yáng)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(lái)源于太陽(yáng)；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)儲(chǔ)存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大。狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)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(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類(lèi)創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類(lèi)進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。

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