tai yang nengWord格式文档下载.docx
《tai yang nengWord格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《tai yang nengWord格式文档下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
此处温度大约1500万度（K）,压力约为2500亿大气压（1atm=101325Pa）,密度接近158g/cm3。
这部分产生的能量占太阳产生的总能量的99%,并以对流和辐射方式向外辐射。
氢聚合时放出伽玛射线,这种射线通过较冷区域时,消耗能量,增加波长,变成X射线或紫外线及可见光。
（2）辐射区
在核反应区的外面是辐射区,所属范围从0.25～0.8R,温度下降到13万度,密度下降为0.079g/cm3。
在太阳核心产生的能量通过这个区域由辐射传输出去。
（3）对流区
在辐射区的外面是对流区（对流层）,所属范围从0.8～1.0R,温度下降为5000K,密度为10－8g/cm3。
在对流区内,能量主要靠对流传播。
对流区及其里面的部分是看不见的,它们的性质只能靠同观测相符合的理论计算来确定。
（4）太阳大气
大致可以分为光球、色球、日冕等层次,各层次的物理性质有明显区别。
太阳大气的最底层称为光球,太阳的全部光能几乎全从这个层次发出。
太阳的连续光谱基本上就是光球的光谱,太阳光谱内的吸收线基本上也是在这一层内形成的。
光球的厚度约为500km。
色球是太阳大气的中层,是光球向外的延伸,一直可延伸到几千公里的高度。
太阳大气的最外层称为日冕,日冕是极端稀薄的气体壳,可以延伸到几个太阳半径之远。
严格说来,上述太阳大气的分层仅有形式的意义,实际上各层之间并不存在着明显的界限,它们的温度、密度随着高度是连续地改变的。
可见,太阳并不是一个一定温度的黑体,而是许多层不同波长放射、吸收的辐射体。
不过,在描述太阳时,通常将太阳看作温度为6000K、波长为0.3～3.0μm的黑色辐射体。
1-2太阳与地球的位置关系
在设计太阳能电池应用系统时，不可避免的都会涉及到太阳高度角，方位角，日照时间等计算问题，因而必须对地球绕太阳运行的基本规律及其相关的天文背景有一定的了解。
（1）天球与天球坐标系
以观察者为球心，以任意长度（无限长）为半径，其上分布着所有天体的球面叫做天球。
如图所示为天球及天球坐标系。
通过天球的中心（即观察着的眼睛）与铅直线相垂直的平面称为地平面；
地平面将天球分为上下两个半球；
地平面与天球的交线是个大圆，称为地平圈；
通过天球中心的铅直线与天球的交点分别称为天顶和天底。
地球每天绕着它本身的极轴自西向东的自转一周；
反过来说，假定地球不动，那么天球每天绕着它本身的轴线自西向东的自转一周，我们称之为周日运动。
在周日运动过程中，天球上有两个不动点，叫做南天极和北天极，连接两个天极的直线称为天轴；
通过天球的中心（即观察着的眼睛）与天轴相垂直的平面称为天球赤道面；
天球赤道面与天球的交线是个大圆，称为天赤道。
通过天顶和天极的大圆称为子午圈。
可以在上述这些极和圈（面）的基础上定义几种天球坐标系，以便研究天体在天球上的位置和它们的运动规律。
最常用的有地平坐标系和赤道坐标系；
赤道坐标系根据原点的不同又可细分为时角坐标系和赤道坐标系。
下面就着重介绍与设计太阳能电池应用系统有关的地平坐标系和赤道坐标系。
（1）地平坐标系
以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点的坐标系叫做地平坐标系，如图所示。
通过天顶和太阳（或任一天体）X作一个大圆，叫做地平经圈；
地经圈交地平圈于M点；
从原点S沿地平圈顺时针方向计量，弧SM为地平经度，或方位角A；
弧ZX称为天顶距，自Z起计量，用Z表示。
显然Z=90-h。
由于天体有周日运动，所以天体的地平坐标随着时间在不断变化着。
此外，天体的地平坐标还和观测者在地面的位置有一定的关系，即地平坐标随观测地点而异。
（2）时角坐标系
以天赤道为基本圈，北天极为基本点，天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系叫做时角坐标系或第一赤道坐标系，如图所示。
通过北天极和太阳（或任一天体）X做
一大圆，叫作时圈；
时圈交天赤道于T点；
从原点Q沿天赤道顺时针方向计量，弧QT为时角t,t以度、分、秒为单位来表示，也可以时、分、秒表示；
弧XT叫作纬度
g，g以度、分、秒表示；
从天赤道算起，向上为正，向下为负。
当天体做周日运动时，天体的赤纬不随周日运动而变化，但天体的时角却从0均匀的增加到360。
此外，在同一瞬间，在地理经度不同的观察地点观测同一天体的时角是不同的，即同一天体的时角随观测地点而异。
1—3地球绕太阳的运动规律
众所周知，地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴”的自转一周。
每转一周为一昼夜，一昼夜又分为24h，所以地球每小时自传15.。
地球出了自传之外，还绕太阳循着偏心率很小的椭圆轨道（黄道）上运行，称为“公转”，其周期为一年。
地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）的法线倾斜成23。
27~的夹角，而且地球公转时其自转轴的方向始终不变，总是指向天球的北极。
因此，地球处于运行轨道的不同位置时，阳光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的变化。
如图a所示表示太阳运行的四个典型季节日的地球公转的行程图，
图b表示对应于上述四个典型季节日地球受到太阳照射的情况。
假设观察着位于地球北半球中纬度地区，我们可以对太阳在天球上的周年视运动情况作如下描述。
每年的春分日（3月21日），太阳从赤道以南到达赤道（太阳的赤纬为零度），地球北半球的天文春季开始。
在周日视运动中，太阳出于正东而没于正西，白昼和黑夜一样长。
太阳在正午的高度等于90.-⊙（为观察者当地的地理纬度）。
春分过后，太阳的升落点逐日移向北方，白昼时间增长，黑夜时间缩短，正午时太阳的高度逐日增加。
夏至日（6月22日），太阳正午高度达到最大值90.-⊙+23。
27~，白昼最长，这时地球北半球天文夏季开始。
夏至过后，太阳高度逐日降低，同时白昼缩短，太阳的升落又趋向正东和正西。
秋分日（9月23日），太阳又从赤道以北到达赤道（太阳的赤纬为零度），，地球北半球的天文秋季开始。
在周日视运动中，太阳又出于正东而没于正西。
，白昼和黑夜一样长。
春分过后，太阳的升落点逐日移向南方，白昼时间缩短，黑夜时间增长，正午时太阳的高度逐日降低。
冬至日（12月22日），太阳正午高度达到最大值90.-⊙-23。
27~，黑夜最长，这时地球北半球天文冬季开始。
冬至过后，太阳高度逐日升高，同时白昼增长，太阳的升落又趋向正东和正西，直到春分日（3月21日）太阳从赤道以南到达赤道。
1-5太阳常数和太阳光谱
1）太阳常数
我们已经知道，地球除自转外并以椭圆形轨道绕太阳运行，也就是说，太阳与地球之间的距离不是一个常数。
这就意味着，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同。
实际上，由于日地之间距离很大，其相对变化量是很小的，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过+-3.4%。
这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。
因此人们使用“太阳常数”来描述大气层太阳辐射强度。
太阳常数Isc的定义为：
在平均日地距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面的单位面积上单位时间内所接收到的太阳辐射能。
其参考值为Isc=（1367+—7）W/m2.
由上述定义知道，Isc是平均日地距离时的太阳辐射强度。
若设大气层上界某一任意时刻的太阳辐射强度Io,则
Io=Isc[1+0.034cos]=Isc·
r
式中n---距离1月1日的天数；
r---日地间距引起的修正值。
2）太阳光谱
太阳发射的电磁辐射在大气顶上随波长的分布叫做太阳光谱。
到达地面的太阳辐射光谱分布是地外太阳光谱和大气成分的函数，它对于地面太阳电池系统应用及其他一些应用是十分重要的。
1-3
前言：
太阳能概述
太阳能是“取之不竭，用之不尽”的清洁、可再生能源，在很长一段时间内，太阳能由于受到科学技术的发展限制，没有得到很好的利用。
光伏技术最先应用于太空，为卫星提供电力。
目前，随着能源危机和矿物质燃料对环境的污染日益严重，太阳能已经逐渐被世界各国所重视，并采取各种科技手段加以利用，主要的利用方式有两种：
Ø
通过太阳能电池将太阳能转化为电能用于发电，即光伏发电，如太阳能照明、太阳能电站等；
通过集热器把太阳能转换为热能，如太阳能热水器、太阳灶等；
其中，太阳能光伏是利用太阳能最重要的途径之一，也是本文主要关注和研究的对象。
第一章太阳能光伏发电概述
1、太阳能光伏发电的原理
太阳能照明是通过太阳能电池板把太阳能转化为电能，通过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电，充电到一定程度时，控制器内的自保系统动作，切断充电电源。
晚间，太阳能电池板充当了光电控制器，启动控制器，蓄电池给灯具供电，点燃照明灯；
凌晨，太阳能电池板又充当了光电控制器，启动控制器，切断照明灯电源，重新开始进行转化太阳能为电能的工作。
2、太阳能光伏发电系统的组成
太阳能照明由太阳能电池板、蓄电池、太阳能灯专用控制器、发光体照明负载及灯杆等组成。
如灯具采用交流电源时，需增加逆变器。
太阳能直流供电方式系统框图如下：
太阳能电池板的功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。
太阳能电池板输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：
欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5,电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。
这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多。
而且，电池板的转换效率与其朝向和安装角度有关，北方地区朝向正南和倾斜角度为45度左右时比较好。
也就是说，太阳能电池的输出功率是随机的。
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统或与其他电源配合使用才能保证稳定工作。
蓄电池
蓄电池主要有铅酸蓄电池、Ni-Cd（镍-镉）蓄电池、Ni-H（镍-氢）蓄电池、锂电池等，目前我国室外照明大量使用全封闭、免维护的铅酸蓄电池。
而蓄电池的容量一般是照明日耗电量的4-5倍，即，保持在连续阴雨4-5天的情况下能保持正常的供电，保证灯具的正常照明。
控制器
太阳能照明系统中控制器的作用是控制太阳能照明系统的工作状态，如照明灯的光控或设置开关、调光、雷电保护、电路短路保护，对蓄电池进行过充电保护、反充电保护、过放电保护、温度补偿等。
逆变器
逆变器是将蓄电池输入的直流电变成交流电的装置，仅在照明负载为交流负载时使用。
逆变器一般也具有保护功能。
照明负载
照明负载主要有LED发光二极管、三基色高效节能灯、低压钠灯、无极灯等。
LED寿命长，可调色、直流控制，但价格昂贵，而且功率低。
节能灯功率可提高，价格便宜。
其中高效节能灯是太阳能照明系统的主要光源。
为了使能源收集和转换最大化，需要将单个电池连接起来，组装在一个组件内。
这些组件成为光伏系统的基本构件，进而相互连接在一起，生成可用的电力。
在某些情况下，还会使用逆变器将高压直流电转换成低压交流电。
光伏技术的类型
光伏技术本质上分为两类：
晶体光伏与薄膜光伏。
晶体光伏技术又可细分为两类：
∙单晶电池——使用从圆柱形单晶硅上切割下来的单晶制成。
单晶电池的转换率最高（入射光转换率约为18%），但其复杂的制造工艺导致产品的价格略贵。
∙多晶电池——使用从熔化及再结晶硅的晶锭上切割下来的微细晶片制成。
多晶电池的生产成本较低，但其效率略为逊色（入射光转换率约为14%）。
薄膜光伏材料是通过将一层超薄光伏材料沉积在基片上制成的。
最常见的薄膜光伏材料是使用a-Si（非晶硅）制成，但也可以使用多种其它材料，例如CIGS（铜铟/二硒化镓）、CIS（硒化铟铜）、CdTe（碲化镉）、染料敏化等电池以及有机太阳能电池。
。
光伏系统有两种基本运作模式。
并网光伏系统
国际上90%的太阳能发电项目采用此种系统。
这些系统连接至公共电网。
白天，系统生成的太阳能电力会被即时利用或售卖给供电公司。
晚上，系统无法即时供电，则可以从电网回购电能。
国外实行固定电价的国家，电力公司购买太阳能电费远高于用户从电力公司购电的价格，其中差价由国家补贴，这种模式在欧洲很多国家都是这种方式。
目前国内太阳能系统（多晶硅系统为主）的寿命在20年到30年之间，因此发电成本较高接近2元一度，而由目前电力系统提供的居民用电目前在5毛钱左右，商业用电在1元左右，而且由于我国各个地方的光照强度以及光伏的建造成本不完全相同，因此各个地方都要根据自己当地的情况进行测算来制定相应的补贴额度。
目前，浙江省电力公司关于该部分的政策还在制定之中，具体的补贴政策还不明朗。
如果没有政策的补贴，可以说，简单算经济帐，太阳能发电系统并不节省金钱而只是节省能源。
离网光伏系统
这些系统的使用独立于电网，并且可用于向无线电中继站、电话亭和街道照明设备供电。
在船舶和休闲敞蓬车市场中，移动光伏技术市场也在不断发展。
离网（也称为独立）光伏系统还为传统电力不稳定或不完善的发展中国家提供较为经济的电力。
如我国的西部边远地区，光照强烈，有得天独厚的光照条件，但是路途遥远，架设电力线路成本高昂，而且线路损耗巨大。
因此采用该类系统在特殊地区有较大的经济价值。
光伏发电技术发展新方向（BIPV技术）
BIPV是Building IntegratedPhotovoltaic的英文缩写,中文解释就是建筑一体化光伏发电技术。
作为一项新兴第三代太阳能发电技术，国际上现在有10%左右的建筑光伏发电开始采用BIPV技术。
国内目前受成本和建筑工艺的制约运用很少，只有个别政府投资形象工程有小面积示范性装设。
该类产品技术可以通过和建筑构件结合，尤其是高性能玻璃的结合，在提供太阳能发电功能的同时，能最大限度减小对建筑立面的影响。
并同时减少穿透玻璃的太阳能热量和紫外线辐射，达到全面及美观的遮阳效果。
根据即将在深圳投产的世界500强企业，美国材料和化工领军企业杜邦公司的产品介绍，其玻璃透光率可在5%至30%间可调。
价格比目前主流多晶硅系统贵40%左右。
（多晶硅系统造价目前30元~40元/Wp）价格还比较昂贵。
需待在国内推广后才能慢慢降低成本。
太阳能的应用
长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。
我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。
其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。
因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。
再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"
温室效应"
和全球性气候变化，也不会造成环境污染。
正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。
特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。
从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。
1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：
从每瓦50美元降到了5美元。
此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站）相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。
目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。
在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。
美国计划将其盐湖的8．3％面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。
今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。
该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0．5美分／千瓦小时，效率高达40％—50％。
俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。
一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。
按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。
另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来，使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，并且一年四季都可用，夏天可用于空调，冬天可用于采暖。
对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处：
据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳池，可为10吉瓦（1吉瓦=10^9瓦=10亿瓦,10吉瓦=10^9×
10=10^10瓦=100亿瓦）的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。
由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。
随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。
由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。
在我国，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。
目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。
但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。
经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦（注：
1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。
而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。
这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。
据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。
2.1太阳能光伏发电
世界光伏组件在过去15年平均年增长率约15%。
90年代后期，发展更加迅速，最近3年平均年增长率超过30%。
1999年光伏组件生产达到200MW。
在产业方面，各国一直通过扩大规模、提高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。
商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%，生产规模从1~5MW/年发展到5~25MW/年，并正在向50MW甚至100MW扩大；
光伏组件的生产成本降到3美元/W以下。
发展中国家印度处于领先地位，目前有50多家公司从事与光伏发电技术有关的制造业，其中有6个太阳电池制造厂和12个组件生产厂，年生产组件11MW，累计装机容量约40MW。
在研究开发方面，单晶硅电池效率已达24.7%,多晶硅电池效率突破19.8%。
非晶硅薄膜电池通过双结、三结迭层和Ge&
#0;
Si合金层技术，在克服光衰减和提高效率上不断有新的突破，实验室稳定效率已经突破15%。
碲化镉电池效率达到15.8%，铜铟硒电池效率18.8%。
晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速，成为世界关注的新热点。
21世纪世界光伏发电的发展将具有以下特点：
（1）产业将继续以高增长速率发展。
多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一，预测今后10a光伏组件的生产将以20%~30%甚至更高的递增速度发展。
光伏发电的未来前景已补愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识。
许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW（含百万屋顶计划）；
欧盟计划累计安装6.7GW（可再生能源白皮书）,其中3.7GW安装在欧洲内部,3GW出口;
日本计划累计安装5GW（NEDO日本新阳光计划）;
预计其它发展中国家1.8GW（估计约10%）,预计世界总累计安装18GW.到下世纪中页,光伏发电成为人类的基础能源之一。
（2）太阳电池组件成本将大幅度降低。
光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。
1996年平均安装成本约7美元/W，预计2005年可降到3美元/W，相当于光伏发电成本0.11美元/（kW·
h），2010年发电成本将降到6美分/（kW·
h）。
降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。
欧洲就扩大水平、提高电池效率等技术途径实现。
欧洲就扩大规模对降低成本的影响进行了可行性研究[5]，结果表明，年产500MW的规模，采用现有几种晶硅电池生产技术，可使光伏组件成本降低到0.71~1.78欧元/W。
如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平均成本可降低到1美元/W以下，发电成本约为6美分/（kW·
考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。
因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然趋势。
（3）光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展。
目前光伏组件的生产规模在5~20MW/年。
壳牌公司在德国建立的年产25MW多多晶硅组件生产厂于今年4月份开工。
许多公司在计划扩建和新建年产50~100MW级光伏组件生产厂。
同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平（单晶硅13%~15%，多晶硅11%~13%）向更高水平（单晶硅18%~20%，多晶硅16%~18%）发展。
（4）薄膜电池技术将获得突破。
薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力，世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。
下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从
升级会员 