《太阳能光伏发电技术》张蔚主编；华亮，杨奕副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《太阳能光伏发电技术》

【作　者】张蔚主编；华亮，杨奕副主编

【丛书名】江苏省高等学校重点教材

【页 数】 227

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2023.01

【ISBN号】978-7-111-71460-6

【价 格】49.00

【分 类】太阳能发电-高等学校-教材

【参考文献】 张蔚主编；华亮，杨奕副主编. 太阳能光伏发电技术. 北京：机械工业出版社, 2023.01.

图书封面：

图书目录：

《太阳能光伏发电技术》内容提要：

本书首先介绍了太阳能光伏发电的利用前景，技术现状以及发展规划……

《太阳能光伏发电技术》内容试读

第1章

绪论

1.1太阳能及其光伏产业

1.1.1背景介绍

现阶段我国能源形势比较严峻。近年来社会经济不断发展，对能源的需求量也相应增加，尤其是社会用电总量的不断增加，使得发电方式的优化创新成为时代的必然要求。我国发电方式主要有火力发电、风力发电、水力发电等，其中火力发电仍然占据较大比例，但火力发电不仅对生活环境造成污染，还会造成能源的不断消耗。当前我国天然气、煤炭、石油等能源的储备量不断下降，因此能源保护是促进社会可持续发展的重要举措。此外，我国生态环境破坏严重。煤炭的大量燃烧使大气遭受严重污染，臭氧层破坏、大气雾霾成为当前严峻的环境问题，因此必须采用清洁环保的发电方式。

太阳能是一种新兴的清洁能源，是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐照度为1369W/m2。地球赤道周长为40076km,可计算到地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2,地球表面某一点24h的年平均太阳辐照度为0.20kW/m2,相当于有102000TW的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的

能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地

球上的能量就相当于用煤500kt,每秒照射到地球的能量则为1.465×1014J。地球上的风能水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳：同时，地球上的化石燃料（如煤石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

与传统能源相比，太阳能具有以下优点：

1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于用煤130万亿，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

4)长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命

太阳能光伏发电技术

约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

现如今国家构建以新能源为主体的新型电力系统，通过大幅提升能源利用效率和大力发展非化石能源，逐步摆脱对化石能源的依赖，以更低的能源消耗和更清洁的能源，支撑我国经济社会发展和居民生活水平提高，在倒逼能源清洁转型的同时保障我国能源安全供应。光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，随着技术不断进步，也是最具发展前景的发电技术之

一。在以后，光伏发电将成为电力市场、碳市场、可再生能源电力、电价机制等多种政策与市场工具融合的翘楚。

1.1.2数据分析

根据国家能源局发布的数据，如图1-1所示，我国2021年新增光伏发电并网装机容量约5300万kW,连续9年稳居世界首位。截至2021年底，光伏发电并网装机容量达到3.06亿kW,突破3亿kW大关，连续7年稳居世界首位。“十四五”首年，光伏发电建设实现新突破，呈现新特点。分布式光伏装机容量达到1.075亿kW,突破1亿kW,约占全部光伏发电并网装机容量的1/3。新增光伏发电并网装机中，分布式光伏装机容量新增约2900万kW,约占全部新增光伏发电装机容量的55%，历史上首次突破50%，光伏发电集中式与分布式并举的发展趋势明显。新增分布式光伏中，户用光伏装机容量继2020年首次超过1000万kW后，2021年超过2000万kW,达到约2150万kW。户用光伏已经成为我国如期实现碳达峰、碳中和目标和落实乡村振兴战略的重要力量。

6000

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年份

图1-12012一2021年我国光伏发电新增装机容量

如图1-2所示，2021年我国火电电源装机比例达到55%，水电电源装机比例达到16%，风电装机比例达到14%，太阳

3

太阳能

能发电装机比例达到13%，核电装机比例为2%，此时火力发

发电

电的比例占据主体部分。2020年，中国正式提出2030年前碳

14%

风电

火电

达峰、2060年前碳中和的目标，为了实现“双碳”目标，未

29%校电

55%

来太阳能依靠其清洁与可再生的优良特性，光伏发电在我国

水电

电力供电的比例会越来越高。

16%

图1-3所示数据显示，2021年末全国发电装机容量为237692万kW,比2020年末增长7.9%。其中，火电装机容量

图1-22021年我国

为129678万kW,增长4.1%；水电装机容量为39092万kW,

电源装机比例图

2

第1章绪论

增长5.6%；核电装机容量为5326万kW,增长6.8%；并网风电装机容量为32848万kW,增长16.6%；并网太阳能发电装机容量为30656万kW,增长20.9%。

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2012201320142015201620172018201920202021

年份

发电总装机容量一太阳能发电所占比例

图1-32012一2021年我国光伏发电累计装机容量及占比

据中研产业研究院发布的《2022一2027年中国光伏发电产业市场前瞻分析与投资战略规划研究报告》分析，就2022年光伏行业形势展望，预计2022年我国光伏市场在巨大的规

模储备下或将增至75GW以上，2022一2025年我国年均新增光伏装机预计将达到

83~99GW。

1.1.3实际应用

太阳能光伏系统一般由太阳能电池板（也称光伏电池板）、太阳能逆变器、底架、电缆和电气配件组成。其中，太阳能电池板吸收阳光并直接将其转化为电能；太阳能逆变器将电流从直流变为交流电。光伏系统应用范围广泛，包括小型的屋顶安装、容量从几千瓦到几十千瓦的建筑集成系统、数百兆瓦的大型公用发电站等。根据应用对象不同，将其在生活中的应用分为以下5类：

1.光伏屋顶

以工商业屋顶为例，其具有屋顶空余面积大、建筑用电量大、自用电费高等特点，所以对于安装屋顶光伏电站具有天然优势。当前众多光伏投资企业将投资目光放到了光照好、用电量大、产权清晰、屋顶结构优质、用电价格高的工商业建筑物上。比如，在山东运维的阳光12号屋顶分布式光伏发电项目，如图1-4所示，装机容量为7000kW,预计每块电池板最低年发电量可达489kW·。从长远角度看，每年能为企业节省一大笔费用

除了工商业屋顶，在工厂车间屋顶，停车场车棚等也有很多屋顶分布式光伏发电站的开展，如图1-4b所示。山东青岛一汽大众12MW屋顶分布式光伏发电项目，面积约为134000m2,估算装机容量约为12MW,预计项目总投资约为7800万元，项目建成后可实现年均发电约为1384.50万kW·h,折合后年均C02减排量约为13803.45t。

车间屋顶为混凝土浇筑，组件按照一定倾角进行布置，支架采用预制混凝土基础，该基础是事先在地面预制然后吊装于屋顶的相应位置，优点是不对原屋顶进行任何改动，不会破坏屋顶结构，不会造成屋面损坏或者漏水现象，同时方便屋顶进行防水作业。一汽大众项目

太阳能光伏发电技术

a)阳光12号屋顶分布式光伏发电项目

b)光伏车橱

图14阳光12号屋顶分布式光伏发电项目以及光伏车棚

生产期为25年，采用晶硅型光伏电池组件，系统25年电量输出衰减不超过20%，按此线性计算衰减，预测年均发电量约为1384.50万kW·h,25年共发电量约为34612.46万kW·h。

2.光伏建筑

光伏建筑如图1-5所示，用双面组件来做围墙，既能起到围墙的作用，同时也能发电，高效利用土地、节约能源，在德国的部分高速公路上，公路围挡已经应用了光伏组件。同时，用光伏组件来做建筑外墙或代替玻璃幕墙，还能起到美观、保护墙体、节约外墙材料的作用。

图1-5光伏建筑

3.光伏交通

将光伏组件安装在交通道路上，解决了电动机车充电的限制问题，实现车行、发电两不误，2017年我国首条光伏高速公路已经在山东通车，如图1-6所示，将光伏和汽车两种技术有机融合在一起，发展“清洁能源+新能源汽车+无人驾驶”的新技术，解决人们传统的出行问题。

4.光伏农业

在农作物的棚顶装上光伏系统（见图1-7a),既能为棚内的设备提供充足电力，也能利用光伏生产的电进行大棚温度调控等，做到资源的合理配置；在水产品养殖的水面装上光伏系统（见图1-b),既能为养殖区的设备提供充足电力，还能有效提供水温，提高养殖产量等。

5.户用光伏

户用光伏如图1-8所示，是指在家庭的自有屋顶安装和使用分布式太阳能发电的系统

第1章绪论

a)光伏高速公路

b)光伏汽车

图1-6光伏高速公路以及光伏汽车

a)光伏农作物大棚

b)光伏渔业

图1-7光伏农业

户用光伏具有安装容量小、安装点多、并网流程简单、收益明显直接的特点，也是国家补贴最高的一种分布式光伏发电应用形式。户用光伏市场分为农村户用光伏与城市户用光伏两大类。农村户用光伏主要集中在农村自建住房以及新农村统一建设住房，一般是低层建筑。城市户用光伏主要集中在高档别墅区，以及城市周边的城中村自建房。从“十三五”科技创新规划部门座谈会看，户用光伏或将单独管理，

图1-8户用光伏

与工商业电站进行区分，并且国家及地方亦多

次出台光伏扶贫相关政策，户用光伏有望迎来发展新爆点。

未来的发展趋势一定是自动化生产、智能化产出，人类的劳动力将得到最大限度的解放并创造更具价值的东西。所有的智能都需要依靠电力，而光伏正是提供电力的最佳解决方案。

1.2光伏发电系统的技术简介

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技

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太阳能光伏发电技术

术。这种技术的关键元件是光伏电池。光伏电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电装置能够提供电能给负载，或者并入电网。光伏发电的优点之一是较少受地域限制，因为太阳光散落于各个地区；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无须消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。光伏发电系统结构如图1-9所示。

薄膜光伏组件

单晶硅锭

单品硅片

单品硅电池

伏

发

电

晶

硅

统

多品硅锭

多晶硅片

多晶硅电池

组

逆变器

上游

中游

下游

图1-9光伏发电系统结构

1.2.1光伏发电系统的基础

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。实现光伏发电的基础是依托光伏电池。光伏电池顾名思义是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，当满足一定的光照强度，瞬间即可输出电压及在有回路的情况下产生电流。光伏电池是采用具备光生伏特效应的半导体制作而成。光伏电池的原理是根据某种结构的半导体器件材料收到光照射时会产生直流电压（或电流）的实验现象下提出的：在太阳光照射条件下，产生内部电荷分布变化，将光子所带的能量转换成电能。当太阳光照射到特殊晶体上时，光子中携带的能量可以被晶体中的某个电子全部吸收，在此电子吸收到足够量的能量时，就能克服晶体内部原子的引力，脱离原子的束缚进行迁移，成为自由电子并形成空穴，空穴与电子的运动机制就是实现光电转换的关键

现如今，世界上最常用的光伏电池主要有单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池、非晶硅光伏电池、化合物半导体光伏电池等，下面介绍几种常用的光伏电池。

1.单晶硅光伏电池

单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。硅片经过检测、

清洗、制绒等工序后，再在表层上摻杂和扩散微量元素硼、磷、锑等，形成PN结，即具备

了电池的基本特征。目前我国单晶硅光伏电池的平均转换效率已经达到16.5%，而实验室记录的最高转换效率超过了24.7%。单晶硅光伏电池是硅电池中转换效率最高的，也是性能最稳定的一种，常见的单晶硅光伏电池如图1-10所示。

2.多晶硅光伏电池

多晶硅光伏电池不像单晶硅具有整体的晶体结构，大量微细硅晶体在材料内无序排列。目前，工业化生产的多晶硅电池转换效率达到了12%~15%。多晶硅光伏电池如图1-11所示。

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···试读结束···