影响发电量的10个因素(已看)

影响太阳电站发电量的10个因素

1

1：太阳辐射量

2：太阳电池组件的倾斜角度

3：太阳电池组件的效率

4：组合损失

5：温度特性

6：灰尘损失

7：最大输出功率跟踪 （MPPT）

8：线路损失

9：控制器、逆变器效率

10：蓄电池的效率（独立系统）

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在地球上，我们的能源基本上都来源于太阳，电力也不例外，我

们的电能也是以不同的方式从太阳能转换中得到的。

太阳是一个灼热的火球，它表面的温度大约为6000℃，而中心的

温度达到2000万℃，它不断地向外辐射光和热。 太阳这个灼热

的火球距离我们很遥远，它向外辐射光和热以30万公里/秒的速度，

经历8分钟的长途跋涉才来到地球。

1：太阳辐射

在人类众多的能源中，品位最高的无疑

应该是电能了。它可以非常方便地转换

成其他能源形式：磁能、光能、热能、

化学能等等。而且它的传输方便，这也

是其他能源所做不到的。

A

广意上讲，地球上的能量几乎都是太阳

能，从狭义上讲，太阳能分为光热、光

电。

B

在太阳电池组件的转换效率一定的情况

下，光伏系统的发电量是由太阳的辐射

强度决定的。

C

电与太阳能发电

太阳能光伏发电对环境的影响

日照时间：气象上每天太阳辐射超过120W/平方米的时间。意义不大。

峰值太阳（日照）小时。这是一个等效概念，指每天太阳辐射强度超

过1KW平方米（太阳电池测量标准光强）的小时数，它在数值上等于

平均日辐射量除以标准光强，单位是h/d（小时/天）

太阳辐射强度

与光伏发电有关的几个太阳辐射数据

我国的太阳辐射情况

四类太阳辐射地区

太阳光谱

大气质量

l Z：太阳天顶角

Z=48.2°,AM1.5

n

不同的太阳电池的频率响

应是不一样的，通常在

300—1200nm之间。

n

近红外线和近紫外线是可

以发电的。

n

太阳常数：在地球大气层

外，平均日地距离处垂直

太阳光单位面积上的太阳

辐射强度，用AM0表示。

1367W±7W/m2

25℃,1000W/m2,

AM1.5为太阳电池的测试

条件。

讨论：

讨论

•1：计量单位 kwh/m2 .a

• Mj/m2.a

• 换算：1kwh=3.6Mj

•2:我国的峰值日照小时：

• 1类地区：4.79小时

• 2类地区：4.3小时

• 3类地区：3.3小时

• 4类地区：2.8小时（和德国柏林差不多）

•并网光伏电站的平均效率在75%

•光伏系统对太阳辐射能量的利用效率只有10%左右（太阳电

池效率、组件组合损失、灰尘损失、控制逆变器损失、线路

损失、蓄电池效率）

03

美国辐射测量站网

02

关BSRN（世界气象组织太阳辐射基 准站）的一些情况

01

目前国际辐射测量动向

04

辐射测量的问题和进展

关于太阳辐射测量的新进展

BSRN（世界气象组织太阳辐射基准站)

美国辐射测量站网

基准站之一

基准站之一

基准站之一

基准站之一

基准站之一

基准站之一

基准站之一

基准站之一

总辐射表

高精度辐射表

辐射测量的问题和进展

光伏电站的发电量直接与太阳辐射量有关，太阳的辐射强度、光谱特性是随着气象条

件而改变的。

太阳辐射的测量对测试环境有比较高的要求，并不是任何地点都适合进行基准测量。

我国正在拟定关于太阳辐射的测量的一系列国家标准，该标准由“全国气象防灾减灾标准化技

术委员会”负责拟定。其中包括名词解释、测试设备、测试方法等。

太阳辐射的测量是一个长期积累的过程。

太阳能资源的评估不可能十分精确。

讨论与总结

对于倾斜面上的太阳辐射总量及太阳辐射的直散分离原理

可得：倾斜面上的太阳辐射总量Ht是由直接太阳辐射量

Hbt天空散射量Hdt和地面反射辐射量Hrt部分组成。

Ht=Hbt+Hdt+Hrt

○从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量

H，直接辐射量Hb及散射辐射量Hd，且有：

○H=Hb+ Hd

2：太阳电池组件的倾斜角度

Hbt计算

•

（1） Hbt的计算：对于确定的地点，如果知道全年每个月水平面上平均太阳辐射的总辐射量H、

直接辐射量Hb及散射辐射量Hd以后，就可以算出不同倾斜角下的相关太阳辐射量，以下是它

的计算公式：

•

Hbt=R×Hb

•

其中R为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值。

对于朝向赤道的倾斜面来说：

•

式中：Φ为光伏发电系统当地纬度；β为光伏方阵倾角；δ为太阳赤纬；ωs水平面

上日落时角；ωst顷斜面上日落时角。

•

太阳光线与地球赤道面的交角就是太阳的赤纬角，用δ表示，在一年之中，太阳赤纬每天都在

发生变化，但不超过±23。27’的范围。夏天最大变化到夏至日的+23。27’；冬天最小变化

到冬至日的- 23。27’。太阳赤纬随季节变化，按照库伯(cooper)方程，可知太阳赤纬的计算

公式为：

•

式中：n为一年中的天数。

•

如：在春分，n =81，δ=0，自春分曰起第d天的太阳赤纬为：

太阳的赤纬角

天空散射辐射分量Hdt

•

对于天空散射采用Hay模型，Hay模型认为倾斜面上天空散

射辐射量是由太阳的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射

量两部分组成，可表示为：

•

式中：Ho为大气层外水平面上辐射量。其计算公式为：

式中：Isc为太阳常数，取1367W/m2。

若天空散射各向同性时，上式可以化简为：

地面反射辐射分量Hrt：

通常可将地面的反射辐射看成是

各向同性的，其大小为：

其中P为地面反射率，

其数值取决于地面状

态，各种地面的反射

率如下表所示：

各种地面反射率

一般计算时，可取p=0.2，综上所述，斜面上太阳辐肘

量即为：

我国部分地区并网电站最佳倾角

我国部分地区并网电站最佳倾角

5：温度特性

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但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地

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容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，

页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对

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到这里时，已濒临页面容纳内容的上限，若还有更多内容，请酌情缩小字号，但

我们不建议您的文本字号小于14磅，请您务必注意。

12

气象部门提供的是水平面上的太阳直接是辐射和散射并网的太阳电池直接的倾斜角度设计只需要考虑全年

部分的辐射量，和我们实际应用的情况有区别。总发电最大就可以了，相对于独立发电系统要简单的多。

3

具体做法 ，可以采用查表或者软件的方法。

讨论

3：太阳电池的效率

•1839年法国实验物理学家E．：Becquere-1发现液体的光生伏特效应，简称为光伏

•效应；

• 1877年 w．G．Adams和R．E．Day研究了硒(se)的光伏效应，并制作第一片

•硒太阳电池；

• 1883年美国发明家charles Fritts描述了第一片硒太阳电池的原理；

• 1904 年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(cu／cu20)结合在一起具有光敏特性；

•德国物理学家爱因斯坦(Albert Einsteln)发表关于光电效应的论文；

• 1918年波兰科学家czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺；

• 1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺

•贝尔物理奖；

•1930年 B．Lang研究氧化亚铜／铜(Cu20／Cu)太阳电池，发表“新型光伏电 池”论文；

W．Schottky发表“新型氧化亚铜(Cu20)光电池”论文；

• 1932年 Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象；

• 1933年 L．0．Grondahl发表“铜一氧化亚铜(CwCu20)整流器和光电池” 论文；

• 1951年生长p-n结，实现制备单晶锗电池；

•

1953年 Wayne州立大学Dan Trivich博士完成基于太阳光谱的具有不同带隙宽 度的各类材料光电转换效率的

第一个理论计算；

•

1954年 RCA实验室的P．Rappaport等报道硫化镉(CdS)的光伏现象； (RCA：Radio Corporation of

America，美国无线电公司)；

•

贝尔(Bell)实验室研究人员D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson报 道4．5％效率的单晶硅太

阳龟池的发现，几个月后效率达到6％。 1955年西 部电工

(Western Electric)开始出售硅光伏技术商业专利，在亚桑那大学召开国际太阳能会议， Hoffman电子推出

效率为2％的商业太阳电池产品，电池为14mw／片，25美元／片，相当 于1785USD／W；

•

1956年 P．Pappaport，J．J．Loferski和E．G．Linder发表“锗和硅p n结电子电流效应”的文章；

•

1957年 Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8％；D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson获

得“太阳能转换器件”专利权；

•

1958年美国信号部队的T．Mandelkorn制成n／p型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空

电池很重要；Hoffman电子的单晶硅电池效率达到 9％；第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池

lOOcm2，0．IW，为一备用的5mW的话筒供电；

•

1959年 Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10％，并通过用网栅 电极来显著减少光伏电池串

联电阻；卫星探险家6号发射，共用9600片电池列 阵，每片2 cm2，共约20W； ，

•

1960年 Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14％；

•

1963年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳电池功率14W；

•

1963 年Sharp公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装242W光伏电池列阵，在当时是世界最大

的光伏电池列阵；

•

1964年宇宙飞船“光轮发射”，安装470W的光伏列阵；

•

1965 年Peter Olaser和A．D．Little提出卫星太阳能电站构思；

•

196年6带有1000W光伏列阵大轨道天文观察站发射；

•

1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电

•

1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅；

•

1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”；Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带，25mm宽，457mm长

(EFG：Edge defined Film Fed—Growth，定边喂膜生长)；

•

1977年世界光伏电池超过500kW；D．E．Carlson和c．R．Wronski在w．E．Spear的1975年控制p-n

结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a—Si)太阳电池；

•

1979年世界太阳电池安装总量达到1MW；

•

1980年 ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家；三洋电气公司利用非晶硅

电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了a—si组件批量生产并进行了户外测试；

•

1981年名为Solar Challenger的光伏动力飞机飞行成功；

•

1992年世界太阳电池年产量超过57．9Mw；

•

1993年世界太阳电池年产量超过60．1MW；

•

1994年世界太阳电池年产量超过69．4MW；

•

1995年世界太阳电池年产量超过77．7MW；光伏电池安装总量达到500MW；

•

1996年世界太阳电池年产量超过88．6MW；

•

1997年世界太阳电池年产量超过125．8MW；

•

1998年世界太阳电池年产量超过151．7MW；多晶硅电池产量首次超过单晶硅；

•

1999年世界太阳电池年产量超过201．3MW；美国NREL的M．A．Contreras等报道铜铟锡

(CIS)电池效率达到18．8％；非晶硅电池占市场份额12．3％；

•

2000年世界太阳电池年产量超过287．7Mw，安装超过1000Mw，标志太阳能

•

时代的到来；

•

200l年世界太阳电池年产量超过399Mw；Wu x．，Dhere R．G．，A|bin D.s.等报道碲化镉

(cdTe)电池效率达到16．4％；单晶硅太阳电池售价约为3USD／W；

•

2002年世界太阳电池年产量超过540Mw；多晶硅太阳电池售价约为2.2USD／W；

•

2003年太阳电池年产量超过760MW；德国FratInhofer ISE的LFC(Laser—fired contact)晶

体硅太阳电池效率达到20％；

•

2004年太阳电池年产量超过1200Mw；德国Fraurlhofer ISE多晶硅太阳电池效率达20．3％；

非晶硅电池占市场份额4．4％，降为1999年的1／3，CdTe占1_1％；而CIS占O．4％；

•

2010年通过技术突破，太阳电池成本进一步降低，在世界能源供应中占有一定的份额；德

国可再生能源发电达到12．5％；

•

2020年太阳电池发电成本与化石能源相接近，德国可再生能源占20％；

•

2030年太阳电池发电达到lO％～20％；德国将关闭所有的核电站；

•

2050年世界太阳能利用将占有世界能源总能耗30％～50％份额。

•

1982年世界太阳电池年产量超过9．3MW；

•

1983年世界太阳电池年产量超过21．3MW；名为Solar Trek的lkW光伏动力汽车穿越澳大利

亚，20天内行程达到4000km；

•

1984年面积为929cm2的商品化非晶硅太阳电池组件问世；

•

1985年单晶硅太阳电池售价10USD／W；澳大利亚新南威尔士大学Martin

•

Green（马丁格林博士）研制单晶硅的太阳电池效率达到20％；

•

1986 年6月，ARCO Solar发布G-4000——世界首例商用薄膜电池“动力组件”；

•

1987 年11月，在3100km穿越澳大利亚的Pentax World Solar Challenge Pv一动力汽车竞

赛上，GM Sunrayeer获胜，平均时速约为71km／h；

•

1990年世界太阳电池年产量超过46．5MW；

•

1991年世界太阳电池年产量超过55．3MW；瑞士Grfitzel教授研制的纳米TiOz染料敏化太阳

电池效率达到7％；

讨论

1：太阳电池的效率在缓慢的提高，目前尚德公司的太阳电池效率可以达到

19%以上，是国内效率最高的太阳电池。

2： 进入本世纪以来，我国太阳能光伏进入了快速发展期，太阳电池的效

率在不断提高，在纳米技术的帮助下，未来硅材料的转化率可达35%，

这将成为太阳能发电技术上的“革命性突破”。

•

太阳能光伏电池主流的材料是硅，因此硅材料的转化率一直是制约整个

产业进一步发展的重要因素。硅材料转化率的经典理论极限是29%。

而在实验室创造的记录是25%，正将此项技术投入产业。目前，投入

大量商业生产的光伏太阳能电池组件的转换率约在16%左右。

•

实验室已经可以直接从硅石中提炼出高纯度硅，而无需将其转化为金属

硅，再从中提炼出硅。这样可以减少中间环节，提高效率。

•

将第三代纳米技术和现有技术结合，可以把硅材料的转化率提升至35%

以上，如果投入大规模商业量产，将极大地降低太阳能发电的成本。令

人可喜的是，这样的技术“已经在实验室完成，正等待产业化的过程”。

3：在不久的将来，尚德公司将利用纳米技术为广大用户提供35%效率的太

阳电池。

4：组合损失

a

凡是串连就会由于组件的电

流差异造成电流损失；

b

凡是并连就会由于组件的电

压差异造成电压损失；

c

组合损失可以达到8%以上，

中国工程建设标准化协会标

准规定小于10%。

为了减少组合损失，应该在电站安

装前严格挑选电流一致的组件串联。

组件的衰减特性尽可能一致。 根据国家标准GB/T--

9535规定，太阳电池组件的最大输出功率在规定条件

下试验后检测，其衰减不得超过8%

3：隔离二极管有时候是必要的。

讨论

5：温度特性

最大输出功率下降0.04% ℃

01

为了避免温度对发电量的影响，应该保持

组件良好的通风条件。

03

开路电压下降0.04% （-2mv/ ℃)

短路电流上升0.04%

02

01

02

03

温度上升1℃,晶体硅太阳电池

讨论

电站的灰尘损失可

能达到6%！

组件需要经常擦拭。

6：灰尘损失

7：MPPT 最大输出功率跟踪

0102

从太阳电池应用角度上并网系统的MPPT功能

看，所谓应用，就是对在逆变器里面完成。最

太阳电池最大输出功率近有人研究将其放在直

点的跟踪。流滙流箱里面。

讨论

2

1

3

系统的直流、交流回路的

线损要控制在5%以内。

为此，设计上要采用导电

性能好的导线，导线需要

有足够的直径。

施工不允许偷工减料。

4

系统维护中要特别注意接

插件以及接线端子是否牢

固。

8：线路损失

01

控制器的充电、放电回路压降不得超过系统电压的5%。

02

并网逆变器的效率目前都大于95%，但是这是有条件的。

9：控制器、逆变器效率

独立光伏系统需要用蓄

电池，蓄电池的充电、

放电效率直接影响系统

的效率，也就是影响到

独立系统的发电量，但

是这一点目前还没有引

起大家的重视。

010101

铅酸蓄电池的效率80%；磷酸鐡锂蓄电池效率

90%以上。

10：蓄电池的效率

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