太阳能光伏技术概论 课件 第1--3章 绪论、 半导体技术基础、 硅材料的制备.pptx

第一节人类对太阳能的认识

第二节太阳能基础知识

第三节太阳能电池基本知识与太阳能发电的形式

第四节太阳能电池的发展历史

第五节太阳能电池的分类

第六节太阳能光伏发电的应用前景;第一节人类对太阳能的认识;人类很早就开始探索太阳能的应用，其中中国是世界上最早利用太阳能的国家。据《周礼》记载，早在周代就有人用“阳燧”取火，这是人类最早利用太阳能的实践。古希腊科学家阿基米德用镜子反射太阳光，点燃了海上的罗马舰队，从而击退入侵之敌。1876年，英国的科学家在研究一种叫硒的半导体材料时，发现硒片经过太阳照射后有电流通过，就此发现了“光电效应”。1958年，应用光电效应原理制成的太阳能电池被应用于美国“先锋”1号卫星上。1975年，科学家发现用无定型硅制作的太阳能电池效果更好，其成本大大降低，推广和应用也更加容易。1994年，世界第一座“太阳城”在日本诞生，这是人类在利用太阳能技术方面的重大进展。几乎同时，在沙特阿拉伯建造了“太阳能村庄”。这些成果向人类展示了太阳能无比灿烂的未来。自20世纪90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通信、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。;第二节太阳能基础知识;一、太阳辐射强度与太阳光谱

地球围绕太阳按椭圆形轨道公转，日地之间的距离是一个不确定的数，这意味着太阳辐射到地球大气上界的强度会随着日地之间距离的变化而变化。但日地之间距离很大，其相对变化量很小，由此而引起的太阳辐射强度变化也很小。因此可以认为地球大气层外的太阳辐射强度是一个不变的数值，科学家用太阳常数来表示这个基本不变的数值。

太阳常数定义为在地球大气外表面，与太阳光束方向垂直的单位面积上，单位时间内所接收的太阳总辐射能量。其所使用的单位为W/m2。科学家经过多年对太阳常数的测定，确定其参考值为1368?W/m2。

太阳辐射是电磁辐射的一种，是物质的一种形式，具有波粒二象性(既具有波动性，也具有粒子性)。太阳辐射光谱的主要波长范围为0.15～4?μm，在这段波长范围内，又可分为三个主要区域，即波长较短的紫外线区、波长较长的红外线区和介于二者之间的可见光区(表1-1)。太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外线区，图1-1是大气外层的太阳光谱分布图，可见光区占太阳辐射总量的50%，红外线区占43%，紫外线区只占总能量的7%。其中，在波长为0.48??m的地方，太阳辐射的能量达到最高值。

;二、地面太阳辐射的估算

实际到达地面的太阳辐射通常由直射和漫射两部分组成，即直达日射和漫射日射。直射是指直接来自太阳且方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，通常又由三部分组成，即太阳周围的散射、地平圈散射及其他的天空散射辐射。

到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响，大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。大气质量即太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号AM表示，并设定标准大气压下，0℃时海平面上太阳垂直入射的大气质量AM?=?1。参见图1-2的大气质量示意图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。太阳位于S?点时，其穿过大气层到达A点的路径则为OA。OA与OA之比就称为“大气质量”。

;由图1-2可知，大气质量的公式为

到达地面的太阳辐射除受大气层厚度影响之外，还受大气层透明程度的影响。太阳辐射能在通过大气层时会产生一定衰减，表征辐射衰减程度的一个重要参数就是大气透明度。如图1-2所示，当太阳位于天顶位置S点时，在大气层上界太阳辐射通量为I0，而到达地面后为I，则大气透明系数P?=?I/I0，P值表示辐射通过大气后的削弱程度。

显然，地球上的不同地区、不同季节、不同气象条件下，到达地面的太阳辐射强度都是不相同的。通常根据各地的地理和气象情况，将到达地面的太阳辐射强度制成各种图表供工程上使用。

;三、我国的太阳能资源

在我国广阔富饶的土地上，有着丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量为928～2333?kWh/m2，中值为1626?kWh/m2。

根据各地接受太阳总辐射量的多少，全国可划分为五类地区。

一类地区为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量为6680～8400MJ/m2，相当于日辐射量5.1～6.4?kWh/m2。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等。

二类地区为我国太阳能资源较丰富的地区，年太阳辐射总量为5850～6680MJ/m2，相当于日辐射量4.5～5.1?kWh/m2。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部