分布式光伏太阳能发电技术在住宅设计中的应用

目录第一章：绪论1课题研究目的2光伏原理概述3光伏产业现状第二章：发展利用太阳能的必要性第三章：我国住宅产业发展概况第四章：已现有住宅为模型分析光伏太阳能在住宅中应用的可行性1、结构安全性分析2、耐久性分析3、成本与效益分析第五章：结论及展望参考文献附录致谢第一章绪论1、课题研究的目的：分析分布式光伏发电技术在住宅设计中的可行性2、光伏原理概述光伏效应：如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。

界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。

电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。

通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。

此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。

对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。

通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。

界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。

原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。

当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。

系统组成：光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。

其部分设备的作用是：电池方阵：在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。

在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。

太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

蓄电池组：其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。

太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。

控制器：是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。

由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。

逆变器：是将直流电转换成交流电的设备。

由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。

逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。

独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。

并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。

逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。

方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。

正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。

3、光伏产业现状中国作为目前世界上经济发展最迅速的经济体，在光伏发电领域的技术和应用只是处于世界的下游水平。

其中的主要原因是国内还没有掌握电池所需要的多晶硅提纯技术，该技术被国外的大企业所垄断，因而国内生产太阳能光伏电池的成本很高。

光伏发电的成本是一般发电成本的数倍，也因此造成无法广泛普及。

我国光伏产业快速发展，已形成较为完整的光伏制造产业体系。

当前的主要问题是：产能严重过剩，市场过度依赖外需，企业普遍经营困难。

[1]光伏产业是战略性新兴产业。

发展光伏产业对调整能源结构、推进能源生产和消费方式变革、促进生态文明建设具有重要意义。

我国光伏产业当前遇到的困难，既是产业发展面临的严峻挑战，也是促进产业调整升级的契机，特别是光伏发电成本大幅下降，为扩大国内市场提供了有利条件。

要按照创新体制机制、完善政策措施、扩大消费市场、规范市场秩序、推进产业重组、降低发电成本的思路，统筹兼顾、综合施策，着力提升产业竞争力。

[1]由于国际上对于太阳能光伏电池的需求日益庞大，越来越多国内企业成为光伏电池的OEM工厂，并且借此机会不断发展壮大。

美国的新能源政策为国内光伏企业提供了一个发展良机，一些国内的行业龙头已经开始在美国成立承包光伏发电项目的子公司，积极进军当地光伏发电市场。

中国的光伏产业有95%的市场都在国外，国内的应用还是十分有限。

长期来看，中国再不广泛应用太阳能光伏发电技术，中国经济发展所遇到的能源问题将会越来越严重，能源问题必定成为中国经济发展的巨大障碍。

中国是太阳能资源丰富的国家之一。

中国有荒漠面积108万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区。

1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列，每年可发电1.5亿度；如果开发利用1%的荒漠，就可以发出相当于中国2003年全年的耗电量。

在中国的北方、沿海等很多地区，每年的日照量都在2000小时以上，海南更是达到了2400小时以上，是名副其实的太阳能资源大国。

可见，中国具备了广泛应用光伏发电技术的地理条件。

中国政府在也出台了一些关于发展新能源的政策。

其中以最近出台的《关于实施金太阳示范工程的通知》最为引人注目。

该通知重点支持用户侧并网光伏发电、独立光伏发电、大型并网光伏发电等示范项目建设，以及硅材料提纯、并网运行等光伏发电关键技术产业化和相关基础能力建设，并根据技术先进程度、市场发展状况等确定各类示范项目的单位投资补助上限。

对并网光伏发电项目，原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助；其中偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助；对于光伏发电关键技术产业化和基础能力建设项目，主要通过贴息和补助的方式给予支持。

这一政策推动中国从光伏电池的代工工厂逐渐成为太阳能光伏发电强国。

对于这一历史良机，国内光伏企业所面对同行的挑战其实更为严峻。

只有不断地提升光伏产品质量，打通国内、国际销售渠道，才能更好地利用机会，将企业做大做强。

太阳能具有可再生和环保等方面的特点，这种优势让包括中国在内的许多国家将太阳能作为重点发展的新能源产业。

中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场，国内市场份额很小。

近年来，由于欧美各国市场需求的增大，我国光伏产业取得了快速的发展，最近5年的年均增长速度达到40%以上。

在政策进一步加大扶持力度的背景下，未来光伏产业的增长前景将更为广阔。

光伏发电产业链从上游到下游，主要包括的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。

在产业链中，从多晶硅到电池组件，生产的技术门槛越来越低，相应地，公司数量分布也越来越多。

因此，整个光伏产业链的利润主要集中在上游的多晶硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。

目前，中国大陆多晶硅生产获取的利润在最终电池组件产品利润总额中的比例最高，约达到52%；电池组件生产的利润占比约为18%；而电池片和硅片生产的利润占比分别约为17%和13%。

自2008年以来，多晶硅价格开始出现较大幅度的回落，到目前，国内多晶硅现货价格已由去年的500美元/千克回落至100-150美元/千克。

多晶硅产能扩张速度过快，而需求增长相对缓慢是导致价格下跌的主要因素。

据iSuppi公司的预测，2009年，全球多晶硅供应量将翻一番，而需求的增长幅度仅为34%。

因此，多晶硅的价格存在进一步下跌的可能性。

iSuppi甚至表示，到2010年的时候，多晶硅现货价格将降至100美元/千克，这将大大降低多晶硅供应商的盈利能力。

多晶硅价格下跌将增厚电池片生产商的利润，不过，纯硅片业务也存在很大风险。

不论是上游的多晶硅供应商，还是下游的电池片制造商，制造硅片都不存技术性难题。

当上下游同时进军硅片业务的时候，硅片业务这一链条的利润受到大幅挤压。

我国光伏产业已经形成了比较完整的产业链，2009年中国内地多晶硅产量超过了两万吨，太阳能电池产量超过了4000兆瓦，连续3年成为全球太阳能电池的第一大国。

2010年5月，中国光伏产业联盟成立，吸引22家国内光伏骨干企业、行业协会及研究机构加入。

中国光伏产业联盟以引导行业联合创新、推动应用、规范发展为核心，研究鼓励光伏产业发展的各项政策，加大对企业技术改造和产业升级的支持力度。

中国光伏产业联盟将致力于整合产业资源、推进结构调整、转变发展方式，增强行业凝聚力，扩大国际影响力与竞争力。

目前，大多数观点都认为中国的光伏产业面临的形势很严重，甚至有灭顶之灾。

我们应该实事求地认识光伏产业。

光伏产业并不像媒体所描述的是哀鸿遍野。

因为，在2008年金融危机非常严重的情况下，全球光伏产业的装机容量增长了49%，而2009年、2010年光伏产业的装机容量的增长率都超过了70%。

2012年上半年全球光伏装机容量增长了35%。

这些都是在全球经济负增长的情况下取得的成就。

这证明，第一，光伏市场是没有问题的。

第二，光伏产业的发展方向没有错。

实际上，光伏产品价格下降，是必然的趋势，光伏实现平价上网是光伏产业的梦想，也是光伏产业实现规模化发展的必要条件。

只是，今天光伏产业的步子走得快了一点，光伏产品的价格降了下来，但光伏产业链还没有适应。

全国31个省市自治区均把光伏产业列为优先扶持发展的新兴产业；600个城市中，有300个发展光伏太阳能产业，100多个建设了光伏产业基地；全球多晶硅产量20万吨，我国占近9万吨，却不掌握核心技术；产能巨大，国内市场总量却较低，严重依赖国际市场。

这就是我国光伏产业的现状。

由于近年来，多晶硅利润巨大，众多地方政府、企业投资者一哄而上，产能扩张过快，一时间，“光伏基地”遍地开花。

而今年以来欧洲需求急剧降低，光伏组件价格跌幅超50%，风光一时的光伏产业迅速进入寒冬。

据光伏联盟秘书长王勃华介绍，2010年国内多晶硅产量是4.5万吨，今年将翻一番，达到9万吨。