【正文】 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 17 中國光伏組件主要廠家 2020 年生產(chǎn)能力 廠商名稱 2020 年生產(chǎn)能力（ MW） 廠商名稱 2020 年生產(chǎn)能力（ MW） 云南半導體 2 青海國飛 寧波太陽能 4 內(nèi)蒙古國飛 無錫尚德 25 西藏華冠 2 上海國飛 2 西安佳陽 10 保定英利 16 深圳創(chuàng)意 2 深圳能聯(lián) 2 天津日本京瓷 10 上海 811 10 黃山朝陽（在建） 2 武漢日新 1 山東力諾（在建） 2 深圳先行 1 廣州銓欣照明 6 深圳珈瑋 2 其他 小計 65 小計 合計 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 18 第 2 章 太陽和太陽能 萬物生長靠太陽 , 太陽對地球來說是唯一永恒的能源。 太陽和地球有著密切的關系。 地 球上已發(fā)現(xiàn)的 109 種元素，除 17 種人造元素以外，其余 92 種元素太陽里都有 .太陽是距離地球最近的一顆恒星 ,日地距離為 ,太陽直徑為 x106Km,是地球的 109 倍 。體積比地球大 130 多萬倍 ,太陽平均密度為 ,即比水的密度大 50%,太陽內(nèi)部密度約 160g/cm3,因此日心引力比地心引力大 29 倍左右 .太陽的物質(zhì)組成 : 就質(zhì)量而言 ,H 占 %。 He 占 %。金屬和其他元素 ,總計占 % 太陽和地球的物理性質(zhì)的比較如表 21 所列： 表 21 太陽 和地球的物理性質(zhì) 太陽 太陽直徑 179。 106 在日地平均距離上太陽的徑向角 32 2178。 4 太陽表面積 179。 1012kw2 太陽質(zhì)量 179。 1033g（克） 太陽體積 179。 1033cm 太陽平均密度 表面加速度 179。 104msec2 冠溫度 ≈ 106176。 K 光球表面溫度（相對于黑體輻射） 5762176。 K 陽光輻射率 615179。 1010ergs1cm2 太陽表面拋物線速度 617178。 Km178。 s1 太陽自轉周期 天 太陽視差 S .80 太陽成分（按重量） 氫 75% 氦 % 重元素 % 慣性矩 179。 1046kgm2 太陽常數(shù)值 177。 或 1370w/m2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 19 能量產(chǎn)生率 179。 106W 表面逸出速度 618Km/S 二、地球 地球赤道直徑 地球極間直徑 地球質(zhì)量 179。 1027g 地球體積 179。 1027cm3 地球平均直徑 表面加速度（標準值） 扁平度 地球軌道偏心度 海平面平均壓力 平均日地距離 179。 108Km 地球平均半徑 6371Km 地球表面積 179。 1014m2 遠日點距離 179。 1012m 近日點距離 11521179。 1011m 繞轉軸慣量 矩 179。 1037kgm2 地球表面逸出速度 赤道旋轉速度 465ms1 公轉軌道平均速度 Kms1 為了利用太陽能發(fā)電，必須首先了解太陽，包括太陽的結構，太陽與地球相對運動的規(guī)律，太陽輻射的性質(zhì)等等。 太陽的結構 太陽的結構還遠遠沒有弄清。光譜分析表明， 一般認為太陽由里向外可分為如圖 21所示 的 6個區(qū)域 .圖 21 給出了太陽結構示意圖 [1]、太陽核 其中進行著激烈的熱核反應并產(chǎn)生 90%的能量，以對流和輻射的方式向外放出能量。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 20 [2]、吸收層 從太陽核以外到約 倍太陽直徑處稱為吸收層，也稱為方式活動層，熱核反應產(chǎn)生的大量氫離子在這里被吸收。 [3]、對流層 從吸收層以外至 1 倍太陽直徑處稱為對流層。大量的對流熱傳導在該區(qū)進行。 [4]、光球?qū)? 對流層以外 500Km 以內(nèi)，有大量低電離的 H 原子，是肉眼所見的太陽表面，其亮度相對于 6000176。 K 的黑體輻射。這是非常重要的一層 ，太陽的絕大部分輻射從光球發(fā)射出去，而且還有對地球影響很大的黑子和耀斑在當中活動。 [5]、色球?qū)?，色球?qū)雍窦s 1000015000Km，大部分由低壓氦氣、氫氣以及少量離子組成。稱為太陽的大氣層，溫度約為 5000176。 K，密度為 104g/cm3。 [6]、日冕，色球球外即是伸入太空的銀白色日冕，它是由各種微粒構成的。包括一部分太陽塵埃質(zhì)點，電離粒子和電子。密度為 106g/cm3，溫度高達 100 多萬度，有時日冕能向太空伸展幾萬公里，形成太陽風。打擊到地球大氣層上，產(chǎn)生鹽暴或極光，影響地球磁場和通訊。 圖 21 太陽結構示意圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 21 太陽 與地球相對運動的規(guī)律 [1] 地球繞太陽運動 橢圓軌道稱為黃道，在黃道平面內(nèi)，長軸 152179。 106Km 短軸 147179。 106Km. a） 赤黃角，地軸與黃道平面的夾角稱赤黃交角，數(shù)值為 176。 b） 角速度，地軸相對太陽的轉動速度不一樣，對北半球夏天快、冬天慢，對南半球、夏慢、冬快。 c） 南北回歸線與夏至、冬至日：北半球夏至日（ 6 月 21 日）時，南半球恰好為冬至日，太陽直射北緯 176。的天頂。因而稱北緯 176。 N 緯度圈為北回歸線。北半球冬至日即為南半球夏至日， 太陽直射南緯 176。，因而稱南緯 176。 S 為南回歸線。 d）春分與秋分日，春分（ 3 月 21 日）與秋分（ 9 月 23 日），太陽恰好直射地球的赤道平面。 [2]、赤緯角的變化 與赤道平面平行的平面與地球的交線稱為地球的緯度。太陽中心和地心的聯(lián)線與赤道平面的夾角稱為緯角δ。赤緯角的日變化可以用如下近似公式表達： )3 6 52 8 43 6 0( nS in ?? ?? 式中 n 為天數(shù)。 一年中從 0 與 176。之間變化。 太陽輻射的性質(zhì) [1] 太陽輻射的來源 太陽輻射來源于在高溫高壓下進行的熱核 反應 . 太陽輻射能的計算是一個非常重要的計算，因為各地太陽能資源不一樣，需要利用實測值來作為計算的依據(jù)。目前世界上計算太陽輻射能的方法很多，現(xiàn)在通用性較強的方法是依靠計算機，可以很快得出到達任意傾面的太陽輻射能。 主要考慮以下方面： 利用球面三角公式求出每天日出日落時間和任意時刻太陽高度角，方位角。 將到達水平面上的太陽輻射能分為直接輻射和水平輻射二部分。 將到達任意傾斜面的太陽輻射分成直接輻射、散射輻射和地面反射三部分 據(jù)計算，太陽每秒釋放 179。 1016W，按現(xiàn)有的核反應速率計算，太陽的壽命仍 有 5179。 109年。真可謂取之不盡，用之不竭。 [2] 地球表面上的太陽輻射光譜 太陽是以光輻射的方式將能量輸送到地球表面上的，因此，了解太陽光的光譜是很必要的。由于有地球大氣層的存在，到達地面的太陽光譜與大氣上界的太陽光譜有所不同， 陽光穿過地球大氣層時，至少衰減了 30%。造成衰減的原因是： （ 1）瑞利散射或大氣中的分子散射。這種散射對所有波長的太陽光都有衰減作用，但對短波長的光衰減最大； （ 2）懸浮微粒和灰塵引起的散射； （ 3）大氣，特別是其組成氣體 —— 氧氣、臭氧、水蒸氣和二氧化碳的吸收。 如圖 2。 2所示。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 22 陽光穿過地球大氣層時被 吸收、散射或反射，因而太陽輻照度將被削弱。這種削弱還與太陽輻射穿透大氣層的厚度、太陽輻射的方向等有關，通常用大氣質(zhì)量 (AM)來表示上述情況。 在地球大氣層之外，地球 太陽平均距離處，垂直于太陽光方向的單位面積上的輻射能基本為一常數(shù)。這個輻射強度稱為太陽常數(shù)，或稱此輻射為大氣質(zhì)量為零（ AM0）的輻射。目前，光伏工作中采用的太陽常數(shù)值是 ，這個數(shù)值是由裝在氣球，高空飛機和宇宙飛船上的儀器的測量值加權平均而確定的。陽光能量的精確分布對于太陽電池的工作很重要，因為這 些電池對于不同波長的光有不同的反應。 太陽在頭頂正上方時，路程最短，太陽光線的實際路程和此最短路程之比稱為光學大氣質(zhì)量。太陽在頭頂正上方時，光學大氣質(zhì)量為 1，這時的輻射稱為大氣質(zhì)量為 1(AM1)輻射。 當太陽和頭頂正上方成一個角度 ?時，大氣質(zhì)量由下式得出：大氣質(zhì)量 =1/cos? 估算大氣質(zhì)量的簡易方法是測量高度為 h 的豎直物體投射的陰影長度 s，于是有 ? ?21 hs??大氣質(zhì)量 在其他大氣變量不變的情況下，隨著大氣質(zhì)量的增加，到達地球的能量在所有波段都遭到衰減。在陽光的光譜分布中，吸收帶 附近衰減更為嚴重。 與地球大氣層外的情況相反，地面陽光的強度和光譜成分變化都很大。因此為了對不同地點測得的不同太陽電池的性能進行有意義的比較，就必須確定一個地面標準，然后參照這個標準進行測量。（一般采用 的分布，即總功率密度為 1KW/m2 （ 100mW/cm2），即接近地球表面接收到的功率密度的最大值） 在給定地點，影響有效日照的因素有緯度，高度，氣候類別，主要植被，當?shù)氐乩硖卣?。 最經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)是 水平面上總輻射的日平均值 。實際使用的測量儀表有： ①、 天空輻射計 ②、 散射輻射計 ③、 棒移式總輻射計 ④、 直 接輻射計 ⑤、 日照時數(shù)計 表 波長 (um) 圖 22 太陽能光譜分布 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術（系統(tǒng)設計、安裝運行及維護） 23 表 21 是地球表面接收到的太陽輻射能按月份變化的規(guī)律： 表 21 太陽輻射能按月份變化規(guī)律 月份日期 太陽強度 Mw178。 cm2 比率 （相對 135176。 3Mw/cm2） 比率 （冬至） （春分） （夏至） 5（秋分） 世界和中國太陽能資源分布 情況 在世界上， 美國西南部，非洲，澳大利亞等地總輻射量或日照時數(shù)都最大，在這些地區(qū)很多屬于第三世界發(fā)展中國家，在這些地方利用太陽能發(fā)電具有很多優(yōu)越性。 我國地處北半球，土地遼闊，幅員廣大，國土總面積達 960 萬 平方公里 。南從北緯 4o的曾母暗沙，北到北緯 的漠河，西自東經(jīng) 73o 的帕米耳高原，東至東經(jīng) 135o 的黑龍江與烏蘇里江匯流處，距離都在 5000 公里以上。在我國廣闊富饒的土地上，有著豐富的太陽能資源。全國各地的年太陽輻射總量為 928－ 2333kWh/ m2，中值為 1626kWh/ m2。 根 據(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區(qū)。