图6-3 太阳能电池发电原理图
在光伏发电过程中，光伏电池本身不发生任何化学变 化，也没有机械磨损，因而在使用中无噪声、无气味，对环 境无污染，适用于建筑中使用。
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，一般不能单独 作为电源使用，需要将太阳能电池单体进行串、并联并封装 组成光伏电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、几百瓦， 即成为可单独作为电源使用的最小单元。将若干个光伏电池 组件根据负载需求，再次串、并联组成较大功率的实际供电 装置，称之为光伏阵列。
直流-交流 逆变器
直流负载 交流负载
图6-2 太阳能光伏发电系统的组成
太阳能电池 太阳能电池利用光生伏打效应把光能转换为电能
，是太阳能光伏发电的最基本元件。物质吸收光能产 生电动势的现象,称为光生伏打效应，这种现象在液体 和固体中都会发生，但是只有在固体中，特别是在半 导体中，才有较高的能量转换效率。
第六章 可再生能源利用技术
— —主讲：郑则炯
主要内容
6.1 太阳能利用技术 6.2 地热能利用技术 6.3 可再生能源综合利用技术
6.1 太阳能利用技术
6.1.1 太阳能资源及其开发利用 6.1.2 太阳能光电利用技术 6.1.3 太阳能光热利用技术
6.1.1 太阳能资源及其开发利用
太阳分为内部和大气两大部分，其内部结构 如图6-1所示，内部从中心向外分为核反应区、辐 射区和对流区。太阳能资源除了直接投射到地球 表面上的太阳辐射能之外，还包括像水能、风能 和海洋能等间接的太阳能资源，以及通过绿色植 物的光合作用所固定下来的能量（生物质能）， 如石油、天然气和煤炭等矿物燃料，人类所需能 量的绝大部分都直接或间接地来自太阳，因而广 义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能 则限于直接投射到地球表面上的太阳辐射能。
1.太阳能及其辐射
太阳辐射是地球表层能量的主要来源。到达地球大气上界的太阳辐 射能量称为天文太阳辐射量 。除太阳本身的变化外，天文辐射能量 主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长 。在地球位于日地平均距 离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受 到的太阳辐射的全谱总能量，称为太阳常数。太阳常数的常用单位为 瓦/米2。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。太阳常数 值是1368瓦/米2 。
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
、西藏东南部和新疆南部
山东、河南、河北东南部、山西南 部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、 陕西北部、甘肃南部、广东南部、福 建南部、江苏北部、安徽北部、天津
、北京和台湾西南部 长江中下游、福建、浙江和广东的
一部分地区 四川、贵州、重庆等地
一类地区（丰富区） 3200~3300 二类地区（较丰富区） 3000~3200
三类地区（中等区） 2200~3000
四类地区（较差区） 五类地区（最差区）
1400~2200 1000~1400
6690~8360 5852~6690
5016~5852
4190~5016 3344~4190
青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和 新疆南部
2. 太阳能的开发利用
人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢， 现代意义上的开发利用只是近半个世纪的事情。1954年美国 贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳 能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快， 特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能 开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及 其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止， 太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结为太阳能热利用 和光利用两个方面。
3.中国的太阳能资源
我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳 辐射总量为3340～8400MJ/cm2，中值为5852MJ/cm2。按照各地 接受太阳总辐射量的多少，全国太阳能分布大致可划分为五类 地区，见表6-1。 表6-1 我国太阳能分布状况
年日照时数/h 年辐射总量MJ/cm2
主要地区
Hale Waihona Puke 1.太阳能及其辐射太阳辐射为我们的生产和生活提供能量。人们对太阳辐射作 用最直接的感受来自于它是人们生产和生活的主要能源。如植物的 生长需要光和热，晾晒衣服需要阳光，工业上大量使用的煤、石油 等化石燃料是太阳能转化来的，被称为“储存起来的太阳能”。还 有太阳灶、太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳房、太阳能发电、 太阳能电池等。除直接使用的太阳能外，地球上的水能、风能也来 源于太阳。
太阳能光伏发电系统(photovoltaic power system)是利用半导体器件的光生伏打效应原理直接将 太阳光辐射能转换为电能的发电系统，由太阳能电池 方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成 ，有独立运行和并网运行两种运行方式。
1.太阳能光伏发电系统的组成
太阳能 电池阵列
控制器 蓄电池组
目前，太阳能在建筑中的应用主要有光电利用和 光热利用两种形式。太阳能光电利用是指通过光电器 件直接将太阳能转换成电能，即太阳能光伏发电。太 阳能光热利用的基本原理是将太阳辐射能收集起来， 通过物质的相互作用转换成热能加以利用。
6.1.2 太阳能光电利用技术
太阳能光电利用技术是指通过转换装置把太阳辐 射能转换成电能利用，光电转换装置通常是利用半导 体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太 阳能光伏发电。
图6-1太阳内部结构图
1.太阳能及其辐射
太阳是太阳系中唯一的恒星和会 发光的天体，是太阳系的中心天体， 太阳系质量的99.86%都集中在太阳。 从化学组成来看，现在太阳质量的 大约四分之三是氢，剩下的几乎都 是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他 的重元素质量少于2%。
1.太阳能及其辐射
根据太阳活动的相对强弱，太阳可 分为宁静太阳和活动太阳两大类。宁静 太阳是一个理论上假定宁静的球对称热 气体球，其性质只随半径而变，而且在 任一球层中都是均匀的，其目的在于研 究太阳的总体结构和一般性质。在这种 假定下，按照由里往外的顺序，太阳是 由核心、辐射区、对流层、光球层、色 球层、日冕层构成。光球层之下称为太 阳内部；光球层之上称为太阳大气。