光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率研究

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率研究 摘要：在生活中太陽(yáng)能 風(fēng)能和生物質(zhì)能是各國(guó)最為看好的可再生能源，可再生能源的利用對(duì)于滿(mǎn)足能源需 求、改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力、保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展等 方面具有重要意義。近幾年來(lái)， 太陽(yáng)能以其特有的優(yōu)勢(shì)成為各國(guó)矢注的焦點(diǎn)，尤其是太陽(yáng)能光伏發(fā)電得到了持續(xù)應(yīng)用和發(fā) 展。本文分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的相矢方面。矢鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；發(fā)電效率；分析引言在人們對(duì)能源需求急劇增加，而化石能源日益匱乏的背景下，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能等可 再生能源越來(lái)越受到重視。世界各國(guó)政府紛紛把充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能作為可持續(xù)發(fā)展的能 源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分，被認(rèn)為

2、 是當(dāng)前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨額資金競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)，并 積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大力拓市場(chǎng)應(yīng)用。太陽(yáng)能的利用雖然是無(wú)地域限制，隨處可得，但 目前光伏發(fā)電系統(tǒng)效率偏低是光伏發(fā)電大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸，因此如何最大限度地利用 光伏陣列所產(chǎn)生的能量是矢鍵問(wèn)題所在。1、概述能源是推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和繁榮的車(chē)輪，20世紀(jì)至今，在世界能源體系中，煤、石 油、天然氣等非可再生資源成為人類(lèi)社會(huì)文明進(jìn)步的主要能源結(jié)構(gòu)。隨著社會(huì)進(jìn)步歷程的 加速發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)對(duì)非可再生能源的需求量也不斷地增加，由于人類(lèi)對(duì)非可再生資源 過(guò)度地開(kāi)采利用以及一些不合理的維護(hù)等，致使了全球性的環(huán)境污染及資源枯竭。21世紀(jì)

3、的今天，人類(lèi)在能源利用方面面對(duì)著巨大的挑戰(zhàn)，這主要包括：大規(guī)模地開(kāi) 采及不合理地利用煤、石油、天然氣等非可再生資源，造成了非可再生資源儲(chǔ)量的銳減 和枯竭；另一方面，以煤、石油、天然氣等化石燃料為主的傳統(tǒng)能源體系在人類(lèi)強(qiáng)調(diào)走可 持續(xù)發(fā)展道路的今天遇到了極大的限制。太陽(yáng)能資源是一種分布廣泛、儲(chǔ)量無(wú)限的清潔無(wú)污染能源，被科學(xué)家譽(yù)為是世界上 最理想的綠色資源，是人類(lèi)開(kāi)發(fā)和利用新能源的首選資源。開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能的基本方 式有：一是利用光熱轉(zhuǎn)換，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能；二是利用光伏陣列通過(guò)匯流裝置間接 將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為電能，即光伏發(fā)電。截止到今天，在開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的過(guò)程中，光伏發(fā)電 已然成為其最主要的途徑，從上世

4、紀(jì)80年代起，光伏產(chǎn)業(yè)就成為世界上飛速增長(zhǎng)的新型 產(chǎn)業(yè)之一，隨著各國(guó)不斷地加強(qiáng)對(duì)可再生資源開(kāi)發(fā)利用重視的力度，光伏這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 市場(chǎng)將會(huì)更加廣闊。光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其輸出電流、電壓的大小和穩(wěn)定情況不僅與 電池本身結(jié)構(gòu)等參數(shù)有尖，而且還很大程度地隨著環(huán)境溫度、光照的改變而波動(dòng)起伏。 同時(shí)由于外界環(huán)境因素變化無(wú)常，致使光伏電池的輸出特性表現(xiàn)為非線(xiàn)性，因而在一天當(dāng) 中某一特定工作條件之下，光伏電池功率輸出存在唯一的最大值點(diǎn)。為了更有效地利用 光伏電池，應(yīng)當(dāng)采取一定的控制技術(shù)，來(lái)確保光伏電池實(shí)時(shí)都能輸出最大功率，這即是 最大功率跟蹤（MaximumPowerPointTracking

5、, MPPT技術(shù)。在實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)中，裝設(shè)MPPT控制裝置，能夠有效提高光伏電池的發(fā)電效率。2、光伏發(fā)電存在的問(wèn)題近年來(lái)光伏發(fā)電雖然從技術(shù)和市場(chǎng)上都得到了飛速發(fā)展，但值得注意的是，光伏發(fā)電自身存在一些問(wèn)題需要亟待解決：1）發(fā)電效率偏低，目前我國(guó)火電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)一般可達(dá)500小時(shí)以上，最高可 達(dá)7000小時(shí)以上冰電年機(jī)組利用小時(shí)約在3500小時(shí)左右，而光伏組件只有2000小時(shí) 左右。2）發(fā)電成本偏高，目前生產(chǎn)一度電，火電成本約為0.40.5元，水電成本約為 0.203元，核電成本約0.30.4為元，風(fēng)電成本約在0.6元以上，而光狀發(fā)電成本在1元 以上;從上網(wǎng)電價(jià)看，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)約為火電13

6、倍，而光伏上網(wǎng)電價(jià) 約為火電的22倍。要提高光伏發(fā)電在可再生能源應(yīng)用中的比例，必須從提高效率和降低成本兩方面入 手，這就需要從光伏組件的材料與制作工藝、光伏陣列的配置優(yōu)化、逆變器的拓?fù)渑c控制 等多方面考慮，尋找一切盡可能提高光伏發(fā)電效率與降彳氐成本的方法。3、效率影響因素分析3.1、自然環(huán)境因素：光輻照資源溫度太陽(yáng)福射強(qiáng)度指太陽(yáng)投射到組件單位面積上 的福射功率，這里的溫度是環(huán)境溫度，光伏組件的工作溫度一般比環(huán)境溫度高。根據(jù)光伏 組件的工作特性，其輸出電壓和電流都會(huì)隨著太陽(yáng)福射強(qiáng)度和溫度的變化而變化，因此環(huán) 境因素會(huì)影響光伏組件的工作性能，從而影響光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。3.2、光伏組件光伏組件的光

7、電轉(zhuǎn)換效率、組件標(biāo)稱(chēng)功率偏差、組件的光照人射率和組件初始光致 衰退效應(yīng)這4個(gè)方面因素影響光伏電站效率。光伏組件的轉(zhuǎn)換效率越高、標(biāo)稱(chēng)功率正偏差 越大、光照人射率越高、光致衰退效應(yīng)越小，光伏電站效率越高。如果光伏組件衰減越 慢，電站長(zhǎng)期效率越高。3.3、光伏組件匹配由于制造工藝限制，同型號(hào)的光伏組件存在制造誤差。當(dāng)組件構(gòu) 成方陣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生組件匹配損失，組件串聯(lián)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流損失，組件并聯(lián)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓 損失。組件匹配損失范圍在1.5%- 3%，典型值為2%。3.4、電池溫度光伏電池的工作溫度對(duì)光伏方陣的輸出功率響重大影響，單晶硅電池功率溫 度系數(shù)為一 0.5%/C即電池工作溫度上升1C，電池輸出功率降

8、低0.5%。如果由于 環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射使得電池工作溫度由于標(biāo)準(zhǔn)條件工作溫度35C，使得電池功率下降17.5%,進(jìn)而光伏電站效率也至少下降17.5%o3.5、MPR 損耗MPP所造成的功率損失包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)跟蹤損失。靜態(tài)跟蹤損失是指最大功率點(diǎn)跟 蹤算法并不能跟蹤到真正的最大功率點(diǎn)造成的能錄損失，如目前采用的的擾動(dòng)觀(guān)察法和電 導(dǎo)增量法，這兩種算法由是基于擾動(dòng)步進(jìn)行最大功率點(diǎn)蹤，所以在最大功率點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生振 蕩，從而造成能量損失。動(dòng)態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤損失是指在進(jìn)行最大功率跟蹤過(guò)程中，外界 環(huán)境輻射強(qiáng)度、溫度等發(fā)生變化時(shí)，最大功率點(diǎn)跟蹤算法不能跟蹤到真正的最大功率點(diǎn)造 成的能量損失。3.6、線(xiàn)損、變壓

9、器損耗光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要使用電纜來(lái)進(jìn)行電能傳輸，因此傳輸過(guò)程中必然 存在阻抗損耗。對(duì)于大型光狀發(fā)電系統(tǒng)，交流電能并網(wǎng)前需要變壓器升壓，其系統(tǒng)損耗相對(duì) 于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)多了變壓器損耗。4、優(yōu)化41、建筑物表面對(duì)光伏發(fā)電的影響對(duì)于地面大型光伏電站，光伏陣列基本能采用最優(yōu)傾角和方位角進(jìn)行安裝，但對(duì)于分 布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是建筑光伏，其朝向和傾角就有各種各樣的可能，如光伏幕墻、斜 屋頂?shù)?。?duì)于建筑光伏,組件傾角和方位角朝向的選擇需考慮建筑的美觀(guān)度、陣列安裝的 復(fù)雜度以及建筑物的朝向等，因此在設(shè)計(jì)安裝應(yīng)在保證安裝可行的基礎(chǔ)上盡量降低建筑物 對(duì)光伏陣列發(fā)電量的影響。4.2、優(yōu)選設(shè)備，特

10、別是優(yōu)選組件和逆變器o在試驗(yàn)電站里，對(duì)比不同組件或逆變器的發(fā)電量，進(jìn)而確定最佳I4生價(jià)比的設(shè)備。4.3、積極進(jìn)行系統(tǒng)集成研發(fā)工作，主要目標(biāo)是提高效率、降低成本，包括開(kāi)展系統(tǒng) 解決方案的研發(fā)和推廣；新技術(shù)、新產(chǎn)品的跟蹤和應(yīng)用；光伏電站及其環(huán)節(jié)的（效率）檢 測(cè)和分析;技術(shù)信息化（數(shù)據(jù)庫(kù)）以及工程共性難題研究和解決。4.4、逐步提高光伏電站設(shè)計(jì)技術(shù)水平，能夠根據(jù)地理位置、氣候條件、污染情況、 客戶(hù)需求、風(fēng)險(xiǎn)控制和生態(tài)環(huán)境等條件設(shè)計(jì)最佳的光伏發(fā)電系統(tǒng)。4.5、加強(qiáng)光伏電站效率檢測(cè)和工程評(píng)價(jià)工作。構(gòu)建電站效率檢測(cè)、優(yōu)化方案研發(fā)、 示范電站測(cè)試、工程項(xiàng)目推廣等環(huán)節(jié)組成的循環(huán)機(jī)制，不斷提高光伏電站性能。 結(jié)束語(yǔ)光伏電站發(fā)電系統(tǒng)其自身的特點(diǎn)，沿用傳統(tǒng)跟蹤模式會(huì)使建設(shè)成本攀高，甚至提高的 發(fā)電效率還不足