光伏發(fā)電系統(tǒng)影響發(fā)電效率因素分析

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)影響發(fā)電效率因素分析摘要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛速進步，我國越來越重視新能源領(lǐng) 域的發(fā)展。光伏發(fā)電作為新能源發(fā)電的重要組成部分，是環(huán)保無污染的一種可再 生能源發(fā)電形式，在近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。雖然太陽能無處不在、用 之不竭，但將其作為主要的電力來源還有很多技術(shù)挑戰(zhàn)。其中最大的瓶頸就是其 效率問題。如何最大限度的利用太陽能，提高效率成為問題的關(guān)鍵所在。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；發(fā)電系統(tǒng)；效率分析1刖言能源是推動世界經(jīng)濟發(fā)展和繁榮的車輪，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社會文明進步的主要能源結(jié)構(gòu)。隨著 社會進步歷程的加速發(fā)展，人類社會對

2、非可再生能源的需求量也不斷地增加，由 于人類對非可再生資源過度地開采利用以及一些不合理的維護等，致使了全球性 的環(huán)境污染及資源枯竭。太陽能資源是一種分布廣泛、儲量無限的清潔無污染能源，被科學(xué)家譽為是 世界上最理想的綠色資源，是人類開發(fā)和利用新能源的首選資源。開發(fā)和利用太 陽能的基本方式有：一是利用光熱轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能；二是利用光伏陣 列通過匯流裝置間接將太陽能轉(zhuǎn)為電能，即光伏發(fā)電。截止到今天，在開發(fā)利用 太陽能的過程中，光伏發(fā)電已然成為其最主要的途徑，從上世紀(jì)80年代起，光 伏產(chǎn)業(yè)就成為世界上飛速增長的新型產(chǎn)業(yè)之一，隨著各國不斷地加強對可再生資 源開發(fā)利用重視的力度，光伏這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

3、市場將會更加廣闊。2光伏發(fā)電系統(tǒng)概述2.1組成典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種，離網(wǎng)型主要由光伏陣列、充放電控 制器、儲能裝備或逆變器、負(fù)載等組成。光照射到光伏陣列上，光能轉(zhuǎn)變成電能， 光伏陣列的輸出電流由于受環(huán)境影響，因此是不穩(wěn)定的，需要經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器 將其轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的電流后，才能加載到蓄電池上，對蓄電池充電，蓄電池再對負(fù) 載供電。如果是并網(wǎng)型，則不需要蓄電池，而是通過并網(wǎng)逆變器，將直流電流轉(zhuǎn) 換成交流電流，并到電網(wǎng)上進行出售。目前國家多鼓勵并網(wǎng)分布式光伏電站的發(fā) 展，用戶側(cè)并網(wǎng)從而降低用電負(fù)荷。2.2工作原理光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理指的是采取了光生伏打，并通過利用太陽光對于一 些特殊

4、的物質(zhì)進行了照射，使內(nèi)部的部分粒子吸收到了相應(yīng)的光子，進而通過移 動，產(chǎn)生了一定的電勢能，進而就把光能轉(zhuǎn)化成了電勢能。太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括 以下幾個方面：并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，它指的是通過標(biāo)準(zhǔn)接口與公用電網(wǎng)所進行的一 種連接，感覺就像是一個小型的發(fā)電站，輻射能轉(zhuǎn)變成了高壓直流電，然后通過 逆變器向電網(wǎng)輸出了交流電。獨立式的發(fā)電系統(tǒng)，是把所接收到的多余電能通 過充電器存儲于蓄電池的內(nèi)部，需要時蓄電池放電。3光伏發(fā)電效率存在的問題近年來光伏發(fā)電雖然從技術(shù)和市場上都得到了飛速發(fā)展，但值得注意的是， 光伏發(fā)電自身存在一些問題需要亟待解決，在研究如何提高效率之前，應(yīng)先分析 每一環(huán)節(jié)的效率和能量損失的機制，這樣才能

5、從每一部分入手，綜合全面的理解 效率問題，為提高效率打下基礎(chǔ)。1）發(fā)電效率偏低，目前我國火電機組年利用小時數(shù)一般可達(dá)500小時以上， 最高可達(dá)7000小時以上，水電年機組利用小時約在3500小時左右，而光伏組件 只有2000小時左右。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0.20.3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)電價看，風(fēng)電上網(wǎng)電價約為火電1.3倍，而光伏上網(wǎng)電 價約為火電的2.2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

6、、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)電效率與降低成本的 方法。4效率影響因素分析4.1自然環(huán)境因素光輻照資源、溫度太陽福射強度指太陽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隨著太陽福射強度和溫度的變化而變化，因 此環(huán)境因素會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。4.2光伏組件光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率、組件標(biāo)稱功率偏差、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)稱功率正偏差越大、光照入射

7、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，電站長期效率越高基于機理模型的并網(wǎng)光伏電站實時效 率分析。4.3光伏組件匹配由于制造工藝限制，同型號的光伏組件存在制造誤差。當(dāng)組件構(gòu)成方陣時， 會產(chǎn)生組件匹配損失，組件串聯(lián)時會產(chǎn)生電流損失，組件并聯(lián)時會產(chǎn)生電壓損失。 組件匹配損失范圍在1.5%3%，典型值為2%。4.4電池溫度光伏電池的工作溫度對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)約為-0.5%/C即電池工作溫度上升1C，電池輸出功率降低0.5%。如果由 于環(huán)境溫度和太陽輻射使得電池工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)條件工作溫度達(dá)35C，使得電 池功率下降17.5%，進而光伏

8、電站效率也至少下降17.5%。4.5MPPT 損耗MPPT所造成的功率損失包括靜態(tài)和動態(tài)跟蹤損失。靜態(tài)跟蹤損失是指最大 功率點跟蹤算法并不能跟蹤到真正的最大功率點而造成的能量損失，如目前采用 的的擾動觀察法和電導(dǎo)增量法，這兩種算法由是基于擾動步進行最大功率點蹤， 所以在最大功率點附近會產(chǎn)生振蕩，從而造成能量損失。動態(tài)最大功率點跟蹤損 失是指在進行最大功率跟蹤過程中，外界環(huán)境輻射強度、溫度等發(fā)生變化時，最 大功率點跟蹤算法不能跟蹤到真正的最大功率點造成的能量損失。4.6線路損耗、變壓器損耗光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部的各個環(huán)節(jié)都需要使用電纜來進行電能傳輸，因此傳輸過 程中必然存在阻抗損耗，電纜的導(dǎo)體材質(zhì)、截

9、面積和敷設(shè)都是影響因素。對于大 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)損耗相對于小型光伏 發(fā)電系統(tǒng)多了變壓器損耗。5提高效率優(yōu)化措施（1）建筑物表面對光伏發(fā)電的影響。對于地面大型光伏電站，光伏陣列基本 能采用最優(yōu)傾角和方位角進行安裝，但對于分布式光伏發(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)?。對于建筑光伏?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)計安裝應(yīng)在保證安裝可行的基礎(chǔ)上盡量降低建筑物對光伏 陣列發(fā)電量的影響。（2）優(yōu)選設(shè)備，特別是優(yōu)選組件和逆變器。對比不同組件性能（如雙面太陽 能電池

10、比單面太陽能電池能增加約60%70%）；逆變器的轉(zhuǎn)換效率，進而確定最 佳性價比的設(shè)備。選擇合適的電纜和低能耗的變壓器。（3）積極進行系統(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 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）檢測和分析；技術(shù)信息化（數(shù)據(jù)庫）以及工程共性難題研究和解決。（4）逐步提高光伏電站設(shè)計技術(shù)水平，能夠根據(jù)地理位置、氣候條件、污染 情況、客戶需求、風(fēng)險控制和生態(tài)環(huán)境等條件設(shè)計最佳的光伏發(fā)電系統(tǒng)。（5）加強光伏電站效率檢測和工程評價工作。構(gòu)建電站效率檢測、優(yōu)化方案 研發(fā)、示范電站測試、工程項目推廣等環(huán)節(jié)組成的循環(huán)機制，不斷提高光伏電站 性能。結(jié)語影響光伏電站效率的因素非常多，且各因素是不斷變化的。其效率受天氣、 環(huán)境、所選設(shè)備型號、負(fù)載情況、控制策略等因素影響，因此效率無法固定在某 一個值上。以上分析只是選取了某些條件，并且忽略的諸多因素得出的結(jié)果，其 具體效率應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實際來