太阳能光伏发电效率的影响因素分析

太阳能光伏发电效率的影响因素分析

陈瑜

华能福建清洁能源分公司 福建福州 350000

摘要：当今社会能源短缺问题严重，世界各国对能源开发问题都极为注重。太阳能属于一类新能源，借助太阳能发电逐渐得到了广泛应用。本文将从太阳能光伏发电的概述角度出发，对其系统构成、基本原理以及应用优劣势加以介绍，同时重点分析太阳能光伏发电效率产生影响的主要因素，并且提出有效提升其发电效率的思路，以期为有关部门提供可靠参考。

关键词：太阳能光伏发电；发电效率；气候资源；太阳辐射能；输出功率

引言：太阳能属于能源领域中的新能源，具有可再生的性质，得益于自身永不衰竭以及环保清洁等优势得到了各个国家的重视，然而对太阳能光伏发电效率产生影响的因素较多，有关部门在对此类能源进行深入研究的过程中必须正视这些因素，进而确保对太阳能加以有效利用，实现对常规能源的合理节约以及对生态环境的全面保护。

1太阳能光伏发电概述

1.1系统构成

构成此类发电系统的主要设备包括：辅助设备、太阳能电池组件、升压变压器、计算机监控设施、逆变器、蓄电池、放电与充电控制器、以及测试仪表等^[1]。

1.2基本原理

在太阳能电池表面受到光线的照射时，硅材料会吸收一些光子。此时硅原子得到光子能量，从而发生电子跃迁现象而变成自由电子，其会集聚于P-N结的两侧，从而出现电位差。在此过程中，如果外部的电路接通，便会由于电压产生的作用，使得外部电路流过电流，形成输出功率。这一流程的本质便是光子能量经由硅材料作用最终被转换为电能，即“光生伏打”效应。在其作用之下，电动势生成于电池两端，使光能被转化为电能，进而完成能量转换。将整体太阳能电池组件牢固连接到一起之后，以电池阵列形式对其进行排布，随后以串联或者并联的模式设计引线，使之相储能蓄电池组当中传输组件所形成直流电，实现对太阳能所转换电能的有效储存，确保能够不受时间限制地将电能提供给负荷。在此之后，经由单独工作的逆变器使直流电转化成交流电，使之被应用于负载或者被控制设备传输至变压器低压端，最终在三相变压器当中进行升压后，借助输电线路被提供给整个电网系统。

1.3应用优劣势

主要优势在于属于全球范围内最大的可开发能源，有较广的分布，且没有污染，年供电量998万kWh的光伏电站，每年可替代3175t标准煤，减排SO₂ 1.24t、N0_X 1.78t、CO₂约8963t。劣势在于其会受到容量传输、时间周期、气象状况以及地理位置等多方面因素的局限和影响。

2对太阳能光伏发电效率产生影响的主要因素

2.1运算器的影响

光伏阵列电压-电流曲线中逆变器的工作部位将对其直流功的输入功率大小产生决定作用。如果工作条件理想，逆变器运行列阵功率便能够达到最大的峰值。但是在实际运行过程中，由于运行环境时刻都在发生变化，在每天不同的时间段，由于太阳辐射量以及温度都会发生改变，这就导致逆变器的运行最大峰值在不同时间段会有变化。运算器属于太阳能光伏发电过程中跟踪最大功率峰值的装置，而逆变器经由运算器便能够与光伏阵列进行有效联系，这能够使其运行效率得到全面提升，从而实现能量的最大转移。如今跟踪逆变器最大功率峰值的计算方式有很多类，其电容、电压以及电流等参数各不相同。然而许多运算方法局限性较大，这会致使逆变器跟踪的最大功率效果无法达标。

2.2地球自身经纬度

太阳传至地球的整体辐射强度将受到太阳高度角直接影响，通常在纬度较高的区域，其有着较小的太阳高度角，因此其太阳辐射的强度并不大；在较低纬度区域，一般都有着较大的太阳高度角，其往往能够得到较打太阳辐射强度。所以，太阳能光伏发电比较适用于低纬度地区，其可以最大化地利用太阳能光伏发电^[2]。

2.3设备转换效率的影响

太阳能光伏发电的整体效率主要会受到逆变器运行效率及光伏组串、汇流箱等设备转换效率的影响。因为逆变器一般都具备较大功率，当进行高负荷的供电工作时，其工作效率一般能高达95%以上，然而在进行低负荷的供电工作时，其工作效率较低。同时，逆变器、汇流箱、光伏组串设备在运行期间本身会产生一定的损耗，降低发电效率，下图为某光伏电站实测曲线。根据某光伏电站性能试验实测数据，逆变器最大转换效率高达98.78%，而发电单元测试效率约为77%，由此可见，其设备转换效率和太阳能光伏发电的效率之间有着极大联系。

2.4大气层透明度及周围环境的影响

太阳辐射量还会受到大气层透明度及周围环境遮挡的影响：

在晴朗天气状况下，空气相对稀薄，同时大气层也有着较高的透明度，这就会使得太阳光穿过大气层时并不会消耗较多能量，因此在太阳光抵达地球时，一般都有着较高的辐射量；倘若在阴天，天空中会有很多乌云，并不具备较好的空气质量，这使得传播太阳光时，会出现大量能量损失，其辐射量强度将被严重减弱。

在太阳上升的过程中，太阳能电池组件受周边山体、树木、房屋等物体遮挡影响，太阳光无法顺利传播到光伏组件被吸收，造成大幅能量损失，同时，组件周边草木的遮挡也与光伏组件的发电效率有很大联系。

太阳能电池组件遮挡前后电流趋势图

2.6电池板材料的影响

太阳能光伏发电整体效率也将受到其电池板质量的直接影响，而对电池板产生影响的关键便在于制作材料。如今电池板主要采用的制作材料即半导体材料，按照材料可以将电池板划分成不同种类，主要包括了：纳米晶材料电池，硅材料电池，无机盐多元化合物电池（如硫化镉以及砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物等）与功能高分子电池。上述种类电池当中，能够得到最广泛应用的便是硅材料电池板。此类电池板的构成材料主要包含多晶体以及单晶体硅材料，其在世界范围内拥有最大的生产规模。当前单晶硅转换率高达16-20%，然而却有着较为高昂的价格。硅材料在此类发电的总体投资当中拥有60%的占比，有着较大的一次投资。如今多晶硅的转换率能够达到14-16%，且不需要较大的一次投资，所以被广泛应用于大部分太阳能光伏发电公司当中。硅材料电池板有着较为先进的制作工艺，优势在于有较好的散热性、稳定性以及较高的发电效率，因此其具备较高的应用价值，推行范围较广。此外，晶硅电池通常需要将温度系数控制在-0.4--0.45%/℃范围里，而多晶的温度系数要大于单晶。一旦组件运行时导致组件升温，或者外部温度发生改变，便会降低组间发电功率。另外，倘若电池发生老化、隐裂、背板存在缺陷、黑心、虚焊以及氧化等问题，同样会影响运行功率，进而使组件的发电量降低。

3太阳能光伏发电效率的有效提升思路

在发电领域当中，太阳能的光伏发电还较为新颖，因此其研发程度有待提升。若想使太阳能的光伏发电最终效率得到充分提升，需要加大投入时间以及精力，降低设备能量损耗，进而提升光伏组件、汇流箱能量转换效率。与此同时，还应加大对跟踪光伏发电最大功率峰值方法的研究，以便使逆变器利用率以及工作效率得到提升。另外，在使光伏发电效率提升之后，企业应该持续开发并网技术，使太阳能光伏发电的并入电网减少，降低电网冲击与动荡^[3]。

结论：总体而言，太阳能资源极为丰富，属于绿色清洁类能源，不会污染环境，其属于能源领域未来很长一段时间里的重点发展能源。倘若能够对各类影响因素进行合理管控，便能够实现对此类能源的进一步开发与应用，这不仅能够推动发电产业的快速发展，更有助于节约能源、实现生态环保，提升我国的综合国力。

参考文献：

[1]孙成金，范玲萍，许利华.塔式太阳能热发电吸热器热效率影响因素分析[J].发电设备，2020，34(03):161-165.

[2]李元.影响太阳能光伏电站系统效率的主要因素分析[J].应用能源技术，2018(11):34-38.

[3]王立舒，杨孟铖，包明轩.基于微热管阵列的太阳能温差发电组件效率影响因素分析[J].农业工程学报，2018，34(20):189-196.