光伏发电系统发电效率探究

光伏发电系统发电效率探究

杨杰

河北建昊光伏科技有限公司，河北 石家庄 050000

摘要：我国目前是开发太阳能产业的主要国家之一，也是重要的太阳能光伏电池生产国，虽然我国已经奠定了基本的光伏发电规模，但是发电系统效率偏低是大规模推广应用的瓶颈，因此如何最大限度地提升效率是关键问题所在。

关键词：光伏发电；发电效率；温度；环境影响

引言：光伏是指将太阳光通过太阳能电池与其他部件配合转换成电能的一套发电系统。光伏发电没有得到大规模的普及，原因有三个方面：1、受环境因素的影响；2、发电效率低；3、发电成本高。其中最主要影响光伏发电的就是环境因素，温度、湿度、尘埃、云层等都会影响光伏发电的发电效率，使其电能输出极不稳定。通过分析探究环境因素对于光伏发电系统发电效率的影响以及对各部件的影响。

1 光伏发电概述
        能源是推动世界经济发展和繁荣的车轮，20世纪至今，在世界能源体系中，煤、石油、天然气等非可再生资源成为人类社会文明进步的主要能源结构。随着社会进步历程的加速发展，人类社会对非可再生能源的需求量也不断地增加，由于人类对非可再生资源过度地开采利用以及一些不合理的维护等，致使了全球性的环境污染及资源枯竭。太阳能资源是一种分布广泛、储量无限的清洁无污染能源，被科学家誉为是世界上最理想的绿色资源，是人类开发和利用新能源的首选资源。开发和利用太阳能的基本方式有：一是利用光热转换，将太阳能转化成热能；二是利用光伏阵列通过汇流装置间接将太阳能转为电能，即光伏发电。光伏电池是光伏发电系统的核心部件，其输出电流、电压的大小和稳定情况不仅与电池本身结构等参数有关，而且还很大程度地随着环境温度、光照的改变而波动起伏。同时由于外界环境因素变化无常，致使光伏电池的输出特性表现为非线性，因而在一天当中某一特定工作条件之下，光伏电池功率输出存在唯一的最大值点。

2光电转换效率

光电转换效率是指：在标准状况下（大气质量为AM1.5时的光谱分布，入射的太阳辐照度为1000W/_，温度为25℃），单位面积上产生电功率和太阳辐射功率之比。光伏电池从制作材料上分类有晶体硅电池和薄膜电池。砷化镓薄膜电池的光电转换率有百分之二十几，但由于其制作成本高、资源少等原因不能得到广泛使用。多晶硅的转换效率有百分之十几，但由于其低成本、制造污染程度小，在市场中使用的比率最高。提高光伏电池光电转换效率的措施有以下几种：（1）寻找光电转换新材料。（2）采用新的加工技术制造太阳能电池。（3）使用聚光光学元件。

3光伏发电系统的组成
        光伏发电系统主要由四大部分组成，其分别为“太阳能电池、控制器、逆变器和蓄电池”

3.1太阳能电池

太阳能电池是整个光伏发电系统最重要的核心部件。半导体是制作太阳能电池的主要材料，通常是硅，当光源照射电池的情况下，电池会吸收能量并产生电荷，通过其他部件将正负两端连接形成电路，最终转换成电能。太阳能电池可以主要分为三种：1、单晶硅，由纯的完整单晶硅制成。单晶硅的发电效率在所述的三类电池中最高且使用寿命长，但由于制作复杂使得成本也高；2、多晶硅，由多个细小的单晶硅结晶制成的。由于多晶硅的制作相比于单晶硅电池简单许多，使得其成本便宜。但多晶硅电池在发电效率和使用寿命上略低一筹；3、非晶硅，由薄薄的一层硅原子组合制成而非硅晶体，所以非晶硅电池也可称为薄膜电池。当然除了上述三大类太阳能电池，还有一种太阳能电池的发电效率远高于前三者，那就是砷化镓太阳能电池，但由于制作生产成本过于昂贵，不具备经济性，所以只用于军工、航空航天、芯片等高精尖重要领域。

3.2光伏发电系统的分类
        3.2.1独立光伏发电系统
        日常生活中，最常见的独立的光伏发电系统，例如光伏路灯、太阳能电热水器等。该系统包含全部的主要部件太阳能电池、蓄电池、充电控制器和逆变器。这种光伏发电系统是脱离电网可以自主为用户或设备供电的。在有光照的情况下为用户或设备供电并将多余电能通过蓄电池进行储存，在夜间和无光照条件下为用户或设备供电。
        3.2.2并网光伏发电系统
        并网光伏发电系统，不属于独立用户或设备，而是属于大型的光伏发电站直接与本地公共电网连接供电。大部分并网光伏发电系统不配备蓄电池，这就导致只能在白天且有光照的情况下才能进行发电。当然，也有部分并网光伏发电系统是配备有蓄电池的，但不同于独立光伏系统，所储存的电能不是用于夜间供电而是多用于公共电网停电时的应急供电。
        3.2.3分布式光伏发电系统
        分布式光伏发电系统属于并网光伏发电系统额规模小型化，更多的是用于满足特定用户的小范围供电需求。

4影响光伏发电系统发电效率的因素
        光伏发电系统的光能转电能的转换率是直接关系到发电效率的。光伏发电没有大规模的使用，正是因为其发电效率低导致的，而影响其发电效率的因素有很多种。

        4.1光伏发电系统选址与设计
        如果选址、设计、安装不合理，会严重影响发电效率并造成浪费过多的电能。
        在建设光伏发电系统之前，需要考虑建设地的地理位置以及气候环境条件，当地全年的太阳能资源是否充足，能不能满足发电需求和经济适用性。同时，根据实际情况，合理的规划设计光伏阵列的规格与规模并调整太阳能电池板的倾斜角度和面向的方位，可以确保最大限度地吸收光源。
        4.2空气中的尘埃
        空气中漂浮着许多灰尘等小颗粒，当这些小颗粒落到光伏面板上并积累到一定量时，会极大影响发电效率，所以，长期暴露在户外的光伏发电系统也需要定期地进行清洁，保障发电效率。
       4.3光伏发电系统各组件的影响
        光伏发电系统中的组件需要相互匹配，以保障电流在经过各组件时尽可能地减少损耗。当确定好选用何种太阳能电池后，对于逆变器的选择就显得尤为重要，逆变器转换效率高低决定了对于电能的损耗，损耗越少发电的成本也就越低。
        4.4气候环境条件
        气候与环境条件是影响光伏发电效率最大的一个因素，其中包括：1、云层，是由空中悬浮的水汽凝结而成，这就意味着云可以折射或反射太阳光并阻碍太阳辐射，直接导致可接收的太阳辐射下降，使得光伏发电系统的发电效率及发电量下降；2、湿度，空气中的相对湿度也影响着光伏发电系统的发电效率，但湿度越发效率越低；3、日照，决定了太阳光照射光伏面板的时间。时间越长，光伏发电系统的发电量也就越大；4、温度，对于光伏发电系统的影响，不仅仅是太阳能电池，还影响着蓄电池、逆变器等组件的工作及转换效率。

结语：太阳能是理想的可持续发展绿色能源，也是21世纪最重要的能源之一。随着全球范围内一次能源的逐渐枯竭以及经济社会发展对能源的需求，太阳能光伏并网发电商业化已是不可避免。因此太阳能光伏并网发电已是全球新能源领域的研究热点。太阳能发电只有进入电力系统规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极作用，因此光伏并网发电的迅猛发展是必然的。全球范围内太阳能光伏电池产能显著增长的同时，太阳能光伏并网发电的发展步伐逐年加快。建筑并网发电和开阔地并网发电总共所占市场份额5.1％，还远落后于世界并网发电的发展速度以及市场规模，但是随着中国关于并稠发电的政策法规相继颁布和落实，中国并网发电的市场前景还是值得乐观的。

参考文献：

[1]杜钦钦,张阳.光伏项目中PR值测试结果影响因素分析[J].电工技术,2020(24):25-27.