太陽能光伏發電系統初探

戎帥

摘 要：能源問題一直受到社會的普遍關注，因為這不僅關系到社會的發展，還對于自然環境產生重大的影響。而太陽能作為一種可再生的清潔能源，隨著科學技術的發展，越來越得到廣泛的運用，太陽能資源不但可以取代部分常規能源，可以預見的是太陽能資源將在世界能源消費結構中獲得越來越重要的位置，并在將來成為世界能源的主要供應方。

關鍵詞：太陽能；光伏發電；電池

1太陽能光伏發電的原理

光伏發電所依據的原理是光生伏特效應原理，利用太陽能電池從而將太陽的光能直接轉化成為電能。光伏發電系統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統等設備組成。這些組件多由電子元器件構成的，如多晶硅、單晶硅、非晶硅和薄膜電池等，和機械部件沒有關系，因此，光伏發電設備極為精煉，安裝維護簡便、可靠穩定壽命長。

當前，光伏發電的應用主要有3個方面：一是在無電的場合提供電源供應；二是在各種類的太陽能電子產品中的應用，例如太陽能燈、太陽能充電器等；三是在太陽能并網發電和離網發電中的應用。

2太陽能光伏發電系統的系統分類

當前，太陽能發電一同主要有三類，即離網光伏蓄電系統，光伏并網發電系統及前兩者混合系統。

（1）離網光伏蓄電系統。這種太陽能的應用方式比較常見，在國內的應用已經比較長久。離網光伏蓄電系統相對比較簡單，并且其適應性廣。

（2）光伏并網發電系統，當用電負荷比較大時，太陽能電力不足就通過向市電購電來補充。而如果負荷比較小時，或者是用不完電力時，就可以將多余的電力賣給市電。在背靠電網的前提下，這種系統可以省掉蓄電池，從而擴張了使用的范圍和靈活性，并降低了造價。

（3）A，B 兩者混合系統，這是介于上述兩個方之間的系統。這種方案具有有較強的適應性，比如可以根據電網的峰谷電價來調整自身的發電策略。但是其造價和運行成本較上述兩種方案高。

3太陽能電池組件的選擇

目前太陽電池按基體材料主要分為：

（1）硅太陽電池：主要包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、微晶硅電池以及HIT電池等。

（2）化合物半導體太陽電池：主要包括單晶化合物電池如砷化鎵電池、多晶化合物電池如銅銦鎵硒電池、碲化鎘電池等、氧化物半導體電池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有機半導體太陽電池：其中有機半導體主要有分子晶體、電荷轉移絡合物、高聚物三類。

（4）薄膜太陽電池：主要有非晶硅薄膜電池（α-Si）、多晶硅薄膜太陽電池、化合物半導體薄膜太陽電池、納米晶薄膜電池等。

結合國內太陽電池市場的的產業現狀和產能情況，市場主流依然還是晶硅類太陽電池，約占80%市場份額，非晶硅薄膜太陽電池所占市場份額較小。晶硅類電池中，多晶硅電池成熟度較高，效率穩定，目前價格相對較低，太陽電池市場占有率最大，在國內外均有較大規模應用的實例。

4電池陣列的運行方式

在光伏發電系統的設計中，光伏組件方陣的運行方式對系統接收到的太陽總輻射量有很大的影響，從而影響到光伏發電系統的發電能力。光伏組件的運行方式有固定安裝式和自動跟蹤式幾種型式。其中自動跟蹤系統包括單軸跟蹤系統和雙軸跟蹤系統。單軸跟蹤（水平單軸跟蹤和斜單軸跟蹤）系統以固定的傾角從東往西跟蹤太陽的軌跡，雙軸跟蹤系統（全跟蹤）可以隨著太陽軌跡的季節性位置的變換而改變方位角和傾角。

固定式與自動跟蹤式各有優缺點：固定式初始投資較低、且支架系統基本免維護；自動跟蹤式初始投資較高、需要一定的維護，但發電量較固定式相比有較大的提高，假如不考慮后期維護工作增加的成本，采用自動跟蹤式運行的光伏電站單位電度發電成本將有所降低。若自動跟蹤式支架造價能進一步降低，則其發電量增加的優勢將更加明顯；同時，若能較好解決陣列同步性及減少維護工作量，則自動跟蹤式系統相較固定安裝式系統將更有競爭力。

5電池陣列最佳傾角的計算

電池陣列的安裝傾角對光伏發電系統的效率影響較大，對于固定式電池列陣最佳傾角即光伏發電系統全年發電量最大時的傾角。

計算傾斜面上的太陽輻射量，通常采用Klein計算方法。利用RETScreen軟件，采用所選工程代表年的太陽輻射資料，計算不同角度傾斜面上各月日平均太陽輻射量，數據分析后并作出不同傾斜面上日平均太陽輻射量變化曲線圖，從圖中可以得出最佳傾角。

6逆變器的選擇

作為光伏發電系統中將直流電轉換為交流電的關鍵設備之一，其選型對于發電系統的轉換效率和可靠性具有重要作用。逆變器的選型主要考慮以下技術指標。

（1）轉換效率高逆變器轉換效率越高，則光伏發電系統的轉換效率越高，系統總發電量損失越小，系統經濟性也越高。

（2）直流輸入電壓范圍寬太陽電池組件的端電壓隨日照強度和環境溫度變化，逆變器的直流輸入電壓范圍寬，可以將日出前和日落后太陽輻照度較小的時間段的發電量加以利用，從而延長發電時間，增加發電量。

（3）最大功率點跟蹤太陽電池組件的輸出功率隨時變化，因此逆變器的輸入終端電阻應能自適應于光伏發電系統的實際運行特性，隨時準確跟蹤最大功率點，保證光伏發電系統的高效運行。

（4）輸出電流諧波含量低，功率因數高。

（5）具有低電壓耐受能力。

（6）系統頻率異常響應。

（7）具有保護功能根據電網對光伏電站運行方式的要求，逆變器應具有交流過壓、欠壓保護，超頻、欠頻保護，防孤島保護，短路保護，交流及直流的過流保護，過載保護，反極性保護，高溫保護等保護功能。

（8）監控和數據采集逆變器應有多種通訊接口進行數據采集并發送到主控室，其控制器還應有模擬輸入端口與外部傳感器相連，測量日照和溫度等數據，便于電站數據處理分析。

7結語

太陽能光伏發電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環保能源，在現代社會中的應用將會越來越廣泛，同時太陽能光伏發電降低其發電成本和提高發電效率是業界關注的重要技術問題。因此，如何將太陽能光伏發電控制系統做到更好，是值得不斷研究的一個重要課題。

參考文獻

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[2]劉增勛，劉志昂，滿磊，朱靜茹，李賢.獨立光伏發電系統的優化設計[J].綠色科技，2014，09：244-246.

（作者單位：英利能源（中國）有限公司）