鄭樹枝

摘 要： 太陽能轉(zhuǎn)為電能的使用過程中，會遇到一些因素，導(dǎo)致太陽能光伏發(fā)電效率受到影響，需要對這些影響因素進(jìn)行探究，探討出提升太陽能光伏發(fā)電效率的措施，對于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞： 太陽能光伏發(fā)電；晶硅材料；轉(zhuǎn)換率；措施

引言

“節(jié)能環(huán)保”是當(dāng)今社會所倡導(dǎo)的主題，社會限制使用像化石燃料這種對環(huán)境污染嚴(yán)重和不可再生性能源，而會會選擇一些如太陽能、地?zé)崮苓@樣的能夠循環(huán)利用、清潔環(huán)保能源。面對能源危機(jī)、霧霾、全球氣候變暖等問題，社會呼吁使用可循環(huán)的、可再生性能源，以此自然環(huán)境，節(jié)約對不可再生性能源的開發(fā)利用。太陽能正好具備新能源和可再生能源的優(yōu)勢，其使用特點(diǎn)為清潔環(huán)保、永不衰竭，在各地都受到青睞。

1太陽能光伏發(fā)電原理與特點(diǎn)

利用太陽能發(fā)電的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其構(gòu)成部件有太陽能電池組件、充/放電控制器、逆變器、測試儀表、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、蓄電池組以及一些輔助設(shè)備等，具體如下圖所示。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在太陽光線照射到太陽電池組件上時(shí)，就會由硅材料吸收一部分光子，這部分光子將被轉(zhuǎn)換成電能，具體是光子的能量傳遞給了硅原子，推動電子的躍遷轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻娮?，由此使得P-N 結(jié)兩側(cè)會出現(xiàn)電位差，在其外部接通電路的情況下，電壓的作用會使得電流在外部電路流過，從而產(chǎn)生輸出功率，實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，這也叫光生伏打效應(yīng)。而太陽能電池起到了能量轉(zhuǎn)換的作用，根據(jù)發(fā)電需要，太陽能電池材料的主流是晶體硅和薄膜太陽能兩種電池片。

太陽能電池組件是將電池根據(jù)一定的陣列方式進(jìn)行排布的，連結(jié)方式有并聯(lián)或串聯(lián)，使得組件的直流電送至蓄電池組，蓄電池組將其所儲存太陽能電池方陣所接收的光照轉(zhuǎn)換為電能，然后向負(fù)荷供電。而獨(dú)立運(yùn)行逆變器則會把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，為負(fù)載使用，也可以在并網(wǎng)運(yùn)行逆變器中把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，通過控制裝置將交流電輸送至變壓器低壓端，經(jīng)三相變壓器升壓后，由輸電線路送入電網(wǎng)進(jìn)行供電。

太陽能光伏發(fā)電的特點(diǎn)具有無污染、可持續(xù)、容易接受的優(yōu)勢，只要有太陽光照的地方均可發(fā)電，然而會受到時(shí)間周期、地理位置、氣象條件、容量傳輸?shù)葪l件的限制，且經(jīng)常有光能轉(zhuǎn)換效率偏低的劣勢。

2太陽能光伏發(fā)電效率的影響因素

通常情況下，影響太陽能光伏發(fā)電效率的因素主要有四個方面，分別是太陽輻射量、光伏組件的特性與質(zhì)量、逆變器整機(jī)效率、最大功率峰值跟蹤對效率，具體如下：

2.1 太陽輻射量因素

地面上的太陽輻射量會因?yàn)榉轿唤嵌?、大氣透明度與海拔高度、日照時(shí)數(shù)等的影響，出現(xiàn)量的大小。當(dāng)太陽能光伏方陣的傾角越大時(shí)，此時(shí)的太陽輻射強(qiáng)度也就大，所受的太陽輻射量就強(qiáng)，相反，太陽輻射量就小。而地區(qū)上不同緯度位置的太陽輻射量也有不同，緯度越高的地方，太陽能光伏方陣的傾角越小，而太陽輻射強(qiáng)度也就小，而對于緯度越低的地方，太陽能光伏方陣的傾角和太陽輻射強(qiáng)度均大。計(jì)算太陽輻射強(qiáng)度的公式為，其中的是大氣質(zhì)量等于1 時(shí)的海平面太陽輻射強(qiáng)度。

大氣透明度與海拔高度。在朗朗晴天具有較高的大氣透明度，此時(shí)太陽光線到達(dá)地表的太陽輻射能量更多；而高海拔地區(qū)的空氣稀薄，空氣中的水汽和塵埃較少，具有較大的大氣透明度，太陽光線到達(dá)高海拔地區(qū)的太陽輻射能量更多。

日照時(shí)數(shù)。地表的太陽總輻射量受到日照時(shí)長的影響，對于時(shí)間越長的日照地區(qū)，其太陽總輻射量會更多，更有利于提高太陽能光伏發(fā)電效率。

2.2 太陽能光伏組件的特性與質(zhì)量因素

太陽能電池材料決定了太陽能光伏組件的特性和質(zhì)量，當(dāng)電池材料質(zhì)量越好，就更有利于提高太陽能到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)前太陽能電池的制作材料以晶硅材料為主，其產(chǎn)量超過世界太陽能電池產(chǎn)量的90%，也有無機(jī)鹽多元化合物材料、功能高分子材料、納米晶材料等。晶硅材料又分為單晶硅和多晶硅材料的太陽能電池，這兩種晶硅材料的電池各有優(yōu)劣勢，其中單晶硅太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換率為16～24%，價(jià)格是多晶硅的4倍，價(jià)格高昂，占太陽能光伏發(fā)電工程總體投資的60%，且電池工藝技術(shù)成熟，有著可靠的性能和更長的使用壽命。而多晶硅材料電池的能量轉(zhuǎn)換率為14～16%，初次投資較少，這也是很多光伏發(fā)電企業(yè)使用的原因。

對于其他非晶體材料制作的太陽能電池，其穩(wěn)定性差、衰減性大，還會占用大量的建設(shè)面積，其使用受到限制。

2.3 逆變器整機(jī)效率因素

逆變器為大功率設(shè)備，滿載中的效率超過90 %。即使是低負(fù)荷供電，也要求逆變器要具備較高的效率。一旦逆變器的效率偏低，就會影響到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效發(fā)電量和增加發(fā)電成本。專用逆變器需要采取降低自身功率損耗的方式來提升整機(jī)效率。而通用逆變器在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，其效率偏低，這是由于其電能損耗會占到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總發(fā)電量20～30%，由此，會通過降低逆變器的功率損耗來提升輸出效率。并網(wǎng)逆變器具備最大功率點(diǎn)跟蹤控制功能，能夠?qū)μ柲茌椛淠芰M(jìn)行跟蹤，從而控制自身的功率損耗，根據(jù)日出、日落條件來控制開關(guān)。

2.4最大功率峰值跟蹤對效率因素

光伏陣列的電流-電壓曲線上的某個點(diǎn)決定來輸入直流功率，逆變器的最佳工作狀態(tài)應(yīng)在太陽能光伏陣列的最大功率峰值上，該峰值會隨著一天的時(shí)間、太陽光的輻射與溫度的不同而改變，此時(shí)，逆變器就需要對最大功率峰值進(jìn)行跟蹤運(yùn)算，從而找到直接與光伏陣列相連的理想狀態(tài)，使得能量轉(zhuǎn)化達(dá)到最大。而運(yùn)算法主要以“微擾觀察法”為基礎(chǔ)，由于光伏陣列運(yùn)行電壓微擾所導(dǎo)致小的電壓增量（ΔV），通過時(shí)間的變化會帶來功率改變（ΔP），這就是該算法的運(yùn)算測量條件。當(dāng)ΔP 為正，就會得出下一個電壓微擾增量為正的結(jié)果，反之，ΔP 為負(fù)，會得到相反的結(jié)果。然而當(dāng)太陽光輻射在日出和日落的時(shí)候會變得很低，此時(shí)的功率曲線較為平滑，這就限制了該運(yùn)算法去尋找最大功率峰值，難以跟蹤到最大功率峰值。此外，當(dāng)逆變器的 ΔP 在功率峰值點(diǎn)附近振蕩時(shí)，而太陽光輻射急劇改變，此時(shí)也會導(dǎo)致該運(yùn)算法對跟蹤捉摸不定，出現(xiàn)難以找到真正的功率峰值點(diǎn)的現(xiàn)象。但此時(shí)也可以通過微擾的不同次數(shù)來解決最大功率峰值跟蹤運(yùn)行困難的問題。

3 提升太陽能光伏發(fā)電效率的措施

全世界的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尚停留在初級階段，需要通過提高太陽能光伏發(fā)電效率來促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用和行業(yè)的發(fā)展。由此，需要采取如下措施：

3.1升級太陽能電池新材料

由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中費(fèi)用最高的就是電池材料，并且電池材料決定了光電轉(zhuǎn)化效率，由此，需要研制出新的太陽能電池材料，并且要適當(dāng)控制電池材料的價(jià)格，便于更多的用戶使用太陽能光伏發(fā)電，促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用與行業(yè)的發(fā)展。

3.2研究和修正計(jì)算公式，優(yōu)化組合算法

由于太陽能光伏電池最大功率跟蹤算法在日出和日落的時(shí)候難以跟蹤到最大功率峰值，這就需要研究和修正以“微擾觀察法”為基礎(chǔ)的運(yùn)算方法，使得太陽光最大功率跟蹤能夠準(zhǔn)確，從而更有利于找準(zhǔn)最大功率峰值，提高能量轉(zhuǎn)化效率。

太陽能光伏電池陣列的組合算法也需要優(yōu)化，這樣才能使得電池陣列的組合得到優(yōu)化。由于電池組件的輸出在一些外因的影響下而降低，此時(shí)再用計(jì)算公式計(jì)算太陽能電池組件難以滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)用電的需求，由此需要修正計(jì)算公式。隨著時(shí)間的增長，泥土、灰塵覆蓋在組件上會降低太陽能電池的輸出，此時(shí)需要將太陽能電池組件輸出減少10%。而蓄電池在充放電時(shí)由于鉛酸蓄電池的電解水產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致部分電流流失耗散，此時(shí)需要增加10%的負(fù)載來滿足蓄電池的庫侖效應(yīng)。

結(jié)語

綜述，對于取之不盡、用之不竭的太陽能自然能源，需要加大對其利用，減少石化能源造成的環(huán)境污染，然而當(dāng)下必須要通過提升太陽能光伏發(fā)電效率來促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用，讓更多的人都能用上太陽能發(fā)電。

參考文獻(xiàn)

[1] 王靖程，敖海，李育文，姚玲玲，楊旭. 風(fēng)電場后評估對運(yùn)行工作指導(dǎo)作用的研究[J]. 風(fēng)能. 2017（06）.

[2] 唐榮芝，羅春明，周柯，胡俊祥，唐安斌. 導(dǎo)熱PET絕緣背板對光伏組件發(fā)電效率的影響[J]. 絕緣材料. 2017（08）.