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摘 要： 光伏發(fā)電技術(shù)是新興的發(fā)電方式，其發(fā)展勢頭越來越猛，如何更好地促進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步是我們面臨的首要問題。本文首先對光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)背景進(jìn)行介紹，然后對系統(tǒng)內(nèi)比較重要的技術(shù)：最大功率點(diǎn)追蹤和發(fā)電功率預(yù)測兩項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電;并網(wǎng)式;最大功率點(diǎn);功率預(yù)測

【中圖分類號】TM615 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.153

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源的供不應(yīng)求，人們的目光都轉(zhuǎn)向了新型的可再生清潔能源。作為清潔能源之一的光伏發(fā)電技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注，目前已經(jīng)成為綠色新能源發(fā)電的主要方式之一。近年來，光伏發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，各國一直都在改進(jìn)工藝以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)研究也取得了很大進(jìn)展。

1 光伏發(fā)電的背景介紹

由于傳統(tǒng)能源供不應(yīng)求以及巨大的環(huán)境危害，各國都在往新能源方式轉(zhuǎn)變。我國自“十二五”規(guī)劃以來，大力發(fā)展清潔能源，推進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)，不但減輕了煤炭等一次能源供應(yīng)不足的壓力，也合理利用了外界太陽能，減少了碳排放。

中國的常規(guī)能源儲存十分有限，大力開拓新能源是解決當(dāng)前能源不足的有效措施。根據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會（European Photovoltaic Industry Association，EPIA）預(yù)測，太陽能光伏發(fā)電將會成為21世紀(jì)電能供應(yīng)的主體[1]，到21世紀(jì)末，太陽能發(fā)電將會占發(fā)電總數(shù)的60%以上[1]。

我國的太陽能資源豐富，光伏發(fā)電能夠很好地利用資源。全國各地的年輻射總量高達(dá) 928-2333 kWh/m2，中國大陸全年的太陽能輻射總量相當(dāng)于2400億噸煤。我國得天獨(dú)厚的自然地理環(huán)境造就了太陽能光伏發(fā)電的環(huán)境優(yōu)勢。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類有很多種，按照是否并網(wǎng)可以分為獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)[2]，在實(shí)際使用過程中，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用更加普遍。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般的組成部分是：光伏陣列、控制器以及逆變器，這個(gè)過程不需要蓄電池儲能，利用逆變器直接將電能輸進(jìn)公共電網(wǎng)[2]?？刂破鲗?shí)現(xiàn)了太陽能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)和研究——光伏列陣最大功率點(diǎn)

3.1 光伏列陣最大功率點(diǎn)

光伏電源是一種極其不穩(wěn)定的電源，在光伏列陣工作的過程中，外界光照情況和周圍環(huán)境的變化都會引起電壓和電流的變化，根據(jù)焦耳定律可知，輸出功率的變化更大。一旦光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度確定后，最大輸出功率也就隨之確定。怎樣在不斷變化的電流和電壓中盡可能地輸出更多的功率，就是光伏列陣最大功率點(diǎn)跟蹤問題。

3.2 光伏列陣最大功率點(diǎn)跟蹤測量方法

隨著科技理論與實(shí)踐的逐步發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了很多的MPPT（Maximum Power Point Tracking）方法。例如基于模糊控制的MPPT方法、基于差分方程解的MPPT方法等等。但是這些新方法只是處于初步試用階段，并沒有形成完整的理論體系。本文主要對幾種常用的MPPT方法進(jìn)行研究。在理論闡述的基礎(chǔ)上，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，促進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)上的進(jìn)步。

3.3 方法：恒定電壓跟蹤（CVT）

如果太陽能電池的溫度保持恒定不變，那么太陽能輸出的功率—電壓線上的最大功率點(diǎn)幾乎可以看作一個(gè)固定值。因此，恒定電壓跟蹤法（CVT）的工作思路就是在控制系統(tǒng)中事先設(shè)定一個(gè)最大功率輸出點(diǎn)的電壓值，在發(fā)電系統(tǒng)工作時(shí)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的端口電壓值設(shè)定在上述固定電壓值處。在外界環(huán)境變化很小的情況下，可以近似認(rèn)為光伏發(fā)電系統(tǒng)始終處于最大功率點(diǎn)處。

CVT方法操作十分簡單，只需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出端口進(jìn)行電壓采樣，通過系統(tǒng)調(diào)試，使得輸出端口的電壓值與系統(tǒng)設(shè)定的電壓值相等就可以[3];但是由于操作簡單，也會帶來最大功率點(diǎn)跟蹤精度較差等一系列問題。

4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)和研究——系統(tǒng)功率的預(yù)測

由于外界光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的變化，對功率的預(yù)測就會難上加難。對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率的預(yù)測可以簡單分為兩種方法：直接法和間接法。直接法就是根據(jù)發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行合理預(yù)測，間接法就是利用光照強(qiáng)度環(huán)境溫度的歷史數(shù)據(jù)，通過建立模型對發(fā)電功率進(jìn)行合理預(yù)測。

4.1 超短期功率預(yù)測方法

這種方法是通過高科技的衛(wèi)星云圖提供的光照和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)建立起來的預(yù)測模型。這種模型最大的特點(diǎn)是對歷史數(shù)據(jù)的要求不是很高，可以利用較少的歷史數(shù)據(jù)得出結(jié)論，適用于新環(huán)境。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，得出地面所受的太陽輻射強(qiáng)度，然后利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)知識進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和模型建立。這種方法主要是對太陽光照進(jìn)行預(yù)測，而對發(fā)電功率的直接預(yù)測就顯得不太重要[2]。

4.2 回歸預(yù)測方法

回歸一詞來源于統(tǒng)計(jì)學(xué)，這種預(yù)測方法與超短期功率預(yù)測方法完全不同，需要大量的歷史數(shù)據(jù)作為支撐才能夠得出較為準(zhǔn)確的預(yù)測數(shù)據(jù)[4]。

回歸法預(yù)測之前需要采集大量的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入功率和大量的輸出功率 數(shù)據(jù)，利用回歸分析的軟件（例如SPSS、EVIEWS）將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出的分析結(jié)果可能是一元線性回歸或者多元線性回歸，甚至也可能會。出現(xiàn)非線性回歸，為了切合實(shí)際，實(shí)踐中更多采用多元相性回歸的分析結(jié)果。將太陽的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度作為兩個(gè)自變量，只要確定了這兩個(gè)因素的數(shù)值，那么功率自然而然就得出來了。

5 結(jié)論

光伏發(fā)電是新能源中最具有發(fā)展?jié)摿χ坏陌l(fā)電方式，這種利用太陽能資源并且能夠板胡環(huán)境的方式越來越受歡迎。探究光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究仍在繼續(xù)，為以后光伏發(fā)電技術(shù)更加成熟可靠做出卓越貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙杰. 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究[D].天津大學(xué)，2012.

[2] 徐瑞東. 光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2012.

[3] 劉飛. 三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略[D].華中科技大學(xué)，2008.

[4] 劉東冉，陳樹勇，馬敏，王皓懷，侯俊賢，馬世英.光伏發(fā)電系統(tǒng)模型綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（08）：47-52.