淺析光伏發(fā)電效率的影響因素和應(yīng)對(duì)策略

許迎東 許英軍

1、河北省科技工程學(xué)校 2、魯群紡織有限公司

引言

隨著科技的進(jìn)步和人類社會(huì)的發(fā)展，巨大的能源消耗和由此引發(fā)的環(huán)境污染給人類生產(chǎn)生活帶來了很大的威脅。為此，科研人員開始投身到了新能源的開發(fā)和利用當(dāng)中，以緩解世界能源危機(jī)。太陽能作為常見的綠色清潔能源，得到了進(jìn)一步挖掘。光伏發(fā)電也體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展理念，成為世界新能源產(chǎn)業(yè)中最為重要的一員。然而，當(dāng)前太陽能電池板由于自身材料和外界條件等因素的制約，發(fā)電效率并不高。加大對(duì)光伏發(fā)電效率影響因素和應(yīng)對(duì)策略的研究，將對(duì)整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的作用。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

光伏發(fā)電技術(shù)是指一種將太陽光的輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。它主要應(yīng)用的是半導(dǎo)體PN 結(jié)的光生伏特原理，光伏電池在受到太陽光照射時(shí)，內(nèi)部電子發(fā)生定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流，供負(fù)載使用或存儲(chǔ)起來。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成。太陽能電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，在受到一定的輻射強(qiáng)度下，將太陽能以直流形式轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載需求時(shí)，通過控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，太陽能電池和蓄電池同時(shí)對(duì)負(fù)載供電，以滿足需求；當(dāng)負(fù)載為交流設(shè)備時(shí)，增加逆變裝置，將直流電變換為交流電，供負(fù)載使用。

2 光伏發(fā)電效率的影響因素

光伏發(fā)電效率指光伏組件輸出電能占輸入太陽光輻射能的百分比，效率越高，太陽能利用率越大。影響光伏發(fā)電效率的因素有很多，主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要包括輻射強(qiáng)度大小及溫度變化對(duì)光伏發(fā)電效率的影響。其中輻射強(qiáng)度主要取決于地理位置、海拔高度、大氣環(huán)境、氣候條件等因素。一般緯度越低，其太陽高度角就越大，太陽輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，反之太陽高度角越小，太陽輻射強(qiáng)度就越弱；海拔高度越高時(shí)，空氣就越稀薄，大氣中的水汽和塵埃的含量也越少，太陽輻射強(qiáng)度越大；大氣環(huán)境也在一定程度上影響太陽輻射強(qiáng)度，在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達(dá)地面的太陽輻射能量就多，反之灰塵、積雪、云層等陰影的遮擋，也會(huì)使太陽能電池板接收到的輻射大打折扣。

日照時(shí)數(shù)和溫度也是影響光伏發(fā)電效率的重要因素。通常日照時(shí)間長，太陽能電池板相對(duì)獲得的太陽總輻射量就多；只有在適當(dāng)?shù)臏囟认?，發(fā)電效率才能達(dá)到最佳狀態(tài)。光伏發(fā)電與日照時(shí)數(shù)和溫度的關(guān)系如下圖所示：

a 日照時(shí)數(shù)與發(fā)電功率關(guān)系圖

b 溫度與發(fā)電功率關(guān)系圖

2.2 自身因素

太陽能光伏組件的特性和品質(zhì)取決于其太陽能電池的材料，不同的材質(zhì)及制造工藝直接影響著太陽能光伏組件的光致衰減時(shí)間和光電轉(zhuǎn)換效率；對(duì)于交流負(fù)載而言，逆變器的性能對(duì)太陽能光伏發(fā)電效率有著重要影響；最大功率點(diǎn)跟蹤可以提高光伏發(fā)電效率。

2.3 人為因素

光伏組件接收的輻射總量由天空散射量和地面反射量共同組成，所以要想提高光伏發(fā)電效率必須尋找到最佳傾斜角度進(jìn)行安裝；在光伏組件連接過程中，由于組件間的電流（電壓）差異造成電流（電壓）的損失，即組件的不匹配，也是影響發(fā)電效率的因素；設(shè)計(jì)施工過程不合理，維護(hù)清潔不及時(shí)等，也會(huì)在一定程度上降低光伏發(fā)電效率。

3 提高光伏發(fā)電效率的策略

首先，科學(xué)選址，合理布局是進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電的前提；其次，選用轉(zhuǎn)換效率高，品質(zhì)穩(wěn)定，技術(shù)成熟的太陽能光伏組件和性能卓越的逆變?cè)O(shè)備，可以大幅度提高光伏發(fā)電效率；選用合適的跟蹤方式，增加垂直照射時(shí)長，從而爭取吸收最大輻射量；為了減少高溫對(duì)光伏發(fā)電的負(fù)面影響，適當(dāng)加裝降溫裝置；進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，合理施工，針對(duì)不同情況制定運(yùn)維方案（如：通風(fēng)、除塵等），在一定程度上也可以提升光伏發(fā)電效率。

4 結(jié)語

太陽能作為一種清潔的可再生能源，近年得到了持續(xù)開發(fā)及推廣，特別是我國的光伏產(chǎn)業(yè)已走上了快速發(fā)展的道路。本文對(duì)影響光伏發(fā)電效率的因素進(jìn)行了全面分析，并對(duì)提高光伏發(fā)電效率的策略進(jìn)行了概括論述。相信在科技不斷推動(dòng)下，太陽能利用的廣度和深度一定能夠得到進(jìn)一步提高，光伏產(chǎn)業(yè)在未來定會(huì)大有可為。