試論集中式光伏電站發(fā)電效率提升策略

羅臻

（中國華電集團有限公司，北京 100031）

0 引言

隨著現(xiàn)在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展人們的生活水平得到了極大提升，在這種形勢下對電力的需求量也在不斷增加。保障社會的電能供應，電力企業(yè)需要對各類能源進行充分利用。光伏電站是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電方式。在我國全面提出綠色發(fā)展的形勢下，光伏電站發(fā)揮了重要作用。但光伏電站在建設過程中受到各種因素影響而導致其發(fā)展效率低下。因此需要對影響光伏電站發(fā)電效率的因素進行深入分析，這樣才能采取有效措施進一步提升發(fā)電效率，促進光伏發(fā)電行業(yè)的健康發(fā)展。

1 分布式光伏電產(chǎn)發(fā)電效率影響因素分析

1.1 設施設備因素

集中式光伏電站在建設過程中需要應用到大量電氣設備，整個電站的設備構(gòu)成非常復雜，如果電站在運行過程中出現(xiàn)某種設備故障問題必然會對光伏電站的安全運行產(chǎn)生嚴重影響，而且也會造成光伏電站發(fā)電效率下降。

1.1.1 逆變器、交流并網(wǎng)效率

集中式光伏變電站在建設過程中會應用到大量復雜的負載，而逆變器的轉(zhuǎn)換效率必須要對各類負載加強轉(zhuǎn)化率進行處理后才能夠及時計算。但是，光伏電站的逆變器在實際發(fā)電過程中加權(quán)效率往往非常接近97%，但是逆變器本身會存在一定的跟蹤滯后性，因此，有部分能量仍然會在發(fā)電過程中被損失掉[1]。

1.1.2 設備故障

集中式光伏電站的發(fā)電效率同樣會受到設備故障的影響下降，根據(jù)當前集中式光伏電站的實際使用情況可以看出，在光伏發(fā)電過程中經(jīng)常會因為存在設備故障等問題導致將近一半的電量被損耗。

1.1.3 零件問題

光伏發(fā)電站不少設備由于工作環(huán)境因素的影響，導致各類機械零部件需要長時間運行，且工作時間不斷增加，從而導致在超負荷運行中出現(xiàn)部分機械零部件嚴重后果磨損甚至腐蝕等現(xiàn)象，機械零部件的性能會受到嚴重影響，甚至在一些情況下會導致材料嚴重磨損失效，進而對光伏發(fā)電站的發(fā)電穩(wěn)定性和發(fā)電效率產(chǎn)生嚴重影響。

1.2 人為因素

1.2.1 設計問題

在進行集中式光伏電站設計的過程中設計人員需要經(jīng)常面對建造成本或者是建造場地的限制，導致設計方案不夠完善[2]。例如一些光伏電站在設計過程中因為沒有針對電站互相之間的距離進行合理設置，或者是在設計過程中對建筑物的遮擋沒有進行充分考慮，從而導致光伏電站在實際運行過程中無法滿足輸出功率的設置標準要求，而且，在發(fā)展過程中也會出現(xiàn)較為嚴重的發(fā)電量損失。

1.2.2 對光伏電站的管理和維護不到位

集中式光伏電站在進入日常的發(fā)電應用之后，管理人員對設備不能夠及時進行清潔維護，對設備日常運行重視程度不足，或者是沒有及時開展清潔工作，從而導致光伏電站在運行過程中出現(xiàn)了比較嚴重的灰塵遮擋的問題，從而對光伏電站的發(fā)電效率產(chǎn)生嚴重影響。

1.3 不可抗力因素

1.3.1 溫度影響

集中式光伏電站發(fā)電設備通常情況下是在室外布置，在這種運行環(huán)境下，光伏電站發(fā)電效率會受到室外溫度條件的嚴重影響。與光伏發(fā)電站采取的是硅晶電池，這種電池在物理化學特性方面會受到一定的限制，當室外環(huán)境發(fā)生變化的情況下，光伏電站的發(fā)電效率也會呈現(xiàn)出動態(tài)變化。通常情況下，環(huán)境溫度每升高1℃，太陽能光伏電站的晶體硅電池輸出功率就會相應下降0.04%。因此，為了將光伏電站發(fā)電量收溫度條件的影響控制在最低程度，需要充分保障光伏電站擁有良好的通風條件。

1.3.2 不可利用的輻射

集中式光伏電站在發(fā)電的過程中會存在散射輻射和直接輻射等多種輻射作用，但是能夠被光伏電站所使用的僅僅是其中一小部分輻射能量，即使在陽光特別充足的情況下，集中式光伏電站對太陽能輻射的利用率也相對比較有限[3]。

1.3.3 灰塵、遮擋損耗

灰塵密度以及灰塵的這種狀況也會對光伏組件整體的發(fā)電量產(chǎn)生一定程度的影響，如果光伏發(fā)電組件在運行過程中出現(xiàn)了大面積灰塵遮擋，而且灰塵密度較大的情況下，集中式光伏電站的發(fā)電效率也會受到嚴重影響。另外，如果集中式光伏電站在運行過程中出現(xiàn)灰塵或樹葉等遮擋物覆蓋在光伏組件上，從而在光伏組件上形成陰影部分，在這種情況下就會進一步改變光伏組件局部的傳熱方式，光伏出現(xiàn)在受到太陽長時間照射的過程中，被遮擋的部分無法正常運行，在這種情況下就會出現(xiàn)，遮擋物遮蓋部分的光伏組件溫度身高過快，如果不能夠?qū)夥M件上因為溫度上升過快而導致的熱斑進行及時清理，就會導致光伏組件在實際使用壽命受到嚴重影響，人們通常講光伏組件的熱板稱為是光伏板的“癌癥”。

1.3.4 太陽能電池組傾斜角度

光伏系統(tǒng)在運行過程中實際的發(fā)電量是將水平面上太陽能的輻射能量換算成光伏列陣傾斜面的輻射量之后進行計算[4]。但是光伏電站安裝所在地的緯度與太陽能電池組最佳傾角存在直接關聯(lián)。當光伏電站建設所在地的緯度為0°～25°的情況下，太陽能電池組的其最佳傾斜角度就是光伏電站所在的緯度；而如果光伏電站建設所在地的緯度為26°～40°的情況下，太陽能電池組的最佳傾斜角需要在光伏電站所在地緯度的基礎上增加5°～10°；而如果光伏電站建設所在地的緯度為41°～55°的情況下，太陽能電池組的最佳傾斜角需要在光伏電站所在地緯度的基礎上增加10°～15°。

2 典型光伏電站發(fā)電技術(shù)

在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展形勢下人們更加關注生活環(huán)境質(zhì)量。由此也進一步推動了風能、太陽能、潮汐能等一些可再生能源的發(fā)展，在新能源技術(shù)持續(xù)提升的情況下各類新能源利用率也在不斷提升，其中太陽能是利用效率最高的一種，這也是太陽能光伏電站快速發(fā)展的主要原因之一[5]。太陽能光伏電站的有效性就能夠滿足生態(tài)環(huán)保的要求，也能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境質(zhì)量形成良好保護，更能夠充分體現(xiàn)出能源節(jié)約的效果。目前，光伏發(fā)電技術(shù)包括獨立、并網(wǎng)和分布式光伏發(fā)電3 種。不同光伏發(fā)電站發(fā)電技術(shù)都有各自的優(yōu)劣勢，而且其適用標準和適用范圍也會存在一定差異。

光伏發(fā)電站在發(fā)電過程中會應用到各種先進技術(shù)。其中光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)應用最為廣泛。光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)主要是利用太陽能電池組的光伏效應將太陽能經(jīng)過轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生電能，并最終接入電網(wǎng)中。光伏發(fā)電技術(shù)主要可以分為獨立式和并網(wǎng)式等兩種發(fā)電系統(tǒng)。獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)整體構(gòu)造是以電池組件為主，通過電池組件來有效吸收太陽能。獨立發(fā)電站的建設通常情況下是在用電總量需求大、人員相對比較聚集但比較偏遠的地區(qū)應用。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)使光伏發(fā)電技術(shù)與傳統(tǒng)建筑工藝的有效結(jié)合，該技術(shù)能夠體現(xiàn)出環(huán)保、便捷等眾多優(yōu)勢。該系統(tǒng)利用太陽能電池來吸收太陽能，并將太陽能直接進行轉(zhuǎn)化后形成直流電，隨后將形成的直流電利用轉(zhuǎn)化器進行轉(zhuǎn)化和最終可以輸出交流電。與傳統(tǒng)的火力發(fā)電和水力發(fā)電技術(shù)相比較，光伏發(fā)電站在環(huán)保方面的性能更加優(yōu)越。隨著我國提出綠色環(huán)保發(fā)展的戰(zhàn)略，光伏發(fā)電技術(shù)研發(fā)也在不斷深入，而且目前已經(jīng)形成了大型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)電能的遠距離傳輸。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)但靈活性更強，但是該技術(shù)在應用過程中也存在較大局限性，因此在光伏發(fā)電技術(shù)方面并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用比較普遍。

3 提升分布式光伏發(fā)電效率措施

3.1 標準化施工

施工技術(shù)管理對集中式光伏電站工程項目建設能產(chǎn)生直接影響，在項目建設前首先應該做好技術(shù)交底工作，以工程施工的實際狀況為基礎對項目進行系統(tǒng)性分析，同時以工程的基本經(jīng)濟政策工作的進一步強化，以此來避免后期因為設計存在問題而導致工程項目停滯，進而帶來最大經(jīng)濟損失。因此施工方在全面綜合施工的標準要求之后，制定出更加科學、根據(jù)可操作性的施工技術(shù)方案，與此同時也要做好工程施工的科學管理。另外，在施工過程中要針對每一個施工環(huán)節(jié)實施嚴格的驗收，同時對各施工工序以及施工流程實施嚴格把控，重點關注工程施工過程中的各類設備和材料選型，避免工程在施工中出現(xiàn)材料的過度消耗，從而有效提升材料的轉(zhuǎn)化效率。鑒于此，要想充分保證工程施工質(zhì)量必須要對以下幾個方面工作可以高度重視。首先，要根據(jù)當前的施工規(guī)范要求來合理采購施工材料，真正從源頭實現(xiàn)施工材料質(zhì)量的良好把控，再進行太陽能電池模塊大家采購過程中應該盡可能突出其功率和轉(zhuǎn)化率等一些特征；其次，要結(jié)合不同的工程項目特征來選擇更加適合的標準施工工藝，同時做好各類材料的調(diào)度工作，為后續(xù)施工工作開展提供保障。另外，所有進場施工人員必須要嚴格做好工程項目的教育培訓工作，從根本上有效提升施工作業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能水平，只有充分保障施工技術(shù)的標準化才能夠有效提升光伏電站整體的建設質(zhì)量。

3.2 標注化設計

合理的設計能夠從根源上進一步提升集中式光伏發(fā)電站發(fā)電效率，因此電力企業(yè)在建設光伏電站的過程中應該結(jié)合工程建設現(xiàn)狀，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點及特征進行充分了解，在此基礎上運用合理的管理對策及控制方案來充分保障光伏發(fā)電站能夠始終處在安全、可靠的運行狀態(tài)[6]。在當前針對集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的相關研究中，電站標準化設計經(jīng)常被用在集中式光伏發(fā)電站發(fā)電效率低下問題的解決過程中。另外還需要對各類設計方案進行詳細對比分析，在此基礎上制定出更加科學可靠的光伏電站運行方案，而且也能夠?qū)惺焦夥娬镜倪\行起到一定保護作用。另外，光伏電站在設計過程中要保障電站運行能夠與設計方案形成有效協(xié)調(diào)，這樣才能真正保障集中式光伏電站在運行過程中能實現(xiàn)發(fā)電效率的有效提升。

3.3 合理選擇設備型號

集中式光伏電站在建設過程中科學合理選擇設備非常重要。保障各類設備型號的合理性能夠使集中式光伏電站的發(fā)電效率得到有效提升。另外，集中式光伏發(fā)電站的發(fā)電能力轉(zhuǎn)換、發(fā)電運輸也會直接受到設備選型的直接影響。當前光伏電站的主體設備型號主要可以分為逆變器、方陣、MPPT 以及IMW 等。設備型號不同的情況下，發(fā)電站在發(fā)電過程中的發(fā)供電效率也會存在較大差異。因此，在光伏電站的建設過程中保障各類設備選型的科學化以及合理化，就能夠為后期光伏電站的穩(wěn)定運行提供基本保障。

3.4 定位維護

針對集中式光伏電站開展定期維護管理能夠在一定程度上提升其運行效率。光伏電站運行主要是以太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽能輻射，如果太陽能電池被灰塵或其他雜物所覆蓋，必然會導致發(fā)電站的發(fā)供電效率受到影響。因此在發(fā)電站日常運行過程中要不斷加強運行維護，這樣才能讓光伏電站的效率實現(xiàn)最大化。此外，在集中式光伏電站的發(fā)電過程中，要對每排光伏組件的進格嚴格按照標準要求進行合理設計，同時也要保證光伏組件與構(gòu)筑物之間預留充足距離，這樣才能避免光伏組件在發(fā)電過程中出現(xiàn)遮擋。同時也要積極引進各類正常性設備來幫助光伏電站設計選型和組件匹配等工作，這樣能夠讓電站的整體性能得到有效提升。微型逆變器并網(wǎng)技術(shù)的應用范圍得到進一步擴展，同時在逆變器模塊選擇方面要盡可能選擇最大功率點對其功能進行跟蹤，這樣就能夠讓光伏發(fā)電組件發(fā)出電能直接經(jīng)過轉(zhuǎn)變后形成交流電，使得直流電的轉(zhuǎn)化效率得到全面提升。

4 結(jié)語

有效提升集中式光伏電站的發(fā)電效率不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電站發(fā)電量的提升，同同時對我國集中式光伏發(fā)電事業(yè)的發(fā)展起到積極推動作用。因此，必須要對集中式光伏電站發(fā)電效率的相關影響因素進行深入分析，并采取有效措施給予有效解決，這樣才能實現(xiàn)集中施工和發(fā)電站發(fā)電效率的全面提升。