太阳能光伏发电系统初探

戎帅

摘 要：能源问题一直受到社会的普遍关注，因为这不仅关系到社会的发展，还对于自然环境产生重大的影响。而太阳能作为一种可再生的清洁能源，随着科学技术的发展，越来越得到广泛的运用，太阳能资源不但可以取代部分常规能源，可以预见的是太阳能资源将在世界能源消费结构中获得越来越重要的位置，并在将来成为世界能源的主要供应方。

关键词：太阳能；光伏发电；电池

1太阳能光伏发电的原理

光伏发电所依据的原理是光生伏特效应原理，利用太阳能电池从而将太阳的光能直接转化成为电能。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。这些组件多由电子元器件构成的，如多晶硅、单晶硅、非晶硅和薄膜电池等，和机械部件没有关系，因此，光伏发电设备极为精炼，安装维护简便、可靠稳定寿命长。

当前，光伏发电的应用主要有3个方面：一是在无电的场合提供电源供应；二是在各种类的太阳能电子产品中的应用，例如太阳能灯、太阳能充电器等；三是在太阳能并网发电和离网发电中的应用。

2太阳能光伏发电系统的系统分类

当前，太阳能发电一同主要有三类，即离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。

（1）离网光伏蓄电系统。这种太阳能的应用方式比较常见，在国内的应用已经比较长久。离网光伏蓄电系统相对比较简单，并且其适应性广。

（2）光伏并网发电系统，当用电负荷比较大时，太阳能电力不足就通过向市电购电来补充。而如果负荷比较小时，或者是用不完电力时，就可以将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，这种系统可以省掉蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。

（3）A，B 两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。这种方案具有有较强的适应性，比如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。

3太阳能电池组件的选择

目前太阳电池按基体材料主要分为：

（1）硅太阳电池：主要包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、微晶硅电池以及HIT电池等。

（2）化合物半导体太阳电池：主要包括单晶化合物电池如砷化镓电池、多晶化合物电池如铜铟镓硒电池、碲化镉电池等、氧化物半导体电池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有机半导体太阳电池：其中有机半导体主要有分子晶体、电荷转移络合物、高聚物三类。

（4）薄膜太阳电池：主要有非晶硅薄膜电池（α-Si）、多晶硅薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池、纳米晶薄膜电池等。

结合国內太阳电池市场的的产业现状和产能情况，市场主流依然还是晶硅类太阳电池，约占80%市场份额，非晶硅薄膜太阳电池所占市场份额较小。晶硅类电池中，多晶硅电池成熟度较高，效率稳定，目前价格相对较低，太阳电池市场占有率最大，在国内外均有较大规模应用的实例。

4电池阵列的运行方式

在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的运行方式对系统接收到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式几种型式。其中自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（水平单轴跟踪和斜单轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。

固定式与自动跟踪式各有优缺点：固定式初始投资较低、且支架系统基本免维护；自动跟踪式初始投资较高、需要一定的维护，但发电量较固定式相比有较大的提高，假如不考虑后期维护工作增加的成本，采用自动跟踪式运行的光伏电站单位电度发电成本将有所降低。若自动跟踪式支架造价能进一步降低，则其发电量增加的优势将更加明显；同时，若能较好解决阵列同步性及减少维护工作量，则自动跟踪式系统相较固定安装式系统将更有竞争力。

5电池阵列最佳倾角的计算

电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。

计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein计算方法。利用RETScreen软件，采用所选工程代表年的太阳辐射资料，计算不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量，数据分析后并作出不同倾斜面上日平均太阳辐射量变化曲线图，从图中可以得出最佳倾角。

6逆变器的选择

作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。逆变器的选型主要考虑以下技术指标。

（1）转换效率高逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。

（2）直流输入电压范围宽太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。

（3）最大功率点跟踪太阳电池组件的输出功率随时变化，因此逆变器的输入终端电阻应能自适应于光伏发电系统的实际运行特性，随时准确跟踪最大功率点，保证光伏发电系统的高效运行。

（4）输出电流谐波含量低，功率因数高。

（5）具有低电压耐受能力。

（6）系统频率异常响应。

（7）具有保护功能根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。

（8）监控和数据采集逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于电站数据处理分析。

7结语

太阳能光伏发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源，在现代社会中的应用将会越来越广泛，同时太阳能光伏发电降低其发电成本和提高发电效率是业界关注的重要技术问题。因此，如何将太阳能光伏发电控制系统做到更好，是值得不断研究的一个重要课题。

参考文献

[1]张世丰.影响太阳能光伏发电的气象因子分析[J].农业与技术，2014，07：194.

[2]刘增勋，刘志昂，满磊，朱静茹，李贤.独立光伏发电系统的优化设计[J].绿色科技，2014，09：244-246.

（作者单位：英利能源（中国）有限公司）