太阳能光伏发电效率的影响因素

郑树枝

摘 要： 太阳能转为电能的使用过程中，会遇到一些因素，导致太阳能光伏发电效率受到影响，需要对这些影响因素进行探究，探讨出提升太阳能光伏发电效率的措施，对于社会经济的发展具有重要的现实意义。

关键词： 太阳能光伏发电；晶硅材料；转换率；措施

引言

“节能环保”是当今社会所倡导的主题，社会限制使用像化石燃料这种对环境污染严重和不可再生性能源，而会会选择一些如太阳能、地热能这样的能够循环利用、清洁环保能源。面对能源危机、雾霾、全球气候变暖等问题，社会呼吁使用可循环的、可再生性能源，以此自然环境，节约对不可再生性能源的开发利用。太阳能正好具备新能源和可再生能源的优势，其使用特点为清洁环保、永不衰竭，在各地都受到青睐。

1太阳能光伏发电原理与特点

利用太阳能发电的太阳能光伏发电系统，其构成部件有太阳能电池组件、充/放电控制器、逆变器、测试仪表、计算机监控、蓄电池组以及一些辅助设备等，具体如下图所示。

太阳能光伏发电系统结构图

在太阳光线照射到太阳电池组件上时，就会由硅材料吸收一部分光子，这部分光子将被转换成电能，具体是光子的能量传递给了硅原子，推动电子的跃迁转变为自由电子，由此使得P-N 结两侧会出现电位差，在其外部接通电路的情况下，电压的作用会使得电流在外部电路流过，从而产生输出功率，实现光能到电能的转换，这也叫光生伏打效应。而太阳能电池起到了能量转换的作用，根据发电需要，太阳能电池材料的主流是晶体硅和薄膜太阳能两种电池片。

太阳能电池组件是将电池根据一定的阵列方式进行排布的，连结方式有并联或串联，使得组件的直流电送至蓄电池组，蓄电池组将其所储存太阳能电池方阵所接收的光照转换为电能，然后向负荷供电。而独立运行逆变器则会把直流电转换成交流电，为负载使用，也可以在并网运行逆变器中把直流电转换成交流电，通过控制装置将交流电输送至变压器低压端，经三相变压器升压后，由输电线路送入电网进行供电。

太阳能光伏发电的特点具有无污染、可持续、容易接受的优势，只要有太阳光照的地方均可发电，然而会受到时间周期、地理位置、气象条件、容量传输等条件的限制，且经常有光能转换效率偏低的劣势。

2太阳能光伏发电效率的影响因素

通常情况下，影响太阳能光伏发电效率的因素主要有四个方面，分别是太阳辐射量、光伏组件的特性与质量、逆变器整机效率、最大功率峰值跟踪对效率，具体如下：

2.1 太阳辐射量因素

地面上的太阳辐射量会因为方位角度、大气透明度与海拔高度、日照时数等的影响，出现量的大小。当太阳能光伏方阵的倾角越大时，此时的太阳辐射强度也就大，所受的太阳辐射量就强，相反，太阳辐射量就小。而地区上不同纬度位置的太阳辐射量也有不同，纬度越高的地方，太阳能光伏方阵的倾角越小，而太阳辐射强度也就小，而對于纬度越低的地方，太阳能光伏方阵的倾角和太阳辐射强度均大。计算太阳辐射强度的公式为，其中的是大气质量等于1 时的海平面太阳辐射强度。

大气透明度与海拔高度。在朗朗晴天具有较高的大气透明度，此时太阳光线到达地表的太阳辐射能量更多；而高海拔地区的空气稀薄，空气中的水汽和尘埃较少，具有较大的大气透明度，太阳光线到达高海拔地区的太阳辐射能量更多。

日照时数。地表的太阳总辐射量受到日照时长的影响，对于时间越长的日照地区，其太阳总辐射量会更多，更有利于提高太阳能光伏发电效率。

2.2 太阳能光伏组件的特性与质量因素

太阳能电池材料决定了太阳能光伏组件的特性和质量，当电池材料质量越好，就更有利于提高太阳能到电能的转换。当前太阳能电池的制作材料以晶硅材料为主，其产量超过世界太阳能电池产量的90%，也有无机盐多元化合物材料、功能高分子材料、纳米晶材料等。晶硅材料又分为单晶硅和多晶硅材料的太阳能电池，这两种晶硅材料的电池各有优劣势，其中单晶硅太阳能电池的能量转换率为16～24%，价格是多晶硅的4倍，价格高昂，占太阳能光伏发电工程总体投资的60%，且电池工艺技术成熟，有着可靠的性能和更长的使用寿命。而多晶硅材料电池的能量转换率为14～16%，初次投资较少，这也是很多光伏发电企业使用的原因。

对于其他非晶体材料制作的太阳能电池，其稳定性差、衰减性大，还会占用大量的建设面积，其使用受到限制。

2.3 逆变器整机效率因素

逆变器为大功率设备，满载中的效率超过90 %。即使是低负荷供电，也要求逆变器要具备较高的效率。一旦逆变器的效率偏低，就会影响到太阳能光伏发电系统的有效发电量和增加发电成本。专用逆变器需要采取降低自身功率损耗的方式来提升整机效率。而通用逆变器在实际的运转中，其效率偏低，这是由于其电能损耗会占到太阳能光伏发电系统总发电量20～30%，由此，会通过降低逆变器的功率损耗来提升输出效率。并网逆变器具备最大功率点跟踪控制功能，能够对太阳能辐射能力进行跟踪，从而控制自身的功率损耗，根据日出、日落条件来控制开关。

2.4最大功率峰值跟踪对效率因素

光伏阵列的电流-电压曲线上的某个点决定来输入直流功率，逆变器的最佳工作状态应在太阳能光伏阵列的最大功率峰值上，该峰值会随着一天的时间、太阳光的辐射与温度的不同而改变，此时，逆变器就需要对最大功率峰值进行跟踪运算，从而找到直接与光伏阵列相连的理想状态，使得能量转化达到最大。而运算法主要以“微扰观察法”为基础，由于光伏阵列运行电压微扰所导致小的电压增量（ΔV），通过时间的变化会带来功率改变（ΔP），这就是该算法的运算测量条件。当ΔP 为正，就会得出下一个电压微扰增量为正的结果，反之，ΔP 为负，会得到相反的结果。然而当太阳光辐射在日出和日落的时候会变得很低，此时的功率曲线较为平滑，这就限制了该运算法去寻找最大功率峰值，难以跟踪到最大功率峰值。此外，当逆变器的 ΔP 在功率峰值点附近振荡时，而太阳光辐射急剧改变，此时也会导致该运算法对跟踪捉摸不定，出现难以找到真正的功率峰值点的现象。但此时也可以通过微扰的不同次数来解决最大功率峰值跟踪运行困难的问题。

3 提升太阳能光伏发电效率的措施

全世界的太阳能光伏发电产业的发展尚停留在初级阶段，需要通过提高太阳能光伏发电效率来促进太阳能光伏发电的应用和行业的发展。由此，需要采取如下措施：

3.1升级太阳能电池新材料

由于太阳能光伏发电系统中费用最高的就是电池材料，并且电池材料决定了光电转化效率，由此，需要研制出新的太阳能电池材料，并且要适当控制电池材料的价格，便于更多的用户使用太阳能光伏发电，促进太阳能光伏发电的应用与行业的发展。

3.2研究和修正计算公式，优化组合算法

由于太阳能光伏电池最大功率跟踪算法在日出和日落的时候难以跟踪到最大功率峰值，这就需要研究和修正以“微扰观察法”为基础的运算方法，使得太阳光最大功率跟踪能够准确，从而更有利于找准最大功率峰值，提高能量转化效率。

太阳能光伏电池阵列的组合算法也需要优化，这样才能使得电池阵列的组合得到优化。由于电池组件的输出在一些外因的影响下而降低，此时再用计算公式计算太阳能电池组件难以满足光伏发电系统用电的需求，由此需要修正计算公式。随着时间的增长，泥土、灰尘覆盖在组件上会降低太阳能电池的输出，此时需要将太阳能电池组件输出减少10%。而蓄电池在充放电时由于铅酸蓄电池的电解水产生气体，导致部分电流流失耗散，此时需要增加10%的负载来满足蓄电池的库仑效应。

结语

综述，对于取之不尽、用之不竭的太阳能自然能源，需要加大对其利用，减少石化能源造成的环境污染，然而当下必须要通过提升太阳能光伏发电效率来促进太阳能光伏发电的应用，让更多的人都能用上太阳能发电。

参考文献

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