光伏發(fā)電效率優(yōu)化問題的研究

摘 要：在能源危機(jī)形勢(shì)下，光伏發(fā)電技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)均得到快速發(fā)展。其關(guān)鍵技術(shù)也日趨成熟，但光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本高、效率低等特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了該項(xiàng)技術(shù)的普及和應(yīng)用。因此，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和降低成本，成為光伏行業(yè)的研究熱點(diǎn)。本論文主要研究光伏系統(tǒng)效率優(yōu)化問題，主要采用最大功率跟蹤和高頻鏈逆變兩項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：能源危機(jī) 發(fā)電效率 系統(tǒng)優(yōu)化 大功率跟蹤 高頻逆變

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0123-01

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)存在效率低的問題

光伏陣列和變換器為光伏系統(tǒng)兩個(gè)重要部件，陣列輸出與變換器效率對(duì)系統(tǒng)的整體效率有直接影響。光伏陣列成本較高，每100萬(wàn)平方米約需投入人民幣5億元，而目前市場(chǎng)上的光伏電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為11%～14%，且大多為非跟蹤型，投入大、輸出功率相對(duì)較低，和常規(guī)電能相比缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，限制光伏發(fā)電的普及應(yīng)用。

2 通過光伏逆變器進(jìn)行系統(tǒng)效率的優(yōu)化

光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率的高低對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體效率有直接影響，為光伏系統(tǒng)的另一重要部件。目前的逆變器普遍采用低頻逆變技術(shù)，屬于工頻變壓器，體積和重量大、效率低、音頻噪聲大，不能實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化和高效率化發(fā)展。

高頻鏈逆變技術(shù)引起了光伏同行的研究興趣，采用高頻逆變技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的電氣隔離，又可減小體積、重量，更為重要的是，減小了變壓器上的系統(tǒng)損耗，變壓器上的渦流損耗減小；高頻變壓器上所用的鐵氧化體，為磁芯材料，鐵損較低，利于降低渦流損耗，從而降低系統(tǒng)整體損耗。因此，若采用高頻鏈逆變技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)整體效率的提高。

3 輻照度對(duì)光伏電池電氣特性的影響

電池溫度、日照強(qiáng)度和太陽(yáng)光譜分布對(duì)光伏電池的輸出功率有重大影響。輻照強(qiáng)度和溫度可影響光伏陣列功率輸出，在輻照度不變的情況下，短路電流和輸出功率均會(huì)隨環(huán)境溫度變化，而開路電壓、短路電流和最大輸出功率受光照強(qiáng)度影響較大。因此，應(yīng)把光伏系統(tǒng)安裝在輻照度較強(qiáng)的地區(qū)，以確保光伏系統(tǒng)的最大功率輸出。因此，可通過光伏整列的聚光裝置，增大輻照強(qiáng)度，提高光伏陣列的功率輸出。

4 通過最大功率點(diǎn)跟蹤來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的優(yōu)化

光伏系統(tǒng)的輸出特性是非線性的，受環(huán)境因素、輻照度和負(fù)載影響較大，即使在相同的輻照度和外界溫度條件下，光伏陣列的電壓輸出也會(huì)不同，只有在某一輸出電壓值工作時(shí)，光伏陣列的輸出功率才能達(dá)到最大值，為最大功率點(diǎn)。

因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可通過實(shí)時(shí)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，確保系統(tǒng)始終在最大功率點(diǎn)附近工作，光伏陣列可實(shí)時(shí)輸出最大功率，該過程稱作最大功率點(diǎn)跟蹤，這樣可提高系統(tǒng)的整體效率。

光伏陣列的輸出特性曲線如圖1所示，當(dāng)工作電壓小于最大功率點(diǎn)電壓Um時(shí)，光伏陣列的輸出功率隨電壓增大而增大；當(dāng)工作電壓大于最大功率點(diǎn)電壓Um時(shí)，陣列的輸出功率隨端電壓增大而減小。最大功率點(diǎn)跟蹤是一個(gè)自尋優(yōu)的過程，在各種不同的輻照度和溫度環(huán)境下，通過調(diào)節(jié)光伏陣列的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的智能化跟蹤，保證光伏陣列的最大功率輸出。

對(duì)光伏陣列而言，開路電壓和短路電流在受太陽(yáng)輻照度和環(huán)境溫度影響較大，光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)也會(huì)受環(huán)境影響，如果外界環(huán)境發(fā)生變化，而光伏陣列工作點(diǎn)不能實(shí)時(shí)跟蹤，就不能實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體效率降低。因此，最大功率跟蹤控制，可實(shí)現(xiàn)光伏陣列在任何日照和溫度，可持續(xù)獲得最大的功率輸出。

5 結(jié)論

光伏系統(tǒng)的總效率，與光伏電池板的光電轉(zhuǎn)換效率有關(guān)，與逆變器的效率也有關(guān)，因此可以通過可選用適合的逆變器，可部分提高系統(tǒng)效率。本論文提出的最大效率跟蹤技術(shù)，也是提高系統(tǒng)效率的重要方法。

在能源緊缺的大趨勢(shì)下，清潔可再生能源的研究和開發(fā)受到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。光伏發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，可在一定程度上緩解能源危機(jī)，部分解決環(huán)境惡化等問題。因此，光伏技術(shù)的研究和開發(fā)十分關(guān)鍵，尤其是光伏系統(tǒng)的整體效率提升，對(duì)光伏行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

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