光伏發電系統最大發電量分析

摘 要：主要研究光伏發電系統最大發電量。對廣度發電系統的結構組成、安裝傾角優化、自動跟蹤系統選型、方陣設計等內容進行了研究。光伏發電有著很多其他發電系統不能比擬的有點如清潔、無污染、無機械傳動等，但是光伏發電系統發電效率低，發電量不穩定，受光照條件和溫度的影響很高，保證光伏發電系統獲得最大發電量，是諸多研究人員關注的問題。

關鍵詞：光伏；最大發電量

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、光伏發電系統

系統利用太陽能光伏效應轉化太陽能為電能。相對于火力發電，光伏發電不會造成環境破壞，并且不會產生機械傳動，光伏發電系統通常有太陽能電池組件、防雷匯流箱、太陽能充放電控制器、逆變器等構件。

（1）太陽能電池。太陽能電池組件是光伏發電系統中至關重要的部分，光伏組件的總投資占到了光伏電站投資成本的1/2，主要負責將太陽能轉換為太陽能。太陽能電池組件轉化率是光伏系統中最重要的性能參數。（2）匯流箱。太陽能光伏發電系統中，為了減少光伏方陣及其連接逆變器之間連接電纜和接點數量，使用匯流箱，串聯相同型號和個數太陽能電池組成組串，根據逆變器參數確定逆變器組串，并將多個組串并聯進入光伏匯流防雷箱，通過匯流箱匯集電流到一點。（3）太陽能控制器。通常在離網光伏發電系統中應用，主要用于控制蓄電池充放電，國內主流控制器主要有24V、48V、220V等幾種類型。（4）逆變器。逆變器能夠轉換太陽能電池方陣直流電為需要頻率的交流電，逆變器主要有開網和并網兩種類型。

二、光伏組件安裝傾角優化

太陽能光伏發電系統為了能夠在全年都獲得較大的太陽輻射量，光伏組件采光面通常使用面向赤道傾斜方式，北半球的光伏電站組件均向南傾斜放置。光伏發電系統光伏組件傾角對系統發電量有著很大影響，因而確定組件安裝傾角是獲得系統最大發電量的重要措施。

（一）太陽能輻射量計算

水平面和傾斜面上獲得輻射量符合光直射散射分離原理，總輻射量等于直接輻射和散射輻射之和，但是光伏組件陣列面上獲得的輻射有光線射向地面反射到組件表面的輻射，水平面上則沒有，但是氣象站通常只有水平面上的太陽能輻射資料。光伏組件接收平均太陽能輻射量主要受到太陽能輻射量、周圍環境溫度以及其他設備特性的影響，光伏組件安裝通常傾斜進行，計算光伏陣列輸出需要將水平面上記錄輻射強度反應到傾斜面上，需要通過復雜的數學模型確定傾斜面上的輻射量。

傾角β下斜面太陽能輻射強度模型如下：

傾斜面和水平面直接輻射之比如下：

式中φ-當地緯度；

δ-太陽赤緯；

ω-時角；

n-一年從1月1日其算天數；

ρ-地表反射率。

根據當地緯度和氣象資料，就能夠求出赤道放置傾斜角β時的傾斜太陽能輻射量。

（二）太陽能電池電力輸出計算

太陽能電池輸出為曲線特性，溫度、光照強度和用電負荷等均會對輸出曲線造成影響。溫度和光照強度一定的情況下只有在某一個特定輸出電壓下光伏系統輸出功率才能夠得出最大值，這就是光伏發電系統最大功率跟蹤技術。太陽能電池發電率主要受光照影響，在夜晚或者多云情況下電池輸出較少，溫度較高時太陽能電池功率將會下降。如下是一種比較實用的模型。

式中E-光伏電池電力輸出；

Ht-入射太陽輻射強度；

T-光伏電池表面溫度；

c1-實驗標定常數；

Hf-標定太陽輻射強度；

C2-太陽能電池組件溫度系數。

（三）最佳傾角計算

離網光伏系統通常要求在冬季保持較大的發電量，但是對于一些特殊的離網供電系統要求全年不斷電，對于這種系統要保證全面最小輻射量的那天也能夠保證光伏的正常工作。冬至日是夜晚時間最長的一天，因而要求光伏陣列傾角需要調整到冬季接收輻射量最大保證冬至日也能夠提供相當的發電量。對于并網光伏電站，通常有著較大的裝機容量，想要獲得最大的發電量，需要選擇合適的傾角。使用固定式安裝方法傾角越大，裝機容量一定情況下，需要占用的面積越大。

三、自動跟蹤系統

（1）平單軸跟蹤系統。使用一根軸改變電池組件角度，調整太陽光使之垂直與電池組件面板，提高光伏轉化率。單軸跟蹤系統使用固定轉速旋轉，通過單軸跟蹤支架使太陽能電池面板法線方向和太陽能電池面板法線夾角最小，從而提高光伏系統的發電效率。（2）斜單軸跟蹤系統。單軸系統轉動軸和地面成一定傾角被稱為極軸單軸跟蹤。傾斜單軸跟蹤直接固定在太陽電池組件傾角上，圍繞傾斜周追蹤太陽方位，爭取獲得更大發電效率。（3）雙軸跟蹤系統。雙軸跟蹤系統沿著兩個旋轉軸運動，和斜單軸不同，傾斜角度同樣能夠調整，因而在理論上能夠獲得零入射角。電機動力輸出通過渦輪蝸桿轉化為水平面回轉運動館，并通過位置傳感器進行系統轉動角度的采集，雙軸跟蹤是兩個角度的跟蹤，跟蹤效果優于單軸跟蹤。對比以上幾種跟蹤系統，相同容量和規格情況下，雙軸系統安裝占地面積最大，斜單軸次之，平單軸系統占地面積最小。光伏電站緯度越高，支架投入將越大，獲得的發電量越不經濟。

四、方陣設計

組件串接方式多種多樣，但是為了降低施工復雜程度，采用雙聯排排列方式，減少占地面積，節省施工線纜長度，并且后期維護工作量少，工作難度小。使用固定方式安裝光伏電池組件單元時，需要考慮兩排光伏點知組件之間的相互遮擋，會造成光伏單元發電效率的下降。組件前后排最小距離D計算公式如下：

通過計算，能夠獲得最合理的方陣間距。

五、結束語

迫于能源危機的壓力，各國家紛紛開始研究化石能源的替代能源，但是光伏發電系統的效率和經濟性問題仍然未能得到很好的解決，研究光伏發電系統最大發電量，對提高光伏發電系統發電效率，促進光伏發電系統的建設和發展有著重要的意義。

參考文獻：

[1]王長貴，王斯成.太陽能光伏發電實用技術[M].北京：化學工業出版社，2012.