太陽能光伏發電的設計及應用

周廣彥

摘要：能源戰略時代開發新型發電項目是不可缺少的，國家在扶持光伏發電項目建設張，要綜合考慮新項目的緊急投入與產出效益。設計光伏發電項目要考慮系統結構模塊布局，以電池板、控制器、蓄電池等為核心部分，從軟硬件系統操控方面優化配置，設計出更加安全、高效、穩定的光伏發電系統。鑒于此，本文主要分析太陽能光伏發電的設計及應用。

關鍵詞：太陽能光伏發電；設計；應用

1 太陽能光伏發電的原理及優點概述

1.1 太陽能光伏發電原理分析

當前，太陽能光伏發電技術已成為最有潛力的可再生技術之一，其主要是通過將太陽能輻射光能儲存到太陽能電池中，從而產生電能。該技術中利用了半導體光伏發電光能的原理，在太陽電池中聚集來自于太陽能輻射的光，將其轉換為電能，具體過程為：太陽能電池中有電場的存在，而光能中“光生電子-空穴”的存在，因此使得電子和空穴相互分析，在電池的兩側產生電荷，進行出現電壓。

1.2 太陽能光伏發電體的優勢

1.2.1 儲備豐富、分布范圍廣。太陽能的使用，不僅能夠保護環境，同時還能杜絕資源浪費，同時由于太陽光分布范圍較為廣泛，因此對其進行開發和利用是十分便捷的。太陽能光伏發電系統在運行的過程中，主要由太陽電池組件、蓄能蓄電池、直交流逆變器等部分組成。對于太陽能光伏發電而言，太陽電池組件是最重要的部件，其承擔著將光能轉換為電能的重要作用。

1.2.2 高效、節能、清潔。太陽能光伏發電與其他的電力系統發電相比，其產生電能的過程更為簡單，其主要是通過將太陽光能中的光子轉變為電子，進行產生電能，太陽能光伏發電具有效率高、簡單便捷的特點，同時在節能環保方面也有所突破。

2 太陽能光伏發電系統設計方法

2.1 并網發電系統設計計算

2.1.1 發電量或組件總功率計算

年平均每天發電量g=Pm×h1×y×η（kwh）

式中：g——每天發電量；h1——每小時發電量；Pm——光伏組件總功率；y——單臺機組發電量；η——發電系統綜合影響因素。

平均年發電量G=g×365（kWh）

2.1.2 并網逆變器選用。并網逆變器的選用主要根據下列要求：逆變器額定功率=0.85～1.2Pm；逆變器最大輸入直流電壓>光伏方陣空載電壓；逆變器最輸入直流電壓范圍>光伏方陣最小電壓；逆變器最大輸入直流電流>光伏方陣短路電流；逆變器額定輸入直流電壓=光伏方陣最大功率電壓；額定輸出電壓=電網額定電壓；額定頻率=電網頻率；相數=電網相數；并網逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應滿足并網技術要求。此外，必須具有短路、過壓、欠壓保護和防孤島效應等功能。

2.2 光伏組件方陣設計

光伏組件水平傾角設計：光伏組件水平傾角的設計主要取決于光伏發電系統所處緯度和對一年四季發電量分配的要求。

2.3 光伏方陣傾角設計

從發電效率來說，光伏方陣傾角是一個很大的影響因素，其對不同朝向發電量的影響較大，常常對整個區域發電效率均有決定性作用。通常來說，光伏方陣應朝著北半球，這樣不僅提高了光伏發電作業效率，對發電生產調度也有一定的輔助作用，實現了光伏發電生產的一體化。

2.4 光伏方陣間距設計

本次研究了光伏方陣前后兩排間距大小，從設計角度分析間距對太陽能發電生產效率的影響。理論分析認為，如果光伏方陣前后間距大小不一，以及遮擋物之間距離大小不科學，對光伏發電效率影響大，特別是在季節變化過程中，對電能產出量有更大的影響。為了更好地完成設計，對間距參數標準進行控制，其計算機公式如下：

D=0.707H/tan[arcsin（0.648cosφ-0.399sinφ）]

式中：D——為前后間距；準——為光伏系統所處緯度（北半球為正，南半球為負）；H——為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度。

3 太陽能光伏發電技術的應用

3.1 太陽能照明應用

目前，我國開始對能源的利用和資源的保護采取有效的措施，太陽能照明已成為綠色照明降低能耗的重要方式。太陽能電池板、蓄電池、節能等部分組成了太陽能照明系統。當前，太陽能照明在我國得到了廣泛的應用，常見的地方有路燈、樓道燈等。

3.2 太陽能與LED光源相結合

近年來，半導體技術和固體物理技術的發展十分迅速，衍生出了固體光源LED。該產品具有能耗低、壽命長、光效高的特點，同時其與白熾燈相比，固定光源LED的反映較快、污染較小。目前在我國燈源市場，固體光源LED成為了其發展的主要趨勢。

3.3 太陽能水泵

在太陽能水泵運行的過程中，并不需要蓄電池來提供動能驅動其運行，一般情況下其運行主要依靠太陽能電池板的作用。而在大型的光伏水泵中，為了將太陽能電池板中的直流電轉換為交流電，通常會安裝逆變器，從而促進水泵工作的順利進行。一般來說，太陽能光伏水泵系統在建立的初期使用的資金是十分巨大的，但是在其運行過程中，會產生的費用較少，使用壽命較長，因此太陽能水泵的建設能夠為我國的電力供應作出巨大的貢獻。

3.4 光伏建筑一體化

太陽能屋頂計劃在20世紀之時被首次提出，而其計劃就提出了把太陽能電池板安裝在建筑物的屋頂上，并通過控制器以及逆變器來進行公共電網的連接，進而產生了戶用并網光伏系統。戶用并網光伏系統主要由太陽能電池板和電網并聯向用戶供電，且可靠性較好。同時在供電的過程中，其并不需要依靠蓄電池，大大提高了節能環保的效果。

總之，能源經濟時代，社會發展對電能資源需求量逐漸增多，積極開發供電項目是國家戰略重點。基于可持續發展指導下，新發電項目建設受到了普遍關注，光伏發電成為國家建設的新項目，對區域能源供應與調配起到了關鍵性作用。為了更好地發揮光伏系統功能，需從設計環節進一步優化處理方式，全面發揮出新發電系統的功能優勢，利用各個模塊參與電能生產與傳輸。

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