太陽能光伏發電效率的影響因素

鄭樹枝

摘 要： 太陽能轉為電能的使用過程中，會遇到一些因素，導致太陽能光伏發電效率受到影響，需要對這些影響因素進行探究，探討出提升太陽能光伏發電效率的措施，對于社會經濟的發展具有重要的現實意義。

關鍵詞： 太陽能光伏發電；晶硅材料；轉換率；措施

引言

“節能環保”是當今社會所倡導的主題，社會限制使用像化石燃料這種對環境污染嚴重和不可再生性能源，而會會選擇一些如太陽能、地熱能這樣的能夠循環利用、清潔環保能源。面對能源危機、霧霾、全球氣候變暖等問題，社會呼吁使用可循環的、可再生性能源，以此自然環境，節約對不可再生性能源的開發利用。太陽能正好具備新能源和可再生能源的優勢，其使用特點為清潔環保、永不衰竭，在各地都受到青睞。

1太陽能光伏發電原理與特點

利用太陽能發電的太陽能光伏發電系統，其構成部件有太陽能電池組件、充/放電控制器、逆變器、測試儀表、計算機監控、蓄電池組以及一些輔助設備等，具體如下圖所示。

太陽能光伏發電系統結構圖

在太陽光線照射到太陽電池組件上時，就會由硅材料吸收一部分光子，這部分光子將被轉換成電能，具體是光子的能量傳遞給了硅原子，推動電子的躍遷轉變為自由電子，由此使得P-N 結兩側會出現電位差，在其外部接通電路的情況下，電壓的作用會使得電流在外部電路流過，從而產生輸出功率，實現光能到電能的轉換，這也叫光生伏打效應。而太陽能電池起到了能量轉換的作用，根據發電需要，太陽能電池材料的主流是晶體硅和薄膜太陽能兩種電池片。

太陽能電池組件是將電池根據一定的陣列方式進行排布的，連結方式有并聯或串聯，使得組件的直流電送至蓄電池組，蓄電池組將其所儲存太陽能電池方陣所接收的光照轉換為電能，然后向負荷供電。而獨立運行逆變器則會把直流電轉換成交流電，為負載使用，也可以在并網運行逆變器中把直流電轉換成交流電，通過控制裝置將交流電輸送至變壓器低壓端，經三相變壓器升壓后，由輸電線路送入電網進行供電。

太陽能光伏發電的特點具有無污染、可持續、容易接受的優勢，只要有太陽光照的地方均可發電，然而會受到時間周期、地理位置、氣象條件、容量傳輸等條件的限制，且經常有光能轉換效率偏低的劣勢。

2太陽能光伏發電效率的影響因素

通常情況下，影響太陽能光伏發電效率的因素主要有四個方面，分別是太陽輻射量、光伏組件的特性與質量、逆變器整機效率、最大功率峰值跟蹤對效率，具體如下：

2.1 太陽輻射量因素

地面上的太陽輻射量會因為方位角度、大氣透明度與海拔高度、日照時數等的影響，出現量的大小。當太陽能光伏方陣的傾角越大時，此時的太陽輻射強度也就大，所受的太陽輻射量就強，相反，太陽輻射量就小。而地區上不同緯度位置的太陽輻射量也有不同，緯度越高的地方，太陽能光伏方陣的傾角越小，而太陽輻射強度也就小，而對于緯度越低的地方，太陽能光伏方陣的傾角和太陽輻射強度均大。計算太陽輻射強度的公式為，其中的是大氣質量等于1 時的海平面太陽輻射強度。

大氣透明度與海拔高度。在朗朗晴天具有較高的大氣透明度，此時太陽光線到達地表的太陽輻射能量更多；而高海拔地區的空氣稀薄，空氣中的水汽和塵埃較少，具有較大的大氣透明度，太陽光線到達高海拔地區的太陽輻射能量更多。

日照時數。地表的太陽總輻射量受到日照時長的影響，對于時間越長的日照地區，其太陽總輻射量會更多，更有利于提高太陽能光伏發電效率。

2.2 太陽能光伏組件的特性與質量因素

太陽能電池材料決定了太陽能光伏組件的特性和質量，當電池材料質量越好，就更有利于提高太陽能到電能的轉換。當前太陽能電池的制作材料以晶硅材料為主，其產量超過世界太陽能電池產量的90%，也有無機鹽多元化合物材料、功能高分子材料、納米晶材料等。晶硅材料又分為單晶硅和多晶硅材料的太陽能電池，這兩種晶硅材料的電池各有優劣勢，其中單晶硅太陽能電池的能量轉換率為16～24%，價格是多晶硅的4倍，價格高昂，占太陽能光伏發電工程總體投資的60%，且電池工藝技術成熟，有著可靠的性能和更長的使用壽命。而多晶硅材料電池的能量轉換率為14～16%，初次投資較少，這也是很多光伏發電企業使用的原因。

對于其他非晶體材料制作的太陽能電池，其穩定性差、衰減性大，還會占用大量的建設面積，其使用受到限制。

2.3 逆變器整機效率因素

逆變器為大功率設備，滿載中的效率超過90 %。即使是低負荷供電，也要求逆變器要具備較高的效率。一旦逆變器的效率偏低，就會影響到太陽能光伏發電系統的有效發電量和增加發電成本。專用逆變器需要采取降低自身功率損耗的方式來提升整機效率。而通用逆變器在實際的運轉中，其效率偏低，這是由于其電能損耗會占到太陽能光伏發電系統總發電量20～30%，由此，會通過降低逆變器的功率損耗來提升輸出效率。并網逆變器具備最大功率點跟蹤控制功能，能夠對太陽能輻射能力進行跟蹤，從而控制自身的功率損耗，根據日出、日落條件來控制開關。

2.4最大功率峰值跟蹤對效率因素

光伏陣列的電流-電壓曲線上的某個點決定來輸入直流功率，逆變器的最佳工作狀態應在太陽能光伏陣列的最大功率峰值上，該峰值會隨著一天的時間、太陽光的輻射與溫度的不同而改變，此時，逆變器就需要對最大功率峰值進行跟蹤運算，從而找到直接與光伏陣列相連的理想狀態，使得能量轉化達到最大。而運算法主要以“微擾觀察法”為基礎，由于光伏陣列運行電壓微擾所導致小的電壓增量（ΔV），通過時間的變化會帶來功率改變（ΔP），這就是該算法的運算測量條件。當ΔP 為正，就會得出下一個電壓微擾增量為正的結果，反之，ΔP 為負，會得到相反的結果。然而當太陽光輻射在日出和日落的時候會變得很低，此時的功率曲線較為平滑，這就限制了該運算法去尋找最大功率峰值，難以跟蹤到最大功率峰值。此外，當逆變器的 ΔP 在功率峰值點附近振蕩時，而太陽光輻射急劇改變，此時也會導致該運算法對跟蹤捉摸不定，出現難以找到真正的功率峰值點的現象。但此時也可以通過微擾的不同次數來解決最大功率峰值跟蹤運行困難的問題。

3 提升太陽能光伏發電效率的措施

全世界的太陽能光伏發電產業的發展尚停留在初級階段，需要通過提高太陽能光伏發電效率來促進太陽能光伏發電的應用和行業的發展。由此，需要采取如下措施：

3.1升級太陽能電池新材料

由于太陽能光伏發電系統中費用最高的就是電池材料，并且電池材料決定了光電轉化效率，由此，需要研制出新的太陽能電池材料，并且要適當控制電池材料的價格，便于更多的用戶使用太陽能光伏發電，促進太陽能光伏發電的應用與行業的發展。

3.2研究和修正計算公式，優化組合算法

由于太陽能光伏電池最大功率跟蹤算法在日出和日落的時候難以跟蹤到最大功率峰值，這就需要研究和修正以“微擾觀察法”為基礎的運算方法，使得太陽光最大功率跟蹤能夠準確，從而更有利于找準最大功率峰值，提高能量轉化效率。

太陽能光伏電池陣列的組合算法也需要優化，這樣才能使得電池陣列的組合得到優化。由于電池組件的輸出在一些外因的影響下而降低，此時再用計算公式計算太陽能電池組件難以滿足光伏發電系統用電的需求，由此需要修正計算公式。隨著時間的增長，泥土、灰塵覆蓋在組件上會降低太陽能電池的輸出，此時需要將太陽能電池組件輸出減少10%。而蓄電池在充放電時由于鉛酸蓄電池的電解水產生氣體，導致部分電流流失耗散，此時需要增加10%的負載來滿足蓄電池的庫侖效應。

結語

綜述，對于取之不盡、用之不竭的太陽能自然能源，需要加大對其利用，減少石化能源造成的環境污染，然而當下必須要通過提升太陽能光伏發電效率來促進太陽能光伏發電的應用，讓更多的人都能用上太陽能發電。

參考文獻

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