基于系統論的太陽能光伏發電系統體系建設研究

廖勇

摘? ?要：本文運用系統論原理，闡明了太陽能光伏發電的原理和特點以及光伏發電對我國電力能源行業的重要性，分析了我國太陽能光伏發電系統體系建設現狀及存在的問題，對所面臨的問題提出了針對性的建議，并創新性地構建出基于系統論的太陽能光伏發電系統的四大子系統體系，以期為政府加強太陽能光伏發電系統體系建設提供策略，以及為國家對清潔能源高效利用提供探索的渠道。

關鍵詞：系統論;光伏發電;太陽能

隨著地球上傳統化石能源的日漸枯竭以及人類對環境保護意識的增強，找到一種無污染的可再生能源作為傳統化石能源的替代品顯得尤為迫切。太陽能光伏發電作為一種清潔高效的發電方式，越來越受到人類的重視，其應用范圍也是越來越廣。本研究根據系統論原理，討論如何建立基于系統論的太陽能光伏發電系統體系，以期進一步提升國家對光伏發電產業利用的能力，確保國家在清潔能源應用領域實現質的飛躍。

1? ? 基于系統論的太陽能光伏發電系統體系

1.1? 系統論的基本原理

系統論是研究系統的一般模式、結構、行為、動態、原則、規律以及系統間聯系的學問，其研究各種復雜系統的共同特征，用數學方法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統的原理、原則和數學模型，是具有邏輯和數學性質的一門科學。系統論的基本思想是把研究和處理的對象當做一個系統，分析其潛在的各種聯系，總結其規律，并以優化系統的觀點看待問題。系統論的主要任務是以系統為對象，從整體出發來研究系統整體和組成系統整體各要素的相互關系，從本質上說明其結構、功能、行為和動態，以把握系統整體，達到最優的目標[1]。

1.2? 基于系統論的太陽能光伏發電系統的特點與內涵

基于系統論的太陽能光伏發電系統是指運用系統論的基本思想方法，把光伏發電系統視為一個復雜多變的系統，此系統具有的特點是太陽能光伏發電是一種清潔高效的發電方式，具有不受地面布局和高度落差等地理因素的影響，電能轉換過程簡單，無廢棄污染物排放的特點，應用廣泛，是傳統化石能源的理性替代品[2]。本研究將光伏發電系統按照產生電能的流程劃分為：太陽能電池板采光、光生伏打效應變光，最大功率點跟蹤系統用光，電能經逆變器饋入電網等四大子系統，通過四大子系統的相互作用及有機運行，實現對太陽能的高效利用。

1.3? 基于系統論的太陽能光伏發電的要素體系結構

基于系統論的太陽能光伏發電的要素體系結構是由太陽能電池板采光、光生伏打效應變光，最大功率點跟蹤系統用光，電能經逆變器饋入電網等四大子系統所組成的一個完整的光伏發電體系。在太陽能光伏發電體系中，太陽能電池板采光子系統是實現整體太陽能光伏發電的基礎與保障。光生伏打效應變光，最大功率點跟蹤控制系統用光子系統是太陽能光伏發電體系的程流主線，其中，光生伏打效應變光子系統是實現太陽能光伏發電的首要前提與核心原理。最大功率點跟蹤控制系統用光子系統是實現整體太陽能光伏發電的關鍵部分和核心環節，因為其存在決定太陽能光伏發電的轉換效率和發出功率的大小。電能經逆變器饋入電網子系統是實現太陽能光伏發電的重要體現，其穩定性影響整個電網的可靠性能。通過太陽能電池板采光、光生伏打效應變光，最大功率點跟蹤系統用光，電能經逆變器饋入電網等四大子系統有效地運行，提升光伏發電的效率，將有效地降低太陽能光伏發電各個環節中造成的能耗。

1.4? 基于系統論的太陽能光伏發電系統所面臨的技術問題

但我國光伏發電發展也面臨很多的技術問題，主要是：（1）光伏發電的能源消耗大。太陽能電池板的一個重要原料就是晶體硅，然而我國對于晶體硅的制造技術和工藝還遠遠不能達到實際運用的需求，導致太陽能電池板的電能損耗太大。（2）光電轉換效率低。由于我國光伏發電產業水平的參差不齊，采用光電轉換的方式不同，會造成光電轉換效率低下的問題。（3）太陽能電池板功率輸出低。在太陽能光伏發電中，功率輸出的大小至關重要，但我國光伏發電產業對最大功率點跟蹤系統的技術應用還存在不足。（4）光伏發電所產生電能饋入電網時造成穩定性問題。由于光伏發電屬于分布式電源的一種，隨機性和擾動性大的特點導致其饋入電網會造成系統的穩定性降低，從而影響整個電網的可靠性[4]。

2? ? 基于系統論的太陽能光伏發電系統的體系構建

針對我國光伏發電產業面臨的一些技術問題，主要有4點[5-7]。

2.1? 構建低耗能的太陽能電池板采光子系統

光伏陣列（太陽能電池板）的制作材料主要分為單晶硅和多晶硅兩種，這兩種材料的特性對比如表1所示。

因此，針對不同的應用場合和應用成本，選擇不同的晶體硅材料，最終得到低耗能的太陽能電池板采光系統。

2.2? 構建高效的光生伏打效應變光子系統

太陽能光伏發電的能量轉換有兩種方式，分別是光→熱→電轉換方式和光→電直接轉換方式，這兩種能量轉換方式的特點如表2所示。

針對以上的狀況，光伏產業應該利用光生伏打效應采用光—電直接轉換方式，取消轉換效率低下的光伏發電機組，構建高效的光生伏打效應變光子系統。

2.3? 構建準確穩定的最大功率點跟蹤系統用光子系統

在太陽能光伏發電系統的體系中，光伏陣列的輸出功率尤為重要，但輸出功率不僅與光伏陣列的內部性能有關，還與外界環境如環境的溫度和太陽光照的強度等主要干擾因素呈現非線性關系[8]。而使光伏陣列無論外界條件怎樣變化，都能始終工作在最大功率附近的過程就叫做最大功率點跟蹤。因此，必須要建立準確且穩定的最大功率點跟蹤系統用光子系統，進而實現綜合性的光伏發電系統的信息傳送、交流、反饋和控制平臺，增強信息傳遞效率和質量，確保光伏發電控制系統第一時間掌握最新的變化信息，并第一時間作出相應的處置，從而實現準確且穩定地追蹤最大功率點。

2.4? 構建穩定性高的電能經逆變器饋入電網子系統

構建穩定性高的電能經逆變器饋入電網子系統，把經過MPPT系統控制所得到的光伏陣列的數據通過逆變器的逆變橋和交流電路，經逆變之后送入電網，整個過程產生的擾動必需經量控制在合理范圍之內，以免對整個電力系統網絡產生不利的影響。

3? ? 結語

本研究基于系統論的太陽能光伏發電的要素體系結構是由太陽能電池板采光、光生伏打效應變光，最大功率點跟蹤系統用光，電能經逆變器饋入電網等四大子系統所組成的一個完整的光伏發電體系。通過對四大子系統體系的分析與搭建，完成了對光伏發電的原理與實現流程的清晰闡釋，進而對清潔的太陽能利用有更加現實的指導意義，更深層次地為我國清潔能源使用的探索提供了可行性的方法借鑒。

[參考文獻]

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