環境因素對光伏發電效率的影響

侯天寧

摘要：光伏發電作為一種可再生的新型能源，為我國能源結構的多元化結構提供了新能量，在我國廣大的西部和北部地區應用較為廣泛。廣泛發電的光伏板受環境因素的影響較大，其中積灰和陽光輻射強度對光伏發電的發電效率均有顯著影響。本文通過實驗探究了積灰和陽光輻射強度對發電效率的影響，為今后開展光伏相關的研究提供借鑒。研究表明：隨積灰天數的增加，光伏板的透光率損失值逐漸增大。

關鍵詞：光伏發電;環境;積灰;陽光輻射強度;發電效率

1. 引言

光伏發電作為一種無污染且可再生的新能源，在國內的西北及廣大的農村地區應用十分廣泛，國內的研究學者和相關企業對影響光伏發電的一些重要因素進行分析，取得了一定的研究進展和成果。

魯正等[1]針對光伏發電在用戶方面的投入、成本與產出效益進行分析，為光伏發電在農村地區的普及推廣進行試點，為光伏發電的效益比提供數據基礎。柯學進等[2]對影響光伏發電的各種因素進行分析，并將不同條件下光伏發電的發電量的測量方法和實驗的設計方案進行分析和探索，為后面從事光伏發電的研究提供借鑒。張光龍[3]對整個光伏發電系統進行研究，針對影響光伏發電的不利因素進行整頓，提出有效的緩解措施，提高了光伏發電的效率。

寧會峰等[4]通過實驗的方法研究了積塵的程度對發電板的發電效率的影響程度，通過多組對照實驗分析了灰塵的厚度對發電效率的影響，不僅進行了定性分析還通過分析大量數據進行了定量分析。侯文寶等[5]研究并設計制造了一種自動追蹤太陽光的發電系統，該系統通過單片機進行控制，能自動追蹤光源，實現發電效率的大幅提升。高華興等[6]光伏發電在農村的推廣應用進行預測，分析了光伏發電與農業大棚的關聯性，為光伏發電在農業領域的應用提供參考和借鑒。

2. 灰塵對光伏發電的影響

2.1 實驗方案設計

為了探究積灰時間對光伏發電板發電效率的影響，引入透光率這一指標對發電效率進行量化，并設計了實驗對透光率進行檢測。灰塵堆積對光伏發電的影響實驗樣件布置圖如圖1所示，本文選用北部農村地區某農戶屋頂的光伏發電板為研究對象，設置了1#、2#和3#光伏板遮擋區域以及其余的未遮擋區域進行對照檢測，多組對照實驗的設置提高了數據的可靠性，為后面進行透光率的定性和定量分析打下基礎。

2.2 積灰時間對光伏發電效率的影響

圖2為透光率損失值隨積灰時間的變化規律圖，橫坐標為光伏發電板的積灰天數，縱坐標為透光率損失值。其中，1#、2#和3#光伏板遮擋區域的透光率損失值取三者的算術平均值，透光率損失值越大，光伏板的發電效率越低。從圖中可以看出，遮擋狀態下，隨積灰天數的增加，透光率損失值逐漸增大，導致光伏板的發電效率逐漸降低。通過數據分析，1#、2#和3#光伏板遮擋區域的透光率損失值的算術平均值平均每天上升1.33%。

未遮擋狀態下，隨積灰天數的增加，透光率損失值先升高在降低，再升高最后降低，分別在第4天和第13天時透光率損失值達到峰值。為提高光伏板的發電效率，需要定期對光伏板進行除塵工作，以保證其透光率的損失值始終在較小的范圍內。

3. 陽光輻射強度對光伏發電效率的影響

太陽光的輻射強度對光伏板的發電效率具有顯著影響，太陽光的輻射強度主要受霧霾及季節性氣候等天氣的影響。隨著工業化水平的不斷提高，氣體排放顯著升高，導致冬季北方等重工業地區的霧霾十分嚴重。霧霾是空氣中的較大顆粒，這些顆粒會削弱太陽光的輻射強度，降低透光率，嚴重影響光伏板的發電效率。經過大量的實驗和數據分析，結果表明：與正常天氣的發電量相比，霧霾狀態為輕度時，光伏板的發電量降低25%左右;當霧霾狀態為重度時，光伏板的發電量最高可降低70%。為進一步改善光伏板在惡劣天氣條件下的發電效率，需要不斷改善發電板的除霾及除塵裝置，提高透光率。

除積塵和陽光的輻射強度對光伏板的發電效率有影響外，海拔的高低、風速、溫濕度等外部環境因素也對光伏板的發電效率具有一定的影響。今后需要深入研究各種因素對光伏板發電效率的影響，以期進一步提高光伏發電的效率，優化我國的能源結構。

4. 結論

本文論述了光伏發電的研究現狀，并對影響光伏系統發電的陽光輻射強度和灰塵這兩個關鍵因素進行分析，以期提高光伏發電的效率，得出以下結論：

（1）隨積灰天數的增加，光伏板的發電效率逐漸降低，遮擋區域的透光率損失值的算術平均值平均每天上升1.33%;

（2）正常天氣的發電量相比，霧霾狀態為輕度時，光伏板的發電量降低25%左右。

參考文獻

[1]魯正，孫煒，陳蕓菲.基于用戶側的光伏項目成本-效益分析[J].太陽能學報，2021，42（04）：209-214.

[2]柯學進.光伏電站影響因素及發電量分析驗證方法的探討[J].電力設備管理，2021（04）：125-127+143.[3]

[3]張光龍.光伏系統發電效率提升方法研究[J].科技創新與應用，2021（04）：143-146.

[4]寧會峰，程榮展，王偉志，鄢志彬.積灰對光伏發電的影響及除塵效果實驗研究[J].太陽能學報，2020，41（11）：120-125.

[5]侯文寶，劉志堅.基于單片機的光伏自動跟蹤系統設計[J].河北能源職業技術學院學報，2020，20（03）：73-75.

[6]高華興，李建軍，張樂，楊宇昕，任永強.農業大棚光伏發電預測的研究[J].湖北農機化，2020（12）：38-40.