光伏系統發電效率的影響因素

0 背景

太陽能電池板的光電轉換效率可以影響光伏發電系統的發電量，這是影響光伏發電產業的一個重要因素，目前，已有很多相關專家學者對光伏發電效率進行了相應研究。分析相關影響因素，本文從光伏發電工程的設計、建設、運營階段方面進行分析。綜合上述原因可以初步將這些因素歸納為人為因素、設備因素、環境因素三類。

1 人為因素

在對光伏電站進行設計、建設和運營的過程中，往往很容易由于管理疏忽等人為因素造成光伏系統發電效率降低，這種人為因素的產生在很大程度上是可以避免的。人為因素影響發電效率主要包括設計欠佳、忽視清潔等方面。

1.1 設計欠佳

光伏電站的建設是需要進行提前合理規劃布局的。首先需要對光伏電站所在地理位置的太陽能資源進行合理評估，判斷是否符合電站建設的要求；其次往往較大規模的光伏電站建設是需要眾多的光伏陣列，這些光伏陣列的安裝位置，以及光伏陣列間距的不同，都會對電站的發電效率產生影響。通常在電站建設時未考慮上述基本因素，會造成發電量損失嚴重。光伏電站的設計欠佳也包括光伏陣列間距的安裝傾角，光伏陣列的最佳安裝傾角一般是需要考慮在不同的安裝位置進行試驗可得的。一般來說，后排光伏陣列可能會受到前排陣列安裝位置的影響，比如會在后排的下沿存在少量的陰影遮擋，這就是由于光伏組件間距設計不當所造成的。據初步計算，由于陣列的坡度差原因會使同排光伏組件被遮擋，由此造成的發電量損失達到2%，而在后排的光伏陣列發電量損失甚至高達3%以上。

1.2 忽視清潔

如果電站的光伏陣列安裝的時間較長，由于空氣中細小顆粒的影響，往往會在光伏陣列的表面形成一定量的積灰，表面積灰的存在也會大大降低光伏系統的發電效率。據相關研究表明，因積灰影響，光伏系統發電效率平均可降低17%。當積灰嚴重時，效率降低甚至能達到40%以上，其巨大的經濟損失將不可想象。綜合以上分析，光伏陣列需要進行定期的維護和清潔，才能保證發電效率不受積灰的影響。

如圖1所示，移動式直流應急裝置的智能監控系統以PLC為核心，利用PLC的數字量和模擬量輸入口接收傳感器實時檢測得到的蓄電池、整流模塊開關狀態等數字量和母線電壓、蓄電池電壓等模擬量，實時輸出至觸摸屏圖形化顯示；同時結合觸摸屏設定的工況參數、系統運行歷史數據，自適應判斷系統運行狀況，對可能出現的故障進行預報.

2 設備因素

光伏發電系統主要包括光伏陣列、直流變換器、逆變器、線路等設備。設備的選取與確定也是影響光伏系統發電效率的關鍵因素之一。不同設備對電站發電效率的影響包括光伏組件匹配度、逆變器效率、交直流線損和光伏組件安裝方式。

2.1 光伏組件匹配度

在選取光伏組件時，不同的生產廠商提供的組件標稱參數是不同的，即使相同的生產廠商生產出的組件標稱參數是完全相同的，但是在實際的測試中，可能組件輸出的電流和功率也會與理論值存在偏差，一般在3%以內。在光伏陣列中串聯多個光伏組件，如果有組件的輸出電流與其它組件的輸出電流不一致時，此時輸出電流較低的組件可能會成為負載，而消耗能量，這會對光伏電站的發電效率產生負面的影響。

2.2 逆變器效率

從上面各濕度指標與發電指標的相關關系來看，相對濕度與發電量相關較為明顯，呈負相關關系。其他兩個濕度指標與發電量分布都比較離散，之間并無明顯關系。

2008年，馮建寧大學畢業后在省城謀得了一份讓人羨慕的職業，但一次回鄉經歷改變了這個小伙子的選擇。老人年事已高無力打理核桃園，只見園子里雜草比人高，核桃樹像沒人管的孩子營養不良。荒涼的景象深深地觸動了這個農村長大的小伙子，他坐在里面待了整整一天，毅然決定回鄉守護核桃園。

2.3 交直流線損

2.4 光伏組件安裝方式

云量反映整個天空被云遮蔽的程度，云量的多少與到達地面的太陽輻射有著密切的關系。云量的增加或減少會相應地引起地面太陽輻射的減少或增加，進而引起光伏電站發電量的變化。分析光伏電站發電量與云量的關系，從散點圖可以看出，無論是總云量（見圖6a）還是低云量（見圖6b），均與發電量呈現顯著的負相關關系，即云量越大，發電量越小。從相關性看，總云量與發電量的相關系數為0.510 4，相關程度要大于低云量與發電量的相關。從對發電量的影響程度看，總云量與低云量每增加一成，發電量均減少3.9 kWh，說明總云量與低云量對發電量的影響程度相當。

這兩種光伏組件安裝方式中，前者安裝成本和維護成本均較高，但是可以獲得較大的發電量及較高的發電效率。后者安裝成本低、設計簡單便捷，因此應用最為廣泛，但接收的太陽能輻射量較前者少，光伏系統發電效率較低

。

3 環境氣象因素

從樣本相關分析結果看，發電量主要集中在露點氣溫為5～20 ℃區間內。露點氣溫過低（空氣干燥）時，發電量分布反而較為稀疏。這與相對濕度的統計結果較類似，這可能是由于大氣過分干燥，使其成分較為渾濁，從而影響太陽輻射的傳輸，進而影響光伏組件的發電能力。從相關關系看，露點氣溫與發電量的相關亦不是很明顯。

3.1 發電量與濕度因子的關系

濕度因子（相對濕度、水汽壓、露點氣溫）主要用來表征大氣中的水汽特征。云層中水汽含量的增加，會使太陽輻射中散射及反射部分相應增加，這會削減到達地面的太陽輻射，太陽輻射量的降低，直接導致光伏電站發電量的減少。相關文獻也指出，濕度指標的大小會直接影響光伏電站功率的輸出。本小節從樣本上進行分析不同濕度指標下日均值與光伏電站發電量的相關關系。

1）相對濕度

光伏發電系統中，眾多的設備需要電力線路進行連接，而且光伏陣列之間也是需要進行串并聯連接的，較多的交直流線路產生的損耗此時是不能忽略的，這就需要將交直流線路損耗考慮進電站的建設中。為了降低交直流的線路損耗，有以下兩種方法：一是選用半徑較大的光伏電纜；二是在光伏陣列部分盡量多地串聯光伏組件，這樣可以提高陣列的輸出電壓，降低輸出電流。

從圖1 可見，日發電量與相對濕度呈較強的負相關關系，Pearson 相關系數為-0.573 5，呈顯著的負相關關系。當發電量較大時，相對濕度大部分集中在40～70 hPa 之間，隨著相對濕度的增大，發電量會逐漸減小。在相對濕度達到90 hPa 以上時，發電量幾乎為0，這是因為在相對濕度較大時，空氣中的水汽含量會增大，較大的水汽含量增強了對太陽輻射的散射及反射，此時到達地面的太陽輻射就會削弱越強，導致光伏電站發電量減小。

2）日平均水汽壓

以太陽輻照的角度為基礎，光伏陣列的安裝方式可以分為跟蹤式和固定式。跟蹤式是有一個可追蹤太陽高度角或（和）方位角的旋轉光伏支架，將光伏組件安裝在支架上，從而最大程度地使太陽光時刻都垂直照射光伏組件，接收更多的太陽光。由于不同地區的太陽高度角、方位角不同，所以當在進行光伏電站的建設時，就需要考慮電站所在地理位置的組件最佳安裝傾角。如果可以確定所在地理位置的最佳安裝傾角時，為了節省安裝成本，考慮選用固定式安裝方式，從而使得組件與水平面形成固定不變的傾角。

通常電影敘事會與文學敘事相比較。電影由鏡頭組成，鏡頭就是媒介，對現實世界有最直觀的表達。文學敘事以文字符號為媒介的，有著遠較電影敘事的自由度。與同是表演性的戲劇敘事相比，電影因其鏡頭可以移動、切換、剪輯而具有了更為廣闊自由的表現時空，此外電影還可以采用順敘、倒敘、插敘等多種敘事結構進行敘事行為。因此，獨特的敘事特點，是電影藝術構成的關鍵。也正是因如此，相關工作者對電影敘事的實踐探索，一直貫穿在整個電影藝術發展史之中。

圖2 表明，發電量主要分布在水汽壓為5～25 hPa條件下，其相關系數為0.400 4。隨著水汽壓的減小，發電量分布逐漸集中。另外，發電量與水汽壓分布較為離散，表明水汽壓的變化與發電量的關系并不是很明顯。

本文所設計的旋轉可控式岸基AIS八木天線陣列如圖1所示，天線陣由兩個八木天線組成，每個八木天線由一個反射陣面，半波折合有源振子和十余個雙排振子天線陣組成。其主軸可以通過電控調節轉向和轉速，進而帶動兩天線元進行旋轉。在旋轉過程中，兩天線既可以保持平行狀態同時旋轉(同步旋轉)，又能夠沿著自己的主軸各自旋轉(異步旋轉)。天線的伸縮拉桿兩端各連接一個天線陣元，連接點處有轉軸，帶動每個天線陣元旋轉。當兩八木天線平行時，天線增益理論上最大，當天各自旋轉時，可以動態控制天線旋轉而調節天線陣列的覆蓋區域。這樣，可以實現對船舶的跟蹤和遠距離船舶的AIS數據獲取。

3）露點氣溫

露點氣溫是在氣壓一定的情況下，使空氣冷卻達到飽和時的氣溫。在氣壓一定時，露點的高低只與空氣中的水汽含量有關。露點氣溫是經常反映空氣中水汽含量的物理量。統計了日平均露點氣溫與發電量的相關關系，結果如圖3。

光伏電池的發電量取決于太陽輻射，而太陽的輻射強度、光譜特性受氣象條件制約，實驗通過分析氣象要素對發電量的影響揭示其相關關系。

而云南蒙自石榴的在這方面做的比懷遠石榴好。在生活中會發現，懷遠石榴在蚌埠市內出現的較多，而安徽許多城市多數地區賣的都是蒙自石榴而不是懷遠石榴。有許多安徽省內的人甚至不知道懷遠產石榴，卻知道遠在云南的蒙自石榴，這是一個值得深思的問題。

光伏發電系統中的逆變器是將光伏陣列輸出的直流電轉換為交流電。在進行選取逆變器時，需要選取與光伏電站建設容量相匹配的逆變器，在一定條件下，并網逆變器的轉換效率越高，發電成本越低，所以選擇高效率的逆變器是光伏發電工程的關鍵。

3.2 發電量與氣溫的關系

光伏組件發電量受氣溫的影響主要表現在兩個方面：太陽輻射增加，氣溫升高，發電量增大；光伏組件輸出功率隨氣溫的升高而降低。本文分析了發電量與氣溫的相關，從相關散布圖上看，發電量隨氣溫的升高呈增大趨勢，Pearson 相關系數為0.543 4。說明氣溫影響發電的第一個方面占主導地位，即太陽輻射增大，氣溫升高，發電量增加（見圖4）。

我們先來看一個核心。 之所以要以季札觀周樂中對《唐風》的評價為核心，是因為第一，季札生活在春秋魯襄公的時代，對于《詩經》沒有隔膜。 第二，他是一位受過良好教育的貴族，具有極高文學藝術修養的人物。 第三，他對《詩經》全面的系統的評價，一直作為經典為歷代所學習、所接受。 因此，以其對《唐風》的評價為解讀的基點，就可以準確地把握晉國的傳統、特征以及人民的內心世界，而不至于走偏。

針對氣溫影響發電的第二個方面，為了去除輻射對氣溫的影響，選取同等輻射條件下的發電量與氣溫樣本，分析發電量隨氣溫的變化。選取太陽總輻射日總量在20 ～21 MJ/m

之間的樣本共15 個。從發電量隨氣溫的變化圖上可明顯地看到，隨著氣溫的升高，發電量呈下降趨勢。這是因為隨著溫度的升高，太陽能電池的開路電壓降低，短路電流上升（見圖5）。

3.3 發電量與云量的關系

太陽輻射強度較大時，光伏組件的發電量大，且此時電池的轉換效率較高，然而太陽輻射強度在早晨和傍晚時分是較弱的，且在其它不同的時間，輻射強度是不同的，所以此時就需要考慮如何安裝光伏組件，從而使其得到更長時間的太陽輻射就顯得十分重要了。

3.4 發電量與能見度的關系

能見度是反映大氣透明度的一個指標，和當時的天氣情況密切相關，主要受底層大氣氣溶膠的影響。大氣能見度通過影響達到地面的太陽輻射來影響光伏電站發電量。由圖7 可以看出，發電量隨能見度的降低而減小。能見度降低，說明大氣中氣溶膠、煙塵增多，使到達地面的太陽直接輻射減少，引起發電量減小。從圖中看，發電量較大值一般出現在能見度大于15 km 的情況下，此時，大氣中顆粒物較少，太陽輻射穿透大氣達到地面的減損較小，光伏組件接收的太陽輻射同比增多，發電量增大。對湖北省氣象局太陽能光伏示范電站而言，能見度每增加1 km，發電量增大3.6 kWh。

這里需指出的是，fmax和采用哪兩個位置的粒子速度信號直接相關，fmin是較為粗略的估計，總體上看式(11)只是對有效頻段的近似估計，便于工程上參考使用。

氣象要素對發電量的影響主要概括為以下幾點：光伏電站發電量與相對濕度呈負相關關系，隨著相對濕度的增大，發電量呈明顯的減小趨勢；光伏組件接收太陽輻射時間的長短直接影響發電量，日照時間越長，發電量越大；氣溫對發電量的影響主要體現在發電量隨氣溫的升高而增大，而在同等輻射條件下，氣溫越高，光伏組件輸出功率越低，發電量越小；無論是總云量還是低云量，均與發電量呈負相關，云量每增加一成，發電量減少3.9 kWh。

其中，Rb是整個電池組的等效內阻，Rc是單個電容模塊的內阻，Cc 是單個電容的電容值，l為電容并聯支路數量與串聯單體數量的比值。

4 積灰陰影對光伏電池系統的影響

由于光伏組件的安裝時間較長，在組件的表面就會形成灰塵，灰塵的主要成分就是懸浮在空氣中的微粒，顆粒的直徑一般較小。燃燒煙塵、汽車尾氣、工廠排氣等是其主要來源。積灰的另外一種重要來源就是生物物質，如鳥糞、花粉、孢子等。

灰塵的來源、形成時間、大小、密度、導電性和導熱性等均不相同。在這些性質中，導熱系數和灰塵粒徑與光伏工程有緊密的聯系。

由“讀若”線索可得出“介”通過音同借了“丯”草的意義，并由此引申出“微小”的意義。但是解釋假借單憑聲音關系是不夠的，還要結合字形來分析。

不同性質的灰塵會有不同的導熱系數，導熱系數的不同會對光伏組件板所產生的熱平衡也不相同，從而使得有不同積灰及較清潔的光伏組件溫度存在明顯差異，由于組件表面溫度的不同，對組件發電效率有著不同程度的影響。

灰塵是形狀多種多樣不規則的固體雜質，具有極強吸水性。當在光伏電池板表面形成大量積灰時，如果電池板附近的相對空氣濕度已經達到足以將水汽形成水滴的程度時，積灰容易吸收空氣中的水滴，積灰在吸收到一定的水分達到飽和時，再沿電池板的坡面向下滑動，滑動所經過的路徑就能產生不同的積灰形態。

太陽電池板表面的灰塵中的顆粒多，表面積非常大，且具有較強的吸水性，容易將空氣中的有害物質等雜質吸附在顆粒表面，使得其顯現出酸性或堿性。較強的吸水性會與灰塵顆粒中的黏土發生水解反應，分解出膠黏狀的氫氧化鋁，帶有堿性。灰塵的這些性質使得電池板的表面反應出酸性或者堿性，酸堿性對光伏板的腐蝕作用是不同的，腐蝕作用越強，電池板的受損越嚴重，對發電效率越不利。根據灰塵顆粒的特性表現出來的化學性質不同，可以將灰塵分為酸性、中性和堿性積灰

。

5 結論

光伏發電是一個多變量耦合的非線性的隨機過程，最主要的影響因素為太陽輻射量、溫度、積灰陰影遮擋等氣象環境因子，而太陽輻射與云量、日照時數、氣溫、濕度、水汽等眾多不確定的氣象因子有關，相當復雜。前述研究得出一些有益的結論，總體上是光伏發電量（或功率）與太陽輻射、日照時數成正比，與云量、相對濕度、氣壓成反比，風速對其影響不確定。但并未充分考慮各氣象要素間可能存在相互的影響以及時間尺度不同而數據平均后的相互抵消作用，導致氣象因子選擇零散、不易量化，得出的結論過于寬泛或因子顯著性不明顯，如氣溫的正影響或是負效應影響機制不明確，對于光伏發電量與氣溫日較差的關系尚未引起足夠的注意。

［1］孫歡偉. 積灰對光伏系統發電效率影響及改善[D]. 大連理工大學,2015.

［2］張佳平. 積灰陰影遮擋對光伏發電系統的影響[J].上海節能，2021（2）：120-125.