光伏系统发电效率提升方法研究

光伏系统发电效率提升方法研究

芦嘉政

北京信息科技大学

摘要：光伏发电是可再生能源的重要组成部分，由于其具有方便取能与清洁等优点，越来越多的分布式光伏发电接入了电力系统。虽然可再生能源具有巨大的社会与经济效益，但光伏发电具有不稳定等特性，因此对光伏发电接入配电网的稳定性分析具有重大意义。基于此，以下对光伏系统发电效率提升方法进行了探讨，以供参考。

关键词：光伏系统；发电效率；提升方法；研究

引言

为顺应可持续发展的理念，可再生清洁能源逐渐登上了世界的舞台。光伏发电具有发电灵活、污染少等优点，因此越来越多的光伏发电应用于电网运行，然而其不稳定特性可能会影响配电网的电压质量，需要对其进行研究。

1光伏发电系统分类

光伏发电系统根据是否与电网连接，目前可以将太阳能发电分为独立光伏发电系统方式、并网光伏发电系统方式两种。独立光伏发电系统方式就是独立于电网之外设置的光伏发电系统，自发自用模式，该模式适用于远离电网的偏远地区；并网光伏发电系统方式是指太阳能板产生的直流电源经逆变器转换成交流电之后，接入公共电网。根据项目规模分为大型集中式并网光伏发电系统和小型分散式并网光伏发电系统两种，其中，小型分散式并网光伏发电系统具有投资额小、建设周期短、可利用屋面安装等优点，广泛用于建筑项目中，是并网光伏发电的主要模式。

2光储系统的发展契机

由于光伏发电具有波动性、间歇性的特点，导致光伏发电技术的发展受到影响，而储能系统能够实现电能的时空平移，将光伏发电的午间出力转移至其他时段，削减光伏发电系统的出力尖峰、降低弃光率，从而改善电能质量，提高光伏发电的利用率。因此，近年来国家及地方政府也非常重视光储系统的发展，并以法令和政策的形式促进光储系统的应用及光储技术的发展。虽然受新冠疫情的影响，2020年以来我国光伏产业的发展缓慢，但总体来说，我国光伏发电已经步入“平价上网”的轨道，光伏发电从补充能源转向替代能源的步伐也将加速。“十四五”期间，随着光伏发电成本的进一步降低，以及光储模式的进一步推广，我国中部及“三北”地区可利用其自身优势合理配置风、光资源，提高外送通道中新能源的比例，支持和促进全国的能源转型。

3太阳能光伏发电的现状

当前，能源短缺已经成为我国面临的主要问题，没有能源的支持就无法实现国家的发展。特别是在中国，能源消耗相对较高，因此有必要积极寻求开发新的可再生能源。目前我国由于受限于较低的技术水平、专业人才匮乏等因素，导致电能生产依旧采用的是靠煤炭燃烧来实现，依靠可再生能源发电很难满足人们的需求。近些年，中国的经济水平迅速提高，由于各行业的发展和经济建设的需求导致煤炭资源急速减少致使能源危机更加严重，根据相关统计，太阳能向地面释放了近80万kW的能量，足够每年生产5.6×10W·h电量，因此，将太阳能用于光伏发电将成为中国电力工业发展的主要趋势。

4光伏系统发电效率提升方法研究

4.1太阳跟踪控制改进设计

针对光电跟踪和视日跟踪两种模式各自存在的问题，尝试将两种跟踪方式相结合，取长补短，通过改进跟踪策略的方式进行优化。改进后的复合跟踪以光电跟踪做为主要的跟踪方式，视日跟踪作为辅助的跟踪方式，参考地理位置设定跟踪时间，跟踪模式根据天气状况通过中断的方式自行切换。夜晚光照强度降低到临界值时，回到初始位置，停止光线追踪，光照强度高于临界值再重新启动跟踪。在多云或者阴晴不定的天气时，光线忽明忽暗，使光电传感器产生的电信号差值变小，如果低于预设最低差值，系统自动切换跟踪模式，改为使用视日跟踪的控制方式执行太阳跟踪，同时改变跟踪的频率，不需要实时变化，采用定时跟踪的策略，每隔一定的时间向控制器发出一次脉冲信号即可，尽可能的减少步进电机消耗的能量，当光线强度恢复到预设值以上（错开数值防抖）继续进行光电追踪。

4.2光伏发电站

光伏发电技术的顺利应用，离不开光伏电站的支持，光伏电站是进行光伏发电的基础设备，其直接影响着发电率和电力的有效应用。目前，太阳能发电厂大致分为分散发电厂和集中式太阳能发电厂两种。分散发电厂是指在恒定电压水平且不超过20000kW并网的单个发电厂的点存储容量，转换后的电能主要用于变电站地区的太阳能发电设备。集中式太阳能发电厂在电能传输中有很多阶段，设备也更复杂，它通常包括以下步骤：第一，通过转换设备的作用将太阳能转换为电能，第二，转换后的电能通过配电和接收设备输送到逆变器。最后，在逆变器的作用下，直流电在交流变压器箱中流动，并与网络建立连接[2]。为了确保在传输过程中安全使用电能，有必要确保各种太阳能组件的正常运行

4.3最大功率跟踪经典方法

（1）恒定电压跟踪法当温度保持在一个特定的值时，在不同的光照强度下，太阳能电池的P-V特性曲线上的最大功率基本保持在电压值Vm，Vm为光伏电池的最大工作电压，当光伏电池的输出电压钳制在Vm附近时，就可以保持稳定的最大功率输出，这就是恒压跟踪法的工作原理。（2）扰动观察法扰动观察法的原理是：在光伏系统工作过程中，定时给当前的光伏阵列输出电压一个小范围的波动，记录扰动后输出功率的变化，根据输出功率的反馈来决定下一步电压的扰动。

4.4光伏建设一体化

当前，绿色环保的概念逐渐渗透到人们的思想，因此光伏发电技术越来越受欢迎，并且被越来越多的应用到了我国的建筑设计中。例如：在建筑物的屋顶上装有太阳能电池板，太阳能电池板通过电线连接到电网，从而将能量转化为电能，使人们在日常生活中得以应用。利用太阳能发电不仅可以节省大量资源，还可以体现绿色环保理念，有效促进社会的可持续发展。

4.5并网低压配电箱的设置

小型分散式光伏发电系统经过逆变器整流后，转换成AC380V50Hz电源，光伏电源需与正常电网之间设置合理的并网方式，保证电源的可靠运行。小规模建筑用光伏发电系统并网接入点一般选择在低压配电箱，在设备配电箱进线处设置双电源转换开关，当光伏发电系统的电量充足的情况下完全由光伏电源为该系统下的负荷供电，当阴雨天气太阳能发电量不足或者光伏电路发生故障不能正常供电时，将供电电源切换到市电电源。

结束语

大范围的使用化石能源，给全球带来了能源危机，也造成了难以逆转的环境污染，而太阳能是一种绿色无污染的可再生资源，因为太阳能有着化石能源和其他可再生资源无法比拟的优势，经过多年的发展和研究，转换太阳能的光伏发电技术已经得到广泛的关注和应用。但是目前的光伏发电系统，能源转换效率非常低，受环境和天气的影响大，很大程度阻碍了光伏产业的发展和普及。

参考文献

[1]黄耀龙.光伏发电系统并网控制策略研究[J].电力设备管理,2020(12):118-119+130.

[2]林异凤,任家智.并网光伏发电系统设计研究[J].能源与节能,2020(12):73-75.

[3]王志刚,祝秀娟.太阳能光伏发电技术在绿色建筑中的应用及其节能研究[J].建设科技,2020(23):98-102+106.

[4]王志刚,祝秀娟.太阳能光伏发电技术在绿色建筑中的应用及其节能研究[J].建设科技,2020(23):98-102+106.

[5]郭玲玲.光伏发电系统运维问题分析与优化策略研究[J].无线互联科技,2020,17(20):18-19.

[6]刁颖.光伏系统发电效率提升方法的研究[D].东北石油大学,2016.