光伏发电系统优化设计分析

光伏发电系统优化设计分析

甄超

聊城市科特祥瑞新能源有限公司  山东省聊城市  252000

摘要：随着各领域的不断完善和进步，对用电的需求也在不断增加。能源作为工业发展的必要资源，可以使用化石燃料作为能源，但不能满足长期应用的需要，会对能源造成“对自然环境的不可逆破坏”。光伏发电技术以太阳能为原料发电，不会对环境造成过载或负面影响，还可以提供足够的能源和电能，为我国经济的可持续发展做出重要贡献.目前，太阳能光伏发电系统的升级优化是研究人员关注的重点，对于发挥绿色能源在建筑经济中的作用，创建绿色环保经济社会具有重要意义。

关键词：光伏发电；设计

引言

第一次工业革命、第二次工业革命都消耗了大量化石能源。现阶段，全球发展依然对化石能源有较强的依赖性，在过度开采化石能源的过程中，环境受到威胁，也对社会的发展造成了阻碍，因此人类不得不重视对生态环境的保护。在我国“双碳”战略目标的实现过程中，开发与使用清洁能源成为重要手段，太阳能光伏发电等清洁能源技术已成为全球经济发展的可靠保障。

1太阳能光伏发电系统的原理和特点

1.1太阳能光伏发电系统的工作原理

太阳能光伏发电系统是能够吸收太阳能，并将太阳能转化为电能的一种发电系统。在白天光照充足时，光伏发电系统中的半导体组件会吸收太阳能，并在组件中形成拥有两极性质的载流子；载流子可以在静电场的内部完成基本分离，并聚集在正负极，从而在外电路中形成稳定的电流。产生的部分电能会用作系统的驱动能量，剩下的电能可以储存在蓄电池组件中，完成充电。当光照不足时，蓄电池可以代替光伏电池为负载提供电力，避免对日常供电产生影响。

1.2太阳能光伏发电系统的基本特点

（1）稳定。光伏发电系统输出的直流电经过逆变器可以转变为交流电。电能通过交流负载后会有一定的消耗，但是大部分的电力资源都能够被重新输送到电网中。光伏发电系统能够为城市的生产和生活提供稳定的电力，即便在市电出现故障的情况下，也不会受到影响。（2）绿色、清洁。相较于化石能源发电，太阳能光伏发电更加绿色、清洁，不会导致能源枯竭，同时也更加安全。（3）受自然环境影响，成本较高。在自然光充足的地区，太阳能光伏发电能够达到最佳的发电效果；在太阳能不充足的地区，太阳能光伏发电系统可以作为电力系统的补充。因为太阳能光伏发电十分依赖太阳能，所以在一些特殊的地理位置以及四季交替时的特殊天气条件下，太阳能光伏发电的生产效率不能保持稳定，而且太阳能光伏发电系统的设计、应用成本较高。

2光伏发电系统技术要求

在光伏发电系统的设计过程中，为了保证系统的正常、高效运行，设计应充分考虑闭网控制、运行安全、系统保护、输出功率监测等参数，现进行简要阐述。做好系统电压、相位、频率等参数的实时采集，做好与并网参数的对比，确保逆变器输出参数与电网参数一致；合理布置逆变器，并做好参数调试，以最大程度提高光伏发电系统的生产效率；光伏系统应具备自动停启功能，一旦系统出现输出异常，应能够自动切断交流输出，系统进入自我保护状态；当故障排除后，系统达到延迟时间后，自动恢复运行；为了保证光伏发电系统在极端条件下的安全性，系统应具备过载保护、失压预警、频率监控、防雷保护、短路保护等功能；光伏发电系统直流侧设计电压值必须大于光伏组件在极端气温条件下的开路电压最大值，光伏发电系统中使用的各种元器件的最大容许电压值不能低于设计电压。

3太阳能光伏发电技术的应用

3.1混合发电系统

太阳能光伏混合发电系统以太阳能和风力为主要能源，将不同类型的风力发电机组与光伏发电进行有效结合，从而确保混合发电系统供电的稳定性。我国西北地区有极其丰富的太阳能资源和风力资源，二者的有效混合可以弥补由光伏发电对天气的依赖而带来的技术缺陷。例如，青藏高原冬天日照较弱，风力较强，仅采用光伏发电技术很难保证电能的稳定供应。但在结合风力发电技术的情况下，可以有效弥补该季节光伏发电的不足，从而提升发电系统的可靠性，使其能够提供高质量、稳定的电源。

3.2聚光光伏技术

聚光光伏技术可以有效提升太阳能的利用效率。采用聚光板、镜面等方式，将太阳光线集中照射到聚光电池上，使太阳光线的强度得到有效提升，从而提升太阳能的转化效率。这种技术的应用可以提升光伏发电系统的运行效率，在提升太阳光线强度的同时，降低光伏发电过程中的成本支出。在使用聚光器提高太阳能强度时，光伏发电系统能够更有效地进行光热转换，从而使光热能够快速进入电能生产流程，全面提升光伏发电的效率。

3.3并网光伏发电系统

光伏发电系统与电网并联，并在公共电网的协调下，为社会提供电能供应。并网光伏发电系统能够充分利用公共电网的资源，使光伏发电系统产出的电能能够在储能、运输等各个环节中获得可靠保障。光伏发电系统在并网的过程中不需要安装专用的太阳能蓄电池，能够直接为市场提供电能，其运行和管理成本都远低于独立运行方式。在公共电网的辅助下，其供电的稳定性和供电质量得到有效保障。这种方式相对于独立光伏发电系统具有更高的太阳能转换效率，因此在现阶段的光伏发电技术推广过程中，并网光伏发电系统是主要的应用和发展方向。

3.4光伏建筑一体化

在我国太阳能光伏发电技术的应用过程中，20世纪90年代就已经出现光伏建筑一体化的相关设计。随着建筑与光伏发电技术的快速发展，采用太阳能光伏发电技术的建筑变得越来越常见。一方面，光伏发电技术的有效应用可以降低建筑物的维护成本。例如，某市招商银行大厦使用光伏发电技术，一年可以节省近千万元的电费支出。另一方面，光伏建筑的一体化建设可以进一步利用城镇区域的太阳能资源，并提升建筑物的社会效应。在实际应用中，主要采用两种方式展开光伏建筑的设计。（1）将光伏系统与建筑进行一体化、集成化的设计。这种设计方式是将传统的玻璃幕墙替换为光伏电池板，将光伏电池板作为建材使用，同时能够通过太阳能的吸收和发电，向建筑物提供一定的电能，从而有效控制建筑物的电费支出，并降低光伏发电的成本。（2）在建筑物顶部安装平面光伏系统，同时与电网并联。这种形式可以创建联网的光伏供电系统，同时在建筑物顶部使用具有色彩的光伏组件，可以装饰建筑物，在实现发电作用的同时，提升建筑的美观度。

结语

当今社会正处于急剧变革的时期，太阳能代替化石能源作为主要的电力资源成为社会发展的基本趋势，太阳能光伏发电已经在多年的尝试、应用中获得了长足的进步，我国在太阳能研究应用领域已经位于国际前列。但是太阳能光伏发电系统的设计、研发需要大量成本投入，并且设计核心材料大部分掌握在发达国家手中。对此，相关企业需要在长时间的摸索中，基于国家政策及资金的大力支持，逐渐提升自主研发能力，不断地优化有关技术。相信在不久的将来，光伏发电系统将会涵盖社会各个领域，推动全社会的绿色、环保、节能发展。

参考文献

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