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更新時(shí)間：2023-09-18
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吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：伴隨著能源危機(jī)和環(huán)境惡化問題的日益加重，科技工作者進(jìn)一步加大對新能源的開發(fā)和利用。太陽能光伏發(fā)電作為新型清潔能源的主力軍，在實(shí)際生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，光伏發(fā)電效率偏低，成為制約光伏發(fā)電發(fā)展的瓶頸。因此，對提高光伏發(fā)電效率的研究具有十分重要的意義和價(jià)值。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；發(fā)電效率；太陽能電站；分布式光伏；
隨著科技的進(jìn)步和人類社會的發(fā)展，巨大的能源消耗和由此引發(fā)的環(huán)境污染給人類生產(chǎn)生活帶來了很大的威脅。為此，科研人員開始投身到了新能源的開發(fā)和利用當(dāng)中，以緩解世界能源危機(jī)。太陽能作為常見的綠色清潔能源，得到了進(jìn)一步挖掘。光伏發(fā)電也體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展理念，成為世界新能源產(chǎn)業(yè)中較為重要的一員。然而，當(dāng)前太陽能電池板由于自身材料和外界條件等因素的制約，發(fā)電效率并不高。加大對光伏發(fā)電效率影響因素和應(yīng)對策略的研究，將對整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的作用。
1、光伏發(fā)電系統(tǒng)原理
光伏發(fā)電技術(shù)是指一種將太陽光的輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。它主要應(yīng)用的是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特原理，光伏電池在受到太陽光照射時(shí)，內(nèi)部電子發(fā)生定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流，供負(fù)載使用或存儲起來。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成。太陽能電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，在受到一定的輻射強(qiáng)度下，將太陽能以直流形式轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載需求時(shí)，通過控制器對蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，太陽能電池和蓄電池同時(shí)對負(fù)載供電，以滿足需求；當(dāng)負(fù)載為交流設(shè)備時(shí)，增加逆變裝置，將直流電變換為交流電，供負(fù)載使用。
2、光伏發(fā)電效率的影響因素
光伏發(fā)電效率指光伏組件輸出電能占輸入太陽光輻射能的百分比，效率越高，太陽能利用率越大。影響光伏發(fā)電效率的因素有很多，主要包括以下幾個(gè)方面。
2.1環(huán)境因素
環(huán)境因素主要包括輻射強(qiáng)度大小及溫度變化對光伏發(fā)電效率的影響。其中輻射強(qiáng)度主要取決于地理位置、海拔高度、大氣環(huán)境、氣候條件等因素。一般緯度越低，其太陽高度角就越大，太陽輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，反之太陽高度角越小，太陽輻射強(qiáng)度就越弱；海拔高度越高時(shí)，空氣就越稀薄，大氣中的水汽和塵埃的含量也越少，太陽輻射強(qiáng)度越大；大氣環(huán)境也在一定程度上影響太陽輻射強(qiáng)度，在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達(dá)地面的太陽輻射能量就多，反之灰塵、積雪、云層等陰影的遮擋，也會使太陽能電池板接收到的輻射大打折扣。
日照時(shí)數(shù)和溫度也是影響光伏發(fā)電效率的重要因素。通常日照時(shí)間長，太陽能電池板相對獲得的太陽總輻射量就多；只有在適當(dāng)?shù)臏囟认，發(fā)電效率才能達(dá)到較佳狀態(tài)。
2.2自身因素
太陽能光伏組件的特性和品質(zhì)取決于其太陽能電池的材料，不同的材質(zhì)及制造工藝直接影響著太陽能光伏組件的光致衰減時(shí)間和光電轉(zhuǎn)換效率；對于交流負(fù)載而言，逆變器的性能對太陽能光伏發(fā)電效率有著重要影響；最大功率點(diǎn)跟蹤可以提高光伏發(fā)電效率。
2.3人為因素
光伏組件接收的輻射總量由天空散射量和地面反射量共同組成，所以要想提高光伏發(fā)電效率須尋找到較佳傾斜角度進(jìn)行安裝；在光伏組件連接過程中，由于組件間的電流（電壓）差異造成電流（電壓）的損失，即組件的不匹配，也是影響發(fā)電效率的因素；設(shè)計(jì)施工過程不合理，維護(hù)清潔不及時(shí)等，也會在一定程度上降低光伏發(fā)電效率。
3、提高光伏發(fā)電效率的策略
（1）首先，科學(xué)選址，合理布局是進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電的前提；其次，選用轉(zhuǎn)換效率高，品質(zhì)穩(wěn)定，技術(shù)成熟的太陽能光伏組件和性能較好的逆變設(shè)備，可以大幅度提高光伏發(fā)電效率；選用合適的跟蹤方式，增加垂直照射時(shí)長，從而爭取吸收最大輻射量；為了減少高溫對光伏發(fā)電的負(fù)面影響，適當(dāng)加裝降溫裝置；進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，合理施工，針對不同情況制定運(yùn)維方案（如：通風(fēng)、除塵等），在一定程度上也可以提升光伏發(fā)電效率。
（2）管理模式。對于光伏項(xiàng)目的施工項(xiàng)目，在管理方面，應(yīng)依照信息化與扁平化這兩方面的原則，應(yīng)進(jìn)行總公司以及子項(xiàng)目兩種結(jié)構(gòu)的不同設(shè)置。這樣的一種模式可以使上級的任務(wù)更快地得到落實(shí)，同時(shí)使現(xiàn)場信息更快地得到反饋，明確具體的任務(wù)分工情況，使中間階段產(chǎn)生的管理成本費(fèi)用的降低。
（3）信息化建設(shè)。利用現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)不但可以使工作效率提高，與此同時(shí)還可以及時(shí)得到生產(chǎn)運(yùn)營的有關(guān)信息。以總公司作為中心部分，子項(xiàng)目看作點(diǎn)，利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)連接所有的子項(xiàng)目，使信息資源得到及時(shí)的共享，拉近空間以及地域的距離，同步管理人力資源及成本費(fèi)用。以規(guī)范、固定的流程對公司的子項(xiàng)目所有業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，防止各子公司出現(xiàn)來自經(jīng)營的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。具體來說，應(yīng)依照以下的信息系統(tǒng)進(jìn)行布置。①辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（也就是常說的0A）。主要功能包括：進(jìn)行郵件、通知、公文的收發(fā)，密切地溝通總公司與子項(xiàng)目與總公司間的信息；進(jìn)行各種審批流程的辦理，使合同、成本費(fèi)用的支付、決策的管理等過程進(jìn)行管理，控制經(jīng)營所帶來的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)還可以進(jìn)行企業(yè)文化的宣傳，為員工提供一個(gè)廣闊的平臺，實(shí)現(xiàn)全員管理。②信息管理系統(tǒng)（也就是MIS）。這個(gè)系統(tǒng)的功能主要包括有：記錄值班的具體情況、對缺陷進(jìn)行管理、記錄檢修的具體情況、設(shè)備臺賬、管理相關(guān)的物料管理等，實(shí)現(xiàn)信息化的辦公，可以進(jìn)行便捷歷史數(shù)據(jù)的有關(guān)查詢。
4、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺介紹
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運(yùn)維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。
在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。
4.4.1光伏發(fā)電
●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。
●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●累計(jì)社會效益。
●柱狀圖展示月發(fā)電量
●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價(jià)，峰值功率等基本參數(shù)。
●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。
4.4.1.3逆變器狀態(tài)
●逆變器基本參數(shù)顯示。
●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。
●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。
●直流側(cè)電壓電流查詢。
●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。
4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表
4.4.1.6配電圖
●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。
●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。
●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●展示逆變器型號及廠商。
4.4.1.7逆變器曲線分析
●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。
4.4.2事件記錄
●短信日志：查詢短信推送時(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。
●平臺運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。
●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。
4.5.1交流220V并網(wǎng)
交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)功率在8kW左右。
部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：
4.5.2 交流380V并網(wǎng)
根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。
光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。
部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。
這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：
4.5.310kV或35kV并網(wǎng)
根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。
此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。
光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。
上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多，主要如下表：
5、結(jié)語
太陽能作為一種清潔的可再生能源，近年得到了持續(xù)開發(fā)及推廣，特別是我國的光伏產(chǎn)業(yè)已走上了快速發(fā)展的道路。本文對影響光伏發(fā)電效率的因素進(jìn)行了分析，并對提高光伏發(fā)電效率的策略進(jìn)行了概括論述。相信在科技不斷推動(dòng)下，太陽能利用的廣度和深度一定能夠得到進(jìn)一步提高，光伏產(chǎn)業(yè)在未來定會大有可為。
【參考文獻(xiàn)】
徐國江.淺談光伏發(fā)電運(yùn)維及影響發(fā)電因素[J].綜述論壇，2021年第3期
李元．影響太陽能光伏電站系統(tǒng)效率的主要因素分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2018.11（251）.1:34-38
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版
作者簡介：
吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智能電網(wǎng)供配電相關(guān)的研究和應(yīng)用
當(dāng)前位置：
