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更新時間：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：伴隨著能源危機和環(huán)境惡化問題的日益加重，科技工作者進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，在實際生產生活中得到了廣泛的應用。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值。
關鍵詞：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)和利用當中，以緩解世界能源危機。太陽能作為常見的綠色清潔能源，得到了進一步挖掘。光伏發(fā)電也體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展理念，成為世界新能源產業(yè)中較為重要的一員。然而，當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對策略的研究，將對整個光伏產業(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)電技術是指一種將太陽光的輻射能直接轉化為電能的發(fā)電技術。它主要應用的是半導體PN結的光生伏特原理，光伏電池在受到太陽光照射時，內部電子發(fā)生定向移動，產生電流，供負載使用或存儲起來。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度下，將太陽能以直流形式轉換為電能。當發(fā)電量大于負載需求時，通過控制器對蓄電池進行充電；當發(fā)電量不足時，太陽能電池和蓄電池同時對負載供電，以滿足需求；當負載為交流設備時，增加逆變裝置，將直流電變換為交流電，供負載使用。
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，主要包括以下幾個方面。
2.1環(huán)境因素
環(huán)境因素主要包括輻射強度大小及溫度變化對光伏發(fā)電效率的影響。其中輻射強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，太陽輻射強度越強，反之太陽高度角越小，太陽輻射強度就越弱；海拔高度越高時，空氣就越稀薄，大氣中的水汽和塵埃的含量也越少，太陽輻射強度越大；大氣環(huán)境也在一定程度上影響太陽輻射強度，在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達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?shù)臏囟认，發(fā)電效率才能達到較佳狀態(tài)。
2.2自身因素
太陽能光伏組件的特性和品質取決于其太陽能電池的材料，不同的材質及制造工藝直接影響著太陽能光伏組件的光致衰減時間和光電轉換效率；對于交流負載而言，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；設計施工過程不合理，維護清潔不及時等，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，科學選址，合理布局是進行太陽能光伏發(fā)電的前提；其次，選用轉換效率高，品質穩(wěn)定，技術成熟的太陽能光伏組件和性能較好的逆變設備，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)電的負面影響，適當加裝降溫裝置；進行科學設計，合理施工，針對不同情況制定運維方案（如：通風、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。對于光伏項目的施工項目，在管理方面，應依照信息化與扁平化這兩方面的原則，應進行總公司以及子項目兩種結構的不同設置。這樣的一種模式可以使上級的任務更快地得到落實，同時使現(xiàn)場信息更快地得到反饋，明確具體的任務分工情況，使中間階段產生的管理成本費用的降低。
（3）信息化建設。利用現(xiàn)代先進的信息技術不但可以使工作效率提高，與此同時還可以及時得到生產運營的有關信息。以總公司作為中心部分，子項目看作點，利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡連接所有的子項目，使信息資源得到及時的共享，拉近空間以及地域的距離，同步管理人力資源及成本費用。以規(guī)范、固定的流程對公司的子項目所有業(yè)務進行管理，防止各子公司出現(xiàn)來自經(jīng)營的相關風險。具體來說，應依照以下的信息系統(tǒng)進行布置。①辦公自動化系統(tǒng)（也就是常說的0A）。主要功能包括：進行郵件、通知、公文的收發(fā)，密切地溝通總公司與子項目與總公司間的信息；進行各種審批流程的辦理，使合同、成本費用的支付、決策的管理等過程進行管理，控制經(jīng)營所帶來的風險；同時還可以進行企業(yè)文化的宣傳，為員工提供一個廣闊的平臺，實現(xiàn)全員管理。②信息管理系統(tǒng)（也就是MIS）。這個系統(tǒng)的功能主要包括有：記錄值班的具體情況、對缺陷進行管理、記錄檢修的具體情況、設備臺賬、管理相關的物料管理等，實現(xiàn)信息化的辦公，可以進行便捷歷史數(shù)據(jù)的有關查詢。
4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹
AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂?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、以及多功能電力計量儀表，通過網(wǎng)關將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務器，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。
AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內各建筑的光伏電站的運行狀態(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，裝機容量，實時發(fā)電功率。
●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●累計社會效益。
●柱狀圖展示月發(fā)電量
●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。
●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。
●顯示當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
●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。
4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計
●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表
4.4.1.6配電圖
●實時展示逆變器交、直流側的數(shù)據(jù)。
●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。
●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(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：查詢短信推送時間、內容、發(fā)送結果、回復等。
●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關離線狀況。
●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時間以及確認狀態(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380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。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，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網(wǎng)公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。
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)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。
部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質量，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，需要安裝單獨的電能質量監(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)《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統(tǒng)。
此類分布式光伏裝機容量一般比較大，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)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。
光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質量，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，需要安裝單獨的電能質量監(jiān)測裝置。
上圖為一個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)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：
5、結語
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)電效率的因素進行了分析，并對提高光伏發(fā)電效率的策略進行了概括論述。相信在科技不斷推動下，太陽能利用的廣度和深度一定能夠得到進一步提高，光伏產業(yè)在未來定會大有可為。
【參考文獻】
徐國江.淺談光伏發(fā)電運維及影響發(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].應用能源技術，2018.11（251）.1:34-38
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.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)供配電相關的研究和應用
當前位置：
