影响光伏发电效率的因素和提升策略思考

影响光伏发电效率的因素和提升策略思考

胡彦功

（国华（榆林）新能源有限公司陕西省榆林市718500）

摘要：对影响光伏发电效率的因素进行分析，并针对性地采取相应策略，能够有效提升光伏发电效率，从而为新能源发电技术的进步与发展提供有力支持，改善当前火力发电的诸多缺陷与不足，促进可持续发展战略的有效实现。本文将简单分析影响光伏发电效率的因素，并就提升其发电效率的策略展开探讨，以期为相关人员提供有价值的参考。

关键词：光伏发电；发电效率；影响因素；对策

由于太阳能自身取之不尽的特征，因此其使用成本也就较低，并且在使用中对自然环境产生的影响较小。所以其作为一种可自由利用的可再生能源，不仅被广泛的应用于众多领域，通过长期的实践应用中，太阳能光伏发电已经取得了明显的效果。光伏发电是指利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转换成电能的一种技术，是太阳能这种新能源的重要应用形式。不过光伏发电效率受诸多因素影响，如果不能有效控制，必然会出现发电效率过低而无法满足实际需求的情况，影响用电稳定性甚至安全。因此针对影响光伏发电效率的因素采取合理策略来提升发电效率十分有必要。

一、影响光伏发电效率的因素

太阳能光伏发电技术作为现阶段应用前景较好的新能源技术，这一技术的应用离不开先进的系统控制技术。光伏发电通常应用如图1所示的并网光伏发电系统结构，并且会用到太阳能电池组件、放电控制器等设备，因此影响光伏发电效率的因素除了太阳能辐射情况外，还包括太阳能光伏设备、施工质量、最大功率峰值跟踪、环境因素等。

图1井网光伏发电系统结构

（一）太阳辐射量的影响

太阳辐射量的多少直接影响着光伏发电效率高低，辐射量越多，发电效率就越高，反之则效率越低。而太阳辐射量又受到太阳高度角、纬度、海拔高度、大气透明度等的综合影响。其中太阳高度角越大，辐射量也就越大。而纬度越高，那么同等条件下的太阳高度角越小，辐射量越低。而且纬度直接和日照时数相关，纬度越高则日照时数越少，相应的太阳辐射总量越少。而大气透明度越高，抵达地面的太阳能辐射就越多，辐射量越大。另外海拔高度越高，太阳辐射量也越多。

（二）太阳能光伏设备的影响

太阳能光伏组件质量会影响光伏发电系统转换率，而太阳能电池所用的材料则是影响组件质量的重要原因。当前常见的太阳能电池包括硅电池、多元化合物电池、功能高分子材料电池、纳米晶电池等。当前最常见的硅太阳电池主要包括单晶硅与多晶硅两种，前者转换率较高但价格昂贵，后者转换率稍低但价格更加低廉。

（三）施工设计及质量的影响

在建设太阳能光伏电站时，不同的施工设计及质量往往会导致光伏发电效率有所不同。首先，不同光伏电站方位角会导致阳光入射方向不同，从而影响发电功率。值得注意的是在不同时间和不同气候下，最大发电功率往往对应着不同方位角。其次，太阳能电池方阵的倾斜角直接影响太阳高度角的大小，同样会影响发电效率。另外太阳能光伏电站在运行时可能会产生因组件电流分档不匹配的组合损失以及输送电过程中的线路损失，这两者损失越大，那么光伏发电效率也就越低。

（四）最大功率峰值的影响

（五）光伏发电的最大效率应当处于逆变器在最大功率峰值上进行工作时的时刻，但是最大功率峰值会随太阳辐射、温度等环境变化而产生相应变化。也就是说在逆变器处于固定工作状态时，其无法无法保持最大功率峰值，发电功率也会发生变化。

（六）环境因素的影响

（七）在正常的生产运行过程中，太阳能电池组件受部分环境因素影响，如周围植被遮挡造成电流减小；粉尘等固体颗粒物附着在电池组件表面，造成组件接收的太阳辐射量下降，导致输出功率降低；夏季高温天气，影响转换效率等。

二、提升光伏发电效率的策略

太阳能光伏发电技术成本低，资源资源取之不尽，绿色环保，所以我们应该保障太阳能转换效率最大化，那么，如何保障太阳能的转换效率最大化是需要我们研究的重要方面。

（一）合理设计施工，保障施工质量

光伏发电站施工设计及施工质量对发电效率有着巨大影响，因此需要合理设计施工，保障施工质量。首先应当做好精准微观选址工作，尽量在维度低、海拔高度高、大气透明度高的地理位置修建建设电站，最大程度地提高发电效率。其次根据微观选址实际情况，应当科学设计光伏电站方位角以及太阳能电池方阵倾斜角，结合当地实际情况，尽量实现发电效率的最大化。然后应当在施工时尽量将同档位组件按照设计方案组装在一条回路或一个区域之中，不得将不同容量的组件混装，从而避免组件因电流大小不同而导致功率严重损失，有效保障发电功率。而且在进行线路施工时应当严格按照设计选择规格、质量等均达到标准的线缆，不得在施工中出现偷工减料、剪除线芯、污染电缆与设备接触面等情况。最后应当加大施工监管力度，严格监督施工过程，并在工程施工结束后及时进行质量检验，确保施工质量达标，以免施工质量问题而导致光伏发电站发电效率受到影响。

（二）加大太阳能电池研发力度，提高光电转化率

虽然当前主流的硅太阳电池相关工艺已经较为成熟，并且电池性能稳定、安全性高，使用寿命长，光电转化率甚至可以达到20%，但是对光伏发电而言还有必要继续提高光电转化率。另外当前的其他太阳能电池也都还存在或多或少的问题，如非晶体太阳能电池稳定性不佳，而且衰减严重，占地面积大；聚光跟踪式电池怕风沙、散热困难。因此要想有效提升光伏发电效率，有必要继续研制太阳能电池新材料，促进光电转化率的不断提升。

（三）研究最大功率峰值跟踪算法，维持最大发电功率

要想维持最大发电功率，必须确保逆变器始终在最大功率峰值状态下运行。最大功率峰值在不断变化，必须通过科学合理的运算法对其进行有效跟踪。然而最大功率峰值的运算法涉及大量参数及影响因素，如增量电导、寄生电容等，运算结果的可靠性无法得到有效保障。而且在太阳光辐射快变化的情况下，运算结果的准确性更是大大折扣。因此需要继续研究最大功率峰值跟踪算法，让逆变器始终处于最佳工作状态，维持最大发电功率。

（四）优化光伏电池阵列，提高逆变功率

光伏阵列不同，那么光伏发电效率也会有所不同，当前常用的光伏电池阵列并非发电效率最高的阵列形式，还有着巨大提升空间。因此还需要不断优化光伏电池阵列，根据短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压、最大功率点功率等参数探索发电效率更好的光伏电池阵列。另外光伏阵列与逆变器存在电压、电流及功率的匹配关系，因此在设计光伏阵列时必须需确保最大串联组件数应当在最大开路电压阵列处的输出电压不会超过逆变器的最大允许电压，电流同理，从而需要在电压及电流允许范围内优化光伏阵列串联组件数，使得阵列输出接近逆变器的稳定功率。

（五）消除环境因素影响，保障大负荷运行

（六）正常生产运行中，光伏组件周围或多或少存在障碍物，如植被、地势高低不同等，当太阳在不同方位可能会对组件造成遮挡，影响正常发电，所以需要定期检查和清理植被或其他障碍物，提升发电效率；由于电站建设会处于沙漠、矿区或地理位置的不同，长时间运行可能会收到粉尘等影响降低转换效率，定期清理表面粉尘或安装机器人清扫，对提高组件转换效率有很大的帮助；另外，不同地理位置、不同物理环境、不同季节会造成光伏组件温度较高，超过额定运行温度，导致转换效率降低，应该通过新技术，降低组价温度，提升转换效率。

三、结束语

太阳能由于其清洁性、可再生性，受到了大众的广泛认可，随着未来技术的不断成熟，太阳能光伏发电必然能够有更好的发展、取得更有益的成果。综合上述分析可知，影响光伏发电效率的因素主要包括太阳辐射量、光伏设备、施工设计及质量、最大功率峰值、环境因素等。有了获得最大光伏发电效率，有必要合理设计施工，保障施工质量，同时加大太阳能电池研发力度，研究最大功率峰值跟踪算法，优化光伏电池阵列，消除环境因素的影响，从各个方面推动太阳能光伏发电技术的进步与发展。

参考文献

[1]颜世超，王海霞.分布式光伏电站发电效率提升策略[J].电子技术与软件工程，2019，（04）.

[2]冯相赛.分布式光伏电站运维现状及发展趋势[J].能源與节能，2018（4）：57～59.