胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：伴隨著(zhù)能源危機和環(huán)境惡化問(wèn)題的日益加重，科技工作者進(jìn)一步加大對新能源的開(kāi)發(fā)和利用。太陽(yáng)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(yáng)能電站；分布式光伏；

隨著(zhù)科技的進(jìn)步和人類(lèi)社會(huì )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(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)了很大的威脅。為此，科研人員開(kāi)始投身到了新能源的開(kāi)發(fā)和利用當中，以緩解世界能源危機。太陽(yáng)能作為常見(jiàn)的綠色清潔能源，得到了進(jìn)一步挖掘。光伏發(fā)電也體現了可持續發(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，當前太陽(yáng)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(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的作用。

1、光伏發(fā)電系統原理

光伏發(fā)電技術(shù)是指一種將太陽(yáng)光的輻射能直接轉化為電能的發(fā)電技術(shù)。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(yáng)光照射時(shí)，內部電子發(fā)生定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流，供負載使用或存儲起來(lái)。光伏發(fā)電系統一般由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成。太陽(yáng)能電池組件是光伏發(fā)電系統的核心部分，在受到一定的輻射強度下，將太陽(yáng)能以直流形式轉換為電能。當發(fā)電量大于負載需求時(shí)，通過(guò)控制器對蓄電池進(jìn)行充電；當發(fā)電量不足時(shí)，太陽(yáng)能電池和蓄電池同時(shí)對負載供電，以滿(mǎn)足需求；當負載為交流設備時(shí)，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(yáng)光輻射能的百分比，效率越高，太陽(yáng)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(yáng)高度角就越大，太陽(yáng)輻射強度越強，反之太陽(yáng)高度角越小，太陽(yáng)輻射強度就越弱；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(yáng)輻射強度越大；大氣環(huán)境也在一定程度上影響太陽(yáng)輻射強度，在晴朗無(wú)云的天氣，大氣透明度高，到達地面的太陽(yáng)輻射能量就多，反之灰塵、積雪、云層等陰影的遮擋，也會(huì )使太陽(yáng)能電池板接收到的輻射大打折扣。

日照時(shí)數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(cháng)，太陽(yáng)能電池板相對獲得的太陽(yáng)總輻射量就多；只有在適當的溫度下，發(fā)電效率才能達到較佳狀態(tài)。

2.2自身因素

太陽(yáng)能光伏組件的特性和品質(zhì)取決于其太陽(yáng)能電池的材料，不同的材質(zhì)及制造工藝直接影響著(zhù)太陽(yáng)能光伏組件的光致衰減時(shí)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(yáng)能光伏發(fā)電效率有著(zhù)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(guò)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(guò)程不合理，維護清潔不及時(shí)等，也會(huì )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(yáng)能光伏發(fā)電的前提；其次，選用轉換效率高，品質(zhì)穩定，技術(shù)成熟的太陽(yáng)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(shí)長(cháng)，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(jìn)行科學(xué)設計，合理施工，針對不同情況制定運維方案（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(jìn)行總公司以及子項目?jì)煞N結構的不同設置。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)使現場(chǎng)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)生的管理成本費用的降低。

（3）信息化建設。利用現代先進(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)運營(yíng)的有關(guān)信息。以總公司作為中心部分，子項目看作點(diǎn)，利用現代信息網(wǎng)絡(luò )連接所有的子項目，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用。以規范、固定的流程對公司的子項目所有業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，防止各子公司出現來(lái)自經(jīng)營(yíng)的相關(guān)風(fēng)險。具體來(lái)說(shuō)，應依照以下的信息系統進(jìn)行布置。①辦公自動(dòng)化系統（也就是常說(shuō)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、成本費用的支付、決策的管理等過(guò)程進(jìn)行管理，控制經(jīng)營(yíng)所帶來(lái)的風(fēng)險；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)現全員管理。②信息管理系統（也就是MIS）。這個(gè)系統的功能主要包括有：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、設備臺賬、管理相關(guān)的物料管理等，實(shí)現信息化的辦公，可以進(jìn)行便捷歷史數據的有關(guān)查詢(xún)。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過(guò)監測光伏站點(diǎn)的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監測，逆變器監測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶(hù)可通過(guò)WEB端以及APP端訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場(chǎng)所

目前我國的兩種分布式應用場(chǎng)景分別是：廣大農村屋頂的戶(hù)用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類(lèi)分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量?jì)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數據上傳至服務(wù)器，并將數據進(jìn)行集中存儲管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)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。

4.4系統功能

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(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區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(xiàn)、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

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會(huì )效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價(jià)，峰值功率等基本參數。

●統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(shí)時(shí)監測現場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過(guò)曲線(xiàn)圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線(xiàn)。

●直流側電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢(xún)。

4.4.1.4電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統計

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表

4.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠(chǎng)商。

4.4.1.7逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線(xiàn)。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶(hù)登錄情況查詢(xún)。

●短信日志：查詢(xún)短信推送時(shí)間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

●報警信息：將報警分進(jìn)行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時(shí)間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監控：通過(guò)安裝在現場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統硬件配置

4.5.1交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統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(lèi)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。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)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)

根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，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)，以當地電力部門(mén)的審批意見(jiàn)為準。這類(lèi)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(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)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，實(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(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量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，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(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)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，系統圖如下。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類(lèi)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《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)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(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)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(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

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(guò)直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經(jīng)過(guò)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(yǔ)

太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，近年得到了持續開(kāi)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(yáng)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(lái)定會(huì )大有可為。

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