光伏电站效率提升策略研究

光伏电站效率提升策略研究

马亚

深能南京能源控股有限公司 南京 210000

摘要：太阳光能作为重要的一类清洁能源，在光能的开发使用过程中，对于节约能源、保护自然环境、促进经济发展和提高人民生活水平都有极为重要的意义，在促进经济发展的同时，不会破坏生态环境和人居环境。是经济低碳化、企业节能减排的有力支撑，是保障“3060”双碳目标实现的重要手段。太阳能光伏电站取代传统火电厂，能够有效减少CO2等有害气体及工业废渣的排放，节约石油、煤炭资源，缓解环保压力。由于太能光能资源无限制、利用不造成污染，发电系统安全可靠、运行周期寿命长、利于维护。太阳能光伏发电是目前已知的能源种类中清洁程度、安全等级方面潜力最大。

关键词：光伏电站；策略

1 光伏发电系统

光伏发电的原理是光线照射在半导体表面，在半导体界面上将光能转变为电能，即是光生伏特效应。

光伏发电可分为三类：一是独立型光伏发电系统，主要应用于各种需要安装蓄电池，在一定范围内独立运作的光伏发电系统。二是分布式光伏发电系统，靠近用电现场，满足高耗能用户的电能需求。三是大型并网光伏发电站。

(1）独立型光伏发电系统。主要应用于山区偏远地区的村庄供电的户用电源系统、通信信号电源、路灯电源等各种需要安装蓄电池，在一定范围内独立运作的光伏发电系统。

(2）分布式光伏发电系统又称分散式光伏发电系统，在用户现场或者靠近用电现场根据需要安装，满足高耗能用户的电能需求，在现存配电网的支持下经济运行。

(3）大型并网光伏发电站运作原理：光伏组件电池板产生的直流电经过汇流进入逆变器，直流电经逆变器转换成交流电，交流电通过箱式变电站进行升压至35kV,汇入升压站通过大型变压器升压至符合电网要求的电压等级，通过外送线路并入公共电网。

2 光伏发电的发展趋势

2.1 单晶硅光伏组件成为主流，多晶硅光伏组件应用降低

光伏组件分为薄膜组件和晶硅组件两类。晶硅组件性能可靠稳定、寿命周期长、光电转化效率高，在大型并网光伏发电站项目中广泛应用。薄膜电池主要应用于光伏建筑一体化。相同环境下，相同功率的单晶硅光伏组件比多晶硅光伏组件发电量高4%～8%。单晶硅光伏组件转化率衰减速度慢，稳定性更高。

2.2 组串式逆变器应用越来越广泛

光伏发电系统中逆变器对于电流转换效率和系统可靠性具有举足轻重的影响力。逆变器是除组件外最关键的设备。集中式逆变方式优点是提高系统功率，降低建设成本，节约系统成本，减少设备维护数量。但组件被局部遮挡时，系统可靠性受某一光伏组串的影响。组串式逆变方式采用模块智能设计，每个光伏组串的逆变器根据现场实际情况进行调节，明显提高发电效率和电力性能。

2.3 光伏电站向“渔光互补”“农光互补”等综合利用转变

建设光伏电站利用“农光互补”“渔光互补”，有效提高了土地利用率，能够极大提升单位面积土地的经济价值。符合绿色低碳国家倡导趋势。最新相关部门发文重点支持此类项目，在基础设施配套建设、项目贷款利率等方面进行扶持。

3 光伏电站提升发电效率的措施

3.1 光伏电池类型的选择

以组件固定式安装为基准，对采用晶硅太阳能电池组件（方案一）、采用非晶硅薄膜太阳能电池组件（方案二）进行比较分析。方案一晶硅电池成熟度较高，效率稳定，国内国外大型光伏发电站均有较大规模使用。晶硅组件价格较非晶硅组件价格昂贵，组件投资较高。方案二非晶硅电池相对价格较低，组件投资少，但相同容量下非晶硅组件占地面积是晶硅电池的2.7倍，稳定性较差。综合推荐选用晶硅光伏电池组件。

单晶硅光伏组件的转换效率在18%～21%，电池转换效率高、稳定性好、效率衰减率更低，但是，成本略高。多晶硅光伏电池组件的转换效率在17%～19%，成本较低，但同等容量占面积大。在同等光照条件下，单晶硅组件的效率衰减率更低，首年衰减仅为2%（多晶硅组件为2.5%），逐年衰减仅为0.50%（多晶硅组件为0.65%）。相同容量采用单晶硅组件的电站，土建基础减少、组件支架、线缆等用量降低。通过计算度电成本，单晶硅组件方案更低，单位装机量单晶硅电池的运维成本低于多晶硅电池，度电综合成本远低于多晶硅。一般推荐选择单晶硅光伏组件。

3.2 逆变器类型选择

逆变器的选型主要应考虑以下几个问题：

(1）性能可靠，效率高。

(2）对直流输入电压有较宽的适应范围。

(3）具有保护功能。

(4）波形畸变小，功率因数高。

(5）具备监控和数据采集功能。

相对集中式逆变器方案，组串式逆变器优点是管理精细、调节智能，根据朝向不同和型号差异的组件进行处理调节，避免光伏组件之间性能差异和变化产生的电量损失。光伏发电站的长时间运行后，组件适配、转化率衰减、零部件连接虚接等造成组件性能差异逐渐升高，运行精细化管理优势逐渐显现，组串式逆变器能明显提升发电量、系统运行成本降低、系统可靠性提高。组串式逆变器具备智能故障监测功能，可精确定位到故障组串及其物理位置，实现故障精确定位及快速排查能力。直流故障排查上工作量可以降低1/3。

组串式逆变器方案在光伏电站运行生命周期内，能带来发电量的明显提高，更能有效降低工程设备交付和后期电站运维的检修工作量，在初期安装还是后期运维上，都有着明显优势。综合考虑场地因素，推荐选择运行灵活、工作量小的组串式逆变器。

3.3 光伏阵列运行方式选择

固定式安装方案组件倾角固定，有一定的倾角，安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例和特定的场地条件等。不能根据光照角度做出应对调整，在规模较大时综合成本最低，占地面积最小，抗风能力好，运行维护的工作量最小，发电量最低；固定可调支架方案依据不同季节调节最佳倾斜角，发电量会有所增加，同时，人工调节的运维成本也同步增加；跟踪系统对土建基础平整度要求较高，在坡度较大的区域不适宜安装。平单轴跟踪安装方案保证每一时刻太阳光线与组件板面的法线夹角为最小值，可以显著提高项目收益率，控制倾角应对大风天气，综合效益最好。倾斜单轴跟踪安装方案是围绕该倾斜的轴旋转追踪太阳方位角。双轴跟踪安装对太阳光线的实时跟踪，以保证每一时刻太阳光线都与组件板面垂直。斜单轴与双轴跟踪支架可以显著提高单位装机容量的发电量，单位投资同步明显增加，土地利用率偏低，在土地资源紧缺的区域不适用。

3.4 容配比设计

光伏电池组件效率逐年衰减，衰减到一定程度时趋于稳定。太阳能组件在实际应用中很少达到标称的功率，造成逆变器容量的浪费。光伏组件容量和逆变器容量的比值称为容配比，即光伏电站直流侧装机容量与交流侧装机容量的比值。项目设计时考虑到系统损失，基于逆变器且考虑机器本身的硬件具有一定的过载能力，可以在直流端超配部分组件，通过增加组件的容量，提升容配比来弥补这部分系统损耗，从而使逆变器在实际使用过程中可以达到满载输出的效果。提高容配比能有效弥补发电量损失。

4 结语

现阶段，光伏发电的作用和优势逐渐体现，各研究单位和设备厂商积极优化技术，今后光伏发电的设备制造采购成本和工程建造成本将会有所降低，光伏发电节能优势将进一步显现，独立电站建设逐步发展为土地光能综合利用。对光伏发电技术研发和推广的过程中，需要积极探索和优化光伏发电技术，促进发电效率提升。随着太阳能发电技术的不断创新，制造建设工艺技术不断发展，光伏和种植业、养殖业结合这一新兴市场规模不断扩大，开发及建设标准的确立变得更为重要，标准制定更能引导产业积极正向发展。应鼓励科研单位与农业科研院所创新光伏技术和农业种植养殖技术，推动光伏产业往标准化、规范化、规模化方向发展。

参考文献

[1] 宁雪峰.光伏发电技术与应用[J].电力系统装备,2019(18):41-42.

[2] 高长青.太阳能光伏发电原理[J].中国科技博览, 2012(27):407-407.

[3] 宋亮编著.太阳能发电基本知识与应用案例[M].广州:暨南大学出版社,2015.

[4] 吴程.关于新能源光伏发电技术的一些探讨思考[J].新能源科技，2022(6):25-27.