集中式光伏电站发电效率提升策略研究

集中式光伏电站发电效率提升策略研究

张肖

陕西黄河能源有限责任公司 陕西省榆林市719000

摘要：我国现在能源发展的重心是环保类资源的开发利用。而集中式光伏电站在我国的成功立足，能够将过去电力能源上的弊端有效地规避，并且在一定程度上使环境质量有所改善。但就集中式光伏发电站发电运营中的发电效率而言，其在运营过程中仍然存在着大大小小的弊端。能够影响集中式光伏发电站的因素十分广泛，这些内部与外部因素一定程度上阻碍了光伏发电站发电的效率，解决这些阻碍，需要找到分析这些因素和解决这些因素的有效方法。有效的策略研究，才能保证发电效率的提升。

关键词：集中式；光伏发电；实践途径

引言：目前国内新能源电力事业的发展主要以集中式光伏发电为主，它在解决国内电力能源的问题上效果显著。随着国家新能源法令的颁发以及国内新能源战略的进一步研讨和国家对光伏电站的大力支持，国内对光伏电站发电效率的要求也有了进一步更严格的要求。提升电力行业的运行状况，可以从影响发电效率的诸多方面入手，如外在的自然因素、内在的设备因素、工作中的维护与检修等。

一、集中式光伏电站发电效率影响因素

影响集中式发电效率的主要因素有不受控制的自然界外部因素和可控的内部电气设备因素，这二者基本上决定着光伏发电站的基本效率。

（一）自然因素

其一，温度影响。电池组件的发电效率与表面温度成反比，因为太阳能电池组件的开路电压温度系数为负值，且大于太阳能电池组件的短路电流温度系数，当温度变化时两者的参数也随之变化，由于开路电压温度系数大于短路电流温度系数，导致当温度升高时，太阳能电池组件发电效率降低，经测试论证光伏组件表面温度每升高1℃组件效率降低0.4%；集中式光伏电站电气设备的布置，最主要的电池组件都布置在室外的空旷场所。因此室外的环境温度对光伏电站效率的影响巨大。

其二，辐射影响。集中式光伏电站在运行的过程中，会受到太阳辐射强度的影响。其中包括散射辐射与直接辐射的影响等，影响辐射清单的因素常见于云层、空气中的水含量、空气中的悬浮物等。电站在运行过程中一部分的能量会辐射出去，即使外部的阳光照射十分充裕，太阳能可利用的辐射也只有仅小的一部分。

其三，遮挡影响。长期处于室外的光伏组件的难免会落灰积灰，随着时间的推移组件表面遮挡密度的提高，使光伏组件不能接收足够的阳光，就会使光伏电站的组件发电量严重受阻，使组件发电的效率下降。此外，恶劣的室外换件会造成组件被小面积遮挡，产生阴影，这些阴影产生的原因有鸟屎、树叶、电线杆塔等。长时间的遮挡会造成“热斑效应”。被遮蔽部分的太阳能电池组件将当作负载消耗其他正常的电池组件所产生的能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热，这就是“热斑效应”。有光照的电池组件所产生的部分能量或所有能量，都有可能被遮蔽的电池组件所消耗。当“热斑”温度高于 150℃时，会导致电池或玻璃龟裂、焊料熔化和封装材料烧坏等，严重时会导致整个组件烧坏，造成电站发电效率降低。

其四、安装角度。电站实际运行中，光伏组件安装的角度直接影响着发电量，因光伏组件的发电原理是光生伏特效应，收到的辐照量越多，其转换的能量就越多。即产生了固定式光伏光伏支架、倾角可调光伏支架、自动跟踪光伏支架。因固定式支架成本较低、故障率底、维护量小等原因使得其成为应用最广泛的电，固定式支架的安装角度要综合考虑电站所在地区的纬度，纬度不同，太阳高度角不同；季节不同，太阳高度角不同。所以为了使得光伏组件能够更大程度接收到光照，就必须综合考虑纬度、季节、年度降雨、年度降雪等因素来设计光伏组件的安装角度。

（二）电气设备因素

其一，发电设备。光伏组件是集中式光伏电站中数量最多的设备，也是发电环节中最关键的设备，保证光伏组件的可靠性和稳定性是光伏电站维护的重要工作。集中式光伏电站的组件接线基本是按照十几块组件串联组成一条发电支路。假如这十几块组件中的其中一块组件故障，其他组件就会共同失去发电能力。它们的关系其实就像是“木桶效应”，最短的一块木板决定着水桶的盛水量，（也称电池失配）。所以光伏电站应该保证每一块光伏组件能够正常发电。逆变器是将直流电转换为交流电的设备，良好的电气性能能够保证最大效率的将直流电转换为交流电，保证逆变的工作性能也是光伏电站提升发电效率的重要手段。

其二，输变电设备。光伏组件发出的电能需要通过输变电设备一级一级的汇集后送入电网中，假如很小一部分输电线路故障中断，其影响的范围是很大一部分，以榆神光电站为例，若1条集电线故障退出，影响的是5台箱变、200台逆变器、28800块组件合计9.5MWp的容量。可想而知，输变电设备在电力系统中至关重要。保证了输变电设备健康稳定运行才能保证发电设备正常输送电能。

（三）控制系统

功率控制系统。集中式光伏电站一般都是要并入电网中，并入电网中就需要对其功率进行控制，集中式光伏电站功率调节系统的工作流程是电站功率控制系统实时接收上级电网的发电指令，接收到指令后对指令进行分解，然后下发到各个逆变器中。传统的控制系统是将指令平均分配给全场逆变器，它不会考虑逆变器当时的发电能力，假如逆变器当前的发电能力只有50%，接收的指令是80%，此台逆变器最多只能发到50%，而另外一台逆变器当前的发电能力是100%，接收到的指令同为80%，此台逆变器最多只能发到80%，这样就造成能够多发的被系统限制，没有发电能力的逆变器却占了发电指标。所以集中式光伏发电站有功功率控制系统的优秀策略能够保证电站能发尽发，电站发电效率才能提升。

（四）人为因素

人为因素主要包括设计问题和管理维护问题，设计的问题主要存在于场地的选址限制和支架角度、布置高度等不合理，导致光伏电站的输出功率降低；管理问题主要是电站维护人员的专业素养和维护责任心，发现设备故障能够及时有效的处理问题。

二、集中式光伏电站发电效率的有效提升策略

（一）规避自然因素

主要可采取的策略有：其一，提前布置辐照采用设备，对电站选址的辐照、温度、日照小时、风速、云层等气象数据进行统计分析，利用这些数据综合分析，优化光伏组件的安装角度，组件布置的行间距，高度差等。保证阳光做大限度的被组件吸收和避免组件因前后排或左右列产生的阴影。其二，选择倾角可调和自动跟踪太阳角度的支架最大限度的接收太阳辐射。其三，在光伏方阵内种植绿化草丛、养殖牲畜。一方面保护了生态环境，另一方面降低因为风沙天气对光伏组件的影响。同时将牲畜的粪便，对绿化草丛提供了天然肥料。其四，研制组件清洗机器人。因为集中式光伏电站占地面积非常大，人工清洗十分困难，清洗效率低下，清洗质量不可控，沙尘天气过后清洗的效率和质量严重影响光伏电站的发电效率。

（二）降低电气设备故障率

可以开展的方法有：其一，在设计选型阶段应考虑技术先进、成熟的设备。其二，及时处理工作中发现的设备隐患，避免隐患进一步扩大影响范围。其三，对光伏电站的各类电气设备按时按照国家、行业标准规范地开展检修与维护工作，采取积极有效的方法与措施，定期检查发电、输电、变电设备的健康状态。

（三）管控人为因素

集中式光伏电站的运行，离不开人为的合理工作与专业性实施。光伏电站发电站从设计、施工、运行、维护、检修各个阶段都需要专业的人才去完成。其一，在设计上注重质量，设计一个优秀、合理、经济的方案能够减少在后期维护的维护成本。其二，专业的施工团队也是至关重要，看似小小的MC4插头，若是不按照标准工艺去制作可能会导致整串组件故障、甚至引发火灾。其三，电站运行期间要及时对设备状态进行评估分析，及时清洗组件的灰尘、落叶、杂草遮挡等情况。其四，提高检修维护人员专业技术能力和责任心，集中式光伏电站体量大，同时维护工作量也大。组件的电气连接部位更多，这就要求检修人员维修水平更高了，降低故障重复率。

三、结语

集中式光伏电站效率的提升，不仅可以有效解决发电量低少的问题，而且可以推动集中式光伏电站在国内的蓬勃发展。合理分析影响集中式光伏电站效率底的因素，并且利用一种有效的方式和措施进行解决，包括对自然因素的规避，对内部设备因素的控制，对自身维检人员的严格管理。通过有效的改进措施，能够避免或降低发电过程中光伏电量的损失，以此来提高光伏电站在运行过程中的发电效率，并对集中式光伏电站发展起到一个积极的推进作用。

参考文献：

[1]张琳，吕翔，刘旸，陈玮.集中式光伏电站效率提升策略分析[J].电站系统工程，2022（01）：71-72.

[2]李英姿.太阳能光伏并网发电设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2013.