浅析太阳能光伏电站设计的影响因素

刘菲燕

刘菲燕

宁夏回族自治区电力设计院750001

摘要：本文根据太阳能光伏电站设计工作的实际，阐述了太阳能光伏电站的运行特点等，强调了太阳能光伏电站设计过程中应该注意的事项，对更好地设计太阳能光伏电站起到关键的作用。

关键词：太阳能光伏电站；设计；影响因素

太阳能光伏电站是利用太阳能的重要方式，如何科学设计太阳能光伏电站，使太阳能光伏电池充分发挥发电性能，成为设计工作的重中之重。

一、太阳能光伏电池的发展阶段

1.1太阳能光伏电池的初始阶段

太阳能光伏电池的第一代产品是利用单晶元素的光电效应进行电能的转换，这一时期太阳能光伏电池主要以单晶硅、砷化镓晶体、多晶硅为主，光电转换效率在15%左右，寿命在20y左右。

1.2太阳能光伏电池的发展阶段

太阳能光伏电池的第二代产品以薄面光电材料为主，一般采用在基底上喷涂微米量级的光电转换材料，这时期太阳能光伏电池的发展重点在于商业化。因此，在成本上较为低廉，但是光电转换效率不高，长期徘徊在18%±3%的范围内。

1.3太阳能光伏电池的成熟阶段

太阳能光伏电池的第三代产品以光谱的全利用为设计思想，通过多层薄膜材料以叠加的结构进行功能重构，达到充分利用和转换光能的作用。第三代太阳能光伏电池可以实现对红外光谱和紫外光谱的吸收，太阳能光伏电池的光电转换效率可以达到60%，是太阳能光伏电池商用和新型太阳能光伏电站建设的主要材料。

二、太阳能光伏电站的设计要点

2.1光伏发电电池阵列单元的选择

光伏发电系统通过将大量的同规格、同特性的太阳能电池组件，经过若干电池组件串联成一串以达到逆变器额定输入电压，再将这样的若干串电池板并联达到系统预定的额定功率。在这过程中，由于设备的数量众多，未来使它们之间不会出现相互遮挡等情况，需要按照一定的间距来进行布置，使其构成一个方阵，称此方阵为光伏发电方阵。在光伏发电方阵中，由同特性、同规格的太阳能电池组件串联构成的一个回路就是一个基本的阵列单元。每个光伏发电方阵由预定功率的电池组件、逆变器和低压配电室等组成。若干个光伏发电方阵通过电气系统的连接共同组成一座光伏电站。

2.2光伏发电方阵容量的选择

采用光伏发电方阵布置方式，具有电池板布局整齐美观，厂区分区明确，设备编号和管理方便，运行和检修吹扫方便等优点。

2.3太阳能光伏方阵单元型式的确定

电池组件串联组数的确定主要依据其工作电压、开路电压、当地温度和瞬时辐射强度对开路电压、工作电压的影响来分析。

2.4太阳电池方阵安装方式的确定

太阳电池方阵的发电量与阳光入射强度有关，当光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，随着入射角的改变，发电量会明显下降。太阳能跟踪装置可以将太阳能板在可用的8h或更长的时间内保持方阵平面与太阳入射光垂直，将太阳能最大程度转化为电能。

三、太阳能光伏电站的运行特点

3.1太阳能光伏发电的时间较长

太阳能光伏电站是属于敏感性发电，只要阳光照度＞15～20W/m2时就会进入发电状态，因此，即便在阴天、清晨和傍晚的情况下太阳能光伏电池也会产生电能，这使得太阳能光伏电站的工作时间明显长于热发电方式。

3.2太阳能光伏电站的温度波动性较大

太阳能光伏电站依靠光电效应产生电能，同时太阳能光伏电池还存在较为明显的温度效应。因此，在太阳照射最强烈的中午会因太阳能光伏电池的升温而造成发电负荷的降低，并且这一现象会持续很久，影响太阳能光伏电站的运行。

3.3具有周期性、间歇性、随机性的特点

光伏电站功率的波动完全依照太阳辐射强度的变化。从宏观来看，光伏电站每天出力具有周期性：日出后出力逐渐增强，中午时分达到高峰，然后出力逐渐减少，日落到日出之间出力为零；从微观来看，光伏电站出力随天气状况变化，阴雨天不发电，云层飘过出力会迅速减小，每天出力也并不一致，因此光伏电站出力具有间歇性和随机性。光伏电站的周期性为光伏电站的高效控制提供可能，光伏电站出力的间歇性和随机性易造成电压波动、闪变等电能质量问题，也会对电网稳定性等方面造成一定影响，故在大型并网光伏电站二次系统设计中要充分考虑这些因素。

四、影响太阳能光伏电池光电转换效率的因素

4.1气象环境因素对太阳能光伏电池光电转换效率的影响

太阳能光伏电池长期暴露在自然环境中，风雨雷电等因素都会对太阳能光伏电池产生影响，光照、风力、温度等都会形成对太阳能光伏电池光电转换效率的改变，有些因素甚至能造成太阳能光伏电池功能和结构的损坏，应在太阳能光伏电厂和电站设计工作时积极开展气象和环境监测。

4.2太阳能光伏电池板倾角对光电转换效率的影响

太阳能光伏电池板需要以最佳的角度吸收阳光，这样才能真正起到提高光电转换效率的作用，在不同季节、不同地理位置、不同日照条件下，太阳能光伏电池板的角度也会有很大的变化，要根据季节、经纬度和日照时间的变化积极调整太阳能光伏电池板的倾角。

4.3太阳能光伏电池表面清洁度对光电转换效率的影响

太阳能光伏电池表面清洁用清洁系数表示，根据经验太阳能光伏电池表面如果间隔3d没有清洁，那么表面清洁系数就会有0.01的下降，并且随着污物的增多产生静电效应，影响太阳能光伏电池的光电转换。

五、太阳能光伏电站设计中应注意的要点

5.1气象环境因素的确定

应在太阳能光伏电站的设计中重点考虑气象环境因素，建立太阳能光伏电站的气象环境设备，确保气象环境仪器设备的功能，对影响太阳能光伏电站运行的特殊天候进行严密监控，发挥气象环境的预报作用，在确保太阳能光伏电站稳定的同时，实现太阳能光伏电池的高效率运行。

5.2太阳能光伏电池最佳倾角的确定

要根据太阳能光伏电站的地理位置和每天的辐照值绘制太阳能光伏电池的光电转换曲线，在通过计算太阳高度角确定太阳能光伏电池倾角，通过计算机编程调节太阳能光伏电池的倾角，提高太阳能光伏电池的光电转换效率。

5.3太阳能光伏电池表面清洁频率的确定

太阳能光伏电站在设计初期需要对太阳能光伏电池在环境中受到污染的情况进行了解，确定污染物沾染太阳能光伏电池表面的情况，特别注意大风、强对流和沙尘暴天气对太阳能光伏电池表面的影响，再根据当地人工成本确定太阳能光伏电池的清洁频率。在我国北方太阳能光伏电池清洁频率以7d为周期，在南方太阳能光伏电池清洁周期可以延长到10～14d。

5.4太阳能光伏电站的经济性

在太阳能光伏电站的设计过程中要重点考虑太阳能光伏电站的经济性，要防止重复建设问题的出现，设计工作中要有适当的超前意识，要放眼于区域经济未来的发展和光伏企业的规模效应，合理确定太阳能光伏电站的规模和数量。

总结

综上所述，太阳能光伏电站的兴建是时代和社会发展的需要，在设计太阳能光伏电站的过程中需要经过充分地研究和讨论，要重视太阳能光伏电站光电转换效率，考虑更多的参数，并做到全面、反复地比较后，选取最佳的设计方案。

参考文献：

[1]闫泓锦，郭福雁.屋顶太阳能光伏组件方阵的计算机辅助设计研究[J].现代建筑电气，2014，01：5-8+15.

[2]韩守亮.浅谈20kWp离网光伏电站方案设计[J].中国高新技术企业，2014，05：23-24.

作者简介：

刘菲燕（1989.5-），女，宁夏银川单位：宁夏回族自治区电力设计院