光伏发电技术中的核心问题解析

　　光能发电是当今世界的尖端科技,将为全人类彻底解决“能源危机”“环境污染”和“可持续发展”等三大世界难题,将做出历史性、跨世代的伟大贡献,将为人类利用新能源、新技术方面进入一个崭新的时代，在现实的发展中存在这若干的核心问题。

    1 太阳能资源数据及评估

　　1.1 太阳能资源数据

　　太阳能辐射数据可以从县级气象台取得,也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据为水平面的辐射数据,包括:水平面总辐射、水平面直接辐射和水平面散射辐射。

　　太阳能资源数据主要包括:各月的太阳能`总辐射量(辐照度)或太阳能总辐射量和辐射强度的每月日平均值。与其相关的气候状况的数据主要包括:年平均气温,年平均最高气温,年平均最低气温,一年内最长连续阴天数(含降水或降雪天),年平均风速,年最大风速,年冰雹次数,年沙暴日数。其中,太阳能总辐射量的各月数值是必不可少的。此外,还应提供上述各项数据最近5~10年的累计数据,以评估太阳能资源数和气候状况数据的有效性。

　　1.2 太阳能资源数据有效性的评估

　　将气象台或相关部门提供的太阳能资源数据用于光伏系统设计,在某些情况下仍需对其有效性进行评估。
　　首先,当一个具体场地的太阳能资源数据不够完整或缺少多年的累积数据,就必须对太阳辐射的有效性和量值进行评估。

　　其次,虽然当地的太阳能资源数据比较完整,而且太阳辐射情况也较好,但由于候选场地处于多山地区或附近存在明显影响太阳辐射的地形地貌。在这种情况下要通过研究候选场地周围邻近地区的平均数据变化,来评估当地太阳能资源数据的有效性。

　　再次,从气象部门得到的数据是水平面的数据,包括:水平面直接辐射和水平面散射辐射,从而得到水平面上总辐射量数据。但是,在太阳能光伏发电的实际应用中,为了得到更多的发电量和电池组件自清洁的需要,固定安装的方阵通常是倾斜的,这就需要计算得出倾斜面上的太阳能辐射量(通常要大于水平面上的辐射量)。但是,这一计算过程非常复杂,所以人们常常直接采用水平面上的数据,或者采用经验系数的方法进行简单换算,这对计算的精度产生了影响。近些年来,已经开发了一些软件,不但可以方便地解决这些计算问题,其数据库中还往往储存大量不同地区的太阳能辐射数据,有些还具有光伏系统分析设计功能。

　　2 光伏系统的选址和场地评估

　　2.1 在光伏系统选址时需消除阴影影响

　　太阳能电池依赖于日光照射而发电,当投射到电池板上的日光被遮挡时,方阵功率输出特性将受到严重影响,在电池板上的一个小小阴影也能够使其性能大大降低,因此,在光伏系统设计和安装过程中仔细地确定阳光通路和避开阴影,对保证方阵的额定功率和降低光伏系统发电成本极为重要。

　　场地出现的阴影经常来自树木、草木、附近的建筑,还有太阳收集器的撑杆和金属线等。作为一般原则,确定从上午9点～下午3点没有阴影为好。在冬季的月份当太阳的仰角低,电池板被遮挡经常是一个比较大的问题,应引起光伏系统设计者和光伏电站运行人员的重视。中国位于地球的北半球,对太阳能电池方阵发电最不利的阴影出现在12月21日(即冬至)前后一段时间。

　　为消除阴影影响,选择场地后必须确认以下条件是否满足:(1)在一年的任何月份,投向太阳能电池方阵的阳光都不会被遮挡;(2)每天上午9点～下午3点太阳能电池板上无阴影;(3)识别上午9点~下午3点遮挡太阳能电池方阵的障碍物,消除阴影来源;(4)如无法消除产生阴影的因素,也可考虑移动太阳能电池方阵或增加容量,以弥补由于阴影造成的损失。

　　2,2 光伏系统场地的评估

　　在对光伏系统场地评估时,应该进行以下评估。

　　(1)一般日照条件评估

　　当依据要求收集到候选场地的太阳能资源数据后,还应到现场仔细观察场地附近地障碍物,评估太阳阴影对太阳能电池方阵发电的影响,并提出避开障碍物或移开障碍物的建议。通过在屋顶、墙上或院子里或直接观测,为满足方阵的全年日照条件寻找一个最佳方位。

　　在北半球正南是太阳能电池方阵最基本的方位。如果确保方阵面向正南或0°方位角,则每天的日照性能将是最好的。然而,应考虑当地气候特征的影响并仔细评价,例如:如杲场地附近早晨有雾笼罩,则需要调整方阵略微偏向西南,以获取滞后中午一段时间的更为有效的太阳辐射。

　　(2)测算方阵运行时间

　　太阳能电池方阵接受阳光照射时间越长,系统每日可发出的电能就越多。因此当方阵在场地的方位和高度初步确定后,需要评估和测定太阳能电池板在不同季节里每日的可运行时间。

　　(3)太阳窗

　　在评价场地时,必须选择一个日照好、全天无阴影的时间作为太阳能电池方阵的运行时间。这个最适宣的时间区间称为“大阳窗”。

　　“太阳窗”概念可以放映场地的日照时间和路径状况。依据场地日照条件的不同，太阳窗可以选在上午9点~下午3点,也可以选在上午8:20 ～下午3:20等。在夏季里,太阳升起早日落却很晚,日照时问比冬季要长得多,因此夏季的太阳窗比冬季的太阳窗开得天 也就是方阵的可运行时间长。太阳窗大小除受季节影响外,还与场地周围的环境条件有关:例如:场地东西两侧的高山、树林和高大建筑物等都会减少太阳能电池方阵的运行时间。一年四季的太阳窗时间是不同的。欲准确地测定太阳窗,首先需要向气象部门询问当地不同季节日出、日落时的太阳方位角和正午的太阳高度角,然后再根据场地的具体条件加以修正。如果仅需要近似的场地“太阳窗”时间,则通过目测即可。

　　如果仅从日照的时间长短评价场地,则“太阳窗”时间段达到上午9点～下午3点已经满足光伏系统发电条件。当“太阳窗”时间段达到上午10点～下午2点时,说明该场之妁日照时间太短,应检查或清除周围的障碍物或者考虑另外选择场地。

　　(4)运输条件

　　安装现场应考虑交通和运输条件,附近应有公路,便于光伏组件、控制柜、蓄电池等没备的运输。如果卡车不能到达现场,至少农用车可以到达现场。

　　(5)供电条件

　　安装现场应离供电村庄较近,供电半径不应超过l千米,要考虑运行人员来往方便、低压电缆的输电损耗,另外要对供电负荷及增容潜力等作详细调研。对于离网独立村落电站，电网在短期内不会延伸至此,以免不必要的重复建设和将来的电站搬迁等问题。