光伏發(fā)電技術(shù)中的核心問題解析

　　光能發(fā)電是當(dāng)今世界的尖端科技,將為全人類徹底解決“能源危機(jī)”“環(huán)境污染”和“可持續(xù)發(fā)展”等三大世界難題,將做出歷史性、跨世代的偉大貢獻(xiàn),將為人類利用新能源、新技術(shù)方面進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，在現(xiàn)實(shí)的發(fā)展中存在這若干的核心問題。

1 太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)及評(píng)估

　　1.1 太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)

　　太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)可以從縣級(jí)氣象臺(tái)取得,也可以從國(guó)家氣象局取得。從氣象局取得的數(shù)據(jù)為水平面的輻射數(shù)據(jù),包括:水平面總輻射、水平面直接輻射和水平面散射輻射。

　　太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)主要包括:各月的太陽(yáng)能`總輻射量(輻照度)或太陽(yáng)能總輻射量和輻射強(qiáng)度的每月日平均值。與其相關(guān)的氣候狀況的數(shù)據(jù)主要包括:年平均氣溫,年平均最高氣溫,年平均最低氣溫,一年內(nèi)最長(zhǎng)連續(xù)陰天數(shù)(含降水或降雪天),年平均風(fēng)速,年最大風(fēng)速,年冰雹次數(shù),年沙暴日數(shù)。其中,太陽(yáng)能總輻射量的各月數(shù)值是必不可少的。此外,還應(yīng)提供上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)最近5~10年的累計(jì)數(shù)據(jù),以評(píng)估太陽(yáng)能資源數(shù)和氣候狀況數(shù)據(jù)的有效性。

　　1.2 太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)有效性的評(píng)估

　　將氣象臺(tái)或相關(guān)部門提供的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)用于光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì),在某些情況下仍需對(duì)其有效性進(jìn)行評(píng)估。
　　首先,當(dāng)一個(gè)具體場(chǎng)地的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)不夠完整或缺少多年的累積數(shù)據(jù),就必須對(duì)太陽(yáng)輻射的有效性和量值進(jìn)行評(píng)估。

　　其次,雖然當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源數(shù)據(jù)比較完整,而且太陽(yáng)輻射情況也較好,但由于候選場(chǎng)地處于多山地區(qū)或附近存在明顯影響太陽(yáng)輻射的地形地貌。在這種情況下要通過研究候選場(chǎng)地周圍鄰近地區(qū)的平均數(shù)據(jù)變化,來評(píng)估當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源數(shù)據(jù)的有效性。

　　再次,從氣象部門得到的數(shù)據(jù)是水平面的數(shù)據(jù),包括:水平面直接輻射和水平面散射輻射,從而得到水平面上總輻射量數(shù)據(jù)。但是,在太陽(yáng)能光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用中,為了得到更多的發(fā)電量和電池組件自清潔的需要,固定安裝的方陣通常是傾斜的,這就需要計(jì)算得出傾斜面上的太陽(yáng)能輻射量(通常要大于水平面上的輻射量)。但是,這一計(jì)算過程非常復(fù)雜,所以人們常常直接采用水平面上的數(shù)據(jù),或者采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單換算,這對(duì)計(jì)算的精度產(chǎn)生了影響。近些年來,已經(jīng)開發(fā)了一些軟件,不但可以方便地解決這些計(jì)算問題,其數(shù)據(jù)庫(kù)中還往往儲(chǔ)存大量不同地區(qū)的太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù),有些還具有光伏系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)功能。

　　2 光伏系統(tǒng)的選址和場(chǎng)地評(píng)估

　　2.1 在光伏系統(tǒng)選址時(shí)需消除陰影影響

　　太陽(yáng)能電池依賴于日光照射而發(fā)電,當(dāng)投射到電池板上的日光被遮擋時(shí),方陣功率輸出特性將受到嚴(yán)重影響,在電池板上的一個(gè)小小陰影也能夠使其性能大大降低,因此,在光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝過程中仔細(xì)地確定陽(yáng)光通路和避開陰影,對(duì)保證方陣的額定功率和降低光伏系統(tǒng)發(fā)電成本極為重要。

　　場(chǎng)地出現(xiàn)的陰影經(jīng)常來自樹木、草木、附近的建筑,還有太陽(yáng)收集器的撐桿和金屬線等。作為一般原則,確定從上午9點(diǎn)～下午3點(diǎn)沒有陰影為好。在冬季的月份當(dāng)太陽(yáng)的仰角低,電池板被遮擋經(jīng)常是一個(gè)比較大的問題,應(yīng)引起光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和光伏電站運(yùn)行人員的重視。中國(guó)位于地球的北半球,對(duì)太陽(yáng)能電池方陣發(fā)電最不利的陰影出現(xiàn)在12月21日(即冬至)前后一段時(shí)間。

　　為消除陰影影響,選擇場(chǎng)地后必須確認(rèn)以下條件是否滿足:(1)在一年的任何月份,投向太陽(yáng)能電池方陣的陽(yáng)光都不會(huì)被遮擋;(2)每天上午9點(diǎn)～下午3點(diǎn)太陽(yáng)能電池板上無陰影;(3)識(shí)別上午9點(diǎn)~下午3點(diǎn)遮擋太陽(yáng)能電池方陣的障礙物,消除陰影來源;(4)如無法消除產(chǎn)生陰影的因素,也可考慮移動(dòng)太陽(yáng)能電池方陣或增加容量,以彌補(bǔ)由于陰影造成的損失。

　　2,2 光伏系統(tǒng)場(chǎng)地的評(píng)估

　　在對(duì)光伏系統(tǒng)場(chǎng)地評(píng)估時(shí),應(yīng)該進(jìn)行以下評(píng)估。

　　(1)一般日照條件評(píng)估

　　當(dāng)依據(jù)要求收集到候選場(chǎng)地的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)后,還應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察場(chǎng)地附近地障礙物,評(píng)估太陽(yáng)陰影對(duì)太陽(yáng)能電池方陣發(fā)電的影響,并提出避開障礙物或移開障礙物的建議。通過在屋頂、墻上或院子里或直接觀測(cè),為滿足方陣的全年日照條件尋找一個(gè)最佳方位。

　　在北半球正南是太陽(yáng)能電池方陣最基本的方位。如果確保方陣面向正南或0°方位角,則每天的日照性能將是最好的。然而,應(yīng)考慮當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯挠绊懖⒆屑?xì)評(píng)價(jià),例如:如杲場(chǎng)地附近早晨有霧籠罩,則需要調(diào)整方陣略微偏向西南,以獲取滯后中午一段時(shí)間的更為有效的太陽(yáng)輻射。

　　(2)測(cè)算方陣運(yùn)行時(shí)間

　　太陽(yáng)能電池方陣接受陽(yáng)光照射時(shí)間越長(zhǎng),系統(tǒng)每日可發(fā)出的電能就越多。因此當(dāng)方陣在場(chǎng)地的方位和高度初步確定后,需要評(píng)估和測(cè)定太陽(yáng)能電池板在不同季節(jié)里每日的可運(yùn)行時(shí)間。

　　(3)太陽(yáng)窗

　　在評(píng)價(jià)場(chǎng)地時(shí),必須選擇一個(gè)日照好、全天無陰影的時(shí)間作為太陽(yáng)能電池方陣的運(yùn)行時(shí)間。這個(gè)最適宣的時(shí)間區(qū)間稱為“大陽(yáng)窗”。

　　“太陽(yáng)窗”概念可以放映場(chǎng)地的日照時(shí)間和路徑狀況。依據(jù)場(chǎng)地日照條件的不同，太陽(yáng)窗可以選在上午9點(diǎn)~下午3點(diǎn),也可以選在上午8:20 ～下午3:20等。在夏季里,太陽(yáng)升起早日落卻很晚,日照時(shí)問比冬季要長(zhǎng)得多,因此夏季的太陽(yáng)窗比冬季的太陽(yáng)窗開得天 也就是方陣的可運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。太陽(yáng)窗大小除受季節(jié)影響外,還與場(chǎng)地周圍的環(huán)境條件有關(guān):例如:場(chǎng)地東西兩側(cè)的高山、樹林和高大建筑物等都會(huì)減少太陽(yáng)能電池方陣的運(yùn)行時(shí)間。一年四季的太陽(yáng)窗時(shí)間是不同的。欲準(zhǔn)確地測(cè)定太陽(yáng)窗,首先需要向氣象部門詢問當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)日出、日落時(shí)的太陽(yáng)方位角和正午的太陽(yáng)高度角,然后再根據(jù)場(chǎng)地的具體條件加以修正。如果僅需要近似的場(chǎng)地“太陽(yáng)窗”時(shí)間,則通過目測(cè)即可。