太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計及應(yīng)用

周廣彥

摘要：能源戰(zhàn)略時代開發(fā)新型發(fā)電項目是不可缺少的，國家在扶持光伏發(fā)電項目建設(shè)張，要綜合考慮新項目的緊急投入與產(chǎn)出效益。設(shè)計光伏發(fā)電項目要考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊布局，以電池板、控制器、蓄電池等為核心部分，從軟硬件系統(tǒng)操控方面優(yōu)化配置，設(shè)計出更加安全、高效、穩(wěn)定的光伏發(fā)電系統(tǒng)。鑒于此，本文主要分析太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電；設(shè)計；應(yīng)用

1 太陽能光伏發(fā)電的原理及優(yōu)點概述

1.1 太陽能光伏發(fā)電原理分析

當前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已成為最有潛力的可再生技術(shù)之一，其主要是通過將太陽能輻射光能儲存到太陽能電池中，從而產(chǎn)生電能。該技術(shù)中利用了半導體光伏發(fā)電光能的原理，在太陽電池中聚集來自于太陽能輻射的光，將其轉(zhuǎn)換為電能，具體過程為：太陽能電池中有電場的存在，而光能中“光生電子-空穴”的存在，因此使得電子和空穴相互分析，在電池的兩側(cè)產(chǎn)生電荷，進行出現(xiàn)電壓。

1.2 太陽能光伏發(fā)電體的優(yōu)勢

1.2.1 儲備豐富、分布范圍廣。太陽能的使用，不僅能夠保護環(huán)境，同時還能杜絕資源浪費，同時由于太陽光分布范圍較為廣泛，因此對其進行開發(fā)和利用是十分便捷的。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在運行的過程中，主要由太陽電池組件、蓄能蓄電池、直交流逆變器等部分組成。對于太陽能光伏發(fā)電而言，太陽電池組件是最重要的部件，其承擔著將光能轉(zhuǎn)換為電能的重要作用。

1.2.2 高效、節(jié)能、清潔。太陽能光伏發(fā)電與其他的電力系統(tǒng)發(fā)電相比，其產(chǎn)生電能的過程更為簡單，其主要是通過將太陽光能中的光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮樱M行產(chǎn)生電能，太陽能光伏發(fā)電具有效率高、簡單便捷的特點，同時在節(jié)能環(huán)保方面也有所突破。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方法

2.1 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計計算

2.1.1 發(fā)電量或組件總功率計算

年平均每天發(fā)電量g=Pm×h1×y×η（kwh）

式中：g——每天發(fā)電量；h1——每小時發(fā)電量；Pm——光伏組件總功率；y——單臺機組發(fā)電量；η——發(fā)電系統(tǒng)綜合影響因素。

平均年發(fā)電量G=g×365（kWh）

2.1.2 并網(wǎng)逆變器選用。并網(wǎng)逆變器的選用主要根據(jù)下列要求：逆變器額定功率=0.85～1.2Pm；逆變器最大輸入直流電壓>光伏方陣空載電壓；逆變器最輸入直流電壓范圍>光伏方陣最小電壓；逆變器最大輸入直流電流>光伏方陣短路電流；逆變器額定輸入直流電壓=光伏方陣最大功率電壓；額定輸出電壓=電網(wǎng)額定電壓；額定頻率=電網(wǎng)頻率；相數(shù)=電網(wǎng)相數(shù)；并網(wǎng)逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應(yīng)滿足并網(wǎng)技術(shù)要求。此外，必須具有短路、過壓、欠壓保護和防孤島效應(yīng)等功能。

2.2 光伏組件方陣設(shè)計

光伏組件水平傾角設(shè)計：光伏組件水平傾角的設(shè)計主要取決于光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度和對一年四季發(fā)電量分配的要求。

2.3 光伏方陣傾角設(shè)計

從發(fā)電效率來說，光伏方陣傾角是一個很大的影響因素，其對不同朝向發(fā)電量的影響較大，常常對整個區(qū)域發(fā)電效率均有決定性作用。通常來說，光伏方陣應(yīng)朝著北半球，這樣不僅提高了光伏發(fā)電作業(yè)效率，對發(fā)電生產(chǎn)調(diào)度也有一定的輔助作用，實現(xiàn)了光伏發(fā)電生產(chǎn)的一體化。

2.4 光伏方陣間距設(shè)計

本次研究了光伏方陣前后兩排間距大小，從設(shè)計角度分析間距對太陽能發(fā)電生產(chǎn)效率的影響。理論分析認為，如果光伏方陣前后間距大小不一，以及遮擋物之間距離大小不科學，對光伏發(fā)電效率影響大，特別是在季節(jié)變化過程中，對電能產(chǎn)出量有更大的影響。為了更好地完成設(shè)計，對間距參數(shù)標準進行控制，其計算機公式如下：

D=0.707H/tan[arcsin（0.648cosφ-0.399sinφ）]

式中：D——為前后間距；準——為光伏系統(tǒng)所處緯度（北半球為正，南半球為負）；H——為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度。

3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

3.1 太陽能照明應(yīng)用

目前，我國開始對能源的利用和資源的保護采取有效的措施，太陽能照明已成為綠色照明降低能耗的重要方式。太陽能電池板、蓄電池、節(jié)能等部分組成了太陽能照明系統(tǒng)。當前，太陽能照明在我國得到了廣泛的應(yīng)用，常見的地方有路燈、樓道燈等。

3.2 太陽能與LED光源相結(jié)合

近年來，半導體技術(shù)和固體物理技術(shù)的發(fā)展十分迅速，衍生出了固體光源LED。該產(chǎn)品具有能耗低、壽命長、光效高的特點，同時其與白熾燈相比，固定光源LED的反映較快、污染較小。目前在我國燈源市場，固體光源LED成為了其發(fā)展的主要趨勢。

3.3 太陽能水泵

在太陽能水泵運行的過程中，并不需要蓄電池來提供動能驅(qū)動其運行，一般情況下其運行主要依靠太陽能電池板的作用。而在大型的光伏水泵中，為了將太陽能電池板中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通常會安裝逆變器，從而促進水泵工作的順利進行。一般來說，太陽能光伏水泵系統(tǒng)在建立的初期使用的資金是十分巨大的，但是在其運行過程中，會產(chǎn)生的費用較少，使用壽命較長，因此太陽能水泵的建設(shè)能夠為我國的電力供應(yīng)作出巨大的貢獻。

3.4 光伏建筑一體化

太陽能屋頂計劃在20世紀之時被首次提出，而其計劃就提出了把太陽能電池板安裝在建筑物的屋頂上，并通過控制器以及逆變器來進行公共電網(wǎng)的連接，進而產(chǎn)生了戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)主要由太陽能電池板和電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，且可靠性較好。同時在供電的過程中，其并不需要依靠蓄電池，大大提高了節(jié)能環(huán)保的效果。

總之，能源經(jīng)濟時代，社會發(fā)展對電能資源需求量逐漸增多，積極開發(fā)供電項目是國家戰(zhàn)略重點?；诳沙掷m(xù)發(fā)展指導下，新發(fā)電項目建設(shè)受到了普遍關(guān)注，光伏發(fā)電成為國家建設(shè)的新項目，對區(qū)域能源供應(yīng)與調(diào)配起到了關(guān)鍵性作用。為了更好地發(fā)揮光伏系統(tǒng)功能，需從設(shè)計環(huán)節(jié)進一步優(yōu)化處理方式，全面發(fā)揮出新發(fā)電系統(tǒng)的功能優(yōu)勢，利用各個模塊參與電能生產(chǎn)與傳輸。

參考文獻：

[1]杜志健.太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計及應(yīng)用[J].低碳世界，2016，（09）：53-54.

[2]陳秋宇.太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2013，（06）：12-13+19.

[3]宿忠娥，石蕊.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].電子制作，2012，（11）：75-76.