環(huán)境因素對光伏發(fā)電效率的影響

侯天寧

摘要：光伏發(fā)電作為一種可再生的新型能源，為我國能源結(jié)構(gòu)的多元化結(jié)構(gòu)提供了新能量，在我國廣大的西部和北部地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。廣泛發(fā)電的光伏板受環(huán)境因素的影響較大，其中積灰和陽光輻射強度對光伏發(fā)電的發(fā)電效率均有顯著影響。本文通過實驗探究了積灰和陽光輻射強度對發(fā)電效率的影響，為今后開展光伏相關(guān)的研究提供借鑒。研究表明：隨積灰天數(shù)的增加，光伏板的透光率損失值逐漸增大。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;環(huán)境;積灰;陽光輻射強度;發(fā)電效率

1. 引言

光伏發(fā)電作為一種無污染且可再生的新能源，在國內(nèi)的西北及廣大的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用十分廣泛，國內(nèi)的研究學(xué)者和相關(guān)企業(yè)對影響光伏發(fā)電的一些重要因素進(jìn)行分析，取得了一定的研究進(jìn)展和成果。

魯正等[1]針對光伏發(fā)電在用戶方面的投入、成本與產(chǎn)出效益進(jìn)行分析，為光伏發(fā)電在農(nóng)村地區(qū)的普及推廣進(jìn)行試點，為光伏發(fā)電的效益比提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?？聦W(xué)進(jìn)等[2]對影響光伏發(fā)電的各種因素進(jìn)行分析，并將不同條件下光伏發(fā)電的發(fā)電量的測量方法和實驗的設(shè)計方案進(jìn)行分析和探索，為后面從事光伏發(fā)電的研究提供借鑒。張光龍[3]對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究，針對影響光伏發(fā)電的不利因素進(jìn)行整頓，提出有效的緩解措施，提高了光伏發(fā)電的效率。

寧會峰等[4]通過實驗的方法研究了積塵的程度對發(fā)電板的發(fā)電效率的影響程度，通過多組對照實驗分析了灰塵的厚度對發(fā)電效率的影響，不僅進(jìn)行了定性分析還通過分析大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了定量分析。侯文寶等[5]研究并設(shè)計制造了一種自動追蹤太陽光的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過單片機進(jìn)行控制，能自動追蹤光源，實現(xiàn)發(fā)電效率的大幅提升。高華興等[6]光伏發(fā)電在農(nóng)村的推廣應(yīng)用進(jìn)行預(yù)測，分析了光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚的關(guān)聯(lián)性，為光伏發(fā)電在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考和借鑒。

2. 灰塵對光伏發(fā)電的影響

2.1 實驗方案設(shè)計

為了探究積灰時間對光伏發(fā)電板發(fā)電效率的影響，引入透光率這一指標(biāo)對發(fā)電效率進(jìn)行量化，并設(shè)計了實驗對透光率進(jìn)行檢測。灰塵堆積對光伏發(fā)電的影響實驗樣件布置圖如圖1所示，本文選用北部農(nóng)村地區(qū)某農(nóng)戶屋頂?shù)墓夥l(fā)電板為研究對象，設(shè)置了1#、2#和3#光伏板遮擋區(qū)域以及其余的未遮擋區(qū)域進(jìn)行對照檢測，多組對照實驗的設(shè)置提高了數(shù)據(jù)的可靠性，為后面進(jìn)行透光率的定性和定量分析打下基礎(chǔ)。

2.2 積灰時間對光伏發(fā)電效率的影響

圖2為透光率損失值隨積灰時間的變化規(guī)律圖，橫坐標(biāo)為光伏發(fā)電板的積灰天數(shù)，縱坐標(biāo)為透光率損失值。其中，1#、2#和3#光伏板遮擋區(qū)域的透光率損失值取三者的算術(shù)平均值，透光率損失值越大，光伏板的發(fā)電效率越低。從圖中可以看出，遮擋狀態(tài)下，隨積灰天數(shù)的增加，透光率損失值逐漸增大，導(dǎo)致光伏板的發(fā)電效率逐漸降低。通過數(shù)據(jù)分析，1#、2#和3#光伏板遮擋區(qū)域的透光率損失值的算術(shù)平均值平均每天上升1.33%。

未遮擋狀態(tài)下，隨積灰天數(shù)的增加，透光率損失值先升高在降低，再升高最后降低，分別在第4天和第13天時透光率損失值達(dá)到峰值。為提高光伏板的發(fā)電效率，需要定期對光伏板進(jìn)行除塵工作，以保證其透光率的損失值始終在較小的范圍內(nèi)。

3. 陽光輻射強度對光伏發(fā)電效率的影響

太陽光的輻射強度對光伏板的發(fā)電效率具有顯著影響，太陽光的輻射強度主要受霧霾及季節(jié)性氣候等天氣的影響。隨著工業(yè)化水平的不斷提高，氣體排放顯著升高，導(dǎo)致冬季北方等重工業(yè)地區(qū)的霧霾十分嚴(yán)重。霧霾是空氣中的較大顆粒，這些顆粒會削弱太陽光的輻射強度，降低透光率，嚴(yán)重影響光伏板的發(fā)電效率。經(jīng)過大量的實驗和數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：與正常天氣的發(fā)電量相比，霧霾狀態(tài)為輕度時，光伏板的發(fā)電量降低25%左右;當(dāng)霧霾狀態(tài)為重度時，光伏板的發(fā)電量最高可降低70%。為進(jìn)一步改善光伏板在惡劣天氣條件下的發(fā)電效率，需要不斷改善發(fā)電板的除霾及除塵裝置，提高透光率。

除積塵和陽光的輻射強度對光伏板的發(fā)電效率有影響外，海拔的高低、風(fēng)速、溫濕度等外部環(huán)境因素也對光伏板的發(fā)電效率具有一定的影響。今后需要深入研究各種因素對光伏板發(fā)電效率的影響，以期進(jìn)一步提高光伏發(fā)電的效率，優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)。

4. 結(jié)論

本文論述了光伏發(fā)電的研究現(xiàn)狀，并對影響光伏系統(tǒng)發(fā)電的陽光輻射強度和灰塵這兩個關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，以期提高光伏發(fā)電的效率，得出以下結(jié)論：

（1）隨積灰天數(shù)的增加，光伏板的發(fā)電效率逐漸降低，遮擋區(qū)域的透光率損失值的算術(shù)平均值平均每天上升1.33%;

（2）正常天氣的發(fā)電量相比，霧霾狀態(tài)為輕度時，光伏板的發(fā)電量降低25%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]魯正，孫煒，陳蕓菲.基于用戶側(cè)的光伏項目成本-效益分析[J].太陽能學(xué)報，2021，42（04）：209-214.

[2]柯學(xué)進(jìn).光伏電站影響因素及發(fā)電量分析驗證方法的探討[J].電力設(shè)備管理，2021（04）：125-127+143.[3]

[3]張光龍.光伏系統(tǒng)發(fā)電效率提升方法研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021（04）：143-146.

[4]寧會峰，程榮展，王偉志，鄢志彬.積灰對光伏發(fā)電的影響及除塵效果實驗研究[J].太陽能學(xué)報，2020，41（11）：120-125.

[5]侯文寶，劉志堅.基于單片機的光伏自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，20（03）：73-75.

[6]高華興，李建軍，張樂，楊宇昕，任永強.農(nóng)業(yè)大棚光伏發(fā)電預(yù)測的研究[J].湖北農(nóng)機化，2020（12）：38-40.