可再生能源发电中光伏系统的性能评估与优化策略.pdf

第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024可再生能源发电中光伏系统的性能评估与优化策略陆 琨(盐城市国能投资有限公司,江苏盐城 224005)作者简介:陆琨,男,江苏盐城人,注册安全工程师,学士,研究方向:新能源发电厂运营与维护。摘要:系统探讨了光伏系统性能的优化策略,涵盖了光伏组件的选型与布局、跟踪系统的应用,以及清洁、维护与故障处理等关键方面。深入分析光伏技术的发展状况,以及实验室与场地测试方法,系统性地揭示了光伏系统性能评估的方法与手段。在光伏组件的优化方面,注重合理选型和智能布局,以提高能量转换效率。跟踪系统的灵活应用可最大程度捕获太阳能,而清洁、维护与及时故障处理保障了系统长期高效运行。综合这些优化策略,可以提高系统的经济性和可靠性,推动光伏技术的不断创新与发展。关键词:光伏系统;性能评估;优化策略 随着全世界可再生能源日益迫切的需求和全球气候的异常变化,光伏系统作为一种重要的可再生能源发电技术备受关注。全球范围内的可再生能源项目逐渐增多,而光伏系统因其洁净、可持续的特性,成为解决能源危机和降低碳排放的重要手段。然而,光伏系统性能的稳定提高和系统的经济性仍然面临着一系列挑战。本研究旨在深入探讨可再生能源领域中光伏系统的性能评估与优化问题。分析光伏系统的运行机制、性能影响因素以及优化策略,旨在为提高光伏系统的发电效率、降低系统成本,以及推动可再生能源技术在能源转型中的应用提供见解。本研究为推动清洁能源的可持续发展、实现能源可及性和可持续性提供科学支持,为光伏系统的未来发展提供新的思路与方法。1 可再生能源发电与光伏系统概述1.1 光伏系统原理与组成光伏系统是一种将太阳辐射能转化为电能的技术系统,其核心组成部分是光伏电池。光伏电池是光电效应的应用,其工作原理基于材料吸收太阳辐射后释放电子的过程。当太阳光照射到光伏电池表面时,光能被半导体材料吸收,激发电子跃迁至导电带,形成电流。这一过程产生的直流电就是光伏电池的输出。光伏系统由以下部分构成1:(1)光伏电池:光伏系统中常见的电池类型包括硅基太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅)、薄膜太阳能电池(柔性非晶硅、铜铟镓硒等)等。不同类型的光伏电池具有不同的性能特点,可根据具体应用需求进行选择2。(2)光伏组件:光伏电池通过连接和封装形成光伏组件,也称为太阳能板。光伏组件的主要任务是保护电池、提高系统稳定性,并将电能输出到电源系统中。(3)逆变器:光伏电池输出的电流为直流(DC),而绝大多数电网和电器设备使用交流(AC)电流。逆变器的作用是将光伏系统产生的直流电转换为交流电,以满足电网接入或直接供电的需求。(4)支架和跟踪系统:光伏组件通常需要安装在支架上,以保持适当的角度和位置,最大程度地吸收太阳辐射。跟踪系统可以根据太阳的运动自动调整光伏组件的朝向,以提高能量收集效率。(5)电池储能系统:为了应对夜间或低辐射条件,一些光伏系统配备了电池储能系统。这些储能系统可以存储白天过剩的电能,以供给系统在光照较弱或无光照时使用。深入理解光伏系统的原理和组成,对于实现系统的高效运行、提高发电效率以及推动可再生能源的广泛应用具有重要意义。1.2 目前光伏技术的发展状况随着对可再生能源的不断追求和科技的进步,光伏技术取得了显著的发展。首先,在材料和制造技术方面,光伏电池的材料不断创新,从传统的单晶硅、多晶硅向薄膜太阳能电池、有机太阳能电池等新型材料拓展。这种材料创新使得光伏电池更加灵活轻便,适应性更强,也有助于降低生产成本。在光伏系统的智能化和集成方面,智能光伏技术96第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经验与技术No.1Feb.,2024得到了广泛关注。智能跟踪系统、预测分析算法以及远程监测技术的应用,使得光伏系统更加智能、高效。光伏电站也更多地集成了电池储能系统和智能逆变器,提高了系统的自主调节能力和电能利用率。总体而言,光伏技术在材料、效率和智能化方面的不断进步,为其在可再生能源领域的广泛应用提供了坚实基础。未来的发展趋势将继续聚焦于提高转换效率、降低成本、增强系统集成能力,以更好地满足清洁能源的需求。这一系列进步为推动光伏技术向更高水平迈进奠定了基础。2 光伏系统性能评估方法2.1 性能参数与指标光伏系统性能评估是确保系统有效运行和提高能源利用效率的关键步骤。以下是光伏系统性能评估中常用的性能参数与指标:(1)转换效率:转换效率是衡量光伏电池将光能转化为电能的核心指标,直接反映了光伏系统的发电效率。转换效率是光伏系统性能评估中最为直观和重要的参数之一,表示光伏电池成功将接收到的太阳能转化为可用的电能的能力。在光伏系统的设计和优化过程中,提高转换效率是实现最大能源收集的关键目标之一。转换效率(n)的计算方式为电能输出与入射到光伏电池的太阳辐射之间的比率。通常以百分数形式表示,其公式为:n=电能输出太阳辐射输入 100%光伏系统的转换效率不仅受到光伏电池本身的材料和结构影响,还受到环境因素、温度、光照条件等多方面因素的影响。因此,在性能评估过程中,必须综合考虑这些因素,采取相应的优化策略,以提高光伏系统的整体转换效率。不断优化转换效率可以实现更高效、可靠的光伏系统,从而更好地满足可再生能源发电的需求3。(2)填充因子(FF):填充因子是光伏系统性能评估中另一个重要的性能参数,衡量了光伏电池在实际工作条件下电流与电压之间的平衡程度。填充因子的值范围通常在 0 到 1 之间,其值越接近 1,表示光伏电池的输出性能越稳定。填充因子(FF)的计算方式为光伏电池的实际输出功率与其最大可能输出功率之间的比率。具体而言,填充因子可以通过以下公式计算:FF=(I实际V实际)/(I最大V最大)其中,I实际和 V实际分别表示光伏电池在实际工作条件下的电流和电压,而 I最大和 V最大表示光伏电池在最大可能输出条件下的电流和电压。填充因子的优化对于提高光伏系统的整体性能至关重要。通过调整电池的材料、结构和工作条件,可以实现填充因子的最大化,从而提高光伏系统的稳定性和电能输出效率。在光伏系统的设计和优化过程中,填充因子作为一个关键指标,需要得到精心的考虑和调整,以确保光伏系统在实际运行中达到最佳的发电性能4。(3)输出功率:光伏系统的输出功率是光伏电池产生的电能,是评估系统发电性能的直接参数。输出功率受到光照、温度等因素的影响,通过监测输出功率可以了解系统实际发电状况。为了最大化输出功率,需要综合考虑光伏电池的设计、布局以及环境因素的影响。通过调整光伏电池的朝向、倾斜角度等参数,以及采用适当的阴影避免策略,可以有效提高系统的输出功率,确保光伏系统在不同环境条件下都能实现最佳的电能产生效果。因此,在光伏系统性能评估和优化中,输出功率是需要重点关注和不断优化的重要参数。(4)温度系数:光伏电池的温度对性能有显著影响。温度系数描述了电池在不同温度下性能变化的情况,了解温度对电池性能的影响有助于优化系统布局和运行策略5。(5)系统可靠性:光伏系统的可靠性是评估系统稳定性和寿命的关键指标。通过监测电池组件的老化速度、耐久性测试等方式来评估系统的可靠性。(6)光伏系统的经济性:光伏系统的经济性评估包括多个关键经济指标,其中主要包括系统的投资回收期、成本效益分析等,这些指标有助于全面评估光伏系统在长期运行中的经济效益。投资回收期:投资回收期是指投资成本能够通过系统产生的节省或收入而回收的时间长度。计算投资回收期的一种常见方法是将总投资成本除以每年的净现金流入。其计算公式为:投资回收期=总投资成本每年净现金流入投资回收期越短,表示系统能够越快收回投资成本,因此是一个直观的经济性指标。成本效益分析:成本效益分析是评估光伏系统总体经济效益的关键工具。该分析包括对系统生命周期内的总成本和总收益进行全面的比较。常用的成本效07第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024益比计算方式为:成本效益比=总收益总成本成本效益比大于 1 表示系统的总体经济效益为正,大于投资,为经济上可行的项目。在进行经济性评估时,需综合考虑光伏系统的建设成本、维护费用、系统寿命、能源产出、电价等多个因素。深入的经济性评估,可以为投资者、政府和企业提供决策参考,确保光伏系统在长期运行中获得可观的经济回报。综合考虑这些性能参数与指标,可以全面评估光伏系统的性能,为系统的优化和改进提供科学依据。性能评估的结果有助于及时发现问题、提高系统的可靠性和经济性,进而推动光伏技术的不断创新和发展。2.2 实验室与场地测试方法实验室与场地测试方法是光伏系统性能评估的两个关键手段,为深入研究系统特性和优化提供了可靠的数据支持。在实验室测试方面,通过对光伏电池和组件进行详细实验,可以模拟不同气象条件、控制温度、辐射量等参数,以获取电池在不同环境条件下的性能表现。这种高度可控的实验环境有助于深入了解光伏系统在理想条件下的性能。实验室测试通常包括对材料特性、电池转换效率等方面的细致检测,提供了对系统内部机制的深刻理解。而在场地测试方面,通过在实际环境中对系统性能进行监测,可以更真实地了解系统在不同季节、天气条件下的性能表现。场地测试更接近实际应用情境,能够全面反映系统的实际运行状况。这包括长时间的监测和数据记录,以获取系统在真实光照条件下的实际运行数据。在实地测试中,监测设备的选择和布置,以及对采集数据的处理和分析成为关键步骤,以确保获得准确、可靠的性能评估结果。综合运用实验室和场地测试方法,可以全面了解光伏系统在不同环境下的性能特性,为系统的优化和实际应用提供有力支持。这种综合性的评估方法有助于科学地探索系统内在机制,为光伏技术的不断创新和发展提供基础。3 光伏系统性能优化策略3.1 光伏组件的选型与布局优化光伏组件的选型和布局对系统性能至关重要。在选型阶段,首先需要考虑不同类型光伏电池的特性,如单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池。这涉及权衡转换效率、成本、耐久性等方面的因素,以满足具体项目的需求。布局优化方面,考虑到光照条件的空间和时间变化,应采用合理的光伏组件布置方案。借助先进的模拟工具,可以分析和优化组件的排列方式,确保充分利用可用的太阳辐射,达到能量的最大化收集。考虑地形、阴影效应和周围环境,调整组件的朝向和倾斜角度,以提高系统的整体发电效率。在布局优化的同时,需要综合考虑电池的温度效应。合理的散热设计和通风方案可以减缓电池温升速度,提高系统的稳定性和可靠性。此外,利用智能技术进行布局优化也是一种趋势。智能跟踪系统可以根据太阳运动实时调整光伏组件的朝向,以确保最大限度地捕获太阳能。这种实时的调整策略有助于应对天气变化和季节变化,提高系统的整体性能。总体而言,光伏组件的选型和布局优化是光伏系统性能优化的重要环节。综合考虑技术特性、环境因素以及智能控制策略,可以最大程度地发挥光伏系统的潜力,提高能源转换效率,降低系统成本,推动光伏技术的进一步发展。3.2 跟踪系统在性能优化中的应用光伏跟踪系统是性能优化中的关键技术,通过实时调整光伏组件的朝向,以最大程度地捕获太阳能。该技术在以下方面为系统性能提供优化:(1)最大化能量收集:光伏跟踪系统可以根据太阳的运动自动调整光伏组件的朝向,使其始终面向太阳,最大化吸收太阳辐射。这有助于提高系统的能量收集效率,特别是在日出和日落时,以及在冬季和夏季太阳高度角变化较大的情况下。(2)适应不同天气条件:光伏跟踪系统可以根据实时的气象数据和天气预报进行调整,适应不同的天气条件。在多云或阴雨天气中,系统可以调整光伏组件的倾斜角度,以最大程度地利用可用的太阳能。综合而言,光伏跟踪系统在性能优化中的应用可以显著提高光伏系统的能量转换效率,降低发电成本,增强系统的竞争力。随着智能技术的不断发展,光伏跟踪系统将在未来成为光伏系统性能优化的重要趋势6。3.3 清洁、维护与故障处理清洁、维护与故障处理是确保光伏系统长期高效运行的关键环节。(1)定期清洁是必不可少的,因为(下转第 74 页)17第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经验与技术No.1Feb.,20242.3 结果与讨论由于青霉素类的化合药物在弱酸的条件下比较容易水解,另外水解的物品里面有巯基、羰基等,容易和金属离子形成络合物,所以使用衍生化法来对这种化合物进行检测。由于在检测过程中会使用氯化汞等毒性物质,因此操作过程较为复杂。由于青霉素类的化合药物属于 内酰胺类,因此该药物中有苯环、羰基等发色基团,所以在紫外波长里面有吸收峰,因此该节试验选用直接进样法来进行检测由于青霉素类药物有不稳定的四元环,极易产生反应,在使用外标法进行检测的过程中,回收率比较低。所以此次实验选择了性质比较相近的水合氨苄西林以此来作为内标物从而提升回收率2。3 总结餐饮行业食品抽样检测的情况表明,水产品的食品安全的合格率不是很高,这几种抽样检测的食品合格率都小于98%,因此要加强对食品抽样检测,还要对食品内含有对人体身体健康有危害的物质强化管理,还需要强化对养殖行业和种植行业生产出来的食品加强查处力度,加强高风险食品抽样检测的力度,从而让餐饮行业的食品材料和加工的过程变得更加的安全3。参考文献:1 赵丽燕,葛金萍,周洁.兽药残留对动物性食品安全影响分析J.中国食品,2019(6):134 135.2 林炳强.动物检验检疫对食品安全的作用分析J.农家致富顾问,2020(5):176.3 胡亚苹.食品检测在食品安全监管中的作用J.经济与社会发展研究,2020(3):201 202.(上接第 71 页)光伏组件表面的灰尘、污垢等会影响太阳辐射的吸收效果。清洁方式包括水冲洗、软刷擦拭等,特别是在沙尘较大的地区,清洁频率可能需要增加,以确保光伏组件保持良好的透光性。(2)定期维护涉及各个组件的检查,包括电缆连接、支架结构、防雷设备等,旨在及早发现潜在问题,确保系统的安全性和稳定性。(3)故障处理是在系统发生故障时迅速采取措施,包括处理电池组件损坏、逆变器故障、电缆短路等问题。及时排除故障可减少系统停运时间,确保系统连续稳定运行。对于大型光伏电站,建议实施远程监测系统,以便实时监控系统状态,及时发现并处理故障。(4)性能监测与优化是通过定期监测关键性能参数,如输出功率、电压、电流等,及时发现系统运行异常或性能下降的迹象,从而采取相应的优化措施。这一系列维护措施综合起来,可保障光伏系统在长期运行中保持高效、稳定的状态,延长系统寿命,提高投资回报率,对确保光伏系统的可靠性和经济性至关重要7。4 结语光伏系统性能的优化是一个复杂而关键的任务。从光伏组件的选型与布局、跟踪系统的应用,到清洁、维护与故障处理,每个环节都直接影响系统的能量转换效率和长期稳定性。在光伏组件的选择上,权衡各种因素是必要的,而跟踪系统的灵活应用能最大化地捕获太阳能。此外,定期清洁、维护与及时故障处理有助于确保系统长期高效运行。总体而言,科学的选材、智能的技术应用以及周到的维护措施,是实现光伏系统可持续性能的关键。这些优化策略不仅提高了系统的能源转换效率,也降低了系统运营成本,为清洁能源领域的可持续发展提供了实质性的支持。随着技术的不断进步,光伏系统的性能优化将继续成为推动可再生能源应用的关键领域。参考文献:1 钱观荣,沈冬冬.可再生能源的示范项目 世博中心太阳能光伏发电系统J.智能建筑电气技术,2011,5(2):4447.DOI:10.13857/115589/tu.2011.02.019.2 马红丽.光热发电:新能源的新焦点J.经济,2013(7):67 71.3 朱新霞,张庆高,张波,等.基于改进型变步长电导增量法的最大功率点跟踪控制J.信息技术与信息化,2016(10):44 48.4 刘锐.单相光伏并网逆变系统及其稳定性研究D.郑州:郑州大学,2020.5 白政民,方波,张元敏,等.基于 orCAD/PSpice ABM 仿真的光伏新型改进 CVT 控制研究J.电力系统保护与控制,2011,39(21):126 131.6 谭恬.基于数据驱动的光伏系统发电智能控制D.汕头:汕头大学,2022.7 田智华,段凯.光伏建筑一体化光伏组件表面清洁的效益分析J.建筑热能通风空调,2011,30(4):60 61.47