太阳能光伏发电系统的电气效率研究

摘 要：本文以太阳能光伏发电系统的电气效率为研究对象，将电气效率分为直流效率、逆变器效率和系统总效率。为了研究使用微逆变器的光伏发电系统与使用组串式逆变器的发电系统的系统电气效率，搭建了一个4kWp的光伏发电系统，并使用室外太阳能测试设备采集数据。分别在正常工作状态和光伏阵列有部分遮挡时，对组串型光伏发电系统和交流组件型光伏发电系统的电气效率进行测量和比较分析。实验结果表明：在光伏发电系统中使用微逆变器可解决组件失配造成功率损失的问题，同时也增加最大功率跟踪的准确度，提高直流效率；在正常工作状态下，组串式光伏发电系统的组件失配损失只有3%左右，系统的总电气效率主要取决于逆变器的效率，但在光伏阵列有部分遮挡时，组件失配损失在10%以上，这时使用微逆变器可明显提高光伏发电系统的电气效率。

关键词：直流效率；微逆变器；光伏发电系统；交流组件型

引言

在现阶段，按太阳能光伏方阵与逆变器的连接方式不同，太阳能光伏并网发电系统可分为三种典型的拓扑结构：集中型、组串型和交流组件型；按组件类型不同可分为单晶硅太阳电池光伏发电系统、多晶硅太阳电池光伏发电系统和薄膜光伏发电系统等等。太阳电池阵列的输出性能并不是阵列中各个组件输出性能的简单叠加，阵列中各个组件相互影响组成一个整体，所以需要使用直流效率的概念来反映太阳电池阵列的整体性能；在各种不同类型和结构的光伏发电系统中，光伏阵列的输出性能有很大差异，为方便比较也需要使用直流效率这个概念。直流效率概念的提出有利于研究各个因素对光伏发电系统性能的影响，优化光伏发电系统提升光伏发电系统的性能。

国内外都有很多人在研究光伏发电系统的性能，他们都先采集光伏发电系统的运行数据，这些数据包括：太阳辐照度、环境温度、组件温度、光伏阵列输出电流和电压、系统输出电流和电压。数据的采集时间都在一年以上，然后再根据数据计算系统的性能参数。由于采集的时间长，所以数据的准确度难以保证，并且这些数据与电站的管理和维护有关，不只反映系统的性能，这些数据都是用逆变器自带的采集系统采集的，数据的精确度也难保证。

为了测量系统的电气效率，并比较微型逆变器发电系统和传统发电系统电气效率的差异，我们搭建了一个6kWp的光伏发电系统，其中有4kWp光伏发电系统使用4台SMA公司生产的SB1200逆变器，另外2kWp使用10台英伟力公司生产的MC250微型逆变器，并使用室外太阳能光伏电气效率测试仪来采集数据，通过实验现场测试了组串型光伏发电系统和交流组件型光伏发电系统的直流效率和系统效率。在光伏发电系统中使用微逆变器可解决组件失配造成功率损失的问题，同时也增加最大功率跟踪的准确度，提高直流效率。光伏阵列的直流效率是光伏阵列高效运行以及经济效益回收的重要指标，通过光伏阵列直流效率测试可以检测系统设计是否合理，电气设备选型是否匹配等系统的重要信息。

1影响发电量的因素

太阳能光伏并网发电系统主要由太阳电池组件、逆变器、配电设备组成。太阳电池组件能吸收太阳能输出直流电，逆变器使直流电转换成能供用电器使用的交流电。光伏发电系统的发电功率主要与以下因素有关：

1、 气象因素，包括太阳辐照度、环境温度和风速等。太阳辐照总量直接影响发电量，不同倾角和方位角放置的光伏组件接收的辐照量不一样，所以对于固定式光伏发电系统，光伏阵列的倾角和方位角也影响发电量。

2、 光伏阵列的光电转换效率；晶体硅光伏组件的转换效率为14%，但光伏阵列的转换效率小于组件的转换效率，这是因为光伏阵列由光伏组件串联和并联组成，由于各个组件实际输出的参数不匹配造成了能量损失，而且在不同太阳辐照度和环境温度下组件的转换效率也不同。

3、 逆变器的性能。逆变器的性能主要包括逆变器的启动电压和功率，逆变器的转换效率。逆变器的转换效率与逆变器的输入电压和功率有关。

4、 其他因素。设备故障、灰尘遮挡、电缆损耗等。

责任编辑：carol