太陽能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)問題全剖析

　　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”“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，將為人類利用新能源、新技術(shù)方面進入一個嶄新的時代，在現(xiàn)實的發(fā)展中存在這若干的核心問題。

　　1 太陽能資源數(shù)據(jù)及評估

　　1.1 太陽能資源數(shù)據(jù)

　　太陽能輻射數(shù)據(jù)可以從縣級氣象臺取得，也可以從國家氣象局取得。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。

　　太陽能資源數(shù)據(jù)主要包括：各月的太陽能`總輻射量（輻照度）或太陽能總輻射量和輻射強度的每月日平均值。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)提供上述各項數(shù)據(jù)最近5~10年的累計數(shù)據(jù)，以評估太陽能資源數(shù)和氣候狀況數(shù)據(jù)的有效性。

　　1.2太陽能資源數(shù)據(jù)有效性的評估

　　將氣象臺或相關(guān)部門提供的太陽能資源數(shù)據(jù)用于光伏系統(tǒng)設(shè)計，在某些情況下仍需對其有效性進行評估。

　　首先，當(dāng)一個具體場地的太陽能資源數(shù)據(jù)不夠完整或缺少多年的累積數(shù)據(jù)，就必須對太陽輻射的有效性和量值進行評估。

　　其次，雖然當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源數(shù)據(jù)比較完整，而且太陽輻射情況也較好，但由于候選場地處于多山地區(qū)或附近存在明顯影響太陽輻射的地形地貌。在這種情況下要通過研究候選場地周圍鄰近地區(qū)的平均數(shù)據(jù)變化，來評估當(dāng)?shù)靥柲苜Y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，在太陽能光伏發(fā)電的實際應(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，這就需要計算得出傾斜面上的太陽能輻射量（通常要大于水平面上的輻射量）。但是，這一計算過程非常復(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)驗系數(shù)的方法進行簡單換算，這對計算的精度產(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算問題，其數(shù)據(jù)庫中還往往儲存大量不同地區(qū)的太陽能輻射數(shù)據(jù)，有些還具有光伏系統(tǒng)分析設(shè)計功能。

　　2 光伏系統(tǒng)的選址和場地評估

　　2.1 在光伏系統(tǒng)選址時需消除陰影影響

　　太陽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，方陣功率輸出特性將受到嚴(yán)重影響，在電池板上的一個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)計和安裝過程中仔細(xì)地確定陽光通路和避開陰影，對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，還有太陽收集器的撐桿和金屬線等。作為一般原則，確定從上午9點～下午3點沒有陰影為好。在冬季的月份當(dāng)太陽的仰角低，電池板被遮擋經(jīng)常是一個比較大的問題，應(yīng)引起光伏系統(tǒng)設(shè)計者和光伏電站運行人員的重視。中國位于地球的北半球，對太陽能電池方陣發(fā)電最不利的陰影出現(xiàn)在12月21日（即冬至）前后一段時間。

　　為消除陰影影響，選擇場地后必須確認(rèn)以下條件是否滿足：（1）在一年的任何月份，投向太陽能電池方陣的陽光都不會被遮擋;（2）每天上午9點～下午3點太陽能電池板上無陰影;（3）識別上午9點~下午3點遮擋太陽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，也可考慮移動太陽能電池方陣或增加容量，以彌補由于陰影造成的損失。

　　2.2 光伏系統(tǒng)場地的評估

　　在對光伏系統(tǒng)場地評估時，應(yīng)該進行以下評估。

　?。?）一般日照條件評估

　　當(dāng)依據(jù)要求收集到候選場地的太陽能資源數(shù)據(jù)后，還應(yīng)到現(xiàn)場仔細(xì)觀察場地附近地障礙物，評估太陽陰影對太陽能電池方陣發(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，為滿足方陣的全年日照條件尋找一個最佳方位。

　　在北半球正南是太陽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)評價，例如：如杲場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間的更為有效的太陽輻射。

　　（2）測算方陣運行時間

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

　?。?）太陽窗

　　在評價場地時，必須選擇一個日照好、全天無陰影的時間作為太陽能電池方陣的運行時間。這個最適宣的時間區(qū)間稱為“大陽窗”。

　　“太陽窗”概念可以放映場地的日照時間和路徑狀況。依據(jù)場地日照條件的不同，太陽窗可以選在上午9點~下午3點，也可以選在上午8:20～下午3:20等。在夏季里，太陽升起早日落卻很晚，日照時問比冬季要長得多，因此夏季的太陽窗比冬季的太陽窗開得天也就是方陣的可運行時間長。太陽窗大小除受季節(jié)影響外，還與場地周圍的環(huán)境條件有關(guān)：例如：場地東西兩側(cè)的高山、樹林和高大建筑物等都會減少太陽能電池方陣的運行時間。一年

　　四季的太陽窗時間是不同的。欲準(zhǔn)確地測定太陽窗，首先需要向氣象部門詢問當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)日出、日落時的太陽方位角和正午的太陽高度角，然后再根據(jù)場地的具體條件加以修正。如果僅需要近似的場地“太陽窗”時間，則通過目測即可。

　　如果僅從日照的時間長短評價場地，則”太陽窗“時間段達到上午9點～下午3點已經(jīng)滿足光伏系統(tǒng)發(fā)電條件。當(dāng)”太陽窗“時間段達到上午10點～下午2點時，說明該場之妁日照時間太短，應(yīng)檢查或清除周圍的障礙物或者考慮另外選擇場地。

　　（4）運輸條件

　　安裝現(xiàn)場應(yīng)考慮交通和運輸條件，附近應(yīng)有公路，便于光伏組件、控制柜、蓄電池等沒備的運輸。如果卡車不能到達現(xiàn)場，至少農(nóng)用車可以到達現(xiàn)場。

　　（5）供電條件

　　安裝現(xiàn)場應(yīng)離供電村莊較近，供電半徑不應(yīng)超過l千米，要考慮運行人員來往方便、低壓電纜的輸電損耗，另外要對供電負(fù)荷及增容潛力等作詳細(xì)調(diào)研。對于離網(wǎng)獨立村落電站，電網(wǎng)在短期內(nèi)不會延伸至此，以免不必要的重復(fù)建設(shè)和將來的電站搬遷等問題。