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(jī)”“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(xiàn)，將為人類利用新能源、新技術(shù)方面進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，在現(xiàn)實(shí)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(qiáng)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(xiàng)數(shù)據(jù)最近5~10年的累計(jì)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(jì)，在某些情況下仍需對其有效性進(jìn)行評估。

　　首先，當(dāng)一個(gè)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(jìn)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(shí)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(jì)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(jì)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(yàn)系數(shù)的方法進(jìn)行簡單換算，這對計(jì)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(jì)算問題，其數(shù)據(jù)庫中還往往儲(chǔ)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(jì)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(shí)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(shí)，方陣功率輸出特性將受到嚴(yán)重影響，在電池板上的一個(gè)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(jì)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(diǎn)～下午3點(diǎn)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(gè)比較大的問題，應(yīng)引起光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和光伏電站運(yùn)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(shí)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(huì)被遮擋;（2）每天上午9點(diǎn)～下午3點(diǎn)太陽能電池板上無陰影;（3）識別上午9點(diǎn)~下午3點(diǎn)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(dòng)太陽能電池方陣或增加容量，以彌補(bǔ)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(shí)，應(yīng)該進(jìn)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(gè)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(jià)，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(shí)間的更為有效的太陽輻射。

　?。?）測算方陣運(yùn)行時(shí)間

　　太陽能電池方陣接受陽光照射時(shí)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(yùn)行時(shí)間。

　　（3）太陽窗

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

　　“太陽窗”概念可以放映場地的日照時(shí)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(diǎn)~下午3點(diǎn)，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(shí)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(yùn)行時(shí)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(huì)減少太陽能電池方陣的運(yùn)行時(shí)間。一年

　　四季的太陽窗時(shí)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(shí)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(shí)間，則通過目測即可。

　　如果僅從日照的時(shí)間長短評價(jià)場地，則”太陽窗“時(shí)間段達(dá)到上午9點(diǎn)～下午3點(diǎn)已經(jīng)滿足光伏系統(tǒng)發(fā)電條件。當(dāng)”太陽窗“時(shí)間段達(dá)到上午10點(diǎn)～下午2點(diǎn)時(shí)，說明該場之妁日照時(shí)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。

　?。?）運(yùn)輸條件

　　安裝現(xiàn)場應(yīng)考慮交通和運(yùn)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(yùn)輸。如果卡車不能到達(dá)現(xiàn)場，至少農(nóng)用車可以到達(dá)現(xiàn)場。

　?。?）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(yùn)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(dú)立村落電站，電網(wǎng)在短期內(nèi)不會(huì)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。