光伏系统发电效率的影响因素

光伏系统发电效率的影响因素
摘要：光伏发电是可再生和清洁的能源,是国家大力提倡和扶持的电力产业,
具有广阔的发展前景。

面对激烈的新能源市场竞争,光伏电站的稳定运行和高效
发电,将影响企业的持续发展。

关键词：光伏发电；发电效率；影响因素
1光伏组件发电量的影响因素
光伏发电的全部能量来自于太阳，所以，光伏方阵所能获得的辐照度决定了
它的发电量。

当安装地点确定之后，地理纬度、海拔高度、大气质量、大气透明度、日照时间等因素就确定了，此时光伏发电量主要受组件的安装倾角、方位角
和阴影遮挡影响。

1.1安装倾角
安装倾角是光伏组件与水平面的夹角，为了使光伏组件能够接收到更多的有
效辐射，太阳光线的入射角应当越小越好，这就要求光伏组件倾斜放置。

通常情
况下，为了使年发电量达到最大，选取的组件倾角一般等于当地的地理纬度。

在
不同的安装地点和不同的用电需求下，使发电量取得最大值的最佳倾角会有不同。

1.2方位角
方位角是光伏组件法线在水平面上的投影与正南方向的夹角，同样，为了使
光伏组件能够接收到更多的太阳辐射，理论上光伏组件的方位角随太阳方位角变
化时，光伏组件的发电量会达到最大。

鉴于此，可通过跟踪安装方式，将光伏组
件安装在一个旋转轴上，运行时跟踪太阳运行的方位角，从而提高其发电量。

1.3忽视清洁
如果电站的光伏阵列安装的时间较长，由于空气中细小颗粒的影响，往往会
在光伏阵列的表面形成一定量的积灰，表面积灰的存在也会大大降低光伏系统的
发电效率。

据相关研究表明，因积灰影响，光伏系统发电效率平均可降低17%。

当积灰严重时，效率降低甚至能达到40%以上，其巨大的经济损失将不可想象。

综合以上分析，光伏阵列需要进行定期的维护和清洁，才能保证发电效率不受积灰的影响。

2.提高光伏发电系统发电效率的措施
2.1光伏组件安装方式
太阳辐射强度较大时，光伏组件的发电量大，且此时电池的转换效率较高，然而太阳辐射强度在早晨和傍晚时分是较弱的，且在其它不同的时间，辐射强度是不同的，所以此时就需要考虑如何安装光伏组件，从而使其得到更长时间的太阳辐射就显得十分重要了。

以太阳辐照的角度为基础，光伏阵列的安装方式可以分为跟踪式和固定式。

跟踪式是有一个可追踪太阳高度角或(和)方位角的旋转光伏支架，将光伏组件安装在支架上，从而最大程度地使太阳光时刻都垂直照射光伏组件，接收更多的太阳光。

由于不同地区的太阳高度角、方位角不同，所以当在进行光伏电站的建设时，就需要考虑电站所在地理位置的组件最佳安装倾角。

如果可以确定所在地理位置的最佳安装倾角时，为了节省安装成本，考虑选用固定式安装方式，从而使得组件与水平面形成固定不变的倾角。

这两种光伏组件安装方式中，前者安装成本和维护成本均较高，但是可以获得较大的发电量及较高的发电效率。

后者安装成本低、设计简单便捷，因此应用最为广泛，但接收的太阳能辐射量较前者少，光伏系统发电效率较低。

2.2交直流线损
光伏发电系统中，众多的设备需要电力线路进行连接，而且光伏阵列之间也是需要进行串并联连接的，较多的交直流线路产生的损耗此时是不能忽略的，这就需要将交直流线路损耗考虑进电站的建设中。

为了降低交直流的线路损耗，有以下两种方法：一是选用半径较大的光伏电缆；二是在光伏阵列部分尽量多地串联光伏组件，这样可以提高阵列的输出电压，降低输出电流。

3.未来光伏发电技术的发展趋势
3.1薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池相比晶硅太阳能电池具有材料消耗少、能耗低、成本低、可
柔性、重量轻、弱光性好、可透光等优势，在BIPV、分布式电站、移动电源、便
携式可穿戴等领域具有广阔的应用前景，目前占据10%左右的市场份额。

传统的
薄膜太阳能电池主要包括硅基、砷化镓（GaAs）、铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）等。

硅基薄膜太阳能电池包括非晶硅、微晶硅等薄膜太阳能电池，但当前相比晶
硅太阳能电池从电池性能及成本上无明显优势，技术提升空间相对较为有限。

GaAs具有最高的转换效率、带隙合适、吸收效率高、抗辐照能力强、耐高温等优点，在空间应用、无人机等领域具有很大的发展前景。

目前单结单晶及薄膜GaAs
电池实验室最高光电转换效率分别为27.8%及29.1%[5]。

两结及三结非聚光型电
池实验室最高效率已分别达32.9%及39.5%。

但GaAs材料价格十分昂贵，制备步
骤复杂，设备技术独特，成本过高，且Ga稀缺，As潜在毒性，限制了GaAs的规
模化普及应用，极少在地面应用，目前尚未大规模量产。

目前能够商品化的薄膜太阳能电池主要有CIGS及CdTe电池。

CIGS稳定性好、成本低、不衰退、弱光性能好，目前实验室光电转换效率记录为23.4%。

我国当
前CIGS小电池片（≤1cm2）实验室最高光电转换效率记录为23.2%，组件量产产
线平均效率为16.5%左右。

柔性CIGS组件的最高光电转换效率及量产平均光电转
换效率分别为17.3%及16.1%。

预计未来随着工艺技术进步、设备性能改善，
CIGS光电转换效率仍有较大提升空间。

中国建材集团有限公司、中山瑞科新能源
有限公司等也在CdTe量产组件方面取得进展。

中山瑞科CdTe1200×600标准组
件单块功率突破120W，转换效率达到了16.7%。

CdTe稳定性高、弱光性能好、热
斑效应小、无光致衰减效应、适合柔性，光电转换效率未来仍有较大提升空间。

但目前CdTe本身材料具有一定的局限性、原料Te储量有限、CdTe材料的污染问
题等，未来需要开发环境友好替代材料、高效回收循环利用等技术，克服技术瓶颈，在提高量产组件光电转换效率的同时，推动产业规模扩大，进一步降低成本。

3.2n型晶体硅太阳电池技术
从未来太阳电池技术的发展趋势来看，随着以n型隧穿氧化层钝化接触(n-TOPCon)单晶硅太阳电池和异质结(HJT)单晶硅太阳电池为代表的n型晶体硅太阳
电池新建生产线的逐步投产、生产规模的逐步扩大、设备和材料的国产化率逐步
提升、设备价格和生产成本的逐步下降、产品性能和竞争力的逐步提升，以及生
产工艺的逐步优化，该类太阳电池将凭借比PERC晶体硅太阳电池更高的光电转
换效率和更低的衰减率快速提升其市场份额。

3.3n-TOPCon单晶硅太阳电池技术
在包含n-TOPCon单晶硅太阳电池、HJT单晶硅太阳电池、IBC单晶硅太阳电
池在内的n型晶体硅太阳电池技术中，虽然n-TOPCon单晶硅太阳电池和HJT单
晶硅太阳电池均已形成了吉瓦级生产能力，但二者的实际产量却较低，尚处于量
产验证阶段；IBC单晶硅太阳电池由于生产工艺复杂、生产成本高，目前生产企
业主要以美国SunPower公司为主，且国内仅有数条实验生产线，并未实现量产。

而相对HJT单晶硅太阳电池而言，n-TOPCon单晶硅太阳电池有望更快实现大规模
量产。

结束语
随着光伏发电行业逐步发展及新能源规划逐步推进,光伏发电系统中影响发
电量因素分析将受到更多研究与关注,并对大力积极推进发展清洁电力能源提供
帮助。

参考文献
[1]王明睿,王明馨,任佳星.基于数据挖掘技术的沈阳地区分布式光伏实际发
电效率研究[J].现代信息科技,2021,5(16):49-54+58.
[2]郑伟烁,吴芳芳,郑文悦,陈玲,林雪,马永超.一种光伏电站发电效率多参
数综合评估模型及仿真验证[J].电测与仪表,2021,58(12):96-103.。