光伏发电系统发电效率研究

由于能源危机和环境恶化问题的日益加重,太阳能光伏发电凭借其特有优势得到了快速发展,但光伏发电相对于其它可再生能源存在发电成本偏高和发电效率偏低的问题,因此对这两大问题的研究将会极大地促进光伏发电应用的推广。本文以对光伏发电系统进行发电量估算和效率优化为目的,建立了完整的光伏发电系统模型,主要包括太阳辐射、光伏电池、不同跟踪下的光伏阵列、电缆、汇流箱和逆变器效率模型。 在实际中,影响光伏阵列发电量的主要因素包括阵列的安装角度、遮挡、电缆和弱光。本文基于上述所建立的光伏发电系统模型研究了建筑物表面朝向和倾角对光伏组件所接受到的年辐照量的影响,并在MATLAB中建立了可模拟光伏组件反向特性的工程适用模型,针对光伏组件、光伏组串、光伏阵列在局部遮挡下的输出特性、电缆失配和弱光条件所导致的发电量损失进行了详细分析,通过仿真得出了不同阵列规模下的阴影最优分布规律和组串式MPPT的适用条件,为光伏发电系统效率优化奠定了理论基础。 然后基于以上理论分析提出了局部遮挡下的光伏阵列配置优化方案和改进后的群控拓扑方案,光伏阵列配置优化方案可在不增加光伏发电系统控制难度的条件下降低阴影对阵列发电量的影响,改进后的群控拓扑优化方案不仅能提高弱光下的发电效率、拓宽阵列的有效输出功率范围,同时能保证强光下各个光伏阵列单元独立运行,缩小阴影影响范围。 最后在LabVIEW中建立了光伏发电系统的发电量和发电效率估算系统,该系统可以对光伏电站进行有效后评估,其中间输出量如太阳高度角、方位角、跟踪装置的跟踪角等参数对于后续研究具有重要意义,且该系统实现了界面化和模块化,具有解算速度较快、适用性较强的优点。并以鄯善地区20MW为例进行了仿真分析,仿真得出平单轴跟踪、斜单轴跟踪、竖直单轴跟踪和双轴跟踪的最佳跟踪角范围,通过比较采用各种跟踪方式所增加的成本回收年数确定了鄯善地区的最佳跟踪方式。