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摘要：由于社会的不断发展、科技的不断进步，在促进社会生产力的同时也大大增加了能源的消耗，而太千家万户，并成为全球发展最快的行业之一。当前对于太阳能发电技术的研究已成为相关领域阳能这种新型的绿色可再生能源有效的解决了能源危机问题，太阳能相比于其他新能源具有较高的优势，所以被社会大众广泛关注。近几年随着科学技术的不断开发和应用，太阳能光伏发电系统走进了的重要课题。未来太阳能发电技术必将拥有广阔的应用前景。
關键词：太阳能光伏发电系统;发电系统效率;提升途径
能源危机已成为一个世界问题，对于可再生资源的开发科应用具有极其重要的现实意义。太阳能作为一种新型的清洁能源，对其不断地研究和利用日益广泛，其中光伏发电技术最为突出。太阳能光伏发电系统作为发电的主要形式之一，利用太阳光照射来收集能量，并将光能转化为电能。
1太阳能光伏发电系统的相关概论
（1）太阳能光伏发电系统定义
太阳电池组件在光照下形成电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，并将方阵电压保持在系统输入电压的标准，再利用充放电控制器补充蓄电池电量，将光能转换为电能贮存起来。太阳能电池组件（Solar cells）是一种P-V转换的固体装置，主要根据半导体材料的电子学特性研发而成，该装置为无电力网地区的广大用户提供生活用电，部分发达国家可并网区域电网进行资源共享。在我国更多在无电地区为生活用电提供支持的小型太阳能发电系统。
（2）太阳能光伏发电系统的系统组成
太阳能光伏系统的主要构成部分有：太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备。
（3）太阳能光伏发电系统的系统分类
太阳能光伏发电系统的类型有：独立光伏发电系统、并网光伏发电系统、分布式光伏发电系统三类。
①独立光伏发电系统又被称为离网光伏发电系统，系统的组成部件包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池，如果使用交流负载供电，还还外加交流逆变器。
②并网光伏发电系统主要是将太阳能组件产生的直流电利用并网逆变器转换成适合市电电网标准的交流电后输入公共电网。并网光伏发电系统通常服务于集中式大型并网光伏电站，其主要特性是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
③分布式光伏发电系统，也被称为分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，能够符合特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，也能够同时支撑这两个方面的要求。
2太阳能光伏发电系统的优势和不足
（1）优点
①太阳能是可再生能源无需但是能源耗竭问题，地球表面接收的光能，足够全球能源需求的一万倍。若在地球4%的沙漠里放置太阳能光伏系统，便可为全球用户提供电量。太阳能发电安全可靠不受燃料市场浮动的影响;
②太阳能随时随地可利用，减少了供电的输送距离，也降低了长距离输电线路的损失;
③系统使用的是太阳能而非燃料，系统运行的成本较低;
④太阳能发电系统无任何运动零件，不会产生损耗减少了维护工作，即使是在无人看守情况下依然可以使用;
⑤太阳能发电系统是一种环保设备不会创造任何垃圾、废料，整个发电过程无污染、无噪音等干扰，不会损害生态环境是一种良好的绿色能源;
⑥系统创建过程较短，使用简便快捷，并且依照负荷的升降可随意增加或减少太阳能方阵容量，防止出现资源浪费。
（2）缺点
①系统在地面应用上存在间歇性和随机性，发电量受天气情况影响，在无光照条件下就会停止或减少发电;
②系统能量密度不高，一般情况下地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2，使用规格越大占地面积越多;
③系统费用高昂，比常规发电的高出3-15倍，初期成本投入较大。
3提升太阳能发电系统发电效率的对策
（1）选择转换效率较高的半导体材料
太阳能电池板将光能转换成电能的效率就是太阳能光伏电池组件的转换效率。同样功率的电池板范围愈小转换效率愈高，对于半导体材料的选择和制造工艺的水平很大程度上影响着电能的转换率。现阶段对于提升晶硅太阳能电池的转换效率难以取得突破性进展，而化合物型太阳能电池的转换效率取决于光伏技术的开发和使用，由于对创新型太阳能电池不断研发，未来在太阳能电池板的转换率上将会达到40%以上。
（2）应用太阳跟踪控制方法
太阳跟踪控制法能够保证此刻太阳相对于光伏电池组件的高度角和方位角，使得太阳能电池板的跟随光照进行调整。现阶段应用的太阳跟踪算法主要有时钟定位法和光强比较法等。时钟定位法又称视日运动轨迹跟踪法，通过计算太阳运动轨迹得出此时太阳的方位，通过太阳能电池板转动的方位角和高度角的计算，输入控制电机完成太阳位置跟踪。此方式不用添加其他硬件设备，还能避免阴天关照定位不当等情况。
目前光伏发电的聚光反射技术包括：塔式、槽式和蝶式聚光技术，使得聚光效率有了很大的提升。塔式聚光技术是将光照通过定日镜射到电池板上，进而获得较大的光电转换率。槽式聚光技术是将光照利用抛物面槽式聚光镜面集中于焦线上，并将太阳能电池板安装于焦线上，将接收到的光能进行光电转换。蝶式聚光是将光照通过特殊结构的反光材料如平面镜反射后均匀的射入太阳能电池板上，提升单位电池板的发电效率。塔式反射聚光技术就是在系统中央装置接收器电池板;槽式反射聚光技术就是安装形状如槽的反射装置;碟式反射技术就是球柱面状的聚光反射装置。现阶段以上方法已被普遍的接受，而且三种方法中蝶式聚光技术的效率最高，槽式聚光技术目前已发展的较为成熟。塔式和槽式主要在太阳能热发电系统中应用较多。 （3）应用MPPT控制器结合MPPT算法
当下对于太阳能光伏发电系统利用率提升的有效方式是将MPPT控制器与MPPT相结合，保持系统以最大输出功率运行，使得光伏系统的转换率有所提升。以往使用MPPT跟踪算法有扰动观察法、恒压跟踪法、增量电导法等。擾动观察法是指周期性地比较此时光伏阵列的输出功率与前周期来调节输出电压进而实现MPPT。恒压跟踪法指在一定温度下，不同强度光下电池板的最大功率点基本落在同一垂直线的两侧，把最大功率线可以比作电压的一根垂直线。增量电导法采样dp和dv，判断dp/dv的符号。当其为0时证明在最大功率点上;当其小于0时证明运行在下坡段，必须降低电压;当其大于0时证明运行在上坡段，需要提升电压。
4太阳能光伏发电系统的发展现状及前景
4.1 太阳能光伏发电发展现状
我国十二五期间在新能源规划中太阳能光伏发电系统容量达到15GW，截止到2015年底已建成200个绿色能源示范县，大部分居民用上了可再生能源。我国在2011年增加了2.2GW发电量的太阳能板，在2012年增加了4-5GW。2011年，中国青海省格尔木市计划建立世界级光伏发电基地，格市24个光伏电站投入运行以来，实现安全并网容量573MW，已累计发电2.44亿千瓦时。
通过上述国家能源局资料看出，截至2013年底，太阳能发电累计装机容量为17.45GW，当年新增装机容量10.95GW。2014年中国太阳能发电累计装机容量已达28.05GW，同比增长60%，其中太阳能电站23.38GW，分布式4.67GW，年发电量共约25000GWh，同比增长超过200%。2014年我国新增装机容量10.6GW，约占全球新增装机的五分之一，占我国太阳能电池组件产量的三分之一，实现了《国务院关于促进太阳能产业健康发展的若干意见》中提出的平均年增10GW目标;其中太阳能电站8.55GW，分布式2.05GW。太阳能发电已呈东中西部共同发展格局。中东部地区新增装机容量达到5.6GW占全国的53%，江苏省新增1.52GW位居内蒙古自治区之后;河北省新增970MW名列全国前茅。西部省份中，内蒙古、青海、甘肃和宁夏较高。
4.2 太阳能光伏发电未来研究重点
根据国家能源局2016年12月份发布的《太阳能发展“十三五”规划》，截至2020年底，光伏发电装机达到1.05亿千瓦以上。在今年的政府工作报告中，“能源”一词总共被提到了五次，其中三次与“清洁”相搭配，一次与“可再生”相连。而此前发布的2017年中央一号文件，即《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》也明确提出，实施农村新能源行动，推进光伏发电，逐步扩大农村电力、燃气和清洁型煤供给。业内人士预计，光伏发电潜在市场应用规模将达到万亿元以上。
5结束语
由于对太阳能的持续开发及推广，我国太阳能光伏发电系统已走向了快速发展的道路。太阳能光伏发电系统是一种新型清洁的环保装置，具有较高的技术含量，且运行过程不会产生较高的成本，是对传统发电模式的一次巨大创新。为了进一步提升光伏发电的效率，就要不断的探究太阳能光伏电池的新材料，从而禁烧发电成本，满足广大人民群众的需求。我国对光伏产业发展提供了有力支持，大力开发国内市场，使得光伏发电系统在国内获得普遍的使用，加强光伏产业的良性竞争，有效促进光伏产品的优化与创新，为我国的供电系统创造新局面。
参考文献：
[1]郑晓斌， 张琼. 太阳能光伏发电系统效率提升的研究[J]. 机电技术， 2014（6）：61-63.
[2]钟智炬. 太阳能光伏发电系统效率浅谈--如何提高系统效率，增加发电收益[J]. 科学与财富， 2015（7）：110-110.
（作者单位：南京南瑞水利水电科技有限公司）
關键词：太阳能光伏发电系统;发电系统效率;提升途径
能源危机已成为一个世界问题，对于可再生资源的开发科应用具有极其重要的现实意义。太阳能作为一种新型的清洁能源，对其不断地研究和利用日益广泛，其中光伏发电技术最为突出。太阳能光伏发电系统作为发电的主要形式之一，利用太阳光照射来收集能量，并将光能转化为电能。
1太阳能光伏发电系统的相关概论
（1）太阳能光伏发电系统定义
太阳电池组件在光照下形成电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，并将方阵电压保持在系统输入电压的标准，再利用充放电控制器补充蓄电池电量，将光能转换为电能贮存起来。太阳能电池组件（Solar cells）是一种P-V转换的固体装置，主要根据半导体材料的电子学特性研发而成，该装置为无电力网地区的广大用户提供生活用电，部分发达国家可并网区域电网进行资源共享。在我国更多在无电地区为生活用电提供支持的小型太阳能发电系统。
（2）太阳能光伏发电系统的系统组成
太阳能光伏系统的主要构成部分有：太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备。
（3）太阳能光伏发电系统的系统分类
太阳能光伏发电系统的类型有：独立光伏发电系统、并网光伏发电系统、分布式光伏发电系统三类。
①独立光伏发电系统又被称为离网光伏发电系统，系统的组成部件包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池，如果使用交流负载供电，还还外加交流逆变器。
②并网光伏发电系统主要是将太阳能组件产生的直流电利用并网逆变器转换成适合市电电网标准的交流电后输入公共电网。并网光伏发电系统通常服务于集中式大型并网光伏电站，其主要特性是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
③分布式光伏发电系统，也被称为分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，能够符合特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，也能够同时支撑这两个方面的要求。
2太阳能光伏发电系统的优势和不足
（1）优点
①太阳能是可再生能源无需但是能源耗竭问题，地球表面接收的光能，足够全球能源需求的一万倍。若在地球4%的沙漠里放置太阳能光伏系统，便可为全球用户提供电量。太阳能发电安全可靠不受燃料市场浮动的影响;
②太阳能随时随地可利用，减少了供电的输送距离，也降低了长距离输电线路的损失;
③系统使用的是太阳能而非燃料，系统运行的成本较低;
④太阳能发电系统无任何运动零件，不会产生损耗减少了维护工作，即使是在无人看守情况下依然可以使用;
⑤太阳能发电系统是一种环保设备不会创造任何垃圾、废料，整个发电过程无污染、无噪音等干扰，不会损害生态环境是一种良好的绿色能源;
⑥系统创建过程较短，使用简便快捷，并且依照负荷的升降可随意增加或减少太阳能方阵容量，防止出现资源浪费。
（2）缺点
①系统在地面应用上存在间歇性和随机性，发电量受天气情况影响，在无光照条件下就会停止或减少发电;
②系统能量密度不高，一般情况下地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2，使用规格越大占地面积越多;
③系统费用高昂，比常规发电的高出3-15倍，初期成本投入较大。
3提升太阳能发电系统发电效率的对策
（1）选择转换效率较高的半导体材料
太阳能电池板将光能转换成电能的效率就是太阳能光伏电池组件的转换效率。同样功率的电池板范围愈小转换效率愈高，对于半导体材料的选择和制造工艺的水平很大程度上影响着电能的转换率。现阶段对于提升晶硅太阳能电池的转换效率难以取得突破性进展，而化合物型太阳能电池的转换效率取决于光伏技术的开发和使用，由于对创新型太阳能电池不断研发，未来在太阳能电池板的转换率上将会达到40%以上。
（2）应用太阳跟踪控制方法
太阳跟踪控制法能够保证此刻太阳相对于光伏电池组件的高度角和方位角，使得太阳能电池板的跟随光照进行调整。现阶段应用的太阳跟踪算法主要有时钟定位法和光强比较法等。时钟定位法又称视日运动轨迹跟踪法，通过计算太阳运动轨迹得出此时太阳的方位，通过太阳能电池板转动的方位角和高度角的计算，输入控制电机完成太阳位置跟踪。此方式不用添加其他硬件设备，还能避免阴天关照定位不当等情况。
目前光伏发电的聚光反射技术包括：塔式、槽式和蝶式聚光技术，使得聚光效率有了很大的提升。塔式聚光技术是将光照通过定日镜射到电池板上，进而获得较大的光电转换率。槽式聚光技术是将光照利用抛物面槽式聚光镜面集中于焦线上，并将太阳能电池板安装于焦线上，将接收到的光能进行光电转换。蝶式聚光是将光照通过特殊结构的反光材料如平面镜反射后均匀的射入太阳能电池板上，提升单位电池板的发电效率。塔式反射聚光技术就是在系统中央装置接收器电池板;槽式反射聚光技术就是安装形状如槽的反射装置;碟式反射技术就是球柱面状的聚光反射装置。现阶段以上方法已被普遍的接受，而且三种方法中蝶式聚光技术的效率最高，槽式聚光技术目前已发展的较为成熟。塔式和槽式主要在太阳能热发电系统中应用较多。 （3）应用MPPT控制器结合MPPT算法
当下对于太阳能光伏发电系统利用率提升的有效方式是将MPPT控制器与MPPT相结合，保持系统以最大输出功率运行，使得光伏系统的转换率有所提升。以往使用MPPT跟踪算法有扰动观察法、恒压跟踪法、增量电导法等。擾动观察法是指周期性地比较此时光伏阵列的输出功率与前周期来调节输出电压进而实现MPPT。恒压跟踪法指在一定温度下，不同强度光下电池板的最大功率点基本落在同一垂直线的两侧，把最大功率线可以比作电压的一根垂直线。增量电导法采样dp和dv，判断dp/dv的符号。当其为0时证明在最大功率点上;当其小于0时证明运行在下坡段，必须降低电压;当其大于0时证明运行在上坡段，需要提升电压。
4太阳能光伏发电系统的发展现状及前景
4.1 太阳能光伏发电发展现状
我国十二五期间在新能源规划中太阳能光伏发电系统容量达到15GW，截止到2015年底已建成200个绿色能源示范县，大部分居民用上了可再生能源。我国在2011年增加了2.2GW发电量的太阳能板，在2012年增加了4-5GW。2011年，中国青海省格尔木市计划建立世界级光伏发电基地，格市24个光伏电站投入运行以来，实现安全并网容量573MW，已累计发电2.44亿千瓦时。
通过上述国家能源局资料看出，截至2013年底，太阳能发电累计装机容量为17.45GW，当年新增装机容量10.95GW。2014年中国太阳能发电累计装机容量已达28.05GW，同比增长60%，其中太阳能电站23.38GW，分布式4.67GW，年发电量共约25000GWh，同比增长超过200%。2014年我国新增装机容量10.6GW，约占全球新增装机的五分之一，占我国太阳能电池组件产量的三分之一，实现了《国务院关于促进太阳能产业健康发展的若干意见》中提出的平均年增10GW目标;其中太阳能电站8.55GW，分布式2.05GW。太阳能发电已呈东中西部共同发展格局。中东部地区新增装机容量达到5.6GW占全国的53%，江苏省新增1.52GW位居内蒙古自治区之后;河北省新增970MW名列全国前茅。西部省份中，内蒙古、青海、甘肃和宁夏较高。
4.2 太阳能光伏发电未来研究重点
根据国家能源局2016年12月份发布的《太阳能发展“十三五”规划》，截至2020年底，光伏发电装机达到1.05亿千瓦以上。在今年的政府工作报告中，“能源”一词总共被提到了五次，其中三次与“清洁”相搭配，一次与“可再生”相连。而此前发布的2017年中央一号文件，即《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》也明确提出，实施农村新能源行动，推进光伏发电，逐步扩大农村电力、燃气和清洁型煤供给。业内人士预计，光伏发电潜在市场应用规模将达到万亿元以上。
5结束语
由于对太阳能的持续开发及推广，我国太阳能光伏发电系统已走向了快速发展的道路。太阳能光伏发电系统是一种新型清洁的环保装置，具有较高的技术含量，且运行过程不会产生较高的成本，是对传统发电模式的一次巨大创新。为了进一步提升光伏发电的效率，就要不断的探究太阳能光伏电池的新材料，从而禁烧发电成本，满足广大人民群众的需求。我国对光伏产业发展提供了有力支持，大力开发国内市场，使得光伏发电系统在国内获得普遍的使用，加强光伏产业的良性竞争，有效促进光伏产品的优化与创新，为我国的供电系统创造新局面。
参考文献：
[1]郑晓斌， 张琼. 太阳能光伏发电系统效率提升的研究[J]. 机电技术， 2014（6）：61-63.
[2]钟智炬. 太阳能光伏发电系统效率浅谈--如何提高系统效率，增加发电收益[J]. 科学与财富， 2015（7）：110-110.
（作者单位：南京南瑞水利水电科技有限公司）