2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

　　（1）光伏電池：光伏電池是光電轉(zhuǎn)換的最小基本單元，尺寸一般為 4平方厘米到100平方厘米不等。單體光伏電池的工作電壓約為 0.5V，工作電流約為20到25mA/c㎡，由于單體光伏電池容量有限，一般不能單獨(dú)使用。將光伏電池獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池陣列、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖 2.2 所示［26-28］。

　　單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為光伏電池組件，其功一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)電源使用的最小單元。光伏電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了光伏方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。

　?。?）控制器：控制器是能自動防止蓄電池組過充電和過放電并具有簡單測量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組被過充電或過放電后將嚴(yán)重影響其性能和壽命，充放電控制器在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中一般是必不可少的。

　　（3）逆變器：逆變器是將直流電變換成交流電的電子設(shè)備。由于光伏電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的光伏電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。

　?。?）蓄電池組件：蓄電池組件作用是儲存光伏電池方陣受光照時(shí)所發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。目前我國與光伏電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。

　　2.2光伏電池的特性

　　在無光的環(huán)境下，光伏電池的輸出伏安特性與二極管相似。根據(jù)光伏電池的輸出特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，光伏電池單元可以等效為如圖2-2所示的電路。等效電路由一個(gè)二極管、一個(gè)電流源、一個(gè)阻抗較高的電阻和一個(gè)阻抗較低的電阻相串聯(lián)組成。圖中，為電池產(chǎn)生的電流，為經(jīng)過二極管的電流，I為電池的輸出電流。在電路模型中，電流源產(chǎn)生的屯流與入射到電池上的光強(qiáng)強(qiáng)度成正比關(guān)系，受溫度的影響比較少;串聯(lián)電阻是為了使模型更加準(zhǔn)確的表征從電池最大功率點(diǎn)到開路電壓這個(gè)范圍內(nèi)的伏安特性，并聯(lián)電阻為了使模型更加準(zhǔn)確的表征從電池的最大功率點(diǎn)到零工作電壓這個(gè)范圍內(nèi)的伏安特性。

　　由單體光伏電池等效電路可得出：

　　Iph - Id = Ish 2-1

　　其中Iph是光伏電池的光電流，Id是通過二極管的電流，U是通過并聯(lián)電阻的電流，I是光伏電池的輸出電流。

　　2.3 影響光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的因素

　　由于受很多氣象因素影響，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是不穩(wěn)定和難以控制的。影響太陽能光伏系統(tǒng)功率輸出的因素很多，關(guān)系很復(fù)雜，有些文獻(xiàn)甚至列舉了修正系數(shù)來使模型更好的反映這些因素。實(shí)際上現(xiàn)場條件和運(yùn)行情況變化無常，既無法事先確定各因素大小，也完全沒有必要作如此細(xì)致的區(qū)分。因此，本文只考慮如下幾個(gè)主要因素：太陽福照強(qiáng)度、組件溫度和太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。

　　1.太陽福照強(qiáng)度

　　發(fā)電功率隨著太陽輻照強(qiáng)度的波動而變化，太陽福射強(qiáng)度是影響輸出功率的主要因素。當(dāng)太陽電池的面積確定時(shí)，其輸出電流與太陽福照強(qiáng)度成正比，因此，當(dāng)太陽福照強(qiáng)度增加時(shí)，光伏系統(tǒng)輸出功率也會隨之增加。而太陽福照強(qiáng)度是由許多不確定因素決定，如季節(jié)和地理位置等。此外，天氣情況、太陽照射角度、觀測円期、時(shí)間和云量都會對太陽福照度造成很大影響。由于受太陽輻射度的影響，光伏輸出功率有很強(qiáng)的周期性，包括日周期和年周期。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常在上午8:00和下午5:00之間產(chǎn)生輸出，因此在并網(wǎng)時(shí)會對電網(wǎng)產(chǎn)生周期性的不穩(wěn)定影響。因?yàn)樘柛Ｕ諒?qiáng)度具有隨機(jī)性，使得確定光伏系統(tǒng)各方陣面上各個(gè)時(shí)段太陽福照量的確切值變得相當(dāng)困難，只能參考?xì)庀笈_的歷史資料記錄，但是通常氣象臺站提供的是水平面上的太陽福照量，若要使用其進(jìn)行預(yù)測，需要轉(zhuǎn)換為傾斜方陣面上的福照量。太陽福照強(qiáng)度可定義為照射到單位時(shí)間單位面積上的太陽光能量（單位：w/㎡）。太陽福射經(jīng)過大氣，其中部分到達(dá)地面，稱為直接太陽福射;另一部分被大氣分子及大氣中的水汽、塵埃等反射、散射和吸收。被散射的太陽光包括返回宇宙空間的部分和到達(dá)地面的部分，到達(dá)地面的部分太陽光稱為散射太陽福射。直接太陽福射和散射太陽福射之和稱為總福射，為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所利用。影響太陽總輻射強(qiáng)度的因素可歸納總結(jié)如下：

　?。?）太陽光入射角h：入射角越大太陽總福射越大；（2）大氣透明度P； 大氣透明度低會減少到達(dá)地面的太陽福射；（3）大氣質(zhì)量m，m越大，到達(dá)地面的太陽總輻射越少。此外，海拔、煒度、云量和坡度坡向等也有直接或間接的影?。唬?）煒度：諱度越尚，太陽光入射角越小，故總福射越低;（5）海拔越高，地面接受的太陽直接福射越強(qiáng);（6）坡度坡向：南北回歸線以南以北地區(qū)，明顯表現(xiàn)出南坡向陽、北坡背陰，并且冬季比夏季更加顯著；（7）云量：一般情況下，云層越厚，云量越大，太陽直接福射越弱，散射福射量增加。

　　光伏電池的溫度觀察公式，可以發(fā)現(xiàn)溫度對太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率也有一定的影響，與轉(zhuǎn)換效率成反比。高溫會降低光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。溫度升高1攝氏度晶體娃電池的輸出電壓就會大約降低0.5%，所以盡量保證安電池板在安裝以后上下面的空氣流通以達(dá)到盡可能低的溫度。太陽能電池內(nèi)部的溫度一般會高于環(huán)境溫度，實(shí)際運(yùn)行中的太陽能電池的溫度由多個(gè)參數(shù)決定，包括太陽福照強(qiáng)度、地面福射量、環(huán)境溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、浮塵等，很難準(zhǔn)確計(jì)算得出。為了簡化預(yù)測過程，也可以假設(shè)電池內(nèi)部的溫度與外部環(huán)境溫度相等。