陳劍波+李林++岳畏畏

摘 要：全球性的能源危機(jī)把太陽能的開發(fā)利用推向眾人矚目的至高點(diǎn)。TPV（雙軸追蹤式光伏發(fā)電）系統(tǒng)因比FPV（固定式光伏發(fā)電）系統(tǒng)具有更強(qiáng)的發(fā)電能力而備受關(guān)注，為推進(jìn)TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)的實用進(jìn)程，對該兩種系統(tǒng)運(yùn)行特性進(jìn)行研究很有必要。通過理論計算驗證了TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示在實驗期間的8至11月份TPV系統(tǒng)總發(fā)電量平均比FPV系統(tǒng)大16%左右，推測出上海地區(qū)全年TPV系統(tǒng)發(fā)電量比FPV系統(tǒng)大16%左右，在西北地區(qū)這一優(yōu)勢將進(jìn)一步擴(kuò)大。室外日輻照總量越大，系統(tǒng)的發(fā)電量也就越大，當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12～25%左右；當(dāng)水平面日輻照總量<2kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量低20%左右。針對陰雨天TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)發(fā)電量，從光伏系統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)電原理上進(jìn)行深度解析，得出相關(guān)結(jié)論并提出相應(yīng)應(yīng)對策略。為TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)的實用性研究、推廣提供較重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽能； TPV； FPV； 發(fā)電量； 輻照度； 策略

引言：

能源危機(jī)的形勢日益嚴(yán)峻，人們越來越多的把目光聚焦于無污染、儲量豐富的太陽能。目前太陽能光伏發(fā)電使用的主要系統(tǒng)形式是FPV系統(tǒng)和TPV系統(tǒng)。

TPV系統(tǒng)能夠保持太陽能電池板隨時正對太陽，使太陽光的光線隨時垂直照射太陽能電池板的動力裝置，與FPV系統(tǒng)相比，TPV系統(tǒng)將增加大于35%的太陽輻射接收量，顯著提高發(fā)電量。

影響太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的因素主要有太陽輻照度、光伏系統(tǒng)組件背板溫度、室外溫度、風(fēng)速、組件的材料等，文章通過實驗數(shù)據(jù)對太陽輻照度和背板溫度這兩個主要影響因素進(jìn)行重點(diǎn)分析。

本文理論驗證了所采集實驗數(shù)據(jù)的正確性，得出TPV系統(tǒng)總發(fā)電量平均比FPV系統(tǒng)大16%左右、輻照總量越大光伏系統(tǒng)的發(fā)電量越大的結(jié)論。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12～25%左右；當(dāng)水平面日輻照總量<2kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量低20%左右。同時通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)陰雨天氣（水平面日輻照總量<2kWh/㎡）TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)發(fā)電量。針對這種現(xiàn)象，從短波輻射使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生光生電流、長波輻射使光伏系統(tǒng)發(fā)熱的運(yùn)行機(jī)理上進(jìn)行分析，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)提出相應(yīng)改進(jìn)策略，對追蹤式太陽能光伏光伏利用有極大的促進(jìn)作用。

1.實驗裝置

1.1 太陽能光伏系統(tǒng)原理

如圖1，由監(jiān)控數(shù)據(jù)采集器對實驗條件下室外溫度、水平面太陽輻照度以及逆變器前后的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并傳至計算機(jī)進(jìn)行顯示、存儲。光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成電壓合適的交流電進(jìn)行并網(wǎng)也可以配送至用電設(shè)備直接使用。

1.2 實驗裝置

如圖2所示，太陽能光伏系統(tǒng)，由7塊大小為158mm×83mm的太陽能光伏系統(tǒng)組成。采用時控的控制方式，即根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)緯坐標(biāo)和時間，利用天文學(xué)計算公式，計算太陽所處天空的坐標(biāo)，然后驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動支架進(jìn)行追蹤。采集的信息主要包括直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流等，進(jìn)而可以獲得發(fā)電功率、日發(fā)電累計以及總發(fā)電量累計等信息。

環(huán)境監(jiān)測儀主要對水平面輻照度、室外風(fēng)速、風(fēng)向以及室外溫度進(jìn)行采集。信息會自動存儲至計算機(jī)，并可隨時提取。

太陽能光伏系統(tǒng)具體監(jiān)控系統(tǒng)框圖如下所示：

2.太陽能光伏系統(tǒng)驗證計算：

2.1 時控太陽方位計算

2.2 傾斜面上輻照度計算

2.3 太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量計算

從圖4、圖5中可以看出，兩種系統(tǒng)功率實測值跟理論值數(shù)值及趨勢都是十分相符的。除個別誤差較大點(diǎn)外，F(xiàn)PV系統(tǒng)實測值與理論值平均誤差為4.5%，TPV系統(tǒng)實測值與理論值平均誤差為5.6%。誤差較小，在可接受范圍之內(nèi)，證明實驗的準(zhǔn)確度是較高的，實驗數(shù)據(jù)具有較高的可信度。

3.實驗結(jié)果分析

影響太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的主要因素有太陽輻照度和光伏組件背板溫度。下文對這兩個影響因素進(jìn)行了具體分析，并對TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)發(fā)電量情況進(jìn)行了比較分析。

3.1 輻照度對系統(tǒng)發(fā)電功率的影響

由圖6可以看出，晴天狀態(tài)下TPV系統(tǒng)功率大于FPV系統(tǒng)，但中午11：00至13：00這一特點(diǎn)不明顯，此時兩系統(tǒng)功率較為接近。經(jīng)分析，其原因是中午時刻TPV系統(tǒng)方位角及傾斜角與FPV系統(tǒng)接近，所接收的太陽輻射量相差不大，因而功率接近；其他時間由于TPV系統(tǒng)可以自動追蹤太陽運(yùn)行軌跡，可以接收更多的太陽能，因而功率比FPV系統(tǒng)大。

3.2 背板溫度對系統(tǒng)發(fā)電效率的影響

由圖7可知：相對于TPV組件，背板溫度對FPV組件發(fā)電效率的影響程度更加明顯。背板溫度升高時FPV組件發(fā)電效率會隨之下降。背板溫度平均每升高1度FPV組件效率下降0.33%；相對而言，背板溫度的變化對TPV組件發(fā)電效率的影響不大。隨背板溫度的升高，TPV組件效率上下波動，并無明顯升高或降低趨勢。從圖中可以看出：組件背板溫度較低時（背板溫度在40℃以下），F(xiàn)PV組件效率大于TPV組件效率，此時對兩組件發(fā)電量差異影響比較大的因素是背板溫度和太陽輻照度；組件背板溫度較高時（背板溫度大于40℃），兩組件發(fā)電效率差異減小，此時對兩組件發(fā)電量差異影響比較大的因素是太陽輻照度。

3.3 TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)發(fā)電量比較

3.3.1 TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)月發(fā)電量比較

實驗對比分析了實驗期間8至11月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)月發(fā)電量，得到如下結(jié)果：

通過圖8可以看出，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，11月份甚至高達(dá)20%，充分顯示了TPV系統(tǒng)相對于FPV系統(tǒng)在發(fā)電量方面的優(yōu)越性。

通過圖9可以看出，試驗期間的8、9、10、11月份上海地區(qū)月總輻射量各有差異。其中9月份月總輻射量最大，可達(dá)450MJ/m2；11月分月總輻射量最小為275MJ/m2。同時也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗期間的8、9月份月總輻射量相類似；1、2、3、12月份月總輻射量與試驗期間的11月份月總輻射量類似。因此實驗期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實際情況。因此，我們可以確信的推斷：對于全年運(yùn)行特性而言，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，這一優(yōu)勢在西北地區(qū)會更加明顯。

3.3.2 TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量比較

對9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對比分析，得到如下結(jié)果：

圖10為9月份FPV系統(tǒng)與TPV系統(tǒng)日發(fā)電量及日輻照總量。由上圖可以看出，晴好天氣下，TPV系統(tǒng)最大發(fā)電量可以達(dá)到8.8kWh，相對應(yīng)當(dāng)天的FPV系統(tǒng)也達(dá)該月最高值，其發(fā)電量為7.1kWh。由圖知，室外輻照總量越大，兩系統(tǒng)發(fā)電量也都越大。日輻照總量越大，TPV系統(tǒng)發(fā)電量比FPV系統(tǒng)發(fā)電量增加比例越大。就空間而言，我國太陽輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12～25%左右。但當(dāng)水平面日輻照總量<2kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。

數(shù)據(jù)表明晴天狀況下TPV系統(tǒng)發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)，但陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)發(fā)電量反而低于FPV系統(tǒng)約16至25個百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實驗預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對這種現(xiàn)象進(jìn)行了合理的解釋。

3.4 陰雨天TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)發(fā)電量比較

3.4.1原因分析

從實驗數(shù)據(jù)中，我們注意到陰雨天氣TPV系統(tǒng)的發(fā)電效率要低于FPV系統(tǒng)。下面來分析一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

“光伏效應(yīng)”簡單的說就是半導(dǎo)體材料在高能量光束的照射下，電子和空穴被分離，形成光生電動勢，即光生電壓。其工作原理見圖11。

光伏系統(tǒng)發(fā)電主要是依賴于太陽輻射中的短波輻射，因為只有輻射中所含的能量足夠大才能讓半導(dǎo)體中的電子跟空穴分離進(jìn)而產(chǎn)生光生電壓。因此，只有短波輻射才具有使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生光生電壓的能力。短波輻射由于所含能量較低，只能讓電子在空穴中產(chǎn)生震動，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽輻射能量較高的短波輻射比重大，因而TPV系統(tǒng)在接收短波輻射輻射量大于固定式光伏系統(tǒng)的條件下，發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)；陰雨天氣，到達(dá)地面的太陽輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長波輻射占據(jù)輻射中相當(dāng)大的比重。因此TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)可以有足夠的產(chǎn)熱量，可以使兩系統(tǒng)維持一個比較低的溫度。而由圖7得出的結(jié)論可知，在溫度和輻射量較低的時候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時由于輻射量較低，兩系統(tǒng)接收輻射量接近，因而TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

3.4.2 應(yīng)對策略淺析

陰雨天氣之所以TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，主要在于太陽輻射中的長波輻射比重上升，使TPV系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱量大于FPV系統(tǒng)，因而使TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

針對這種情況，提出如下運(yùn)行策略：晴朗天氣維持各光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行；當(dāng)陰雨天氣來臨時，自動使TPV系統(tǒng)轉(zhuǎn)至正南方向（方位角為0°）且傾角為22°，并維持這種狀態(tài)不再變化，F(xiàn)PV系統(tǒng)仍然維持原有狀態(tài)。

因為陰雨天TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，且TPV系統(tǒng)運(yùn)行需要有運(yùn)動部件實時控制偏轉(zhuǎn)角度，會消耗一定的功率。所以此時按常規(guī)狀態(tài)運(yùn)行TPV系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)、不科學(xué)的，在陰雨天自動轉(zhuǎn)換運(yùn)行模式是有必要且合理可行的。

4.結(jié)論

本文簡要的介紹了太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計算，并對比實驗測試數(shù)據(jù)驗證了實驗的準(zhǔn)確性。分析了太陽輻照度和光伏組件背板溫度對發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實驗數(shù)據(jù)分析得出相對于TPV組件，背板溫度對FPV組件發(fā)電效率的影響程度更加明顯；上海地區(qū)全年運(yùn)行條件下，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，且這一優(yōu)勢在西北地區(qū)將進(jìn)一步擴(kuò)大；天氣晴朗狀態(tài)下TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12%～25%左右等結(jié)論。但同時也注意到陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。針對這種情況，從光伏系統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)電原理上進(jìn)行深度解析，找出了陰雨天氣下TPV系統(tǒng)效率低于FPV系統(tǒng)的原因。并進(jìn)一步提出應(yīng)對這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會提高TPV光伏系統(tǒng)的運(yùn)行效果，減少不必要的能耗損失。研究成果對TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鶴飛.太陽能熱利用原理與計算機(jī)模擬[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2] 岳畏畏.太陽能光伏光熱一體化組件的應(yīng)用特性研究[D]. 碩士學(xué)位論文.上海理工大學(xué)， 2013： 2-4/25/27-28.

[3] 尚華、王惠榮.太陽能光伏發(fā)電效率的影響因素[B].寧夏電力，2010.05：48-50.

[4] 許偉民、何湘鄂.太陽能電池的原理及種類[A]. 發(fā)電設(shè)備，2011.03：137-140.

[5] 連瑞瑞、劉圣勇.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D]. 碩士學(xué)位論文.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.06：11-12.

[6] 王長貴.新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望[C]，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集，2003，9：4-17.

通過圖9可以看出，試驗期間的8、9、10、11月份上海地區(qū)月總輻射量各有差異。其中9月份月總輻射量最大，可達(dá)450MJ/m2；11月分月總輻射量最小為275MJ/m2。同時也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗期間的8、9月份月總輻射量相類似；1、2、3、12月份月總輻射量與試驗期間的11月份月總輻射量類似。因此實驗期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實際情況。因此，我們可以確信的推斷：對于全年運(yùn)行特性而言，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，這一優(yōu)勢在西北地區(qū)會更加明顯。

3.3.2 TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量比較

對9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對比分析，得到如下結(jié)果：

圖10為9月份FPV系統(tǒng)與TPV系統(tǒng)日發(fā)電量及日輻照總量。由上圖可以看出，晴好天氣下，TPV系統(tǒng)最大發(fā)電量可以達(dá)到8.8kWh，相對應(yīng)當(dāng)天的FPV系統(tǒng)也達(dá)該月最高值，其發(fā)電量為7.1kWh。由圖知，室外輻照總量越大，兩系統(tǒng)發(fā)電量也都越大。日輻照總量越大，TPV系統(tǒng)發(fā)電量比FPV系統(tǒng)發(fā)電量增加比例越大。就空間而言，我國太陽輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12～25%左右。但當(dāng)水平面日輻照總量<2kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。

數(shù)據(jù)表明晴天狀況下TPV系統(tǒng)發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)，但陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)發(fā)電量反而低于FPV系統(tǒng)約16至25個百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實驗預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對這種現(xiàn)象進(jìn)行了合理的解釋。

3.4 陰雨天TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)發(fā)電量比較

3.4.1原因分析

從實驗數(shù)據(jù)中，我們注意到陰雨天氣TPV系統(tǒng)的發(fā)電效率要低于FPV系統(tǒng)。下面來分析一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

“光伏效應(yīng)”簡單的說就是半導(dǎo)體材料在高能量光束的照射下，電子和空穴被分離，形成光生電動勢，即光生電壓。其工作原理見圖11。

光伏系統(tǒng)發(fā)電主要是依賴于太陽輻射中的短波輻射，因為只有輻射中所含的能量足夠大才能讓半導(dǎo)體中的電子跟空穴分離進(jìn)而產(chǎn)生光生電壓。因此，只有短波輻射才具有使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生光生電壓的能力。短波輻射由于所含能量較低，只能讓電子在空穴中產(chǎn)生震動，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽輻射能量較高的短波輻射比重大，因而TPV系統(tǒng)在接收短波輻射輻射量大于固定式光伏系統(tǒng)的條件下，發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)；陰雨天氣，到達(dá)地面的太陽輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長波輻射占據(jù)輻射中相當(dāng)大的比重。因此TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)可以有足夠的產(chǎn)熱量，可以使兩系統(tǒng)維持一個比較低的溫度。而由圖7得出的結(jié)論可知，在溫度和輻射量較低的時候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時由于輻射量較低，兩系統(tǒng)接收輻射量接近，因而TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

3.4.2 應(yīng)對策略淺析

陰雨天氣之所以TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，主要在于太陽輻射中的長波輻射比重上升，使TPV系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱量大于FPV系統(tǒng)，因而使TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

針對這種情況，提出如下運(yùn)行策略：晴朗天氣維持各光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行；當(dāng)陰雨天氣來臨時，自動使TPV系統(tǒng)轉(zhuǎn)至正南方向（方位角為0°）且傾角為22°，并維持這種狀態(tài)不再變化，F(xiàn)PV系統(tǒng)仍然維持原有狀態(tài)。

因為陰雨天TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，且TPV系統(tǒng)運(yùn)行需要有運(yùn)動部件實時控制偏轉(zhuǎn)角度，會消耗一定的功率。所以此時按常規(guī)狀態(tài)運(yùn)行TPV系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)、不科學(xué)的，在陰雨天自動轉(zhuǎn)換運(yùn)行模式是有必要且合理可行的。

4.結(jié)論

本文簡要的介紹了太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計算，并對比實驗測試數(shù)據(jù)驗證了實驗的準(zhǔn)確性。分析了太陽輻照度和光伏組件背板溫度對發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實驗數(shù)據(jù)分析得出相對于TPV組件，背板溫度對FPV組件發(fā)電效率的影響程度更加明顯；上海地區(qū)全年運(yùn)行條件下，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，且這一優(yōu)勢在西北地區(qū)將進(jìn)一步擴(kuò)大；天氣晴朗狀態(tài)下TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12%～25%左右等結(jié)論。但同時也注意到陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。針對這種情況，從光伏系統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)電原理上進(jìn)行深度解析，找出了陰雨天氣下TPV系統(tǒng)效率低于FPV系統(tǒng)的原因。并進(jìn)一步提出應(yīng)對這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會提高TPV光伏系統(tǒng)的運(yùn)行效果，減少不必要的能耗損失。研究成果對TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鶴飛.太陽能熱利用原理與計算機(jī)模擬[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2] 岳畏畏.太陽能光伏光熱一體化組件的應(yīng)用特性研究[D]. 碩士學(xué)位論文.上海理工大學(xué)， 2013： 2-4/25/27-28.

[3] 尚華、王惠榮.太陽能光伏發(fā)電效率的影響因素[B].寧夏電力，2010.05：48-50.

[4] 許偉民、何湘鄂.太陽能電池的原理及種類[A]. 發(fā)電設(shè)備，2011.03：137-140.

[5] 連瑞瑞、劉圣勇.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D]. 碩士學(xué)位論文.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.06：11-12.

[6] 王長貴.新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望[C]，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集，2003，9：4-17.

通過圖9可以看出，試驗期間的8、9、10、11月份上海地區(qū)月總輻射量各有差異。其中9月份月總輻射量最大，可達(dá)450MJ/m2；11月分月總輻射量最小為275MJ/m2。同時也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗期間的8、9月份月總輻射量相類似；1、2、3、12月份月總輻射量與試驗期間的11月份月總輻射量類似。因此實驗期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實際情況。因此，我們可以確信的推斷：對于全年運(yùn)行特性而言，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，這一優(yōu)勢在西北地區(qū)會更加明顯。

3.3.2 TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量比較

對9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對比分析，得到如下結(jié)果：

圖10為9月份FPV系統(tǒng)與TPV系統(tǒng)日發(fā)電量及日輻照總量。由上圖可以看出，晴好天氣下，TPV系統(tǒng)最大發(fā)電量可以達(dá)到8.8kWh，相對應(yīng)當(dāng)天的FPV系統(tǒng)也達(dá)該月最高值，其發(fā)電量為7.1kWh。由圖知，室外輻照總量越大，兩系統(tǒng)發(fā)電量也都越大。日輻照總量越大，TPV系統(tǒng)發(fā)電量比FPV系統(tǒng)發(fā)電量增加比例越大。就空間而言，我國太陽輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12～25%左右。但當(dāng)水平面日輻照總量<2kWh/㎡時，TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。

數(shù)據(jù)表明晴天狀況下TPV系統(tǒng)發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)，但陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)發(fā)電量反而低于FPV系統(tǒng)約16至25個百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實驗預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對這種現(xiàn)象進(jìn)行了合理的解釋。

3.4 陰雨天TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)發(fā)電量比較

3.4.1原因分析

從實驗數(shù)據(jù)中，我們注意到陰雨天氣TPV系統(tǒng)的發(fā)電效率要低于FPV系統(tǒng)。下面來分析一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

“光伏效應(yīng)”簡單的說就是半導(dǎo)體材料在高能量光束的照射下，電子和空穴被分離，形成光生電動勢，即光生電壓。其工作原理見圖11。

光伏系統(tǒng)發(fā)電主要是依賴于太陽輻射中的短波輻射，因為只有輻射中所含的能量足夠大才能讓半導(dǎo)體中的電子跟空穴分離進(jìn)而產(chǎn)生光生電壓。因此，只有短波輻射才具有使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生光生電壓的能力。短波輻射由于所含能量較低，只能讓電子在空穴中產(chǎn)生震動，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽輻射能量較高的短波輻射比重大，因而TPV系統(tǒng)在接收短波輻射輻射量大于固定式光伏系統(tǒng)的條件下，發(fā)電量明顯大于FPV系統(tǒng)；陰雨天氣，到達(dá)地面的太陽輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長波輻射占據(jù)輻射中相當(dāng)大的比重。因此TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)可以有足夠的產(chǎn)熱量，可以使兩系統(tǒng)維持一個比較低的溫度。而由圖7得出的結(jié)論可知，在溫度和輻射量較低的時候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時由于輻射量較低，兩系統(tǒng)接收輻射量接近，因而TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

3.4.2 應(yīng)對策略淺析

陰雨天氣之所以TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，主要在于太陽輻射中的長波輻射比重上升，使TPV系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱量大于FPV系統(tǒng)，因而使TPV系統(tǒng)的發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)。

針對這種情況，提出如下運(yùn)行策略：晴朗天氣維持各光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行；當(dāng)陰雨天氣來臨時，自動使TPV系統(tǒng)轉(zhuǎn)至正南方向（方位角為0°）且傾角為22°，并維持這種狀態(tài)不再變化，F(xiàn)PV系統(tǒng)仍然維持原有狀態(tài)。

因為陰雨天TPV系統(tǒng)發(fā)電量低于FPV系統(tǒng)，且TPV系統(tǒng)運(yùn)行需要有運(yùn)動部件實時控制偏轉(zhuǎn)角度，會消耗一定的功率。所以此時按常規(guī)狀態(tài)運(yùn)行TPV系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)、不科學(xué)的，在陰雨天自動轉(zhuǎn)換運(yùn)行模式是有必要且合理可行的。

4.結(jié)論

本文簡要的介紹了太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計算，并對比實驗測試數(shù)據(jù)驗證了實驗的準(zhǔn)確性。分析了太陽輻照度和光伏組件背板溫度對發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實驗數(shù)據(jù)分析得出相對于TPV組件，背板溫度對FPV組件發(fā)電效率的影響程度更加明顯；上海地區(qū)全年運(yùn)行條件下，TPV系統(tǒng)相比FPV系統(tǒng)月發(fā)電量平均高16%左右，且這一優(yōu)勢在西北地區(qū)將進(jìn)一步擴(kuò)大；天氣晴朗狀態(tài)下TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量高12%～25%左右等結(jié)論。但同時也注意到陰雨天氣條件下TPV系統(tǒng)的日發(fā)電量要比FPV系統(tǒng)的日發(fā)電量低16～25%左右。針對這種情況，從光伏系統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)電原理上進(jìn)行深度解析，找出了陰雨天氣下TPV系統(tǒng)效率低于FPV系統(tǒng)的原因。并進(jìn)一步提出應(yīng)對這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會提高TPV光伏系統(tǒng)的運(yùn)行效果，減少不必要的能耗損失。研究成果對TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鶴飛.太陽能熱利用原理與計算機(jī)模擬[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2] 岳畏畏.太陽能光伏光熱一體化組件的應(yīng)用特性研究[D]. 碩士學(xué)位論文.上海理工大學(xué)， 2013： 2-4/25/27-28.

[3] 尚華、王惠榮.太陽能光伏發(fā)電效率的影響因素[B].寧夏電力，2010.05：48-50.

[4] 許偉民、何湘鄂.太陽能電池的原理及種類[A]. 發(fā)電設(shè)備，2011.03：137-140.

[5] 連瑞瑞、劉圣勇.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D]. 碩士學(xué)位論文.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.06：11-12.

[6] 王長貴.新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望[C]，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集，2003，9：4-17.