卜聰 馬錦貞 楊婧 田美玲

摘 要：光伏發(fā)電是一種新興的能源，隨著裝機(jī)容量的增加，光伏發(fā)電在傳統(tǒng)能源中起到了重要的補(bǔ)充作用。但是近年來(lái)霧霾天氣頻現(xiàn)，而霧霾天氣會(huì)顯著影響到光伏組件的電性能，因此霧霾天氣已成為光伏發(fā)電的嚴(yán)重阻礙?；诖耍恼略诨诠夥M件光譜響應(yīng)特性的前提下，監(jiān)測(cè)了多種霧霾天氣下太陽(yáng)光的光譜，并分析研究了空氣質(zhì)量指數(shù)對(duì)光伏組件短路電流的影響，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏組件；霧霾；短路電流；影響

近年來(lái)，我國(guó)很多地區(qū)出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的霧霾天氣，尤其秋季的霧霾更為嚴(yán)重[1]。光伏發(fā)電的主要原理是通過(guò)光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，而霧霾天氣對(duì)光伏發(fā)電帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)[2]。現(xiàn)階段無(wú)法在短期內(nèi)有效解決霧霾現(xiàn)象，因此研究霧霾對(duì)光伏組件短路電流的影響有助于更加高效地利用光伏發(fā)電。

一、試驗(yàn)材料與方法

（一）試驗(yàn)設(shè)備與樣品

該研究選用小型戶外光伏系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過(guò)可變電子負(fù)載不間斷地對(duì)光伏組件的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集環(huán)境的溫度、濕度、總輻照、風(fēng)速等。通過(guò)光伏數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從政府服務(wù)網(wǎng)獲取空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)。自然光光譜分布的測(cè)量采用型號(hào)為S-2440的Soma太陽(yáng)分光輻射計(jì)。

小型戶外光伏系統(tǒng)主要組成包括單晶硅組件、單晶PERC組件和多晶硅組件。該研究主要對(duì)單晶硅組件進(jìn)行研究，樣品由36片單晶硅光伏電池片串聯(lián)組成，規(guī)格為125mm×125mm。

（二）方法

由于光伏組件電性能的影響因素眾多，而這些影響因素又與時(shí)間、季節(jié)、天氣等因素有關(guān)，因此，為最大程度保證因素的影響一致，本研究選擇在晴朗少云、風(fēng)力較弱、日期間隔2個(gè)月以內(nèi)、空氣質(zhì)量指數(shù)不同的日期進(jìn)行。

霧霾嚴(yán)重程度采用空氣質(zhì)量指數(shù)來(lái)表征。

二、結(jié)果與分析

（一）太陽(yáng)輻照強(qiáng)度對(duì)光伏組件短路電流的影響

以下分別給出6個(gè)相似日的天氣：11月1日：晴，高溫21℃，低溫：13℃，西南風(fēng)2～級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：50，優(yōu)；11月3日：晴-多云，高溫20℃，低溫10℃，東風(fēng)1～2級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：130，輕度污染；11月24日：多云，高溫1321℃，低溫：8℃，西風(fēng)2～3級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：90，良；12月8日：晴，高溫9℃，低溫：4℃，南風(fēng)1～2級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：58，良；12月11日：晴-多云，高溫10℃，低溫：6℃，東南風(fēng)2～3級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：100，輕度污染；12月31日：多云，高溫9℃，低溫：4℃，西風(fēng)1～2級(jí)，空氣質(zhì)量指數(shù)：216，重度污染。

根據(jù)上述太陽(yáng)輻照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，分別繪制出太陽(yáng)輻照強(qiáng)度隨時(shí)間變化、光伏組件短路電流隨時(shí)間變化的曲線（圖1）。圖1表明，太陽(yáng)輻照強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線和光伏組件短路電流隨時(shí)間變化的曲線形狀類似，這就證明了光伏組件短路電流隨輻照強(qiáng)度的線性關(guān)系。此外，11月24日的曲線存在較多雜散波，經(jīng)過(guò)查詢記錄得知當(dāng)日間斷出現(xiàn)云層，這就可以說(shuō)明云層遮擋太陽(yáng)光可以顯著影響輻照強(qiáng)度以及光伏組件的輸出。

圖1 太陽(yáng)輻照強(qiáng)度隨時(shí)間變化、光伏組件短路電流隨時(shí)間變化的曲線

（二）光譜分布對(duì)光伏組件短路電流的影響

為了規(guī)避風(fēng)速、風(fēng)向和環(huán)境溫度的影響，同時(shí)考慮到光譜分布和輻照強(qiáng)度，該研究利用實(shí)際的太陽(yáng)光譜，同時(shí)結(jié)合光伏組件的絕對(duì)光譜響應(yīng)特性計(jì)算出霧霾條件下光伏組件的短路電流。

1.被測(cè)樣品的光譜響應(yīng)

由絕對(duì)光譜響應(yīng)計(jì)算出光伏組件電流片的短路電流和電流密度（表1），由于6片電池片的電流密度均不同，因此選取短路電流最低的2號(hào)電池片進(jìn)行研究。

2.霧霾對(duì)光伏組件短路電流的影響

選擇天氣晴朗、無(wú)云且空氣質(zhì)量不同的11月1日、11月3日、11月24日和12月8日，同時(shí)選擇最能體現(xiàn)霧霾對(duì)光伏組件影響的11：00—14：00時(shí)間段。實(shí)時(shí)于特定時(shí)間監(jiān)測(cè)太陽(yáng)光光譜，通過(guò)計(jì)算得出被測(cè)光伏組件的短路電流（表2）。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，繪制出4個(gè)不同時(shí)間輻照度、短路電流隨空氣質(zhì)量指數(shù)的變化曲線圖，對(duì)曲線進(jìn)行擬合得出斜率（表3）。

結(jié)語(yǔ)

研究結(jié)果表明，對(duì)于空氣質(zhì)量指數(shù)常年不超過(guò)250的霧霾不太嚴(yán)重的區(qū)域，光伏組件短路電流與霧霾天氣表征值（空氣質(zhì)量指數(shù)）呈明顯的負(fù)相關(guān)，輻照度的霧霾系數(shù)絕對(duì)值為-2.48W/單位空氣質(zhì)量指數(shù)，短路電流的霧霾系數(shù)絕對(duì)值為-0.04A/單位空氣質(zhì)量指數(shù)；而輻照度和短路電流的霧霾系數(shù)相對(duì)值較接近，分別為-0.28%/單位空氣質(zhì)量指數(shù)、-0.31%單位空氣質(zhì)量指數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李英姿，曾萬(wàn)昕，李智，等.北京地區(qū)霧霾對(duì)光伏發(fā)電量影響的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].電器與能效管理技術(shù)，2018（14）：56-62.

[2]裴雨清，李松麗，孔華鋒，等.霧霾影響下的光伏發(fā)電系統(tǒng)的可視化分析平臺(tái)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2018，35（06）：88-90，106.