光伏电站如何调节无功输出

这是太阳能电池板的能源效率问题，太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369w/㎡。全球平均约为1000w/㎡，效率14%的组件在标准日照下每平米额定输出140W。光强极好时可能能达到150多。最大输出功率大约是160W左右；

光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。

“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。

光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。

采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变电源四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变电源是关键部件。光伏发电系统对逆变电源要求较高：

（1）要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。

（2）要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变电源具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。

（3）要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大， 如12V蓄电池，其端电压可在10V～16V之间变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。

（4）在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的外，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免公共电网的电力污染，也要求逆变电源输出正弦波电流。

首先，要获得一个关键数据——水平面总辐射量，再进行光伏电站的年发电量的计算，大致过程如下。

1、发电量计算的过程

2、发电量计算的公式

公式1：L = Q×S×η1×η(不常用)

L ——光伏电站年发电量

Q—— 倾斜面年总辐射量

S —— 光伏组件的面积

η1—— 光伏组件的转化效率

η—— 光伏电站系统总效率

公式2：L = W×H×η(常用)

W——光伏电站装机容量

H——峰值小时数。

因此，倾斜面上的辐射量或峰值小时数是计算发电量的关键!

3、倾斜面上年总辐射量的计算

1)安装方式影响

与最佳倾角的固定式安装相比，水平单轴跟踪的辐射量提升了17%~30%，双轴跟踪的辐射量提升了35%~43%。

2)项目场址纬度影响

项目场址经纬度地影响——以固定式为例

则：

纬度越低， K值越小

纬度越高， K值越大。

下面4张图，随着纬度由高到底，最佳倾角发电量相对于0°时提升的比例由18%降低到3%。

因此，相对于从气象局获得的水平面总辐射量，倾斜面上的总辐射量在纬度高的地区，提高幅度会更大一些。

即，相同的水平面总辐射量，纬度较高地区的发电量更大。

在高纬度地区(左图)，不同的季节使用不同的安装倾角，可明显提高发电量

在低纬度地区(右图)，不同的季节使用不同的安装倾角，发电量几乎不会发生变化

因此，固定可调式支架在高纬度地区效果更明显，在低纬度地区性价比不高，不大适用。

分布式项目，很多时候并不能正南安装，导致方位角不为0°，如下图所示。

下面4张图，随着纬度由高到底，正东、正西(方位角为-90°、90°时)安装时的发电量相对于0°时降低的比例由20%降低到4.5%。

3)系统效率的影响因素

地面电站：

一般在75%~85%之间，一般取80%

屋顶电站：

根据电压等级、业主维护水平等差异较大，

低压并网系统效率较大，一般能达到80%~85%

高压并网线损较大，一般在75%~80%之间。

晶硅电池的温度相应系数一般是 -0.35～-0.45%/℃

非晶硅电池的温度响应系数优于晶硅电池，一般是 - 0.2%/℃左右

4、发电量计算过程梳理

1、独立光伏发电系统

负载：阻性、感性或容性负载；

2、并网光伏发电系统

负载：电网；

无论哪种情况，当输出负载变化后，发电的总功率会变化。

原因很简单：当负载变化时，负载功率变化了，如果发电的总功率不变，那么中间功率差去哪了。所以此时光伏发电系统会根据负载的变化其调节MPPT点，改变输出总功率的大小。

光伏发电原理：

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。当光子照射金属时，其能量可以被金属中的电子完全吸收。电子吸收的能量足够大，足以克服金属的内部引力，并从金属表面逃逸出来成为光电子。硅原子有四个外电子。如果纯硅中掺杂了五个外电子的原子，比如磷原子，它就会变成一个n型半导体；如果纯硅中掺杂有三个外电子的原子，如硼原子，则形成p型半导体。当p型和n型相结合时，接触面将形成电位差，成为太阳能电池。当太阳照射在p-n结上时，电流从p型侧流向n型侧，形成电流。

太阳能光伏板的光电效应是指不均匀的半导体或半导体的不同部分与金属结合后，由于光的作用而产生电位差的现象。首先，这是一个光子（光波）转化为电子，光能转化为电能的过程；第二个是电压形成过程。

光伏发电工作过程：

光伏板的作用是收集电能，每几块连在一起的光伏板会组成一个线路，光伏板发出的电都是直流电。

汇流箱，汇流箱的作用是把它附近的几路电流线路汇集到一起，然后统一成一路向上级传送。

逆变器，汇流箱汇总后的电流直接会输送到逆变器的基站，一般这个时候电流会很大，所以选择逆变器的时候一定要把功率算好。直流电经过逆变器的逆变作用，就把直流变成了低压的交流了。

逆变器变压器，一般是用厢式变压器，这个变压器的功能是把逆变器输出来的低压交流电变成符合最终跟电网对接的那个总变压器低压侧的电压等级。

开关柜，逆变器变压器输出的电压连接到开关柜，开关柜具有开断高电压的能力，开关柜的输出端就跟并网变压器相连了。

并网变压器，这个变压器直接就跟电网相连了，一般是环网式，如果电网上有电能需求的话，光伏电站的电就经过这个并网变压器送上线路并最终供给用户啦！