陳劍波+李林++岳畏畏

摘 要：全球性的能源危機(jī)把太陽(yáng)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(shí)用進(jìn)程，對(duì)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(jì)算驗(yàn)證了TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示在實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shì)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(shí)，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(shí)，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量低20%左右。針對(duì)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(duì)策略。為TPV系統(tǒng)和FPV系統(tǒng)的實(shí)用性研究、推廣提供較重要的參考依據(jù)。

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

引言：

能源危機(jī)的形勢(shì)日益嚴(yán)峻，人們?cè)絹碓蕉嗟陌涯抗饩劢褂跓o污染、儲(chǔ)量豐富的太陽(yáng)能。目前太陽(yáng)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(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，使太陽(yáng)光的光線隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板的動(dòng)力裝置，與FPV系統(tǒng)相比，TPV系統(tǒng)將增加大于35%的太陽(yáng)輻射接收量，顯著提高發(fā)電量。

影響太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的因素主要有太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)太陽(yáng)輻照度和背板溫度這兩個(gè)主要影響因素進(jìn)行重點(diǎn)分析。

本文理論驗(yàn)證了所采集實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)，TPV系統(tǒng)比FPV系統(tǒng)日發(fā)電量低20%左右。同時(shí)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(duì)這種現(xiàn)象，從短波輻射使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生光生電流、長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出相應(yīng)改進(jìn)策略，對(duì)追蹤式太陽(yáng)能光伏光伏利用有極大的促進(jìn)作用。

1.實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)原理

如圖1，由監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器對(duì)實(shí)驗(yàn)條件下室外溫度、水平面太陽(yáng)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(cè)，并傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。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(shí)驗(yàn)裝置

如圖2所示，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，由7塊大小為158mm×83mm的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)組成。采用時(shí)控的控制方式，即根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)緯坐標(biāo)和時(shí)間，利用天文學(xué)計(jì)算公式，計(jì)算太陽(yáng)所處天空的坐標(biāo)，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)以及總發(fā)電量累計(jì)等信息。

環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要對(duì)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(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)，并可隨時(shí)提取。

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

2.太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)驗(yàn)證計(jì)算：

2.1 時(shí)控太陽(yáng)方位計(jì)算

2.2 傾斜面上輻照度計(jì)算

2.3 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算

從圖4、圖5中可以看出，兩種系統(tǒng)功率實(shí)測(cè)值跟理論值數(shù)值及趨勢(shì)都是十分相符的。除個(gè)別誤差較大點(diǎn)外，F(xiàn)PV系統(tǒng)實(shí)測(cè)值與理論值平均誤差為4.5%，TPV系統(tǒng)實(shí)測(cè)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(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度是較高的，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的可信度。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

影響太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的主要因素有太陽(yáng)輻照度和光伏組件背板溫度。下文對(duì)這兩個(gè)影響因素進(jìn)行了具體分析，并對(duì)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(duì)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(shí)兩系統(tǒng)功率較為接近。經(jīng)分析，其原因是中午時(shí)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(yáng)輻射量相差不大，因而功率接近；其他時(shí)間由于TPV系統(tǒng)可以自動(dòng)追蹤太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，可以接收更多的太陽(yáng)能，因而功率比FPV系統(tǒng)大。

3.2 背板溫度對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率的影響

由圖7可知：相對(duì)于TPV組件，背板溫度對(duì)FPV組件發(fā)電效率的影響程度更加明顯。背板溫度升高時(shí)FPV組件發(fā)電效率會(huì)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(duì)而言，背板溫度的變化對(duì)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(dòng)，并無明顯升高或降低趨勢(shì)。從圖中可以看出：組件背板溫度較低時(shí)（背板溫度在40℃以下），F(xiàn)PV組件效率大于TPV組件效率，此時(shí)對(duì)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(yáng)輻照度；組件背板溫度較高時(shí)（背板溫度大于40℃），兩組件發(fā)電效率差異減小，此時(shí)對(duì)兩組件發(fā)電量差異影響比較大的因素是太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yàn)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(shí)也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗(yàn)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(yàn)期間的11月份月總輻射量類似。因此實(shí)驗(yàn)期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實(shí)際情況。因此，我們可以確信的推斷：對(duì)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(shì)在西北地區(qū)會(huì)更加明顯。

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

對(duì)9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(guó)太陽(yáng)輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國(guó)西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對(duì)于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時(shí)，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(shí)，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(gè)百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實(shí)驗(yàn)預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(dòng)勢(shì)，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(yáng)輻射中的短波輻射，因?yàn)橹挥休椛渲兴哪芰孔銐虼蟛拍茏尠雽?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(dòng)，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動(dòng)使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽(yáng)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(yáng)輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長(zhǎng)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(gè)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(shí)候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時(shí)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(duì)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(yáng)輻射中的長(zhǎng)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(duì)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(shí)，自動(dòng)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?yàn)殛幱晏霻PV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(dòng)部件實(shí)時(shí)控制偏轉(zhuǎn)角度，會(huì)消耗一定的功率。所以此時(shí)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(dòng)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(jiǎn)要的介紹了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計(jì)算，并對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。分析了太陽(yáng)輻照度和光伏組件背板溫度對(duì)發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出相對(duì)于TPV組件，背板溫度對(duì)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(shì)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(shí)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(duì)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(duì)這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會(huì)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(duì)TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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通過圖9可以看出，試驗(yàn)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(shí)也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗(yàn)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(yàn)期間的11月份月總輻射量類似。因此實(shí)驗(yàn)期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實(shí)際情況。因此，我們可以確信的推斷：對(duì)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(shì)在西北地區(qū)會(huì)更加明顯。

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

對(duì)9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(guó)太陽(yáng)輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國(guó)西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對(duì)于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時(shí)，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(shí)，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(gè)百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實(shí)驗(yàn)預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(dòng)勢(shì)，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(yáng)輻射中的短波輻射，因?yàn)橹挥休椛渲兴哪芰孔銐虼蟛拍茏尠雽?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(dòng)，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動(dòng)使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽(yáng)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(yáng)輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長(zhǎng)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(gè)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(shí)候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時(shí)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(duì)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(yáng)輻射中的長(zhǎng)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(duì)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(shí)，自動(dòng)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?yàn)殛幱晏霻PV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(dòng)部件實(shí)時(shí)控制偏轉(zhuǎn)角度，會(huì)消耗一定的功率。所以此時(shí)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(dòng)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(jiǎn)要的介紹了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計(jì)算，并對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。分析了太陽(yáng)輻照度和光伏組件背板溫度對(duì)發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出相對(duì)于TPV組件，背板溫度對(duì)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(shì)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(shí)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(duì)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(duì)這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會(huì)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(duì)TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鶴飛.太陽(yáng)能熱利用原理與計(jì)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(yáng)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.

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[6] 王長(zhǎng)貴.新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望[C]，太陽(yáng)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(yàn)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(shí)也可以看出，4、5、6、7月份月總輻射量與試驗(yàn)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(yàn)期間的11月份月總輻射量類似。因此實(shí)驗(yàn)期間數(shù)據(jù)能夠比較好的反應(yīng)全年實(shí)際情況。因此，我們可以確信的推斷：對(duì)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(shì)在西北地區(qū)會(huì)更加明顯。

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

對(duì)9月份TPV系統(tǒng)與FPV系統(tǒng)日發(fā)電量進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(guó)太陽(yáng)輻射能分布大體上東南向西北遞增。因此可以斷定，我國(guó)西北地區(qū)TPV系統(tǒng)相對(duì)于FPV系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)將大于東南地區(qū)。當(dāng)水平面日輻照總量>4kWh/㎡時(shí)，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(shí)，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(gè)百分點(diǎn)。這種現(xiàn)象超出實(shí)驗(yàn)預(yù)期，經(jīng)過研究分析，我們對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(dòng)勢(shì)，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(yáng)輻射中的短波輻射，因?yàn)橹挥休椛渲兴哪芰孔銐虼蟛拍茏尠雽?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(dòng)，不足以讓電子跟空穴分離，所帶來的結(jié)果是電子的震動(dòng)使光伏系統(tǒng)溫度上升。

晴朗天氣，達(dá)到地面的太陽(yáng)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(yáng)輻射中，短波輻射的比例大大減少反而長(zhǎng)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(gè)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(shí)候FPV組件發(fā)電效率大于TPV組件。此時(shí)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(duì)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(yáng)輻射中的長(zhǎng)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(duì)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(shí)，自動(dòng)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?yàn)殛幱晏霻PV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(dòng)部件實(shí)時(shí)控制偏轉(zhuǎn)角度，會(huì)消耗一定的功率。所以此時(shí)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(dòng)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(jiǎn)要的介紹了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計(jì)算，并對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。分析了太陽(yáng)輻照度和光伏組件背板溫度對(duì)發(fā)電量的影響。根據(jù)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出相對(duì)于TPV組件，背板溫度對(duì)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(shì)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(shí)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(duì)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(duì)這種不良現(xiàn)象的策略。這種運(yùn)行方式會(huì)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(duì)TPV系統(tǒng)的研究、使用、推廣提供了較重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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