光伏系统效率分析学士学位论文.docx

学 士 学 位 论 文系 别： 物理与电子工程系 学科专业： 物理学 （太阳能、风能开发和利用方向）姓 名： 张剑 运 城 学 院 2016年05月 光伏系统效率分析系 别： 物理与电子工程系 学科专业： 物理学 （太阳能、风能开发和利用方向）姓 名： 张剑 指导教师： 马紫微 运 城 学 院 2016年05月 摘要:随着科技的发展，各国对新能源技术越来越重视，光伏产业发展势头越来越好，本文首先介绍了光伏发电系统的分类以及组成和分析光伏发电系统效率因素。效率由光伏电池效率以及电气效率组成。光伏电池的效率由内部和外部因素共同影响，电气效率主要由逆变器效率影响，另外本文分析了主要用于家庭或者独立分布的小单位所需要的蓄电池的效率因素。关键词:系统组成；电池效率；电气效率；影响因素一、引言光伏发电系统的效率由多种因素影响。系统效率由电池效率和电气效率组。电池效率由内部因素和外部因素共同作用，内部因素由电池材料以及加工工艺决定。外部因素【1】由自然因素、阴影问题、积灰以及热斑效应组成。自然因素由太阳几何因素、地理纬度、海拔、地形因素、大气质量以及大气透明度组成。阴影问题【2】是由于电池板的被遮挡造成光伏组件的不匹配从而导致发电量的损失。积灰遮挡【3】，不仅遮挡了光线对光伏电池的照射，而且还使得入射光线的传播均匀性发生变化。热斑效应【4】是由于在长期使用中，一些物质落于光伏电池组件上造成局部阴影使得其中某些电池单片电流电压发生变化，使组件产生局部升温。由于受影响的因素较多，太阳能光伏电池的输出具有非线性【5】。光伏发电系统电气效率包括除电池效率以外所有器件的效率，主要取决于逆变器的效率【6】，又由于逆变器中二极管元件的损耗、驱动损耗和开关损耗在整个系统中影响较大【7】。蓄电池效率包含了储能效率、充电效率、放电效率以及存放效率【8】，在其他的文献中还有库伦效率、容量效率、能量效率。对储能效率影响较为明显的是它的内阻，由于内阻的存在使得充电时候的输入电压变大，放电的时候输出电压变小，内阻消耗的电能以热能形势消耗，内阻与材料本身性质有关，除了蓄电池自身构造会影响其储能效率，如元件材质、制造工艺、电解液配置等，蓄电池储能效率也与充电状态、充放电电流、充电电压、环境温度等一些外部因素有很大关系。在实验过程中，不对内阻进行讨论，只对外部因素进行分析。我国南北纬度广阔，有多个温度带。本文分别以海南三亚、山西运城、内蒙古鄂尔多斯为例分析对电池效率的影响。1、1 太阳能光伏发电系统分类主要有三种: 离网型光伏发电系统（独立光伏发电系统）、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。离网型光伏发电系统不与公共电网连接，通常由光伏电池组件、控制器、逆变器、蓄电池组组成。并网光伏发电系统由光伏阵列、并网逆变器、公共电网、监控系统、交流配电柜组成。分布式光伏发电系统主要由光伏阵列、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、负载公共电网、监控系统组成。1、2太阳能光伏发电的优点:太阳能光伏发电过程简便，不需要机械传动元件，不消耗燃料，无污染、无噪声；太阳能资源取之不尽、用之不竭（相对地球寿命【9】来讲）。因此，与其它新型发电技术相比，具有以下主要优点【10】:(1) 太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量的大约6000倍。(2)可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电造成的能量损失以及高昂的成本费、维护费。(3)光伏发电本身不使用任何燃料，不排放任何物质，无污染，无噪声，对环境友好，是理想的可再生能源。(4)光伏发电过程不需要冷却水，只需要太阳光，可以安装在干旱的荒漠戈壁上，可以组建光伏建筑一体化发电系统，节省土地资源及空间。(5)光伏发电不需要传动部件，操作方便、维护简单，运行可靠。如果加上自动控制技术，基本上不需要人力。 (6)光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长，晶体硅太阳能电池寿命可以达到20年，以后会随着时间的增加，元件老化。 (8)太阳能电池组件体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合。1、3本文主要内容如下：一、概述光伏发电系统分类和组成以及光伏发电原理。二、建立光伏电池数学模型应用MATLAB进行模拟仿真，在实验室的条件下研究影响光伏电池发电效率的主要因素。三、在实验室，通过对实物的现场测量，通过对各项主要元件的实验，研究影响光伏发电系统逆变器、蓄电池的主要因素。四、通过测量与计算寻找出光伏发电系统各自的最优组成。1 太阳能光伏发电系统1、1 太阳能光伏发电原理 太阳能电池是将光能转化为电能的元器件。当有光照时，在太阳电池上、下极之间就会形成电势差，用导线连接负载，就会产生直流电。物理过程如下:（1）光子被吸收，使P-N 结两侧产生电子-空穴对如图1-1（a）;（2）在离开P-N结一个扩散长度内产生的电子和空穴扩散到达空间电荷区，如图1-1（b）;（3）电子-空穴对被电场分离，P侧的电子从高电位滑落至N侧，而空穴相反，如图1-1（c）；（4）若P-N结是开路的，则结两边积累的电子和空穴产生开路电压，如图1-1（d），若有负载连接到电池上，在电路中有电流传导，当电流发生电流两端发生短路时，就会形成短路电流。hZ-+PIRLN(a) 有负载电阻的太阳能电池PNLNWLP（b）电子和空穴的扩散所产生的电流 PNUoc+ _+-WPN（C）图（b）的能带图（d）开路电压的建立如图1-11、2太阳能电池的光学特性 由于太阳电池受到多种因素影响具有非线性，所以在测试太阳电池功率时必须规定标准测试条件。国际上统一规定地面太阳电池的标准测试条件是：在光源辐照度为：1000Wm2下，测试温度为；25c，AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。1、3太阳电池等效电路（数学模型）如果在受到光照的太阳电池的正负极间接上一个负载电阻R，太阳电池就处于工作状态，其等效电路图如图1-2所示。她相当于一个电流为Iph的恒流源与一只正向二极管并联，流过二级管的正向电流在太阳电池中叫暗电流ID。从负载R两端可以测得产生暗电流的正向电压U，流过负载的电流为I，这是理想电池的等效电路。实际使用的太阳电池由于本身存在电阻，其等效电路如图1-2所示，电路中的Rsb称为旁路电阻，主要由以下两种因素而形成:电池表面有杂物污染而产生的电池边缘表面漏电；沿着位错和晶粒间界的不规则扩散或者在电极金属化之后，沿着微观裂缝，晶粒间界和晶体缺陷等形成的细小桥路而产生的漏电流，Rs为串联电阻，由扩散顶区的表面电阻，电池的体电阻和上、下电极与太阳电池之间的欧姆电阻及金属导体的电阻组成。 图 1-2 图1-3如图1-3所示，负载两端电压为U，则加在Rsh两端的电压为U+IRs，因此 Rsh=（U+IRs）Rsh (1-3-1)流过负载的电流为 I=Iph-ID-Ish 可得 I（1+RsRsh）=Iph-URsh-ID (1-3-2)其中暗电流ID为注入电流、复合电流以及隧道电流三者之和。在一般条件下，可以忽略隧道电流，这样暗电流ID是注入电流和复合电流之和。加载电池P-N结上的外电压Uj=U+IRs。为了用等效电路来预计太阳电池的输出和效率，可将注入电流和复合电流简化为单指数形式 ID=I0eqUj(A0kT)-1 (1-3-3)式中，I0为新的指数前因子；A0为P-N结的结构因子，它反映了P-N结的结构完整性对性能的影响。在理想的情况下，即Rsh，Rs0，则由（1-3-3）可得 I=Iph-I0eqUj(A0kT)-1 (1-3-4)上式是光照情况下太阳电池的电流-电压关系。由上式可知，在负载R短路时，即Uj=0，短路电流Isc的大小恰好和光电流相等，即Isc=Iph;在负载R时，输出电流趋于零，开路电压U0c的大小由下式决定 U0c=(A0kTq)ln(IphI0+1) (1-3-5)2 不同纬度对电池效率的影响2、1不同地区的太阳辐射量不同太阳辐射量:单位时间内太阳以辐射方式发射的能量叫太阳辐射功率或者辐射通量太阳辐射到单位面积上的功率叫辐射度。在一段时间内投射到单位面积内的辐射能量叫辐照量，单位是千瓦时/（平方米日（月、年） 2、1、1到达大气层上界太阳辐射：H0=243600Isc（s180sinsin+coscossins）(2-1-2-1)其中 Isc为太阳常数Isc=13677Wm2；s为日出、日落时角 为太阳赤纬角为日地距离变化引起的大气层上界的太阳辐射通量的修正值 =1+0.033cos360n365 式中n为一年中的日期序号。月份代表日n ()1月17日17-20.922月16日47-12.953月16日75-2.424月15日1059.415月15日13518.796月11日16223.097月17日19821.188月16日22813.459月15日2582.2210月15日288-9.6011月14日318-18.9112月10日344-23.05图2-1 各个月平均代表日纬度（）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月900.00.01.219.337.244.841.226.55.40.00.00.0850.00.02.219.237.044.741.026.46.40.00.00.0800.00.04.719.636.644.240.526.19.00.60.00.0750.00.77.821.035.943.339.826.311.92.2000.0700.12.710.923.135.342.138.727.514.84.90.30.0651.25.413.925.435.741.138.329.217.77.82.00.4603.58.316.927.636.641.038.830.920.510.84.52.3556.211.319.829.637.641.339.432.623.113.87.34.8509.114.422.531.538.541.540.034.125.516.710.37.74512.217.425.133.239.241.740.435.327.819.613.310.74015.320.327.434.639.741.740.636.429.822.416.413.73518.323.129.635.840.041.540.637.331.725.019.316.83021.325.731.536.640.041.140.437.833.227.422.219.92524.228.233.237.539.840.440.038.234.629.625.022.9202730.534.737.939.339.539.338.235.631.627.725.81529.632.635.938.038.538.438.338.036.433.430.028.5103234.436.837.937.537.037.137.537.035.032.431.1534.236.037.537.436.335.535.636.737.236.334.533.5036.237.437.836.734.833.534.035.737.237.336.335.5-53838.537.935.833.031.432.134.436.938.037.937.6图 2-2（a）不同纬度大气层上界各个月份的平均太阳日辐照量 单位： MJ(m2d) 【续表】纬度（）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月-1039.539.337.734.531.129.229.932.936.338.539.339.4-1540.839.837.233.028.926.827.631.135.438.740.440.9-2041.840.036.431.326.624.225.229.134.338.641.242.1-2542.540.035.429.324.121.522.627.032.938.241.743.1-3043.039.734.027.221.418.719.924.631.237.642.043.8-3643.239.132.524.818.615.817.022.129.336.642.044.2-4043.138.230.622.315.812.914.219.427.235.541.744.5-4542.837.128.619.612.910.011.316.624.934.041.244.5-5042.335.726.316.810.07.28.413.822.432.440.544.3-5541.734.123.913.97.24.55.710.919.830.539.640.0-6041.032.421.210.910.04.52.28.017.028.438.743.7-6540.530.618.57.82.10.31.05.214.126.237.843.7-7040.828.815.65.00.40.00.02.611.124.037.444.9-7541.927.612.62.40.00.00.00.88.021.938.146.2-8042.727.49.70.60.00.00.00.05.020.638.847.1-8543.227.77.20.00.00.00.00.02.420.339.347.6-9043.327.86.20.00.00.00.00.01.420.439.447.8图 2-2（b）不同纬度大气层上界各个月份的平均太阳日辐照量 单位： MJ(m2d)大气质量（AM）：太阳光线的实际路程与此最短路程之比叫大气质量。海平面AM等于1，航天中AM等于0.地面上的大气质量计算公式AM=1 PcosZ P0 (2-1-2-2)式中， Z为太阳天定角；P为当地大气压；P0为海平面大气压。s30 时，有较大误差。光伏系统工程计算中，可采用 AMs=1229+(614sins)2-614sins ( 2-1-2-3)大气质量越大，说明光线经过大气路程越长，受到衰减越多，到达地面的能量越少。2、 1、2 到达地表的太阳辐照度大气透明度: In=Iscpmm （2-2-1） 为日地距离修正值；pm为复合透明系数到达地表的法线太阳直射辐照度 为了比较不同大气质量情况下的大气透明度，必须将大气透明度修正到某个给定的大气质量，比如pm修正到大气质量为2的情况下 In=Iscp2m （2-2-2）水平面上的太阳直射辐照度Ib=Iscpmmsins (2-2-3) I0sZAcBnIb为水平面上都直射辐照度，S为太阳高度角，Hb=T2Isc-0+Pmm(sinsin+coscoscos)d （2-2-4）式中Hb为水平面直射辐照日总量，T为昼夜时长（一天为1440min）s为日出日落时角。水平面上散射辐照度Id=c1(sins)c2 （2-2-5） Id为散射辐照度，s为太阳高度角，c1 c2为经验系数水平面上太阳总辐照度 I=Ib+Id (2-2-6)地表倾斜面上的小时太阳辐照量太阳入射角cosT=sinsincos-sincossincos+ coscoscoscos+ cossinsincoscos+ cossinsinsin （2-3-1） 并且还有 cosT=cosZcos+sinZsincos（s-） (2-3-2)式中，T为太阳入射角；为太阳赤纬角；为当地纬角；为斜面倾角；为倾斜面方位角；为时角；Z为太阳天顶角；S为太阳方位角。对于北半球朝向赤道（=0）的倾斜面，可得到 cosT=sinsincos-sincossin+coscoscoscos+ cossinsincos=cos（-）coscos+sin（-）sin (2-3-3)对于南半球朝向赤道（=180）的倾斜面，可得到 cosT=cos（+）coscos+sin（+）sin (2-3-4)天顶角太阳SZ西东南北ss东西北南太阳如果在水平面上，即=0 cosT=cosS=coscoscos+sinsin (2-3-5)2、倾斜面上的小时太阳直射辐照量IT，b一般气象台测量的是水平面上的太阳辐射量，而在实际工作中，采光面通常是倾斜放置，因此要计算处于倾斜面上的太阳辐照量。如图所示TCTIT,bABnIn由上图可知，地表倾斜面上的小时太阳总辐射量与直射辐照量的关系IT b=IncosT (2-3-6) T为倾斜面上的太阳光线入射角 把（2-3-1）带入IT b=IncosT中，得到倾斜面上的直射辐照量为IT b=In（cosT=sinsincos-sincossincos+ coscoscoscos+cossinsincoscos+ cossinsinsin） (2-3-7)式中为倾斜面与水平面之间的夹角；为当地纬角；为太阳赤纬角； 为时角；为倾斜面的方位角。3、倾斜面和水平面上的小时直射辐照量的比值Rb Rb= IT bIb =cosTcosZ (2-3-8) 由上式可知 对于北半球 Rb=cos（-）coscos+sin（-）sinsinsin+coscoscos (2-3-9) 对于南半球 Rb=cos（+）coscos+sin（+）sinsinsin+coscoscos (2-3-10)如果在正午12时，=0 对于北半球 Rb n=cos|-|cos|-| (2-3-11)对于南半球Rb n=cos|-+-|cos|-+| (2-3-12)4、倾斜面上的小时散射辐照量IT d=1+cos2Id （2-3-13） 5、地面反射辐照量（假定地面反射是各向同性）IT =1-cos2（Id+Ib）=I(1-cos)2 (2-3-14)一般情况下，可取=0.26、倾斜面上的小时太阳总辐照量天空各向异性模型（1）HDKR模型IT=（Ib+IdAi）Rb+Id（1-Ai）（1-cos2）1+fsin3(2)+I(1-cos2) （2-3-14）式中，Ai=IbnIon=IbIn; f=IbI;Id为水平面上的小时太阳直射辐照量；I0为大气层外的小时太阳总辐照量；Rb为倾斜面上与水平面上小时直射辐照量的比值；为倾斜面与水平面之间的夹角；为地面反射率；I为水平面上的小时太阳总辐照量。（2）Perez模型 Perez等人详细分析了地表倾斜面上散射辐射分量的情况，得出倾斜面上的小时太阳散射辐照量 Id,T=Id（1-F1）（1+cos2）+F1ab+F2sin (2-3-15)式中，F1是环绕太阳系数；F2是水平亮度系数。式中的a和b是考虑到环绕太阳入射圆锥角在倾斜和水平面上角度的影响，环绕太阳的辐射当作太阳是点光源发出的， a=max0,cosZ b=maxcos85,cosZF1=max0,(f11+f12+Z180f13) （2-3-16） F2=(f21+f22+Z180f23) (2-3-17)式中，亮度=mIdIon其中m为大气质量，Ion是大气层外入射太阳光垂直面上的辐照量。清晰度是小时散射辐照量Id和入射太阳光垂直面上的直射辐照量In的函数，其关系为=Id+InId+5.53510-6Z31+5.53510-6Z3 (2-3-18) 值范围f11f12f13f21f22f2301.065-0.1961.084-0.006-0.1140.180-0.0191.0651.2300.2360.519-0.180-0.0110.020-0.0381.2301.5000.4540.321-0.2550.072-0.098-0.0461.5001.9500.866-0.381-0.3750.203-0.043-0.0491.9502.8001.026-0.711-0.4620.273-0.602-0.0612.8004.5000.987-0.986-0.3500.280-0.915-0.0244.5006.2000.748-0.913-0.2630.173-1.0450.0656.2000.318-0.7570.1030.062-1.6980.236 Perez模型的亮度系数由上知，倾斜面上的小时太阳纵辐照量由直射辐照量、各向异性散射辐照量、环绕太阳散射辐照量、水平散射辐照量和地面反射辐照量五项组成，关系如下； IT=IbRb+Id（1-F1）（1+cos2）+IdF1ab+IdF2sin+I（1-cos2） (2-3-19)3不同地区气温的对电池效率的影响 3、1分析在光照情况下太阳能电池的电流-电压特性叫做太阳能电池的暗特性。理想PN结电流电压关系为肖克莱方程【11】 I=Isexp(eVK0T)-1 (3-1-1)其中Is=JsA=AeDnnp0Ln+eDppn0Lp为反向饱和电流，（A为PN结结面积，Dn、Dp 为少子电子、少子空穴扩散系数，np0为热平衡状态下P区内少子电子浓度，pn0热平衡状态下n区少子空穴浓度，Ln、Lp分别少子电子、空穴的扩散长度)。对于以定的太阳能光伏电池，其内部结构已经定型，这样一来，温度成为影响电流-电压特性的物理量。根据半导体物理原理，温度对扩散系数D、扩散长度L、载流子浓度n都是有一定影响的，综合考虑，反向饱和电流密度为【12】 JseDnn12ni2NAT3+2exp(-EgTK0) (3-1-2)式中n为电子寿命，ni为本征载流子浓度，NA为P区受主浓度，在一定温度范围内为常数，Eg为半导体材料禁带宽度(2)式中，随着温度升高，(T3+2)这一项变化缓慢，exp(-EgTK0)反向饱和电流密度随看指数因子的变化迅速增大;并且禁带越宽的半导体材料，这种变化越明显。半导体材料禁带宽度Eg是温度的函数，Eg=Eg（0）+T式中Eg（0）为绝对零度时半导体材料的带隙宽度。设有Eg（0）=eVg0, Vg0是绝对零度时导带底和价带顶的电势差。由此，可以得到含有温度参数的正向电流-电压关系为 I=AJT3+2expe(V-V0)K0T (3-1-3)由(3)式可以看出，正向电流在确定外加电压下随着温度升高而增大的。图为实验中，不同温度下太阳能电池的暗电流特性曲线，从曲线中可以看出同一外加电压，温度越高电流越大。这一结论与上面理论分析得出的结论是一致的【3】。 图2 不同温度下太阳能电池的暗电流特性曲线对于晶体硅太阳电池，温度每提高1度，功率输出减少0.40.5%，甚至达到0.66%，而效率同比下降，绝对值则下降0.08%0.1%【4，5】S.R.Wenham, M.A.Green, M.E.Watt. Applied Photovoltaics. Centre for Photovoltaic Device and System,1994 E.Rdziemska.TheEffect of Temperature on the Power Drop in Crystalline Solar Cell. Renewable Energy.28(2003):1-123、2海南三亚三亚四季天气（2015年）全年平均气温一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均最高气温（C）262729313232323131302827日均最低气温（C）182022242626262625232119图3（来源于中国天气网）春季温度在22C-29C，夏季温度在26C-32C秋季温度在25C-31C，冬季温度在20C-27C3、3 山西运城运城四季天气（2015年）全年平均气温一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均最高气温（C）591522273233312613136日均最低气温（C）-6-339142023221692-5图4（来源于中国天气网）春季温度在3C-15C，夏季温度在19C-31C秋季温度在16C-26C，冬季温度在-3C-8C3、4内蒙古内蒙古鄂尔多斯四季天气（2015年）全年平均气温一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均最高气温（C）-1010152024272521 1451日均最低气温（C）-10-8-349141715114-2-84、太阳日照时数对电池的影响 4、1日出日没时角 4、1、1日出日没时角，表示太阳高度角为0，即 sinh=sinsin+coscoscos=0 式中 为太阳赤纬角(北纬为正，南纬为负)；为时角；为地理纬度(北纬为正，南纬为负)；h为太阳高度角。日出日没时角计算： =arccos(-tantan)式中负值表示日出时角，正值表示日没时角。 4、1、2变化规律 将=（Ts-12）15代入，得 Ts=12115arccos(-tantan) 4、2可照时数 4、2、1 计算 可照时数是计算日照百分率时用的参数。 sinT02=sin(45+-+2）sin（45+-2）coscos TA=2TB 式中TA为一日可照时数，h; TB为半日可照时数，h；为蒙气差，取值为34、；为纬度，单位为弧度，rad；为太阳赤纬角，单位为弧度，rad。 4、3 日照时数 4、3、1日照时数定义：指太阳每天在垂直于其光线平面上的辐射强度超过等于120Wm2的时间长度。 4、3、2计算 设日出日没时的时角为0；而日出日没时的太阳高度角h=0，所以 sinh=sinsin+coscoscos0=0 可得 cos0=-tantan 日照时数 T=2015浙江杭州的纬度是北纬30，于冬至和夏至时的日出、日沒时间和日照时数。冬至=-23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015=夏至=23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015=山西运城的纬度是北纬35，于冬至和夏至时的日出、日沒时间和日照时数。冬至=-23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015=夏至=23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015= 内蒙古鄂尔多斯纬度是北纬39.82，于冬至和夏至时的日出、日沒时间和日照时数。冬至=-23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015=夏至=23.5，cos0=-tantan=日出 t=日沒 t=日照时数T=2015= 4、4日照百分率 4、4、1 定义：系一个时间段内观测站实际日照时数与当地的可能的日照数之比， 4、4、2 月日照百分率 月日照百分率为S1=INT(STM)100% 式中 s为月实际日照时数，单位为h；TM为月可照时数，单位为h，可累加；INT为取整数的标准函数。 4、5峰值日照时数 4、5、1 曝辐量 定义:指一定时间内辐照度的累计量，单位为兆焦平方米。地面入射太阳总辐射日曝辐量是某地一天从日出到日沒时间段内，入射地面的太阳总辐射辐照度的累计量。 4、5、2 峰值日照时数 峰值日照时数为将当地的太阳辐照量折算成标准测试条件（辐照度 1000Wm2）下的小时数 TP=Q1000Wm2 式中TP为一段时间内峰值日照时数，单位为h；Q为一段时间内总辐射服曝量，在气象站的测量单位是MJm2d,计算中先折算成KWhm2, 1KWhm2=3.6MJm2 t1t2Q(t)dt=QTp 在计算光伏列阵的发电量时应用峰值日照时数，不用日照时数。 4、5、3计算浙江杭州 山西运城 内蒙古鄂尔多斯5 逆变器效率逆变器是一种将太阳能电池发出的直流电变成交流电供给负载或电网使用的一种转换装置，它通过电子开关和关断，完成逆变，是整流的逆过程。逆变器在工作时该元件也要消耗一部分电力。因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输出功率与输入功率之比。如果需要分析光伏发电系统的效率，则其中关于逆变器的效率分析必不可少。电气效率包括除电池效率以外所有器件的效率，主要取决于逆变器的效率【】逆变器中二极管元件的损耗、驱动损耗和开关损耗在整个系统中影响较大【1】张艳燕.提升太阳能光伏发电逆变器效率的研究D.辽宁石油化工大学：中国知网，2012：4。5、1 相关器件的损耗5、1、1达林顿管达林顿管又称复合管。它将两个三极管串联，可以变成一只新的三极管。该三极管的放大倍数是原二者之积，因此它的特点是放大倍数非常高。达林顿管的作用一般是在高灵敏的放大电路中放大非常微小的信号。达林顿管5、1、2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。该元件不仅克服了普通晶闸管（SCR）体积重量大，效率低以及产生的波形失真和噪声，还保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，是理想的高压、大电流开关器件。阳极AA阴极KP1N1P2N2 门极GGTO的结构示意图5、1、3绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）的高输入阻抗和GTR(大功率双极晶体管)的低导通压降两方面的优点。IGBT的优点是驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、开关电源、照明、牵引传动、变频器等领域。门极（G）集电极（C） P+ N+ NN+N+PN发射极P+发射极N基极N缓冲区P+层发射极（E）绝缘栅双极型晶体管可关断晶闸管达林顿管开关容量通态损耗电流容量门栅极驱动损耗反向电压阻断能力6 蓄电池效率6、1储能效率铅酸蓄电池像是储存能量的盒子，对蓄电池充电时，相当于将电能的注入其中，放电的时候又不断的将能量取出，这个过程完成了能量的储存与释放。蓄电池体系为可逆的电池体系，但是在蓄电池对电能储存的过程中并不能百分百转换，因为在存储的过程中有能量的损失【】林渭勋.现代电力电子技术M.北京:机械工业出版社，2005: 34-67.。 储能效率指蓄电池释放的电能(W放)与输入的电能(W充)的比，如（61）所示。W=W放W充100% (61) 蓄电池的充电效率是把充电器输出的电能与存储电能的比，如式(62)。蓄电池在存放期间由于自放电【】沈阳蓄电池研究所科研组.铅蓄电池的自放电J.蓄电池,1975(2)会造成一部分能量的损失，所以存放效率为自放电后蓄电池电量与自放电前蓄电池电量的比值，如式（63），图6-1给出了蓄电池在存放过程中电池容量的损失。放电效率指蓄电池输出的能量与蓄电池自放电后能量的比值，如式(64)充=W2W1100% （62）存=W3W2100% (63) 放=W4W3100% (64)式中W1表示充电器输出的能量，W2表示充电后蓄电池储存的能量，W3表示自放电后蓄电池能量，W4表示蓄电池放电时输出的能量。6、2充电状态的影响 充电状态是指蓄电池在充电时达到的状态，简而言之满充时的充电状态为100% o根据国家的相关规定，在充电状态不同时对蓄电池的储能效率有不同的标准，在充电状态小于50%时，要求蓄电池储能效率大于95%;充电状态在75%的时候，要求蓄电池储能效率大于90%;充电状态在90%时，要求蓄电池储能效率大于85%。 用文献42中提出的测试方法对三个电池（健康程度不同）进行测试，先对蓄电池进行完全放电，再对蓄电池充电到不一样的充电状态，再次放电。设蓄电池的实际容量为C，在充电时对蓄电池的充电量分别设置为:0.5C、0.75C、0.9C，再对蓄电池进行完全放电，计算出蓄电池的储能效率。在测试过程中，假设充电电压和蓄电池容量呈线性增长，蓄电池充电结束时充电电压为14V，放电结束时端电压为10.5V，那么在对蓄电池充电时充电量为O.5C、0.75C、0.9C对应的充电终止电压分别为:12.3V、13.3V、13.6V，所得到的测试结果见下表电池编号0.5C储能效率（%）0.75C0.9C一号电池98.290.182.4二号电池99.995.086.8三号电池100.096.190.2 表61 由上表可以看出三个单体蓄电池均能够达到国家标准，在50%的充电状态下，三个蓄电池的储能效率都接近100%，说明蓄电池能够将输入的电能几乎全部转化成化学能再全部释放出去，但是随着充电状态的增加，蓄电池的储能效率会有所下降，这是因为在不同充电状态下蓄电池内部化学变化的反应程度有关，在50%充电状态下蓄电池内部化学反应没有完全进行，要是对一个蓄电池进行多次的这种程度的储能效率检测，蓄电池储能效率也会下降