Research on Efficiency Optimization of Solar Photovoltaic Systems.doc

Research on Efficiency Optimization of Solar Photovoltaic Systems WeiMing Ding School of Energy and Environment Southeast University Nanjing 210096, China XiaoLi Wu, Li Cheng School of Energy and Environment Southeast University Nanjing 210096, China  Abstract—This paper purposes methods to improve the efficiency of solar photovoltaic (PV) power generation system from two aspects. One is the new component materials, the other is the PV inverter technology. Six kinds of new component materials are introduced, and parallel operation control of PV inverters is analyzed in detail. Simulation results show that parallel operation of inverters can effectively improve the efficiency and reliability of PV systems. Keywords- PV systems; new component materials; PV inverter technology 引言 通过太阳能光伏电池板将太阳能转换为电能是市场上最有前景的可再生能源技术。随着通信基站在无市电区域的应用，光伏系统因为部署简单、维护方便、无需补充燃料以及绿色环保等诸多优点，其研究开发、产业化制造技术及市场开拓成为当今世界各国特别是发达国家竞争的主要热点[1]。 但是光伏电池成本高昂，效率低下，以及严重受气候及地理环境限制等缺点成为市场规模部署的障碍。光伏电池的成本随着全球规模生产和交付会得到进一步下降，严重受限于气候及地理环境会随着混合供电以及场景识别细化得到最优化应用，而效率低下却是目前技术难以得到快速提升的障碍，高效太阳能电池依然在近期难以得到商业化应用，如何提高光伏发电的效率，增强光伏供电系统的竞争优势，成为目前业界研究的重点。 光伏发电系统 目前常见的光伏发电系统，根据其系统功能可分为两类：一种为不含蓄电池的“不可调度式光伏发电系统”，另一种为系统包含蓄电池组作为储能环节的“可调度式光伏发电系统”。可调度式系统在功能上虽然优于不可调度式系统，但由于增加了蓄电池储能环节，带来若干严重的缺点，如蓄电池组寿命问题、价格较贵、体积笨重等[2]。这些缺点使得可调度式系统的应用规模难以与不可调度式系统相比，目前大部分光伏发电系统仍采用不可调度式。 由图1所示的不可调度式光伏发电系统配置示意图可知，在光伏系统配置中包含两个重要配件：光伏阵列和光伏逆变器。因此光伏阵列的输出效率与光伏逆变器的效率直接影响着光伏发电系统的整体效率。下文就光伏阵列的新型组件材料和光伏逆变技术两方面对太阳能光伏发电系统的效率优化问题进行研究。 图1 不可调度式光伏发电系统配置示意图 新型组件材料 当前，世界各国都致力于新型材料的研发，2010年世界各地科研人员相继研发成功了6种可提高光伏系统效率的新型组件材料[3]。 SiC晶体管 目前一些主要的逆变器厂家如 Fronius、Xangex 等公司，在其逆变器电路中使用的大都是Si的IGBT。基于 Si 的 IGBT 逆变器是在600V上输入电压时工作的。这种 IGBT 的一个主要弱点是其开关速度慢，又很难对此加以改进，所以这种逆变器工作频率只有16~20kHz，并要使用体积较大的电感器和电容器。美国SemiSouth公司于2010年初研制出一种 SiC JFET，并已在逆变器试验中取得了很好的结果。其所以选用 SiC，是它可在高电压、大电流下工作，它所经受的电场强度是 Si 器件的倍，而其热导率是 Si 的3倍多。SiC 功率器件的开关损耗仅为 Si 同类器件的1／1000，单位面积的开态电阻也只有现行 Si 器件的1／100。此外，SiC晶体管可在较高频率下工作，并使用体积小、更便宜的无源元件。 SiC 晶体管耐受更高电压的逆变器器件这有利于提高转换效率降低系统成本。而且使设备发热量减少，从而提高了系统的可靠性。 海胆状纳米结构 201