2025年大学《气象技术与工程》专业题库—— 光伏发电在气象条件下的效率分析.docxVIP

2025年大学《气象技术与工程》专业题库——光伏发电在气象条件下的效率分析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

简述光伏效应的基本原理，并说明影响光伏电池转换效率的主要内部和外部因素。

二、

解释直接辐射（DNI）、散射辐射（Diffuse）和总辐射（GHI）的概念，并说明它们如何共同决定到达光伏组件的太阳辐射能。

三、

描述工作温度对晶体硅光伏电池输出功率和效率的影响机制。一个光伏电站夏季中午效率下降，分析主要的热损失途径。

四、

大气质量（AOD）如何影响太阳辐射的传输？举例说明高大气质量（如沙尘暴、严重雾霾）对光伏发电量可能产生哪些不利影响。

五、

云层对光伏发电有不同的影响，请分别阐述厚云、薄云和有云间隙时，太阳辐射的特性和光伏组件输出功率可能发生的变化。

六、

定义光伏组件的填充因子（FillFactor,FF）。简述其物理意义，并说明影响填充因子的主要因素有哪些。

七、

简述Perez模型在光伏性能预测中的一般应用思路。该模型主要考虑了哪些关键的气象和几何因素？

八、

光伏系统除了转换效率损失外，还可能存在哪些主要的性能损失因素？请列举至少三种，并简述其产生原因。

九、

某地气象站测得某小时的总辐射为800W/m2，散射辐射占总辐射的30%，大气质量为3。假设该地点有一块理想的（即无遮蔽、无温度影响等）光伏组件，请计算此时到达该组件的直射辐射和散射辐射强度（单位：W/m2）。若该理想组件在标准测试条件下的峰值功率为200Wp，请估算其在该气象条件下的理论输出功率（忽略其他损失）。

十、

在评估光伏电站性能时，如何利用气象数据进行分析？请列举至少两种分析方法或评估指标，并简述其含义。

试卷答案

一、

原理：光伏效应是指半导体材料（如硅）在光照作用下产生电势差和电流的现象。当光子携带的能量大于半导体的禁带宽度时，光子被吸收，激发电子跃迁到导带，产生自由电子和空穴对。在PN结内建电场的作用下，电子和空穴被分离，分别向N区和P区移动，形成光生电流。

因素：

*内部因素：光伏电池材料本身的性质（如禁带宽度、晶体质量）、PN结质量、电极材料与接触等。

*外部因素：入射太阳辐射强度和光谱（受太阳高度角、大气质量、云层等影响）、组件工作温度、组件表面清洁度、阴影遮挡等。

二、

概念：

*直接辐射（DNI）：指穿过大气层到达地表、未经散射的平行太阳辐射。

*散射辐射（Diffuse）：指被大气中的气溶胶、水汽等散射后到达地表的太阳辐射，包括直射辐射被散射的部分和完全散射的辐射。

*总辐射（GHI）：指在水平面上接收到的所有太阳辐射，包括直接辐射和散射辐射的总和。

关系：GHI=DNI+Diffuse。三者共同决定了光伏组件接收到的总太阳辐射能，是计算光伏输出功率的关键输入参数。

三、

机制：光伏电池工作时会发热，温度升高会导致半导体材料的带隙变宽，电子-空穴对产生速率降低；同时，本征载流子浓度增加会加剧复合，内电场减弱，这些因素共同导致开路电压降低，短路电流变化不大或略有增加，最终使得最大功率点功率下降，效率降低。

热损失途径：主要包括传导损失（组件本身及支架的吸热和传导）、对流损失（空气流动带走热量）和辐射损失（组件向周围环境发射热量）。

四、

影响：大气质量（AOD）越高，表示大气中的颗粒物和水汽等杂质越多，对太阳辐射的削弱作用越强。AOD值越大，到达地面的太阳辐射（尤其是直接辐射）越少。

不利影响：

1.显著降低直射辐射比例，使得更多依赖DNI的太阳能热发电（CSP）和部分光伏系统发电量下降。

2.增加散射辐射比例，可能轻微提高对散射辐射利用较好的组件（如薄膜电池或透光性好的组件）的发电量，但整体效率提升有限，且可能因尘埃附着力增加而导致清洁需求增大。

3.导致太阳光谱向长波方向偏移，轻微影响电池转换效率。

五、

厚云：削弱几乎所有太阳辐射，主要是散射辐射，到达组件的辐射强度大幅降低，通常导致组件输出功率降至很低水平（如10%-20%MPP），甚至接近零。

薄云/有云间隙：散射辐射比例增加，直射辐射中断或减弱。在有云间隙时，如果太阳穿透云层，组件可能会瞬间接收到强烈的直射辐射，功率迅速上升；而在被云层完全覆盖时，功率则降至较低水平。整体输出功率在较高和较低值之间波动。

六、

定义：填充因子（FF）是衡量光伏电池/组件电学性能的重要参数，定义为最大输出功率（Pmax）与开路电压（Voc）和短路电流（Isc）乘积的比值，即FF=Pmax/(Voc*Isc)。

物理意义：它反映了光伏电池内部电学和光学缺陷（如串并联电阻、表面复合等）导致的功率损失程度。高填充因子表示内部损耗小，电