光伏发电原理及发电系统简介光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
一、光伏效应如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。
界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。
二、原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。
(1)光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。
前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2)光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。
太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。
当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
一般来说，太阳能电池方阵的安装形式有以下三种：安装在地面上、安装在柱上、安装在屋顶上。具体采用 哪一种安装形式又要受到一些具体因素影响，诸如可利用空间大小、方阵尺寸、采光条件、风负载、视觉效果及 安装难度、破坏和盗窃问题等。在上述几种安装形式中，首选的是安装在地面上，因为它具有简单易行的特点。 而安装在柱子上面的难度受电池板离地面高度的影响。而安装在屋顶上的难度则由屋顶是否陡峭而定，在比较陡 的屋顶上工作不仅耗时费力，而且非常危险。在安装过程中，尤其要避免对电池板电气性能造成损伤，为此太阳 能电池板的表面应该覆盖，减小损伤的概率。还可以在光伏电站周围修建围墙，使动物无法靠近设备．以此保证 系统安全。同时，安装的太阳能电池板应该面向中午的太阳，而不要对着指南针的方向，这一点在相关资料中都 有说明。
在中国仲巴县，这个县城里所有的供热都是由太阳能来提供的。图中左侧黑色的那部分就是太阳能集热器 （Solar collector），面积有3.5万平方米，就像我们平常用到的热水器那样，能够把太阳能变成热能。它收 集了热以后，储存在图中那个彩色的罐子里。这个罐子可以24小时发热，供给县城的采暖。这是百分之百的太阳 能，完全零碳。
如果根据太阳能光伏系统的应用形式，应用规模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细致的划分。
还可以将光伏系统细分为如下六种类型：小型太阳能供电系统（Small DC）；简单直流系统（Simple DC）；大型太阳能发电系统（Large DC）；交流、直流供电系统（AC/DC）；并网系统（Utility Grid Connect）；混合供电系统（Hybrid）；并网混合系统。
1.小型太阳能供电系统（Small DC）该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。
如在我国西部地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。
2.简单直流系统（Simple DC）该系统的特点是系统中的负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器，系统结构简单，直接使用光伏组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及控制器中的能量损失，提高了能量利用效率。
这种系统在发展中国家的无纯净自来水供饮的地区得到了广泛的应用，产生了良好的社会效益。
3 大型太阳能供电系统（Large DC）与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍然是适用于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统通常负载功率较大，为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的太阳能蓄电池组，其常见的应用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电，航标灯塔、路灯等。
我国在西部一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用的这种形式，中国移动公司和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通讯基站也有采用这种光伏系统供电的。
（2）充电控制器 在不同类型的光伏发电系统中，充电控制器 不尽相同，其功能多少及复杂程度差别很大，这 需根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制 器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组 成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用 是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、 平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减 少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护 蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果 用户使用直流负载，通过充电控制器还能为负载 提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池 方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。
太阳能电池主要由半导体硅制成。在半导体上 照射光后，由于其吸收光能会激发出电子和空穴 （正电荷），从而半导体中有电流流过，这可称 为“光发电效应”或简称“光伏效应”。
掺有磷杂质的硅含有多余电子，称为N型半导 体；掺有硼杂质的硅含有多余正电荷，称为P型半 导体。若将两者结合，称为PN结，这就是半导体 器件的最基本结构。 在PN结中，P型半导体的电子受到拉力，N型 半导体的正电荷受到拉力，在结合处形成正负抵 消的区域，形成阻挡层。此时，若有光照射，则 激发电子自由运动流向N型半导体；正电荷则集结 于P型半导体，从而产生了电位势。
光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射 能量转化为电能的直接发电方式。 光伏发电系统是由光伏电池板，控制器和电 能存储和变换环节构成的发电与电能变换系统。 光伏电池板产生的电能经过电缆，控制器， 储能等环节予以储存和转换，转换为负载所能使 用的电能。
独立光伏系统，也称为离网型太阳能光伏发电系统。独立 光伏系统是利用太阳电池组件方阵直接将太阳辐射能直接转换 为电能，且不需与公用电网连接的光伏系统。 独立光伏系统因为一般在任何地方不需要长距离布线，从 而使得独立系统更加符合偏远山区。 独立光伏系统因不与公用电网相连接，且独立光伏系统受 日照条件、温度、云层、风沙等气象条件影响较大，加之一般 太阳电池负载特性较软，为了太阳能光伏系统的稳定运行，在 系统中除太阳电池组件方阵以外还需具备一定的储能元件一般 为免维护铅酸蓄电池，别外还需有其他元件，如光伏控制器等， 所以独立光伏系统的建设成本一般较高，且维护成本也较高。
太阳能并网发电系统是利用太阳能电池方阵，在白天有光照时产 生的直流电通过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直 接接入公共电网，产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力 反馈给电网。在阴雨天或晚上，太阳能电池组件没有产生电能不 能满足负载需求时则由电网供电。这种系统直接将电能输入电网， 免除了蓄电池储能装置，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以 充分利用光伏方阵所发的电能从而减小了能量的损耗，并降低了 系统的成本。
独立光伏系统也称离网型光伏系统，是相对并 网光伏发电系统而言，不需要与公用电网相连 接。独立光伏系统根据其划分依据不同可以分 成不同种类，就独立光伏系统的所接负载类型 的不同可以将其划分的几种类型予以简单介绍： 1.光伏照明系统 2.太阳能监控系统 3.光伏水泵系统 4.独立光伏电站
逆变器就是把直流电（例如12VDC） 逆变器 逆变成交流电（例如220VAC）的 设备。一般分为独立逆变器和并 网逆变器 。
逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于 太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交 流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运 行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。 独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发 电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并 网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出 波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波 逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一 般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。 正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。光伏电站类型及设备简介
逆变器应能根据电压输入情况，或故障及故障恢复后等情形，实现对应的自动开、关 机操作。
逆变器启动运行时，输出功率应缓慢增加，不应对电网造成冲击。逆变器输出功率从 启动至额定值的变化速率可根据电网的具体情况进行设定且最大不超过50kW/s，逆变 器输出电流从启动至额定值的过程中电流最大值不超过逆变器额定值的110%。
Distributed Generation，简称DG），通常是指发电功率在几千瓦 至数百兆瓦（也有的建议限制在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用 电用户附近的高效、可靠的发电单元。
分布式屋顶并网光伏电站基本组成通常包括如下几个部分： 与建筑屋面结合的基础、光伏方阵光伏方阵支架安装形式、光伏 组件方阵布局、光伏直流/交流电气结构、并网接入部分等。大 部分分布式光伏电站与集中式光伏电站相比安装容量偏小、接入 电压等级较低，接近负荷，对电网影响小等特点，可以应用在大 中型工业厂房、公共建筑以及居民屋顶等建筑上。
逆变为三相正弦交流电ac输出符合电网要求的电集中式逆变器三光伏电站的主要设备及其功能3并网逆变器微型逆变器组串式逆变器三光伏电站的主要设备及其功能3并网逆变器逆变器原理高频逆变器的频率一般为十几khz到mhz按逆变器输出交流电能的频率可分为3并网逆变器三光伏电站的主要设备及其功能工频逆变器中频逆变器高频逆变器三光伏电站的主要设备及其功能3并网逆变器按逆变器输出的相数可分为单相逆变器三相逆变器三光伏电站的主要设备及其功能3并网逆变器1输入要求逆变器最大输入电流或功率要求不超过额定输入的110并网光伏发电系统类型结构说明及工作过程说明
并网光伏发电系统类型结构说明及工作过程说明所谓并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流。
当太阳能光伏系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电）；当太阳能光伏系统提供的电力不足时，由电网向负载供电（买电）。
1-12有逆流并网光伏发电系统2.无逆流并网光伏发电系统无逆流并网光伏发电系统如图1-13所示。
太阳能光伏发电系统即使发电充裕也不向公；电网供电，但当太阳能光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。
图1-13无逆流并网光伏发电系统3.切换型并网光伏发电系统切换型光伏并网发电系统如图1-14所示。
一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因，然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。
有些切换型光伏发电系统，还可以在需要时断开为一般负载的供电，接通对应急负载的供电，一般切换型并网光伏发电系统都带有储能装置。
分布式光伏发电系统设计浅析摘要：概述光伏发电的发展前景和分布式光伏的系统类型。
通过模拟设计100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统，阐述系统构建原理，说明关键设备功能，解析参数计算方法。
关键词：分布式光伏；并网；可逆流；双碳引言目前，我国可再生能源正处于高速发展阶段，可再生能源发电总装机容量已经突破11亿千瓦。
在“碳达峰、碳中和”目标下，提高可再生能源比例已成为“十四五”时期能源发展的重点。
2022年4月1日起实施的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021中明确要求“新建建筑应安装太阳能系统。
1 系统类型分布式光伏根据其是否并网，分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。
1.1 独立光伏系统独立光伏发电系统与电网物理上分隔，主要针对供电可靠性要求不高的负荷。
根据储能装置配置情况不同可分为带储能装置的独立系统和不带储能装置的独立系统。
1.2 并网光伏系统并网光伏系统利用并网逆变器和并网柜接入电网，将直流电转换成满足电能质量要求的交流电。
2 系统设计本节以100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统为例，阐述系统构成、模拟参数计算。
系统主要由以下设备构成：光伏方阵、光伏汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、交流并网柜、双向电能表。
2.1 光伏方阵光伏方阵是将若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。
2.1.1 单个光伏组串中光伏组件数量计算光伏组串中光伏组件数量计算公式参见《光伏发电站设计规范》GB50797-2012公式（6.4.2-1）、公式（6.4.2-2）。
光伏组件的开路电压温度系数，取-0.3%/℃（由组件厂商提供）；光伏组件的工作电压温度系数，取-0.35%/℃（由组件厂商提供，无数据时可用开路电压温度系数）；光伏组件工作条件下的极限低温（℃），取0℃；光伏组件工作条件下的极限高温（℃），取70℃；逆变器允许的最大直流输入电压（V），取900V；逆变器MPPT电压最大值（V），取800V；逆变器MPPT电压最小值（V），取460V；光伏组件的开路电压（V），取48V；光伏组件的工作电压（V），取39V。
1. 常规太阳能光伏发电：常规太阳能光伏发电是以太阳能作为直接能源来发电，通过太阳能光伏装置将太阳能转换成可供使用的电能。
太阳能光伏发电采用多种发电方式，包括日光反射式发电，太阳能发电，太阳能池发电等。
2. 水力光伏发电：水力光伏发电是利用水流将摆动式发电机转动以产生可供使用的电能，并利用光伏组件将太阳能转换成电能来发电的一种技术。
水力光伏发电的主要组成部分有风力发电机、摆动式发电机、光伏模块以及开关装置等。
3. 潮汐发电：潮汐发电是利用太阳能光伏技术开发的，主要利用潮汐变化实现电力的变换和转换，将运动能量转换为电能。
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发电系统的类型就是指所设计的发电系统是独立发电系统，还是并网发电系统或者是太阳能发电与市电互补系统。
发电系统的安装主要是指太阳能电池组件或太阳能电池方阵的安装，其安装场所和方式可分为杆柱安装、地面安装、屋顶安装、山坡安装、建筑物墙壁安装及建材一体化安装等。
杆柱安装是指将太阳能光伏系统安装在由金属、混撮土以及木制的杆、柱子、塔上等，如太阳能路灯、高速公路监控摄像等，如图7-2所示。
地面安装就是在地面打好基础，然后在基础上安装倾斜支架，太阳能电池组件固定到支架上，有时也可利用山坡等的斜面直接做基础和支架安装电池组件，如图7-3所示。
屋顶安装大致分为两种：一种是以屋顶为支撑物，在屋顶上通过支架或专用构件将电池组件固定组成方阵，组件与屋顶间留有一定间隙用于通风散热；另一种是将电池组件直接与屋顶结合形成整体，也叫光伏方阵与屋顶的集成，如光电瓦、光电采光顶等，如图7-4所示。
与屋顶安装一样，墙壁安装也大致分为两种：第一种是以墙壁为支撑物，在墙壁上通过支架或专用构件将电池组件固定组成方阵，也就是把太阳能组件方阵外挂到建筑物不采光部分的墙壁上；另一种是将光伏组件做成光伏幕墙玻璃和光伏采光玻璃窗等光伏建材一体化材料，作为建筑物外墙和采光窗户材料，直接应用到建筑物墙壁上，形成光伏组件与建筑物墙壁的集成，如图7-5所示。
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