光伏电站

光伏电站（photovoltaicpower station），又称太阳能光伏电站，是指与电网相连并向电网输送电能的光伏发电系统。它的发电原理是采用光伏发电技术，也就是通过半导体接口（太阳能电池）将阳光转化为可用的电能。太阳能电池是一种半导体光电二极管，是实现该技术的关键部件。

光伏电站使用的核心设备包括太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池储能装置、汇流箱、负载端、直流柜、逆变器、电缆、高低压配电设备和变压器环境监控系统。光伏电站根据是否接入电网可分为离网光伏电站和并网光伏电站。并网光伏电站可进一步细分为集中式并网光伏电站和分布式并网光伏电站。按装机容量可分为小型光伏电站、中型光伏电站和大型光伏电站。

2020年，亚洲光伏发电装机容量将占全球光伏发电总装机容量的57.43%其中，我国光伏发电装机容量占35.88%，位居全球首位。光伏电站的建设可以科学合理地利用可再生能源，促进能源结构优化和节能减排。而且，光伏电站是环保的、灵活、省电、持久、快速、适用范围等优点。但也有一些缺点，如能量密度低、受气象条件影响、成本较高、制造过程可能不环保。

1839年，法国科学家埃德蒙·贝克雷尔（地址埃德蒙 贝克勒尔）光伏效应被发现，为太阳能产业的发展奠定了物质基础。1954年，科学家查斌和皮尔森在美国成功制造出第一块实用的单晶硅太阳能光伏电池，光伏发电技术由此诞生。1958年，中国成功研制出第一颗硅单晶，开始研制太阳能电池。1982年，世界与和平杂志美国第一座兆瓦太阳能发电厂卢戈太阳能公园在美国加利福尼亚州建成。2020年，各国通过增加光伏发电设备装机容量提高光伏发电占比等方式实现了可再生能源的规模化利用，为实现能源平价上网推动新能源经济转型做出了贡献。

光伏电站的主要设备包括太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池储能装置、汇流箱、负载端、直流柜、逆变器、电缆、高低压配电设备和变压器环境监测系统等。其中太阳能电池模块和蓄电池储能装置形成供电系统；控制器和逆变器构成控制保护系统；DC负荷和交流负荷构成系统终端。

太阳能电池组件：太阳能电池板由单个太阳能电池组成。这些单元串联和并联连接，并封装形成太阳能电池模块。太阳能电池模块可用作独立的电源。光伏发电系统的电能发生器称为太阳能电池阵列，由太阳能电池模块串并联连接，封装在支架上而成。太阳能电池的功能是通过光电效应或光化学效应将光能转化为电能。

蓄电池储能装置：储能设备的出现解决了光伏发电的间歇性和波动性问题。当太阳光充足时，多余的电能可以储存在蓄电池中，供夜间或光线不足时使用。

控制保护系统

太阳能控制器：太阳能控制器是一种自动控制装置，旨在保护蓄电池。主要作用是调节充放电深度，防止电池过充过放，从而有效延长电池的使用寿命。

逆变器：逆变器是一种电力转换设备，用于将太阳能光伏发电系统产生的直流电转换为交流电。由于太阳能发电系统产生的电能是DC，而电网提供的日常电源是交流电，所以逆变器在太阳能发电与居民生活的连接中起着重要的作用日常用电量。还能提高光伏发电系统的供电质量。逆变器是光伏发电系统中不可或缺的关键设备。

系统终端

直流柜：DC配电装置是一种通过DC输入输出接口实现光伏组件产生的DC电能汇流转换的设备。它可以将光伏组件的DC电源连接到逆变器或直接提供给其他DC负载，如蓄电池或充电电源。在大规模光伏发电系统中，光伏DC柜通常被配置为在前端接线盒的分支上执行汇流操作。

负载端：光伏发电系统的负载端是指消耗电流的输出侧通过逆变器的调节，光伏发出的电可以首先被负载使用。如果负载端可以 如果电能用不完，多余的电能可以输送到电网。

其他系统

汇流箱：为了提高大型光伏并网发电系统的可靠性和易维护性，将在光伏组件和逆变器之间设置DC母线接线盒。可以减少连接线的数量，并且可以提供过电流、可以同时实现逆流防雷等保护功能和监控功能。

电缆：光伏电缆是一种用于传输电能的电缆，主要用于太阳能光伏电站的DC侧电路系统。该电缆耐寒耐高温，还具有防火环保防紫外线的特点。

高低压配电装置：高低压配电装置主要用于控制站内电能的输送和分配，实现电网之间的连接和交换。包括具有不同电压电平的设备，例如380V V、10kV、35kV等。

可变压力环境监控系统：光伏电站变压环境监控系统采用一体化设计，便于携带和使用，测量精度高。它可以收集各种数据，比如温度、风速、风向、太阳辐射、雨量、空气压力和电池背板的温度等。该系统还可以进行公告和趋势分析，并通过各种通信方式将气象数据传输到气象中心的计算机气象数据库中，以方便使用、分析和处理气象数据。

跟踪系统：跟踪系统是一种经过精确测量设计的支架系统，可以随着太阳的升起而移动，以确保太阳能电池板始终以最佳角度接收阳光，从而提高太阳能光伏发电系统的效率。该系统可以使面板始终垂直于太阳 s射线并消除固定电站的余弦损失，使电池模块可以接收更多的光能并减少损失，然后可以提高电站的发电量。

整体流程：光伏电站的发电原理是利用光伏发电技术将太阳能转化为光能，再转化为电能的发电系统。该系统主要由太阳能电池和并网逆变器组成，通过集中管理技术和控制技术实现太阳能的集中利用。通过充分利用并网逆变器技术，我们可以调整电能存储和时间分配，使光伏电站在不同时间和需求下实现峰谷调节，以满足电力需求。

发电流程：光伏发电技术是利用半导体界面的光伏效应，将太阳光转化为可用的电能。实现这一技术的关键部件是太阳能电池，它由半导体材料和金属制成，可以直接将光能转化为电能。当太阳能电池工作时，当太阳光照射到光电二极管上时，光子会将其能量转移到材料中的电子上，使其从化合物状态过渡到导体状态，形成电压差。通过串联或并联连接多个太阳能电池，形成电流回路，从而发电。

传输流程：太阳能电池阵列和太阳能控制器位于光伏电路的输入端，蓄电池、逆变器和负载位于输出端。太阳能电池阵列产生直流电能，通过控制器和光伏电缆传输到输出端的负载，供直流负载使用。如果是交流负载（如市区电网）您需要通过逆变器将DC能源转换为交流电，并通过变压器进行升压，最后将其供应给电网和千家万户。此外，太阳能控制器还可以调节产生的直流电能进入输出端的蓄电池储存，作为备用电源。

太阳能控制器：太阳能控制器是太阳能发电系统的重要组成部分，可以自动控制和调节蓄电池的充放电过程以及光伏和蓄电池两端的电压。当光伏和公共电网连接发电时，太阳能控制器将蓄电池置于充电状态，以储存多余的电能。当电网出现故障或失效时，电池可以提供电力以保证光伏系统的正常运行。

根据光伏电站是否并网：光伏电站按是否并网分为离网光伏电站和并网光伏电站。并网光伏电站可进一步细分为集中式并网光伏电站和分布式并网光伏电站。

离网光伏电站：离网光伏电站是一种独立的光伏发电系统，主要由光伏阵列组成、控制器和蓄电池。如果要给交流负载供电，需要配置逆变器。离网型光伏电站的应用需要独立的带蓄电池的光伏发电系统。

它的主要应用场景是在没有电网供电或电网电源不稳定的地方。当日照充足时，离网光伏电站通过光伏阵列产生直流电并储存在蓄电池中。这些储存的电力可以在夜间或阴雨天气为用户提供电力。

并网光伏电站：并网光伏电站由光伏阵列组成、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、配电升压装置和光伏电站运行维护管理系统等，接入高压电网。其运行方式是通过光伏阵列将太阳能转化为直流电能，并经过接线盒和配电柜后，通过逆变器将直流电逆变为交流电，然后接入电网。并网光伏电站可分为集中式和分布式两种。

光伏电站

集中式并网光伏电站：在光照资源丰富的地区安装集中式并网光伏电站（如荒漠、矿山、水面等），形成光伏电站集群。这些电站将电能集中起来，通过升压输电网络输送到负荷中心。峰值功率可达吉瓦级，有的甚至是国家级的大型光伏电站。这样，光伏发电可以直接接入公共电网和高压输电系统，并可实现远距离输电。通过集中式光伏系统，可以更有效地利用光伏能源，实现清洁能源的大规模生产和供应。

集中电站将产生的能量全部输送到电网，电网统一分配给用户供电。它具有灵活的选址和运营模式、功率输出稳定性高，环境适应性强。然而，该系统存在一些缺点，包括对长距离输电线路的依赖、容易出现电压超限和不稳定问题、高投资成本、建设周期长、大面积和其他挑战。

分布式并网光伏电站：分布式并网光伏电站是一种将太阳能转化为电能的发电系统不同于传统的集中式光伏电站，其主要特点包括分散资源的利用、装机规模较小、布置在用户附近，接入35kV以下电压等级的电网。分布式光伏电站通常建在用户附近它们的运行方式主要包括自供电和余电接入，即发电厂发出的电力可以满足用户 美国自己的电力需求，多余的电力可以通过电网接入，出售给供电公司。

分布式光伏电站有很多优点，包括建设速度快、占地面积小、政策支持、可就近供电、节约用地、并网难度低、操作灵活，初始投资成本低。然而，分布式光伏电站的电压和无功调节难度较大，需要依靠配电网层面的能量管理系统进行调节。分配网络也可能存在逆流损失等问题。

除以装机容量：光伏电站按装机容量可分为小型光伏电站、中型光伏电站和大型光伏电站。

小型光伏电站：小型光伏电站是指装机容量小于等于1MWp的光伏发电系统。通常用于供给范围相对较小的用电需求，采用低压交流电源满足用电需求。

中型光伏电站：中型光伏电站是指装机容量在1兆瓦至30兆瓦之间的光伏电站。为了保证最大的光伏输出，中型光伏电站需要使用具有足够容量的电力传输通道与电网连接。

大型光伏电站：大型光伏电站是指装机容量超过30MWp的光伏电站。大型光伏电站并网后的电力系统规划、电能质量、对电网安全稳定运行将产生重大影响。尽管大型光伏电站通常具有更高的额定容量，但其逆变器很容易受到干扰。与小型光伏电站相比，大型光伏电站受地域限制较小，不需要蓄电池进行储能，因此在太阳能集中利用方面更具优势。

光伏电站施工：地面光伏电站的建设包括基础施工和支架安装、组件安装、逆变器和接线盒的安装和连接、电缆铺设、防雷和接地等。

基础和支架：混凝土桩可用于光伏电站的基础、条形桩或金属桩等，以确保稳定性、抵御自然灾害、不产生位移。独立桩基的埋深需要根据当地的气候和地质条件来确定，以确保光伏组件不受季节和自然灾害的损坏。独立桩的埋深一般应超过冻土或大于0.5米。

光伏组件的安装需要确保其稳定性，并根据设计规范进行安装。运输和安装时，应避免重压和踩踏，以免开裂。连接应牢固稳定，接头应镀锡，插入式连接器应防止日晒雨淋。连接线应固定整齐美观，并附在支架上。

接线盒和逆变器的安装：接线盒应与元件紧密连接，距离尽量短，以减少线路损耗。同时，连接器需要避免暴露在阳光下和雨水中，以免因老化和腐蚀问题而导致安全隐患和效率下降。变频器安装应根据制造商的要求进行操作；户外逆变器应位于地势较高的地方，距离地面至少30厘米，以便防洪、防雨、防沙尘和防鼠害；室内逆变器需要良好的通风和散热。

电缆铺设：太阳能光伏发电系统需要使用抗紫外线、抗老化、抗高低温、防腐阻燃电缆。设计电缆时，需要考虑安全载流量和线路长度对电缆压降的影响为了避免影响电站发电，需要选择足够截面积的导线，并尽可能缩短线路长度以减少损耗。场内电缆采用埋地方式布置，电缆沟可采用直埋或开挖方式。电缆的埋深至少应为0.3~0.米，以防止动物或重物损坏电缆。

防雷和接地：太阳能光伏发电系统需要使用抗紫外线、抗老化、抗高低温、防腐阻燃电缆。为了保证电站的安全，应注意光伏系统的接地和防雷。组件的金属框架应与支架牢固连接，支架本身必须接地。设备接地必须可靠，金属门应用裸铜软线牢固地接地到金属框架或接地棒上。地面电站应用耐腐蚀扁钢或角钢接地。

合理利用能源：世界上用于发电的主要能源包括煤、石油、天然气、核能和水电，此外还有少量的风能、地热能和太阳能。但与这些有限且不可再生的资源相比，太阳能是取之不尽用之不竭的、这种取之不尽的能源具有通过光伏产业将太阳能高效转化为电能的巨大潜力。特别是日照时间和辐射时间长的高海拔地区，太阳能资源非常丰富。充分利用光伏电站进行太阳能发电，可以减少对其他自然能源的依赖和消耗。

优化能源构成结构：全球发电主要包括生物质发电、风力发电、水力发电和火力发电。其中，火力发电约占全球电力产量的80%煤的燃烧比例是主要形式。然而，煤炭燃烧会产生二氧化硫和二氧化碳等有害气体，会造成严重的空气污染。为了改善能源结构，减少环境污染，建设光伏电站成为重要选择。通过光伏电站的大规模使用，可以优化国家的能源结构和布局。

节约能源：火力发电对环境的影响很大，不仅增加了能源消耗，还会产生大量有害气体。煤灰和煤粉会污染周围环境，影响植物的正常生长。风力发电虽然是一种清洁能源，但也会在一定程度上影响气候。相比之下，光伏发电是一种无污染的绿色能源，可以提高能源效率，节约能源。

优点

环保清洁：太阳能发电安全可靠，无噪音无污染排放，绝对清洁无污染。

地域灵活：它不受资源地理分布的限制，可以利用建筑物屋顶等地方发电，适用于没有电的地区和地形复杂的地方。

无需输电：太阳能发电可以就地供电，不消耗燃料，不架设输电线路。

能源持久性：太阳能是一种取之不尽用之不竭的高质量能源。

建设周期短：建造太阳能发电站所需的时间和成本都很低，获得能源的回报也很快。

地理位置要求低：与水电站或风力发电站相比，太阳能发电场的地理位置没有要求。

无环境污染：太阳能发电不会造成环境污染，是理想的绿色能源。

适用广泛：太阳能发电的应用范围很广，即使是普通家庭也可以利用太阳能发电。

缺点

能量分布密度小：光伏发电使用的能量来自太阳辐射由于太阳能的分布广泛而分散，光伏电站需要占据巨大的面积才能获得足够的能量。

受气象条件影响：光伏电站的能量输出会受到季节的影响、昼夜天气等因素。在阴雨天气或夜间，光伏电站的能量输出会大大减少。

高成本：目前，与传统火电厂相比，光伏电站的建设和运营成本更高。虽然光伏技术的成本正在逐渐降低，但仍需要更多的投资，使其成为更具竞争力的发电方式。

制造过程不环保：生产光伏板的过程涉及许多化学品和能源消耗，并产生有害废物和污染物。