光伏電站

光伏電站（photovoltaicpower station），又稱太陽能光伏電站，是指與電網相連并向電網輸送電能的光伏發電系統。它的發電原理是采用光伏發電技術，也就是通過半導體接口（太陽能電池）將陽光轉化為可用的電能。太陽能電池是一種半導體光電二極管，是實現該技術的關鍵部件。

光伏電站使用的核心設備包括太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池儲能裝置、匯流箱、負載端、直流柜、逆變器、電纜、高低壓配電設備和變壓器環境監控系統。光伏電站根據是否接入電網可分為離網光伏電站和并網光伏電站。并網光伏電站可進一步細分為集中式并網光伏電站和分布式并網光伏電站。按裝機容量可分為小型光伏電站、中型光伏電站和大型光伏電站。

2020年，亞洲光伏發電裝機容量將占全球光伏發電總裝機容量的57.43%其中，我國光伏發電裝機容量占35.88%，位居全球首位。光伏電站的建設可以科學合理地利用可再生能源，促進能源結構優化和節能減排。而且，光伏電站是環保的、靈活、省電、持久、快速、適用范圍等優點。但也有一些缺點，如能量密度低、受氣象條件影響、成本較高、制造過程可能不環保。

1839年，法國科學家埃德蒙·貝克雷爾（地址埃德蒙 貝克勒爾）光伏效應被發現，為太陽能產業的發展奠定了物質基礎。1954年，科學家查斌和皮爾森在美國成功制造出第一塊實用的單晶硅太陽能光伏電池，光伏發電技術由此誕生。1958年，中國成功研制出第一顆硅單晶，開始研制太陽能電池。1982年，世界與和平雜志美國第一座兆瓦太陽能發電廠盧戈太陽能公園在美國加利福尼亞州建成。2020年，各國通過增加光伏發電設備裝機容量提高光伏發電占比等方式實現了可再生能源的規模化利用，為實現能源平價上網推動新能源經濟轉型做出了貢獻。

光伏電站的主要設備包括太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池儲能裝置、匯流箱、負載端、直流柜、逆變器、電纜、高低壓配電設備和變壓器環境監測系統等。其中太陽能電池模塊和蓄電池儲能裝置形成供電系統；控制器和逆變器構成控制保護系統；DC負荷和交流負荷構成系統終端。

太陽能電池組件：太陽能電池板由單個太陽能電池組成。這些單元串聯和并聯連接，并封裝形成太陽能電池模塊。太陽能電池模塊可用作獨立的電源。光伏發電系統的電能發生器稱為太陽能電池陣列，由太陽能電池模塊串并聯連接，封裝在支架上而成。太陽能電池的功能是通過光電效應或光化學效應將光能轉化為電能。

蓄電池儲能裝置：儲能設備的出現解決了光伏發電的間歇性和波動性問題。當太陽光充足時，多余的電能可以儲存在蓄電池中，供夜間或光線不足時使用。

控制保護系統

太陽能控制器：太陽能控制器是一種自動控制裝置，旨在保護蓄電池。主要作用是調節充放電深度，防止電池過充過放，從而有效延長電池的使用壽命。

逆變器：逆變器是一種電力轉換設備，用于將太陽能光伏發電系統產生的直流電轉換為交流電。由于太陽能發電系統產生的電能是DC，而電網提供的日常電源是交流電，所以逆變器在太陽能發電與居民生活的連接中起著重要的作用日常用電量。還能提高光伏發電系統的供電質量。逆變器是光伏發電系統中不可或缺的關鍵設備。

系統終端

直流柜：DC配電裝置是一種通過DC輸入輸出接口實現光伏組件產生的DC電能匯流轉換的設備。它可以將光伏組件的DC電源連接到逆變器或直接提供給其他DC負載，如蓄電池或充電電源。在大規模光伏發電系統中，光伏DC柜通常被配置為在前端接線盒的分支上執行匯流操作。

負載端：光伏發電系統的負載端是指消耗電流的輸出側通過逆變器的調節，光伏發出的電可以首先被負載使用。如果負載端可以 如果電能用不完，多余的電能可以輸送到電網。

其他系統

匯流箱：為了提高大型光伏并網發電系統的可靠性和易維護性，將在光伏組件和逆變器之間設置DC母線接線盒。可以減少連接線的數量，并且可以提供過電流、可以同時實現逆流防雷等保護功能和監控功能。

電纜：光伏電纜是一種用于傳輸電能的電纜，主要用于太陽能光伏電站的DC側電路系統。該電纜耐寒耐高溫，還具有防火環保防紫外線的特點。

高低壓配電裝置：高低壓配電裝置主要用于控制站內電能的輸送和分配，實現電網之間的連接和交換。包括具有不同電壓電平的設備，例如380V V、10kV、35kV等。

可變壓力環境監控系統：光伏電站變壓環境監控系統采用一體化設計，便于攜帶和使用，測量精度高。它可以收集各種數據，比如溫度、風速、風向、太陽輻射、雨量、空氣壓力和電池背板的溫度等。該系統還可以進行公告和趨勢分析，并通過各種通信方式將氣象數據傳輸到氣象中心的計算機氣象數據庫中，以方便使用、分析和處理氣象數據。

跟蹤系統：跟蹤系統是一種經過精確測量設計的支架系統，可以隨著太陽的升起而移動，以確保太陽能電池板始終以最佳角度接收陽光，從而提高太陽能光伏發電系統的效率。該系統可以使面板始終垂直于太陽 s射線并消除固定電站的余弦損失，使電池模塊可以接收更多的光能并減少損失，然后可以提高電站的發電量。

整體流程：光伏電站的發電原理是利用光伏發電技術將太陽能轉化為光能，再轉化為電能的發電系統。該系統主要由太陽能電池和并網逆變器組成，通過集中管理技術和控制技術實現太陽能的集中利用。通過充分利用并網逆變器技術，我們可以調整電能存儲和時間分配，使光伏電站在不同時間和需求下實現峰谷調節，以滿足電力需求。

發電流程：光伏發電技術是利用半導體界面的光伏效應，將太陽光轉化為可用的電能。實現這一技術的關鍵部件是太陽能電池，它由半導體材料和金屬制成，可以直接將光能轉化為電能。當太陽能電池工作時，當太陽光照射到光電二極管上時，光子會將其能量轉移到材料中的電子上，使其從化合物狀態過渡到導體狀態，形成電壓差。通過串聯或并聯連接多個太陽能電池，形成電流回路，從而發電。

傳輸流程：太陽能電池陣列和太陽能控制器位于光伏電路的輸入端，蓄電池、逆變器和負載位于輸出端。太陽能電池陣列產生直流電能，通過控制器和光伏電纜傳輸到輸出端的負載，供直流負載使用。如果是交流負載（如市區電網）您需要通過逆變器將DC能源轉換為交流電，并通過變壓器進行升壓，最后將其供應給電網和千家萬戶。此外，太陽能控制器還可以調節產生的直流電能進入輸出端的蓄電池儲存，作為備用電源。

太陽能控制器：太陽能控制器是太陽能發電系統的重要組成部分，可以自動控制和調節蓄電池的充放電過程以及光伏和蓄電池兩端的電壓。當光伏和公共電網連接發電時，太陽能控制器將蓄電池置于充電狀態，以儲存多余的電能。當電網出現故障或失效時，電池可以提供電力以保證光伏系統的正常運行。

根據光伏電站是否并網：光伏電站按是否并網分為離網光伏電站和并網光伏電站。并網光伏電站可進一步細分為集中式并網光伏電站和分布式并網光伏電站。

離網光伏電站：離網光伏電站是一種獨立的光伏發電系統，主要由光伏陣列組成、控制器和蓄電池。如果要給交流負載供電，需要配置逆變器。離網型光伏電站的應用需要獨立的帶蓄電池的光伏發電系統。

它的主要應用場景是在沒有電網供電或電網電源不穩定的地方。當日照充足時，離網光伏電站通過光伏陣列產生直流電并儲存在蓄電池中。這些儲存的電力可以在夜間或陰雨天氣為用戶提供電力。

并網光伏電站：并網光伏電站由光伏陣列組成、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、配電升壓裝置和光伏電站運行維護管理系統等，接入高壓電網。其運行方式是通過光伏陣列將太陽能轉化為直流電能，并經過接線盒和配電柜后，通過逆變器將直流電逆變為交流電，然后接入電網。并網光伏電站可分為集中式和分布式兩種。

光伏電站

集中式并網光伏電站：在光照資源豐富的地區安裝集中式并網光伏電站（如荒漠、礦山、水面等），形成光伏電站集群。這些電站將電能集中起來，通過升壓輸電網絡輸送到負荷中心。峰值功率可達吉瓦級，有的甚至是國家級的大型光伏電站。這樣，光伏發電可以直接接入公共電網和高壓輸電系統，并可實現遠距離輸電。通過集中式光伏系統，可以更有效地利用光伏能源，實現清潔能源的大規模生產和供應。

集中電站將產生的能量全部輸送到電網，電網統一分配給用戶供電。它具有靈活的選址和運營模式、功率輸出穩定性高，環境適應性強。然而，該系統存在一些缺點，包括對長距離輸電線路的依賴、容易出現電壓超限和不穩定問題、高投資成本、建設周期長、大面積和其他挑戰。

分布式并網光伏電站：分布式并網光伏電站是一種將太陽能轉化為電能的發電系統不同于傳統的集中式光伏電站，其主要特點包括分散資源的利用、裝機規模較小、布置在用戶附近，接入35kV以下電壓等級的電網。分布式光伏電站通常建在用戶附近它們的運行方式主要包括自供電和余電接入，即發電廠發出的電力可以滿足用戶 美國自己的電力需求，多余的電力可以通過電網接入，出售給供電公司。

分布式光伏電站有很多優點，包括建設速度快、占地面積小、政策支持、可就近供電、節約用地、并網難度低、操作靈活，初始投資成本低。然而，分布式光伏電站的電壓和無功調節難度較大，需要依靠配電網層面的能量管理系統進行調節。分配網絡也可能存在逆流損失等問題。

除以裝機容量：光伏電站按裝機容量可分為小型光伏電站、中型光伏電站和大型光伏電站。

小型光伏電站：小型光伏電站是指裝機容量小于等于1MWp的光伏發電系統。通常用于供給范圍相對較小的用電需求，采用低壓交流電源滿足用電需求。

中型光伏電站：中型光伏電站是指裝機容量在1兆瓦至30兆瓦之間的光伏電站。為了保證最大的光伏輸出，中型光伏電站需要使用具有足夠容量的電力傳輸通道與電網連接。

大型光伏電站：大型光伏電站是指裝機容量超過30MWp的光伏電站。大型光伏電站并網后的電力系統規劃、電能質量、對電網安全穩定運行將產生重大影響。盡管大型光伏電站通常具有更高的額定容量，但其逆變器很容易受到干擾。與小型光伏電站相比，大型光伏電站受地域限制較小，不需要蓄電池進行儲能，因此在太陽能集中利用方面更具優勢。

光伏電站施工：地面光伏電站的建設包括基礎施工和支架安裝、組件安裝、逆變器和接線盒的安裝和連接、電纜鋪設、防雷和接地等。

基礎和支架：混凝土樁可用于光伏電站的基礎、條形樁或金屬樁等，以確保穩定性、抵御自然災害、不產生位移。獨立樁基的埋深需要根據當地的氣候和地質條件來確定，以確保光伏組件不受季節和自然災害的損壞。獨立樁的埋深一般應超過凍土或大于0.5米。

光伏組件的安裝需要確保其穩定性，并根據設計規范進行安裝。運輸和安裝時，應避免重壓和踩踏，以免開裂。連接應牢固穩定，接頭應鍍錫，插入式連接器應防止日曬雨淋。連接線應固定整齊美觀，并附在支架上。

接線盒和逆變器的安裝：接線盒應與元件緊密連接，距離盡量短，以減少線路損耗。同時，連接器需要避免暴露在陽光下和雨水中，以免因老化和腐蝕問題而導致安全隱患和效率下降。變頻器安裝應根據制造商的要求進行操作；戶外逆變器應位于地勢較高的地方，距離地面至少30厘米，以便防洪、防雨、防沙塵和防鼠害；室內逆變器需要良好的通風和散熱。

電纜鋪設：太陽能光伏發電系統需要使用抗紫外線、抗老化、抗高低溫、防腐阻燃電纜。設計電纜時，需要考慮安全載流量和線路長度對電纜壓降的影響為了避免影響電站發電，需要選擇足夠截面積的導線，并盡可能縮短線路長度以減少損耗。場內電纜采用埋地方式布置，電纜溝可采用直埋或開挖方式。電纜的埋深至少應為0.3~0.米，以防止動物或重物損壞電纜。

防雷和接地：太陽能光伏發電系統需要使用抗紫外線、抗老化、抗高低溫、防腐阻燃電纜。為了保證電站的安全，應注意光伏系統的接地和防雷。組件的金屬框架應與支架牢固連接，支架本身必須接地。設備接地必須可靠，金屬門應用裸銅軟線牢固地接地到金屬框架或接地棒上。地面電站應用耐腐蝕扁鋼或角鋼接地。

合理利用能源：世界上用于發電的主要能源包括煤、石油、天然氣、核能和水電，此外還有少量的風能、地熱能和太陽能。但與這些有限且不可再生的資源相比，太陽能是取之不盡用之不竭的、這種取之不盡的能源具有通過光伏產業將太陽能高效轉化為電能的巨大潛力。特別是日照時間和輻射時間長的高海拔地區，太陽能資源非常豐富。充分利用光伏電站進行太陽能發電，可以減少對其他自然能源的依賴和消耗。

優化能源構成結構：全球發電主要包括生物質發電、風力發電、水力發電和火力發電。其中，火力發電約占全球電力產量的80%煤的燃燒比例是主要形式。然而，煤炭燃燒會產生二氧化硫和二氧化碳等有害氣體，會造成嚴重的空氣污染。為了改善能源結構，減少環境污染，建設光伏電站成為重要選擇。通過光伏電站的大規模使用，可以優化國家的能源結構和布局。

節約能源：火力發電對環境的影響很大，不僅增加了能源消耗，還會產生大量有害氣體。煤灰和煤粉會污染周圍環境，影響植物的正常生長。風力發電雖然是一種清潔能源，但也會在一定程度上影響氣候。相比之下，光伏發電是一種無污染的綠色能源，可以提高能源效率，節約能源。

優點

環保清潔：太陽能發電安全可靠，無噪音無污染排放，絕對清潔無污染。

地域靈活：它不受資源地理分布的限制，可以利用建筑物屋頂等地方發電，適用于沒有電的地區和地形復雜的地方。

無需輸電：太陽能發電可以就地供電，不消耗燃料，不架設輸電線路。

能源持久性：太陽能是一種取之不盡用之不竭的高質量能源。

建設周期短：建造太陽能發電站所需的時間和成本都很低，獲得能源的回報也很快。

地理位置要求低：與水電站或風力發電站相比，太陽能發電場的地理位置沒有要求。

無環境污染：太陽能發電不會造成環境污染，是理想的綠色能源。

適用廣泛：太陽能發電的應用范圍很廣，即使是普通家庭也可以利用太陽能發電。

缺點

能量分布密度小：光伏發電使用的能量來自太陽輻射由于太陽能的分布廣泛而分散，光伏電站需要占據巨大的面積才能獲得足夠的能量。

受氣象條件影響：光伏電站的能量輸出會受到季節的影響、晝夜天氣等因素。在陰雨天氣或夜間，光伏電站的能量輸出會大大減少。

高成本：目前，與傳統火電廠相比，光伏電站的建設和運營成本更高。雖然光伏技術的成本正在逐漸降低，但仍需要更多的投資，使其成為更具競爭力的發電方式。

制造過程不環保：生產光伏板的過程涉及許多化學品和能源消耗，并產生有害廢物和污染物。