光伏

光伏（Photovoltaic generation system）它是太陽能光伏發電系統的簡稱它是一種將陽光的輻射能轉化為電能的發電系統借助半導體材料制成的光伏電池，產生光伏效應，直接將太陽能轉化為電能。太陽能光伏發電系統由太陽能電池太陽能控制器蓄電池等組成光伏發電系統有并網光伏發電系統和獨立光伏發電系統兩種類型，具有環保低碳的特點，但不同類型光伏發電系統的成本和經濟效益差異較大。

2022年3月，全球光伏總裝機容量已跨過1太瓦大關并正式進入'太瓦級時代'光伏發電價格和裝機成本不斷下降，光伏廣泛應用于新能源和制造業領域。光伏是清潔能源產業的主要組成部分之一，解決了化石能源發電的高碳排放和不可持續問題，推動了全球能源經濟轉型升級。

1839年，法國科學家貝克勒爾（Becoller）發現光可以加強導電液體中兩種金屬能級的電流，產生光伏效應，為太陽能產業的發展奠定了物理基礎。

1954年，美國科學家查平和皮爾森在貝爾實驗室制造出第一塊實用的單晶硅太陽能光伏電池，將太陽能轉化為電能的光伏發電技術由此誕生。

20世紀六七十年代，太陽能電池開始進入空間應用和地面應用領域隨后兩次石油危機的影響，使得光伏發電在世界范圍內引起極大關注，成為常規能源的替代能源歐美發達國家出臺政策扶持光伏產業，鼓勵和支持太陽能技術的發展，中國亞洲也開始研究光伏發電技術全球太陽能光伏產業迎來了發展的機遇期太陽能光伏發電技術被廣泛應用于民用市場，世界各地安裝了大量的光伏發電系統、管網保護、偏遠地區的交通信號和電力供應。

自20世紀80年代以來，太陽能光伏電池一直保持在15%～25%隨著太陽能電池技術的快速發展，世界各國不斷推動太陽能電池技術的發展，太陽能電池的轉換效率不斷提高隨著太陽能電池品種和應用范圍的不斷增加，出現了硅基太陽能電池和薄膜太陽能電池。

2000年至2008年，是全球光伏產業快速發展的第一階段高額補貼和市場需求增加使得歐美和中國的光伏產能迅速擴張。

2008年-2009年，次貸危機爆發，國際市場光伏裝機需求大幅萎縮，歐美光伏巨頭相繼破產然而，依靠歐美光伏市場和進口多晶硅原料的中國第一代光伏企業，也陷入了虧損和破產的風險，最終退出了國際光伏市場。

次貸危機后，歐美的太陽能產業一直沒有恢復產能，而亞洲的中國卻完成了光伏產業鏈的原材料、技術和市場的迭代升級實現了國產替代，并開拓了東南亞市場歐盟和美國的光伏產品生產逐漸依賴于中國的光伏產業鏈，中國最終主導了全球光伏產業。

2020年，全球光伏產業將迎來碳中和時代在全球碳中和的共識下，中國美國歐盟等國家不斷增加光伏發電系統裝機容量，提高光伏發電占比，實現廉價上網，向新能源經濟轉型。

太陽能光伏發電系統太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池儲能裝置、逆變器、電纜、負載端等構成。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：太陽能電池組件也叫太陽能電池板在光電轉換過程中，太陽能電池是最小的單元太陽能電池被串聯和并聯連接，并被封裝以形成可用作獨立電源的太陽能電池模塊。光伏發電系統的電能發生器稱為太陽能電池陣列，它是由太陽能電池模塊串聯和并聯并封裝在支架上形成的。

太陽能控制器：太陽能控制器是防止電池過充發電的自動控制裝置，它可以調節充放電深度，從而提高電池在循環充放電中的使用壽命。

蓄電池儲能裝置：儲能設備是解決太陽能發電間歇性和波動性的關鍵白天陽光充足時，多余的電能可以被蓄電池儲存起來，晚上沒有太陽能時，可以使用白天蓄電池儲存的電能。蓄電池在獨立光伏發電系統中起著重要作用。

逆變器：逆變器是電力電子變換器的縮寫，是一種能將直流電轉換成交流電的裝置。太陽能發電系統產生的電力是直流電，而居民日常生活使用的電力是交流電逆變器可以將太陽能電池陣列產生的直流電轉換為居民使用的交流電，提高光伏發電系統的供電質量逆變器是光伏發電系統不可或缺的重要配套設備。

電纜：光伏電纜是指應用于太陽能光伏電站DC側電路系統的用于電能傳輸的電纜，具有耐寒耐高溫阻燃環保防紫外線的特點。

負載端：光伏發電的負荷端是指消耗電流的輸出側通過逆變器的調節，光伏發電發出的電可以先被負載使用，負載端用不完，再輸送到電網。

光伏發電是基于半導體界面的光伏效應（photovoltaic effect）光伏效應是指半導體或半導體與金屬的組合在光或其他電磁輻射照射下產生電位差的現象。這也是一種直接將光能轉化為電能的技術，而這項技術的關鍵部件就是太陽能電池。

太陽能電池是一種半導體光電二極管當太陽光照射到光電二極管上時，光電二極管會將太陽能轉化為可用的電能其實光伏發電的能量轉換過程就是利用了光伏效應首先，光子轉化為電子，即光能轉化為電能，形成電壓獲得電壓后，兩者將形成電流回路并發出綠色電力。

太陽能電池陣列和太陽能控制器在光伏電路的輸入側，蓄電池逆變器和負載端在輸出側。太陽能電池產生直流電能，通過控制器和光伏電纜進入輸出側的負載端，供直流負載端使用；如果是市區內的交流負荷，則需要通過逆變器轉換成交流電，通過變壓器的調節升壓，輸送到電網的交流負荷端，供千家萬戶使用；太陽能電池端產生的直流電能也可以通過太陽能控制器調節，進入輸出側的蓄電池儲存電能作為備用電源。

太陽能控制器可以自動控制和調節電池的充放電過程，以及光伏和電池兩端的電壓當光伏和公共電網連接發電時，為電池充電，當電網出現故障時，電池可以提供電力以維持光伏系統的運行。

光伏發電系統按供電方式可分為并網光伏發電系統和獨立光伏發電系統。

并網光伏發電系統與獨立光伏發電系統的最大區別在于是否依賴于傳統電網并網光伏發電系統通常與家庭電網和公共電網相連，并依賴于傳統電網，而獨立光伏發電系統不與電網相連，可以脫離電網獨立運行，但必須配備蓄電池。

并網光伏發電系統：并網光伏發電系統是指太陽能電池組件產生的直流電通過并網逆變器轉換成滿足商用電網需求的交流電后直接接入傳統電網系統的光伏發電系統。根據是否有電池或儲能系統，并網發電系統可細分為有電池的光伏發電系統和無電池的光伏發電系統。

電池并網光伏發電系統：蓄電池并網光伏發電系統具有調度靈活的特點，可以根據需要并入和退出公共電網當公共電網斷電時，蓄電池提供應急電源，以保持光伏發電系統持續運行并作為備用電源，如安裝在住宅樓中的小型并網發電系統。

無蓄電池并網光伏發電系統：無蓄電池并網光伏發電系統在電源側相對不靈活，受公共電網系統和輸電通道的制約，一般安裝在大型光伏系統上。并網光伏發電系統的優勢在于可以節省成本而無需電池，國家政策支持的家庭并網光伏電站可以免費接入電網，剩余電力也可以出售給電力公司。并網光伏發電系統的缺點是當公共電網斷電時，光伏發電可以 t運行，它可以 應對突發事件能力不足，電力調度靈活性不足。并網光伏發電系統可應用于大面積沙漠、在荒地集中建設的大型光伏電站，也可以應用于個人用戶和家庭自發自用，其余接入互聯網的分布式光伏電站。

獨立光伏發電系統：獨立光伏發電系統是指不依賴電網獨立運行的光伏發電系統，也稱為離網光伏發電，主要由太陽能電池組成、控制器、逆變器、蓄電池組成。

獨立光伏發電系統一般分布在人煙稀少的地區和沒有電網的偏遠地區，偏遠地區也有常見的村莊供電系統、太陽能家用供電系統、太陽能路燈和其他帶有可獨立運行電池的光伏發電系統。

獨立光伏發電系統的優點是可以儲存能量，白天產生的電力可以在晚上釋放出來使用循環充放電即使在沒有電網供電的情況下也能穩定運行，而且不受地域限制，因此可以廣泛應用，對于電力不足經常停電的地區非常實用。

獨立光伏發電系統的缺點是建設和使用成本太高，其中蓄電池價格昂貴，需要定期維護和更換，并且不經濟，因此難以大規模推廣和使用，并且不適合電力充足和公共電網的城市和地區。

獨立光伏發電系統的應用可分為DC光伏發電和交流光伏發電兩大類，如太陽能光伏水泵和市電互補光伏發電系統。根據并網光伏系統是否集中，光伏系統還可以分為集中式并網光伏系統和分布式并網光伏系統。

集中式光伏發電系統：集中式光伏是指在沙漠中安裝光伏陣列、礦山、水面寬闊光照資源豐富地區的大型光伏電站和水基光伏電站直接接入公共電網和高壓輸電系統實現遠距離輸電，如國家大型光伏電站。

集中式光伏具有靈活的選址和運營模式、發電輸出更加穩定、環境適應性強等優點，但缺點是依靠長距離輸電線路向網絡送電，電壓容易越限不穩定，投資成本高。

分布式光伏發電系統：分布式光伏PV是一種建造在用戶附近的發電設施s站點，需要均衡調整分配系統運營模式主要是用戶自發自用和剩余電量s側，容量小，電壓低。

分布式光伏具有就近供電的能力、節約用地、并網難度低、運行靈活、初期投資成本低，但缺點是電壓和無功調節困難，依賴于配電網層面的能量管理系統，配電網存在逆流損耗。

優點 

低碳環保：不會像化石能源一樣產生大量溫室氣體和污染環境。

天然可再生性：光伏發電使用太陽能，太陽能取之不盡用之不竭。

使用壽命長：多晶硅等光伏組件可以使用20年以上。

維護成本低：光伏發電系統建成后，維護成本低于常規電廠。

無噪聲污染：光伏系統運行時沒有機械旋轉部件，因此很安靜，不會產生噪音。

模塊化設計：光伏系統容量可根據需要調節，安裝靈活方便。

安全：光伏系統不消耗燃料，安全性能高。

高海拔性：在日照充足海拔較高的地區，光伏發電量與光照強度呈正相關。

獨立供電：可離網運行，獨立供電，不受公共電網影響。

運行穩定：在惡劣的氣候環境下也能實現正常供電。

缺點

初期投入成本大：光伏系統前期投資成本比較高，需要對單個光伏系統的經濟性進行評估，合理安裝。

波動性：光伏發電的功率波動很大，特別是偏遠地區，電網會無法吸收，需要配備儲能設備。

間歇性：光伏發電受季節光照等氣候影響，發電量不穩定。

需專業培訓：光伏系統使用用戶不熟悉的新技術光伏系統運行前，需要對相關人員進行專門培訓。

光伏發電在建筑中的應用、工業、在農業上的廣泛應用也催生了一批與光伏制造相關的工業應用系統。

能源領域：光伏廣泛應用于全球供電領域光伏發電可以提供綠色電力，也是可再生能源發電的重要組成部分光伏綠色電力行業的常見應用包括太陽能電站并網光伏發電系統和獨立光伏發電系統。

全球光伏發電產業正處于快速發展時期歐美發展光伏綠色發電產業，提高清潔能源發電比重，減少對化石能源發電的依賴，實現電力供應的可持續發展中國在中西部地區建設光伏產業基地，解決西藏新疆電力短缺問題，并通過西電東送工程將光伏發電產生的剩余綠色電力輸送到東部城市，為西部地區創造光伏綠色電力收入。

光伏

建筑領域：在建筑行業碳減排的大背景下，光伏帶來的綠色電力可以減少建筑行業可再生能源端的碳排放光伏建筑一體化的產業化應用和發展模式是建設低碳建筑和綠色建筑的關鍵，如工業園區屋頂光伏，解決園區能源供應問題。

農業領域：光伏農業是一種新的農業形式，也促進了畜牧業、漁業、種植業可持續發展的關鍵，光伏與農業的融合發展不僅增加農民收入收入，還提高了土地資源的利用效率，實現了農村的綠色低碳發展。

比如西部地區，沙漠戈壁可以鋪上光伏，傳輸綠色電力沙漠戈壁中的光通過光伏轉化為電能后，可以促進沙漠戈壁的生態修復，再生綠色植物，成為草原，而西部地區的牧民可以在光伏基地放牧，促進畜牧業的可持續發展，形成光伏發電牛羊養殖草原生態碳匯的生態農業發展模式。

汽車領域：全球汽車產業正在轉向電氣化和智能化發展，新能源汽車的電驅動方式可以實現交通領域的碳減排，減少汽車使用過程中的碳排放。光伏新能源汽車的產業化應用模式，可以解決新能源汽車的綠色充電問題使用光伏電站和光伏充電基礎設施供應的綠色電力，將在能源供應側實現碳中和，進一步減少碳排放，使新能源汽車產業實現長期低碳可持續發展模式

氫能領域：綠色氫是一種清潔高效的能源，能夠促進能源碳中和在綠色制氫過程中，如果使用化石能源制氫，會帶來大量的碳排放在電解水生產等綠色氫氣的生產模式中，使用光伏綠色電力將減少綠色氫氣生產過程中能源側的碳排放光伏制氫是幫助全球經濟發展綠色氫產業的主要方向。