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光伏發(fā)電的組成、原理及發(fā)展概況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 錦浪科技    2022-12-11

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的光伏電池組件，再配合上逆變器等部件形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）光伏組件

光伏組件主要由太陽能電池片構(gòu)成，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出。太陽能電池主要分為薄膜太陽能電池以及晶體硅太陽能電池兩類，晶體硅類包括單晶硅電池及多晶硅電池兩種。因晶體硅制備的太陽能電池工藝最為成熟、資源豐富，目前光伏組件主要以該類太陽能電池片構(gòu)成。

光伏組串是在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將多個(gè)光伏組件以串聯(lián)方式連接，形成具有所需直流輸出電壓的最小單元。

（2）光伏逆變器

光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)的心臟，其主要功能為將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并入電網(wǎng)或供負(fù)載使用，示意圖如下：

太陽能電池組件所發(fā)的電全部都要通過逆變器的處理才能對外輸出，逆變器屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備。光伏逆變器因其技術(shù)壁壘較高，在發(fā)展初期一直被國外逆變器企業(yè)所壟斷；我國的部分逆變器企業(yè)在不斷研發(fā)過程中逐步突破技術(shù)障礙，目前已在全球逆變器行業(yè)中占據(jù)重要地位。

光伏逆變器根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)不同，分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)應(yīng)用在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器；根據(jù)電能是否能夠儲(chǔ)存，分為并網(wǎng)逆變器和儲(chǔ)能逆變器；根據(jù)應(yīng)用場景和工作原理不同，主要分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器。前述分類方法中應(yīng)用較廣泛的系按照應(yīng)用場景和工作原理分類，各類型光伏逆變器的對比情況如下：

1）集中式逆變器

集中式逆變器主要適用于光照均勻的集中式大型地面光伏電站等，其工作原理是將大量并行的光伏組件連接到同一臺(tái)集中式逆變器的直流輸入端，完成最大功率點(diǎn)跟蹤并匯流成較大直流功率后再經(jīng)過逆變并入電網(wǎng)。集中式逆變器具有輸出功率大、技術(shù)成熟以及電能質(zhì)量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有 MPPT 跟蹤電壓范圍較窄、組件配置靈活性較低、發(fā)電時(shí)間短的缺點(diǎn)，一旦遇到多云、遮陰或單個(gè)組串故障，將影響整個(gè)光伏電站的效率和電產(chǎn)能。

2）組串式逆變器

組串式逆變器主要運(yùn)用于規(guī)模相對較小的分布式光伏電站，其工作原理是對數(shù)串光伏組件進(jìn)行單獨(dú)的最大功率點(diǎn)跟蹤，再經(jīng)過逆變后并入電網(wǎng)。組串式逆變器功率相對較小，相較于集中式逆變器，組串式逆變器具有 MPPT 數(shù)量多且跟蹤精度高、發(fā)電量高、組件配置靈活、便于安裝、運(yùn)營維護(hù)快捷等優(yōu)點(diǎn)。

隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)日漸成熟，戶用和工商業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及各類場景的光伏電站快速發(fā)展，組串式光伏逆變器得到更加廣泛的應(yīng)用，而隨著組串式逆變器的技術(shù)進(jìn)步和成本日益下降，組串式逆變器功率逐漸增加，亦有部分集中式光伏電站開始使用組串式逆變器。

3）微型逆變器

微型逆變器也稱“組件級逆變器”，主要應(yīng)用于發(fā)電規(guī)模更小的分布式光伏發(fā)電場景，其工作原理是對少數(shù)甚至每塊光伏組件進(jìn)行單獨(dú)的最大功率點(diǎn)跟蹤，再經(jīng)過逆變后并入電網(wǎng)。微型逆變器的單體功率一般在 5kW 以下，具有對每塊

光伏組件進(jìn)行獨(dú)立最大功率跟蹤控制、在遇到遮陰或組件性能差異情況下提高整體效率、最大程度降低安全隱患等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有成本相對較高、故障后維護(hù)難度較大等缺點(diǎn)。