光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、光伏逆變器、電表設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)、基層用戶五部分組成。其中，光伏組件負(fù)責(zé)接受太陽光的照射，并將存儲于光伏面板中的光照信號反饋給光伏逆變器；光伏逆變器是整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)將光照信號轉(zhuǎn)化成電量信號，并可以借助電力負(fù)載網(wǎng)絡(luò)將這些信號參量傳輸給基層用戶；電表設(shè)備可以顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電流與電壓數(shù)值，當(dāng)記錄數(shù)據(jù)超過額定限度標(biāo)準(zhǔn)后，該設(shè)備會自動報警，并切斷光伏逆變器與光伏組件之間的信號傳輸；電力網(wǎng)絡(luò)管控整個光伏發(fā)電系統(tǒng)，決定了電量信號的實時傳輸速率；基層用戶作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的底層客戶端，負(fù)責(zé)接收電量傳輸信號，并根據(jù)用戶需求對電量信號進行調(diào)取與利用。太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)核心，其轉(zhuǎn)換效率決定了整個系統(tǒng)的實際應(yīng)用能力。最初，太陽能電池使用硅作為原料完成工作，這種材料生產(chǎn)成本較高，效率低下。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，硅材料生產(chǎn)成本不斷下降，硅材料光伏組件安裝量迅猛增加，分布式光伏進入黃金發(fā)展時代。二代太陽能電池的技術(shù)和原材料得到優(yōu)化，使用范圍變大，內(nèi)部原料使用非硅成分，這種改良非常成功，可以在降低經(jīng)濟成本的前提下，減少運行期間電力的損耗。當(dāng)前最新的光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成為薄膜電池和晶體硅等，這些裝置可以大幅度提升光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率。常見的太陽能電池元件主要是化合物半導(dǎo)體電池和硅基電池。相較于其他類型的太陽能電池，化合物半導(dǎo)體電池的設(shè)計成本較低，主要以CdTe電池板、CIGS薄膜作為核心應(yīng)用結(jié)構(gòu)，如圖1所示。為配合太陽能光照的變化，化合物半導(dǎo)體電池表面電池板縫隙寬度可以自由調(diào)節(jié)，當(dāng)光照能力較強時，可以人為推動縫隙兩端的電池板部件，使兩端向著中間區(qū)域不斷運動，并最終縮小裂縫開合度；當(dāng)光照能力較弱時，可以人為拉動縫隙兩端的電池板部件，使兩端向著遠(yuǎn)離中間區(qū)域的方向不斷運動，并最終擴大裂縫開合度。在實際應(yīng)用中，化合物半導(dǎo)體電池對于光輻射作用的轉(zhuǎn)化能力均值超過30%。金屬Cd（鎘）元素有較強毒性，一旦泄露會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，在設(shè)計化合物半導(dǎo)體電池時，應(yīng)在電池板外部包裹一層無毒晶體物質(zhì)。硅基電池是一種極為成熟的太陽能電池元件，具有轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性強等應(yīng)用特點。但硅基類物質(zhì)造價較高，在設(shè)計過程中硅元素不能以單質(zhì)的形式存在于硅基電池中，而是需要與其他類型的金屬與非金屬類物質(zhì)混合在一起，以化合物的形式存在于電池元件中。硅基電池實物結(jié)構(gòu)如圖2所示。為保證硅基太陽能電池的電量轉(zhuǎn)換功率，在設(shè)計硅體電路板時，常將鎳鉻合金、鉛銻合金、石墨碳等物質(zhì)與單質(zhì)硅融合在一起。光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用情況較復(fù)雜，單獨的太陽能電池元件不能滿足光伏電板對電量信號的轉(zhuǎn)換需求，需要將多個太陽能電池結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來，形成太陽能電池方陣，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的順利應(yīng)用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以把太陽能電池方陣?yán)斫獬商柲茈姵卦慕M合連接形式，在光照強度不改變的情況下，串聯(lián)的太陽能電池元件的個數(shù)越多，太陽能電池方陣所具備的電量轉(zhuǎn)換能力越強。為使電池方陣的應(yīng)用能力得到保障，在對太陽能電池進行串聯(lián)時，還需配置一定數(shù)量的旁路二極管與阻塞二極管設(shè)備，并將其分別置于電纜總接線與下級分線器接線盒中。設(shè)P0為太陽能電池方陣的額定供電功率；q0為太陽能電池方陣的額定帶電量；U0為額定電壓；I0為額定電流；λ為串聯(lián)太陽能電池元件的連接個數(shù)；R為串聯(lián)太陽能電池元件的內(nèi)阻均值。聯(lián)立上述物理量，可將太陽能電池方陣的供電轉(zhuǎn)化效率η表示為在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，所有串聯(lián)太陽能電池元件的額定電壓與額定電流數(shù)值必須相同，但其內(nèi)阻數(shù)值可以不同。控制光伏發(fā)電時的電能波動對于延長蓄電池壽命意義重大，使用太陽能光伏控制器可以解決電能波動問題。太陽能光伏控制器提供合適的電壓、電流給蓄電池充電，并管控充、放電狀況，進而延長蓄電池的使用年限。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，太陽能光伏控制器（太陽能光伏充放電控制器）可以規(guī)定并控制蓄電池的充電條件及放電條件，依據(jù)負(fù)載需求控制太陽能電池設(shè)備及以光伏發(fā)電系統(tǒng)作為實驗組，以傳統(tǒng)火力發(fā)電系統(tǒng)作為對照組，選取一運行能力較穩(wěn)定的電量消耗裝置作為實驗對象，分析實驗組和對照組相關(guān)指標(biāo)參量的數(shù)值變化情況。ω指標(biāo)（電量評價指標(biāo)）可用來評價所選取方法的實際應(yīng)用價值，對于發(fā)電系統(tǒng)而言，該指標(biāo)的物理取值越大，表示系統(tǒng)對傳輸電量的管控能力越強；該指標(biāo)的物理取值越小，表示系統(tǒng)對傳輸電量的管控能力越弱。ω指標(biāo)的計算式如下：
式中：ξ為電量傳輸速率；ΔT為電量信號的單位傳輸周期。記錄實驗組、對照組的ξ指標(biāo)與ΔT指標(biāo)的數(shù)值變化情況，如表1所示。表1 實驗數(shù)值記錄表
分析表1可知，在整個實驗過程中，實驗組、對照組ΔT指標(biāo)的取值結(jié)果完全相同，而實驗組ξ指標(biāo)的取值卻始終大于對照組。在進行第5組實驗時，實驗組、對照組ω指標(biāo)同時達(dá)到最大值，但明顯實驗組ω指標(biāo)的數(shù)值水平更高，二者差值為1.43bit/s2。綜上可知，光伏發(fā)電系統(tǒng)在管控傳輸電量方面的能力更強。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展離不開基層光伏電站的推動。基層光伏電站是指具備完整電量轉(zhuǎn)換能力的電網(wǎng)應(yīng)用設(shè)備，能夠在光伏面板元件的作用下，長期存儲太陽能折射信號，并可以根據(jù)底層用戶對電荷量的需求，對已存儲電量進行分配與調(diào)試。分散式與集中式是兩種常見的光伏電站規(guī)劃方式，前者要求光伏面板保持分散的接入狀態(tài)，且關(guān)聯(lián)面板之間只能保持串聯(lián)關(guān)系；后者要求所有已連接光伏面板都聚集在一個或多個節(jié)點區(qū)域中，而對于關(guān)聯(lián)面板之間的連接關(guān)系不進行具體要求。光伏一體化是光伏發(fā)電系統(tǒng)在未來一段時間的主要發(fā)展方向，其應(yīng)用理念在于全面落實綠色環(huán)保思想，將光伏面板看作一個基礎(chǔ)電量轉(zhuǎn)換單元，其所處連接位置可以根據(jù)太陽光照射強度的不同而改變。光伏照明是利用光伏發(fā)電系統(tǒng)進行區(qū)域性照明的工程項目，其設(shè)計初衷在于充分利用未被基層用戶消耗的傳輸電量。一般來說，光伏照明技術(shù)需要與LED照明技術(shù)相結(jié)合，在電網(wǎng)輸配電線路的作用下，光伏面板中的剩余電量會匯集到LED照明燈具中。當(dāng)外界光線逐漸變暗時，LED照明燈具亮起，以此實現(xiàn)對剩余光伏電量的充分利用。光伏通信技術(shù)的應(yīng)用涉及電信傳播與網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。電信傳播是指借助移動端設(shè)備，在通信網(wǎng)絡(luò)基站的作用下實現(xiàn)上網(wǎng)功能，如常見的手機聊天、網(wǎng)上購物等；網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋是指光伏電量信號的全面普及，通常情況下，太陽能電池方陣中所串聯(lián)太陽能電池元件的個數(shù)越多，光伏通信網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋面積越大，反之越小。光伏水利工程是以光伏發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的水泵驅(qū)動作業(yè)項目。與傳統(tǒng)水泵不同，光伏水利工程中應(yīng)用的水泵完全以光伏電量作為驅(qū)動作用力，其作業(yè)能力受光伏面板覆蓋面積的直接影響，故而其作業(yè)范圍總是具有較強的局限性。與傳統(tǒng)火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)更注重落實可持續(xù)發(fā)展的思想，在保護環(huán)境的同時，將太陽折射光轉(zhuǎn)換成電量傳輸信號，并借助電力網(wǎng)絡(luò)將這些傳輸信號反饋給基層用戶。從長遠(yuǎn)角度來看，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足人們對于傳輸電能的基本需求，解決當(dāng)前化石燃料發(fā)電帶來的不可再生資源消耗過量的問題，具有較可觀的發(fā)展前景。
來源：光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展前景分析原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：光伏發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用場景
