一般将太阳能光伏发电系统分为独立系统、并网系统和混合系统。如果根据太阳能光伏发电系统的应用形式、应用规模和负载的类型，对太阳能光伏发电系统进行比较细致的划分，可将太阳能光伏发电系统分为如下几种类型：小型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏发电简单直流系统，大型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏发电交流、直流供电系统，并网太阳能光伏发电系统，混合供电太阳能光伏发电系统，并网混合太阳能光伏发电系统。

太阳能发电

独立太阳能光伏发电系统在自己的闭路系统内部形成电路，是通过太阳能电池组将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。

并网发电系统通过太阳能电池组将接收来的太阳辐射能量转换为电能，再经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

1、独立太阳能光伏系统的构成

太阳能光伏发电系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3-2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站；其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。独立的太阳能光伏系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、DC/AC变换器、用电负载构成。

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独立太阳能光伏系统构成

1)光伏组件方阵

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在太阳能光伏发电系统中最重要的是太阳能电池，它是收集太阳光的核心组件。大量的太阳能电池组合在一起构成光伏组件方阵。太阳能电池主要分为晶体硅电池（包括单晶硅Monoc-Si、多晶硅Multi-Si、带状硅凡bbon/Sheetc-Si)、非晶硅电池(a-Si)、非硅电池（包括硒化铜钠CIS、啼化锅CdTe)。

太阳能电池的类型及特性

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出于技术和材料的原因，单一太阳能电池的发电量是十分有限的。实用中的太阳能电池是将若干单一电池经串联、并联组成的电池系统，称为电池组件。近年来，作为太阳能电池主流技术的晶体硅电池的原材料价格不断上涨，从而致使晶体硅电池的成本大幅攀升，这使得非晶硅电池成本优势更加明显。另外，薄膜电池（大大节约原材料使用，从而大幅降低成本）已成为太阳能电池的发展方向，但是其技术要求非常高。非晶硅薄膜电池作为目前技术最成熟的薄膜电池，是薄膜电池中最具有增长潜力的品种。

2)蓄电池

蓄电池组是太阳能光伏发电系统中的储能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载应用。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池才能使负载正常工作。太阳能电池产生的电能以化学能的形式储存在蓄电池中，在负载需要供电时，蓄电池将化学能转换为电能供应给负载。蓄电池的特性直接影响太阳能光伏发电系统的工作效率、可靠性和价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足负载用电的前提下，把白天太阳能电池组件产生的电能尽量存储下来，同时还要能够存储预定的连续阴雨天时负载需要的电能。

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太阳能发电蓄电池

蓄电池容量要受到末端负载需用电量和日照时间（发电时间）的影响。因此，蓄电池的安时容量由预定的负载需用电量和连续无日照时间决定。目前，太阳能光伏发电系统常用的是阀控密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。

3)控制器

控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充、放电进行控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能。控制器是整个太阳能发电系统的核心部分，通过控制器对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，控制器还应具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。由于太阳能电池的输出能量极不稳定，对于太阳能发电系统的设计来说，控制器充、放电控制电路的质量至关重要。

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太阳能发电控制器

控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处千发电的最大功率点附近，以获得最高效率。充电控制通常采用脉冲宽度调制技术(PWM控制方式），使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当蓄电池缺电、系统故障（如蓄电池开路或接反）时切断开关。目前研制出了既能跟踪调控点Pm,又能跟踪太阳移动参数的“向日葵”式控制器，将固定太阳能电池组件的效率提高了50%左右。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、变换器及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。

4)DC/AC变换器

在太阳能光伏发电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用DC/AC变换器，将太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电经逆变主电路的调制、滤波、升压后，得到与交流负载额定频率、额定电压相同的正弦交流电提供给系统负载使用。逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。逆变器具有电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护及雷电保护等功能。

逆变器种类及特点

5)用电负载

太阳能光伏发电系统按负载性质分为直流负载系统和交流负载系统，其系统框图如下。

太阳能光伏发电直流和交流负载系统框图

独立光伏发电系统目前面临以下两个问题：

(1)能量密度不大，整体的利用效率较低，前期的投资较大。

(2)独立发电系统的储能装置一般以铅酸蓄电池为主，蓄电池成本占太阳能光伏发电系统初始设备成本的25%左右，若对蓄电池的充、放电控制比较简单，容易导致蓄电池提前失效，增加了系统的运行成本。蓄电池在20年的运行周期中占投资费用的43%,大多数蓄电池并不能达到设计的使用寿命，除了蓄电池本身的缺陷和维护不到位外，蓄电池运行管理不合理是导致蓄电池提前失效的重要原因。

因此对于独立太阳能光伏发电系统，提高能量利用率，研究科学的系统能量控制策略，可以降低独立光伏系统的投资费用。

2、并网太阳能光伏发电系统

并网太阳能光伏发电系统由光伏电池方阵、控制器、并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。因直接将电能输入公共电网，故免除配置蓄电池，省掉蓄电池储能和释放的过程，减少能量损耗，节省其占用的空间及系统投资与维护，降低了成本；发电容量可以做得很大并可保障用电设备电源的可靠性。但是，由于逆变器输出与电网并联，所以必须保持两组电源电压、相位、频率等电气特性的一致性，否则会造成两组电源相互间的充、放电，引起整个电源系统的内耗和不稳定。

并网系统示意图

并网太阳能发电系统的主要组件是逆变器或电源调节器(PCU)。PCU把太阳能光伏发电系统产生的直流电转换为符合电力部门要求的标准交流电，当电力部门停止供电（如公共电网出现故障）时，PCU会自动切断电源。当太阳能光伏发电系统输出的电能超过系统负载实际所需的电量时，将多余的电能传输给公共电网。在阴雨天或夜晚，太阳能光伏发电系统输出的电能小千系统负载实际所需的电量时，可通过公共电网补充系统负载所需要的电量。同时也要保证在公共电网故障或维修时，太阳能光伏发电系统不会将电能馈送到公共电网上，以使系统运行稳定可靠。并网太阳能发电是太阳能光伏发电的发展方向，是21世纪极具潜力的能源利用技术。

并网运行的太阳能光伏发电系统，要求逆变器具有同公共电网连接的功能。并网太阳能光伏发电系统如图1-4所示。由于太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高，要求并网逆变器具有多种组合运行方式，以实现最佳方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的并网逆变器有：集中逆变器、组串逆变器、多组串逆变器和组件逆变器。

并网太阳能光伏发电系统

1)集中逆变器

集中逆变器一般用千大型太阳能光伏发电站（大于10kW)中，很多并行的光伏组件被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的逆变器使用三相的IGBT功率模块，功率较小的逆变器使用场效应晶体管，同时使用具有DSP的控制器来控制逆变器输出电能的质量，使它非常接近千正弦波电流。集中逆变器的最大特点是系统的功率大、成本低。集中逆变式光伏发电系统受光伏组件的匹配和部分遮影的影响，使整个光伏发电系统的效率降低。同时，整个光伏发电系统的可靠性也受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢星调制控制技术，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得集中逆变式光伏发电系统的高的效率。

Solar Max(索拉尔·马克斯）集中逆变器可以附加一个光伏阵列的接口箱，对每一光伏组件进行监控，如光伏阵列中有一光伏组件工作不正常，系统将会把这一信息传到远程控制器上，同时可以通过远程控制器让这一光伏组件停止工作，从而不会因为一个光伏组件故障而降低和影响整个光伏系统的功率输出。

光伏逆变器

2)组串逆变器

组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器以模块化为基础，每个光伏组串(1-5kW)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端与公共电网并网。许多大型太阳能光伏发电厂使用组串逆变器。组串逆变器的优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”概念，使系统在单组光伏组件不能满足单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组件连在一起，让其中一个或几个组件工作，从而输出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”概念，进一步提高了系统的可靠性。目前，无变压器式组串逆变器已在太阳能光伏发电系统中占了主导地位。

3)多组串逆变器

多组串逆变器利用集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和DC/DC转换器，这些直流电通过一个普通的逆变器转换成交流电与公共电网并网。光伏组串的不同额定值（如不同的额定功率、每个组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。同时，可减小直流电缆的长度，将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。

4)组件逆变器

组件逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器相连，同时每个组件有一个单独的最大功率蜂值跟踪，使组件与逆变器的配合更好。通常用于50-400W的光伏发电站，总效率低于组串逆变器。由于是在交流处并联，所以增加了逆变器交流侧接线的复杂性，使维护困难。另外，需要解决的是怎样更有效地与电网并网，简单的办法是直接通过普通的交流电插座进行并网，这样可以减少成本和设备的安装，但各地的电网的安全标准不允许这样做，电力公司禁止将发电装置直接和普通家庭用户的普通插座相连。

并网太阳能光伏发电系统的最大特点是，太阳能电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接并入公共电网，不需配置蓄电池，可以充分利用光伏方阵所发的电能，从而减小能量的损耗，并降低系统的成本。但是，系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网对电压、频率等电性能指标的要求。因逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能光伏发电系统作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率，而且并网光伏系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网太阳能光伏发电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染、孤岛效应等