光伏发电的组成、原理及发展概况
思瀚产业研究院 锦浪科技    2022-12-11

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏电池组件，再配合上逆变器等部件形成了光伏发电系统。

（1）光伏组件

光伏组件主要由太阳能电池片构成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出。太阳能电池主要分为薄膜太阳能电池以及晶体硅太阳能电池两类，晶体硅类包括单晶硅电池及多晶硅电池两种。因晶体硅制备的太阳能电池工艺最为成熟、资源丰富，目前光伏组件主要以该类太阳能电池片构成。

光伏组串是在光伏发电系统中，将多个光伏组件以串联方式连接，形成具有所需直流输出电压的最小单元。

（2）光伏逆变器

光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏，其主要功能为将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电，并入电网或供负载使用，示意图如下：

太阳能电池组件所发的电全部都要通过逆变器的处理才能对外输出，逆变器属于光伏发电系统的核心设备。光伏逆变器因其技术壁垒较高，在发展初期一直被国外逆变器企业所垄断；我国的部分逆变器企业在不断研发过程中逐步突破技术障碍，目前已在全球逆变器行业中占据重要地位。

光伏逆变器根据逆变器输出交流电压的相数不同，分为单相逆变器和三相逆变器；根据应用在并网光伏发电系统还是离网光伏发电系统中，分为并网逆变器和离网逆变器；根据电能是否能够储存，分为并网逆变器和储能逆变器；根据应用场景和工作原理不同，主要分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。前述分类方法中应用较广泛的系按照应用场景和工作原理分类，各类型光伏逆变器的对比情况如下：

1）集中式逆变器

集中式逆变器主要适用于光照均匀的集中式大型地面光伏电站等，其工作原理是将大量并行的光伏组件连接到同一台集中式逆变器的直流输入端，完成最大功率点跟踪并汇流成较大直流功率后再经过逆变并入电网。集中式逆变器具有输出功率大、技术成熟以及电能质量高、成本低等优点，但同时具有 MPPT 跟踪电压范围较窄、组件配置灵活性较低、发电时间短的缺点，一旦遇到多云、遮阴或单个组串故障，将影响整个光伏电站的效率和电产能。

2）组串式逆变器

组串式逆变器主要运用于规模相对较小的分布式光伏电站，其工作原理是对数串光伏组件进行单独的最大功率点跟踪，再经过逆变后并入电网。组串式逆变器功率相对较小，相较于集中式逆变器，组串式逆变器具有 MPPT 数量多且跟踪精度高、发电量高、组件配置灵活、便于安装、运营维护快捷等优点。

随着分布式光伏发电技术日渐成熟，户用和工商业光伏发电系统以及各类场景的光伏电站快速发展，组串式光伏逆变器得到更加广泛的应用，而随着组串式逆变器的技术进步和成本日益下降，组串式逆变器功率逐渐增加，亦有部分集中式光伏电站开始使用组串式逆变器。

3）微型逆变器

微型逆变器也称“组件级逆变器”，主要应用于发电规模更小的分布式光伏发电场景，其工作原理是对少数甚至每块光伏组件进行单独的最大功率点跟踪，再经过逆变后并入电网。微型逆变器的单体功率一般在 5kW 以下，具有对每块

光伏组件进行独立最大功率跟踪控制、在遇到遮阴或组件性能差异情况下提高整体效率、最大程度降低安全隐患等优点，但同时具有成本相对较高、故障后维护难度较大等缺点。