光伏系統(Photovoltaic system)主要由光伏組件、匯流箱、配電柜、逆變器、 變壓器等設備組成。

1. 匯流箱

作用：將若干個光伏串列并聯接入匯流，兼有監控和保護作用。匯流箱可減少光伏組件與逆變器之間的接線，方便維護，提高系統的可靠性。

2. 配電柜

作用：二級匯流，在應用中可以對上下級起到保護。

3. 逆變器

作用：太陽能光伏陣列產生的直流電，經逆變器 (Inverter) 轉換成正弦波交流電，從而輸入電網。

4. 變壓器

作用：變壓器 (Transformer) 能夠起到升降壓得作用。當其使電壓升高，可有效減少電壓的損耗。

5. 光伏組件

5.1 光伏組件定義

光伏組件的基本單元是電池片，單體太陽能電池不能直接做電源使用，須將若干單體電池串、并聯連接和嚴密封裝成組件。光伏組件(或稱太陽能電池板 Solar panel)是光伏發電系統中的最重要的部分，其作用是將太陽能轉化為電能，以推動負載工作。

5.2 光伏組件分類

目前光伏電站常用的電池組件為：單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件及薄膜光伏組件。從外觀上看，單晶硅光伏組件為深藍色，近乎黑色，單晶電池片四角呈圓弧狀。多晶硅為天藍色，多晶電池片呈正方形，表面有類似冰花一樣的花紋。

薄膜光伏組件主要包括鈣鈦礦、碲化鎘 (CdTe)、銅銦鎵硒 (CIGS)、砷化鎵 (GaAs)。非晶硅電池包含在薄膜電池內。此外，最近較火的異質結（HIT/HJT)為晶體硅上沉積非晶硅薄膜，屬于單晶硅電池與非晶硅電池的結合產物。

從使用性能上來說，單晶硅光伏組件光電轉化效率為21%左右，最高達24%，但制作成本大。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此堅固耐用，使用壽命一般可達15年，最高可達25年。

多晶硅光伏組件光電轉化效率則降低不少，約為17%左右，但制作成本較低，因此得到大量發展。但其壽命比單晶硅電池板短，從性價比來講，單晶硅略好。

異質結綜合了晶體硅電池與薄膜電池的優勢，相較于其他光伏電池，異質結電池具備高轉換率和高穩定度的優勢。異質結的主要問題就是成本，一是設備投資高，二是銀漿用量大，從而目前的性價較低。

鈣鈦礦作為第三代非硅薄膜電池的代表，具有以下優點：

(1) 材料用量少。因其光吸收能力強，材料的用量非常低。組件中鈣鈦礦層厚度大概是0.4um，而晶硅組件中的硅片厚度通常為180um，相差450倍。

(2) 對制造工藝要求不高，且工藝簡單，產業鏈縮短，成本低。晶硅材料純度必須達到99.9999%（6個9）以上才能用于制造太陽能電池，而鈣鈦礦只需98%（1個9）左右就可以用于制造效率達20%以上的太陽能電池；晶硅在拉單晶的過程中需要900℃以上的溫度將硅料融化，而鈣鈦礦各功能層的加工溫度不超過180℃，且大多數環節也無需真空條件。

同時，對于晶硅來說，硅料、硅片、電池、組件需要4個以上不同工廠生產加工，一片組件的制造時間需要3天左右。而對于鈣鈦礦只需要1個工廠，從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進入，到組件成型，總共只需45分鐘。

(3) 光電轉化效率高。鈣鈦礦材料吸收的光子轉換成電子后，由于其載流子具有較長的擴散距離(幾個微米), 遠大于鈣鈦礦薄膜厚度，很容易被電極收集、損耗較小，因此能產生較高的光生電壓和電流，綜合表現出較高的光電轉換效率。

單結鈣鈦礦電池理論最高轉換效率達31％，多結理論效率超過50％，遠高于晶硅的轉換效率。

(4) 弱光性能好。鈣鈦礦光伏電池弱光下具有優異的光電轉化效率，未來有機會將室內照明的弱光和陰天時室外弱的太陽光利用起來發電，這也是鈣鈦礦光伏區別于傳統硅基光伏的一大優勢。

然而鈣鈦礦也有缺點：

(1) 尺寸小。轉換效率較高的鈣鈦礦電池其尺寸均為實驗室級別，未達到商業化尺寸。

(2) 穩定性差。氧氣氧化、光輻照、紫外線等都會對鈣鈦礦電池穩定性產生顯著影響。

(3) 壽命相對較短。目前，鈣鈦礦電池壽命不長，其最高壽命為3000小時(125天)，但晶硅電池壽命為25年。

(4) 原料毒性。鈣鈦礦電池原料中含鉛元素，具有毒性，可能對環境造成一定的污染。

(5) 涂覆技術不成熟。鈣鈦礦層沒法均勻涂抹在設備表面，對器件性能有明顯負面影響，需要開發更好的噴涂工藝。

5.3 光伏組件結構

光伏組件由太陽能電池片串并聯，用鋼化玻璃、膠膜及背板熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框，具有抗風、抗冰雹能力強、安裝方便等優點。

(1) 電池片：光伏效應將光能轉化成電能的器件。發電原理如下圖所示。以半導體制成的電池片在吸收太陽光后，P型半導體和N型半導體產生電子(負)和空穴(正)，同時分離電子和空穴形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。

不同的波長也會影響太陽能板的轉化效率，太陽能電池的光吸收波段：單多晶硅一般在1100-1200nm，薄膜晶硅薄膜一般800nm，有的能到900nm。LED波長在460-636nm，是無法滿足光伏電池發電的。

(2) 互聯帶：互聯帶是用來串聯電池片的。每片電池片背面都會焊接一條互聯帶，從而將幾片電池串焊在一起，形成電池片串。

(3) 匯流帶：連接電池串的載體，將串聯好的電池串連接在一起，最后引出正負極，連接在接線盒上。互聯帶和匯流帶都是涂錫銅帶。

(4) 鋼化玻璃：分為鍍膜玻璃和普通玻璃。采用低鐵超白絨面鋼化玻璃，透光率可達90%以上，同時可耐太陽紫外線輻射。

超白指玻璃含鐵量低，從側面看是白色的，普通玻璃是綠色的，所以為超白低鐵。絨面是為減少對光的反射，增加減反射的處理，一般有溶膠凝膠納米技術和涂布技術。鋼化是熔融的玻璃迅速風冷使其表面為壓力，內部為張力，從而達到鋼化的目的。

(5) EVA膠膜：一種熱固性膠膜，在粘著力、耐久性、光學特性等方面具有優越性，廣泛應用于電流組件及光學產品。同時常溫下不發粘，便于操作。

熱固性指加熱時不能軟化和反復塑制，也不在溶劑中溶解的性能，體型聚合物具有這種性能。第一次加熱時可以軟化流動，加熱到一定溫度，產生化學反應一交聯固化而變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時，已不能再變軟流動了。正是借助這種特性進行成型加工，利用第一次加熱時的塑化流動，在壓力下充滿型腔，進而固化成為確定形狀和尺寸的制品。這種材料稱為熱固性塑料。

(6) 背板：常用的背板材料有TPT即聚氟乙烯復合膜，具有良好的抗環境侵蝕能力、絕緣性能及與EVA良好的粘結性能。

(7) 鋁合金邊框：保護玻璃邊緣；與硅膠打邊協同加強了組件的密封性能；提高組件整體機械強度；便于組件安裝運輸。

(8) 硅膠：粘接、密封作用。

(9) 接線盒：組件電池正負極引出線，與外部連接的電器盒。

光伏組件發電的主要影響因素

(1) 光伏組件自身結構的固有損耗

電池片封裝組件過程中會產生功率損失，一部分是由玻璃和EVA等材料減小了光的射入和吸收，一部分是電氣連接損耗，主要是焊條等連接材料引起的損耗。光伏組件運行過程中也會產生自然衰減。

(2) 熱斑效應

串聯支路中被遮的太陽電池組件，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量。被遮擋的太陽電池組件此時會發熱，這就是熱斑效應。

熱斑的產生在影響發電效率的同時，甚至會對光伏組件造成永久性的傷害，為電站帶來火災隱患。據統計，嚴重的熱斑效應會使太陽電池組件的實際使用壽命至少減少30%。長此以往可能會造成組件失效。而造成熱板效應的，可能僅僅是一塊污漬、鳥糞或是一片樹葉、雜草。

一般組件中安裝了有旁路二極管的接線盒來降低熱斑的影響。當有熱斑現象發生時，接線盒中的二極管啟動，從而屏蔽掉含有問題電池片的串。

(3) PID效應

電位誘發衰減效應(PID, Potential induced degradation)是電池組件長期在高電壓下，玻璃、封裝材料之前存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，可引起組件功率衰減50%以上，從而影響整個組串的功率輸出。高溫、高濕、高鹽堿的沿海地區最易發生PID現象。

(4) 電池片隱裂

隱裂是電池片的缺陷。由于晶體結構的自身特性，晶硅電池片十分容易發生破裂。不同的裂紋，對電池片功能造成的影響不同。對電池片功能影響最大的，是平行于主柵線的隱裂。電池片產生的電流要依靠表面的主柵線及垂直于主柵線(Busbar)的細柵線(Finger)搜集和導出。當隱裂導致細柵線斷裂時，細柵線無法將收集的電流輸送到主柵線，將會導致電池片部分甚至全部失效。

基于上述原因，我們可以看出對電池片功能影響最大的，是平行于主柵線的隱裂。根據研究結果，50%的失效片來自于平行于主柵線的隱裂。45°傾斜裂紋的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。垂直于主柵線的裂紋幾乎不影響細柵線，因此造成電池片失效的面積幾乎為零。相比于晶硅電池表面的柵線，薄膜電池表面整體覆蓋了一層透明導電膜，所以這也是薄膜組件無隱裂的一個原因。

(5) 日照強度及溫度變化

日照強度與光伏的光電流成正比，日照強度在1000-2100W/m2范圍內變化時，光電流始終隨日照強度的增長而線性增長；而日照強度對電壓的影響很小，在溫度固定的條件下，當日照強度在1000-2400W/m2范圍內變化，光伏組件的開路電壓基本保持不變。所以，光伏電池的輸出功率與日照強度也基本保持成正比。

光伏組件的溫度越高，其工作效率就越低。隨著組件溫度的升高，其輸出電壓將下降：在20-100攝氏度范圍，組件溫度每升高1攝氏度，每個電池片的輸出電壓大約減小5毫伏；隨溫度的升高，輸出電流略有上升。總的來說，組件溫度升高，其輸出功率下降：組件溫度每升高1攝氏度，則功率減少0.35%。

因此，輸出功率隨季節的溫度變化而變化。在同一日照強度下，冬天的輸出功率比夏天高。由下圖可見，6-8月份的PR值幾乎是全年最低的幾個月份，然而由于光照時間長，6-8月發電量仍然會較多。

(6) 光伏板的傾角

對光伏電池板斜面，太陽在其的入射角度不同，其單位面積接收的太陽法向輻射量則不同。具體的，入射角(太陽與光伏板法向的夾角)越小，接收到的太陽法向輻射量就越大。從而，光伏板傾角的設置會對發電效率產生影響。使得全年總的輻射接收量最大的光伏板傾角，即為《光伏發電站設計規范》所述的最佳傾角。

最佳傾角計算需要: 1. 當地經緯度 2. 多年平均的太陽輻射數據 3. 光伏板方位角(Azimuth)。從而通過相關軟件(如PVsyst)進行分析。

也可搜索如《全國地面光伏電站最佳安裝角度及發電量速查表》、《中國各省市光伏電站最佳安裝傾角、發電量及年利用小時數速查表》數據確定大致確定最佳傾角。通過下圖可以總結出，緯度越低的地區，傾角越小。

最佳傾角并不意味著光伏電站發電量一定最高。因為在相同的面積下進行光伏板鋪設時，最佳傾角下也會存在前后光伏板的相互遮擋產生陰影。所以光伏板的發電量由傾角及間距兩個因素一起控制。所以最大發電量的傾角和最佳傾角之間會有些許差距，但一般兩者差距不會太大。

要點回顧

1.光伏系統主要由光伏組件、匯流箱、配電柜、逆變器、 變壓器等設備組成。

2. 逆變器可將光伏產生的直流電轉換成交流電，從而輸入電網。

3.被遮的太陽電池組件成為負載，消耗能量且發熱的現象，是熱斑效應。

4.熱斑效應可通過旁路二極管緩解。

5.電池片隱裂最易造成電池失效的是平行于主柵線的隱裂。

5.日照強度和光伏電池輸出功率成正比。

6.光伏電池輸出功率隨著電池片表面溫度升高而下降。

來源：新能源