光伏组件有哪些

光伏发电系统通常由光伏方阵、蓄电池组（可选）、蓄电池控制器（可选）、逆变器、交流配电柜和太阳跟踪控制系统等设备组成：高倍聚光光伏系统（HCPV）还包括聚光部分（通常为聚光透镜或者反射镜）。

光伏方阵光伏方阵（PV Array）称光伏阵列，是由若干个光伏组件或光伏板按一定方式组装在一起并且具有同定的支撑结构而构成的直流发电单元。蓄电池组的作用是贮存太阳电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。

电池组件及方阵检查：

光伏发电系统的检查主要对各个电器设备、部件等进行外观检查，内容包括电池组件方阵、基础支架、接线箱、控制器、逆变器、系统并网装置和接地系统等。

检查方阵外观是否平整、美观，组件是否安装牢固，引线是否接触良好，引线外皮有否破损等。检查组件或方阵支架是否有生锈和螺丝松动之处。

光伏发电系统的核心部件是光伏组件，而光伏组件又是由光伏电池串、并联冰封装而成，它将太阳的光能直接转化为电能。光伏组件产生的电为直流电，我们可以利用，也可以用逆变器将其转化为交流电，加以应用。从另一个角度来看，对于光伏系统产生的电能可以即发即用，也可以用蓄电池等储能装置将电能存放起来，根据需要随时释放出来使用。

离网型光伏发电系统组成：

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。

光伏阵列组件

光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。

当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。

光伏电池阵列的几个重要技术参数：

1）短路电流（Isc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电流。

2）开路电压（Voc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电压。

3）最大功率点电流（Im）：在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。

4）最大功率点电压（Um）：在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。

5）最大功率点功率（Pm）：在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。

DC-DC转换器

光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。需要使用电力电子器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。

DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的，这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期（T）不变，调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。

根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。

DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。

降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。

蓄电池

在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等，但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑，大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。

但选用铅酸蓄电池也有不足之处，它比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。

光伏控制模块

光伏控制模块以单片机为控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于受天气等外界因素的影响，太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定），同时也通过控制传感器电路（光控、声控等）来实现全自动开关灯功能。

单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较，然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D，使光伏阵列组件工作在最大功率点处。

离网型逆变器

住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载，因此还需要离网型逆变器，把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别，主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频同相抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。

为了提高离网型光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。

离网型光伏发电系统的应用：

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。

光伏发电是一种清洁能源，利用太阳能发电有利于节省不可再生资源；光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统；现在大多的光伏电站都是户用的，主要就是利用农村自建房的屋顶，安装光伏组件、逆变器、支架等设备，将光能转化为电能，要么自己发电自己用，要么就是发电卖给国家赚取收益。另外多说几句，光伏主要有以下优点：

1、没有资源枯竭的危险；

2、发电过程安全可靠，危险性很低；发电无噪音、无污染、无公害；

3、发电场地不受资源分布的地域限制，只要晒得到太阳的地方都可以。同时在一些没有电或者是地形复杂的地区，也可以利用房屋建筑的屋顶进行发电；

4、不需要铺设输电线路就可以就地发电供电；

5、建设周期短，获取能源花费的时间和物料相对要少。

6、收益高，发电自用，省去了电费，多余的并网上电卖给国家，获得额外收益。

需要强调的是，光伏最重要的用途就是，光伏能带来收益（举例如下图），而且光伏扶贫成为了国务院扶贫办确定实施的“十大精准扶贫工程”之一，也是利用光伏发电来帮助贫困人口脱离贫困是非常有效的途径之一呢。

光伏电站建好是这个样子的，如下图：

图片来源：碳银光伏

钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时，其体积膨胀，处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力，当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时，就会导致钢化玻璃自爆。国外研究证明：玻璃主料石英砂或砂岩带入镍，燃料及辅料带入硫，在1400℃～1500℃高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍。当温度超过1000℃时，硫化镍以液滴形式随机分布于熔融玻璃液中。当温度降至797℃时，这些小液滴结晶固化，硫化镍处于高温态的α-NiS晶相(六方晶体)。当温度继续降至379℃时，发生晶相转变成为低温状态的β-NiS(三方晶系)，同时伴随着2.38%的体积膨胀。这个转变过程的快慢，既取决于硫化镍颗粒中不同组成物(包括Ni7S6、NiS、NiS1.01)的百分比含量，还取决于其周围温度的高低。如果硫化镍相变没有转换完全，则即使在自然存放及正常使用的温度条件下，这一过程仍然继续，只是速度很低而已。

当玻璃钢化加热时，玻璃内部板芯温度约620℃，所有的硫化镍都处于高温态的α-NiS相。随后，玻璃进入风栅急冷，玻璃中的硫化镍在379℃发生相变。与浮法退火窑不同的是，钢化急冷时间很短，来不及转变成低温态β-NiS而以高温态硫化镍α相被“冻结”在玻璃中。快速急冷使玻璃得以钢化，形成外压内张的应力统一平衡体。在已经钢化了的玻璃中硫化镍相变低速持续地进行着，体积不断膨胀扩张，对其周围玻璃的作用力随之增大。钢化玻璃板芯本身就是张应力层，位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀也形成张应力，这两种张应力叠加在一起，足以引发钢化玻璃的破裂即自爆。

简单的说，镍元素在高温状态下非常的小，但在常温状态下，又会变大。钢化玻璃在加热过程中镍元素会变小，但在急速冷却时并没有来及变回到常温状态时的体型，所以钢化玻璃会自爆。国家规定，钢化玻璃的自爆率为3‰。

“熊猫”光伏发电是利用电势差的原理来把光能转发为电能。

世界上首座熊猫外形的光伏电站在山西大同郊外落成，近日已开始正式并网发电。电站由黑白两种颜色组成。如果从高处俯瞰，熊猫的黑色部分，比如爪子和耳朵，由单晶体硅太阳能电池组成白色部分由薄膜太阳能电池组成。

大同熊猫电站鸟瞰图（图片来自网络）

据悉，全部投入使用后，电站能在25年内提供32亿千瓦时的绿色电力，相当于节约煤炭105.6万吨，减少二氧化碳排放270万吨。

这只被网友们成为“世界上最可爱的发电站”是怎么工作的呢？这主要依靠的是太阳能光伏发电。

太阳能光伏发电原理

在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

太阳光能照射在一些特殊材料上，会引起材料中电子的移动，形成电势差。太阳能光伏发电，就是依据这个原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

“国宝”发电站（图片来自新华网）

利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，即当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被太阳能材料吸收，光子激发电子跃迁至导带成为自由电子。于是不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生了电位差。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流。太阳光光伏发电过程其实就是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程。

太阳能光伏发电示意图（图片来自网络）

光伏电池的基本结构

光线照射在光伏电池上产生出光生电流和电压，从而获得电功率。这一转变过程首先需要材料吸收光线，使电子获得更高的能量，接着具有更高能量的电子从电池移动到外电路中，释放出额外的这部分能量，再回到太阳能电池中。

太阳能电池工作的基本过程：产生光生载流子——收集光生载流子从而产生电流——产生较大的光生电压——将产生的功率分配给负载及寄生电阻。

太阳能电池工作的基本结构（图片来自网络）

光伏发电电池类型

光伏电池分为晶体硅电池和薄膜电池。晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。

其中，单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999％，为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。

熊猫发电站的黑色部分由单晶硅太阳能电池组成（图片来自网络）

薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有三种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。

硅基薄膜太阳能电池（图片来自网络）

光伏发电的其他用途

除了光伏电站外，光伏发电还有很多应用实例，小到太阳能充电器、太阳能路灯、太阳能航标灯，大到太阳能汽车、人造卫星、月球车、太阳能飞行器、光伏建筑一体化等。

人造卫星的太阳能充电板（图片来自网络）

中国是目前世界上太阳光伏组件市场出口份额最大的国家之一，我国目前的太阳能发电产业正步入专业化、规模化和国际化的健康发展轨道。

图片来自网络

太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）和太阳跟踪控制系统组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需要配置逆变器。 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

原材料特点：

电池片：采用高效率（16.5%以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。

玻璃： 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)， 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。

EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。

TPT：太阳电池的背面覆盖物—氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。

边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

主要特点：

1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；

2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。

3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；

4、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；

5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况；

6、所有控制全部采用工业级芯片（仅对带I工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。

7、取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素。 1、太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的1万倍。只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。

2、太阳能随处可取，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；

3、太阳能不用燃料，运行成本很低；

4、太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；

5、太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；

6、太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。 1、地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电；

2、能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2。大规格使用时，需要占用较大面积；

3、价格比较贵，为常规发电的3~15倍，初始投资高。

4、后期投资较大，储能的蓄电池平均每2-3年要更换一次。

光伏组件指具有封装及内部联结的，能单独提供直流电输出的，最小不可分割的光伏电池组合装置，由太阳能电池片或由激光切割机或钢线切割机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。

光伏电池片为光伏组件最重要也是最基本的发电单元，因此光伏组件质量很大程度上依赖于光伏电池片的好坏，因此组件厂家是否拥有自家的电池片厂，以自家电池片的质量可以作为一个重要的评估标准。

一套家庭光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、支架、电缆以及其他零部件组成。通过本人了解，目前家用光伏发电系统的合理建设成本大概在5-10元/瓦，其中光伏组件的所占成本最大，几乎占到一半逆变器可以占到5%-8%。对比前几年，整体上来说，确实是便宜了。

参考资料：百度百科——光伏组件