光伏的另一面
上一篇文章发出之后，与朋友们又有了一些新的讨论。
整体上，大家能够清晰的感受到我对于光伏行业未来发展的看好。但这并不是说光伏行业目前已经很完美，甚至没有缺点。
事实上，光伏行业在过去十数年、甚至更长久的时间里，经历了太多的风风雨雨。
这个朝阳行业曾经像磁石一般，吸引着人才、技术与资本的蜂拥而至，并成就过中国福布斯富豪榜的首富。然而，随潮水落去，它也曾让英雄般的名字跌落神坛，无数投资者因此血本无归。
事物皆有两面，我们就来看看光伏的另外一面。
与朋友们讨论下来，主要的短板有这么五个：占地方、靠补贴、难消纳、不环保和不连续。篇幅关系，我们准备分成两篇，第一篇探讨前两个短板：占地方和靠补贴，后三个留到下一篇。
光伏发电的原理，来自于 光生伏特效应 。
一块暴露的半导体材料，阳光中的光子与之接触后会有一部分转化为电子。由于半导体内部材质的不均匀或者掺有杂质，不同的部位会产生不同数量的电子，有的地方多一些，有的地方少一点。电子数量的不同，使得不同部位之间产生了电压（电位差）。这个时候，如果以导电体将存在电位差的不同部位相连接，电流就形成了。
从最根本的角度来看，地球上绝大部分能源的最终来源，都是太阳。以煤炭、石油为代表的化石能源，来自于远古的动植物。植物依赖阳光进行光合作用，将水和二氧化碳转化为碳水化合物，这构成了所有动物的底层食物来源。
风能来自于大气运动，水能来自于水汽循环所带来的降雨，这背后的根本推动力还是太阳照射带来的温度变化。
这些天然存在的一次能源，经过各种形式的发电机转化为人类最重要的二次能源电力，再经由电网输送到千家万户，驱动着现代生活中所必不可少的各种电力设备和家用电器。
所以，光伏发电从一开始就带着人类十分美好的期盼，因为它避免了中间环节，可以直接从太阳能转换成为电能。
在光伏行业，最核心的研究课题就是 光电转换效率 ，即照射到太阳能面板上的光照有多少可以转换成电流。这个核心指标，驱动着整个行业不断的取得一个又一个技术进步。
既然是指标，就要计算。而要计算，就得有个标准。地球上即使是相同的时节，由于所处的地理纬度不同，太阳照射的强度差别会很大。高纬度的阳光常常照在身上却感受不到多少温暖，而此时赤道地区的阳光却能将人皮肤灼伤。所以，为了能够一致的做比较，光伏人将光电效率定义标准化了：
同时，规定了检测的条件：太阳能工作温度为25℃±2℃，以及照射强度为1000 W/M2。
看不懂也没关系，只要知道 转换效率越高越好 就行了，因为这意味着同样的光照条件下，可以发出更多的电量。
目前，学术界的研究认为，以晶体硅为材料的太阳能电池转换效率的 理论极限约为29%左右 。为了缩小与理论极限的差距，近年来在主流的P型单晶电池领域，晶科能源和隆基乐叶交替向世界纪录发起新的冲击。最新的记录由隆基乐叶在2019年1月16日创下， 转换效率为24.06% 。
在实际发电的时候，一片一片的太阳能电池片需要连接起来，构成一个发电的基本单元，这个单元就叫做组件。
我们来感受一下，一个组件所能够发出的电量，以目前较为典型的60片310Wp的单晶PERC组件为例。由于我国日照时间的不同，将全国划分为三类资源区，在计算中我们以二类资源区的中值1500小时/年作为参考。
即单个组件每年可以发电465度，按照家庭每天用电5度计算， 大概可供90天左右 。如果保障一个家庭的全年供电，大概需要4-5个组件。
当然，这是理想的情况，光伏发电受日照和环境温度的共同影响，而且随着使用年限的增加，发电能力会逐渐下降。
根据晶科能源的产品手册，我们大致可以看出，刚安装好的新组件初始发电功率实际为97%，经过12年使用后下降到90%，最终到达产品使用年限25年时进一步下降至80%。
这个组件有多大呢？根据产品手册的数据，长度为1.67米，宽度为1.00米，厚度为35毫米。这意味着，需要占地1.67平方米。也就是说，保障家庭每天5度的用电量，大概需要有1.67 * 4 = 6.68 平米的空旷空间。实际安装时，由于组件并不是平铺，而是有一定的倾斜角度，实际占地应该要少一些。
与之对比，我们以装机容量60万千瓦、火电设备利用小时4300小时/年、厂用电率4.34%的典型火力发电厂为例：
折合530万个组件的年发电量，按照每块1.67平米计算，约合886.37万平米，折合8.86 平方公里。
我们再做个极端测试，根据中国电力企业联合会报告，2018年我国全 社会 用电量 6.84 万亿千瓦时，假如全部采用上述的60片光伏组件来发电，大概需要占地 68400 / 24.68 * 8.86 = 2.46 万平方公里。大约占去了我国的960万平方公里国土面积的 0.26% 。
这就是光伏最大的短板， 单位面积发电量太低 ，远远不能够与火电相比。
理解了这一点，就能够理解为什么很多人仍然不看好光伏，因为光伏发电需要占用大量的土地面积，而我国的土地整体上是稀缺的，且价格不菲。
经过上面的计算，我们对光伏发电有了新的印象： 占地方 。
那在怎样的场景中，这个短板不是那么明显呢？
有这么几类：第一类，在我国的大西北，地广人稀、日照充足，适合建设大规模的光伏地面电站；在全世界范围内，符合这个特征的地方，还是挺多的，比如中东、北非、澳大利亚、美国的中西部等。
第二类，工业厂房、园区的屋顶。这些地方，本来就闲置在那里，利用起来装上光伏，完全不需要额外的土地成本。于是乎，我们看到京东的物流园、高铁的站台、谷歌的数据中心、甚至是苹果公司新建的总部大楼，都在屋顶装上了光伏。
第三类，以矿山的塌陷区、湿地、鱼塘、湖泊为代表，将光伏组件通过漂浮载体或者固定支架放置在这些区域。上市公司之中，阳光电源有不少漂浮载体的业务，而通威股份更是利用其深耕水产饲料的优势，搞起了渔光互补。
第四类，以农业大棚为载体，在其外部加上光伏，棚内搞种植，棚外搞发电，称之为农光互补。所发出来的电力，还能够为农业自动化提供能源。
在以上几类中，土地的成本较低、甚至可以忽略，所以只要光伏发电自身的成本能够有竞争优势，其应用就不可限量。毕竟，即使不考虑化石能源的不可再生因素，我国较高的工商业电价和居民电价本身就会对于低价的其他电力来源有着强烈的需求。
与单位面积发电量的不懈斗争，转换成了一个又一个的 光伏技术创新 。
这个过程最大的技术路线变革，是单晶电池片对于多晶的取代。所谓单晶，就是晶体硅中每一个硅原子都排列的整整齐齐，良好的晶体性质使得单晶有着更高的光电转换效率。
但这是有成本的，通过直拉法或者区熔法小心翼翼生成的单晶硅棒，成本一直居高不下，在和通过较低成本的铸锭法就能生成的多晶硅锭的竞争中处于下风。
近年来，隆基股份在单晶技术上连续取得突破，一方面通过拉晶设备的国产化和技术改进不断降低硅棒的生产成本，另一方面通过引入金刚线切割技术，大幅度的降低了硅片切割的成本，并通过硅片薄化技术进一步提高了出片率。
目前，电池片环节，单晶PERC技术引领了高效电池的产能升级，再叠加诸如双面双玻、半片等组件环节的诸多技术突破，共同将量产的高效光伏组件转换效率提升到 22% 以上。
这场单多晶的对决，让双方都突破了自我。
就在昨天，天合光能宣布其研发的高效N型单晶电池高达24.58%，创下了大面积TopCon电池效率最新的世界纪录。同一天，阿特斯发布新闻公告，其研发的高效多晶太阳能电池的转换效率达到22.28%，创造了新的大面积多晶电池的世界纪录。
似乎只在高 科技 领域才会有的百家争鸣，近年来在光伏行业正在不断上演。
就这样，随着 组件的转换效率 变得 越来越高，单位面积发电量 也就 越来越多， 而对于 土地的需求 也变得 相对减弱。
所以，有朝一日，像曾经风靡大江南北的太阳能热水器一样，家家的屋顶都变成了太阳能组件，也并非完全不可能。
作为新兴的可再生能源技术，光伏的产业化之路一直受到各国政府的高度重视。
实际上，在光伏成就无锡尚德的创始人施正荣先生以186亿元成为2006年中国大陆的新首富时，就是靠着欧洲、特别是德国政府对于光伏的大力补贴。
最终，市场证明靠着过度补贴成长起来的巨头，在补贴退去的时候也会推倒它们。时至今日，施正荣先生早已淡出人们的视角，尽管他仍然在这个行业里奋斗着。
在行业的起起落落之中，仍然有一些企业家在坚守，正是他们的坚持让这个行业迎来了新生。
在之前的文章中，我们通过对比火电龙头华能国际与光伏发电企业龙头协鑫新能源的财报数据，对于光伏发电成本做了推演。在数据的背后，光伏发电平价上网的脚步声正变得越来越清晰。
而这一天的到来，将会让很多的光伏发电项目，不再依赖国家补贴。
5月22日，国家发改委、能源局公布2019年第一批风电、光伏发电平价上网项目，其中光伏平价项目合计 14.78 GW 。
在全球市场上，平价上网项目也越来越多。2017年2月，日本丸红与晶科能源联合竞标阿布扎比大型光伏电站，累计装机1.18GW，中标电价为每度电2.42美分，折合人民币不到 0.17元 。
尽管光伏行业的企业一直在坚守，补贴的拖欠确实也对企业经营造成了实实在在的影响。
2018年，我国可再生能源补贴的缺口超过了1400亿元，这不可避免的会影响光伏补贴的及时发放。
光伏电站作为资本密集型的企业形态，由于不能够及时收到国家补贴导致运营资金的巨大压力，这会顺着产业链层层向上游传递。体现在财务数据上，就是光伏产业链上中游企业巨大的应收账款。
黑鹰光伏做过一个统计，截至2019年末，78家主要光伏公司应收账款和应收票据合计达到了1717.67亿元，大约是同期净利润的 8.03倍 。
所以，我们看到全球第二大光伏电站运营商协鑫新能源从去年开始，就在不断出售资产，开始了断臂求生。
2019年5月23日，协鑫新能源向云南能投集团一口气出售了19座国内正在运营的光伏电站，以换取资金减轻债务压力。这19座电站合计977MW，相当于其持有的全部7300MW光伏电站的13.38%。在此之前，协鑫新能源已经连续多次出售了合计760MW的光伏电站。和这次一样，接盘的都是能够以较低成本融资的国资企业。
这从一个侧面反映了， 如果能够以较低的利率融资，光伏电站的资产在当下已经具备相当的吸引力 。
所以，随着平价上网的到来，越来越多的光伏发电项目，可以在不依赖国家补贴的情况下运营。而这些电站的运营利润，将和其融资成本密切相关。
换句话说，后补贴时代， 融资成本的高低，才是决定光伏电站盈利质量的关键变量 。
未完待续。
国内9所知名大学开设光伏专业
1、上海电力学院是一所以工为主，兼有理、文、管、经等学科，主干学科电力特色明显的高等学校。学校创建于1951年，历经了上海电业学校、上海动力学校、上海电力学校、上海电力专科学校的发展演变。1985年1月，经教育部和水利电力部批准，更名为上海电力学院，李鹏同志为学校题写了校名，是华东地区唯一的电力本科高校。
上海电力学院不仅有一位光伏行业最知名的教授之一的杨金焕，更与上海久能能源科技发展有限公司和上海电气集团联合成立的专门从事绿色能源研发应用的实验研究中心--上海电力学院-电气久能太阳能研究所，研究所主要从事太阳能光伏发电并网的开发应用等。
2、上海交通大学是教育部直属、教育部与上海市共建的全国重点大学，国家“七五”、“八五”重点建设和“211工程”、“985工程”的首批建设高校，是中国历史最悠久的高等学府之一。
3、北京理工大学，简称“北理工”，是一所以理工为主，工理文协调发展"的全国重点大学，隶属于中华人民共和国工业和信息化部，是首批“211工程”和“985工程”重点建设高校。
4、华北电力大学是教育部直属国家“211工程”、“特色985工程”重点建设高校，是教育部与国家电网公司等七家特大型电力企业集团组成的校理事会共建的全国重点大学，是全国能源电力领域的最高学府，有“电力黄埔”之称。作为教育部直属高校中唯一的以电力为学科特色的大学，2010年开始增设以太阳能光伏发电为主的“能源工程及自动化”专业，为国家级特色专业。学校始终关注国际电力学科研究领域的前沿和中国电力工业发展的需要。学生毕业后能胜任太阳电池设计与制造，光伏系统设计与搭建，光伏电站规划、设计、施工、运行与维护以及太阳能发电新技术开发等方面的技术与管理工作，并能从事其它相关领域的专门技术工作。
5、中山大学由孙中山先生创立于1924年，现为国家“985工程”大学和“211工程”重点建设的大学，同时也是教育部批准建有研究生院的56所高校和广东省重点建设的广东省“211工程”高校。
中山大学太阳能系统研究所正式成立于2004年，位于中山大学东校区(广州大学城)，教学和实验场地面积超过2000平方米。研究所于2005年获得广东省教育厅重点实验室建设项目资助，同时也是中山大学二期985工程项目“太阳能系统科技创新平台”的承建单位，成立“国家新能源工程技术研究中心华南分中心”，与顺德区政府共建顺德中山大学太阳能研究院。
6、四川大学地处中国历史文化名城、“天府之国”--成都，是教育部直属全国重点大学，是国家“985工程”和“211工程”重点建设的高水平研究型综合大学。四川大学科技园是国家最早批准的15个国家大学科技园试点之一。
四川大学的材料科学系冯良恒教授也是国内光伏行业领先学者之一，主攻碲化镉太阳能电池。
7、南开大学，学校开设有光电子技术科学专业，该专业是依据教育部关于南开大学-天津大学独立办学、紧密合作的办学宗旨，充分利用两校光电子技术科学先进的教学、科研实验基地及相关资源，优势互补，于2003年共同创办的专业。该专业以两校光学工程国家重点学科、教育部“光电信息技术科学”重点实验室为学科依托，学术水平高，师资力量雄厚。学科覆盖博士点4个、硕士点6个、博士后流动站3个、是国家“211工程”和“教育振兴计划”重点建设学科。南开大学的光电子所是国家863计划之一，他们研究的电池专门供给中国的卫星做空间电池。
8、南昌大学简称“昌大”，坐落于江西省会南昌市，是国家“211工程”建设高校，国家首批“卓越计划”高校，国家批准设立研究生院的重点大学，属于国内一流大学，是江西省综合实力第一的高等学府。
南昌大学太阳能光伏学院，这是中国第一所在大学设立的太阳能光伏学院，具有国家批准的“材料科学与工程”学科博士学位授予资格和博士后流动站，是"材料物理与化学"国家重点学科所在单位。
9、合肥工业大学是中央部属高校，教育部直属全国重点大学，国家“211工程”，“985工程优势学科创新平台”院校，同时也是111计划成员，由教育部、工业和信息化部与安徽省人民政府共建的大学。教育部“卓越工程师教育培养计划”首批试点高校之一。
教育部光伏系统工程研究中心依托合肥工业大学电力电子与电力传动国家重点学科的其中四个研究方向：光伏系统技术、复合能源系统、特种电源技术、电力传动技术，挂靠合肥工业大学电气与自动化工程学院。
[1-2] 董振利.基于DSP与dsPIC的数字式太阳能电池阵列模拟器研究[D].合肥：合肥工业大学，2007
[1-3] 刘志强.10kW光伏并网逆变器的研制[D].北京：北方工业大学，2011
[1-4] 赵玉文.太阳能光伏技术的发展概况.第五届全国光伏技术学术研讨会论文集.1998
[1-5] BennerJP,KazmerskiL. Photovoltaicsgaininggreatervisibility. SPeetrum,IEEE.1999,36(9)：34-42
[1-6] 余蜜.光伏发电并网与并联关键技术研究：[博士学位论文].武汉：华中科技大学,2009
[1-7] 许颇.基于源型逆变器的光伏并网发电系统的研究：[博士学位论文].合肥：合肥工业大学,2006
[1-8] 林安中,王斯成.国内外太阳电池和光伏发电的进展与前景.太阳能学报,增刊. 1999：68-74
[1-9] 汪海宁.光伏并网功率调节系统及其控制的研究：[博士学位论文].合肥：合肥工业大学,2005
[1-10] 周德佳.太阳能光伏发电技术现状及其发展,电气应用. 2007
[1-11] 曹伟.基于DSP的数字光伏模拟器研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.
[1-12] 韩珏.太阳能电池阵列模拟器的研究和设计[D].杭州：浙江大学，2006.
[1-13] OLILLA J. A medium power PV-arraysimulator with a robust control strategy. Tampere,
Finland: Tampere University
of Technology, 1995, IEEE: 40.
[1-14] 韩朋乐.数字式光伏电池阵列模拟器的研究与设计[D].成都：电子科技大学，2009.
[2-1] 董密.太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究：[博士学位论文]. 长沙：中南大学,2007.
[2-2] 吴忠军,刘国海,廖志凌.硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计.电源技术. 2007.
[2-3] 苏建徽,余世杰,赵为.硅太阳电池工程用数学模型.太阳能学报. 2001.
[2-4] 裴云庆.开关稳压电源的设计和应用[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2-5] 孙孝金.太阳能电池阵列模拟器的研究与设计[D].济南：山东大学，2009.
[2-6] 朱丽.一个光伏阵列模拟器的设计[D].合肥：合肥工业大学，2007.
[2-7] 刘万明.数字式太阳能阵列模拟器的研究[D].成都：电子科技大学，2009.
[2-8] 谢文涛.新型光伏阵列模拟器的研究与设计[D].杭州：浙江大学，2007.
[2-9] 李欣.数字式光伏阵列模拟器的研制[D].杭州：浙江大学，2007.
[2-10] 杜柯.基于DSP的光伏电池数字模拟系统研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[2-11] 陈亚爱.开关变换器控制技术综述[J].电器应用，2008，27(4)：4-10.
[3-1] Cho J G,Sabate J A,Zero-voltageZero-current Switching Full-bridge PWM converter for High Power Applications,IEEE
Trans 0n Power Electronics,1996
[3-2] Cho J G,Jeong C Y,Lee FC,Zero-voltage and Zero-current switching Full—bridge PWM Convener Using
Secondary Active Clamp,IEEE Trans 0n Power Electronics,l998
[3-3] Kim E S,Joe K Y,Park S G,An ImprovedSoft Switching PWM FB DC／DC Converter Using the Modified Energy Recovery Snubber,IEEE Applied
Power Electronics Conference and exposition,2000
[3-4] Ruan XB,Yall Y G,An Improved Phaseshifted Zero-voltage Zero-current Switching PWM Converter,IEEE Applied Power
Electronics Conference and exposition,1998
[3-5] Cho J G, Back J W, Jeong C Y, NovelZero-voltage and zero-current-switching(ZVZCS) Full Bridge PWM Converter Using
a Simple Auxiliary Circuit,IEEE Applied Power Electronics Conference and
exposition,l998
1 基本单位
我国古代货币单位很多，各朝不同，特别是秦汉以前。这里只讨论三种基本单位：
一文制钱（即一枚标准的方孔铜钱）
一两白银
一两黄金
以上单位虽然各朝各代都不同，但至少唐宋之后相差不大，所以是可以得到比较稳定可信的数据的。
兑换关系
铜钱，白银和黄金之间的兑换比例就像现在的外汇价格一样，是常常变动的，不像1元钱等于100分这样明确。根据以下描述：
“金银的比价从1600年前后的1：8上涨到20世纪中期和末期的1：10，到18世纪末则翻了一番，达到1：20。”
可知1两黄金约可兑换8~11两白银。再有：
“道光初年,一两白银换钱一吊,也就是一千文到了道光二十年鸦片战争的时候,一两白银就可以换到制钱一千六七百文了。咸丰以来,银价猛涨,一两白银竟可以换到制钱两千二三百文之多。”
可知正常情况下，1两白银大约可换到1000~1500文铜钱，古时通常说的1贯钱或1吊钱就是1000文。
2 金属价格
由于金银铜制成的货币本身是有价值，而且理论上货币的价值就应该等于金属的价格，所以我们可以通过现在金属的价格来回答“一两银子到底是多少钱”的问题。
唐代的开元通宝通钱每枚直径8分，10枚重1两，千文重6斤4两；清顺治年间，每个铜钱重一钱二分五厘，后又增为一钱四分，则每千文重八斤十二两。古代“两”这个重量单位虽有不同但大约都是40克左右，而“斤”则大约是700克左右。每枚铜钱平均重量5克。
目前金银铜的价格（人民币）如下：
黄金：100元/克
白银：2元/克
黄铜：0.02元/克
推算结果为： 1两黄金：约值4000元1两白银：约值80元 1枚铜钱（1文制钱）:约值0.1元
3 粮食价格
很多历史专著中都通过粮食价格来直接衡量货币关系，虽然单独考虑粮价并不很准确客观，但应该是极其重要的参考。晓林在网上查到了如下记载： “上白米(石)九钱五分????? 中白米(石)九钱二分六厘八钱?? 下白米(石)八钱三分? 白?面(斤)九文 银每两换钱一千文” 还有 “据清朝军机处档案记载，光绪十五年上半年直隶省顺天府、大名府、宣化府的粮价，以谷子、高粱、玉米三种粮食计算，平均每仓石计银一两四钱六分。” 根据1石=100斤=70公斤计算，而粮食价格以2元人民币/公斤计算，可得到以下平均值： 1两白银：约值170元 1枚铜钱（1文制钱）:约值0.2元
4 结论，根据上面的推算，再考虑到
1黄金的价格比其他的更稳定，应当着重参考 2现在白银已作为工业品，所以现在的白银价格参考价值较低
3由于农业技术发展的相对速度很快，现在的粮食相对价格比古代便宜很多
4尊重古代的兑换比例
5凑整数，便于换算，便于建立感性认识 所以，笔者建议，今后遇到古代的货币单位，采用以下换算系统，即方便又有感觉：
1两黄金=人民币2000元=10两白银
1两白银=人民币200元=1000文钱=1贯（吊）钱
1文钱=人民币0.2元
另外：1石米=1两白银
声明：以上结论不是学术观点，只作为老百姓观看古装电视剧，武侠小说时换算之用。
5 验证，下面提供一些古代数据，便于验证晓林给出的换算方式，提高感性认识：
唐朝九品官月俸5石米=唐朝时，初级公务员月薪1000元； 清朝六品官员年俸45两白银=清朝的局级干部，年薪9千元； 三年清知府，十万雪花银=那些当官的，那个家里没有个几千万的？ 乾隆初年，捐一个道台需一万三千一百二十两银子=花270万就可以买个厅级干部当当，明码标价。
《可再生能源》主管单位：辽宁省科学技术厅 主办单位：辽宁省能源研究所 中国农村能源行业协会 中国资源综合利用协会可再生能源专委会 中国生物质能技术开发中心 辽宁省太阳能学会 国家新能源和可再生能源方针、政策、报导该领域科研成果和应用技术，普及可再生能源知识为宗旨。
《太阳能》中科协主管、中国太阳能学会主办、北京市太阳能研究所承办的国家级科技期刊，是我国新能源领域的权威媒体。主要介绍我国新能源政策、普及太阳能知识、交流太阳能科技成果，设有知识讲座、国际太阳能新闻、专利信息、市场专栏等栏目，是太阳能科技人员和爱好者的理想读物。国内外公开发行，全国各地邮局均可征订，邮发代号2-164。
《电力学报》主管单位：山西省电力公司 主办单位：山西省电机工程学会 山西省水力发电工程学会 太原电力高等专科学校 主要刊登电力、电机、热能动力、工业与民用建筑、企业管理、自动化与计算机技术以及相关基础学科的研究成果。
光伏专业前景非常好，整个产业链很长，光伏产业链包括：太阳能级多晶硅-太阳能级多晶硅锭-硅片-电池组件-光伏发电系统。光伏产业是直整个链条上的所有土地、房屋、工厂等财产的总和。 属高新技术类行业。学校开的专业可能跟光伏科学相近，现在产业化了的主要是单晶的，多晶技术较少见，薄膜的更是少见又少见了。
行业国内老大是无锡尚德。随后有天威英利，南京中电等等。
国外有Q-sell、Sharp等等。
太阳能控制逆变器及并网成套设备，主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送电网，监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛效应的保护，并及时与上位机通讯传递能量传输信息。 3 太阳能控制器及其原理 3.1 太阳能电池组件模型 图2 所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中，Iph是光生电流，Iph值与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关。ID为暗电流。没有太阳光照射的情况下，硅型太阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光照条件下，在外电压的作用下PN结流过的单向电流。v为开路电压，RS为串联电阻一般小于1 欧姆，RSH为旁路电阻为几十千欧。 光伏电池的理想模型可由下式表示：
其中，v 为电池板热电势。
图3 表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输出的最大功率。太阳能电池板在高输出电压区域，具有低内阻特性，可以视为一系列不同等级的电压源；在低输出电压区域内，该电源有高内阻特性，可以视为不同等级的电流源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度保持不变的情况下，这个极大功率值会随着光照强度的变化而变化，最大功率跟踪要求能够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。
3.2 太阳能控制器电路拓扑 图4 为太阳能控制器的电路拓扑结构，从原理上说是以及升压斩波器，通过调整开关器件S 的占空比，调节电池板的等效负载阻抗，实现对电池板的最大功率跟踪功能。
3.3 最大功率跟踪方法 最大功率跟踪技术有两种技术路线：其一是CVT 技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是MTTP 技术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的MPPT 技术。目前，常用的MTTP 方法有两种。 （A ）干扰观测法（P&O）： 干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压，如果检测到输出功率减小，则改变电压变化的方向，这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点。如果采用DC/DC 变换器实现MPPT 控制，在具体实施时应通过对占空比施加扰动来调节光伏阵列输出电压或电流，从而达到跟踪最大功率点的目的。如果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率损失，采用较小的步长则正好相反。 （B）电导增量法（INC）： 光伏电池在最大功率点Pm处dP/dU=0，在Pm两端dP/dU均不为0。
而
则有
要使输出功率最大，必须满足（4 ）式，使阵列的电导变化率等于负的电导值。首先假设光伏阵列工作在一个给定的工作点，然后采样光伏阵列的电压和电流，计算Δv =v (n) - v (n-1)和Δi =i (n) - i (n-1)，其中(n)表示当前采样值，(n-1)为前一次的采样值；如果Δv=0，则利用Δi 的符号判断最大功率点的位置；如果Δv≠0，则依据Δi /Δv +I /V 的符号判断。 这种跟踪法最大的优点是当光伏电池的光照强度发生变化时，输出端电压能以平稳的方式追随其变化，电压波动较扰动观测法小。缺点是其算法较为复杂，对硬件的要求特别是对检测元件的精度要求比较高，因而整个系统的硬件成本会比较高。 4 太阳能逆变器及其工作原理 太阳能逆变器的电路拓扑如图5 所示，5-a)是单相并网逆变器电路拓扑，5-b)是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。
4.1 电路的基本工作原理 以图6 的单相光伏逆变电路分析。
按照正弦波和载波比较方式对S -S 进行控制，交流侧AB处产生SPWM波1 4 ，u 中含有基波分量和高次谐波，在L 的滤波作用下高次谐波可以忽略，当
AB AB Su 的频率与电网一致时，i 也是和电网一致的正弦波。在电源电压一定的条件下，
AB s i 的幅值和相位仅有u 的基波的幅值和相位决定，这样电路可以实现整流、逆变
s AB以及无功补偿等作用。图7 所示是电路的运行向量图，其中7-a)是整流运行，7-b)是逆变运行，7-c)是无功补偿运行，7-d)是I 超前φ角运行。单相光伏逆变器工作
s 在7-b)状态。 4.2 电路的基本控制方法 光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，按照图7 的向量关系控制输出电流，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统鲁棒性好，得到广泛应用。 5 监控保护单元简介 监控保护单元的主要作用有： 保护发电设备的安全以及电网的安全； 型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用； 区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。 5.1 并网保护装置 并网保护装置主要实现以下保护功能：低电压保护、过电压保护、低频率保护、国频率保护、过电流保护以及孤岛保护策略等内容。通常大型光伏电站需要设置冗余保护装置，保证系统故障时及时处理。 5.2 孤岛检测技术 孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电的孤岛状态时电网将不再控制这个电力孤岛的电压和频率。孤岛效应会对光伏发电系统与电网的重连接制造困难，同时可能引起电气元件以及人身安全危害，因此孤岛效应必须避免。目前常用的孤岛效应检测方法主要有两种，分别是被动检测方法和主动式检测方法。 (A)被动式孤岛检测： 孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检测盲区。 （B ）主动式孤岛检测： 主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（AFD ），其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。另外，频率扰动会引起输出电流波形的畸变，同时分析发现，当需要进行电能质量治理时，频率的扰动会对谐波补偿效果造成较严重的影响。智能电量管理及系统状况监控系统大型光伏电站由于地处偏远地区，常常为无人值守电站。为了准确计量电站的电能输出及系统运行状况需要设立智能电量管理及系统状况监控系统。系统往往基于计算机数据处理平台以及互联网技术将分散的发电系统信息收集到集中控制中心进行数据分析处理工作，这部分的工作原理及系统结构在本文中不在详述。 6 结语 本文主要介绍了光伏并网系统的结构，分析了其主要组成部件的系统框图、功能。给出了最大功率跟踪的基本原理，分析了光伏逆变器的主要电路拓扑结构及控制方式。太阳能光伏发电技术作为有可能彻底改变人们生活的朝阳技术，拥有美好的未来，让我们共同期待光伏技术在明天为人类做出更大的贡献。
光伏装机容量的单位是W、MW、GW，但是由于光伏组件的出力受当地环境条件影响较大，如辐射度，温度，阴影遮挡等，因此很难确定不同时刻的输出功率大小。所以通用Wp来作为光伏组件的标称功率。
一、光伏简介:
1. 定义:光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，
将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。
2.简单的光伏电池可为手表及计算机提供能光伏的优点:清洁环保，可再生能源 ，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
二、国内光伏发展现状
1. 产业规模不断扩大
2011年全球光伏产业的产量依然达到了23.8GW，我国光伏产量达到了11GW，均依然保持了近40%的年增速～虽然，与2010年140%的年增速相比，已经下降了不少，但是，这从侧面也说明了光伏产业的抗跌能力。
在2009年全球太阳电池产量10.7GWp中，我国为5.2GWp，占世界产量的48.7,2010年全球太阳电池产量15.8GWp，中国光伏太阳能电池产量更是达到8GWp，占世界生产总量的50%2011年全球太阳电池产量23GW，而我国光伏组件产量达到11GW，在全球光伏市场低迷、欧债危机和美国“双反”的不利国际环境下，依然占据了近50%的份额，且取得了37%的年增幅。
