《太阳能光伏发电技术》课件

太阳能光伏发电技术欢迎学习太阳能光伏发电技术课程本课程将系统介绍太阳能光伏发电的基本原理、核心技术与应用实践，帮助您全面了解这一清洁能源领域的关键知识从太阳能资源特点到光伏系统设计，从电池技术到大型电站建设，我们将深入探讨光伏产业的各个方面随着全球气候变化挑战日益严峻，可再生能源的发展已成为世界各国的战略重点作为最具潜力的清洁能源之一，太阳能光伏发电正在全球范围内迅速发展，技术不断创新，应用日益广泛让我们一起开启太阳能光伏发电技术的学习之旅！课程概述基础理论课程前半部分主要介绍太阳能资源特性、光伏效应基本原理、太阳能电池工作机制等理论知识，帮助您理解光伏发电的科学基础系统技术中间部分重点讲解光伏组件结构、系统设计方法、电站建设要点及运维技术，培养您的实际应用能力产业分析课程后半部分将分析光伏产业发展趋势、经济性评价方法和环境效益，提升您对行业发展的综合认识第一章太阳能资源与应用太阳能开发潜力全球每年接收太阳辐射能约×

1.7310^17瓦，是人类年能源消耗量的上万倍，具有巨太阳能基本特性太阳能利用方式大开发潜力太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生太阳能利用主要包括光伏发电、光热发电和能源，具有普遍性、清洁性和永续性等优点太阳能热利用三大类，光伏发电是最具发展前景的方向之一213太阳能资源简介

1.1太阳是一个超大型核聚变反应堆，每秒向太空辐射太阳辐射包括直接辐射、散射辐射和反射辐射三种形式直接辐×焦耳的能量地球表面接收的太阳辐射强度约为射是指未经散射直接到达地面的太阳光线；散射辐射是太阳光经

3.84610^26瓦平方米，这些能量是地球上几乎所有可再生能大气分子散射后到达地面的部分；反射辐射则是被地面或其他物1000-1400/源的源头体反射的太阳光光伏系统能够同时利用这三种形式的辐射能量太阳能应用历史

1.2古代应用1早在公元前世纪，人类就开始使用凹面镜聚焦阳光点火古罗马时期7的浴室利用大型窗户收集太阳能供暖中国古代也有利用太阳能晒盐、晒干食物等应用记录近代发展2年，法国科学家贝克勒尔发现光生伏特效应年美国发明18391883家查尔斯弗里茨制造出第一个硒太阳能电池年贝尔实验室研发·1954出第一个实用的硅太阳能电池，效率达6%现代突破3世纪以来，太阳能技术取得快速发展，电池效率持续提高，成本大21幅下降光伏发电已从太空应用扩展到地面大规模发电，成为全球增长最快的能源技术之一太阳能在全球能源结构中的地位

1.3石油煤炭天然气水电核能风能太阳能近年来，太阳能在全球能源结构中的地位不断提升根据国际能源署数据，太阳能是增长最快的能源种类，年均增长率超过虽然目前在全球一次能源消费中占比仅为左右，但在电力装机IEA20%3%中的比例正快速上升预计到年，太阳能在全球电力装机中的比例将达到左右，成为仅次于水电和风电的第三大电力来源太阳能与其他可再生能源共同推动全球能源结构向清洁低碳方向转型203015%中国太阳能资源分布

1.4资源丰富区域资源适中区域资源较少区域中国西部和北部地区太阳能资源最为丰富，华北、西南等地区太阳能资源适中，年平均东南沿海、四川盆地等地区太阳能资源相对特别是青藏高原、新疆、甘肃、内蒙古等地，日照时数在小时之间，水平较少，年平均日照时数不足小时，但2200-30002200年平均日照时数超过小时，水平面年面年辐射量约千瓦时平方米，发展分布式光伏仍有较好前景，特别是结合30001400-1700/辐射量达千瓦时平方米以上适合发展光伏发电建筑一体化应用1700/第二章光伏效应原理光的粒子性光子是光的基本粒子，能量大小与光的频率成正比，由公式描述高E=hν能光子能够激发半导体材料中的电子，是光伏效应的前提半导体特性半导体材料具有价带和导带，中间有能隙当能量大于能隙的光子照射半导体时，可以激发价带电子跃迁到导带，形成自由电子和空穴载流子分离在结的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离并定向移动，PN在外电路形成电流，这就是光伏效应的核心过程光电效应基础

2.1外光电效应内光电效应当光照射到金属表面时，如果光当光照射到半导体材料时，如果子能量超过金属的逸出功，则能光子能量大于半导体的禁带宽度，使金属表面的电子摆脱束缚逸出则能够激发价带电子跃迁到导带，表面这一现象由爱因斯坦于形成自由电子和空穴对，导致材年解释，获得诺贝尔物理料导电性增强光伏效应即基于1905学奖此原理光生伏特效应在具有内建电场的结或异质结构中，光生电子和空穴受到电场作用被分PN离，在外电路形成电动势和电流，这就是太阳能电池的基本工作原理半导体物理基础

2.2能带结构掺杂机制载流子迁移123半导体材料具有特殊的能带结构，包通过向纯半导体材料中引入杂质原子，在半导体中，电子和空穴的移动受到括价带、导带和禁带价带是电子占可以改变其电学特性掺入五价元素电场、浓度梯度和温度等因素影响据的能量低的带，导带是电子能够自（如磷）形成型半导体，主要载流在外电场作用下，载流子沿特定方向N由移动的带，禁带是能量间隙，决定子为电子；掺入三价元素（如硼）形定向移动形成电流；在浓度梯度作用了材料的电学特性成型半导体，主要载流子为空穴下，载流子从高浓度区扩散到低浓度P区结原理

2.3P-N结形成P-N空间电荷区当型半导体与型半导体接触时，由于P N扩散过程使结区附近形成空间电荷区（耗载流子浓度差异，电子从区扩散到区，1N P尽层），区带负电，区带正电，产生P N空穴从区扩散到区，形成扩散电流2P N从区指向区的内建电场N P单向导电性平衡状态外加正向电压（接正，接负）时，内P N4内建电场产生漂移电流，与扩散电流方向建电场减弱，更多载流子跨过结区形成较3相反当漂移电流与扩散电流平衡时，大电流；外加反向电压时，内建电场增强，结达到热平衡状态P-N几乎没有载流子能跨过结区光生伏特效应

2.4光子吸收电流形成当能量大于半导体禁带宽度的光子照射到结时，被半导体材料吸收，激发光生载流子的定向移动形成光生电流，方向与结的反向漏电流相同当外P-N P-N价带电子跃迁到导带，形成自由电子和空穴对这一过程在区、区和空间电电路连接时，这些载流子通过外电路形成光生电流，产生电能输出，实现光能P N荷区都可能发生到电能的转换123载流子分离在空间电荷区产生的电子空穴对受到内建电场作用，电子向区移动，空穴向-N区移动，实现了光生载流子的分离在区和区产生的少数载流子若能扩散P PN到空间电荷区，也会被电场分离第三章太阳能电池高效率可持续性技术创新现代太阳能电池技术不太阳能电池使用寿命长，太阳能电池技术创新活断追求更高的光电转换通常可达年，且跃，从传统晶硅电池到25-30效率，从早期的不足主要材料如硅可回收利薄膜电池，再到钙钛矿、发展到今天的实验用，生命周期碳排放低，多结电池等新型技术，10%室效率超过，商业是极具可持续性的发电不断拓展应用边界并降40%化产品效率也已达到技术低发电成本15%-22%太阳能电池的工作原理

3.1光子吸收1太阳光中的光子被半导体材料吸收载流子产生2产生电子空穴对-载流子分离3在内建电场作用下分离电流形成4形成外电路电流输出太阳能电池的工作原理基于半导体的光生伏特效应当太阳光照射到电池表面时，能量大于禁带宽度的光子被吸收，激发产生电子空穴对在结内建电场的作用下，-P-N电子向区移动，空穴向区移动，实现了载流子的分离N P太阳能电池通常由上电极、下电极、减反射层、发射极（型区）、基区（型区）、背场区等部分组成上表面通常采用栅格状电极以减少遮挡；表面涂覆减反射层以增N P加光的吸收；背场区用于减少背面复合损失这些结构设计都是为了提高光电转换效率太阳能电池的分类

3.2按材料和结构划分，太阳能电池主要可分为以下几类晶体硅太阳能电池（包括单晶硅和多晶硅）、薄膜太阳能电池（包括非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等）、化合物半导体太阳能电池（包括砷化镓、多结等）、新型太阳能电池（包括钙钛矿、染料敏化、有机等）不同类型太阳能电池各有特点晶硅电池效率高、稳定性好，是市场主流；薄膜电池材料用量少、可柔性制造；多结电池效率最高但成本高；新型电池如钙钛矿发展迅速但稳定性待提高选择何种类型需根据具体应用场景和成本考虑晶体硅太阳能电池

3.3单晶硅电池多晶硅电池单晶硅太阳能电池采用高纯度单晶硅片制造，具有规则的晶格结构，效率较高，商业化效多晶硅太阳能电池由多个硅晶粒组成，晶粒边界会影响电池性能，效率略低于单晶硅，商率一般在之间生产工艺主要包括提纯硅料、单晶硅棒生长（主要采用直拉法业化效率一般在之间其生产成本低于单晶硅，主要通过定向凝固法制备硅锭，18%-24%16%-20%或区熔法）、切片、扩散形成结、沉积电极等步骤然后切片、扩散等工艺流程与单晶硅相似PN薄膜太阳能电池

3.4非晶硅薄膜电池碲化镉薄膜电池铜铟镓硒薄膜电池12CdTe3CIGS非晶硅薄膜电池采用等离子体增强化学碲化镉薄膜电池具有吸收系数高、制造薄膜电池效率较高，实验室效率已CIGS气相沉积技术在基板上沉积薄成本低、商业化效率可达左右的优超过，商业化效率可达PECVD17%23%15%-18%层非晶硅制成，厚度仅为微米其点主要采用真空蒸发、近空间升华等可制成柔性电池，适应性强但制造工1-2特点是材料消耗少，可大面积制造，但技术制备但碲资源稀缺且镉有毒性，艺复杂，成本相对较高，且铟资源有限效率较低（约）且存在光致衰对其发展构成一定限制目前在大型地近年来随着制造技术改进，其市场份额6%-9%减问题主要应用于计算器、手表等小面电站应用较为广泛逐步扩大型电子产品和建筑一体化领域新型太阳能电池技术

3.5钙钛矿太阳能电池染料敏化太阳能电池钙钛矿太阳能电池是近十年发展最迅速的新型太阳能电池，以有机无机杂化钙染料敏化太阳能电池模拟植物光合作用原理，由染料分子吸收光子产生电子，-钛矿材料为吸光层其效率在短短几年内从提升至以上，接近单晶硅通过等纳米材料传导电子其制造简单、成本低、在弱光条件下性能好，

3.8%25%TiO2电池优点是制备简单、成本低、效率高，但稳定性和环境耐受性仍需提高但效率通常不超过，且液态电解质存在泄漏风险12%有机太阳能电池量子点太阳能电池有机太阳能电池采用有机半导体材料制备，具有重量轻、可柔性、制造简单等量子点太阳能电池利用纳米尺寸的半导体晶体作为吸光材料，可通过调整量子优点目前效率已达左右，但稳定性和寿命较短其最大潜力在于可印刷点尺寸调节吸收光谱理论上可突破单结太阳能电池效率极限，但实际效率目18%制造，适合大规模低成本生产前仍不高，约左右，商业化应用仍待时日16%太阳能电池效率及影响因素

3.6实验室效率商业化效率%%太阳能电池效率受多种因素影响光学损失（如表面反射、电极遮挡等）；复合损失（载流子在体内和表面复合）；电阻损失（串联电阻、并联电阻）；温度影响（温度升高效率下降）此外，光谱匹配度也是重要因素，单结电池只能高效利用特定波长范围的光子提高效率的主要途径包括改进电池结构（如背接触、等）；优化制备工艺；采用新材料；多结叠层设计等根据理论计算，单结电池的效率极限约为（肖克利奎赛极限），而多结电池理论效HIT31%-率可达

86.8%第四章光伏组件封装保护光伏组件通过严格的封装工艺，保护内部太阳能电池免受环境影响，延长使用寿命系统集成将多个太阳能电池串并联连接，形成具有特定电压电流输出的电气单元，方便系统设计与应用性能保证通过严格的质量控制和测试，确保光伏组件在年使用期25-30内持续稳定发电，是系统可靠运行的基础光伏组件的结构

4.1结构层次接线盒与连接边框与安装结构典型的光伏组件从上到下依次包括钢化玻接线盒通常安装在组件背面，内含旁路二极铝合金边框提供机械强度，保护组件边缘，璃（厚，高透光率）、上封装材管，用于防止热斑效应损害电池现代接线并便于安装现代组件需满足多种机械载荷3-4mm料（通常为胶膜）、太阳能电池片阵盒多采用快速连接器设计，便于安装标准要求，如风载、雪载等，一般要求能承受EVA列、下封装材料（胶膜）、背板（通组件通常采用或片电池串联设计，输的压力载荷和的拉力载EVA60725400Pa2400Pa常为）边缘通常采用铝合金边出电压约为荷TPT/TPE30-40V框密封，并设置接线盒光伏组件的制造工艺

4.2电池分选根据电池片的电气性能和外观进行分类，将性能相近的电池片分组，以确保组件的一致性和输出效率通常采用自动分选机完成，按电流值分为多个档位串并联连接将分选后的电池片按设计要求进行互连，通常采用焊带将电池片串联成电池串，多个电池串再并联形成电池矩阵现代组件生产多采用自动化串焊机完成层压封装将电池矩阵与玻璃、、背板等材料按顺序叠放，在层压机中加热加压EVA使熔融并固化，形成稳固的复合结构这一过程通常在约℃下进EVA150行分钟8-12装框测试将层压后的组件装上铝合金边框并安装接线盒，然后进行电气性能测试和外观检查，确保满足质量标准最后进行包装入库，准备发往客户光伏组件的性能参数

4.3参数名称符号典型值说明最大功率标准测试条件下的峰值Pmax300-500Wp输出功率开路电压无负载连接时的最大电Voc40-50V压短路电流短路状态下的最大电流Isc9-12A最大功率点电压最大功率点对应的电压Vmpp30-40V最大功率点电流最大功率点对应的电流Impp8-10A填充因子衡量曲线质量的参数FF

0.75-

0.85IV温度系数℃至℃功率随温度变化的系数γ-

0.3%/-

0.5%/光伏组件的标准测试条件为辐照度，光谱，电池温度℃实际工作中，组件温度通常STC1000W/m²AM

1.525高于环境温度℃，功率输出会相应降低此外，弱光性能也是评价组件的重要指标，反映了组件在阴天或早晚25-30时段的发电能力光伏组件的质量控制

4.4认证体系可靠性测试生产过程控制光伏组件需通过多项国组件需通过严格的可靠通过检测（电致发光）EL际认证，如性测试，包括温度循环可发现隐裂、断栅等缺IEC（结晶硅组件测试（℃到℃陷；测试确保电气性61215-40+85IV设计鉴定和定型）、循环次）、湿热测能；外观检查发现气泡、200（安全性试（℃相对湿划痕等问题优质厂商IEC6173085/85%要求）、度小时）、机械通常对原材料、过程参UL17031000（美国安全标准）等载荷测试（压数和成品均有严格的质5400Pa中国市场还需通过力）、隔热测试、量控制标准和检测程序CQC PID认证这些认证测试确测试等，模拟各种极端保组件在各种环境条件环境条件下安全可靠运行第五章光伏系统设计系统规划明确需求与预算1设备选型2选择适合的组件、逆变器等核心设备系统配置3确定系统结构、容量、连接方式详细设计4完成电气、结构、控制等各方面设计施工实施5按设计规范进行安装与调试光伏系统设计是一项综合性工作，需要考虑安装地点的气候条件、光照资源、电力需求、建筑特点、电网情况等多方面因素良好的系统设计能够最大化发电量，延长系统寿命，确保安全可靠运行设计过程中需平衡技术性能和经济性，选择合适的系统类型和配置，确定电气连接方案，考虑安全保护和监控要求随着技术发展，系统设计也日益智能化，能够根据预测数据优化发电和用电策略独立光伏系统

5.1基本结构应用场景系统设计要点独立光伏系统主要由光伏组件、充放电控制独立光伏系统适用于电网未覆盖的偏远地区、系统设计需重点考虑负载特性、容量配置、器、蓄电池组和逆变器组成白天产生的电移动设施、应急设备和特殊应用场合典型蓄电池管理和能量平衡采用直流负载可提能一部分直接供负载使用，剩余电能存储在应用包括离网农村电气化、通信基站供电、高系统效率，减少转换损失系统自动化程蓄电池中，夜间或阴天由蓄电池向负载供电牧区供电、野外监测设备、户外照明、便携度需根据使用环境和用户能力确定，远程监系统需要充分考虑多天阴雨天气的备用能力式电源等控系统在维护管理中日益重要并网光伏系统

5.2分布式并网系统集中式并网系统分布式并网光伏系统通常安装在用户侧，如建筑屋顶、墙面等，容量较小集中式并网光伏系统即光伏电站，通常建在荒漠、戈壁、盐碱地等区域，容（通常不超过几百千瓦），发电主要供自用，多余电量上网其特点是就近量较大（从兆瓦到吉瓦级），所发电力全部上网输送到电网系统包括光伏发电、就近消纳，减少输电损失系统结构相对简单，主要包括光伏组件、阵列、汇流箱、逆变器、变压器、升压站和监控系统等系统设计需考虑电并网逆变器、计量装置和保护装置网接入要求，如电能质量、电网支撑能力等光伏系统主要设备

5.3逆变器储能设备控制与保护设备逆变器负责将光伏组件储能设备在独立系统中包括充放电控制器、汇产生的直流电转换为符用于存储多余电能，在流箱、直流断路器、智合负载或电网要求的交并网系统中可提高自发能电表等这些设备负流电并网逆变器需具自用率或参与电网调峰责系统的安全运行、控备最大功率点跟踪常见储能技术包括铅酸制和保护现代光伏系、防孤岛保护、电池、锂离子电池、液统越来越多地配备智能MPPT电网监测等功能按结流电池等锂电池因能监控系统，实现远程监构可分为集中式、组串量密度高、循环寿命长，控、故障诊断和性能分式和微型逆变器，近年成为近年发展最快的光析，提高系统运行效率来组串式逆变器因其灵伏储能方案和可靠性活性和高效率得到广泛应用光伏阵列设计

5.4阵列布置倾角与朝向电气配置123光伏阵列布置需考虑场地条件、光照情固定安装的光伏阵列通常朝向赤道方向阵列电气配置需考虑组件特性、逆变器况、安装方式和维护便利性平地安装（北半球朝南，南半球朝北）最佳倾参数和系统要求组件串联数量由逆变时需考虑阵列间距，避免相互遮挡；屋角通常接近当地纬度，但也需考虑季节器直流输入电压范围决定，通常需考虑顶安装需考虑屋顶承重能力和安全隐患性发电需求、雪水自清洁能力等因素温度对电压的影响并联支路数量由系标准设计中，阵列间距通常为组件高度倾角调整范围一般为纬度±15°，更大偏统容量和逆变器最大输入电流决定阵的倍，以减少冬至日遮挡影响差会显著降低年发电量列设计需保证各组串间的一致性，减少

2.5-

3.5失配损失逆变器选择与配置

5.5逆变器类型根据应用场景选择合适类型的逆变器集中式逆变器（以上）适合大型电站，维护方便但有单点100kW故障风险；组串式逆变器（）适合中小型系统，灵活性好；微型逆变器（＜）直接安装在5-60kW1kW组件背面，可实现单组件级，但成本较高MPPT容量配比逆变器容量与光伏阵列容量的比值（比）是重要设计参数在大多数地区，最佳比通常在DC/AC DC/AC之间合理超配可提高逆变器利用率和系统发电量，但过度超配会增加限功率时间，降低收益

1.1-

1.3具体配比需考虑当地光照资源、电价政策等因素电网适应性并网逆变器需满足电网连接要求，包括电压范围、频率范围、功率因数、谐波限制等现代并网逆变器通常需具备低电压穿越能力、有功功率调节、无功功率补偿等电网支撑功能随着光伏渗透率提高，LVRT这些电网支撑功能日益重要监控与通信选择具备完善监控通信功能的逆变器，支持、以太网或无线通信，便于系统监测和远程管理高RS485级逆变器可提供详细的运行数据、故障记录和诊断信息，有助于系统性能优化和快速故障处理储能系统设计

5.6应用需求分析电池类型选择明确储能系统的主要功能是用于离网系统的常见电池类型包括铅酸（成本低但能量密度低、能量存储，还是并网系统的削峰填谷、增加自寿命短）、锂离子（能量密度高、循环寿命长12发自用率，或提供备用电源不同应用场景对但成本较高）、液流电池（功率与能量可独立储能系统的容量、充放电特性、循环寿命要求设计但系统复杂）等技术选择需平衡性能与不同成本能量管理策略容量设计设计合理的能量管理策略，如基于电价的充放储能容量设计需考虑峰谷电价差、负载特性、电控制、基于负载预测的优化调度等，可显著光伏发电特性等因素离网系统通常需要更大43提高储能系统的经济性先进的能量管理系统的容量冗余，以应对连续阴雨天气设计时需可结合气象预报和负载预测，实现智能调度考虑电池的放电深度限制和容量衰减系统仿真与优化

5.7仿真工具性能评估常用的光伏系统仿真软件包括、、通过仿真可得到系统的关键性能指标，如年发电量、性能比PVsyst SAMSystemAdvisor ModelPerformance、等这些软件能够模拟不同设计方案的性能表现，预测、系统损失分布等性能比是实际发电量与理论发电量的比值，HOMER PV*SOL Ratio,PR年度发电量，分析各种损失因素，辅助经济性评估仿真过程需要输入当地通常在之间，是衡量系统设计质量的重要指标通过仿真分析，75%-85%气象数据、设备参数和系统配置信息可以识别主要损失来源并有针对性地优化第六章光伏发电站建设前期规划包括资源评估、选址论证、可行性研究、方案设计、设备选型和投资预算这一阶段工作质量直接影响电站后续建设和运营效果设计阶段完成初步设计和施工图设计，明确土建、电气、监控等各系统的详细技术要求和规格参数设计文件需符合国家和行业相关标准规范施工建设按设计要求进行场地准备、基础建设、支架安装、组件安装、电气系统施工和系统集成建设过程需严格质量控制和进度管理调试验收完成系统联调联试，进行性能测试和验收检查，确认系统各项指标符合设计要求和技术规范验收通过后移交运维团队光伏电站选址

6.1光照资源1优质的光照资源是光伏电站获得高发电量的基础选址需详细评估当地的年平均日照时数、年辐射总量、阴天日数等参数通常，年平均日照时数应超过小时，年辐射总量大于2000千瓦时平方米的地区更适合建设电站1400/地形地质2理想的场地应相对平坦，坡度不超过度，避免复杂地形增加土建成本地质条件应稳定，避5免滑坡、泥石流等地质灾害风险土壤腐蚀性和地下水位也需评估，以确定合适的基础形式和防腐措施电网条件3并网电站需考虑电网接入条件，包括距离变电站的距离、可用容量、电网稳定性等理想情况下，电站应靠近已有电网设施，减少送出线路投资需评估电网消纳能力，避免建成后因电网限制而限电弃光环境因素4需全面评估场址的气候环境因素，如风速、降雨量、积雪、雷电、沙尘等，以确定系统设计参数和防护措施还应考虑可能的环境影响，如生态保护、水土保持等，确保项目符合环保要求光伏电站规划设计

6.2容量规划系统架构辅助系统电站容量规划需综合考虑用地条件、电网接电站系统架构包括直流侧和交流侧设计常现代光伏电站需配备完善的辅助系统，包括入能力、投资规模和项目收益等因素在有见的架构包括集中式逆变、组串式逆变和集监控系统、安防系统、照明系统、接地与防限的土地上，合理布置光伏阵列，优化组件散式组合大型电站通常采用多级升压方式雷系统等其中监控系统尤为重要，可实现间距和排布方式，可以提高土地利用率通组串并联成阵列，经汇流箱收集后接入逆变设备状态监测、发电量统计、故障报警和远常每兆瓦固定式光伏电站需用地亩，器，逆变器输出经过箱变升压，最后通过升程操控，是电站高效运营的关键支撑15-20而跟踪系统则需亩压站接入电网20-25光伏支架系统

6.3固定支架跟踪支架固定支架结构简单，维护成本低，是目前最常用的支架类型根据材料可分跟踪支架可根据太阳位置实时调整组件角度，提高发电量单轴跟踪系统通为热镀锌钢支架、铝合金支架、复合材料支架等热镀锌钢支架强度高、成常可提高的年发电量，双轴跟踪可提高但跟踪系统15%-25%30%-40%本适中，是大型地面电站的主流选择；铝合金支架重量轻、抗腐蚀性好，适结构复杂，投资和维护成本高，适用于光照资源丰富、电价较高的地区近合屋顶系统；复合材料支架具有绝缘性好、重量轻等优点，但成本较高年来，随着技术进步和成本下降，单轴跟踪系统应用越来越广泛电气系统设计

6.4直流系统设计1直流系统包括光伏组件、直流电缆、汇流箱等设计需确定组件的串并联方式，匹配逆变器的输入范围；选择适当截面的直流电缆，控制线损在合理范围；配置合适的汇流箱，实现多路直流汇集和保护直流系统通常采用接地方式，并需设置完善的防雷保护措施TN-S逆变升压系统2逆变升压系统是光伏电站的核心部分，包括逆变器、变压器等设备大型电站通常采用箱式变电站，将逆变器、变压器和中压开关设备集成在一个预制舱内，减少占地和安装工作设备选型需考虑环境适应性、效率、可靠性和维护便利性交流汇集系统3交流汇集系统负责将各个逆变单元的输出收集并送至升压站系统设计需优化布局，减少线路长度和损耗；合理配置保护装置，确保系统安全；考虑无功补偿需求，满足电网接入要求中大型电站通常采用环网架构，提高供电可靠性升压送出系统4大型光伏电站需通过升压站将电能升压后输送至电网升压站设计需满足电网公司的技术规范和接入要求，配置必要的测量、保护和通信设备送出线路设计需考虑经济性和可靠性，选择合适的线路形式和截面并网技术

6.5电网接入标准低电压穿越光伏电站并网需满足国家和地方电网的接入标准，包括电压偏差、频率范围、现代大型光伏电站需具备低电压穿越能力，即在电网电压短时下降时不LVRT功率因数、电能质量（谐波、闪变等）等技术指标随着光伏装机容量增加，脱网，并能提供无功支撑这一功能对维护电网稳定性至关重要光伏电站通电网对光伏电站的并网要求也在不断提高，特别是对电网支撑能力的要求常通过逆变器的高级控制功能来实现，部分电站还配置无功补偿装置加强LVRT电网支撑能力有功功率控制无功功率控制光伏电站需具备有功功率调节能力，包括功率限制、爬坡控制和一次调频等功光伏电站需具备无功功率调节能力，可通过调整功率因数或直接控制无功功率能电网调度可根据系统需求下发功率指令，光伏电站应能迅速响应这些功来支持电网电压稳定现代光伏逆变器通常可在一定范围内调节无功输出，大能通常通过电站集控系统和逆变器的协同控制来实现型电站还可配置等专用无功补偿设备，提供更强的电压支撑能力SVG施工管理

6.6施工准备包括施工组织设计编制、施工图纸会审、人员培训、设备材料准备、现场勘察和临时设施搭建等工作特别需要注意的是对施工人员的安全培训和技术交底，确保其了解光伏系统施工的特殊要求和安全注意事项土建施工包括场地平整、道路建设、基础开挖和浇筑等工作地面电站基础形式通常包括预制混凝土桩基础、螺旋桩基础、直埋桩基础等，应根据地质条件选择合适的基础形式基础施工质量直接影响支架的稳定性和使用寿命设备安装按照设计要求安装支架、光伏组件、逆变器、变压器等设备，并完成电气连接和防雷接地系统施工组件安装需特别注意防止机械损伤和确保连接牢固电气安装需严格按照规范进行，确保连接可靠、布线整齐调试验收系统安装完成后，需进行全面的测试和调试，包括绝缘测试、接地电阻测试、功能测试和性能测试等验收过程需对照设计文件和技术规范，确认系统各项指标符合要求特别需要关注的是系统安全性和并网性能的测试第七章光伏系统运行与维护预防性维护2运行监控定期检查与清洁，防患于未然1实时监测系统状态与性能，及时发现异常故障诊断3分析问题根源，制定修复方案维修处理性能分析5排除故障，恢复正常运行评估实际发电效率，优化运行参数4光伏系统运行维护的目标是确保系统安全可靠运行，最大化发电量和收益，延长系统使用寿命有效的运维策略可提高发电效率，3%-10%显著影响项目整体收益随着光伏系统规模扩大和技术进步，运维工作日益专业化和智能化光伏系统监控

7.1监控系统架构监控内容与功能典型的光伏监控系统采用多层架构底层是现场设备层，包括各类传感器、智能设光伏监控系统主要监测以下参数环境数据（辐照度、温度、风速等）、电气参数备；中间是数据采集与处理层，负责数据收集、初步分析和本地存储；顶层是监控（电压、电流、功率、频率等）、设备状态（逆变器、变压器等运行状态）和辅助管理层，提供可视化界面、远程控制和高级分析功能大型电站通常配备独立监控系统状态（安防、消防等）系统功能包括数据采集显示、性能分析、故障报警、室，小型系统则多采用云平台远程监控远程控制、报表生成等，先进系统还具备故障诊断和预测性维护功能系统性能评估

7.2实际发电量理论发电量性能比MWh MWh%光伏系统性能评估是运维工作的重要内容，通过对系统发电性能的定量分析，可以判断系统是否正常运行，发现潜在问题并指导优化调整主要评估指标包括发电量（）、等效利用小时数、性能kWh比、系统可用率等PR性能比是实际发电量与理想条件下理论发电量的比值，是评价光伏系统质量的重要指标性能比受多种因素影响，包括组件温度、系统损失、灰尘遮挡、设备故障等通过长期跟踪性能比变化趋势，可以及时发现系统性能衰减异常，指导维护决策优质系统的性能比通常在之间80%-90%常见故障及处理

7.3故障类型可能原因处理方法组件热斑局部遮挡、电池片破损、旁清除遮挡物、更换组件、修路二极管失效复二极管组件功率衰减效应、材料老化、微裂安装恢复设备、更换严PID PID纹扩展重衰减组件逆变器离网电网异常、逆变器保护动作、检查电网参数、复位逆变器、控制电路故障维修控制电路逆变器效率低失效、输入参数不匹重新配置参数、清洁散热器、MPPT配、内部损耗增加维修或更换接地故障线缆绝缘损坏、进水、接地检查隔离故障线路、修复绝点腐蚀缘、更换损坏部件数据通信中断通信线路断开、设备供电失修复线路、检查电源、重设败、协议错误通信参数光伏系统故障诊断通常采用由表及里、由简到繁的原则，先检查简单明显的问题，如断路、松动等；再利用监控数据分析异常趋势；最后使用专业设备进行深入检测对于组件问题，常用红外热像仪检测热斑，检测仪查看隐裂；对于电气故障，使用万用表、绝缘测试仪等进行排查EL运维管理策略

7.4计划性维护预测性维护智能化运维根据设备特性和运行环基于数据分析和人工智利用先进技术提高运维境制定定期检查和维护能技术，对系统运行数效率，如无人机巡检可计划，通常包括日检、据进行深入挖掘，预测快速发现组件外观问题月检、季检和年检主可能出现的故障并提前和热斑；机器人清洁减要工作包括组件清洁、采取措施如通过分析少人工成本；远程监控紧固件检查、电气接头逆变器效率变化趋势，减少现场值守需求借检查、设备运行参数测预判可能的散热问题；助大数据和人工智能，试等维护频率需根据通过组串电流对比，发实现故障自动诊断和优当地环境条件调整，如现潜在的组件衰减或连化建议，降低对高技能沙尘地区需增加清洁频接问题这种方法可减人员的依赖，是光伏运次少不必要的检查，提高维的发展趋势维护效率第八章光伏发电经济性分析投资回报获得预期收益1成本控制2优化建设与运维成本收益分析3评估电量销售与补贴收入融资方案4确定资金来源与结构经济指标5计算投资回收期与内部收益率光伏发电的经济性分析是项目决策的关键依据过去十年，随着技术进步和规模扩大，光伏发电成本持续下降，在越来越多地区实现平价上网，即无需补贴即可与常规能源竞争目前，全球光伏发电平准化成本已降至美元，在资源丰富地区甚至更低

0.04-

0.08/kWh光伏项目的经济性受多种因素影响，包括设备成本、运维成本、融资成本、电价政策、补贴机制、税收政策等投资者需综合考虑这些因素，进行全面的经济性评价，做出合理的投资决策光伏发电成本构成

8.1光伏组件逆变器支架系统电气设备安装工程土地与前期设计与管理运维成本光伏发电系统的成本主要包括初始投资成本和运行维护成本初始投资成本又分为设备成本（组件、逆变器、支架等）和非设备成本（设计、土建、安装、并网等）目前中国地面电站初始投资约

3.5-元瓦，分布式系统约元瓦组件成本占比最大，约占总投资的左右

4.5/4-5/40%运行维护成本包括日常运维费用、设备修理更换费用、保险费用等，通常按装机容量计算，地面电站约为元千瓦年，分布式系统约为元千瓦年随着自动化程度提高和运维经验积80-120/·60-100/·累，运维成本呈下降趋势平准化度电成本（）分析

8.2LCOE

0.0580%光伏（）十年成本下降LCOE$/kWh全球平均水平年降幅2010-

20200.18燃煤（）LCOE$/kWh全球新建电站平均平准化度电成本是衡量不同发电技术经济性的通用指标，代表发电设施在其整个生命周期内LCOE的平均发电成本计算公式为生命周期总成本包括初始投资、运维成本、资金成本等除以生命周期总发电量使不同类型、不同规模的发电技术可以在同一基准上进行比较LCOE影响光伏的主要因素包括系统成本、发电量与光照资源、系统效率相关、系统寿命、折现LCOE率与融资成本相关等在光照资源丰富的地区，光伏发电已低于新建燃煤电站，体现出较强LCOE的经济竞争力随着技术进步，光伏有望进一步下降，加速替代化石能源发电LCOE投资回报率计算

8.3静态投资回收期动态投资回收期不考虑资金时间价值的投资回收期，计算公式为初始投资÷年净收益考虑资金时间价值的投资回收期，即累计折现净现金流为零的时间点计这是最简单的评价指标，但忽略了资金的时间价值，适合初步筛选或短期算需考虑折现率，通常高于静态回收期光伏项目的动态回收期通常为项目典型的光伏项目静态回收期约为年年，取决于项目规模、光照条件和电价水平6-98-12内部收益率净现值IRR NPV使项目净现值等于零的折现率，反映项目的盈利能力光伏项目通常项目未来所有现金流入与流出的差额按特定折现率折现到当前的价值总和IRR需要达到才具有投资吸引力，具体要求因投资者不同而异大正的表明项目值得投资光伏项目评估通常采用的折现率，6%-12%NPV6%-8%型地面电站通常低于分布式项目，但风险也相对较低项目期为年，对应组件的保质期限IRR25政策支持与补贴机制

8.4上网电价补贴税收优惠绿证与配额制固定上网电价是最包括增值税减免、所得可再生能源配额制要求FIT常见的支持政策，保证税优惠、加速折旧等政电力供应商必须有一定光伏发电按高于市场的策例如，中国对光伏比例的电力来自可再生固定价格售电一定年限发电企业实行三免三减能源，可通过购买绿色（通常年）随半所得税政策，即前三电力证书完成15-20REC着光伏成本下降，全球年免征企业所得税，后这种市场化机制在欧美各国补贴逐步下调，三年减半征收美国提较为普遍，中国也在试FIT中国也从年开始供投资税收抵免，点绿证交易制度，作为2019ITC推行平价上网和竞价上可抵减的光伏系统未来替代直接补贴的可30%网机制，补贴逐步退坡投资能方向第九章光伏产业发展规模扩张全球光伏装机容量持续快速增长，从年的增至年超过201040GW2020，年均增长率超过，成为增长最快的能源技术760GW20%成本下降光伏组件价格从年的约美元瓦下降到年的约美元瓦，累20102/

20200.2/计下降，使光伏发电在越来越多地区实现平价上网90%技术创新从常规电池到、、、等高效技术，从固定安装到智能PERC HJTTOPCon IBC跟踪系统，技术创新持续提升光伏系统性能和经济性应用拓展从传统地面电站、屋顶系统扩展到、漂浮式光伏、农光互补等多样化应BIPV用形式，不断拓展光伏应用的广度和深度全球光伏市场现状

9.1累计装机年新增GW GW全球光伏市场近年保持快速增长，年新增装机超过中国是全球最大的光伏市场，累计装机和年新增装机均占全球左右美国、欧盟、印度、日本等市场也保持较快增长随着光伏发电成130GW40%本持续下降，新兴市场如拉美、东南亚、中东和非洲的光伏装机也开始加速市场增长的主要驱动因素包括成本下降使光伏具有更强的经济性；各国气候变化政策推动清洁能源发展；能源安全考虑促进本地可再生能源开发；企业对绿色电力的需求增加预计未来十年，全球光伏年装机量将达到，累计装机将超过300-500GW3000GW中国光伏产业发展

9.2初创阶段12000-2010这一阶段中国光伏产业主要面向出口，为欧洲等海外市场提供组件产品产业规模快速扩张，但国内应用有限年开始实施金太阳示范工程，首次大规模支持国2009内光伏应用这一时期中国光伏企业通过规模化生产降低成本，开始在国际市场占据重要地位发展阶段22011-2015年开始实施光伏发电上网电价政策，国内市场快速启动同时经历了国际贸易2011摩擦和产能过剩调整，行业进入整合期中国光伏装机从年的不足增长到20113GW年的，成为全球最大的光伏市场产业链完善，技术水平提升，开始从201543GW规模优势向技术优势转变成熟阶段至今32016中国光伏产业全面领先全球，在产能、技术、应用等方面占据主导地位产业从补贴驱动向市场驱动转变，平价上网成为现实十四五期间，光伏作为能源转型主力军，年新增装机有望达到企业国际化程度提高，从产品出口扩展到工厂建80-100GW设、项目开发等全产业链布局光伏产业链分析

9.3上游原材料中游制造下游应用包括多晶硅、硅片、靶材、玻璃、、包括电池片和组件制造环节电池片生产技包括光伏系统集成、工程建设、运维服务等EVA背板等原材料生产其中多晶硅是最重要的术正从传统铝背场电池向、、这一环节更贴近市场，需要适应各国不同政PERC TOPCon基础材料，技术壁垒高，能耗大中国已成等高效技术升级，效率不断提高组件策和市场环境中国光伏企业正加速国际化HJT为全球最大的多晶硅生产国，年产能超过制造技术也在创新，包括双面、半片、多主布局，从设备出口扩展到海外电站开发建设万吨，占全球产能以上随着产能栅等新技术应用中国企业在这一环节占据随着光伏储能、智能微电网等新模式发展，5070%+扩张和技术进步，多晶硅成本持续下降，推绝对优势，全球前十大组件厂商中有八家来下游应用环节的附加值和技术含量不断提高动整个产业链成本降低自中国光伏技术发展趋势

9.4组件技术发展趋势包括效率提升，从目前的向以上迈进，主要通过型电池技术如、、等实现；双面化，利用背面入射光提高发电量20%-22%25%N HJTTOPCon IBC；大尺寸化，从传统的扩大到、等，提高制造效率和单位面积功率；柔性轻量化，为建筑一体化和特殊应用场景提供更多可能10%-30%156mm182mm210mm系统技术发展趋势包括智能化，通过数字技术提高系统运行效率和安全性；集成化，光伏储能成为标准配置，提高系统价值；应用多元化，如漂浮式光伏、农光互补、+光伏建筑一体化等；直流化，发展直流微电网减少能量转换损失此外，钙钛矿等新型太阳能电池有望在未来十年实现商业化，带来新的技术路线BIPV第十章光伏发电与环境

1.825-30年减排二氧化碳系统寿命十亿吨（年全球）年（标准光伏系统）20201-2能量回收期年（制造能耗回收）光伏发电作为清洁能源技术，在减缓气候变化、改善环境质量和促进可持续发展方面发挥着重要作用相比化石燃料发电，光伏发电在运行过程中不排放温室气体和污染物，显著减少对环境的负面影响每千瓦时光伏发电可减少约千克的二氧化碳排放，相当于传统燃煤发电的排放量

0.6-

0.8光伏系统的生命周期评价显示，尽管制造过程会消耗能源和资源，但现代光伏系统的能量回收期已缩短至年，远低于年的系统寿命光伏组件的主要材料如硅、玻璃、铝等可回收再利用，1-225-30进一步提高了资源利用效率随着制造技术改进和回收体系完善，光伏发电的环境友好性将持续提高光伏发电的环境效益

10.1减少温室气体排放减少环境污染光伏发电完全替代同等煤电可减少约的二氧化碳排放根据国际能源署统计，年光伏发电不产生硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，有效改善空气质量同时，光伏发95%IEA2020全球光伏发电减少二氧化碳排放约亿吨中国作为光伏装机第一大国，年减排贡献超过亿电几乎不消耗水资源（仅用于清洁维护），而传统火电每发电千瓦时需消耗约公斤水在水

185.512-3吨二氧化碳随着全球光伏装机持续增长，其减排贡献将进一步提高，成为应对气候变化的重要资源紧张地区，发展光伏发电具有明显的水资源保护效益此外，光伏电站噪音很小，对周边环技术路径境干扰最小光伏组件回收与处理

10.2拆卸与收集预处理1组件寿命结束后拆卸，通过回收渠道集中收集分类拆分铝框、接线盒等附件，初步破碎2再生利用材料分离43回收材料进入相关产业链，实现循环利用通过物理、化学方法分离玻璃、硅、金属等材料随着光伏产业规模扩大，退役组件回收处理越来越受到关注预计到年，全球累计退役光伏组件将达万吨，到年将超过万吨目前光203080020507800伏组件回收技术主要包括两类物理法主要通过机械破碎、筛分等手段回收玻璃、铝等材料，回收率约；化学法通过溶剂溶解胶膜，可以回收更多高价值70%材料，回收率可达以上90%目前欧盟已将光伏组件纳入电子废弃物回收体系指令，要求生产商承担回收责任中国也在加快建立光伏组件回收体系，部分领先企业已开始布局回WEEE收业务随着回收技术进步和规模化处理，光伏组件回收将从成本中心转变为价值中心，进一步提高光伏发电的环境友好性光伏发电在应对气候变化中的作用

10.3减缓气候变化1大规模替代化石能源发电，显著减少碳排放提高能源可及性2为无电地区提供清洁可靠的电力，提升应对气候变化的能力促进能源系统转型3推动能源结构低碳化，增强能源系统韧性创造绿色就业4带动相关产业发展，促进公正转型在《巴黎协定》框架下，全球正加速推进能源转型，光伏发电作为最具竞争力的可再生能源技术之一，正发挥越来越重要的作用根据国际可再生能源署的预测，IRENA到年全球光伏装机容量将达到以上，占全球发电量的以上，成为最大的单一电力来源205014,000GW25%中国作为全球最大的碳排放国和光伏制造大国，在光伏技术推广应用方面发挥着关键作用中国提出的双碳目标（年前碳达峰，年前碳中和）为光伏306020302060产业发展提供了广阔空间预计到年，中国光伏装机将达到以上，成为能源系统的主体电源之一，为实现碳中和目标作出重要贡献20603000GW课程总结基础理论技术应用产业发展123太阳能作为清洁可再生能源，通过光伏光伏系统从单一组件到完整电站，涉及光伏产业已形成完整产业链，中国在全效应可直接转换为电能光伏效应基于设计、建设、并网和运维等多个环节球光伏产业中占据主导地位随着成本半导体结的特性，当光子能量大于半随着技术进步，光伏发电成本持续下降，持续下降和政策支持，全球光伏市场保PN导体禁带宽度时，可激发电子空穴对，应用形式日益丰富，从传统地面电站、持快速增长未来，随着技术创新和规-在内建电场作用下形成电流各类太阳分布式屋顶系统，扩展到光伏建筑一体模扩大，光伏发电将在全球能源转型和能电池都基于这一原理，但采用不同的化、农光互补、漂浮式光伏等多样化应应对气候变化中发挥更加重要的作用，材料和结构来提高转换效率用，不断拓展光伏发电的应用边界成为最具发展前景的能源技术之一参考文献与延伸阅读主要参考资料包括国际能源署《世界能源展望》和《可再生能源市场报告》；国际可再生能源署《可再生能源统计》和IEA IRENA《可再生能源发展前景》；美国国家可再生能源实验室《太阳能技术市场报告》；中国光伏行业协会《中国光伏产业发展NREL CPIA路线图》；弗劳恩霍夫太阳能系统研究所《光伏报告》等建议进一步阅读等著《》；与编《Stuart WenhamApplied PhotovoltaicsAntonio LuqueSteven HegedusHandbook of》；刘晓彤等著《太阳能光伏发电技术》；彭苏萍主编《太阳能光伏发电系统》；赵耀华编著Photovoltaic Scienceand Engineering《光伏发电技术与应用》此外，各主要光伏企业的技术白皮书和行业分析机构的研究报告也是很好的学习资源。