面對能源危機和環境污染的雙重壓力，研究開發新能源，以滿足人類未來對能源的需要是迫切的。風能、太陽能、海洋能、地熱等新能源主要是指。太陽熱能包括太陽熱能和太陽能光伏發電，其中太陽能光伏發電因其獨特的優點而被全社會公認為當今世界最具發展潛力和前景的新能源技術。與傳統能源及其它新能源相比，光伏發電具有以下獨特優勢：太陽能資源非常豐富，儲藏量大，取之不盡，使用時不間斷，并且不需運輸；光電發電原理為光生伏特效應法，不涉及機械能轉換為電磁能過程，無噪聲，并不影響周邊居民的日常生活；太陽能發電干凈、潔凈、環保、無污染；光伏組件壽命更長，工作穩定，性能可靠，維修費用少等。綜上所述，太陽能發電必將成為當今乃至未來比較理想的發電方式。
光電發電系統是一種利用太陽能電池的光生伏特應能，把太陽光輻射能直接轉化為電能的一種新的發電系統。根據其運行方式，光伏發電系統主要可以分為獨立式、并網式和混合式。在這些系統中，并網式光伏系統，根據其拓撲結構的不同，可分為單級式、雙級式和多級式兩種。
1獨立的PV系統。
光伏系統不能與電力系統聯網，這就是獨立光伏發電系統。獨立PV系統由光伏電池、DC/DC控制器、DC/AC逆變器、蓄電池等組成，其結構框圖如圖所示，主要應用于偏遠山區、島嶼、基站等，下面對各部分的功能做一個簡單的介紹。
(1)光電池。
PV電池的作用就是把太陽輻射能直接轉化為電能供負荷使用或儲存在蓄電池中備用。太陽光電電池按它的發展可分為三代，目前正從第一代以硅片技術為基礎的晶硅電池向以半導體薄膜電池技術為基礎的第二代薄膜電池過渡，以提高轉換效率和降低生產成本為目標。結晶硅太陽電池可分為單晶硅和多晶硅太陽能電池，其特點是轉換效率高、壽命長、穩定性好；但生產過程中會對環境造成污染，而且成本較高；薄膜電池工藝簡單，成本較低，但其穩定性差、壽命短、效率低、開發速度慢。當前用于太陽能光伏發電系統的電池大多采用單晶硅光伏電池。
光電電池是將光能直接轉換為電能的器件，它的輸出功率是光強、溫度的非線性函數，其工作機理相當于一個半導體LED。PV元件模型主要分為物理模型和工程模型，物理模型能較準確地反映光伏電池的物理特性，然而，這種方法建模時需要光伏電池的內部物理參數，工程模型是將其簡化和轉換為輸出特性，結果表明，該模型與制造商提供的PV元件參數相一致，模型簡單，應用廣泛。
圖中顯示了光伏電池的典型元等值模型。
(2)DC/DC轉換器。
DC/DC轉換器在太陽能光伏發電系統中的基本功能是實現逆變器、逆變器、逆變器、逆變器、逆變器。
由于外部環境因素的改變，光伏組件的內阻也隨之改變，為使負荷獲得最大功率，可通過在光伏組件與負荷之間加入阻抗變換器來實現負載阻抗匹配。該變換器也就是DC/DC變換器，在DC/DC變換電路中，通過改變電源開關在DC/DC變換電路中的占空比，從而實現等效負載阻值的大小。選取Boost轉換器來完成PVMPPT流程。采用Boost變換器實現光伏發電系統的MPPT控制原理圖如圖所示。
如圖所示，PV組件的輸出電壓是Upv，輸出電流是Ipv，等效負載電阻是Rpv，負載電阻是R，輸出電壓是UR。設置電力電子開關器件是理想的元件，根據電力電子技術知識可得出：
從上面式可知，當工況改變后，通過MPPT控制器的作用，實時調整占空比D，可實現PV電池內阻與等效負載電阻的匹配，從而完成PVMPPT過程。現有的MPPT算法主要包括恒壓力算法、擾動算法、電導率增量法以及在此基礎上的改進算法。近幾年，為了提高系統的魯棒性和控制精度，將以神經網絡控制、模糊邏輯控制為代表的智能算法引入MPPT。多種MPPT算法各有優缺點，并有相應的適用場合。
3)DC/AC逆變器。
其作用是把太陽能光伏電池和蓄電池提供的直流電逆轉變成正弦交流電，供交流負載使用。
(4)蓄水池。
蓄電池的作用是把太陽能光伏電池發出直流電儲存起來，供負荷使用。
2光伏并網發電系統。
PV并網發電系統是指發電輸出端與電網相連而非直接加載的系統，即PV電池經反變后在相應的控制下，輸出滿足并網要求的交流光伏發電系統。本系統中逆變器和獨立PV系統功能并不一起使用，它既要實現逆變，又要實現并網。另外，根據光伏系統拓撲的不同，并網光伏系統可劃分為單級、雙級與多級光伏并網發電系統，最常見的是單級式，雙級光伏并網發電系統。
單級并網系統結構如圖2所示，僅采用一級功率轉換裝置，此時功率轉換器需要實現并網逆變控制、最大功率跟蹤等控制功能，控制系統比較復雜，但電路簡單，器件少，損耗小，用于大功率光伏并網系統。
雙級DC/DC轉換電路由兩級功率轉換器組成，其中一級DC/DC環節實現最大功率跟蹤控制和直流電壓轉換，二級DC/AC環節實現了二次DC/AC環節的逆變控制和并網控制。這一系統將實現控制功能分配給兩個環節，使得控制方法相對簡單，但是提高了效率損失，通常用于中小功率等級的并網發電系統。
三是混合光電系統。
目前，除光伏系統外，還有一些其它類型的發電設備，如風能、內燃機、燃料電池等。而風光互補發電系統則更具典型性，其結構框圖見圖。
風電機組與光伏電池可并發發電，從資源角度考慮，可實現晝夜互補性、季節性互補性，極大地提高了系統供電的可靠性。
上一篇：光伏離網發電系統的配套設施 下一篇：太陽能發電系統原理