光伏系統，也稱為PV系統或太陽能發電系統，是一種旨在透過光伏發電提供可用太陽能電力的電力系統。它由多個組件組成，包括吸收陽光並將其轉化為電能的太陽能電池板、將直流電輸出轉換為交流電的太陽能逆變器，以及安裝、佈線和其他電氣配件以建立工作系統。許多公用事業規模的光伏系統使用追蹤系統，追蹤太陽在天空中的日常路徑，比固定安裝系統產生更多的電力。[ 1 ]
光伏系統將光直接轉換為電能，不要與其他太陽能技術混淆，例如用於加熱和冷卻的聚光太陽能或太陽能熱能。太陽能電池陣列僅包含太陽能電池板（光伏系統的可見部分），不包括所有其他硬件，通常概括為系統平衡（BOS）。光電系統的範圍從容量從幾千瓦到幾十千瓦的小型屋頂安裝或建築一體化系統到數百兆瓦的大型公用事業規模發電站。如今，離網或獨立系統僅佔市場的一小部分。
光電系統安靜運行，沒有任何移動部件或空氣污染，已經從利基市場應用發展成為主流發電的成熟技術。由於光電發電的發展，光電系統的價格自推出以來迅速下降；然而，它們因市場和系統規模而異。如今，太陽能光電模組佔系統總成本的不到一半，[ 2 ]將其餘成本留給剩餘的 BOS 組件和軟成本，其中包括客戶獲取、許可、檢查和互連、安裝勞動力和融資成本。[ 3 ]：14
現代製度
概述
光伏系統將太陽輻射以光的形式轉化為可用的電能。它由太陽能電池陣列和其餘系統組件組成。光電系統可依不同面向分類，例如併網與獨立系統、建築一體化與機架式系統、住宅與公用事業系統、分散式與集中式系統、屋頂與地面安裝系統、追蹤系統與固定傾斜系統，以及新建系統與改裝系統。其他差異可能包括採用微型逆變器的系統與中央逆變器、使用晶體矽的系統與薄膜技術的系統以及採用模組的系統。
大約 99% 的歐洲和 90% 的美國太陽能係統都連接到電網，而離網系統在澳洲和韓國更為常見。[ 4 ]：14個 光電系統很少使用電池儲存。隨著政府對分散式能源儲存的激勵措施的實施，以及儲存解決方案的投資對於小型系統逐漸變得經濟可行，這種情況可能會改變。[ 5 ] [ 6 ]在英國，由於電網限制導致未使用的電力無法反饋到電網，以及電力成本增加導致經濟性提高，因此使用電池儲存的商業系統的數量正在逐漸增加。[ 7 ]典型的住宅太陽能電池陣列安裝在屋頂上，而不是整合到建築物的屋頂或正面，後者的成本要高得多。公用事業規模的太陽能發電廠是地面安裝的，具有固定傾斜的太陽能電池板，而不是使用昂貴的追蹤設備。晶體矽是全球 90% 的太陽能模組所使用的主要材料，而其競爭對手薄膜矽則失去了市場份額。[ 8 ] : 17–20 約 70% 的太陽能電池和組件在中國和台灣生產，只有 5% 由歐洲和美國製造商生產。[ 8 ] : 11–12 小型屋頂系統和大型太陽能發電站的裝置容量均在快速增長，儘管存在向公用事業規模系統發展的顯著趨勢，因為對新安裝的關注點正在從從歐洲到陽光充足的地區，例如美國的陽光地帶，這些地區不太反對地面太陽能發電場，投資人更重視成本效益。[ 4 ]：43
在技術進步以及製造規模和複雜程度提高的推動下，光伏發電的成本不斷下降。[ 9 ]全世界有數百萬個光電系統，其中大部分分佈在歐洲，光是德國就有 140 萬個系統[ 8 ] : 5 – 以及北美，美國有 44 萬個系統。[ 10 ]自 2004 年以來，傳統太陽能模組的能量轉換效率從 15% 提高到 20% [ 8 ] :17 ，光電系統在大約 2 年內即可收回其製造所需的能量。在輻射異常的地方，或使用薄膜技術時，所謂的能量回收時間會縮短至一年或更短。[ 8 ] : 30–33 淨計量和財政激勵措施，例如太陽能發電的優惠上網電價，也大大支持了許多國家光伏系統的安裝。 [ 11 ]在越來越多的地理區域中，大型光電系統的平準化電力成本已與傳統電力相比具有競爭力，並且大約30個國家已經實現了電網平價。 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
截至2015年，快速成長的全球光電市場正快速接近200吉瓦大關－約2006年裝置容量的40倍。目前光伏系統裝置容量最大的國家是中國、日本和美國，而全球裝置容量的一半位於歐洲，其中德國和義大利透過太陽能光電發電供應了各自國內用電量的7%至8%。[ 17 ]國際能源總署預計， 2050年太陽能將成為全球最大的電力來源，其中太陽能光電發電和聚光光熱發電分別佔全球需求的16%和11%。[ 3 ]
太陽能併網
併網系統連接到更大的獨立電網（通常是公共電網）並將能量直接輸送到電網中。此能源可以在收入計量點之前或之後由住宅或商業建築共享，具體取決於計入的能源產量是獨立於客戶的能源消耗（上網電價）計算還是僅根據能源差異（淨計量）計算）。這些系統的規模各不相同，從住宅（2-10 kW p）到太陽能發電廠（高達數十 MW p）。這是分散發電的一種形式。向電網供電需要透過特殊的同步併網逆變器將直流電轉換為交流電。在千瓦級裝置中，直流側系統電壓盡可能高（通常為 1000 V，美國住宅電壓為 600 V），以限制歐姆損耗。大多數模組（60 或 72 個晶體矽電池）在 36 伏特電壓下產生 160 W 至 300 W 的功率。有時需要或希望部分並聯連接模組而不是全部串聯。串聯連接的一組單獨的模組稱為“串”。[ 18 ]一組串聯的「串」稱為「陣列」。
系統規模
光電系統通常分為三個不同的細分市場：住宅屋頂、商業屋頂和地面安裝公用事業規模系統。它們的容量從幾千瓦到數百兆瓦不等。典型的住宅系統功率約為10千瓦，安裝在傾斜屋頂上，而商業系統可能達到兆瓦規模，通常安裝在低坡度甚至平屋頂上。儘管屋頂安裝系統較小，且每瓦成本比大型公用事業規模安裝更高，但它們在市場上佔據最大份額。然而，建造大型公用事業規模發電廠的趨勢日益明顯，特別是在地球的「陽光地帶」地區。[ 4 ] : 43 [ 19 ]
公用事業規模
大型公用事業規模的太陽能園區或農場是發電站，能夠為大量消費者提供能源供應。產生的電力被輸入由中央發電廠（併網或併網發電廠）供電的輸電網，或與一台或多台家用發電機結合以饋入小型電網（混合發電廠）。在極少數情況下，所產生的電力由島嶼/獨立發電廠直接儲存或使用。[ 20 ] [ 21 ]光電系統的設計通常是為了確保給定投資的最高能源產量。一些大型光電站如Solar Star、Waldpolenz Solar Park、Topaz Solar Farm等佔地數十至數百公頃，發電量高達數百兆瓦。
屋頂、行動和便攜式
小型光伏系統能夠提供足夠的交流電來為單一家庭或交流電或直流電形式的隔離設備供電。軍用和民用地球觀測衛星、路燈、建築和交通標誌、電動車、太陽能帳篷[ 22 ]和電動飛機可能包含整合式光伏系統，以交流或直流電的形式輔助電源提供主要或[ 4 ] : 43 便攜式和行動光電系統提供獨立於公用設施連接的電力，用於「離網」操作。此類系統在休閒車輛和船隻上的使用非常普遍，以至於有專門銷售這些應用和專門針對它們的產品的零售商。由於休閒車 (RV) 通常攜帶電池並使用標稱 12 伏特直流電源操作照明和其他系統，RV 系統通常在可以直接為 12 伏特電池充電的電壓範圍內運行，因此添加光伏系統只需要面板，充電控制器和接線。房車上的太陽能係統的瓦數通常受到房車屋頂空間物理尺寸的限制。[ 23 ]
建築一體化
在城市和郊區，屋頂上經常使用光伏陣列來補充電力使用；通常，建築物會連接到電網，在這種情況下，光電陣列產生的能量可以透過某種淨計量協議賣回給公用事業公司。一些公用事業公司利用商業客戶的屋頂和電話桿來支援他們使用光電板。[ 24 ]太陽能樹是一種陣列，顧名思義，它模仿樹木的外觀，提供陰影，並且在夜間可以用作路燈。
表現
隨著時間的推移，收入的不確定性主要與太陽能資源的評估和系統本身的表現有關。在最好的情況下，每年氣候變遷的不確定性通常為4%，太陽能資源估計（水平面）的不確定性為5%，陣列平面輻射估計的不確定性為3%，功率的不確定性為3%模組的額定值，由於灰塵和污垢造成的損失為 2% ，由於雪造成的損失為 1.5%，其他誤差源為 5%。識別並應對可管理的損失對於收入和維運效率至關重要。陣列性能的監控可能是陣列所有者、建造商和購買所生產能源的公用事業公司之間合約協議的一部分。[需要引用]一種使用現成的天氣資料創建「合成日」的方法，並使用開放式太陽能戶外測試場進行驗證，使得高精度預測光伏系統性能成為可能。[ 25 ]此方法可用於確定局部範圍內的損失機制 - 例如雪造成的損失機制[ 26 ] [ 27 ]或表面塗層（例如疏水性或親水性）對污垢或雪損失的影響。[ 28 ]（儘管在大雪環境中，地面乾擾嚴重，每年因雪造成的損失可達到30%。[ 29 ]）互聯網的接觸使能源監測和通訊得以進一步改善。許多供應商都提供專用系統。對於使用微型逆變器（面板級直流電到交流電轉換）的太陽能光電系統，會自動提供模組功率資料。某些系統允許設定效能警報，在達到限制時觸發電話/電子郵件/文字警告。這些解決方案為系統擁有者和安裝人員提供資料。安裝人員能夠遠端監控多個安裝，並一目了然地查看整個安裝基礎的狀態。[需要引用]
成分
用於住宅、商業或工業能源供應的光伏系統由太陽能電池陣列和許多通常概括為系統平衡(BOS) 的組件組成。該術語與「設備平衡」同義。太陽能電池陣列、電線和互連以及其他組件的安裝。
可選地，平衡系統可以包括以下任何或全部：再生能源信用收入等級儀表、最大功率點追蹤器（MPPT）、電池系統和充電器、GNSS 太陽能追蹤器、能源管理軟體、太陽輻照度感測器、風速計、或專為滿足系統所有者的特殊要求而設計的任務特定附件。此外，聚光光電系統需要光學透鏡或鏡子，有時還需要冷卻系統。
儘管太陽能電池陣列並不涵蓋整個系統，但術語「太陽能電池陣列」和「PV 系統」經常錯誤地互換使用。此外，「太陽能電池板」經常被用作「太陽能模組」的同義詞，儘管電池板由一串多個模組組成。 「太陽能係統」一詞也是光電系統 經常使用的誤稱。
太陽能電池陣
光伏系統的組成部分是太陽能電池。太陽能電池是一種可以直接將光子能轉換為電能的電氣裝置。太陽能電池分為三代技術：第一代（1G）晶體矽電池（c-Si）、第二代（2G）薄膜電池（如CdTe、CIGS、非晶矽和GaAs），以及第三代（3G）有機、染料敏化、鈣鈦礦和多結電池。[ 30 ] [ 31 ]
傳統的晶矽 太陽能電池通常串聯連接，封裝在太陽能模組中以保護其免受天氣影響。該模組由鋼化玻璃作為蓋板、柔軟且有彈性的封裝材料、耐候防火材料製成的後背板以及外緣周圍的鋁框架組成。太陽能模組透過電氣連接並安裝在支撐結構上，形成一串模組，通常稱為太陽能電池板。太陽能電池陣列由一個或多個這樣的電池板組成。[ 32 ]光電陣列或太陽能陣列是太陽能模組的連結集合。一個模組所能產生的電力很少足以滿足家庭或企業的需求，因此這些模組被連結在一起形成一個陣列。大多數光伏陣列使用逆變器將模組產生的直流電轉換為交流電，為燈、馬達和其他負載供電。光伏陣列中的組件通常首先串聯以獲得所需的電壓；然後將各個串並聯連接，以使系統產生更多電流。太陽能板通常在 STC（標準測試條件）或 PTC（PVUSA 測試條件）下進行測量，單位為瓦特。[ 33 ]典型的面板額定功率範圍從小於 100 瓦到超過 400 瓦。[ 34 ]陣列額定值由面板額定值的總和組成，單位為瓦、千瓦或兆瓦。
模組和效率
典型的 150 瓦光電模組尺寸約為一平方公尺。考慮到天氣和緯度，在每天 5 小時的日照下，這樣的模組預計平均每天可產生 0.75千瓦時(kWh) 的電量。溫度升高時模組輸出下降得更快。允許環境空氣流過光伏組件（如果可能的話在其後面）可以減少這個問題，因為氣流往往會降低工作溫度，從而提高組件效率。然而，最近的研究表明，在實際運行中，考慮到更大規模的光伏發電機，根據流體力學理論，風速的增加會增加能量損失， [ 35 ] ，因為風與光伏發電機的相互作用會導致能量損失 。
模組有效壽命通常為 25 年或更長。[ 36 ]光電太陽能裝置的投資回收期差異很大，通常不如計算投資報酬率有用。[ 37 ]雖然通常計算為 10 至 20 年，但透過激勵措施，財務投資回收期可能會短得多。[ 38 ]
溫度對光電模組的影響通常透過一些與開路電壓、短路電流和最大功率的變化與溫度變化相關的係數來量化。本文提供了估計溫度係數的綜合實驗指南。[ 39 ]
由於單一太陽能電池的電壓較低（通常約為 0.5V），因此在製造「層壓板」時將多個電池串聯（請參閱可再生能源中的銅#太陽能光伏發電） 。將層壓板組裝到防風雨保護外殼中，從而製成光伏模組或太陽能板。然後可以將模組串在一起形成光伏陣列。 2012 年，可供消費者使用的太陽能板的效率高達 17% 左右，[ 40 ]而商用板的效率最高可達 27%。透過集中陽光，可以實現更高的效率。弗勞恩霍夫太陽能係統研究所的一個小組創造了一種電池，其效率可達 44.7%，相當於「297 個太陽」。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
陰影和污垢
光伏電池的電力輸出對陰影（所謂的「聖誕光效應」）極為敏感。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]即使電池、模組或併聯電池陣列的一小部分被遮擋，而其餘部分處於陽光下，輸出也會因內部「短路」而急劇下降（電子通過陰影部分反轉路線）。當串聯連接時，從一串電池汲取的電流不大於流過陰影電池的通常小電流，因此該串產生的電流（以及功率）受到限制。如果外部負載的阻抗足夠低，則電池串中的其他電池可能會提供足夠的電壓，透過擊穿結點來迫使更多電流通過陰影電池。普通電池的擊穿電壓在 10 至 30 伏特之間。陰影電池不會增加面板產生的電力，而是吸收電力，將其轉化為熱。由於陰影電池的反向電壓遠大於照明電池的正向電壓，因此一個陰影電池可以吸收串中許多其他電池的功率，從而不成比例地影響面板輸出。例如，在高電流水平下，陰影電池可能會降低 8 伏，而不是增加 0.5 伏，從而吸收其他 16 個電池產生的功率。[ 48 ]因此，重要的是光電裝置不能被樹木或其他障礙物遮蔽。有一些技術可以減輕二極體的損耗，但這些技術也會帶來損耗。
已經開發出幾種方法來確定大面積區域中樹木對光伏系統的遮陽損失， [ 49 ]使用LiDAR，而且還使用3D 建模軟體在單一系統層級確定。[ 50 ] 大多數模組在每個單元或單元串之間都有旁路二極管，以最大限度地減少陰影的影響，並且僅損失陣列的陰影部分本應提供的功率以及二極管中耗散的功率。旁路二極體的主要作用是消除電池上形成的熱點，這些熱點可能會對陣列造成進一步損壞並引起火災。
陽光會被組件表面的灰塵、雪或其他雜質（統稱為污垢）吸收。污垢會減少照射到電池上的光線，從而降低光電系統的功率輸出。隨著時間的推移，污染損失會不斷累積，如果沒有充分清潔，污染損失可能會變得更大。 2018 年，全球每年因污染造成的能源損失估計至少為 3-4%。[ 51 ] 然而，不同地區和地區內的土壤流失情況差異很大。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] 保持組件表面清潔將提高光電系統整個使用壽命期間的輸出性能。在積雪豐富的地區（安大略省）進行的一項研究中，15 個月後清潔平板安裝的太陽能板，其發電量幾乎增加了 100%。然而，5°傾斜的陣列可以被雨水充分清洗。[ 27 ] [ 56 ] 在許多情況下，特別是在乾旱地區，或在靠近沙漠、道路、工業或農業的地方，定期清潔太陽能電池板是具有成本效益的。 2018 年，因污染造成的收入損失估計在 50 至 70 億歐元之間。[ 51 ]
光伏組件的長期可靠性對於確保光伏作為成功能源的技術和經濟可行性至關重要。光伏組件退化機制的分析是確保目前使用壽命超過 25 年的關鍵。[ 57 ]
日照和能量
太陽輻射由直接輻射、漫射輻射和反射輻射組成。光伏電池的吸收係數定義為電池吸收的入射太陽輻照度的分數。[ 58 ]當太陽在無雲的天頂處時，太陽的功率約為 1 kW /m 2，[ 59 ]在地球表面上，垂直於太陽光線的平面。因此，光伏陣列可以每天追蹤太陽，從而大大增強能量收集。然而，追蹤設備增加了成本，並且需要維護，因此光伏陣列更常見的是具有固定安裝座，使陣列傾斜並在北半球面向正南或在南半球面向正北。與水平面的傾斜角度可以隨季節而變化，[ 60 ]但如果固定，則應設定為在獨立系統的典型年份的峰值電力需求部分期間提供最佳陣列輸出。此最佳模組傾斜角不一定與最大年度陣列能量輸出的傾斜角相同。[ 61 ]針對特定環境的光伏系統最佳化可能會很複雜，因為應考慮太陽通量、污染和雪損失等問題。此外，後來的工作表明，光譜效應可以在最佳光伏材料選擇中發揮作用。例如，周圍環境反照率的光譜可以在輸出中發揮重要作用，具體取決於光伏系統[ 62 ]周圍的表面和太陽能電池材料的類型。[ 63 ]歐洲或美國北緯地區的光電裝置預計發電量為 1 kWh/m 2 /天。[需要引用]澳大利亞或歐洲或美國南緯地區的典型 1 kW 光伏裝置每天可發電 3.5-5 kWh，具體取決於位置、方向、傾斜、日照和其他因素。[需要引用]在撒哈拉沙漠，雲量較少且太陽角度較好，理想情況下可以獲得接近 8.3 kWh/m 2 /天的電量，前提是幾乎始終存在的風不會將沙子吹到設備上。撒哈拉沙漠面積超過900萬平方公里。 90,600 km 2，即約1%，可以產生相當於世界上所有發電廠總和的電力。[ 64 ]
安裝
模組在某種安裝系統上組裝成陣列，可分為地面安裝、屋頂安裝或桿式安裝。對於太陽能園區，大型機架安裝在地面上，模組安裝在機架上。對於建築物，已經為斜屋頂設計了許多不同的架子。對於平屋頂，使用貨架、垃圾箱和建築整合解決方案。[需要引用]安裝在桿頂部的太陽能電池板架可以是固定的或移動的，請參閱下面的追蹤器。桿側安裝適用於桿頂部安裝有其他物體的情況，例如燈具或天線。桿式安裝將地面安裝的陣列抬高到雜草陰影和牲畜上方，並且可以滿足有關無法觸及裸露電線的電氣規範要求。安裝在桿上的面板在其底部開放，可吸收更多的冷卻空氣，從而提高性能。多個桿頂架可以形成停車場或其他遮陽結構。不從左到右跟隨太陽的架子可能允許季節性向上或向下調整。[需要引用]
佈線
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由於其戶外使用，太陽能電纜的設計能夠抵抗紫外線輻射和極高的溫度波動，並且通常不受天氣影響。指定光伏系統中電線使用的標準包括國際電工委員會制定的IEC 60364第 712 節「太陽能光伏 (PV) 供電系統」、英國標準BS 7671，其中納入了與微型發電和光伏系統相關的法規，以及美國UL4703標準，主題4703「光伏線」。
太陽能電纜是光伏發電中使用的互連電纜。太陽能電纜將太陽能電池板和光伏系統的其他電氣組件互連。太陽能電纜的設計具有抗紫外線和耐候性。它們可以在很大的溫度範圍內使用。
用於太陽能電池板安裝佈線的材料的具體性能要求在規範某個區域的電氣安裝的國家和地方電氣規範中給出。太陽能電纜所需的一般特性包括耐紫外線、耐氣候、耐極端溫度以及適合設備電壓等級的絕緣性能。不同的司法管轄區對於太陽能發電裝置的防觸電和防雷接地有具體的規定。
追蹤器
太陽能追蹤系統全天傾斜太陽能電池板。根據追蹤系統的類型，面板要么直接瞄準太陽，要么瞄準部分陰雲密佈的天空中最亮的區域。追蹤器大大增強了清晨和下午晚些時候的性能，根據緯度，單軸追蹤器的系統產生的總功率增加了約20-25%，雙軸追蹤器的系統產生的總功率增加了約30 % 或更多。[ 65 ] [ 66 ] 追蹤器在直接接收大量陽光的區域非常有效。在漫射光下（即在雲或霧下），追蹤幾乎沒有價值或沒有價值。由於大多數聚光光伏系統對太陽光的角度非常敏感，追蹤系統使它們能夠在每天的短時間內產生有用的電力。[ 67 ]追蹤系統提高效能的主要原因有兩個。首先，當太陽能板垂直於太陽光時，它的表面接收到的光比傾斜時要多。其次，直射光比傾斜光的使用效率更高。[ 68 ]特殊的抗反射塗層可以提高太陽能板對於直射光和傾斜光的效率，但會在一定程度上降低追蹤的好處。[ 69 ]
用於優化性能的追蹤器和感測器通常被視為可選的，但它們可以將可行的輸出提高高達 45%。[ 70 ]接近或超過一兆瓦的陣列通常使用太陽能追蹤器。考慮到雲層，以及世界大部分地區不在赤道上以及太陽在晚上落下的事實，太陽能的正確衡量標準是日照量——每天每平方米的平均千瓦時數。對於美國和歐洲的天氣和緯度，典型日照範圍為北部地區的2.26 kWh/m 2 /天到陽光最充足地區的5.61 kWh/m 2 /天。 [ 71 ] [ 72 ]
對於大型系統，使用追蹤系統獲得的能量可能超過增加的複雜性。對於非常大的系統，額外的追蹤維護是一個很大的損害。[ 73 ]平板和低聚光光電系統不需要追蹤。對於高聚光光電系統，雙軸追蹤是必要的。[ 74 ]定價趨勢影響添加更多固定太陽能板與減少追蹤電池板之間的平衡。
隨著單軸追蹤器的定價、可靠性和性能的提高，越來越多的公用事業規模專案安裝了該系統。根據WoodMackenzie/GTM Research的數據，2017年全球太陽能追蹤器出貨量達到創紀錄的14.5吉瓦。的增長。[ 75 ]
逆變器
設計用於提供交流電(AC) 的系統（例如併網應用）需要逆變器將太陽能模組產生的直流電(DC) 轉換為交流電。併網逆變器必須以正弦波形式提供交流電，與電網頻率同步，將饋入電壓限制為不高於電網電壓，並在電網電壓關閉時斷開與電網的連接。[ 76 ]孤島逆變器只需要產生正弦波形的調節電壓和頻率，因為不需要與電網電源同步或協調。
太陽能逆變器可以連接到一串太陽能板。在一些裝置中，每個太陽能板都連接有太陽能微型逆變器。 [ 77 ]基於安全原因，交流側和直流側均設有斷路器以方便維護。交流輸出可以透過電錶連接到公共電網。[ 78 ]系統中模組的數量決定了太陽能電池陣列能夠產生的總直流瓦數；然而，逆變器最終決定了可分配用於消耗的交流瓦數。例如，包含 11千瓦直流 (kW DC ) 光伏模組的光伏系統與一台 10 千瓦交流 (kW AC ) 逆變器配對時，逆變器的輸出將被限制為 10 kW。截至 2019 年，最先進的轉換器的轉換效率已達 98% 以上。組串式逆變器用於住宅到中型商業光電系統，而集中式逆變器則涵蓋大型商業和公用事業規模市場。中央式逆變器和組串式逆變器的市佔率分別約為 44% 和 52%，微型逆變器的市佔率不到 1%。[ 79 ]
最大功率點追蹤（MPPT）是併網逆變器用來從光電陣列取得最大可能功率的技術。為此，逆變器的 MPPT 系統對太陽能電池陣列不斷變化的功率輸出進行數位取樣，並應用適當的阻抗來找到最佳的最大功率點。[ 80 ]
防孤島是一種保護機制，可立即關閉逆變器，防止其在與負載的連接不再存在時產生交流電。例如，在停電的情況下就會發生這種情況。如果沒有這種保護，供電線路將成為一座電力“孤島”，周圍是一片無供電線路“海洋”，因為太陽能電池陣在停電期間繼續提供直流電。孤島對於公用事業工作人員來說是一種危險，他們可能沒有意識到交流電路仍然通電，並且可能會阻止設備自動重新連接。[ 81 ]完整的離網系統不需要防孤島功能。
| 類型 | 力量 | 效率（一） | 市佔率 ( b) | 評論 |
|---|---|---|---|---|
| 組串式逆變器 | 高達 150 kW p (c) | 98% | 61.6% | 成本(b)每瓦高峰 0.05-0.17 歐元。易於更換。 |
| 中央逆變器 | 80kW以上 | 98.5% | 36.7% | 每瓦高峰 0.04 歐元。高可靠性。通常與服務合約一起出售。 |
| 微型逆變器 | 模組功率範圍 | 90%–97% | 1.7% | 每瓦高峰 0.29 歐元。易於更換的問題。 |
| DC/DC轉換器 （功率優化器） | 模組功率範圍 | 99.5% | 5.1% | 每瓦高峰 0.08 歐元。易於更換的問題。還是需要逆變器。 |
| 資料來源：IHS Markit 2020 的數據，Fraunhofer ISE 2020 的評論，來自：《2020 年光伏報告》，第 14 頁。 39，PDF [ 79 ] 註：(a)顯示的最佳效率，(b)估計市場份額和每瓦成本，(c) kW p = 千瓦峰值，(d)總市場份額大於 100%因為DC/DC轉換器需要與群組串式逆變器配對 | ||||
電池
儘管仍然昂貴，但光伏系統越來越多地使用可充電電池來儲存剩餘電量以供夜間使用。用於電網儲存的電池還可以透過平衡峰值負載來穩定電網，並在智慧電網中發揮重要作用，因為它們可以在低需求時期充電，並在需求高時將其儲存的能量饋送到電網。
現今光伏系統中使用的常見電池技術包括閥控鉛酸電池（傳統鉛酸電池 的改良版本） 、鎳鎘電池和鋰離子電池。與其他類型相比，鉛酸電池的壽命較短，能量密度較低。然而，由於其高可靠性、低自放電以及低投資和維護成本，它們目前（截至 2014 年）是小型住宅光伏系統中使用的主要技術，因為鋰離子電池仍在開發中且價格約為鉛酸電池的3.5倍。此外，由於光伏系統的儲存設備是固定的，因此鉛酸電池的較低能量和功率密度以及因此較高的重量並不像電動交通中那樣重要[ 5 ] : 4, 9 其他可充電電池考慮用於分散式光伏系統包括鈉硫電池和釩氧化還原電池，分別是熔鹽電池和液流電池的兩種主要類型。[ 5 ] : 4 2015年，特斯拉汽車公司推出了Powerwall，這是一款可充電鋰離子電池，旨在徹底改變能源消耗。[ 82 ]
具有整合電池解決方案的光伏系統還需要充電控制器，因為太陽能電池陣列的電壓和電流不斷變化，需要不斷調整以防止過度充電造成損壞。[ 83 ]基本充電控制器可以簡單地打開和關閉光伏電池板，或者可以根據需要計量能量脈衝，這種策略稱為 PWM 或脈寬調製。更先進的充電控制器將把MPPT邏輯納入其電池充電演算法中。充電控制器還可以將能量轉移到電池充電以外的其他目的。用戶可以選擇在電池充滿後加熱空氣或水，而不是在不需要時簡單地關閉免費的光伏能源。
監控與計量
計量必須能夠在兩個方向上累積能量單位，或必須使用兩個儀表。許多儀表都是雙向累積的，有些系統使用兩個儀表，但單向儀表（帶煞車）不會將任何最終饋入電網的能量累積起來。[ 84 ]在某些國家，對於超過 30 kW p 的裝置，需要一個斷開所有相位的頻率和電壓監控器。當產生的太陽能多於公用事業公司所能容納的電力時，就會發生這種情況，多餘的電力既不能出口也不能儲存。電網營運商歷來需要提供輸電線路和發電能力。現在他們還需要提供儲存空間。這通常是水力儲存，但也使用其他儲存方式。最初使用儲存是為了使基本負載發電機能夠滿載運轉。對於可變的可再生能源，需要儲存以便在可用時發電並在需要時消耗。
電網營運商擁有的兩個變數是在需要時儲存電力，或將其傳輸到需要的地方。如果這兩者都失敗，超過 30kWp 的裝置會自動關閉，但實際上所有逆變器都會保持電壓調節並在負載不足時停止供電。電網營運商可以選擇限制大型系統的過剩發電，儘管風電比太陽能更常見，但會導致收入大幅損失。[ 85 ]三相逆變器具有提供無功功率的獨特選項，這在匹配負載要求方面具有優勢。[ 86 ]
需要監控光電系統以檢測故障並優化運作。根據裝置的輸出及其性質，有多種光伏監控策略。監控可以現場或遠端進行。它只能測量生產，從逆變器檢索所有資料或從通訊設備（探頭、儀表等）檢索所有資料。監控工具可以僅用於監控或提供附加功能。個別逆變器和電池充電控制器可能包括使用製造商特定協定和軟體進行監控。[ 87 ]逆變器的電能計量可能精度有限，且不適合收入計量目的。第三方數據採集系統可以使用逆變器製造商的協議監控多個逆變器，還可以獲得與天氣相關的資訊。獨立的智慧電錶可以測量光電陣列系統的總發電量。可以使用衛星影像分析或太陽輻射計（日射強度計）等單獨的措施來估計總日照量以進行比較。 [ 88 ] 從監控系統收集的資料可以透過萬維網（例如OSOTF）遠端顯示。[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]
光電系統的尺寸確定
了解每年的能源消耗量（千瓦時）一個機構或家庭，例如2300Kwh，在其電費帳單上清晰可見，可以計算出滿足其能源需求所需的光伏板數量。透過連接到網站https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/，選擇安裝面板的位置或點擊地圖或輸入位置名稱後，您必須選擇「網格連接」和「視覺化結果」取得下表，例如與巴勒莫市相關的表格：
使用wxMaxima計劃，年消耗量 2300 kWh、傾斜角為 35°、方位角為 0°、總損耗等於 21.88% 的晶體矽技術所需的電池板數量為 6 向上舍入：
平均每個家庭直接消耗30%的能源來自光電。儲能係統最大可實現自耗70%，因此具體情況下電池儲能容量應為：4.41Kwh，四捨五入為4.8Kwh
如果能源價格為 0.5 歐元/千瓦時，那麼每年不含稅的能源成本將為 1150 歐元：
因此，如果300W 電池板成本為200 歐元，4.8Kwh 電池成本為3000 歐元，將直流電轉換為交流電的逆變器成本為1000 歐元，充電調節器成本為100 歐元，安裝成本為1000 歐元，總成本將為6,300 歐元：
按 5.46 年攤提：
電池壽命為 10 年，面板壽命為 25-30 年
其他系統
本節包括高度專業化且不常見的系統，或仍是意義有限的新興技術。然而，獨立或離網系統佔有特殊的地位。它們是 20 世紀 80 年代和 90 年代最常見的系統類型，當時光伏技術仍然非常昂貴，並且是小規模應用的純粹利基市場。只有在沒有電網的地方，它們在經濟上才可行。儘管新的獨立系統仍在世界各地部署，但它們對光伏總裝置容量的貢獻正在下降。在歐洲，離網系統佔裝置容量的 1%。在美國，他們約佔10%。離網系統在澳洲和韓國以及許多發展中國家仍然很常見。[ 4 ]：14
CPV
聚光光伏 (CPV) 和高聚光光伏(HCPV) 系統使用光學透鏡或曲面鏡將陽光聚集到小型但高效的太陽能電池上。除了聚光光學元件外，聚光光電系統有時還使用太陽能追蹤器和冷卻系統，並且價格更昂貴。
特別是 HCPV 系統最適合太陽輻照度高的位置，可將陽光集中達 400 倍或更多，效率為 24-28%，超過常規系統。各種設計的系統在商業上都有販售，但並不常見。然而，研究和開發正在進行中。[ 8 ]：26
CPV 經常與不使用光伏發電的CSP（聚光太陽能發電）混淆。這兩種技術都偏愛陽光充足的地方，並且直接相互競爭。
雜交種
混合系統將光伏發電與其他形式的發電（通常是柴油發電機）結合。[需要引用]也使用沼氣。另一種形式的發電可以是能夠根據需求調節功率輸出的類型。然而，可以使用多於一種的可再生形式的能源，例如風能。光伏發電有助於減少不可再生燃料的消耗。混合系統最常見於島嶼上。德國的佩爾沃姆島和希臘的基斯諾斯島就是著名的例子（兩者都與風結合）。[ 93 ] [ 94 ] Kythnos 工廠將柴油消耗量減少了 11.2%。[ 95 ]
2015年，在七個國家進行的案例研究得出的結論是，在所有情況下，透過混合迷你電網和孤立電網都可以降低發電成本。然而，此類混合動力的融資成本至關重要，並且很大程度上取決於發電廠的所有權結構。雖然國有公用事業公司的成本降低可能很大，但該研究還發現，對於獨立發電商等非公用事業公司來說，經濟效益微不足道，甚至是負面的。[ 96 ] [ 97 ]
還有研究表明，透過在美國部署光伏+熱電聯產混合系統的分散式網路可以提高光伏滲透率限制[ 98 ]對美國代表性單戶住宅的太陽能通量、電力和供暖需求的時間分佈進行了分析結果清楚地表明，熱電聯產與光伏混合可以實現比傳統集中式發電系統更多的光伏部署。使用每秒太陽通量數據的數值模擬再次證實了這個理論，以確定使用相對較小且廉價的電池系統可以為這種混合系統提供必要的備用電池。[ 99 ]此外，大型光伏+熱電聯產系統可用於機構建築，這再次為間歇性光伏提供備份並減少熱電聯產運行時間。[ 100 ]
- PVT系統（混合PV/T）也稱為光伏熱混合太陽能集熱器，將太陽輻射轉換為熱能和電能。這種系統以互補的方式將太陽能（PV）模組與太陽能集熱器結合在一起。
- CPVT系統。聚光光電熱混合(CPVT)系統與 PVT 系統類似。它使用聚光光伏發電（CPV）代替傳統的光伏技術，並將其與太陽能集熱器結合。
- CPV/CSP系統是一種新型太陽能混合系統，將聚光光伏發電與聚光太陽能發電（CSP）的非光伏技術相結合，也稱為聚光光熱發電。[ 101 ]
- 光電柴油系統將光電系統與柴油發電機結合在一起。[ 102 ]與其他再生能源的組合是可能的，包括風力渦輪機。[ 103 ]
浮動太陽能電池陣列
浮動太陽能或浮動光伏發電 (FPV)，有時稱為浮動光伏，是安裝在浮動結構上的太陽能電池板。固定太陽能電池板的結構通常由塑膠浮標和電纜組成。然後將它們放置在水體上。通常，這些水體是水庫、採石場湖、灌溉渠道或修復池和尾礦池。[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]
該系統比陸地光伏發電(PV)更具優勢。水面可能比土地成本便宜，而且對於建在不用於娛樂的水域上的建築物的規則和條例也較少。生命週期分析表明，在已報告的晶體矽太陽能光伏技術中，基於泡沫的 FPV [ 109 ]具有最短的能源回收期（1.3 年）和最低的溫室氣體排放與能源比率（11 kg CO 2 eq/MWh ）。[ 110 ]
由於水可以冷卻電池板，浮動陣列可以比陸地上的光伏電池板實現更高的效率。面板可以有特殊塗層以防止生鏽或腐蝕。[ 111 ]
自2016年以來，這種再生能源技術的市場成長迅速。到2022 年的13 吉瓦，[ 113 ]超過2025年 10 GW的預測。4,000 GW。[ 113 ]
浮動系統的成本比地面安裝系統高約 10-20%。[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]根據國家可再生能源實驗室(NREL) 的一位研究人員的說法，這一增長主要是由於需要錨定係統來將電池板固定在水上，這有助於使浮動太陽能裝置增加約25比陸地上的貴 %。[ 118 ]直流電網
直流電網用於電力運輸：鐵路有軌電車和無軌電車。一些此類應用的試點工廠已經建成，例如漢諾威萊因豪森的有軌電車站，使用光伏貢獻者[ 119 ]和日內瓦（Bachet de Pesay）。[ 120 ] 150 kW p日內瓦站點將 600 V 直流電壓直接輸送到電車/無軌電車電網中，而在此之前，該站點在 1999 年啟用時僅提供約 15% 的電力。
獨立式
獨立或離網系統不連接到電網。獨立系統在尺寸和應用方面差異很大，從手錶或計算器到遠端建築物或太空船。如果要獨立於日照為負載供電，則所產生的電力將透過電池進行儲存和緩衝。[ 121 ]在重量不是問題的非便攜式應用中，例如在建築物中，鉛酸電池因其低成本和濫用的耐受性而最常用。
系統中可以併入充電控制器，以避免過度充電或放電造成電池損壞。它還可能有助於使用最大功率點追蹤技術 ( MPPT ) 來優化太陽能電池陣列的生產。然而，在光伏模組電壓與電池電壓匹配的簡單光伏系統中，通常認為沒有必要使用 MPPT 電子裝置，因為電池電壓足夠穩定，可以從光伏模組收集接近最大的功率。在小型設備（例如計算機、停車計時器）中，僅消耗直流電(DC)。在較大的系統（例如建築物、遠端水泵）中，通常需要交流電。為了將模組或電池的直流電轉換為交流電，需要使用逆變器。
在農業環境中，此陣列可用於直接為直流泵浦供電，無需逆變器。在山區、島嶼或其他沒有電網的偏遠地區，太陽能電池陣列可以作為唯一的電力來源，通常透過為蓄電池充電。獨立系統與微型發電和分散式發電密切相關。
成本和經濟性
 | 本節需要更新。（2024 年 4 月） |
由於生產規模經濟和製造技術進步，光伏電池的生產成本已經下降。對於大型裝置，到 2012 年，價格低於每瓦 1.00美元的情況很常見。]晶體矽太陽能電池已大部分被較便宜的多晶矽太陽能電池所取代，薄膜矽太陽能電池也已以較低的生產成本開發。儘管它們的能量轉換效率比單晶「siwafer」有所降低，但它們也更容易以相對較低的成本生產。[ 126 ]
下表顯示了光電系統每千瓦時電力的總（平均）成本（以美分計）。[ 127 ] [ 128 ]左側的行標題顯示光電裝置每峰值千瓦 (kW p ) 的總成本。光電系統成本一直在下降，例如，據報道，到 2014 年底，德國的成本已降至 1389 美元/kW p 。時為單位）。這因地理區域而異，因為平均日照取決於平均雲量和陽光穿過的大氣層厚度。它還取決於太陽相對於面板和地平線的路徑。面板通常根據緯度以一定角度安裝，並且通常會根據季節進行調整，以滿足不斷變化的太陽赤緯角。太陽追蹤還可用於獲取更多垂直陽光，從而提高總能量輸出。
表中的計算值反映了每千瓦時生產的總（平均）成本（以美分為單位）。他們假設總資本成本為 10%（例如 4% 的利率、1% 的營運和維護成本，[ 130 ]以及20 年內資本支出的折舊）。通常，光電模組的保固期為25年。[ 131 ] [ 132 ]
| 光伏系統發電千瓦時的成本（美分/千瓦時） 取決於運行 20 年期間的太陽輻射和安裝成本 | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 安裝 成本（ 每瓦美元） | 每千瓦裝置容量每年產生的 日照千瓦時 (kWh/(kWp•y)) | ||||||||||||
| 2,400 | 2,200 | 2,000 | 1,800 | 1,600 | 1,400 | 1,200 | 1,000 | 800 | |||||
| 0.20 美元 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.3 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.5 | ||||
| 0.60 美元 | 2.5 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | 3.8 | 4.3 | 5.0 | 6.0 | 7.5 | ||||
| 1.00 美元 | 4.2 | 4.5 | 5.0 | 5.6 | 6.3 | 7.1 | 8.3 | 10.0 | 12.5 | ||||
| 1.40 美元 | 5.8 | 6.4 | 7.0 | 7.8 | 8.8 | 10.0 | 11.7 | 14.0 | 17.5 | ||||
| 1.80 美元 | 7.5 | 8.2 | 9.0 | 10.0 | 11.3 | 12.9 | 15.0 | 18.0 | 22.5 | ||||
| 2.20 美元 | 9.2 | 10.0 | 11.0 | 12.2 | 13.8 | 15.7 | 18.3 | 22.0 | 27.5 | ||||
| 2.60 美元 | 10.8 | 11.8 | 13.0 | 14.4 | 16.3 | 18.6 | 21.7 | 26.0 | 32.5 | ||||
| $3.00 | 12.5 | 13.6 | 15.0 | 16.7 | 18.8 | 21.4 | 25.0 | 30.0 | 37.5 | ||||
| 3.40 美元 | 14.2 | 15.5 | 17.0 | 18.9 | 21.3 | 24.3 | 28.3 | 34.0 | 42.5 | ||||
| 3.80 美元 | 15.8 | 17.3 | 19.0 | 21.1 | 23.8 | 27.1 | 31.7 | 38.0 | 47.5 | ||||
| 4.20 美元 | 17.5 | 19.1 | 21.0 | 23.3 | 26.3 | 30.0 | 35.0 | 42.0 | 52.5 | ||||
| 4.60 美元 | 19.2 | 20.9 | 23.0 | 25.6 | 28.8 | 32.9 | 38.3 | 46.0 | 57.5 | ||||
| 5.00 美元 | 20.8 | 22.7 | 25.0 | 27.8 | 31.3 | 35.7 | 41.7 | 50.0 | 62.5 | ||||
筆記： | |||||||||||||
學習曲線
光伏系統在平準化電力成本(LCOE)方面展示了一條學習曲線，容量每增加一倍，每千瓦時的成本就會降低 32.6%。[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]根據國際再生能源機構（IRENA）2010年至2017年的LCOE與累積裝置容量數據， [ 135 ] [ 136 ] 光伏系統的學習曲線方程式為[ 134 ]
- LCOE：平準化電力成本（美元/度）
- 容量：光電系統累計裝置容量（單位：MW）
規定
標準化
越來越多地使用光伏系統以及將光伏電力整合到現有的供應和分配結構和技術中增加了對光伏組件和系統的通用標準和定義的需求。[需要引用]這些標準由國際電工委員會（IEC）編制，適用於電池、模組、模擬程序、插頭連接器和電纜、安裝系統、逆變器整體效率等的效率、耐用性和安全性。]
國家法規
英國
在英國，光電裝置通常被視為允許開發，不需要規劃許可。如果該房產已列入清單或位於指定區域（國家公園、傑出自然美景區、特殊科學價值點或諾福克湖區），則需要規劃許可。[ 138 ]
英國太陽能光電裝置也受到 2010 年建築法規的控制。這包括確保屋頂能夠支撐太陽能電池板的重量、電氣連接安全並且不存在火災風險。[ 139 ]
美國
在美國，《國家電氣法規》第 690 條提供了安裝光電系統的一般準則；這些可能被當地法律和法規取代。通常需要獲得許可，才能開始工作之前提交計劃和結構計算。此外，許多地方要求工作必須在有執照的電工的指導下進行。
在合法開始施工之前，管轄機構( AHJ) 將審查設計並頒發許可證。電氣安裝實務必須符合國家電氣規範(NEC)規定的標準，並接受司法機關的檢查，以確保符合建築規範、電氣規範和消防安全規範。司法管轄區可能要求設備至少經過一個國家認可的測試實驗室(NRTL)的測試、認證、列出和標記。[ 140 ]許多地方需要許可證才能安裝光電系統。併網系統通常需要有執照的電工在系統和建築物的併網線路之間進行連接。[ 141 ]幾乎每個州都有符合這些資格的安裝人員。[ 140 ]一些州禁止房主協會限制太陽能設備。[ 142 ] [ 143 ] [ 144 ]
西班牙
儘管西班牙約 40%的電力透過光伏和其他再生能源發電，而且韋爾瓦和塞維利亞等城市每年的日照時間接近3,000 小時，但西班牙在2013 年徵收了太陽能稅，以彌補投資產生的債務由西班牙政府。那些不連接電網的人可能面臨最高 3000 萬歐元（4000 萬美元）的罰款。[ 145 ]這些措施最終在2018年被撤銷，當時出台了新的立法，禁止對再生能源自耗徵稅。[ 146 ]
限制
對電網的影響
隨著屋頂光電系統水準的不斷提高，能量流變成雙向的。當地發電量多於消費量時，電力就會輸出到電網。然而，電力網路傳統上並不是為了處理雙向能量傳輸而設計的。因此，可能會出現一些技術問題。例如，在澳洲昆士蘭州，截至2017年底，已有超過30%的家庭擁有屋頂光伏。當電流流回網路時，可能會出現過壓問題。[ 147 ]管理過壓問題有多種解決方案，例如調節光伏逆變器功率因數、配電器層面的新電壓和能源控制設備、重新引導電線、需求側管理等。方案相關的成本。計算這些成本和效益的一種方法是使用「太陽能價值」（VOS）的概念，[ 148 ]其中包括可避免的成本/損失，包括：電廠運作和維護（固定和可變）；燃料;發電能力、儲備能力、輸電能力、配電能力以及環境和健康責任。《大眾機械》報告稱，VOS 結果顯示，在美國大部分地區，併網公用事業客戶的補償嚴重不足，因為日食的價值超過了淨計量費率以及兩級費率，這意味著“你鄰居的太陽能板偷偷地幫你省錢」。[ 149 ]
對電費管理和能源投資的影響
客戶有不同的具體情況，例如不同的舒適/便利需求、不同的電價或不同的使用模式。電價可能包含幾個要素，例如每日接入和計量費用、能源費用（基於kWh、MWh）或高峰需求費用（例如一個月內最高30分鐘能源消耗的價格）。當電價相當高且持續上漲時（例如在澳洲和德國），光伏發電是降低能源費用的一個有前途的選擇。然而，對於實施高峰需求收費的地點，如果高峰需求主要發生在下午晚些時候到傍晚早些時候，例如住宅小區，那麼光伏發電的吸引力可能會降低。總體而言，能源投資在很大程度上是一種經濟決策，投資決策基於對營運改善、能源效率、現場發電和儲能等選項的系統評估。[ 150 ] [ 151 ]
併網光電系統
併網光電系統或併網光電系統是連接到公用電網的發電太陽能光電系統。併網光電系統由太陽能板、一台或多台逆變器、功率調節裝置及併網設備組成。它們的範圍從小型住宅和商業屋頂系統到大型公用事業規模的太陽能發電廠。當條件合適時，併網光電系統將超出所連接負載消耗的多餘電力提供給公用電網。[ 152 ]
手術
容量在10千瓦以上的住宅併網屋頂系統可以滿足大多數消費者的負載。[ 153 ]他們可以將多餘的電力輸送到電網，由其他用戶消耗。回饋是透過儀表完成的，以監控傳輸的功率。光電瓦數可能低於平均消耗量，在這種情況下，消費者將繼續購買電網能源，但數量會比以前少。如果光電瓦數大大超過平均消耗量，那麼電池板產生的能量將遠遠超過需求。在這種情況下，多餘的電力可以透過將其出售給電網來獲得收入。根據與當地電網能源公司的協議，消費者只需支付消耗的電力成本減去發電價值。如果產生的電量多於消耗的電量，這將是負數。[ 154 ]此外，在某些情況下，電網營運商向消費者支付現金獎勵 。
光電發電系統的連接只能透過消費者和公用事業公司之間的互連協議來完成。該協議詳細規定了連接過程中應遵循的各種安全標準。[ 155 ]
特徵
|
如果要將光伏板產生的電力輸送到電網，則必須透過特殊的逆變器將其轉換為交流電。逆變器位於太陽能電池陣列和電網之間，可以是一個大型獨立單元，也可以是作為交流模組連接到各個太陽能板的小型逆變器的集合。逆變器必須監控電網電壓、波形和頻率。逆變器必須偵測到電網供電故障，然後不得供電給電網。連接到故障電源線的逆變器將根據安全規則自動斷開連接，安全規則因管轄區而異。故障電流的位置對於決定逆變器的保護機制是否啟動至關重要，特別是對於中低電壓供電網路。保護系統必須確保供電網路逆變器外部故障時的正常運作。專用逆變器也必須設計成使其交流頻率與電網同步，以確保逆變器功率按照波形正確地併入電網。
優點
- 一些系統營運商提供的淨計量和上網電價等系統可以抵消客戶的用電成本。但在某些地方，電網技術無法應對分散式發電併入電網的情況，因此無法輸出剩餘電力，並且剩餘電力被接地。[需要引用]
- 併網光電系統相對更容易安裝，因為它們不需要電池系統。[ 152 ] [ 156 ]
- 光電發電系統併網的優點是可以有效利用所發電力，因為不涉及儲存損失。[ 157 ]
- 光伏發電系統在其整個生命週期中都是負碳的，因為建造太陽能電池板所產生的任何能量最初都會抵消燃燒化石燃料的需求。儘管陽光並不總是照耀，但任何安裝都可以合理預測平均減少碳消耗。[需要引用]
缺點
- 併網光電發電可能會導致電壓調節問題。傳統網格在單向流或徑向流的假設下運作。但注入電網的電力會增加電壓，並可能導致電平超出可接受的頻寬±5%。[ 158 ]
- 併網光電發電會損害電能品質。光電發電的間歇性意味著電壓的快速變化。這不僅會因頻繁調節而磨損穩壓器，還會導致電壓閃變。[ 159 ]
- 連接到電網帶來了許多與保護相關的挑戰。除瞭如上所述的孤島效應之外，併網光伏發電水平過高還會導致繼電器脫敏、誤跳閘、自動重合器幹擾和鐵磁諧振等問題。[ 160 ]
孤島化
孤島是指即使公用電網不再提供電力，分散式發電機仍繼續為某個地點供電的情況。孤島對公用事業工作人員來說可能是危險的，他們可能沒有意識到即使電網斷電，電路仍然通電。因此，分散式發電機必須偵測孤島並立即停止發電；[需要引用]這被稱為反孤島效應。
反孤島效應
當併網光伏系統停電時，只要有陽光，太陽能板就會繼續供電。在這種情況下，供電線路就變成了一座有電源的“孤島”，周圍環繞著一片無電源線的“海洋”。因此，設計用於向電網供電的太陽能逆變器通常需要具有自動防孤島電路。在故意孤島中，發電機與電網斷開，並強制分散式發電機為本地電路供電。這通常用作建築物的備用電源系統，這些建築物通常將電力出售給電網。
反孤島控制技術有兩種：
- 被動：測量電網故障期間的電壓和/或頻率變化，並採用正回授迴路將電壓和/或頻率進一步遠離其標稱值。如果負載與逆變器輸出非常匹配或負載具有非常高的品質因數（無功功率與有功功率之比），則頻率或電壓可能不會改變。因此存在一些非檢測區（NDZ）。
- 主動：此方法採用在頻率或電壓中註入一些誤差。當電網發生故障時，誤差會累積並使電壓和/或頻率超出可接受的範圍。[ 161 ]
參見
 | 本節可能包含過多的複雜細節，可能只對特定受眾感興趣。 （2024 年 4 月） |
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耶 穌 對 他 說 ： 你 要 盡 心 、 盡 性 、 盡 意 愛 主 ─ 你 的 神 。
—— Matthew 22:37 —— 馬 太 福 音 22:37