太陽能光伏電站通過太陽能電池方陣將太陽能輻射能轉換為電能。按照運行方式，可將太陽能光伏電站分為離網和并網兩種。其中，離網光伏電站（off-grid system）未與公共電網相聯接而獨立供電，主要由由太陽能光伏組件、系統控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成，應用于遠離公共電網的無電地區和一些特殊場所。

并網太陽能光伏電站（on-grid system）與公共電網相連接，共同承擔供電任務，是太陽能光伏發電進入大規模商業化發電階的重要發展方向。

數據顯示，并網太陽能光伏是目前的主流，而離網系統將從2013年開始大規模應用，推動光伏技術從電力工業走向家庭儲能應用。

1. 并網光伏電站的組成

并網太陽能光伏電站是利用太陽電池板將太陽能轉換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50Hz、230/400V的三相或230V的單相交流電，然后通過配電柜與變電所內的變壓器低壓端（230/400V）并聯，對負載供電，并將多余的電能通過變壓器送入電網。家用屋頂光伏發電——光伏建筑一體化（BIPV）是一種特殊的并網系統。

并網電站無蓄電池儲能設備，當陰雨天無太陽時，由電網供電給負載。并網系統由太陽能電池方陣、系統控制器、并網逆變器等組成。

大型并網太陽能光伏電站示意圖。

（1）太陽能采集系統

太陽能電池是太陽能采集系統的核心，由于一個太陽能電池只能產生大約0.5-0.6V的電壓，遠低于實際使用所需電壓。為了滿足實際應用的需要，首先把多個太陽能電池連接成電池組件，再根據應用需求通過光伏連接器，將一定數目的電池組件按照串、并聯組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。

太陽能方陣從安裝方式上分為固定式系統和追日系統兩種。固定式系統不能追蹤日光，因此需要考慮如何選擇最佳傾角以及如何計算斜面上的太陽輻射。追日系統可分為單軸和雙軸追日兩種形式。

（2）并網逆變系統

將太陽能光伏組件產生的直流電能，經過逆變裝置處理，轉換為交流電能，再經中壓系統輸入電網，實現并網發電。匯流箱用于連接太陽能采集系統與逆變裝置。逆變裝置將太陽能光伏組件輸出的直流電轉換為三相交流電，輸出至中壓裝置，然后經中壓電網裝置送入電網實現并網發電。

 光伏電站直流電路略圖。

a. 匯流箱

大型并網太陽能光伏電站使用兩種匯流箱：與光伏組件相聯的防雷組件匯流箱和與逆變器相聯的逆變器匯流箱。其中，組件匯流箱使用高性能1000VDC避雷器，幾乎可以用于任何光伏電池。組件匯流箱可內置電流測量模塊，監視光伏電池工作狀態，帶監控的組件匯流箱采用RS485或以太網進行通訊傳輸數據，避免干擾。

兩種匯流箱一般采用高品質樹脂箱，使用壽命超過20年而不老化（安裝于背陰處），匯流箱推薦使用透明保護蓋，檢修時不需要拆卸就可看到內部器件。

b. 光伏并網逆變器

光伏并網逆變器是光伏系統的核心。其中，三相并網逆變器由逆變器單元、交/直流配電系統和控制器組成，標準配備以太網接口。逆變器應該采用國際標準進行設計與制造，符合EN 61000-6-2、EN 61000-6-4、EN 61439-1。
并網系統對于逆變器的具體要求包括：
（1）最大功率點（MPP）跟蹤，確保逆變效率最大化。
（2）集成三相電網無功功率（VAR）控制，可實現動態或靜態無功補償。
（3）通過本機控制面板，可顯示運行狀態和實際值。
（4）逆變器本機集成狀態選擇開關，可實現手動/自動切換。
（5）標準配置絕緣監視儀，可對光伏組件狀態進行實時監視，從而對故障做到快速定位。
逆變器要求高效能，低損耗（歐洲效率98.0%），平均無故障工作時間7萬小時。逆變器應考慮安裝地的實際情況，如海拔、溫度、光照與電池組件等具體條件。如果面向中國市場，要求符合中國各種并網標準，并通過（CGC/GF001: 2009）《400V以下低壓并網光伏發電專用逆變器技術要求和試驗方法》的第三方測試。相關認證有金太陽認證（CGC）、CE認證，符合EN61000-6-2、EN 61000-6-4、EN61439-1、VDE 100。

（3）電站監控系統

電站監控系統，可實時了解整個電站工作狀態，實現控制與顯示功能。如光伏電池數據監控，逆變器狀態監控，發電數據監控，以及中壓系統數據監控等。整個電廠可通過Internet進行遠程監控。

（4）氣象站

為了保證光伏電站的正常運行以及進行數據分析，通常需要配備氣象站來監控光照強度、環境溫度與太陽能光伏組件溫度等指標。為了保證光伏電站的正常運行以及進行數據分析，通常需要配備氣象站來監控光照射強度、周邊環境溫度、光伏組件溫度等指標。

2. 離網光伏電站的組成

離網太陽能發電系統由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成；如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。其中，太陽能電池組件把太陽能光轉換為電能，通過控制器對蓄電池進行蓄電，以備負載正常使用；控制器作為整個系統中的控制部分，除保護蓄電池外，還有監控、溫度補償、時間控制等功能；由于系統輸出為直流電，負載都是交流設備，還需配置逆變電源。

為了保證可靠地給負載提供穩定的電力供應，其相應的系統規模也較大，需要配備較大的太陽能太陽電池組件陣列和較大的蓄電池組。在邊遠無電地區，離網光伏發電作為獨立的發電系統，可解決居民的生活、畜牧生產、教育、醫療等用電問題，可改善住戶的生活和教育水平，提高當地的醫療衛生狀況。在工業領域，這類應用包括通信、遙測、監測設備電源，航標燈塔、路燈等領域。

3. 光伏系統對連接的要求

由于光伏系統面對的是苛刻要求的工業環境應用，應該能夠在惡劣、反差變化大的環境氣候條件下使用。雖然世界上不同地區的環境氣候各不相同，且同一地區的環境氣候反差變化也很大，但是貴難起來，環境氣候對于光伏器材的影響有四大因素：
（1）太陽輻射，特別是紫外線對于塑料、橡膠等高分子材料的影響。
（2）溫度，其中高低溫交變對材料和產品更是嚴酷的考驗。
（3）濕度如雨、雪、凝露等以及其他污染物如酸雨、臭氧等對材料的影響。
（4）高電氣安全防護性能，最低要求IP65，而且使用壽命須在25年以上。

（1）光伏電纜

光伏系統使用了大量電纜，選擇時主要考慮絕緣性能、阻燃性、防潮和防輻射、敷設方式、電纜芯類型（銅芯、鋁芯），以及大小規格等。光伏系統中不同部件之間的連接，因為環境和要求的不同，選擇的電纜也不相同。不同連接部分的技術要求包括：
（1）組件與組件之間的連接：必須進行UL測試，耐熱90℃，防酸，防化學物質，防潮，防曝曬。
（2）方陣內部和方陣之間的連接：可以露天或者埋在地下，要求防潮、防曝曬。建議穿管安裝，導管必須耐熱90℃。
（3）蓄電池和逆變器之間的接線：可以使用通過UL測試的多股軟線，或者使用通過UL測試的電焊機電纜。
（4）室內接線（環境干燥）：可以使用較短的直流連線。

電纜大小規格設計，必須遵循以下原則：
（1）蓄電池到室內設備的短距離直流連接，選取電纜的額定電流為計算電纜連續電流的1.25倍。
（2）交流負載的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍。
（3）逆變器的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍。
（4）方陣內部和方陣之間的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.56倍。
（5）考慮溫度對電纜的性能的影響。
（6）考慮電壓降不要超過2%。
（7）適當的電纜尺徑選取基于兩個因素：電流強度與電路電壓損失。完整的計算公式為：

    線損 = 電流×電路總線長×線纜電壓因子

式中，線纜電壓因子可由電纜制造商處獲得。

（2）光伏連接器及接線盒

光伏連接器是電池組件的構成部，屬于電力連接器，器應該結構安全、牢靠，使用方便，具有較高的耐環境氣候性能，高密封性，高電氣安全性能，高可靠性。作為一個連接子系統，接線盒近幾年發展迅。接線盒一般是由3個二極管串聯。在太陽能電池板一切正常時，沒有電流流過二極管，只有大約17.5V左右的反壓；當有一塊電池板由于意外情況無法正常發電時，會有比較大的電流流過二極管，電流的大小取決于系統的功率。

太陽能光伏接線盒可分晶體硅接線盒、非晶硅接線盒、幕墻接線盒、防爆接線盒。一般來說，接線盒由盒體、線纜及連接器三部分構成。其中，盒體包括盒底（含銅接線柱或塑料接線柱）、盒蓋、二極管；線纜常用的有1.5mm2、2.5mm2、4mm2以及6mm2等幾種；連接器分為MC3與MC4兩種（瑞士MC公司的連接器產品已經成為事實上的標準）。

接線盒采用專用的肖特基二極管，電流范圍10A、12A、15A；反向耐壓范圍40V、45V、50V、60V、80V、100V。

目前，光伏組件對接線盒的基本要求為：
（1）配合使用功率：5-280W；
（2）最大耐壓：1000V；
（3）額定電流：6-16A（根據需要設計二極管可以改變不同的工作電流）；
（4）接觸電阻：<5mΩ；
（5）防護等級：IP65
（6）安全等級：Class II； 
（7）使用溫度：-40+85℃；
（8）絕緣材料：PPO（外殼有強烈的抗老化、耐紫外線能力，符合室外惡劣環境條件的使用要求）；
（9）連接線規格：1.5MM2、2.5MM2、4MM2以及6MM2。

（3）第三方認證

統計數據顯示，光伏連接器和接線盒是整個系統最薄弱的環節。因此，多數組件企業比較注重其電氣零部件供應商的產品是否通過相關的第三方認證，比如TUV、UL，這也是組件企業最為優先考慮的標準。

其中，德國萊茵TUV是全球領先的光伏組件和零部件測試服務的提供者，已經為全球約80%的太陽能組件制造商提供產品安全和質量服務。TUV已獲得中國及國際許多能源機構的認可，如加州能源委員會CEC、澳大利亞清潔能源理事會CEC、英國微型發電產品認證計劃委員會MCS、以及中國金太陽工程等，其認證證書在德國乃至整個歐洲市場受到廣泛認可。TUV可根據國際標準IEC 61730、IEC 61646、IEC 61215、EN 50521、EN 50548、以及DIN V VDE V 0126-5對光伏零部件產品的安全性進行測試和認證。此外，TUV萊茵的內部要求，如2 PfG 1169/08.2007 （光伏電纜測試）以及其他針對美國市場的標準不僅規定了光伏零部件在電氣、機械及構造方面的相關要求，以保障其具有充分的安全性，可長時間應對電擊或電灼傷等危險狀況，同時還規定了惡劣天氣條件下對于防火及穩定性方面的材料要求。TUV針對光伏零部件的主要測試服務包括：
（1）根據DIN V VDE V0126-5:2008-5對接線盒進行測試。
（2）根據EN 50521:2008-11對連接器進行測試。
（3）根據2 PfG 1169/08.2007對電纜進行測試。
（4）根據IEC 62109、EN 50178對逆變器進行測試。
（5）根據2 PfG 1793-10:2010對光伏背板進行鑒定。
（6）光伏背板EVA剝離測試及交聯度測試。
（7）光伏電池特性標定及濕熱測試（1000小時、2000小時、3000小時）。

 TUV安全認證流程。

美國UL也是全球公認的安全認證及測試機構，認證測試涵蓋太陽能模塊、連接器、接線盒、電線、材料、接地等，具體要求為平板型太陽能模塊（UL1703）、聚光型太陽能模塊（ULSubject 8703）、連接器（UL1703 & UL 486A/B）、模塊接線盒（UL1703 & UL 514A or C）、電線電纜（UL854 or UL Subject 4703）、聚合物材料（UL746A/B/C/D and UL 94）、接地組件（UL 467）。

包括中國在內，全球有不少認證機構從事光伏產品認證和測試，各認證機構測試標準等同，認證程序相似，不同的是認證機構的公認度和認證收費多少。

雖然經過多方認證和測試，光伏組件在實際使用過程中，應定期檢查以防風化，應每季度檢查一次各太陽能電池組件的封裝及接線，如發現有封裝開膠進水、電池變色及接頭松動、脫線、腐蝕等，應及時處理。應定期檢查光伏組件板間連線是否牢固，組件方陣匯線盒內的連線是否牢固，方陣支架間的連接是否牢固，支架與接地系統的連接是否可靠，電纜金屬外皮與接地系統的連接是否可靠，是否按需要可靠連接、緊固。另外，還要檢查方陣匯線盒內的防雷保護器是否失效，并按需要進行更換。

本文為亞視通資訊機構旗下《國際線纜與連接》月刊（International Cables and Connections monthly AUG 2011）刊登的技術文章之一。閱讀所有文章，請聯系：atanghan@163.com；或者訪問“連接世界網”下載電子版本http://www.connworld.com/PDF/20110909.pdf。