太阳能光伏电站通过太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能。按照运行方式，可将太阳能光伏电站分为离网和并网两种。其中，离网光伏电站（off-grid system）未与公共电网相联接而独立供电，主要由由太阳能光伏组件、系统控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成，应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所。

并网太阳能光伏电站（on-grid system）与公共电网相连接，共同承担供电任务，是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶的重要发展方向。

数据显示，并网太阳能光伏是目前的主流，而离网系统将从2013年开始大规模应用，推动光伏技术从电力工业走向家庭储能应用。

1. 并网光伏电站的组成

并网太阳能光伏电站是利用太阳电池板将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50Hz、230/400V的三相或230V的单相交流电，然后通过配电柜与变电所内的变压器低压端（230/400V）并联，对负载供电，并将多余的电能通过变压器送入电网。家用屋顶光伏发电——光伏建筑一体化（BIPV）是一种特殊的并网系统。

并网电站无蓄电池储能设备，当阴雨天无太阳时，由电网供电给负载。并网系统由太阳能电池方阵、系统控制器、并网逆变器等组成。

大型并网太阳能光伏电站示意图。

（1）太阳能采集系统

太阳能电池是太阳能采集系统的核心，由于一个太阳能电池只能产生大约0.5-0.6V的电压，远低于实际使用所需电压。为了满足实际应用的需要，首先把多个太阳能电池连接成电池组件，再根据应用需求通过光伏连接器，将一定数目的电池组件按照串、并联组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

太阳能方阵从安装方式上分为固定式系统和追日系统两种。固定式系统不能追踪日光，因此需要考虑如何选择最佳倾角以及如何计算斜面上的太阳辐射。追日系统可分为单轴和双轴追日两种形式。

（2）并网逆变系统

将太阳能光伏组件产生的直流电能，经过逆变装置处理，转换为交流电能，再经中压系统输入电网，实现并网发电。汇流箱用于连接太阳能采集系统与逆变装置。逆变装置将太阳能光伏组件输出的直流电转换为三相交流电，输出至中压装置，然后经中压电网装置送入电网实现并网发电。

 光伏电站直流电路略图。

a. 汇流箱

大型并网太阳能光伏电站使用两种汇流箱：与光伏组件相联的防雷组件汇流箱和与逆变器相联的逆变器汇流箱。其中，组件汇流箱使用高性能1000VDC避雷器，几乎可以用于任何光伏电池。组件汇流箱可内置电流测量模块，监视光伏电池工作状态，带监控的组件汇流箱采用RS485或以太网进行通讯传输数据，避免干扰。

两种汇流箱一般采用高品质树脂箱，使用寿命超过20年而不老化（安装于背阴处），汇流箱推荐使用透明保护盖，检修时不需要拆卸就可看到内部器件。

b. 光伏并网逆变器

光伏并网逆变器是光伏系统的核心。其中，三相并网逆变器由逆变器单元、交/直流配电系统和控制器组成，标准配备以太网接口。逆变器应该采用国际标准进行设计与制造，符合EN 61000-6-2、EN 61000-6-4、EN 61439-1。
并网系统对于逆变器的具体要求包括：
（1）最大功率点（MPP）跟踪，确保逆变效率最大化。
（2）集成三相电网无功功率（VAR）控制，可实现动态或静态无功补偿。
（3）通过本机控制面板，可显示运行状态和实际值。
（4）逆变器本机集成状态选择开关，可实现手动/自动切换。
（5）标准配置绝缘监视仪，可对光伏组件状态进行实时监视，从而对故障做到快速定位。
逆变器要求高效能，低损耗（欧洲效率98.0%），平均无故障工作时间7万小时。逆变器应考虑安装地的实际情况，如海拔、温度、光照与电池组件等具体条件。如果面向中国市场，要求符合中国各种并网标准，并通过（CGC/GF001: 2009）《400V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》的第三方测试。相关认证有金太阳认证（CGC）、CE认证，符合EN61000-6-2、EN 61000-6-4、EN61439-1、VDE 100。

（3）电站监控系统

电站监控系统，可实时了解整个电站工作状态，实现控制与显示功能。如光伏电池数据监控，逆变器状态监控，发电数据监控，以及中压系统数据监控等。整个电厂可通过Internet进行远程监控。

（4）气象站

为了保证光伏电站的正常运行以及进行数据分析，通常需要配备气象站来监控光照强度、环境温度与太阳能光伏组件温度等指标。为了保证光伏电站的正常运行以及进行数据分析，通常需要配备气象站来监控光照射强度、周边环境温度、光伏组件温度等指标。

2. 离网光伏电站的组成

离网太阳能发电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池（组）组成；如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。其中，太阳能电池组件把太阳能光转换为电能，通过控制器对蓄电池进行蓄电，以备负载正常使用；控制器作为整个系统中的控制部分，除保护蓄电池外，还有监控、温度补偿、时间控制等功能；由于系统输出为直流电，负载都是交流设备，还需配置逆变电源。

为了保证可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的太阳能太阳电池组件阵列和较大的蓄电池组。在边远无电地区，离网光伏发电作为独立的发电系统，可解决居民的生活、畜牧生产、教育、医疗等用电问题，可改善住户的生活和教育水平，提高当地的医疗卫生状况。在工业领域，这类应用包括通信、遥测、监测设备电源，航标灯塔、路灯等领域。

3. 光伏系统对连接的要求

由于光伏系统面对的是苛刻要求的工业环境应用，应该能够在恶劣、反差变化大的环境气候条件下使用。虽然世界上不同地区的环境气候各不相同，且同一地区的环境气候反差变化也很大，但是贵难起来，环境气候对于光伏器材的影响有四大因素：
（1）太阳辐射，特别是紫外线对于塑料、橡胶等高分子材料的影响。
（2）温度，其中高低温交变对材料和产品更是严酷的考验。
（3）湿度如雨、雪、凝露等以及其他污染物如酸雨、臭氧等对材料的影响。
（4）高电气安全防护性能，最低要求IP65，而且使用寿命须在25年以上。

（1）光伏电缆

光伏系统使用了大量电缆，选择时主要考虑绝缘性能、阻燃性、防潮和防辐射、敷设方式、电缆芯类型（铜芯、铝芯），以及大小规格等。光伏系统中不同部件之间的连接，因为环境和要求的不同，选择的电缆也不相同。不同连接部分的技术要求包括：
（1）组件与组件之间的连接：必须进行UL测试，耐热90℃，防酸，防化学物质，防潮，防曝晒。
（2）方阵内部和方阵之间的连接：可以露天或者埋在地下，要求防潮、防曝晒。建议穿管安装，导管必须耐热90℃。
（3）蓄电池和逆变器之间的接线：可以使用通过UL测试的多股软线，或者使用通过UL测试的电焊机电缆。
（4）室内接线（环境干燥）：可以使用较短的直流连线。

电缆大小规格设计，必须遵循以下原则：
（1）蓄电池到室内设备的短距离直流连接，选取电缆的额定电流为计算电缆连续电流的1.25倍。
（2）交流负载的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。
（3）逆变器的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。
（4）方阵内部和方阵之间的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍。
（5）考虑温度对电缆的性能的影响。
（6）考虑电压降不要超过2%。
（7）适当的电缆尺径选取基于两个因素：电流强度与电路电压损失。完整的计算公式为：

    线损 = 电流×电路总线长×线缆电压因子

式中，线缆电压因子可由电缆制造商处获得。

（2）光伏连接器及接线盒

光伏连接器是电池组件的构成部，属于电力连接器，器应该结构安全、牢靠，使用方便，具有较高的耐环境气候性能，高密封性，高电气安全性能，高可靠性。作为一个连接子系统，接线盒近几年发展迅。接线盒一般是由3个二极管串联。在太阳能电池板一切正常时，没有电流流过二极管，只有大约17.5V左右的反压；当有一块电池板由于意外情况无法正常发电时，会有比较大的电流流过二极管，电流的大小取决于系统的功率。

太阳能光伏接线盒可分晶体硅接线盒、非晶硅接线盒、幕墙接线盒、防爆接线盒。一般来说，接线盒由盒体、线缆及连接器三部分构成。其中，盒体包括盒底（含铜接线柱或塑料接线柱）、盒盖、二极管；线缆常用的有1.5mm2、2.5mm2、4mm2以及6mm2等几种；连接器分为MC3与MC4两种（瑞士MC公司的连接器产品已经成为事实上的标准）。

接线盒采用专用的肖特基二极管，电流范围10A、12A、15A；反向耐压范围40V、45V、50V、60V、80V、100V。

目前，光伏组件对接线盒的基本要求为：
（1）配合使用功率：5-280W；
（2）最大耐压：1000V；
（3）额定电流：6-16A（根据需要设计二极管可以改变不同的工作电流）；
（4）接触电阻：<5mΩ；
（5）防护等级：IP65
（6）安全等级：Class II； 
（7）使用温度：-40+85℃；
（8）绝缘材料：PPO（外壳有强烈的抗老化、耐紫外线能力，符合室外恶劣环境条件的使用要求）；
（9）连接线规格：1.5MM2、2.5MM2、4MM2以及6MM2。

（3）第三方认证

统计数据显示，光伏连接器和接线盒是整个系统最薄弱的环节。因此，多数组件企业比较注重其电气零部件供应商的产品是否通过相关的第三方认证，比如TUV、UL，这也是组件企业最为优先考虑的标准。

其中，德国莱茵TUV是全球领先的光伏组件和零部件测试服务的提供者，已经为全球约80%的太阳能组件制造商提供产品安全和质量服务。TUV已获得中国及国际许多能源机构的认可，如加州能源委员会CEC、澳大利亚清洁能源理事会CEC、英国微型发电产品认证计划委员会MCS、以及中国金太阳工程等，其认证证书在德国乃至整个欧洲市场受到广泛认可。TUV可根据国际标准IEC 61730、IEC 61646、IEC 61215、EN 50521、EN 50548、以及DIN V VDE V 0126-5对光伏零部件产品的安全性进行测试和认证。此外，TUV莱茵的内部要求，如2 PfG 1169/08.2007 （光伏电缆测试）以及其他针对美国市场的标准不仅规定了光伏零部件在电气、机械及构造方面的相关要求，以保障其具有充分的安全性，可长时间应对电击或电灼伤等危险状况，同时还规定了恶劣天气条件下对于防火及稳定性方面的材料要求。TUV针对光伏零部件的主要测试服务包括：
（1）根据DIN V VDE V0126-5:2008-5对接线盒进行测试。
（2）根据EN 50521:2008-11对连接器进行测试。
（3）根据2 PfG 1169/08.2007对电缆进行测试。
（4）根据IEC 62109、EN 50178对逆变器进行测试。
（5）根据2 PfG 1793-10:2010对光伏背板进行鉴定。
（6）光伏背板EVA剥离测试及交联度测试。
（7）光伏电池特性标定及湿热测试（1000小时、2000小时、3000小时）。

 TUV安全认证流程。

美国UL也是全球公认的安全认证及测试机构，认证测试涵盖太阳能模块、连接器、接线盒、电线、材料、接地等，具体要求为平板型太阳能模块（UL1703）、聚光型太阳能模块（ULSubject 8703）、连接器（UL1703 & UL 486A/B）、模块接线盒（UL1703 & UL 514A or C）、电线电缆（UL854 or UL Subject 4703）、聚合物材料（UL746A/B/C/D and UL 94）、接地组件（UL 467）。

包括中国在内，全球有不少认证机构从事光伏产品认证和测试，各认证机构测试标准等同，认证程序相似，不同的是认证机构的公认度和认证收费多少。

虽然经过多方认证和测试，光伏组件在实际使用过程中，应定期检查以防风化，应每季度检查一次各太阳能电池组件的封装及接线，如发现有封装开胶进水、电池变色及接头松动、脱线、腐蚀等，应及时处理。应定期检查光伏组件板间连线是否牢固，组件方阵汇线盒内的连线是否牢固，方阵支架间的连接是否牢固，支架与接地系统的连接是否可靠，电缆金属外皮与接地系统的连接是否可靠，是否按需要可靠连接、紧固。另外，还要检查方阵汇线盒内的防雷保护器是否失效，并按需要进行更换。

本文为亚视通资讯机构旗下《国际线缆与连接》月刊（International Cables and Connections monthly AUG 2011）刊登的技术文章之一。阅读所有文章，请联系：atanghan@163.com；或者访问“连接世界网”下载电子版本http://www.connworld.com/PDF/20110909.pdf。