太陽(yáng)能光伏電站通過(guò)太陽(yáng)能電池方陣將太陽(yáng)能輻射能轉(zhuǎn)換為電能。按照運(yùn)行方式，可將太陽(yáng)能光伏電站分為離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種。其中，離網(wǎng)光伏電站（off-grid system）未與公共電網(wǎng)相聯(lián)接而獨(dú)立供電，主要由由太陽(yáng)能光伏組件、系統(tǒng)控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成，應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無(wú)電地區(qū)和一些特殊場(chǎng)所。

并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站（on-grid system）與公共電網(wǎng)相連接，共同承擔(dān)供電任務(wù)，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階的重要發(fā)展方向。

數(shù)據(jù)顯示，并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏是目前的主流，而離網(wǎng)系統(tǒng)將從2013年開始大規(guī)模應(yīng)用，推動(dòng)光伏技術(shù)從電力工業(yè)走向家庭儲(chǔ)能應(yīng)用。

1. 并網(wǎng)光伏電站的組成

并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站是利用太陽(yáng)電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過(guò)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(guò)配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端（230/400V）并聯(lián)，對(duì)負(fù)載供電，并將多余的電能通過(guò)變壓器送入電網(wǎng)。家用屋頂光伏發(fā)電——光伏建筑一體化（BIPV）是一種特殊的并網(wǎng)系統(tǒng)。

并網(wǎng)電站無(wú)蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備，當(dāng)陰雨天無(wú)太陽(yáng)時(shí)，由電網(wǎng)供電給負(fù)載。并網(wǎng)系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池方陣、系統(tǒng)控制器、并網(wǎng)逆變器等組成。

大型并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站示意圖。

（1）太陽(yáng)能采集系統(tǒng)

太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的核心，由于一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5-0.6V的電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際使用所需電壓。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，首先把多個(gè)太陽(yáng)能電池連接成電池組件，再根據(jù)應(yīng)用需求通過(guò)光伏連接器，將一定數(shù)目的電池組件按照串、并聯(lián)組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。

太陽(yáng)能方陣從安裝方式上分為固定式系統(tǒng)和追日系統(tǒng)兩種。固定式系統(tǒng)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(jì)算斜面上的太陽(yáng)輻射。追日系統(tǒng)可分為單軸和雙軸追日兩種形式。

（2）并網(wǎng)逆變系統(tǒng)

將太陽(yáng)能光伏組件產(chǎn)生的直流電能，經(jīng)過(guò)逆變裝置處理，轉(zhuǎn)換為交流電能，再經(jīng)中壓系統(tǒng)輸入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。匯流箱用于連接太陽(yáng)能采集系統(tǒng)與逆變裝置。逆變裝置將太陽(yáng)能光伏組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，輸出至中壓裝置，然后經(jīng)中壓電網(wǎng)裝置送入電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

 光伏電站直流電路略圖。

a. 匯流箱

大型并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站使用兩種匯流箱：與光伏組件相聯(lián)的防雷組件匯流箱和與逆變器相聯(lián)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(nèi)置電流測(cè)量模塊，監(jiān)視光伏電池工作狀態(tài)，帶監(jiān)控的組件匯流箱采用RS485或以太網(wǎng)進(jìn)行通訊傳輸數(shù)據(jù)，避免干擾。

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

b. 光伏并網(wǎng)逆變器

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏系統(tǒng)的核心。其中，三相并網(wǎng)逆變器由逆變器單元、交/直流配電系統(tǒng)和控制器組成，標(biāo)準(zhǔn)配備以太網(wǎng)接口。逆變器應(yīng)該采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，符合EN 61000-6-2、EN 61000-6-4、EN 61439-1。
并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于逆變器的具體要求包括：
（1）最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤，確保逆變效率最大化。
（2）集成三相電網(wǎng)無(wú)功功率（VAR）控制，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。
（3）通過(guò)本機(jī)控制面板，可顯示運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)際值。
（4）逆變器本機(jī)集成狀態(tài)選擇開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換。
（5）標(biāo)準(zhǔn)配置絕緣監(jiān)視儀，可對(duì)光伏組件狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，從而對(duì)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(wú)故障工作時(shí)間7萬(wàn)小時(shí)。逆變器應(yīng)考慮安裝地的實(shí)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(guó)市場(chǎng)，要求符合中國(guó)各種并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)（CGC/GF001: 2009）《400V以下低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》的第三方測(cè)試。相關(guān)認(rèn)證有金太陽(yáng)認(rèn)證（CGC）、CE認(rèn)證，符合EN61000-6-2、EN 61000-6-4、EN61439-1、VDE 100。

（3）電站監(jiān)控系統(tǒng)

電站監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)了解整個(gè)電站工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制與顯示功能。如光伏電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控，逆變器狀態(tài)監(jiān)控，發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)控，以及中壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控等。整個(gè)電廠可通過(guò)Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（4）氣象站

為了保證光伏電站的正常運(yùn)行以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通常需要配備氣象站來(lái)監(jiān)控光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度與太陽(yáng)能光伏組件溫度等指標(biāo)。為了保證光伏電站的正常運(yùn)行以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通常需要配備氣象站來(lái)監(jiān)控光照射強(qiáng)度、周邊環(huán)境溫度、光伏組件溫度等指標(biāo)。

2. 離網(wǎng)光伏電站的組成

離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)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(yáng)能電池組件把太陽(yáng)能光轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行蓄電，以備負(fù)載正常使用；控制器作為整個(gè)系統(tǒng)中的控制部分，除保護(hù)蓄電池外，還有監(jiān)控、溫度補(bǔ)償、時(shí)間控制等功能；由于系統(tǒng)輸出為直流電，負(fù)載都是交流設(shè)備，還需配置逆變電源。

為了保證可靠地給負(fù)載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的太陽(yáng)能太陽(yáng)電池組件陣列和較大的蓄電池組。在邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)，離網(wǎng)光伏發(fā)電作為獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，可解決居民的生活、畜牧生產(chǎn)、教育、醫(yī)療等用電問(wèn)題，可改善住戶的生活和教育水平，提高當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療衛(wèi)生狀況。在工業(yè)領(lǐng)域，這類應(yīng)用包括通信、遙測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備電源，航標(biāo)燈塔、路燈等領(lǐng)域。

3. 光伏系統(tǒng)對(duì)連接的要求

由于光伏系統(tǒng)面對(duì)的是苛刻要求的工業(yè)環(huán)境應(yīng)用，應(yīng)該能夠在惡劣、反差變化大的環(huán)境氣候條件下使用。雖然世界上不同地區(qū)的環(huán)境氣候各不相同，且同一地區(qū)的環(huán)境氣候反差變化也很大，但是貴難起來(lái)，環(huán)境氣候?qū)τ诠夥鞑牡挠绊懹兴拇笠蛩兀?BR>（1）太陽(yáng)輻射，特別是紫外線對(duì)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(duì)材料和產(chǎn)品更是嚴(yán)酷的考驗(yàn)。
（3）濕度如雨、雪、凝露等以及其他污染物如酸雨、臭氧等對(duì)材料的影響。
（4）高電氣安全防護(hù)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(tǒng)使用了大量電纜，選擇時(shí)主要考慮絕緣性能、阻燃性、防潮和防輻射、敷設(shè)方式、電纜芯類型（銅芯、鋁芯），以及大小規(guī)格等。光伏系統(tǒng)中不同部件之間的連接，因?yàn)榄h(huán)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(shù)要求包括：
（1）組件與組件之間的連接：必須進(jìn)行UL測(cè)試，耐熱90℃，防酸，防化學(xué)物質(zhì)，防潮，防曝曬。
（2）方陣內(nèi)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(dǎo)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(guò)UL測(cè)試的多股軟線，或者使用通過(guò)UL測(cè)試的電焊機(jī)電纜。
（4）室內(nèi)接線（環(huán)境干燥）：可以使用較短的直流連線。

電纜大小規(guī)格設(shè)計(jì)，必須遵循以下原則：
（1）蓄電池到室內(nèi)設(shè)備的短距離直流連接，選取電纜的額定電流為計(jì)算電纜連續(xù)電流的1.25倍。
（2）交流負(fù)載的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍。
（3）逆變器的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍。
（4）方陣內(nèi)部和方陣之間的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.56倍。
（5）考慮溫度對(duì)電纜的性能的影響。
（6）考慮電壓降不要超過(guò)2%。
（7）適當(dāng)?shù)碾娎|尺徑選取基于兩個(gè)因素：電流強(qiáng)度與電路電壓損失。完整的計(jì)算公式為：

    線損 = 電流×電路總線長(zhǎng)×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(gòu)成部，屬于電力連接器，器應(yīng)該結(jié)構(gòu)安全、牢靠，使用方便，具有較高的耐環(huán)境氣候性能，高密封性，高電氣安全性能，高可靠性。作為一個(gè)連接子系統(tǒng)，接線盒近幾年發(fā)展迅。接線盒一般是由3個(gè)二極管串聯(lián)。在太陽(yáng)能電池板一切正常時(shí)，沒有電流流過(guò)二極管，只有大約17.5V左右的反壓；當(dāng)有一塊電池板由于意外情況無(wú)法正常發(fā)電時(shí)，會(huì)有比較大的電流流過(guò)二極管，電流的大小取決于系統(tǒng)的功率。

太陽(yáng)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(lái)說(shuō)，接線盒由盒體、線纜及連接器三部分構(gòu)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(chǎn)品已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)）。

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(duì)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(jù)需要設(shè)計(jì)二極管可以改變不同的工作電流）；
（4）接觸電阻：<5mΩ；
（5）防護(hù)等級(jí)：IP65
（6）安全等級(jí)：Class II； 
（7）使用溫度：-40+85℃；
（8）絕緣材料：PPO（外殼有強(qiáng)烈的抗老化、耐紫外線能力，符合室外惡劣環(huán)境條件的使用要求）；
（9）連接線規(guī)格：1.5MM2、2.5MM2、4MM2以及6MM2。

（3）第三方認(rèn)證

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，光伏連接器和接線盒是整個(gè)系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。因此，多數(shù)組件企業(yè)比較注重其電氣零部件供應(yīng)商的產(chǎn)品是否通過(guò)相關(guān)的第三方認(rèn)證，比如TUV、UL，這也是組件企業(yè)最為優(yōu)先考慮的標(biāo)準(zhǔn)。

其中，德國(guó)萊茵TUV是全球領(lǐng)先的光伏組件和零部件測(cè)試服務(wù)的提供者，已經(jīng)為全球約80%的太陽(yáng)能組件制造商提供產(chǎn)品安全和質(zhì)量服務(wù)。TUV已獲得中國(guó)及國(guó)際許多能源機(jī)構(gòu)的認(rèn)可，如加州能源委員會(huì)CEC、澳大利亞清潔能源理事會(huì)CEC、英國(guó)微型發(fā)電產(chǎn)品認(rèn)證計(jì)劃委員會(huì)MCS、以及中國(guó)金太陽(yáng)工程等，其認(rèn)證證書在德國(guó)乃至整個(gè)歐洲市場(chǎng)受到廣泛認(rèn)可。TUV可根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61730、IEC 61646、IEC 61215、EN 50521、EN 50548、以及DIN V VDE V 0126-5對(duì)光伏零部件產(chǎn)品的安全性進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證。此外，TUV萊茵的內(nèi)部要求，如2 PfG 1169/08.2007 （光伏電纜測(cè)試）以及其他針對(duì)美國(guó)市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了光伏零部件在電氣、機(jī)械及構(gòu)造方面的相關(guān)要求，以保障其具有充分的安全性，可長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)對(duì)電擊或電灼傷等危險(xiǎn)狀況，同時(shí)還規(guī)定了惡劣天氣條件下對(duì)于防火及穩(wěn)定性方面的材料要求。TUV針對(duì)光伏零部件的主要測(cè)試服務(wù)包括：
（1）根據(jù)DIN V VDE V0126-5:2008-5對(duì)接線盒進(jìn)行測(cè)試。
（2）根據(jù)EN 50521:2008-11對(duì)連接器進(jìn)行測(cè)試。
（3）根據(jù)2 PfG 1169/08.2007對(duì)電纜進(jìn)行測(cè)試。
（4）根據(jù)IEC 62109、EN 50178對(duì)逆變器進(jìn)行測(cè)試。
（5）根據(jù)2 PfG 1793-10:2010對(duì)光伏背板進(jìn)行鑒定。
（6）光伏背板EVA剝離測(cè)試及交聯(lián)度測(cè)試。
（7）光伏電池特性標(biāo)定及濕熱測(cè)試（1000小時(shí)、2000小時(shí)、3000小時(shí)）。

 TUV安全認(rèn)證流程。

美國(guó)UL也是全球公認(rèn)的安全認(rèn)證及測(cè)試機(jī)構(gòu)，認(rèn)證測(cè)試涵蓋太陽(yáng)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(yáng)能模塊（UL1703）、聚光型太陽(yáng)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(guó)在內(nèi)，全球有不少認(rèn)證機(jī)構(gòu)從事光伏產(chǎn)品認(rèn)證和測(cè)試，各認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等同，認(rèn)證程序相似，不同的是認(rèn)證機(jī)構(gòu)的公認(rèn)度和認(rèn)證收費(fèi)多少。

雖然經(jīng)過(guò)多方認(rèn)證和測(cè)試，光伏組件在實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)定期檢查以防風(fēng)化，應(yīng)每季度檢查一次各太陽(yáng)能電池組件的封裝及接線，如發(fā)現(xiàn)有封裝開膠進(jìn)水、電池變色及接頭松動(dòng)、脫線、腐蝕等，應(yīng)及時(shí)處理。應(yīng)定期檢查光伏組件板間連線是否牢固，組件方陣匯線盒內(nèi)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(tǒng)的連接是否可靠，電纜金屬外皮與接地系統(tǒng)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(nèi)的防雷保護(hù)器是否失效，并按需要進(jìn)行更換。

本文為亞視通資訊機(jī)構(gòu)旗下《國(guó)際線纜與連接》月刊（International Cables and Connections monthly AUG 2011）刊登的技術(shù)文章之一。閱讀所有文章，請(qǐng)聯(lián)系：atanghan@163.com；或者訪問(wèn)“連接世界網(wǎng)”下載電子版本http://www.connworld.com/PDF/20110909.pdf。