光伏发电系统由光伏组件、光伏逆变器、电表设备、电力网络、基层用户五部分组成。
其中，光伏组件负责接受太阳光的照射，并将存储于光伏面板中的光照信号反馈给光伏逆变器；
光伏逆变器是整个光伏发电系统的核心设备，负责将光照信号转化成电量信号，并可以借助电力负载网络将这些信号参量传输给基层用户；
电表设备可以显示光伏发电系统中的电流与电压数值，当记录数据超过额定限度标准后，该设备会自动报警，并切断光伏逆变器与光伏组件之间的信号传输；
电力网络管控整个光伏发电系统，决定了电量信号的实时传输速率；
基层用户作为光伏发电系统的底层客户端，负责接收电量传输信号，并根据用户需求对电量信号进行调取与利用。
太阳能电池是光伏发电系统的运转核心，其转换效率决定了整个系统的实际应用能力。最初，太阳能电池使用硅作为原料完成工作，这种材料生产成本较高，效率低下。随着我国科学技术的发展和生产规模的不断扩大，硅材料生产成本不断下降，硅材料光伏组件安装量迅猛增加，分布式光伏进入黄金发展时代。
二代太阳能电池的技术和原材料得到优化，使用范围变大，内部原料使用非硅成分，这种改良非常成功，可以在降低经济成本的前提下，减少运行期间电力的损耗。当前最新的光伏发电系统内部构成为薄膜电池和晶体硅等，这些装置可以大幅度提升光伏发电的光电转换效率。常见的太阳能电池元件主要是化合物半导体电池和硅基电池。
相较于其他类型的太阳能电池，化合物半导体电池的设计成本较低，主要以CdTe电池板、CIGS薄膜作为核心应用结构，如图1所示。为配合太阳能光照的变化，化合物半导体电池表面电池板缝隙宽度可以自由调节，当光照能力较强时，可以人为推动缝隙两端的电池板部件，使两端向着中间区域不断运动，并最终缩小裂缝开合度；当光照能力较弱时，可以人为拉动缝隙两端的电池板部件，使两端向着远离中间区域的方向不断运动，并最终扩大裂缝开合度。在实际应用中，化合物半导体电池对于光辐射作用的转化能力均值超过30%。
金属Cd（镉）元素有较强毒性，一旦泄露会造成严重的环境污染问题，在设计化合物半导体电池时，应在电池板外部包裹一层无毒晶体物质。
硅基电池是一种极为成熟的太阳能电池元件，具有转化效率高、稳定性强等应用特点。但硅基类物质造价较高，在设计过程中硅元素不能以单质的形式存在于硅基电池中，而是需要与其他类型的金属与非金属类物质混合在一起，以化合物的形式存在于电池元件中。硅基电池实物结构如图2所示。
为保证硅基太阳能电池的电量转换功率，在设计硅体电路板时，常将镍铬合金、铅锑合金、石墨碳等物质与单质硅融合在一起。
光伏发电系统的应用情况较复杂，单独的太阳能电池元件不能满足光伏电板对电量信号的转换需求，需要将多个太阳能电池结构串联起来，形成太阳能电池方阵，才能保证光伏发电系统的顺利应用。
在光伏发电系统中，可以把太阳能电池方阵理解成太阳能电池元件的组合连接形式，在光照强度不改变的情况下，串联的太阳能电池元件的个数越多，太阳能电池方阵所具备的电量转换能力越强。
为使电池方阵的应用能力得到保障，在对太阳能电池进行串联时，还需配置一定数量的旁路二极管与阻塞二极管设备，并将其分别置于电缆总接线与下级分线器接线盒中。
设P0为太阳能电池方阵的额定供电功率；q0为太阳能电池方阵的额定带电量；U0为额定电压；I0为额定电流；λ为串联太阳能电池元件的连接个数；R为串联太阳能电池元件的内阻均值。
联立上述物理量，可将太阳能电池方阵的供电转化效率η表示为
在光伏发电系统中，所有串联太阳能电池元件的额定电压与额定电流数值必须相同，但其内阻数值可以不同。
控制光伏发电时的电能波动对于延长蓄电池寿命意义重大，使用太阳能光伏控制器可以解决电能波动问题。
太阳能光伏控制器提供合适的电压、电流给蓄电池充电，并管控充、放电状况，进而延长蓄电池的使用年限。
作为光伏发电系统的核心结构，太阳能光伏控制器（太阳能光伏充放电控制器）可以规定并控制蓄电池的充电条件及放电条件，依据负载需求控制太阳能电池设备及
以光伏发电系统作为实验组，以传统火力发电系统作为对照组，选取一运行能力较稳定的电量消耗装置作为实验对象，分析实验组和对照组相关指标参量的数值变化情况。
ω指标（电量评价指标）可用来评价所选取方法的实际应用价值，对于发电系统而言，该指标的物理取值越大，表示系统对传输电量的管控能力越强；该指标的物理取值越小，表示系统对传输电量的管控能力越弱。ω指标的计算式如下：
式中：ξ为电量传输速率；ΔT为电量信号的单位传输周期。
记录实验组、对照组的ξ指标与ΔT指标的数值变化情况，如表1所示。
表1 实验数值记录表
分析表1可知，在整个实验过程中，实验组、对照组ΔT指标的取值结果完全相同，而实验组ξ指标的取值却始终大于对照组。
在进行第5组实验时，实验组、对照组ω指标同时达到最大值，但明显实验组ω指标的数值水平更高，二者差值为1.43bit/s2。综上可知，光伏发电系统在管控传输电量方面的能力更强。
基层光伏电站是指具备完整电量转换能力的电网应用设备，能够在光伏面板元件的作用下，长期存储太阳能折射信号，并可以根据底层用户对电荷量的需求，对已存储电量进行分配与调试。
分散式与集中式是两种常见的光伏电站规划方式，前者要求光伏面板保持分散的接入状态，且关联面板之间只能保持串联关系；后者要求所有已连接光伏面板都聚集在一个或多个节点区域中，而对于关联面板之间的连接关系不进行具体要求。
光伏一体化是光伏发电系统在未来一段时间的主要发展方向，其应用理念在于全面落实绿色环保思想，将光伏面板看作一个基础电量转换单元，其所处连接位置可以根据太阳光照射强度的不同而改变。
光伏照明是利用光伏发电系统进行区域性照明的工程项目，其设计初衷在于充分利用未被基层用户消耗的传输电量。
一般来说，光伏照明技术需要与LED照明技术相结合，在电网输配电线路的作用下，光伏面板中的剩余电量会汇集到LED照明灯具中。当外界光线逐渐变暗时，LED照明灯具亮起，以此实现对剩余光伏电量的充分利用。
电信传播是指借助移动端设备，在通信网络基站的作用下实现上网功能，如常见的手机聊天、网上购物等；网络信号覆盖是指光伏电量信号的全面普及，通常情况下，太阳能电池方阵中所串联太阳能电池元件的个数越多，光伏通信网络信号的覆盖面积越大，反之越小。
光伏水利工程是以光伏发电系统为基础的水泵驱动作业项目。
与传统水泵不同，光伏水利工程中应用的水泵完全以光伏电量作为驱动作用力，其作业能力受光伏面板覆盖面积的直接影响，故而其作业范围总是具有较强的局限性。
与传统火力发电系统相比，光伏发电系统更注重落实可持续发展的思想，在保护环境的同时，将太阳折射光转换成电量传输信号，并借助电力网络将这些传输信号反馈给基层用户。
从长远角度来看，光伏发电系统能够满足人们对于传输电能的基本需求，解决当前化石燃料发电带来的不可再生资源消耗过量的问题，具有较可观的发展前景。
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：光伏发电系统及其应用场景
