1.3　光伏系统的类型及应用

光伏发电是将太阳能转换成电能，为电网或相关负载提供电力，其核心是光伏系统。根据系统模式（是否与电网相连、是否含有储能装置）的不同，可将光伏系统分为离网光伏系统、并网光伏系统和微网光伏系统。

1.3.1　离网光伏系统

离网光伏系统是一种可脱离电网而独立运行的光伏系统，主要应用于环境恶劣的地区，如高原、海岛和偏远山区等[11]。离网光伏系统由太阳电池方阵、太阳能充/放电控制器、逆变器、蓄电池和交/直流负载等组成，如图1-4所示。

太阳能充/放电控制器是离网光伏系统中的核心组成部分。它的基本作用是实现对蓄电池充/放电的控制以及保护蓄电池。此外，还包括对太阳能最大功率点进行跟踪，对太阳方位和高度进行跟踪，对太阳电池进行保护等。某些充/放电控制器还具备一定的通信功能，能把光伏系统的数据传输给远程设备，对相关系统参数进行在线收集。

离网光伏系统可以作为一个独立的小型光伏系统使用，为一些偏远地区提供电力。目前，离网光伏系统主要为民用系统，特别是在距电网较远的偏远地区或孤岛上使用。在房屋顶上安装数块太阳电池，再安装一套控制装置和蓄电池组，就可以独立解决供电问题。一般家用系统的容量为1kW至数千瓦，如果统一建立独立的光伏系统，其容量就可以达到数百千瓦。在广大农村（特别是山区）的通信信号发射塔大多采用离网光伏系统进行供电，在大大减少铺设线路成本的同时，也降低了维修难度。此外，路灯和广告指示牌也会安装光伏发电设备，白天太阳电池板发电，晚上蓄电池组给予供电。目前，离网光伏系统广泛应用于电动车的充电桩供电。

1.3.2　并网光伏系统

目前，并网光伏系统是光伏应用的最主要方式。并网光伏系统结构框图如图1-5所示。与离网光伏系统相比，并网光伏系统需要与电网相连，把光伏系统产生的电能通过并网逆变器输送给电网。电网通过对光伏系统输出的电能进行再次分配，以达到电力调峰和为用户负载提供能量等目的[12]。

并网光伏系统主要有集中式大型并网光伏系统和分布式小型并网光伏系统。集中式大型并网光伏系统一般建在光照资源丰富的地区，由太阳电池方阵和并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，直接将系统所发的电能通过并网逆变器全部输入电网。这与离网光伏系统相比，减少了蓄电池的储能和释放过程，减少了能量损耗，节约了占地空间，降低了系统成本[13]。

分布式小型并网光伏系统，一般为户用或商用屋顶式光伏系统、幕墙式光伏系统、渔光互补式光伏系统和农光互补式光伏系统等。其原则是就近发电，就近并网，就近转换，就近使用[14]。分布式小型并网光伏系统与电网相连，接近用电侧，由当地消纳，减少输配电成本。图1-6所示为分布式小型并网光伏系统应用实例。

有别于集中式大型并网光伏系统投资大、建设周期长、占地面积大等特点，分布式小型并网光伏系统因地制宜，不占用太多地方甚至不占用地面用地。它使用的范围很广，适用于全国大部分地区；系统相互独立，可自行控制，安全性高；它在一定程度上能弥补大电网稳定性的不足，具有调峰的功能，可以缓解当地电网的用电负担，是未来光伏发电应用的主流。

1.3.3　微网光伏系统

美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）将微网光伏系统定义为一种负荷和微电源的集合，其结构如图1-7所示。该结构中有3条馈线，分别为馈线A、馈线B和馈线C。馈线C与外界主电网通过公共连接点（PCC）直接联系，当外界主电网出现问题时，微网光伏系统的馈线A和馈线B可以脱离主电网而形成独立的供电系统。

以上定义的微网采用多能源互补方案，解决了区域冷、热、电等能源综合供应问题。在纯供电系统中，往往只考虑微网系统在电力能量管理方面的作用，去除相应热负荷，搭建成微网系统。对于大电网来说，微网可视为电网中的一个可控单元，可以在数秒内做线响应，以满足外部输配电网络的需求。一般来说，微网综合管理多个分布式电源。这样，可以减少单个分布式电源并网对电网造成的影响，同时有利于配网系统的运行管理[15]。对用户来说，微网可以满足用户的多元化需求，提高能源的利用率。当电网出现故障时，微网可脱离电网独立运行，从而保证用户侧供电的可靠性。

在微网中，光伏系统作为经济性较好、使用范围较广的可再生能源，通常是微网的主要发电单元之一。通过微网的多能互补与能量管理，可解决光伏发电波动性与间歇性问题。包含光伏系统的微网结构如图1-8所示。

采用光伏系统作为主要电源的微网，通常可分为并网型微网光伏系统和离网型微网光伏系统。并网型微网光伏系统主要应用于城市以及人口稠密的区域，其应用价值侧重于提高供电可靠性，提升光伏系统等可再生能源利用比例；而在边远农村和海岛等无电或弱电网地区，离网型微网光伏系统往往作为大电网供电的商业替代方案[16]，用于解决基本用电需求的问题。与传统柴油发电相比，搭建离网型微网光伏系统具备一定的经济性。

从应用场景来看，户用的微网光伏系统规模较小，但具备占地面积小、对电网供电依赖性小和灵活智能等优点。此类微网系统可满足用户的多元化需求，兼具光伏发电和智能用电的作用，提高了城市供电的可靠性[17]。工业用微网光伏系统则往往与储能装置相结合，充分发挥储能系统削峰填谷的作用，发挥电价的杠杆作用，抑制高峰时期用电量的快速增长，提高低谷时候的用电量，在保证用电可靠性的同时提高企业的经济效益[18]。海岛用微网光伏系统作为解决偏远海岛地区供电问题的最经济方案，在充分利用海岛可再生能源的基础上，利用储能和可调负荷等技术，提高了偏远海岛的供电可靠性[19]。