光伏发电系统 （photovoltaic generation system），简称光伏（photovoltaic），是指利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。
定义
光伏，即光伏发电系统，是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。光伏发电过程不污染环境，不破坏生态。
光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。光伏发电系统是由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备组成。
历史
海因里希・赫兹于1887年首次发现光电效应，阿尔伯特・爱因斯坦在1905年解释了这一现象。光伏(PV)系统正是利用半导体材料的光电效应，直接将光转换为电能。半导体的成分和光伏设备接收的有效太阳辐射的强度和波长都会影响光伏设备的发电量(赫兹，1887；爱因斯坦，1905)。1954年，贝尔实验室的3位研究人员研制出首个实用的“太阳能电池”。该电池可将6％的入射太阳能转换为电能(Pedin，2004)。随着研发不断取得进展，光伏装置的转换效率也随之提高。
分类
太阳能光伏发电系统按与电力系统的关系可分为两大类：独立光伏发电系统(Stand-alone PV System)和并网光伏发电系统(Grid-connected PV System)。
独立光伏发电系统
独立光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成电能，然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时，储存在电池中的能量就可经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50 Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点是白天发电，而负载往往却是全天候用电，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少，工程上使用的储能元件主要是蓄电池。
并网光伏发电系统
并网光伏发电系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。其工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列转换后，再经高频直流变换后变成高压直流电，然后经过电力电子逆变器逆变后向电网输出与电网电压相频一致的正弦交流电流。
以上两种光伏发电系统的最大区别就在于，并网光伏发电系统直接与电网相连接，因而光伏阵列的电量盈余与并联电网可以实行互补，省去了独立光伏发电系统中必需的蓄电池等储能元件，不仅降低了系统成本，而且保证了系统的可靠性。同时，夏天太阳辐射强度大，光伏系统发电量多，可以对夏天电网的峰荷起到调节作用。随着近年来太阳能光伏发电的大规模应用以及太阳能电池组件价格的迅速下降，并网系统无疑将得到更为广泛的应用。
构成
典型的太阳能光伏发电系统由太阳能电池阵列(组件)、电缆、电力电子变换器(逆变器)、储能装置(蓄电池)、负载即用户等构成，如图1所示。其中，太阳能电池阵列和储能装置为电源系统，控制器和电力电子变换器为控制保护系统，负载为系统终端。
太阳能电池阵列
用于光电转换的最小单元是太阳能电池单体。它的尺寸为4~100cm2，工作电压为0.45~0.50V，工作电流为20~25mA/cm2，因而不能单独作为电源使用。在光伏发电系统中，需要将太阳能电池单体进行串联、并联和封装，形成太阳能电池组件。它的功率可以从几瓦到几百瓦，可以单独作为电源使用。太阳能电池阵列则是将太阳能电池组件经过串联、并联后并装在支架上，它可以输出几百瓦、几千瓦甚至更大的功率，是光伏发电系统的电能产生器。
太阳能电池方阵的框架应该尽量坚固，要有足够的硬度。同时重量要轻。安装太阳能电池方阵时要使用具有一定强度且有利于固定和支撑的金属支架，在沙漠、沿海、极地、高山、风口等一些地理环境比较恶劣或气候条件比较复杂的地区，太阳能电池方阵的支架要采用一些附加措施使其能够承受大风和冰雪堆积物的附加重量，避免因为自然的、人为的和一些大动物的破坏而坍塌。
一般来说，太阳能电池方阵的安装形式有以下三种：安装在地面上、安装在柱上、安装在屋顶上。具体采用哪一种安装形式又要受到一些具体因素影响，诸如可利用空间大小、方阵尺寸、采光条件、风负载、视觉效果及安装难度、破坏和盗窃问题等。在上述几种安装形式中，首选的是安装在地面上，因为它具有简单易行的特点。而安装在柱子上面的难度受电池板离地面高度的影响。而安装在屋顶上的难度则由屋顶是否陡峭而定，在比较陡的屋顶上工作不仅耗时费力，而且非常危险。在安装过程中，尤其要避免对电池板电气性能造成损伤，为此太阳能电池板的表面应该覆盖，减小损伤的概率。还可以在光伏电站周围修建围墙，使动物无法靠近设备．以此保证系统安全。同时，安装的太阳能电池板应该面向中午的太阳，而不要对着指南针的方向，这一点在相关资料中都有说明。另外太阳电池板与水平面的倾角要大于10°。这样可使落在太阳能电池板上的雨水很快地滑落到地面上，从而保持电池板表面的清洁。
太阳电池组件种类繁多，根据太阳能电池片的类型可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等，其中晶体硅(包括单晶硅和多品硅)太阳能电池组件约占市场的80%~90%。晶体硅的封装材料与工艺也有所不同，主要分为环氧树脂胶封、层压封装硅胶封装等。目前用得最多的是真空层压封装方式，这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。
太阳能蓄电池
独立光伏发电系统是依靠蓄电池来储存多余的电能，因此蓄电池在独立光伏发电系统中占有重要地位。随着太阳能电池组件售价的下降，蓄电池的费用在系统总投资中所占比重将会逐渐增加。另外，在独立光伏发电系统的运行中，由于蓄电池故障而影响系统正常工作的情况更会占有很大比例。所以，在系统设计时，选择适当的蓄电池类型，确定合适的蓄电池容量，精确地实施安装、操作，精心维护, 对于独立太阳能光伏发电系统的正常运行十分重要。
目前光伏系统中常用的蓄电池种类很多，其中应用广泛的主要有普通铅酸蓄电池、碱性镍铬蓄电池和铅酸免维护蓄电池三种。普通铅酸蓄电池因对环境污染较大且要求有一定的维护，主要用在一些有维护能力的低档场合使用。碱性镍铬蓄电池的待点是有较好的低温、过充及过放性能，但缺点是价格较髙，一般用于较为特殊的场合。国内现阶段使用最多的蓄电池为铅酸免维护蓄电池，它的免维护特性使得其维护保养简单方便、性能可靠，同时对环境污染较少，很适合用于对性能可靠性要求很高的太阳能发电系统，如无人值守的工作站等场合。
电力电子变换器（逆变器）
太阳能电池阵列在阳光照射下产生的是直流电，然而日常生活中的常用负载 大多需要以交流电源供电，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇、空调等，绝大多数动力机械也是如此。因此需要一种把直流转换为交流的装置，这就是逆变器。光伏发电系统中的逆变器是一种变流电路，其作用是把太阳能电池阵列所发出的直流电转换为各种不同要求频率和电压值的交流电。逆变具体又可分为无源和有源两种，无源逆变是指直流电经过逆变将能量直接供给负载使用，有源逆变则是指直流电经过逆变向交流电源供电。直流变交流的必要性还体现在当供电系统需要升高或降低电压时，交流系统只需加一个变压器即可，而在直流系统中技术与装置就要复杂得多。因此，除特殊用户外，在光伏发电系统中都需要配备逆变器。此外，逆变器还具有自动调压或手动调压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。显而易 见，逆变器是光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。
优缺点
优点
1)、运行可靠：即使在恶劣的环境和气候条件下也可正常供电。
2)、寿命长：晶体硅组件寿命通常在25年以上，非晶硅组件寿命通常在20年以上。
3)、维护费用低：建成后只需少量工作人员，对系统进行定期检查和维护，相比较而言，常规发电站维护费用很大。
4)、天然能源：能源是取之不尽、用之不竭的太阳能，无需能源费用。
5)、无噪声污染：整个系统无机械运动部件，不产生噪声。
6)、模块化：根据需要选择系统容量，安装灵活、方便，扩容很简便。
7)、安全：系统内无易燃物品，安全性能高。
8)、自主供电：可离网运行，独立供电，可不受公用电网的影响。
9)、分布式发电：可建设分散的光伏电站，减少对公用电网的影响及危害。
10)、高海拔性：在海拔高、日照强的地区，更能增加系统的输出功率。（相比光伏发电高海拔地区，由于气压低，柴油发电机效率降低，输出功率减少。）
缺点
1)、初投资费用高：由于初投资高，需进行单个系统的经济性评估及多种方案比较。如果初投资减少，常规燃料成本上升，则光伏系统将更具有竞争力。
2)、日照不稳定：天气对任何太阳能系统的功率输出都有很大影响。气候或场地条件变化时，系统设计也要随之改变。
3)、需储能装置（独立系统）：光伏发电系统当夜晚时，没有阳光不能发电，需增加蓄电池储能设备，从而增加了系统规模、成本及维护工作量。
4)、效率有待改进：从投资的有效性出发，要求高效率的使用光伏系统资源。用户须使用高效率的负载设备。
5)、需技术培训：光伏系统使用了很多人们不熟悉的新技术，因此，用户在运行光伏系统前，都需要经过技术培训。
世界光伏发电动态
伴随着可持续发展意识在世界各地深入人心，全世界光伏发电综合利用经营规模快速扩张，技术不断发展，成本明显降低，呈现出良好的发展前景，很多国家将光伏发电做为关键的新型产业，光伏发电获得更为广泛应用。在2001～2017年间，光伏产业以令人惊讶的速度发展。 全世界总装机自1.250GW 升至 304.300GW，年复合增长率达到40.98%。 中国光伏产业也呈现史无前例的发展魅力，在全世界20个以上国家或地区办厂，产品出口至近200个国家和地区，成为中具备国际核心竞争力的战略新型产业。 英国是最早开始研究与应用光伏发电技术的国家，英国光伏产业在技术创新与政府部门鼓励赔偿现行政策的双向刺激下，保持高速发展趋势。 太阳能发电装机在国外光伏产业中占主导地位，其发展速度和趋势决定了整个光伏产业的发展趋势。 日本是最早制订光伏产业发展现行政策的国家，2011～2017年年均复合增长率达到 54%，2017年以 42.75GW的总装机量稳居世界第二，现阶段发展以居民用电站为主导。 作为东南亚地区最火爆的光伏市场之一，越南已达到每年10%的能源供应增长速度，再加其自身发展趋势和光伏电力能源的优点，吸引着世界各国光伏企业前往投资。 光伏发电现阶段已全方位进入产业化发展趋势环节，中国、欧州、英国、日本等传统光伏发电销售市场保持持续增长，东南亚地区、南美洲、中东地区和非州等地区新兴经济体光伏发电也开始快速发展。
受益于技术进步、规模经济、开放的市场竞争和行业经验的不断积累，光伏发电的成本在最近十年急剧下降。光伏是所有可再生能源类型中成本下降速度最快的。自2010年以来，太阳能光伏发电（PV）和聚光太阳能热发电（CSP）的成本分别下降了82%、47%。竞拍和购电协议（PPA）的最新数据显示，在2021年投产的项目中，太阳能光伏发电的平均价格能达到0.039美元/千瓦时，与2019年相比下降了42%，比燃煤发电的价格成本低1/5。2020年，中国光伏系统价格已降至0.5美元/峰瓦，光伏新增装机发电成本到2025年将低于0.3元/千瓦时，到2035年和2050年将降至约0.2元/千瓦时和0.13元/千瓦时。
目前，多个国家的光伏发电的最低价格已经低于煤电，平均价格已经非常接近于煤炭发电的平均价格。成本的下降为光伏的推广清扫了重要阻碍，国际能源信息署（IEA）判断，在未来十年里，全球电能80%的新增长将来自可再生能源。到2050年，可再生能源电力将占到全球总电力结构的85%，其中太阳能电力将占1/3。
对于中国，到2030年，电力行业可通过提高可再生能源占比来节省10%的成本。如果各方面积极努力，到2030年，电力行业有望完成80%的碳减排目标。
《中国2050年光伏发展展望》报告在联合国马德里气候变化大会上发布，报告预计2025年和2035年间，中国光伏发电总装机规模将分别达到730吉瓦和3000吉瓦，而到2050年，该数据将达到5000吉瓦，光伏将成为中国第一大能源，约占当年全国用电量的40%左右。
政策扶持
中国光伏产业的发展也经过长期的技术积累，更离不开国家十多年来的政策扶持。据不完全统计，2000年以来，中国政府推出了100多项支持光伏产业的政策。上世纪90年代，中国的太阳能板制造业开始兴起，1996年，中国政府启动了“光明工程”。2005年，中国政府鼓励光伏零部件出口，仅仅5年后，中国的太阳能光伏板总产量的95%出口到欧美国家。之后由于欧美国家的反倾销制裁，光伏组件出口大幅度下降。2013年7月，国务院发布《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》。2014年9月，国家能源局发布《进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》。2015年，国家能源局推出“领跑者”光伏扶持专项计划。2019年1月，国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》，开始在全国范围推广无补贴光伏项目。正是这一列的政策使这一产业实现了从快速起步、产业升级的井喷，到全球的绝对领先地位的转变。从2013年中国第一个光伏发电站建成，仅仅7年时间就成为全球最大光伏发电国，并形成与发达国家全产业链竞争的优势。至2020年，在全球光伏企业20强中，中国企业占据着16个。
