在全球低碳发展下，可再生能源发电比例逐步提高，但风能与太阳能的随机性和波动性为高比例甚至％可再生能源供电场景带来挑战，生物质能与太阳能光热发电这样的可调度可再生能源可贡献温度之美。

光伏发电

光伏发电是使用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三部分组成，部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

发电原理

光伏发电的原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面反射出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。

光电效应是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。

多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P－N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。

起源

早在年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。

年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

结构组成

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。其部分设备的作用是：

电池方阵

在有光照（太阳光，或其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。

控制器

是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。

逆变器

是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。

独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。

逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下的系统。正弦波逆变器质量高，但可以适用于各种负载。

跟踪系统

由于相对于某一个地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率会达到比较佳状态。

全球通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不适宜随便操作。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，在何方行驶、如何调头、拐弯，智能太阳跟踪仪都可以保证设备的要求跟踪部位正对太阳方向。

储能全球市场展望年上半年

年，全球储能新增部署容量5GW/9GWh，同比增加62%。至此，全球储能市场部署总容量超过27GWh。

储能投资将持续增长

年，全球储能项目的新投资约为54亿美元，累计总投资估测达到亿美元。尽管新冠疫情导致经济放缓，但预计至年，但总投资可能达到亿美元，复合年增长率(CAGR)为24%。

表前储能(FTM)继续主导市场，年新增5GWh。年，美国FTM电池储能飙升%，中国和英国受电网相关政策和法规的推动而实现较快发展。与此同时，市场开始从小型、短续航电池转转型至4小时续航时间的电池。预计至年，锂离子电池项目的平均规模将显著增长。

储能市场区域格局将悄然改变

年，亚太区域市场仍主导全球市场发展，但受限于市场支持政策及商业案例，未来发展将放缓。增加电池产量有望实现降本。

预计年，美洲市场将赶超亚太成为全球较大储能市场。美国的储能容量增长迅速，年的储能部署容量增加两倍，占美洲区域市场总新增容量的38%。

新冠疫情导致工业和商业电力需求下降。与此同时，在居家工作的“新常态”鼓励了用电成本较高的家庭在屋顶安装光伏电池以降低电费。电动汽车的普及和屋顶太阳能的兴起使得德国在年成为全球住宅市场的领导者。

储能在电网弹性和恢复中发挥重要作用

储能在停电和恢复事件中能够发挥的作用不言而喻。年8月，美国加州遭遇停电事故，长达30分钟至2.5小时不等。在轮流停电、电力恢复后，部分拥有储能设备或与光伏配对储能设备的用户能够应对停电事故。根据停电时间和储能解决方案的规模不同，储能技术可以一定程度上减少停电带来的损失。

相比之下，德州停电持续了70多个小时，更为复杂，而且储能发挥的作用并不明确。在弹性电网条件下，储能仍有望减轻极端事件带来的不利影响。然而，在黑天鹅事件中，比如在德克萨斯州，储能仍依赖于发电和输配电基本功能。

数字化技术如何助力光伏业务发展

数字化工具正在改造光伏产业。产业转而集中构建能让其运营业务、数据分析和市场互动得到进一步升级的先进集成软件堆栈。

光伏运维价值链发展成熟，可实现数字化应用

数字化解决方案能够提高光伏运维各个环节的效率，降低相关人工成本。虽然一些先进技术（例如用于植被管理和光伏组件自动清洗的机器人等）仍有待广泛采用，但现有的数字化解决方案足以覆盖光伏产业内60%的运维价值链。

以下三种高价值的数字化解决方案更是让预见性维护、故障检修和逆变器更换等电力运营环节受益良多：

分析平台

无人机测温法

无人机自主巡检

案例研究：无人机巡检

采用无人机巡检能为光伏产业节省大量的劳动力和时间。

在对光伏组件进行人工巡检时，每兆瓦容量的检修通常需要花费技术人员10个小时的时间，而无人机则可以在15-18分钟内完成同样的任务。从人工巡检转变为操控无人机巡检，每次巡检所花费的时间减少97%，而从操控无人机巡检转变为无人机自主巡检可以再减少44%的时间花费。无人机自主巡检的覆盖范围更广，并且可以在夜间作业，大幅提高了效率，降低了运营支出。

若从人工巡检转变为无人机巡检，每年每兆瓦可以节省超过1,美元的人工成本。

“大数据”方法

光伏产业越来越希望从其收集的实地数据中获得精准的数据分析和可行性发展建议。光伏运维开始采用“大数据”方法，光伏产业也已经从传统的数据采集发展到采用更复杂的数据集成和分析。

但是，光伏产业仍有待培养落实运营可行建议所需的高级优化和预测能力。在此方面，风能技术产业作为光伏运维产业的邻近行业，已经步入了大数据分析的下一阶段，对光伏运维的借鉴作用较大。

风电场运维很早以前就通过将数字化技术融入现场运营进行预测分析。如今，风能领域的主要服务供应产业正在使用从风能运营中获得的经验教训来推动光伏服务业务的增长。领先的风能供应产业正在针对光伏运维部署数字化产品功能，包括产量预测、数据分析、机器学习。

价值链管理

光伏产业正在推动落实可为产业运营链提供服务的端到端数字化平台。这种整体数字化平台可以对各个运维环节进行管理---从现场运营和计划维护到库存管理、人力规划和弃光预测。通过将光伏工作流程中使用的不同数据套件整合为一个单一的端到端数字化平台，可以促进数据分析的良性循环。

从价值链各个部分获取的所有数据会输入到一个集成数据分析生态系统中，从而为运营产业提供可行建议。

目前，在光伏产业中，这种全包数字平台仍有待实现，并且能够提供如此全面的数字化服务的供应产业数量也有限，许多光伏运营商尚未进行必要的技术投资，来进一步改善其光伏资产组合的整体表现。

促进端到端的市场互动

多数光伏产业还正在构建集成软件堆栈，改善市场体验。数字化工具有助于简化从销售到安装和系统管理的项目开发流程。

市场对家用电池的需求不断增长，数字化功能因此变得更加重要。随着“光伏+储能”系统在住宅领域日益流行，家庭能源监控技术也在加速发展。先进的软件能够进一步了解家用的发电和储能系统，并且更加准确自如地控制家庭能源使用状况。

新冠疫情期间的数字化部署

许多光伏资产所有者在疫情首次爆发时就缩减了新投资，尤其是在数字化工具、预测和主动维护方面的投资。但是，光伏产业在疫情期间采取了及时有效的持续性应对措施，在这种情况下，许多资产所有者开始寻求加速数字化技术部署的机会。

已经看到了三种不同的趋势：

投资改善运作模式

部分运营产业使用数字化技术调整工作流程，适应疫情带来的各种限制，提高远程操作能力，重新