光伏发电站，也称为太阳能发电站，是一种大型光伏系统（PV系统），设计用于向电网供应商用电力。 它们与大多数建筑安装和其他分散式太阳能应用不同，因为它们在公用事业层面供电，而不是向本地用户或用户供电。 它们有时也被称为太阳能农场或太阳能牧场，尤其是在农业区域时。 通用表达式实用程序级太阳能有时用于描述此类项目。
太阳能电源通过光伏模块将光直接转换为电能。 然而，这不同于并且不应该与聚光太阳能混淆，这是另一种大规模的太阳能发电技术，它利用热量来驱动各种传统的发电机系统。 两种方法都有其自身的优点和缺点，但迄今为止，由于各种原因，光伏技术已在该领域中得到更广泛的应用。 截至2013年，光伏系统的数量超过集中器约40比1。
在一些国家，光伏电站的铭牌容量额定为兆瓦峰值（MWp），这是指理论上最大太阳能电池阵列的直流电源输出。 在其他国家，制造商提供表面和效率。 但是，加拿大，日本，西班牙和美国的一些地区经常指定使用MWAC中转换的较低标称功率输出; 与其他形式的发电直接相当的措施。 第三种不常见的额定值是兆伏安（MVA）。 大多数太阳能发电场的开发规模至少为1MMp。 截至2017年初，世界上最大的运营光伏电站的容量超过800兆瓦，计划的项目高达1千兆瓦。 截至2016年底，大约4,300个项目的总容量为96 GWAC，是大于4 MWAC的太阳能发电场。
大多数现有的大型光伏电站由独立电力生产商拥有和运营，但社区和公用事业项目的参与正在增加。 到目前为止，几乎所有人都至少部分得到了上网电价或税收抵免等监管激励措施的支持，但随着过去十年的平均成本大幅下降，并且越来越多的市场达到了电网平价，可能不久之后外部激励就不复存在了。
历史
第一个MWM太阳能公园由Arco Solar于1982年底在加利福尼亚州Hesperia附近的Lugo建造，随后于1984年在Carrizo Plain安装了5.2 MWp。 两者都已退役，但Carrizo Plain是现在正在建造或规划的几座大型工厂的工地。 下一阶段是在2004年对德国的上网电价进行修订之后，当时建造了大量的太阳能公园。
自那以后，已经在德国安装了数百个超过1MM的装置，其中超过50个超过10MWp。 随着2008年引入上网电价，西班牙成为最大的市场，约有60个太阳能园区超过10兆瓦，但这些激励措施已被撤销。 美国，中国印度，法国，加拿大和意大利等国也已成为光伏电站名单所示的主要市场。
在建的最大站点的容量为数百MWp，正在规划1 GWp的项目。
选址和土地使用
所需功率输出所需的占地面积取决于位置，太阳能模块的效率，场地的坡度和所使用的安装类型而变化。 固定倾斜太阳能电池阵列使用典型模块，在水平站点上效率约为15％，在热带地区需要约1公顷/ MW，而这个数字在北欧上升到2公顷以上。
由于阵列在倾斜角度较大时投射的阴影较长，对于可调节倾斜阵列或单轴跟踪器，此区域通常高出约10％，而对于2轴跟踪器则高出20％，尽管这些数字会有所不同取决于纬度和地形。
在土地使用方面，太阳能公园的最佳位置被认为是棕色的场地，或者没有其他宝贵的土地用途。 即使在耕地，太阳能发电场的很大一部分也可用于其他生产用途，如作物种植或生物多样性。
Agrivoltaics
Agrivoltaics正在共同开发太阳能光伏发电以及传统农业的同一块土地。 最近的一项研究发现，太阳能发电的价值与耐荫作物生产相结合，使得采用农业光伏系统而非传统农业的农场的经济价值增加了30％以上。
协同定位
在某些情况下，在相邻的地点开发了几个不同的太阳能发电站，其中包括独立的业主和承包商。 这可以提供项目共享项目基础设施的成本和风险的优势，例如电网连接和规划批准。 太阳能农场也可以与风电场同处一地。 有时使用标题“太阳能公园”，而不是单独的太阳能发电站。
这种太阳能集群的一些例子是Charanka太阳能公园，那里有17个不同的发电项目; Neuhardenberg拥有11座工厂和格尔木太阳能公园，总报告容量超过500MW。 一个极端的例子是将印度古吉拉特邦的所有太阳能农场称为古吉拉特邦太阳能公园。
技术
大多数太阳能公园都是地面安装的光伏系统，也称为自由场太阳能发电厂。 它们可以是固定倾斜的，也可以使用单轴或双轴太阳能跟踪器。 虽然跟踪可提高整体性能，但也会增加系统的安装和维护成本。 太阳能逆变器将阵列的功率输出从DC转换为AC，并且通过通常为10kV及以上的高压三相升压变压器连接到公用电网。
太阳能阵列安排
太阳能电池阵列是将入射光转换成电能的子系统。 它们包括多个太阳能模块，安装在支撑结构上并互连以向电子功率调节子系统提供功率输出。
少数公用事业规模的太阳能公园在建筑物上配置，因此使用建筑物安装的太阳能电池阵列。 大多数是使用地面安装结构的“自由场”系统，通常是以下类型之一：
固定数组
许多项目使用安装结构，其中太阳能模块以固定的倾斜度安装，以提供最佳的年输出分布。 模块通常朝向赤道，倾斜角度略小于场地的纬度。 在某些情况下，根据当地的气候，地形或电价制度，可以使用不同的倾斜角度，或者阵列可能偏离正常的东西轴线，以支持早晚输出。
该设计的一个变体是阵列的使用，其倾斜角度可以每年调整两次或四次以优化季节性输出。 它们还需要更多的陆地面积，以在更陡的冬季倾斜角度减少内部阴影。 由于增加的产量通常只有几个百分点，因此很少证明这种设计的成本和复杂性增加。
双轴跟踪器
为了最大化进入的直接辐射强度，太阳能电池板的方向应与太阳光线垂直。 为了实现这一目标，阵列可以使用双轴跟踪器设计，能够跟踪天空中每日轨道上的太阳，以及全年的高程变化。
当太阳移动并且阵列方向改变时，这些阵列需要间隔开以减少阴影间，因此需要更多的陆地面积。 它们还需要更复杂的机制来将阵列表面保持在所需的角度。 在具有高水平直接辐射的位置，增加的输出可以是大约30％，但是由于阴天条件，在温带气候或具有更显着的漫射辐射的那些增加中，增加更低。 出于这个原因，双轴跟踪器最常用于亚热带地区，并首先在Lugo工厂的公用事业规模部署。
单轴跟踪器
第三种方法实现了跟踪的一些输出效益，在土地面积，资本和运营成本方面的惩罚较小。 这涉及在一个维度上追踪太阳 – 在日常的天空旅程中 – 但不能调整季节。 轴的角度通常是水平的，尽管有一些，例如内利斯空军基地的太阳能公园，倾斜20°，使轴向南北方向的赤道倾斜 – 实际上是跟踪和固定倾斜之间的混合。
单轴跟踪系统沿着大致南北的轴线对齐。 一些使用行之间的连接，使得相同的致动器可以一次调整几行的角度。
电源转换
太阳能电池板产生直流（DC）电，因此太阳能电池板需要转换设备将其转换为交流电（AC），这是电网传输的形式。 这种转换由逆变器完成。 为了最大限度地提高效率，太阳能发电厂还采用了最大功率点跟踪器，无论是在逆变器内还是作为单独的单元。 这些装置使每个太阳能电池阵列保持接近其峰值功率点。
配置此转换设备有两种主要替代方案; 集中式和串式逆变器，尽管在某些情况下使用单个或微型逆变器。 单个逆变器允许优化每个面板的输出，并且多个逆变器通过限制逆变器发生故障时的输出损失来提高可靠性。
集中式逆变器
这些装置具有相对较高的容量，通常约为1兆瓦，因此它们的条件是大块太阳能电池板的产量，可能达到2公顷（4.9英亩）的面积。 使用集中式逆变器的太阳能园区通常配置成离散的矩形块，相关的逆变器位于一个角落或块的中心。
串式逆变器
串逆变器的容量大大低于10kW，并且调节单个阵列串的输出。 这通常是整个工厂内的一排太阳能电池阵列的整体或一部分。 串式逆变器可以提高太阳能园区的效率，其中阵列的不同部分经历不同的日照水平，例如以不同方向布置，或紧密堆积以最小化场地面积。
变形金刚
系统逆变器通常以480VAC的电压提供功率输出。 电网在数十或数十万伏特的更高电压下工作，因此变压器被整合以向电网提供所需的输出。 由于交货时间较长，长岛太阳能农场选择在现场备有备用变压器，因为变压器故障会使太阳能电站长时间处于脱机状态。 变压器通常具有25至75年的寿命，并且通常在光伏电站的寿命期间不需要更换。
系统性能
太阳能公园的性能取决于气候条件，使用的设备和系统配置。 初级能量输入是太阳能电池阵列平面中的全局光辐照度，而这又是直接辐射和漫射辐射的组合。
系统输出的关键决定因素是太阳能模块的转换效率，这尤其取决于所用太阳能电池的类型。
由于诸如光吸收损耗，不匹配，电缆电压降，转换效率和其他寄生损耗等多种因素，太阳能模块的DC输出与输送到电网的AC电力之间将存在损耗。 已经开发了一个称为“性能比”的参数来评估这些损失的总价值。 性能比率给出了输出交流功率的度量，该输出交流功率是太阳能模块在环境气候条件下应能够提供的总直流功率的比例。 在现代太阳能园区，性能比通常应超过80％。
系统退化
早期光伏系统产量下降多达10％/年，但截至2010年，中值退化率为0.5％/年，2000年后模块的降解率显着降低，因此系统仅损失12％的输出性能在25年内。 使用模块降低4％/年的系统在同一时期将损失64％的输出。 许多面板制造商提供性能保证，通常在十年内达到90％，在25年内达到80％。 在运行的第一年，所有面板的输出通常保证在正负3％。
开发太阳能园区的业务
开发太阳能发电厂是为了将商业电力输送到电网中，作为其他可再生，化石或核电站的替代方案。
工厂所有者是发电机。 今天的大多数太阳能发电厂都由独立电力生产商（IPP）拥有，但有些太阳能电厂由投资者或社区拥有的公用事业公司持有。
其中一些电力生产商开发自己的发电厂组合，但大多数太阳能园区最初由专业项目开发商设计和建造。 通常，开发商将计划项目，获得规划和连接许可，并安排所需资金的融资。 实际施工工作通常与一个或多个EPC（工程，采购和施工）承包商签订合同。
新光伏电站发展的主要里程碑是规划同意，电网连接批准，财务结算，建设，连接和调试。 在流程的每个阶段，开发人员都能够更新工厂预期绩效和成本的估算以及应该能够提供的财务回报。
规划批准
对于每兆瓦的额定输出，光伏电站占用至少一公顷，因此需要大量的土地面积; 这需要获得规划批准。 获得同意的机会，以及相关的时间，成本和条件，从司法管辖区到司法管辖区，地点到位置不等。 许多规划批准也将适用于该站在未来退役后对场地的处理。 在光伏电站的设计过程中，通常会进行专业的健康，安全和环境评估，以确保设施的设计和规划符合所有HSE规定。
网格连接
连接到电网的可用性，位置和容量是规划新太阳能园区的主要考虑因素，并且可能是成本的重要贡献者。
大多数站点位于距离合适的电网连接点几公里的范围内。 当以最大容量运行时，该网络需要能够吸收太阳能园区的输出。 项目开发人员通常必须承担为此提供电力线并进行连接的成本; 此外，通常还有与升级电网相关的任何成本，因此它可以容纳工厂的输出。
操作和维护
一旦太阳能园区投入使用，业主通常会与合适的对手方签订合同，进行运营和维护（O＆M）。 在许多情况下，这可能由原始EPC承包商履行。
与旋转机械相比，太阳能发电厂可靠的固态系统需要最少的维护。 运行和维护合同的一个主要方面是持续监控工厂及其所有主要子系统的性能，这些子系统通常是远程进行的。 这使得能够将性能与实际经历的气候条件下的预期输出进行比较。 它还提供数据，以便能够安排整改和预防性维护。 少数大型太阳能发电场为每个太阳能电池板使用单独的逆变器或最大化器，可提供可监控的单独性能数据。 对于其他太阳能发电场，热成像是一种用于识别不良面板以进行更换的工具。
供电
太阳能公园的收入来自向电网的电力销售，因此其产出实时计量，其能量输出读数通常以半小时为基础，用于电力市场内的平衡和结算。
收入受到工厂内设备可靠性的影响，也受到其出口的电网网络的影响。 一些连接合同允许传输系统操作员限制太阳能园区的输出，例如在需求低或其他发电机的高可用性时。 一些国家制定法定条款，优先使用可再生发电机的电网，例如欧洲可再生能源指令。
经济学和金融学
近年来，光伏技术提高了发电效率，降低了每瓦特的安装成本以及能源回收时间（EPBT），到2014年已在至少19个不同的市场达到电网平价。光伏技术日益成为可行的主流权力的来源。 然而，光伏系统的价格显示出强烈的区域差异，远远超过太阳能电池和面板，后者往往是全球商品。 2013年，中国和德国等高度渗透市场的公用事业规模系统价格显着低于（1.40美元/ W）美国（3.30美元/ W）。 IEA解释了由于“软成本”的差异而导致的这些差异，其中包括客户获取，许可，检查和互连，安装人工和融资成本。
网格平价
近年来，太阳能发电站的价格逐渐降低，预计这一趋势将持续下去。 与此同时，传统发电正变得越来越昂贵。 当太阳能公园的平衡能源成本（历史上更昂贵）与传统发电成本相匹配时，预计这些趋势将导致交叉点。 这一点通常被称为网格奇偶校验。
对于将电力出售到输电网络的商业太阳能发电站，太阳能的平准化成本将需要与批发电价相匹配。 这一点有时被称为“批发电网平价”或“母线平价”。
一些光伏系统，例如屋顶装置，可以直接向电力用户供电。 在这些情况下，当输出成本与用户支付电力消费的价格相匹配时，安装可以具有竞争力。 这种情况有时被称为“零售网格奇偶校验”，“套接字奇偶校验”或“动态网格奇偶校验”。 联合国能源机构在2012年开展的研究表明，意大利，西班牙和澳大利亚等电价较高的阳光普照国家和使用柴油发电机的地区已实现零售电网平价。
激励机制
由于世界许多地方尚未达到电网平价点，太阳能发电站需要某种形式的经济激励来竞争电力供应。 世界各地的许多立法机构都采用了这种激励措施来支持太阳能发电站的部署。
上网电价
上网电价是指由公用事业公司为合格发电机产生的每千瓦时可再生电力并输入电网而支付的指定价格。 这些关税通常代表批发电价的溢价，并提供有保障的收入来源，以帮助电力生产商为项目融资。
可再生投资组合标准和供应商义务
这些标准是公用事业公司从可再生能源中获取一部分电力的义务。 在大多数情况下，他们没有规定应该使用哪种技术，公用事业公司可以自由选择最合适的可再生资源。
在一些例外情况下，太阳能技术被分配了RPS的一部分，有时被称为“太阳能预留”。
贷款担保和其他资本激励措施
一些国家和州采用较少的目标财政激励措施，可用于广泛的基础设施投资，例如美国能源部贷款担保计划，该计划刺激了2010年和2011年对太阳能发电厂的大量投资。
税收抵免和其他财政激励措施
另一种用于刺激太阳能发电厂投资的间接激励形式是投资者可获得的税收抵免。 在某些情况下，信用额度与安装产生的能源相关，例如生产税收抵免。 在其他情况下，信贷与资本投资有关，例如投资税收抵免
国际，国家和区域方案
除了自由市场商业激励措施外，一些国家和地区还制定了支持太阳能设施部署的具体计划。
欧盟的可再生能源指令为所有成员国提高可再生能源部署水平设定了目标。 每个国家都需要制定国家可再生能源行动计划，说明如何实现这些目标，其中许多计划都有针对太阳能部署的具体支持措施。 该指令还允许各州在国家边界以外开展项目，这可能会导致双边计划，如Helios项目。
“联合国气候变化框架公约”的清洁发展机制是一项国际计划，根据该计划，可以支持某些合格国家的太阳能发电站。
此外，许多其他国家都有特定的太阳能发展计划。 一些例子是印度的JNNSM，澳大利亚的旗舰计划，以及南非和以色列的类似项目。
财务绩效
太阳能发电厂的财务业绩是其收入和成本的函数。
太阳能园区的电力输出将与太阳辐射，工厂的容量及其性能比有关。 从这种电力输出中获得的收入主要来自电力销售，以及任何奖励支付，例如上网电价或其他支持机制。
电价可能在一天的不同时间变化，在需求高的时候价格较高。 这可能会影响工厂的设计，以便在此时增加产量。
太阳能发电厂的主要成本是资本成本，因此也就是任何相关的融资和折旧。 虽然运营成本通常相对较低，特别是因为不需要燃料，但大多数运营商都希望确保有足够的运行和维护保障，以最大限度地提高工厂的可用性，从而优化收益与成本比。
地理
达到电网平价的第一个地方是那些传统电价高，太阳辐射水平高的地方。 目前，屋顶安装的容量比公用事业规模的容量更多。 然而，随着不同地区实现电网平价，预计全球太阳能园区的分布将发生变化。 这种转变还包括从屋顶到公用事业规模的工厂的转变，因为新的光伏部署的重点已从欧洲转向支持地面安装光伏系统的Sunbelt市场。
由于经济背景，目前大规模系统分布在支持体制最一致或最有利的地方。 通过Wiki-Solar评估全球光伏电站的总容量超过4 MWAC，其中c为36 GW。 截至2014年底已安装2,300套，占全球光伏发电总容量139 GW的25％左右。容量最大的国家按降序排列，分别是美国，中国，德国，印度，英国，西班牙，意大利，加拿大和南非。 主要市场的活动将在下面单独审查。
中国
据报道，中国在2013年初取代德国成为太阳能发电规模最大的国家。 其中大部分都得到了清洁发展机制的支持。 全国各地的发电厂分布相当广泛，是戈壁沙漠最集中的地区，与西北电网相连。
德国
欧洲第一座多兆瓦工厂是2003年委托的Hemau的4.2兆瓦社区项目。但这是2004年德国上网电价的修订，这是建立公用事业规模的最有力推动力。太阳能发电厂。 根据该计划完成的第一个是由Geosol开发的Leipziger Land太阳能公园。 2004年至2011年期间建造了数十座工厂，其中一些工厂当时是世界上最大的工厂。 EEG是建立德国上网电价的法律，它不仅为补偿水平提供立法基础，而且还提供其他监管因素，例如优先进入电网。 该法律于2010年修订，以限制农业用地的使用，因为大多数太阳能公园都建在所谓的“开发用地”上，如前军事用地。 部分由于这个原因，德国光伏电站的地理分布偏向于前东德。 截至2012年2月，德国拥有110万个光伏电站（大多数是小型千瓦屋顶安装）。
印度
印度一直在崛起为安装公用事业规模太阳能产能的主要国家。 古吉拉特邦的Charanka太阳能公园于2012年4月正式开放，当时是世界上最大的太阳能发电厂。 从地理位置来看，大多数车站都位于古吉拉特邦和马哈拉施特拉邦。 拉贾斯坦邦成功地试图吸引太阳能发展。 拉贾斯坦邦和古吉拉特邦与巴基斯坦共享塔尔沙漠。
意大利
意大利拥有大量的光伏电站，其中最大的是84兆瓦的蒙塔尔托迪卡斯特罗项目。
约旦
截至2017年底，据报道，已完成超过732兆瓦的太阳能项目，占约旦电力的7％。 在最初设定可再生能源的比例达到目标，到2020年达到10％后，政府在2018年宣布它试图超过这一数字，目标是达到20％。 光伏杂志的一篇报道称约旦是“中东的太阳能发电站”。
西班牙
迄今为止，西班牙太阳能发电站的大部分部署发生在2007年至8月的繁荣市场。 这些车站分布在全国各地，集中在埃斯特雷马杜拉，卡斯蒂利亚 – 拉曼恰和穆尔西亚。
英国
2010年在英国引入上网电价刺激了第一波公用事业规模项目，c。 在“快速通道审查”之后，2011年8月1日关税减少之前完成了20家工厂。 第二波装置是根据英国的可再生能源义务进行的，截至2013年3月底连接的工厂总数达到86个。据报道，2013年第一季度英国是欧洲最佳市场。
英国的项目最初集中在西南部，但最近更多地分布在英格兰南部，东英吉利亚和中部地区。 威尔士的第一个太阳能公园于2011年在Pembrokeshire北部的Rhosygilwen投入使用。 截至2014年6月，威尔士有18个计划产生超过5兆瓦，34个计划或建设计划。
美国
美国部署的光伏电站主要集中在西南各州。 加利福尼亚州及周边州的可再生能源组合标准提供了特别的激励。 2013年初正在建设的项目数量导致预测美国将成为主导市场。