消费者、各行业和政府都在采取措施增加对可再生能源的利用。这正在推动发电和配电系统从以集中式的轮辐式为主的架构，重塑为更网格化的本地化发电和用电，通过智能电网互连来平稳供需。

        根据国际能源署（IEA）2019年10月的燃料报告，到2024年，可再生能源发电量将增长50％。

        这意味着全球可再生能源发电量将增加1200GW，相当于美国目前的装机容量。该报告预测，可再生能源发电量其中增长的60％将采用太阳能光伏（PV）设备的形式。

        该报告还强调了分布式光伏发电系统的重要性，因为消费者、商业建筑和工业设施开始自行发电。它预测，到2024年，分布式光伏发电量将翻一番以上，超过500 GW。这意味着分布式光伏发电将占太阳能光伏发电增长总量的近一半。

太阳能优势

        为何在可再生能源发电量的增长中，太阳能光伏发电占如此领先的地位？

        一个明显的原因是太阳光照在我们所有人身上，因此它的能量被大量广泛应用。这使发电量更接近耗电量，将电力输送到离网点，这点对于减少配电损耗特别有用。

        另一个明显的原因是有大量的太阳能。计算地球从太阳接收多少能量有许多细微差别，一条经验法则是，晴天时在海平面为平均每平方米1kW，或当考虑日／夜周期、入射角、季节性等因素，平均为每天每平方米6kWh。

        太阳能电池利用光电效应将入射光以光子流的形式转化为电能。光子被掺杂的硅等半导体材料吸收，它们的能量将电子从其分子或原子轨道激发出来。然后，这些电子可自由地将多余的能量耗散为热量并返回其轨道，或者传播到电极并成为电流的一部分，以抵消其在电极上产生的电势差。

        与所有能量转换过程一样，并非所有输入到太阳能电池的能量都以首选的电能形式输出。实际上，多年来，单晶硅太阳能电池的能效一直徘徊在20％至25％之间。但是，太阳能光伏的机会如此大，以至于研究团队几十年来一直致力于使用日益复杂的结构和材料来提高电池转换效率，如NREL的这张图所示。

        要实现所示的更高能效，通常以使用多种不同材料和更复杂、更昂贵的制造技术为代价。

        许多太阳能光伏设备基于各种形式的晶体硅或硅、碲化镉或硒化铜铟镓的薄膜，其转换效率在20％至30％。电池内置在模块中，安装人员可使用这些模块为基本单元，构建太阳能光伏发电系统。

能效挑战

        光伏转换把入射到地球每平方米表面上千瓦的太阳能转换为200 W至300 W的电能。当然，这是在理想条件下。但是可能会因以下原因转换效率会降低：雨、雪和灰尘沉积在电池表面、半导体材料的老化的影响，以及由于如植被的生长或新建筑物的建造等环境变化而增加的被遮挡的阴影。

        因此，现实是，尽管太阳能是免费的，但利用太阳能产生有用的电能，需要仔细优化采集、存储和最终转换为电能的每个阶段。提高能效的最大机会之一是逆变器的设计，它将太阳能电池阵列 （或其电池存储） 的直流输出转换为交流电流，以便直接使用或通过电网传输。

        逆变器改变直流输入电流的极性，使其接近交流输出。开关频率越高，转换效率越高。简单的开关可产生方波输出，可以驱动电阻负载，但具有谐波，它会损坏由纯正弦波AC供电的更复杂的电子设备。因此，逆变器设计成为一个平衡的关键，一方面增加开关频率以提高能效、工作电压和发电量，另一方面将平滑方波所用的辅助元器件的成本降至最低。