太阳能光伏阵列中的光伏电池是利用半导体光伏效应制成的一种能将太阳辐射能直接转换为电能的转换器件，它是光伏单元的工作核心。1954年贝尔实验室用单晶硅材料制成了第一只具有实用价值的太阳能光伏电池。经过发展,太阳能光伏电池在材料、结构、性能及应用等方面得到了长足的进步。太阳能电池主要分为硅太阳能电池和化合物太阳能电池。

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，即当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。硅的外层电子受到太阳光辐射时成为自由电子，同时在它原来的地方留出一个空位即半导体中的“空穴”。由于电子和空穴的扩散，在结合的P, N半导体的交界面处即PN结的两边形成内建电场，又称势垒电场。当太阳光照射PN结时，在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N型区有过剩的电子，P型区有过剩的空穴，形成了光生电场。在N型区与P型区之间的薄层产生了电动势，即光生伏打电动势，接通外电路时便有电能输出。

太阳能电池组件由若干片能独立作为电源最小单元的太阳能电池单体组合而成,太阳能光伏阵列由若干个太阳能电池组件经过串联、并联构成,按照所需的电压、电流,把太阳能电池组件按一定的方式联接,可以是串联、并联或者串并相间的混联。

太阳能光伏电站包含多个太阳能光伏发电单元,将发出的电能集中逆变供用户使用。每个太阳能光伏发电单元主要由太阳能光伏阵列、蓄电池组和控制器组成。

太阳能光伏阵列由个太阳能电池组件组成,用支架固定支撑,支架起到固定太阳能电池组件的作用。

蓄电池组是太阳能光伏电站的贮能装置。太阳能光伏电站中的蓄电池作为储能装置,是监控系统的后备电源,也为照明、通信和设备维护提供了必要的电源保障。正确的选用蓄电池非常关键,其基本要求是:低自放电,长寿命,少维护,高充电效率,价格低,便于运输。

太阳能光伏电站按照运行方式可分为独立太阳能光伏电站和并网太阳能光伏电站。未与公共电网相联接,独立供电的太阳能光伏电站称为独立光伏电站,主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所,如为边远偏僻农村、牧区、海岛、高原、沙漠的农牧渔民提供照明、看电视、听广播等基本的生活用电,为通信中继站、沿海与内河航标、输油输气管道阴极保护、气象电站、公路道班以及边防哨所等特殊处所提供电源;与公共电网相联接且共同承担供电任务的太阳能光伏电站称为并网光伏电站。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分的重要发展方向,是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。

光伏电站通常由若干个光伏发电单元组成，每个光伏发电单元配置一座箱式逆变器及一座箱式变压器。在实际工程中，一个光伏发电单元的光伏装机容量没有定式，可按照 500 k Wp、1 MWp、2 MWp等规模来设计。MWp级光伏发电单元采用矩形布置，同时将箱式逆变器及变压器布置于场区主干道两侧的方案的优越性已经在工程实例中得到印证。

光伏单元采用正方形布置格局

根据现场场地条件，可将光伏发电单元布置成矩形、圆形甚至不规则形状。在面积一定的条件下，圆形的周长最短，正方形次之。布置成圆形时，光伏发电单元中的电缆布线可能比矩形的布置用量少，但是从实际工程角度考虑，圆形布置的光伏发电单元施工不便，且相邻光伏发电单元之间的空地都被浪费。因此，光伏发电单元应尽量布置成规则的正方形格局。

光伏单元逆变小室居中布置

逆变小室可布置在光伏发电单元几何中心，称为居中布置，或布置在光伏发电单元外围，称为靠边布置。按照居中布置形式，在逆变小室旁建设通道至主干道。按照靠边布置的光伏发电单元中，逆变小室可直接布置在主干道旁，减少了道路建设成本。

光伏单元采用 1 MW 装机规模

每个光伏发电单元的光伏组件装机容量没有典型设计方案，根据逆变小室尽可能布置在光伏发电单元几何中心的原则，设计 500 k W、2 MW 和 3 MW 规模的发电单元和 1 MW 布置类似，区别仅在于容量越大的光伏发电单元占地面积更大，汇流箱相对而言更分散。综合考虑对成本、发电量的影响采用 1 MW 装机规模是一个较为典型的设计。

光伏单元光伏组件容量超配

光伏电站中光伏组件和逆变器的典型配置是使二者功率匹配，即每 500 kWp 的光伏装机容量配置一台500 kW 的逆变器。但从实际运行状况分析，受实际运行条件、光伏资源条件的限制，1 MWp 装机容量的光伏组件无法达到1 MW 的额定输出功率，因此，逆变器绝大部分时间在小于额定功率的情况下运行。如光伏资源越差的地区，光伏组件的输出功率越小，逆变器实际使用的容量越低。查阅逆变器的说明书可知，光伏逆变器的输入功率允许大于其额定功率。此外，根据逆变器的效率曲线分析，光伏逆变器的输出功率在超过 50%以后，其效率变化很小，基本稳定在同一个值，即在安全情况下增加逆变器输入端的光伏组件装机容量，不会降低逆变器的工作效率。因此，每台逆变器可接入大于其额定功率的光伏组件，即使光伏组件因为效率的限制达不到额定功率，逆变器的总输出功率也大于只配置 500 kWp 光伏组件时的输出功率，且不会损坏逆变器。

光伏发电单元的维护目前主要依靠人工维护的方式。工作人员的日常维护工作是每日测量并记录不同时间内系统的工作参数,测量记录内容有:日期、记录时间、天气状况、环境温度、子方阵电流、电压、记录人等。电站巡检工作由专业技术人员定期进行,在巡检过程中要全面检查电站各设备的运行情况和运行现状,并测量相关参数。并仔细查看电站操作人员对日维护、月维护记录情况,对记录数据进行分析,及时指导操作人员对电站进行必要的维护工作。由电站的工作人员定期清理太阳能光伏阵列采光面上的灰尘和积雪,在少雨且风沙较大的地区,清洗时先用清水冲洗,然后用干净的柔软布将水迹擦干,保持光伏阵列采光面的清洁。

从图1可以大致了解标准单元的种类。一般来说各种门电路，触发器及各种I/O单元是一个标准单元库所必须的配置，这些配置可以满足一个纯数字电路ASIC电路的设计需要，其他宏单元（含模拟宏单元）在许多工艺线往往有作为IP形式提供，所以也可以不完全纳入标准单元库中 。

图1 单元库种类

a）标准单元

标准单元包括反相器、与门、寄存器、选择器、全加器等多种基本单元，每一个标准单元对应着多个不同尺寸(W/L)、不同驱动能力的单元电路，而且不同驱动强度电路都是基本尺寸或最小尺寸的整倍数。 单元库的多样性可以有效提髙综合工具和自动布局布线工具的效率，同时也使得设计者可以更加自由地在性能、面积、功耗和成本之间进行优化。

为了实现工具的自动布局布线，建库时即在标准单元版图设计时有许多特殊的设计规则，大致如下：

1. 所有单元都是等髙的矩形,或者髙度是基本高度的整数倍，以确保电路设计阶段不会使用其他非常规的尺寸。

2. 为保证各单元与其他单元放置时不引起 DRC错误,所有版图要用预先定义的模板进行设计，

3. 由于经典布线器采用基于网格的方法进行布线连接，这一方法可以简化布线工具的算法，减小计算机占用的内存资源。 因此所有单元的输人输出端口的位置、大小、形状都尽童满足网格间距的要求，以提高布线器的效率.

4. 电源线和地线一般位于单元的上下边界，以便于连接共享，减小芯片面积。

b) 模块单元

模块单元(block)包括各种规模的数字模块:RAM、ROM、COT、IP、电压比较器等，也包括模拟模块:运算放大器、ADC/DAC、锁相环、振荡器等。

模块单元的版图实现及其物理建库与标准单元相似。对于 RAM 或 ROM模块单元的建库，可以仿照标准单元的过程，先建立RAM或ROM基本单元，再根据比特(bit)长和字(word)长，用半自动化的方法自底向上堆砌生成版图。对于具有特殊要求的数字模块，如IP和COT 模块，则通过全定制的方法建立版图供建库使用。

c）I/O单元

芯片与印刷电路板通信的接口电路统称为 I/O 电路。它作为芯片与外界通信的接口必须具有较大的驱动能力，抵御静电放电的能力，抗噪声干扰的能力以及足够的带宽和过电保护功能。 I/O 的种类包括输入 1/0、输出 I/O、双向输人输出 I/O、供电 I/O 和接地 I/O。I/O的组成大致可分为三部分，即 PAD接口、信号缓冲电路和静电放电保护电路 ESD。