Wytwarzanie energii fotowoltaicznej to technologia, która bezpośrednio przekształca energię świetlną w energię elektryczną, wykorzystując efekt fotowoltaiczny interfejsu półprzewodnikowego. Kluczowym elementem tej technologii jest ogniwo słoneczne. Po połączeniu ogniw słonecznych w szereg można je zapakować i zabezpieczyć w celu utworzenia modułu ogniw słonecznych o dużej powierzchni, a następnie połączyć ze sterownikami mocy i innymi komponentami w celu utworzenia urządzenia do wytwarzania energii fotowoltaicznej.
1 efekt fotowoltaiczny
Jeśli światło pada na ogniwo słoneczne i jest absorbowane przez warstwę pośrednią, fotony o wystarczającej energii mogą wzbudzać elektrony z wiązań kowalencyjnych zarówno w krzemie typu P, jak i typu N, w wyniku czego powstają pary elektron-dziura. Elektrony i dziury w pobliżu warstwy pośredniej zostaną oddzielone od siebie efektem pola elektrycznego ładunków kosmicznych przed rekombinacją. Elektrony poruszają się w kierunku dodatnio naładowanego obszaru N, a dziury w kierunku ujemnie naładowanego obszaru P. Oddzielenie ładunku przez warstwę pośrednią wygeneruje mierzalne zewnętrznie napięcie między obszarami P i N. W tym czasie elektrody można dodać po obu stronach płytki krzemowej i podłączyć do woltomierza. W przypadku ogniw słonecznych z krzemu krystalicznego typowa wartość napięcia w obwodzie otwartym wynosi od 0,5 do 0,6 V. Im więcej par elektron-dziura generowanych przez światło na warstwie pośredniej, tym większy przepływ prądu. Im więcej energii świetlnej zaabsorbowanej przez warstwę pośrednią, tym większa warstwa pośrednia, czyli powierzchnia ogniwa i tym większy prąd wytwarzany w ogniwie słonecznym.
2. Zasada
Światło słoneczne pada na półprzewodnikowe złącze pn, tworząc nową parę dziura-elektron. Pod działaniem pola elektrycznego złącza pn dziury przepływają z obszaru n do obszaru p, a elektrony płyną z obszaru p do obszaru n. Po włączeniu obwodu powstaje prąd. Tak działają ogniwa słoneczne z efektem fotoelektrycznym.
Istnieją dwa sposoby wytwarzania energii słonecznej, jeden to konwersja światło-ciepło-energia elektryczna, a drugi to bezpośrednia konwersja światła-energia elektryczna.
(1) Metoda konwersji światło-ciepło-elektryka wytwarza energię elektryczną przy użyciu energii cieplnej wytwarzanej przez promieniowanie słoneczne. Generalnie kolektor słoneczny zamienia pochłoniętą energię cieplną na parę czynnika roboczego, a następnie napędza turbinę parową w celu wytworzenia energii elektrycznej. Pierwszy proces to proces konwersji światła na ciepło; ten ostatni proces jest procesem konwersji ciepła na energię elektryczną, który jest taki sam jak zwykłe wytwarzanie energii cieplnej. Wadą wytwarzania słonecznej energii cieplnej jest to, że sprawność jest bardzo niska, a koszt wysoki. Szacuje się, że jego inwestycja jest co najmniej wyższa niż zwykła produkcja energii cieplnej. Elektrownie są od 5 do 10 razy droższe.
(2) Metoda bezpośredniej konwersji światła na energię elektryczną Metoda ta wykorzystuje efekt fotoelektryczny do bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Podstawowym urządzeniem do konwersji światła na energię elektryczną są ogniwa słoneczne. Ogniwo słoneczne to urządzenie, które bezpośrednio zamienia energię słoneczną na energię elektryczną dzięki efektowi fotowoltaicznemu. Jest to fotodioda półprzewodnikowa. Kiedy słońce świeci na fotodiodę, fotodioda zamieni energię światła słonecznego na energię elektryczną i wygeneruje energię elektryczną. obecny. Gdy wiele ogniw jest połączonych szeregowo lub równolegle, może stać się układem ogniw słonecznych o stosunkowo dużej mocy wyjściowej. Ogniwa słoneczne to obiecujący nowy rodzaj źródła zasilania o trzech głównych zaletach: trwałości, czystości i elastyczności. Ogniwa słoneczne mają długą żywotność. Dopóki istnieje słońce, ogniwa słoneczne mogą być używane przez długi czas przy jednej inwestycji; oraz energia cieplna, energetyka jądrowa. Natomiast ogniwa słoneczne nie powodują zanieczyszczenia środowiska.
3. Skład systemu
System wytwarzania energii fotowoltaicznej składa się z tablic ogniw słonecznych, akumulatorów, kontrolerów ładowania i rozładowania, falowników, szaf rozdzielczych prądu przemiennego, systemów kontroli śledzenia słońca i innych urządzeń. Niektóre z jego funkcji wyposażenia to:
tablica baterii
Gdy jest światło (czy to światło słoneczne, czy światło generowane przez inne źródła światła), akumulator pochłania energię świetlną, a na obu końcach akumulatora dochodzi do kumulacji ładunków o przeciwnych sygnałach, to znaczy generowane jest „napięcie fotogenerowane”, czyli „efekt fotowoltaiczny”. Pod wpływem efektu fotowoltaicznego dwa końce ogniwa słonecznego wytwarzają siłę elektromotoryczną, która przekształca energię świetlną w energię elektryczną, która jest urządzeniem do konwersji energii. Ogniwa słoneczne to ogólnie ogniwa krzemowe, które dzielą się na trzy typy: ogniwa słoneczne z monokrystalicznego krzemu, ogniwa słoneczne z krzemu polikrystalicznego i ogniwa słoneczne z krzemu amorficznego.
Paczka baterii
Jego funkcją jest magazynowanie energii elektrycznej emitowanej przez panel ogniw słonecznych, gdy jest on oświetlony i dostarczanie energii do obciążenia w dowolnym momencie. Podstawowe wymagania dla zestawu akumulatorów wykorzystywanego w produkcji energii z ogniw słonecznych to: niski wskaźnik samorozładowania; b. długa żywotność; c. silna zdolność głębokiego rozładowania; d. wysoka wydajność ładowania; mi. mniej konserwacji lub bezobsługowość; f. temperatura pracy Szeroki zakres; g. niska cena.
Kontroler
Jest to urządzenie, które może automatycznie zapobiegać przeładowaniu i nadmiernemu rozładowaniu baterii. Ponieważ liczba cykli ładowania i rozładowania oraz głębokość rozładowania akumulatora są ważnymi czynnikami określającymi żywotność akumulatora, niezbędnym urządzeniem jest kontroler ładowania i rozładowania, który może kontrolować przeładowanie lub nadmierne rozładowanie akumulatora.
Falownik
Urządzenie, które zamienia prąd stały na prąd przemienny. Ponieważ ogniwa słoneczne i baterie są źródłami prądu stałego,
Gdy obciążenie jest obciążeniem AC, niezbędny jest falownik. W zależności od trybu pracy inwertery można podzielić na inwertery pracujące niezależnie i inwertery podłączone do sieci. Samodzielne falowniki są stosowane w samodzielnych systemach zasilania ogniw słonecznych do zasilania niezależnych odbiorników. Falowniki podłączone do sieci są używane w systemach wytwarzania energii z ogniw słonecznych podłączonych do sieci. Falownik można podzielić na falownik prostokątny i falownik sinusoidalny zgodnie z kształtem fali wyjściowej. Falownik prostokątny ma prosty obwód i niski koszt, ale ma dużą składową harmoniczną. Jest powszechnie stosowany w systemach o mocy poniżej kilkuset watów io niskich wymaganiach dotyczących harmonicznych. Falowniki sinusoidalne są drogie, ale mogą być stosowane do różnych obciążeń.
4. Klasyfikacja systemu
System wytwarzania energii fotowoltaicznej jest podzielony na niezależny system wytwarzania energii fotowoltaicznej, system wytwarzania energii fotowoltaicznej podłączony do sieci i rozproszony system wytwarzania energii fotowoltaicznej.
1. Niezależne wytwarzanie energii fotowoltaicznej jest również nazywane wytwarzaniem energii fotowoltaicznej poza siecią. Składa się głównie z komponentów ogniw słonecznych, sterowników i baterii. Aby zasilać obciążenie AC, należy skonfigurować falownik AC. Niezależne elektrownie fotowoltaiczne obejmują wiejskie systemy zasilania na odległych obszarach, domowe systemy zasilania energią słoneczną, zasilacze sygnału komunikacyjnego, ochronę katodową, słoneczne latarnie uliczne i inne fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii z bateriami, które mogą działać niezależnie.
2. Wytwarzanie energii fotowoltaicznej podłączonej do sieci oznacza, że prąd stały generowany przez moduły fotowoltaiczne jest przekształcany w prąd przemienny spełniający wymagania sieci zasilającej za pośrednictwem falownika podłączonego do sieci, a następnie bezpośrednio podłączony do sieci publicznej.
Można go podzielić na systemy wytwarzania energii podłączone do sieci z bateriami i bez baterii. System wytwarzania energii podłączony do sieci z baterią można planować i można go zintegrować z siecią energetyczną lub wycofać z niej w zależności od potrzeb. Posiada również funkcję zasilania awaryjnego, które może zapewnić zasilanie awaryjne, gdy z jakiegoś powodu sieć energetyczna zostanie odcięta. Systemy wytwarzania energii podłączone do sieci fotowoltaicznej z bateriami są często instalowane w budynkach mieszkalnych; systemy wytwarzania energii podłączone do sieci bez baterii nie pełnią funkcji dyspozycyjności i zasilania awaryjnego i są na ogół instalowane w większych systemach. Wytwarzanie energii fotowoltaicznej podłączonej do sieci doprowadziło do scentralizowania dużych elektrowni fotowoltaicznych podłączonych do sieci, które na ogół są elektrowniami na poziomie krajowym. Jednak tego typu elektrownia nie rozwinęła się zbytnio ze względu na duże inwestycje, długi okres budowy i dużą powierzchnię. Rozproszona fotowoltaika podłączana do sieci na małą skalę, zwłaszcza fotowoltaiczna wytwarzanie energii fotowoltaicznej zintegrowane z budynkiem, jest głównym nurtem wytwarzania energii fotowoltaicznej podłączonej do sieci ze względu na zalety małych inwestycji, szybkiej budowy, niewielkich rozmiarów i silnego wsparcia politycznego.
3. Rozproszony fotowoltaiczny system wytwarzania energii, znany również jako rozproszone wytwarzanie energii lub rozproszone dostarczanie energii, odnosi się do konfiguracji mniejszego systemu zasilania fotowoltaicznego w miejscu użytkownika lub w pobliżu miejsca zasilania w celu zaspokojenia potrzeb określonych użytkowników i wsparcia istniejących ekonomiczną eksploatację sieci dystrybucyjnej lub spełnianie wymagań obu aspektów jednocześnie.
4. Podstawowe wyposażenie rozproszonego systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej obejmuje elementy ogniw fotowoltaicznych, kwadratowe wsporniki fotowoltaiczne, skrzynki rozdzielcze DC, szafy rozdzielcze prądu stałego, falowniki podłączone do sieci, szafy rozdzielcze prądu przemiennego i inne urządzenia, a także system zasilania urządzenia monitorujące i Urządzenie monitorujące środowisko. Jego tryb działania polega na tym, że w warunkach promieniowania słonecznego układ modułów ogniw słonecznych systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej przekształca wyjściową energię elektryczną z energii słonecznej i przesyła ją do szafy rozdzielczej prądu stałego przez skrzynkę łączenia prądu stałego i sieć - podłączony falownik zamienia go na zasilacz prądu przemiennego. Sam budynek jest obciążony, a nadmiar lub niewystarczającą energię elektryczną reguluje się poprzez podłączenie do sieci.
5. Zalety i wady
W porównaniu z powszechnie stosowanymi systemami wytwarzania energii, zalety wytwarzania energii z fotowoltaiki słonecznej odzwierciedlają się głównie w:
Energia słoneczna nazywana jest najbardziej idealną nową energią. ①Brak niebezpieczeństwa wyczerpania; ②Bezpieczny i niezawodny, bez hałasu, bez emisji zanieczyszczeń, absolutnie czysty (bez zanieczyszczeń); ③Nie jest ograniczony geograficznym rozmieszczeniem zasobów, a zalety dachów budowlanych można wykorzystać; ④Brak konieczności zużywania paliwa i budowy linii przesyłowych Lokalne wytwarzanie i dostarczanie energii elektrycznej; ⑤Wysoka jakość energii; ⑥Użytkownicy łatwo zaakceptować emocjonalnie; ⑦Czas budowy jest krótki, a czas potrzebny na pozyskanie energii jest krótki.
niedociągnięcie:
①Gęstość dystrybucji energii promieniowania jest mała, to znaczy zajmuje ogromny obszar; ②Uzyskiwana energia jest związana z czterema porami roku, dniem i nocą, zachmurzeniem i słońcem oraz innymi warunkami meteorologicznymi. Wykorzystanie energii słonecznej do wytwarzania energii elektrycznej wiąże się z wysokimi kosztami sprzętu, ale stopień wykorzystania energii słonecznej jest niski, więc nie może być szeroko stosowany. Jest używany głównie w niektórych specjalnych środowiskach, takich jak satelity.
6. Obszary zastosowań
1. Zasilanie energią słoneczną użytkownika: (1) Mały zasilacz o mocy od 10-100W, używany na odległych obszarach pozbawionych elektryczności, takich jak płaskowyże, wyspy, obszary pasterskie, posterunki graniczne oraz inna energia elektryczna wykorzystywana w wojsku i cywilu, taka jak oświetlenie , telewizory, magnetofony itp.; (2) 3 -5KW przydomowy dachowy system wytwarzania energii elektrycznej podłączony do sieci; (3) Fotowoltaiczna pompa wodna: rozwiązuje problem picia i nawadniania studni głębinowych na obszarach bez prądu.
2. Pola ruchu, takie jak światła nawigacyjne, światła sygnalizacyjne drogowe/kolejowe, światła ostrzegawcze/sygnalizacyjne, światła uliczne Yuxiang, światła przeszkodowe na dużej wysokości, bezprzewodowe budki telefoniczne na autostradach/kolejach, zasilanie bezobsługowej zmiany biegów itp.
3. Pole komunikacji / komunikacji: solarna bezobsługowa stacja przekaźnikowa mikrofalowa, stacja konserwacji kabli optycznych, system zasilania nadawania / komunikacji / przywołania; telefoniczny system fotowoltaiczny przewoźnika wiejskiego, mała maszyna komunikacyjna, zasilanie GPS dla żołnierzy itp.
4. Pola naftowe, morskie i meteorologiczne: katodowy system zasilania energią słoneczną rurociągów naftowych i bram zbiorników, zasilanie awaryjne i ratunkowe platform wiertniczych, morskie urządzenia do wykrywania, meteorologiczne/hydrologiczne urządzenia obserwacyjne itp.
5. Zasilanie lamp domowych: takich jak lampy ogrodowe, uliczne, przenośne, kempingowe, alpinistyczne, wędkarskie, czarne, podtynkowe, energooszczędne itp.
6. Elektrownia fotowoltaiczna: niezależna elektrownia fotowoltaiczna 10KW-50MW, uzupełniająca elektrownia wiatrowo-słoneczna (diesel), różne stacje ładowania dużych parkingów itp.
7. Budynki solarne łączą wytwarzanie energii słonecznej z materiałami budowlanymi, aby umożliwić dużym budynkom w przyszłości osiągnięcie samowystarczalności energetycznej, co jest głównym kierunkiem rozwoju w przyszłości.
8. Inne dziedziny obejmują: (1) Dopasowanie do samochodów: pojazdy solarne/pojazdy elektryczne, sprzęt do ładowania akumulatorów, klimatyzatory samochodowe, wentylatory, pudełka na zimne napoje itp.; (2) systemy regeneracyjnego wytwarzania energii do produkcji wodoru słonecznego i ogniw paliwowych; (3) zasilanie urządzeń do odsalania wody morskiej; (4) Satelity, statki kosmiczne, kosmiczne elektrownie słoneczne itp.