Fotovoltaisk kraftproduksjon er en teknologi som direkte konverterer lysenergi til elektrisk energi ved å utnytte den fotovoltaiske effekten av halvledergrensesnittet. Nøkkelelementet i denne teknologien er solcellen. Etter at solcellene er koblet i serie, kan de pakkes og beskyttes for å danne en solcellemodul med stort område, og deretter kombineres med strømkontrollere og andre komponenter for å danne en fotovoltaisk kraftgenereringsenhet.
1 Fotovoltaisk effekt
Hvis lys treffer en solcelle og lyset absorberes ved grensesnittlaget, kan fotoner med tilstrekkelig energi eksitere elektroner fra kovalente bindinger i både P-type og N-type silisium, noe som resulterer i elektron-hull-par. Elektronene og hullene nær grensesnittlaget vil bli separert fra hverandre av den elektriske felteffekten av romladninger før rekombinasjon. Elektroner beveger seg mot det positivt ladede N-området og hull mot det negativt ladede P-området. Ladningsseparasjon gjennom grensesnittlaget vil generere en utad målbar spenning mellom P- og N-regionene. På dette tidspunktet kan elektroder legges til begge sider av silisiumplaten og kobles til et voltmeter. For solceller i krystallinsk silisium er den typiske verdien for åpen kretsspenning 0.5 til 0.6V. Jo flere elektron-hull-par som genereres av lys på grensesnittlaget, jo større flyter strømmen. Jo mer lysenergi som absorberes av grensesnittlaget, desto større er grensesnittlaget, altså cellearealet, og desto større strøm dannes i solcellen.
2. Prinsipp
Sollys skinner på halvlederens pn-overgang for å danne et nytt hull-elektronpar. Under påvirkning av det elektriske pn-krysset strømmer hullene fra n-området til p-området, og elektronene strømmer fra p-området til n-området. Etter at kretsen er slått på, dannes en strøm. Slik fungerer solceller med fotoelektrisk effekt.
Det er to måter å generere solenergi på, den ene er lys-varme-elektrisitet konvertering, og den andre er lys-elektrisitet direkte konvertering.
(1) Lys-varme-elektrisk konverteringsmetode genererer elektrisitet ved å bruke den termiske energien generert av solstråling. Generelt konverterer solfangeren den absorberte termiske energien til dampen til arbeidsmediet, og driver deretter dampturbinen for å generere elektrisitet. Den førstnevnte prosessen er en lys-til-varme-konverteringsprosess; sistnevnte prosess er en varme-til-elektrisitet konverteringsprosess, som er det samme som vanlig termisk kraftproduksjon. Ulempen med solenergiproduksjon er at effektiviteten er svært lav og kostnadene høye. Det er anslått at investeringene er minst høyere enn for ordinær termisk kraftproduksjon. Kraftverk er 5 til 10 ganger dyrere.
(2) Lys-til-elektrisitet direkte konverteringsmetode Denne metoden bruker den fotoelektriske effekten til å direkte konvertere solstrålingsenergi til elektrisk energi. Den grunnleggende enheten for lys-til-elektrisitet konvertering er solceller. En solcelle er en enhet som direkte konverterer sollysenergi til elektrisk energi på grunn av den fotovoltaiske effekten. Det er en halvleder fotodiode. Når solen skinner på fotodioden, vil fotodioden konvertere solens lysenergi til elektrisk energi og generere elektrisitet. strøm. Når mange celler er koblet i serie eller parallelt, kan det bli en solcellegruppe med relativt stor utgangseffekt. Solceller er en lovende ny type strømkilde med tre store fordeler: varighet, renslighet og fleksibilitet. Solceller har lang levetid. Så lenge solen eksisterer kan solceller brukes lenge med én investering; og termisk kraft, kjernekraftproduksjon. Derimot forårsaker ikke solceller miljøforurensning.
3. Systemsammensetning
Det fotovoltaiske kraftgenereringssystemet består av solcellearrayer, batteripakker, lade- og utladningskontrollere, invertere, vekselstrømsdistribusjonsskap, solsporingskontrollsystemer og annet utstyr. Noen av utstyrsfunksjonene er:
batteriarray
Når det er lys (enten det er sollys eller lys generert av andre lyskilder), absorberer batteriet lysenergi, og akkumulering av motsatte signalladninger skjer i begge ender av batteriet, det vil si at en "fotogenerert spenning" genereres, som er den "solcelleeffekten". Under påvirkning av den fotovoltaiske effekten genererer de to endene av solcellen elektromotorisk kraft, som konverterer lysenergi til elektrisk energi, som er en energikonverteringsenhet. Solceller er generelt silisiumceller, som er delt inn i tre typer: monokrystallinske silisiumsolceller, polykrystallinske silisiumsolceller og amorfe silisiumsolceller.
Batteri pakke
Dens funksjon er å lagre den elektriske energien som sendes ut av solcellegruppen når den er opplyst og å levere strøm til lasten når som helst. De grunnleggende kravene til batteripakken som brukes i solcellekraftproduksjon er: a. lav selvutladningshastighet; b. lang levetid; c. sterk dyp utladningsevne; d. høy ladeeffektivitet; e. mindre vedlikehold eller vedlikeholdsfritt; f. arbeidstemperatur Bredt spekter; g. lav pris.
Kontroller
Det er en enhet som automatisk kan forhindre at batteriet overlades og overlades. Siden antall sykluser med lading og utlading og dybden av utlading av batteriet er viktige faktorer for å bestemme levetiden til batteriet, er en lade- og utladingskontroller som kan kontrollere overlading eller overutlading av batteripakken en viktig enhet.
Inverter
En enhet som konverterer likestrøm til vekselstrøm. Siden solceller og batterier er likestrømkilder,
Når lasten er en AC-last, er en omformer avgjørende. I henhold til driftsmodus kan omformere deles inn i uavhengige driftsomformere og netttilkoblede omformere. Frittstående vekselrettere brukes i frittstående solcellekraftsystemer for å drive frittstående belastninger. Netttilkoblede vekselrettere brukes til netttilkoblede solcellekraftproduksjonssystemer. Vekselretteren kan deles inn i firkantbølgeomformer og sinusbølgeomformer i henhold til utgangsbølgeformen. Firkantbølgeomformeren har en enkel krets og lav pris, men har en stor harmonisk komponent. Den brukes vanligvis i systemer under flere hundre watt og med lave harmoniske krav. Sinusbølgeomformere er dyre, men kan brukes på ulike belastninger.
4. Systemklassifisering
Det fotovoltaiske kraftproduksjonssystemet er delt inn i uavhengig solcellekraftproduksjonssystem, nettkoblet fotovoltaisk kraftproduksjonssystem og distribuert solcellekraftproduksjonssystem.
1. Uavhengig fotovoltaisk kraftproduksjon kalles også off-grid fotovoltaisk kraftproduksjon. Den består hovedsakelig av solcellekomponenter, kontrollere og batterier. For å levere strøm til AC-belastningen, må en AC-omformer konfigureres. Uavhengige fotovoltaiske kraftstasjoner inkluderer landsbystrømforsyningssystemer i avsidesliggende områder, solenergihusholdningsstrømforsyningssystemer, kommunikasjonssignalstrømforsyninger, katodisk beskyttelse, solcellegatelys og andre fotovoltaiske kraftgenereringssystemer med batterier som kan fungere uavhengig.
2. Netttilkoblet solcellekraftproduksjon innebærer at likestrømmen som genereres av solcellemoduler omdannes til vekselstrøm som oppfyller kravene til nettnettet gjennom den netttilkoblede omformeren og deretter direkte koblet til offentlig nett.
Den kan deles inn i nettkoblede kraftproduksjonssystemer med og uten batterier. Det netttilkoblede kraftgenereringssystemet med batteri kan planlegges og kan integreres i eller trekkes ut av strømnettet etter behov. Den har også funksjonen som reservestrømforsyning, som kan gi nødstrømforsyning når strømnettet av en eller annen grunn er avbrutt. Fotovoltaiske netttilkoblede kraftproduksjonssystemer med batterier er ofte installert i boligbygg; netttilkoblede kraftproduksjonssystemer uten batterier har ikke funksjonene sending og reservekraft, og er vanligvis installert på større systemer. Netttilkoblet fotovoltaisk kraftproduksjon har sentralisert storskala netttilkoblede fotovoltaiske kraftverk, som generelt er kraftverk på nasjonalt nivå. Denne typen kraftstasjoner har imidlertid ikke utviklet seg mye på grunn av store investeringer, lange byggetid og store areal. Distribuert småskala netttilkoblet solcelleanlegg, spesielt fotovoltaisk bygningsintegrert fotovoltaisk kraftproduksjon, er hovedstrømmen av nettkoblet solcellekraftproduksjon på grunn av fordelene med små investeringer, rask konstruksjon, lite fotavtrykk og sterk politisk støtte.
3. Distribuert fotovoltaisk kraftgenereringssystem, også kjent som distribuert kraftgenerering eller distribuert energiforsyning, refererer til konfigurasjonen av et mindre solcellestrømforsyningssystem på brukerstedet eller nær kraftstedet for å møte behovene til spesifikke brukere og støtte eksisterende distribusjonsnettverk økonomisk drift, eller oppfylle kravene til begge aspekter på samme tid.
4. Grunnutstyret til det distribuerte fotovoltaiske kraftgenereringssystemet inkluderer fotovoltaiske cellekomponenter, fotovoltaiske firkantede array-braketter, DC-kombinasjonsbokser, DC-strømfordelingsskap, nettkoblede omformere, AC-strømdistribusjonsskap og annet utstyr, samt strømforsyningssystem overvåkingsenheter og miljøovervåkingsenheter. Driftsmodusen er at under tilstanden av solstråling, konverterer solcellemodularrayen til det fotovoltaiske kraftgenereringssystemet utgående elektrisk energi fra solenergi, og sender den til DC-strømfordelingsskapet gjennom DC-kombinasjonsboksen og nettet -tilkoblet omformer konverterer den til AC-strømforsyning. Selve bygget belastes, og over- eller utilstrekkelig elektrisitet reguleres ved tilkobling til nettet.
5. Fordeler og ulemper
Sammenlignet med de mest brukte kraftgenereringssystemene, gjenspeiles fordelene med solcellekraftproduksjon hovedsakelig i:
Solenergi kalles den mest ideelle nye energien. ①Ingen fare for uttømming; ②Sikker og pålitelig, ingen støy, ingen forurensningsutslipp, absolutt ren (ingen forurensning); ③Det er ikke begrenset av den geografiske fordelingen av ressurser, og fordelene ved å bygge tak kan brukes; ④Ingen behov for å forbruke drivstoff og bygge overføringslinjer Lokal kraftproduksjon og strømforsyning; ⑤Høy energikvalitet; ⑥Brukere er lette å akseptere følelsesmessig; ⑦ Byggeperioden er kort, og tiden det tar å skaffe energi er kort.
mangel:
① Energifordelingstettheten til bestrålingen er liten, det vil si at den tar opp et stort område; ②Energien som oppnås er relatert til de fire årstidene, dag og natt, overskyet og solfylt og andre meteorologiske forhold. Bruk av solenergi til å generere strøm har høye utstyrskostnader, men utnyttelsesgraden av solenergi er lav, så den kan ikke brukes mye. Den brukes hovedsakelig i noen spesielle miljøer, for eksempel satellitter.
6. Bruksområder
1. Bruker solenergiforsyning: (1) Liten strømforsyning som strekker seg fra 10-100W, brukt i avsidesliggende områder uten elektrisitet som platåer, øyer, pastorale områder, grenseposter og annen militær og sivil elektrisitet, for eksempel belysning , TV, båndopptakere, etc.; (2) 3 -5KW husholdningsnettkoblet strømgenereringssystem på taket; (3) Fotovoltaisk vannpumpe: løser problemet med å drikke og vanne dype brønner i områder uten strøm.
2. Trafikkfelt som navigasjonslys, trafikk-/jernbanesignallys, trafikkvarsel-/signallys, Yuxiang-gatelys, hindringer i stor høyde, trådløse telefonkiosker for motorvei/jernbane, strømforsyning for ubetjent veiskift, etc.
3. Kommunikasjons-/kommunikasjonsfelt: ubetjent solenergi-mikrobølgereléstasjon, vedlikeholdsstasjon for optisk kabel, strømforsyningssystem for kringkasting/kommunikasjon/personsøking; landlig bæretelefon solcelleanlegg, liten kommunikasjonsmaskin, GPS-strømforsyning for soldater, etc.
4. Petroleums-, marine- og meteorologiske felt: katodisk beskyttelse solkraftsystem for oljerørledninger og reservoarporter, liv- og nødstrømforsyning for oljeboreplattformer, marint deteksjonsutstyr, meteorologisk/hydrologisk observasjonsutstyr, etc.
5. Strømforsyning til husholdningslamper: slik som hagelamper, gatelamper, bærbare lamper, campinglamper, fjellklatringslamper, fiskelamper, svartlyslamper, tappelamper, energisparende lamper, etc.
6. Fotovoltaisk kraftstasjon: 10KW-50MW uavhengig fotovoltaisk kraftstasjon, vind-sol (diesel) komplementær kraftstasjon, ulike store ladestasjoner for parkeringsanlegg, etc.
7. Solenergibygg kombinerer solenergiproduksjon med byggematerialer for å gjøre det mulig for store bygninger i fremtiden å oppnå selvforsyning med elektrisitet, som er en viktig utviklingsretning i fremtiden.
8. Andre felt inkluderer: (1) Matching med biler: solcellebiler/elektriske kjøretøy, batteriladeutstyr, bilklimaanlegg, ventilasjonsvifter, kalddrikkbokser, etc.; (2) regenerative kraftgenereringssystemer for solenergiproduksjon og brenselceller; (3) sjøvann Avsaltningsutstyr strømforsyning; (4) Satellitter, romfartøy, romsolkraftstasjoner, etc.