Fotovoltaisk kraftgenerering är en teknik som direkt omvandlar ljusenergi till elektrisk energi genom att utnyttja den fotovoltaiska effekten av halvledargränssnittet. Nyckelelementet i denna teknik är solcellen. Efter att solcellerna är seriekopplade kan de förpackas och skyddas för att bilda en solcellsmodul med stor yta, och sedan kombineras med strömkontroller och andra komponenter för att bilda en solcellsgenerator.
1 Fotovoltaisk effekt
Om ljus träffar en solcell och ljuset absorberas vid gränsskiktet, kan fotoner med tillräcklig energi excitera elektroner från kovalenta bindningar i både P-typ och N-typ kisel, vilket resulterar i elektron-hål-par. Elektronerna och hålen nära gränsskiktet kommer att separeras från varandra genom den elektriska fälteffekten av rymdladdningar före rekombination. Elektroner rör sig mot det positivt laddade N-området och hål mot det negativt laddade P-området. Laddningsseparation genom gränsskiktet kommer att generera en utåt mätbar spänning mellan P- och N-områdena. Vid denna tidpunkt kan elektroder läggas till på båda sidor av kiselskivan och kopplas till en voltmeter. För kristallina kiselsolceller är det typiska värdet för öppen kretsspänningen 0.5 till 0.6V. Ju fler elektron-hålpar som genereras av ljus på gränsskiktet, desto större strömflöde. Ju mer ljusenergi som absorberas av gränsskiktet, desto större gränsskikt, dvs cellarean, och desto större ström bildas i solcellen.
2. Princip
Solljus lyser på halvledar-pn-övergången för att bilda ett nytt hål-elektronpar. Under inverkan av det elektriska pn-övergångsfältet flyter hålen från n-området till p-området, och elektronerna strömmar från p-området till n-området. Efter att kretsen har slagits på bildas en ström. Så här fungerar solceller med fotoelektrisk effekt.
Det finns två sätt att generera solenergi, ett är ljus-värme-el-konvertering och det andra är ljus-el direkt konvertering.
(1) Ljus-värme-elektrisk konverteringsmetoden genererar elektricitet genom att använda den termiska energin som genereras av solstrålning. Generellt omvandlar solfångaren den absorberade värmeenergin till arbetsmediets ånga och driver sedan ångturbinen för att generera elektricitet. Den förstnämnda processen är en ljus-till-värme-omvandlingsprocess; den senare processen är en värme-till-el-omvandlingsprocess, vilket är samma sak som vanlig värmekraftsproduktion. Nackdelen med solvärmekraft är att effektiviteten är mycket låg och kostnaden är hög. Det uppskattas att dess investering är åtminstone högre än den för vanlig värmekraftproduktion. Kraftverk är 5 till 10 gånger dyrare.
(2) Metod för direkt omvandling av ljus till elektricitet Denna metod använder den fotoelektriska effekten för att direkt omvandla solstrålningsenergi till elektrisk energi. Den grundläggande enheten för ljus-till-el-konvertering är solceller. En solcell är en anordning som direkt omvandlar solljusenergi till elektrisk energi på grund av den fotovoltaiska effekten. Det är en halvledarfotodiod. När solen skiner på fotodioden kommer fotodioden att omvandla solens ljusenergi till elektrisk energi och generera elektricitet. nuvarande. När många celler kopplas i serie eller parallellt kan det bli en solcellsuppsättning med relativt stor uteffekt. Solceller är en lovande ny typ av kraftkälla med tre stora fördelar: beständighet, renhet och flexibilitet. Solceller har lång livslängd. Så länge solen finns kan solceller användas länge med en investering; och värmekraft, kärnkraftsproduktion. Däremot orsakar inte solceller miljöföroreningar.
3. Systemsammansättning
Det fotovoltaiska kraftgenereringssystemet består av solcellsarrayer, batteripaket, laddnings- och urladdningskontroller, växelriktare, växelströmsfördelningsskåp, solspårningskontrollsystem och annan utrustning. Några av dess utrustningsfunktioner är:
batteriuppsättning
När det finns ljus (oavsett om det är solljus eller ljus som genereras av andra belysningsämnen), absorberar batteriet ljusenergi, och ackumulering av motsatta signalladdningar sker i båda ändarna av batteriet, det vill säga en "fotogenererad spänning" genereras, som är den "solcellseffekten". Under inverkan av den fotovoltaiska effekten genererar de två ändarna av solcellen elektromotorisk kraft, som omvandlar ljusenergi till elektrisk energi, som är en energiomvandlingsanordning. Solceller är i allmänhet kiselceller, som delas in i tre typer: monokristallina kiselsolceller, polykristallina kiselsolceller och amorfa kiselsolceller.
Batteripaket
Dess funktion är att lagra den elektriska energi som avges av solcellspanelen när den är upplyst och att när som helst förse belastningen med ström. De grundläggande kraven för batteripaketet som används i solcellsenergigenerering är: a. låg självurladdningshastighet; b. lång livslängd; c. stark djupurladdningsförmåga; d. hög laddningseffektivitet; e. mindre underhåll eller underhållsfritt; f. arbetstemperatur Brett område; g. lågt pris.
Kontroller
Det är en enhet som automatiskt kan förhindra att batteriet över- och överladdning. Eftersom antalet cykler av laddning och urladdning och djupet för urladdning av batteriet är viktiga faktorer för att bestämma batteriets livslängd, är en laddnings- och urladdningskontroller som kan kontrollera överladdning eller överurladdning av batteripaketet en viktig anordning.
Inverter
En enhet som omvandlar likström till växelström. Eftersom solceller och batterier är likströmskällor,
När lasten är en AC-last är en växelriktare nödvändig. Beroende på driftläget kan växelriktare delas in i oberoende driftväxelriktare och nätanslutna växelriktare. Fristående växelriktare används i fristående solcellskraftsystem för att driva fristående belastningar. Nätanslutna växelriktare används för nätanslutna solcellskraftgenereringssystem. Växelriktaren kan delas in i fyrkantsvågsomriktare och sinusvågsomriktare enligt utsignalens vågform. Fyrkantsvågsomriktaren har en enkel krets och låg kostnad, men har en stor harmonisk komponent. Den används vanligtvis i system under flera hundra watt och med låga harmoniska krav. Sinusvågsomriktare är dyra, men kan appliceras på olika belastningar.
4. Systemklassificering
Det fotovoltaiska kraftgenereringssystemet är uppdelat i ett oberoende solcellskraftgenereringssystem, nätanslutet fotovoltaiskt kraftgenereringssystem och distribuerat solcellskraftgenereringssystem.
1. Oberoende fotovoltaisk kraftgenerering kallas också off-grid fotovoltaisk kraftgenerering. Den består huvudsakligen av solcellskomponenter, styrenheter och batterier. För att mata ström till AC-belastningen måste en AC-växelriktare konfigureras. Oberoende solcellskraftverk inkluderar byns strömförsörjningssystem i avlägsna områden, hushållens solenergiförsörjningssystem, strömförsörjning för kommunikationssignaler, katodiskt skydd, solcellsstrålkastare och andra solcellsenergisystem med batterier som kan fungera oberoende.
2. Nätansluten solcellsproduktion innebär att den likström som genereras av solcellsmoduler omvandlas till växelström som uppfyller kraven på elnätet genom den nätanslutna växelriktaren och sedan direktansluten till det allmänna nätet.
Den kan delas in i nätanslutna kraftgenereringssystem med och utan batterier. Det nätanslutna kraftgenereringssystemet med batteri är schemaläggningsbart och kan integreras i eller dras ut från elnätet efter behov. Den har också funktionen som reservströmförsörjning, som kan ge nödströmförsörjning när elnätet är avstängt av någon anledning. Solcellsnätanslutna kraftgenereringssystem med batterier installeras ofta i bostadshus; nätanslutna kraftgenereringssystem utan batterier har inte funktionerna sändbarhet och reservkraft och installeras i allmänhet på större system. Nätansluten fotovoltaisk kraftproduktion har centraliserat storskaliga nätanslutna fotovoltaiska kraftverk, som i allmänhet är kraftverk på nationell nivå. Den här typen av kraftverk har dock inte utvecklats särskilt mycket på grund av sin stora investering, långa byggtid och stora yta. Distribuerad småskalig nätansluten solcellsanläggning, särskilt solcellsintegrerad solcellsenergiproduktion, är huvudströmmen av nätansluten solcellskraftgenerering på grund av fördelarna med små investeringar, snabb konstruktion, litet fotavtryck och starkt politiskt stöd.
3. Distribuerat fotovoltaiskt kraftgenereringssystem, även känt som distribuerad energiproduktion eller distribuerad energiförsörjning, hänvisar till konfigurationen av ett mindre solcellskraftförsörjningssystem på användarplatsen eller nära kraftplatsen för att möta behoven hos specifika användare och stödja de befintliga distributionsnät ekonomisk drift, eller uppfylla kraven i båda aspekterna samtidigt.
4. Grundutrustningen för det distribuerade solcellskraftgenereringssystemet inkluderar fotovoltaiska cellkomponenter, fotovoltaiska kvadratiska arrayfästen, DC-kombinationsboxar, DC-kraftfördelningsskåp, nätanslutna växelriktare, AC-strömfördelningsskåp och annan utrustning, såväl som strömförsörjningssystem övervakningsanordningar och miljöövervakningsanordningar. Dess driftläge är att under tillstånd av solstrålning, omvandlar solcellsmodularrayen i det fotovoltaiska kraftgenereringssystemet den utgående elektriska energin från solenergi och skickar den till DC-kraftfördelningsskåpet genom DC-kombinationslådan och nätet -ansluten växelriktare omvandlar den till AC-strömförsörjning. Själva byggnaden är belastad, och överskott eller otillräcklig el regleras genom anslutning till nätet.
5. Fördelar och nackdelar
Jämfört med de vanligaste kraftgenereringssystemen, återspeglas fördelarna med solenergiproduktion huvudsakligen i:
Solenergi kallas den mest idealiska nya energin. ①Ingen risk för utarmning; ②Säker och pålitlig, inget buller, inget föroreningsutsläpp, absolut rent (ingen förorening); ③Det är inte begränsat av den geografiska fördelningen av resurser, och fördelarna med att bygga tak kan användas; ④ Inget behov av att förbruka bränsle och bygga överföringsledningar Lokal kraftgenerering och kraftförsörjning; ⑤Hög energikvalitet; ⑥Användare är lätta att acceptera känslomässigt; ⑦ Byggtiden är kort och tiden det tar att få energi är kort.
brist:
①Energifördelningstätheten för bestrålningen är liten, det vill säga den tar upp en enorm yta; ②Den energi som erhålls är relaterad till de fyra årstiderna, dag och natt, molnigt och soligt och andra meteorologiska förhållanden. Användningen av solenergi för att generera el har höga utrustningskostnader, men utnyttjandegraden av solenergi är låg, så den kan inte användas i stor utsträckning. Det används främst i vissa speciella miljöer, som satelliter.
6. Användningsområden
1. Användarens solenergiförsörjning: (1) Liten strömförsörjning från 10-100W, används i avlägsna områden utan elektricitet som platåer, öar, pastorala områden, gränsposter och annan militär och civil elektricitet, såsom belysning , TV, bandspelare, etc.; (2) 3 -5KW hushållsnätanslutna kraftgenereringssystem på taket; (3) Fotovoltaisk vattenpump: löser problemet med att dricka och bevattna djupa brunnar i områden utan elektricitet.
2. Trafikfält som navigationsljus, trafik-/järnvägssignalljus, trafikvarnings-/signalljus, Yuxiang-gatlyktor, hinderljus på hög höjd, trådlösa telefonkiosker för motorvägar/järnvägar, strömförsörjning för obevakad vägväxling, etc.
3. Kommunikations-/kommunikationsfält: obevakad mikrovågsrelästation för solenergi, underhållsstation för optisk kabel, strömförsörjningssystem för sändning/kommunikation/personsökning; lantlig bärtelefon solcellssystem, liten kommunikationsmaskin, GPS-strömförsörjning för soldater, etc.
4. Petroleum, marina och meteorologiska fält: katodiskt skydd solenergisystem för oljeledningar och reservoarportar, liv- och nödströmförsörjning för oljeborrplattformar, marin detekteringsutrustning, meteorologisk/hydrologisk observationsutrustning, etc.
5. Strömförsörjning för hushållslampor: som trädgårdslampor, gatlyktor, bärbara lampor, campinglampor, bergsklättringslampor, fiskelampor, svartljuslampor, tapplampor, energisnåla lampor etc.
6. Solcellskraftverk: 10KW-50MW oberoende solcellskraftverk, komplementkraftverk för vind-sol (diesel), olika laddningsstationer för stora parkeringsanläggningar, etc.
7. Solcellsbyggnader kombinerar solenergiproduktion med byggmaterial för att göra det möjligt för stora byggnader i framtiden att uppnå självförsörjning med el, vilket är en viktig utvecklingsriktning i framtiden.
8. Andra områden inkluderar: (1) Matchning med bilar: solenergifordon/elfordon, batteriladdningsutrustning, luftkonditioneringsapparater för bilar, ventilationsfläktar, lådor för kalla drycker, etc.; (2) regenerativa kraftgenereringssystem för solenergiproduktion och bränsleceller; (3) havsvatten Strömförsörjning för avsaltningsutrustning; (4) Satelliter, rymdfarkoster, rymdsolkraftverk etc.