Фотоволтаичното генериране на енергия е технология, която директно преобразува светлинната енергия в електрическа чрез използване на фотоволтаичния ефект на полупроводниковия интерфейс. Ключовият елемент на тази технология е слънчевата клетка. След като слънчевите клетки са свързани последователно, те могат да бъдат опаковани и защитени, за да образуват модул за слънчеви клетки с голяма площ и след това да се комбинират с контролери на мощността и други компоненти, за да образуват фотоволтаично устройство за генериране на енергия.
1 Фотоволтаичен ефект
Ако светлината удари слънчева клетка и светлината се абсорбира в интерфейсния слой, фотони с достатъчна енергия могат да възбудят електрони от ковалентни връзки както в P-тип, така и в N-тип силиций, което води до двойки електрон-дупка. Електроните и дупките в близост до интерфейсния слой ще бъдат разделени един от друг чрез ефекта на електрическото поле на пространствените заряди преди рекомбинация. Електроните се движат към положително заредената N област, а дупките към отрицателно заредената P област. Разделянето на заряда през интерфейсния слой ще генерира външно измеримо напрежение между P и N регионите. По това време към двете страни на силиконовата пластина могат да се добавят електроди и да се свържат към волтметър. За слънчеви клетки от кристален силиций типичната стойност на напрежението на отворена верига е 0.5 до 0.6V. Колкото повече двойки електрон-дупка се генерират от светлина върху интерфейсния слой, толкова по-голям е потокът на тока. Колкото повече светлинна енергия се абсорбира от интерфейсния слой, толкова по-голям е интерфейсният слой, т.е. площта на клетката, и толкова по-голям е токът, образуван в слънчевата клетка.
2. Принцип
Слънчевата светлина свети върху полупроводниковия pn преход, за да образува нова двойка дупка-електрон. Под действието на електрическото поле на pn прехода дупките преминават от областта n към областта p, а електроните преминават от областта p към областта n. След включване на веригата се образува ток. Ето как работят слънчевите клетки с фотоелектричен ефект.
Има два начина за генериране на слънчева енергия, единият е преобразуване на светлина-топлина-електричество, а другият е директно преобразуване на светлина-електричество.
(1) Методът на преобразуване на светлина-топлина-електричество генерира електричество чрез използване на топлинната енергия, генерирана от слънчевата радиация. Обикновено слънчевият колектор преобразува абсорбираната топлинна енергия в пара на работната среда и след това задвижва парната турбина за генериране на електричество. Първият процес е процес на преобразуване на светлина в топлина; последният процес е процес на преобразуване на топлина в електричество, който е същият като обикновеното производство на топлинна енергия. Недостатъкът на слънчевото топлинно производство на енергия е, че ефективността е много ниска и цената е висока. Смята се, че неговата инвестиция е най-малкото по-висока от тази за обикновено производство на топлинна енергия. Електроцентралите са от 5 до 10 пъти по-скъпи.
(2) Метод на директно преобразуване на светлина в електричество Този метод използва фотоелектричния ефект за директно преобразуване на енергията на слънчевата радиация в електрическа енергия. Основното устройство за преобразуване на светлина в електричество са слънчевите клетки. Соларната клетка е устройство, което директно преобразува енергията на слънчевата светлина в електрическа енергия поради фотоволтаичния ефект. Това е полупроводников фотодиод. Когато слънцето огрее фотодиода, фотодиодът ще преобразува светлинната енергия на слънцето в електрическа енергия и ще генерира електричество. текущ. Когато много клетки са свързани последователно или паралелно, това може да се превърне в масив от слънчеви клетки с относително голяма изходна мощност. Слънчевите клетки са обещаващ нов тип източник на енергия с три основни предимства: постоянство, чистота и гъвкавост. Слънчевите клетки имат дълъг експлоатационен живот. Докато слънцето съществува, слънчевите клетки могат да се използват дълго време с една инвестиция; и топлинна енергия, производство на ядрена енергия. За разлика от тях, слънчевите клетки не причиняват замърсяване на околната среда.
3. Състав на системата
Фотоволтаичната система за генериране на електроенергия се състои от масиви от слънчеви клетки, пакети батерии, контролери за зареждане и разреждане, инвертори, разпределителни шкафове за променлив ток, системи за контрол на слънцето и друго оборудване. Някои от функциите на оборудването му са:
масив от батерии
Когато има светлина (независимо дали е слънчева светлина или светлина, генерирана от други осветителни тела), батерията абсорбира светлинна енергия и натрупването на заряди с противоположни сигнали възниква в двата края на батерията, тоест генерира се „фотогенерирано напрежение“, което е "фотоволтаичният ефект". Под действието на фотоволтаичния ефект двата края на слънчевата клетка генерират електродвижеща сила, която преобразува светлинната енергия в електрическа енергия, което е устройство за преобразуване на енергия. Слънчевите клетки обикновено са силициеви клетки, които се разделят на три вида: монокристални силициеви слънчеви клетки, поликристални силициеви слънчеви клетки и аморфни силициеви слънчеви клетки.
Батерия
Неговата функция е да съхранява електрическата енергия, излъчвана от масива от слънчеви клетки, когато е осветена, и да захранва товара по всяко време. Основните изисквания за батерията, използвана при генериране на енергия от слънчеви клетки, са: a. ниска скорост на саморазреждане; b. дълъг експлоатационен живот; ° С. способност за силно дълбоко разреждане; д. висока ефективност на зареждане; д. по-малко поддръжка или без поддръжка; f. работна температура Широк диапазон; ж. ниска цена.
Контролер
Това е устройство, което може автоматично да предотврати презареждане и прекомерно разреждане на батерията. Тъй като броят на циклите на зареждане и разреждане и дълбочината на разреждане на батерията са важни фактори при определяне на експлоатационния живот на батерията, контролерът за зареждане и разреждане, който може да контролира презареждането или преразреждането на батерията, е основно устройство.
Инвертор
Устройство, което преобразува постоянен ток в променлив ток. Тъй като слънчевите клетки и батериите са източници на постоянен ток,
Когато товарът е AC товар, инверторът е от съществено значение. Според режима на работа инверторите могат да бъдат разделени на инвертори с независима работа и инвертори, свързани към мрежата. Самостоятелните инвертори се използват в самостоятелни системи за захранване със слънчеви клетки за захранване на самостоятелни товари. Свързаните към мрежата инвертори се използват за свързани към мрежата системи за генериране на енергия от слънчеви клетки. Инверторът може да бъде разделен на инвертор с квадратна вълна и инвертор със синусоида според формата на изходната вълна. Инверторът с правоъгълна вълна има проста схема и ниска цена, но има голям хармоничен компонент. Обикновено се използва в системи под няколкостотин вата и с ниски хармонични изисквания. Инверторите със синусоида са скъпи, но могат да се прилагат за различни товари.
4. Класификация на системата
Фотоволтаичната система за производство на електроенергия е разделена на независима фотоволтаична система за производство на електроенергия, свързана към мрежата фотоволтаична система за производство на електроенергия и разпределена фотоволтаична система за производство на електроенергия.
1. Независимото фотоволтаично производство на електроенергия се нарича още фотоволтаично производство на електроенергия извън мрежата. Състои се главно от компоненти на слънчеви клетки, контролери и батерии. За захранване на AC товара трябва да бъде конфигуриран AC инвертор. Независимите фотоволтаични електроцентрали включват селски електрозахранващи системи в отдалечени райони, слънчеви системи за електрозахранване на домакинствата, захранващи комуникационни сигнали, катодна защита, слънчеви улични светлини и други фотоволтаични системи за генериране на електроенергия с батерии, които могат да работят независимо.
2. Свързано в мрежата фотоволтаично производство на електроенергия означава, че постоянният ток, генериран от соларните модули, се преобразува в променлив ток, който отговаря на изискванията на електрическата мрежа чрез свързания в мрежата инвертор и след това се свързва директно към обществената мрежа.
Тя може да бъде разделена на свързани към мрежата системи за производство на електроенергия със и без батерии. Свързаната към мрежата система за производство на електроенергия с батерия може да се планира и може да бъде интегрирана или изтеглена от електрическата мрежа според нуждите. Той също така има функцията на резервно захранване, което може да осигури аварийно захранване, когато електрическата мрежа е прекъсната по някаква причина. Фотоволтаични системи за производство на електроенергия с батерии, свързани с мрежата, често се инсталират в жилищни сгради; свързаните с мрежата системи за производство на електроенергия без батерии нямат функциите за диспечиране и резервно захранване и обикновено се инсталират на по-големи системи. Свързаното към мрежата фотоволтаично производство на електроенергия има централизирани широкомащабни свързани към мрежата фотоволтаични електроцентрали, които обикновено са електроцентрали на национално ниво. Въпреки това, този вид електроцентрала не се разви много поради голямата си инвестиция, дългия период на строителство и голямата площ. Разпределените малки фотоволтаици, свързани с мрежата, особено фотоволтаичното производство на фотоволтаична енергия, интегрирано в сгради, са основният поток на свързаното с мрежата фотоволтаично производство на електроенергия поради предимствата на малки инвестиции, бърза конструкция, малък отпечатък и силна политическа подкрепа.
3. Разпределената фотоволтаична система за генериране на електроенергия, известна още като разпределено производство на електроенергия или разпределено енергоснабдяване, се отнася до конфигурацията на по-малка фотоволтаична система за електрозахранване на мястото на потребителя или близо до обекта за захранване, за да отговори на нуждите на конкретни потребители и да поддържа съществуващото икономическо функциониране на разпределителната мрежа или отговаря на изискванията на двата аспекта едновременно.
4. Основното оборудване на разпределената фотоволтаична система за генериране на електроенергия включва фотоволтаични клетъчни компоненти, фотоволтаични квадратни решетки, кутии за комбиниране на постоянен ток, разпределителни шкафове за постоянен ток, свързани към мрежата инвертори, шкафове за разпределение на променлив ток и друго оборудване, както и система за захранване устройства за наблюдение и устройство за наблюдение на околната среда. Неговият режим на работа е, че при условие на слънчева радиация масивът от модули на слънчеви клетки на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия преобразува изходната електрическа енергия от слънчева енергия и я изпраща към шкафа за разпределение на постоянен ток през кутията на DC комбинатора и мрежата -свързаният инвертор го преобразува в AC захранване. Самата сграда се натоварва, а излишната или недостатъчната електроенергия се регулира чрез свързване към мрежата.
5. Предимства и недостатъци
В сравнение с често използваните системи за производство на електроенергия, предимствата на слънчевото фотоволтаично производство на енергия се отразяват главно в:
Слънчевата енергия се нарича най-идеалната нова енергия. ①Без опасност от изчерпване; ②Безопасен и надежден, без шум, без изхвърляне на замърсяване, абсолютно чист (без замърсяване); ③Не е ограничено от географското разпределение на ресурсите и могат да се използват предимствата на изграждането на покриви; ④Не е необходимо да се консумира гориво и да се издигат преносни линии. Местно производство на електроенергия и захранване; ⑤Високо енергийно качество; ⑥Потребителите лесно се приемат емоционално; ⑦Срокът за изграждане е кратък и времето, необходимо за получаване на енергия, е кратко.
недостатък:
①Плътността на разпределение на енергията на облъчването е малка, т.е. заема огромна площ; ②Получената енергия е свързана с четирите сезона, ден и нощ, облачно и слънчево и други метеорологични условия. Използването на слънчева енергия за генериране на електричество има високи разходи за оборудване, но степента на използване на слънчевата енергия е ниска, така че не може да се използва широко. Използва се главно в някои специални среди, като сателити.
6. Области на приложение
1. Потребителско слънчево захранване: (1) Малко захранване, вариращо от 10-100 W, използвано в отдалечени райони без електричество, като плата, острови, пастирски райони, гранични пунктове и друго електричество за военни и граждански цели, като осветление , телевизори, магнетофони и др.; (2) 3 -5KW домакинска покривна система за производство на електроенергия, свързана към мрежата; (3) Фотоволтаична водна помпа: решава проблема с питейните и напоителни дълбоки кладенци в райони без електричество.
2. Полета за трафик като навигационни светлини, светлини за трафик/железопътен сигнал, светлини за предупреждение/сигнал за трафик, улични светлини Yuxiang, светлини за препятствия на голяма надморска височина, безжични телефонни кабини за магистрали/железопътни линии, електрозахранване за смяна на пътя без надзор и др.
3. Комуникационна/комуникационна област: слънчева необслужвана микровълнова релейна станция, станция за поддръжка на оптичен кабел, система за захранване за излъчване/комуникация/пейджинг; селска телефонна фотоволтаична система, малка комуникационна машина, GPS захранване за войници и др.
4. Петролни, морски и метеорологични области: слънчева енергийна система с катодна защита за нефтопроводи и резервоарни порти, жизнено и аварийно захранване за петролни сондажни платформи, оборудване за морско откриване, оборудване за метеорологично/хидрологично наблюдение и др.
5. Захранване за домашни лампи: като градински лампи, улични лампи, преносими лампи, лампи за къмпинг, лампи за планинарство, лампи за риболов, лампи за черна светлина, лампи за подслушване, енергоспестяващи лампи и др.
6. Фотоволтаична електроцентрала: 10KW-50MW независима фотоволтаична електроцентрала, вятърно-слънчева (дизелова) допълнителна електроцентрала, различни големи зарядни станции за паркинги и др.
7. Слънчевите сгради комбинират производството на слънчева енергия със строителни материали, за да позволят на големите сгради в бъдеще да постигнат самодостатъчност с електричество, което е основна посока на развитие в бъдеще.
8. Други области включват: (1) Съвпадение с автомобили: соларни превозни средства/електрически превозни средства, оборудване за зареждане на батерии, автомобилни климатици, вентилационни вентилатори, кутии за студени напитки и др.; (2) регенеративни системи за производство на електроенергия за слънчево производство на водород и горивни клетки; (3) захранване на оборудване за обезсоляване на морска вода; (4) Сателити, космически кораби, космически слънчеви електроцентрали и др.