Fotonaponska proizvodnja energije je tehnologija koja izravno pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju koristeći fotonaponski učinak poluvodičkog sučelja. Ključni element ove tehnologije je solarna ćelija. Nakon što se solarne ćelije povežu u seriju, mogu se pakirati i zaštititi u modul solarne ćelije velike površine, a zatim kombinirati s regulatorima snage i drugim komponentama u fotonaponski uređaj za proizvodnju energije.
1 Fotonaponski učinak
Ako svjetlost pogodi solarnu ćeliju i svjetlost se apsorbira na sloju sučelja, fotoni s dovoljnom energijom mogu pobuditi elektrone iz kovalentnih veza u siliciju P-tipa i N-tipa, što rezultira parovima elektron-rupa. Elektroni i rupe u blizini sloja sučelja bit će odvojeni jedni od drugih učinkom električnog polja prostornih naboja prije rekombinacije. Elektroni se kreću prema pozitivno nabijenom N području, a šupljine prema negativno nabijenom P području. Razdvajanje naboja kroz međusloj će generirati vanjski mjerljivi napon između P i N područja. U ovom trenutku, elektrode se mogu dodati na obje strane silicijske pločice i spojiti na voltmetar. Za solarne ćelije od kristalnog silicija, tipična vrijednost napona otvorenog kruga je 0.5 do 0.6V. Što je više parova elektron-šupljina generirano svjetlom na međusloju, to je veći protok struje. Što više svjetlosne energije apsorbira površinski sloj, veći je međusloj, tj. površina ćelije, i veća je struja koja se stvara u solarnoj ćeliji.
2. Načelo
Sunčeva svjetlost obasjava pn spoj poluvodiča i formira novi par rupa-elektron. Pod djelovanjem električnog polja pn spoja, šupljine teku iz n područja u p područje, a elektroni teku iz p područja u n područje. Nakon što se krug uključi, stvara se struja. Ovako rade solarne ćelije s fotoelektričnim učinkom.
Postoje dva načina proizvodnje solarne energije, jedan je pretvorba svjetlost-toplina-električna energija, a drugi izravna pretvorba svjetlost-električna energija.
(1) Metoda pretvorbe svjetlost-toplina-elektrika proizvodi električnu energiju korištenjem toplinske energije koju stvara sunčevo zračenje. Općenito, solarni kolektor pretvara apsorbiranu toplinsku energiju u paru radnog medija, a zatim pokreće parnu turbinu za proizvodnju električne energije. Prvi proces je proces pretvorbe svjetlosti u toplinu; potonji proces je proces pretvorbe topline u električnu energiju, što je isto kao i obična proizvodnja toplinske energije. Nedostatak solarne toplinske energije je vrlo niska učinkovitost i visoka cijena. Procjenjuje se da je njegova investicija barem veća od one u običnu termoelektranu. Elektrane su 5 do 10 puta skuplje.
(2) Metoda izravne pretvorbe svjetlosti u električnu energiju Ova metoda koristi fotoelektrični učinak za izravnu pretvorbu energije sunčevog zračenja u električnu energiju. Osnovni uređaj za pretvorbu svjetlosti u električnu energiju su solarne ćelije. Solarna ćelija je uređaj koji izravno pretvara energiju sunčeve svjetlosti u električnu energiju zahvaljujući fotonaponskom efektu. To je poluvodička fotodioda. Kada sunce obasja fotodiodu, fotodioda će pretvoriti sunčevu svjetlosnu energiju u električnu energiju i proizvesti električnu energiju. Trenutno. Kada se mnogo ćelija spoji u seriju ili paralelno, to može postati niz solarnih ćelija s relativno velikom izlaznom snagom. Solarne ćelije obećavajuća su nova vrsta izvora energije s tri glavne prednosti: trajnost, čistoća i fleksibilnost. Solarne ćelije imaju dug vijek trajanja. Sve dok postoji sunce, solarne ćelije mogu se dugo koristiti uz jedno ulaganje; i toplinska energija, proizvodnja nuklearne energije. Nasuprot tome, solarne ćelije ne zagađuju okoliš.
3. Sastav sustava
Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije sastoji se od nizova solarnih ćelija, paketa baterija, kontrolera punjenja i pražnjenja, pretvarača, ormara za distribuciju izmjenične struje, sustava za kontrolu praćenja sunca i druge opreme. Neke od njegovih funkcija opreme su:
niz baterija
Kada postoji svjetlost (bilo da je riječ o sunčevoj svjetlosti ili svjetlosti koju generiraju druga rasvjetna tijela), baterija apsorbira svjetlosnu energiju, a na oba kraja baterije dolazi do akumulacije naboja suprotnog signala, odnosno stvara se "fotogenerirani napon" što je "fotonaponski efekt". Pod djelovanjem fotonaponskog efekta, dva kraja solarne ćelije stvaraju elektromotornu silu, koja pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju, što je uređaj za pretvorbu energije. Solarne ćelije općenito su silicijske ćelije, koje se dijele na tri vrste: monokristalne silicijeve solarne ćelije, polikristalne silicijeve solarne ćelije i amorfne silicijeve solarne ćelije.
Pakovanje baterija
Njegova funkcija je pohraniti električnu energiju koju emitira niz solarnih ćelija kada je osvijetljen i opskrbiti strujom opterećenje u bilo kojem trenutku. Osnovni zahtjevi za bateriju koja se koristi u proizvodnji energije solarnih ćelija su: a. niska stopa samopražnjenja; b. dug radni vijek; c. jaka sposobnost dubokog pražnjenja; d. visoka učinkovitost punjenja; e. manje održavanja ili bez održavanja; f. radna temperatura Širok raspon; g. niska cijena.
Kontrolor
To je uređaj koji može automatski spriječiti prekomjerno punjenje i pražnjenje baterije. Budući da su broj ciklusa punjenja i pražnjenja i dubina pražnjenja baterije važni čimbenici u određivanju vijeka trajanja baterije, regulator punjenja i pražnjenja koji može kontrolirati prekomjerno punjenje ili prekomjerno pražnjenje baterije je bitan uređaj.
Inverter
Uređaj koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu. Budući da su solarne ćelije i baterije izvori istosmjerne struje,
Kada je opterećenje AC opterećenje, pretvarač je bitan. Prema načinu rada pretvarači se mogu podijeliti na pretvarače neovisnog rada i mrežno spojene pretvarače. Samostalni pretvarači koriste se u samostalnim sustavima napajanja solarnih ćelija za napajanje samostalnih potrošača. Inverteri spojeni na mrežu koriste se za sustave za proizvodnju energije solarnih ćelija povezanih na mrežu. Inverter se može podijeliti na pretvarač pravokutnog vala i pretvarač sinusnog vala prema obliku izlaznog vala. Izmjenjivač pravokutnog vala ima jednostavan strujni krug i nisku cijenu, ali ima veliku harmonijsku komponentu. Općenito se koristi u sustavima ispod nekoliko stotina vata i s niskim harmoničkim zahtjevima. Inverteri sinusnog vala su skupi, ali se mogu primijeniti na različita opterećenja.
4. Klasifikacija sustava
Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije podijeljen je na neovisni fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije, mrežni fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije i distribuirani fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije.
1. Neovisna fotonaponska proizvodnja električne energije također se naziva fotonaponska proizvodnja električne energije izvan mreže. Uglavnom se sastoji od komponenti solarnih ćelija, kontrolera i baterija. Za napajanje AC opterećenja potrebno je konfigurirati AC pretvarač. Nezavisne fotonaponske elektrane uključuju seoske sustave napajanja u udaljenim područjima, solarne sustave napajanja kućanstava, izvore napajanja komunikacijskim signalom, katodnu zaštitu, solarnu uličnu rasvjetu i druge fotonaponske sustave za proizvodnju energije s baterijama koje mogu samostalno raditi.
2. Mrežna fotonaponska proizvodnja električne energije znači da se istosmjerna struja koju generiraju solarni moduli pretvara u izmjeničnu struju koja udovoljava zahtjevima glavne mreže preko mrežnog pretvarača, a zatim se izravno spaja na javnu mrežu.
Može se podijeliti na sustave za proizvodnju električne energije spojene na mrežu sa i bez baterija. Mrežni sustav za proizvodnju električne energije s baterijom se može planirati i može se integrirati ili povući iz električne mreže prema potrebama. Također ima funkciju rezervnog napajanja, koje može osigurati napajanje u hitnim slučajevima kada je električna mreža prekinuta iz nekog razloga. Fotonaponski sustavi za proizvodnju električne energije povezani na mrežu s baterijama često se postavljaju u stambene zgrade; sustavi za proizvodnju električne energije spojeni na mrežu bez baterija nemaju funkcije dispečabilnosti i rezervnog napajanja te se općenito instaliraju na većim sustavima. Proizvodnja fotonaponske energije spojene na mrežu ima centralizirane fotonaponske elektrane velikih razmjera povezane na mrežu, koje su općenito elektrane na nacionalnoj razini. Međutim, ovakva elektrana nije se mnogo razvila zbog velikih ulaganja, dugog razdoblja izgradnje i velike površine. Distribuirana fotonaponska energija povezana s mrežom malih razmjera, posebno fotonaponska proizvodnja fotonaponske energije integrirana u zgrade, glavni je tok proizvodnje fotonaponske energije povezane s mrežom zbog prednosti malih ulaganja, brze izgradnje, malog otiska i snažne političke podrške.
3. Distribuirani fotonaponski sustav proizvodnje električne energije, poznat i kao distribuirana proizvodnja električne energije ili distribuirana opskrba energijom, odnosi se na konfiguraciju manjeg fotonaponskog sustava napajanja na mjestu korisnika ili u blizini mjesta napajanja kako bi se zadovoljile potrebe određenih korisnika i podržao postojeći gospodarskog rada distribucijske mreže ili istovremeno zadovoljiti zahtjeve oba aspekta.
4. Osnovna oprema distribuiranog fotonaponskog sustava za proizvodnju električne energije uključuje komponente fotonaponskih ćelija, kvadratne nosače fotonaponskih kvadrata, kutije istosmjernog kombiniranja, ormare za distribuciju istosmjerne struje, pretvarače spojene na mrežu, ormare za distribuciju izmjenične struje i drugu opremu, kao i sustav napajanja uređaji za praćenje i uređaji za praćenje okoliša. Njegov način rada je da pod uvjetima sunčevog zračenja, niz modula solarnih ćelija fotonaponskog sustava za proizvodnju električne energije pretvara izlaznu električnu energiju iz solarne energije i šalje je u ormarić za distribuciju istosmjerne struje kroz kutiju za kombiniranje istosmjerne struje i mrežu -povezani pretvarač pretvara ga u AC napajanje. Sama zgrada se opterećuje, a višak ili manjak električne energije regulira se priključkom na mrežu.
5. Prednosti i nedostaci
U usporedbi s uobičajeno korištenim sustavima za proizvodnju električne energije, prednosti solarne fotonaponske proizvodnje energije uglavnom se ogledaju u:
Solarna energija se naziva najidealnijom novom energijom. ①Nema opasnosti od iscrpljenosti; ②Sigurno i pouzdano, bez buke, bez ispuštanja onečišćenja, apsolutno čisto (bez zagađenja); ③Nije ograničen geografskom distribucijom resursa, a prednosti izgradnje krovova mogu se koristiti; ④Nema potrebe za potrošnjom goriva i postavljanjem dalekovoda Lokalna proizvodnja električne energije i opskrba strujom; ⑤Visoka energetska kvaliteta; ⑥Korisnike je lako emocionalno prihvatiti; ⑦Rok izgradnje je kratak, a vrijeme potrebno za dobivanje energije kratko.
nedostatak:
①Gustoća distribucije energije zračenja je mala, odnosno zauzima veliko područje; ②Dobivena energija povezana je s četiri godišnja doba, dan i noć, oblačno i sunčano i druge meteorološke uvjete. Korištenje solarne energije za proizvodnju električne energije ima visoke troškove opreme, ali je stopa iskorištenja solarne energije niska, pa se ne može široko koristiti. Uglavnom se koristi u nekim posebnim okruženjima, poput satelita.
6. Područja primjene
1. Korisničko solarno napajanje: (1) Malo napajanje u rasponu od 10-100 W, koristi se u udaljenim područjima bez električne energije kao što su visoravni, otoci, pastoralna područja, granične postaje i druga vojna i civilna električna energija, kao što je rasvjeta , TV, magnetofoni itd.; (2) 3 -5KW krovni sustav za proizvodnju električne energije u kućanstvu povezan na mrežu; (3) Fotonaponska pumpa za vodu: rješava problem pitke vode i navodnjavanja dubokih bunara u područjima bez električne energije.
2. Prometna polja kao što su navigacijska svjetla, prometna/željeznička signalna svjetla, prometna upozorenja/signalna svjetla, Yuxiang ulična svjetla, svjetla za zapreke na velikim visinama, bežične telefonske govornice na autocesti/željeznici, napajanje za smjenu na cestama bez nadzora itd.
3. Područje komunikacije/komunikacije: solarna nenadzirana mikrovalna relejna stanica, stanica za održavanje optičkih kabela, sustav napajanja za emitiranje/komunikaciju/paging; ruralni telefonski fotonaponski sustav, mali komunikacijski stroj, GPS napajanje za vojnike itd.
4. Naftna, pomorska i meteorološka polja: solarni sustav katodne zaštite za naftovode i otvore rezervoara, životno i hitno napajanje za platforme za bušenje nafte, oprema za otkrivanje mora, oprema za meteorološka/hidrološka promatranja itd.
5. Napajanje za kućanske svjetiljke: kao što su vrtne svjetiljke, ulične svjetiljke, prijenosne svjetiljke, svjetiljke za kampiranje, svjetiljke za planinarenje, svjetiljke za pecanje, svjetiljke za crno svjetlo, svjetiljke za točenje, štedne svjetiljke itd.
6. Fotonaponska elektrana: 10KW-50MW nezavisna fotonaponska elektrana, vjetrosolarna (dizel) komplementarna elektrana, razne velike stanice za punjenje parkirališta, itd.
7. Solarne zgrade kombiniraju proizvodnju solarne energije s građevinskim materijalima kako bi velike zgrade u budućnosti mogle postići samodostatnost u električnoj energiji, što je glavni smjer razvoja u budućnosti.
8. Ostala polja uključuju: (1) Usklađivanje s automobilima: solarna vozila/električna vozila, oprema za punjenje baterija, automobilski klima uređaji, ventilacijski ventilatori, kutije za hladna pića itd.; (2) regenerativni sustavi za proizvodnju energije za solarnu proizvodnju vodika i gorive ćelije; (3) napajanje opreme za desalinizaciju morske vode; (4) Sateliti, svemirske letjelice, svemirske solarne elektrane itd.