Fotovoltaická výroba energie je technologie, která přímo přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii využitím fotovoltaického efektu polovodičového rozhraní. Klíčovým prvkem této technologie je solární článek. Poté, co jsou solární články zapojeny do série, mohou být zabaleny a chráněny tak, aby vytvořily modul solárních článků s velkou plochou, a poté kombinovány s regulátory energie a dalšími komponenty, aby se vytvořilo fotovoltaické zařízení na výrobu energie.
1 Fotovoltaický efekt
Pokud světlo zasáhne solární článek a světlo je absorbováno ve vrstvě rozhraní, fotony s dostatečnou energií mohou excitovat elektrony z kovalentních vazeb v křemíku typu P i N, což vede k párům elektron-díra. Elektrony a otvory v blízkosti vrstvy rozhraní budou od sebe odděleny účinkem elektrického pole prostorových nábojů před rekombinací. Elektrony se pohybují směrem k kladně nabité oblasti N a otvory směrem k záporně nabité oblasti P. Separace náboje vrstvou rozhraní vygeneruje navenek měřitelné napětí mezi oblastmi P a N. V této době mohou být elektrody přidány na obě strany křemíkové destičky a připojeny k voltmetru. Pro krystalické křemíkové solární články je typická hodnota napětí naprázdno 0,5 až 0,6 V. Čím více párů elektron-díra generovaných světlem na vrstvě rozhraní, tím větší je proud. Čím více světelné energie absorbuje vrstva rozhraní, tím větší je vrstva rozhraní, tj. Oblast článku a tím větší je proud vytvořený v solárním článku.
2. Podstata
Sluneční světlo svítí na polovodičový p-n přechod a vytváří nový pár díra-elektron. Působením elektrického pole křižovatky p-n proudí otvory z oblasti n do oblasti p a elektrony proudí z oblasti p do oblasti n. Po zapnutí obvodu se vytvoří proud. Takto fungují solární články s fotoelektrickým efektem.
Existují dva způsoby výroby solární energie, jedním je konverze světla-tepla-elektřiny a druhým je přímá konverze světla-elektřiny.
(1) Metoda přeměny světla na teplo a elektřinu vyrábí elektřinu pomocí tepelné energie generované slunečním zářením. Obecně platí, že solární kolektor přeměňuje absorbovanou tepelnou energii na páru pracovního média a poté pohání parní turbínu k výrobě elektřiny. První proces je proces přeměny světla na teplo; druhý proces je proces přeměny tepla na elektřinu, který je stejný jako běžná výroba tepelné energie. Nevýhodou výroby solární tepelné energie je, že účinnost je velmi nízká a náklady jsou vysoké. Odhaduje se, že její investice jsou přinejmenším vyšší než investice do běžné výroby tepelné energie. Elektrárny jsou 5 až 10krát dražší.
(2) Metoda přímé konverze světla na elektřinu Tato metoda využívá fotoelektrický efekt k přímému přeměně energie slunečního záření na elektrickou energii. Základním zařízením pro přeměnu světla na elektřinu jsou solární články. Solární článek je zařízení, které přímo přeměňuje sluneční energii na elektrickou energii díky fotovoltaickému efektu. Jedná se o polovodičovou fotodiodu. Když slunce svítí na fotodiodu, fotodioda přemění sluneční světelnou energii na elektrickou energii a vyrobí elektřinu. současný. Když je mnoho článků připojeno sériově nebo paralelně, může se stát polem solárních článků s relativně velkým výstupním výkonem. Solární články jsou slibným novým typem zdroje energie se třemi hlavními výhodami: stálostí, čistotou a flexibilitou. Solární články mají dlouhou životnost. Dokud existuje slunce, solární články mohou být používány po dlouhou dobu s jednou investicí; a tepelná energie, výroba jaderné energie. Naproti tomu solární články nezpůsobují znečištění životního prostředí.
3. Složení systému
Fotovoltaický systém výroby energie se skládá z polí solárních článků, akumulátorů, regulátorů nabíjení a vybíjení, střídačů, rozvodných skříní střídavého proudu, systémů řízení sledování slunce a dalších zařízení. Některé z jeho funkcí zařízení jsou:
pole baterií
Když je světlo (ať už je to sluneční světlo nebo světlo generované jinými osvětlovači), baterie absorbuje světelnou energii a na obou koncích baterie dochází k akumulaci nábojů opačného signálu, to znamená, že je generováno "fotogenerované napětí", což je "fotovoltaický efekt". Působením fotovoltaického efektu generují oba konce solárního článku elektromotorickou sílu, která přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii, což je zařízení pro přeměnu energie. Solární články jsou obecně křemíkové články, které jsou rozděleny do tří typů: monokrystalické křemíkové solární články, polykrystalické křemíkové solární články a amorfní křemíkové solární články.
Akumulátor
Jeho funkcí je ukládat elektrickou energii vyzařovanou polem solárních článků, když je osvětlena, a kdykoli dodávat energii do zátěže. Základní požadavky na akumulátor používaný při výrobě energie ze solárních článků jsou: a. nízká rychlost samovybíjení; b. dlouhá životnost; c. silná schopnost hlubokého vypouštění; d. vysoká účinnost nabíjení; e. méně bezúdržbové nebo bezúdržbové; f. pracovní teplota Široký rozsah; g. nízká cena.
Řadič
Jedná se o zařízení, které může automaticky zabránit přebíjení a přebíjení baterie. Vzhledem k tomu, že počet cyklů nabíjení a vybíjení a hloubka vybíjení baterie jsou důležitými faktory při určování životnosti baterie, je základním zařízením regulátor nabíjení a vybíjení, který může řídit přebíjení nebo nadměrné vybíjení baterie.
Převodník
Zařízení, které převádí stejnosměrný proud na střídavý proud. Vzhledem k tomu, že solární články a baterie jsou stejnosměrnými zdroji energie,
Pokud je zátěž střídavá, je nezbytný střídač. Podle provozního režimu lze střídače rozdělit na nezávislé provozní střídače a střídače připojené k síti. Samostatné střídače se používají v samostatných systémech solárních článků k napájení samostatných zátěží. Střídače připojené k síti se používají pro systémy výroby energie ze solárních článků připojené k síti. Střídač lze rozdělit na čtvercový střídač a sinusový měnič podle výstupního průběhu. Čtvercový střídač má jednoduchý obvod a nízké náklady, ale má velkou harmonickou složku. Obecně se používá v systémech pod několik set wattů a s nízkými harmonickými požadavky. Sinusové měniče jsou drahé, ale mohou být aplikovány na různá zatížení.
4. Klasifikace systému
Fotovoltaický systém výroby energie je rozdělen na nezávislý fotovoltaický systém výroby energie, systém výroby fotovoltaické energie připojený k síti a distribuovaný systém výroby fotovoltaické energie.
1. Nezávislá fotovoltaická výroba energie se také nazývá výroba fotovoltaické energie mimo síť. Skládá se hlavně ze součástí solárních článků, regulátorů a baterií. Pro napájení střídavého proudu je třeba nakonfigurovat střídavý měnič. Nezávislé fotovoltaické elektrárny zahrnují vesnické napájecí systémy v odlehlých oblastech, solární systémy zásobování domácností, komunikační signální napájecí zdroje, katodickou ochranu, solární pouliční osvětlení a další fotovoltaické systémy výroby energie s bateriemi, které mohou pracovat nezávisle.
2. Výroba fotovoltaické energie připojená k síti znamená, že stejnosměrný proud generovaný solárními moduly je přeměněn na střídavý proud, který splňuje požadavky sítě prostřednictvím střídače připojeného k síti, a poté přímo připojen k veřejné síti.
Lze jej rozdělit na systémy výroby energie připojené k síti s bateriemi a bez baterií. Systém výroby elektrické energie připojený k síti s baterií je plánovatelný a může být integrován nebo odebrán z elektrické sítě podle potřeb. Má také funkci záložního napájení, které může poskytnout nouzové napájení, když je z nějakého důvodu přerušena elektrická síť. Systémy výroby energie připojené k fotovoltaické síti s bateriemi jsou často instalovány v obytných budovách; systémy výroby energie připojené k síti bez baterií nemají funkce dispečerství a záložního napájení a jsou obecně instalovány ve větších systémech. Výroba fotovoltaické energie připojená k síti centralizovala rozsáhlé fotovoltaické elektrárny připojené k síti, což jsou obecně elektrárny na národní úrovni. Tento druh elektrárny se však kvůli velkým investicím, dlouhé době výstavby a velké ploše příliš nerozvinul. Distribuovaná fotovoltaika připojená k síti v malém měřítku, zejména fotovoltaická výroba energie integrovaná do fotovoltaických budov, je hlavním proudem výroby fotovoltaické energie připojené k síti díky výhodám malých investic, rychlé výstavby, malého půdorysu a silné politické podpory.
3. Distribuovaný fotovoltaický systém výroby energie, známý také jako distribuovaná výroba energie nebo distribuované dodávky energie, označuje konfiguraci menšího fotovoltaického napájecího systému v místě uživatele nebo v blízkosti elektrárny tak, aby vyhovoval potřebám konkrétních uživatelů a podporoval hospodářský provoz stávající distribuční sítě nebo splňoval požadavky obou aspektů současně.
4. Základní vybavení distribuovaného fotovoltaického systému výroby energie zahrnuje komponenty fotovoltaických článků, fotovoltaické držáky hranatých polí, DC slučovací skříně, DC rozvodné skříně, střídače připojené k síti, střídavé rozvodné skříně a další zařízení, jakož i monitorovací zařízení napájecího systému a zařízení pro monitorování životního prostředí. Jeho provozní režim spočívá v tom, že za podmínek slunečního záření pole modulů solárních článků fotovoltaického systému výroby energie převádí výstupní elektrickou energii ze sluneční energie a odesílá ji do rozvodné skříně stejnosměrné energie prostřednictvím dc slučovače a střídač připojený k síti ji přeměňuje na střídavý napájecí zdroj. Samotná budova je zatížena a přebytečná nebo nedostatečná elektřina je regulována připojením k síti.
5. Silné a slabé stránky
Ve srovnání s běžně používanými systémy výroby energie se výhody solární fotovoltaické výroby energie odrážejí především v:
Solární energie se nazývá nejideálnější nová energie. (1) Žádné nebezpečí vyčerpání; (2) Bezpečné a spolehlivé, bez hluku, bez vypouštění znečištění, absolutně čisté (bez znečištění); (3)Není omezena zeměpisným rozložením zdrojů a lze využít výhod střech budov; (4) Není třeba spotřebovávat palivo a stavět přenosová vedení Místní výroba energie a napájení; 5)vysoká kvalita energie; (6) Uživatelé jsou snadno emocionálně přijatelní; (7) Doba výstavby je krátká a doba potřebná k získání energie je krátká.
nedostatek:
(1) Hustota distribuce energie ozařování je malá, to znamená, že zabírá obrovskou plochu; (2) Získaná energie se vztahuje ke čtyřem ročním obdobím, dennímu a nočnímu, oblačnému a slunečnému a dalším meteorologickým podmínkám. Využití solární energie k výrobě elektřiny má vysoké náklady na vybavení, ale míra využití sluneční energie je nízká, takže ji nelze široce využívat. Používá se hlavně v některých speciálních prostředích, jako jsou satelity.
6. Oblasti použití
1. Uživatelská solární energie: (1) Malá napájecí energie v rozmezí od 10 do 100 W, používaná v odlehlých oblastech bez elektřiny, jako jsou náhorní plošiny, ostrovy, pastevecké oblasti, hraniční přechody a další vojenská a civilní elektřina, jako je osvětlení, televize, magnetofony atd.; (2) 3-5KW domácnost střešní síť připojená k elektrické síti systém; (3) Fotovoltaické vodní čerpadlo: řeší problém pitného a zavlažování hlubokých studní v oblastech bez elektřiny.
2. Dopravní pole, jako jsou navigační světla, dopravní / železniční signální světla, dopravní varování / signální světla, pouliční osvětlení Yuxiang, překážková světla ve vysokých nadmořských výškách, bezdrátové telefonní budky na dálnici / železnici, bezobslužné napájení pro řazení silnic atd.
3. Komunikační / komunikační pole: solární bezobslužná mikrovlnná reléová stanice, stanice pro údržbu optických kabelů, vysílací / komunikační / stránkovací napájecí systém; venkovský nosič telefonního fotovoltaického systému, malého komunikačního stroje, GPS napájení pro vojáky atd.
4. Ropné, mořské a meteorologické oblasti: katodická ochrana solárního systému pro ropovody a brány nádrží, životnost a nouzové napájení pro ropné vrtné plošiny, námořní detekční zařízení, meteorologické / hydrologické pozorovací zařízení atd.
5. Napájecí zdroj pro domácí lampy: jako jsou zahradní lampy, pouliční lampy, přenosné lampy, kempinkové lampy, horolezecké lampy, rybářské lampy, černé světelné lampy, závitové lampy, energeticky úsporné lampy atd.
6. Fotovoltaická elektrárna: 10KW-50MW nezávislá fotovoltaická elektrárna, větrně-solární (dieselová) doplňková elektrárna, různé velké nabíjecí stanice parkovacích stanic atd.
7. Solární budovy kombinují výrobu solární energie se stavebními materiály, aby umožnily velkým budovám v budoucnu dosáhnout soběstačnosti v oblasti elektřiny, což je hlavní směr rozvoje v budoucnu.
8. Mezi další oblasti patří: (1) Sladění s automobily: solární vozidla / elektrická vozidla, zařízení pro nabíjení baterií, automobilové klimatizace, větrací ventilátory, boxy na studené nápoje atd.; 2) systémy regenerativní výroby energie pro solární výrobu vodíku a palivové články; 3) napájení zařízení pro odsolování mořské vody; (4) Satelity, kosmické lodě, vesmírné solární elektrárny atd.