Fotovoltaisk elproduktion er en teknologi, der direkte omdanner lysenergi til elektrisk energi ved at udnytte den fotovoltaiske effekt af halvledergrænsefladen. Nøgleelementet i denne teknologi er solcellen. Når solcellerne er serieforbundet, kan de pakkes og beskyttes til at danne et solcellemodul med stort areal og derefter kombineres med strømstyringer og andre komponenter for at danne en solcelleanlæg.
1 Solcelleeffekt
Hvis lys rammer en solcelle, og lyset absorberes ved grænsefladelaget, kan fotoner med tilstrækkelig energi ophidse elektroner fra kovalente bindinger i både P-type og N-type silicium, hvilket resulterer i elektronhulpar. Elektronerne og hullerne nær grænsefladelaget adskilles fra hinanden af den elektriske felteffekt af rumladninger før rekombination. Elektroner bevæger sig mod den positivt ladede N-region og huller mod den negativt ladede P-region. Ladningsadskillelse gennem grænsefladelaget genererer en udadtil målbar spænding mellem P- og N-regionerne. På dette tidspunkt kan elektroder tilsættes til begge sider af siliciumskiven og tilsluttes et voltmeter. For krystallinske siliciumsolceller er den typiske værdi af den åbne kredsløbsspænding 0,5 til 0,6V. Jo flere elektronhulspar, der genereres af lys på grænsefladelaget, jo større er strømstrømmen. Jo mere lysenergi, der absorberes af grænsefladelaget, jo større er grænsefladelaget, dvs. celleområdet, og jo større strøm dannes der i solcellen.
2. Princippet
Sollys skinner på halvlederens p-n-kryds for at danne et nyt hul-elektronpar. Under virkningen af p-n-krydsets elektriske felt strømmer hullerne fra n-regionen til p-regionen, og elektronerne strømmer fra p-regionen til n-regionen. Når kredsløbet er tændt, dannes en strøm. Sådan fungerer solceller med fotoelektrisk effekt.
Der er to måder at producere solenergi på, den ene er lys-varme-elektricitet konvertering, og den anden er lys-elektricitet direkte konvertering.
(1) Omdannelsesmetoden lys-varme-el genererer elektricitet ved hjælp af den termiske energi, der genereres af solstråling. Generelt omdanner solfangeren den absorberede termiske energi til dampen i arbejdsmediet og driver derefter dampturbinen til at generere elektricitet. Den førstnævnte proces er en let-til-varme konverteringsproces; sidstnævnte proces er en varme-til-elektricitet konverteringsproces, som er den samme som almindelig termisk elproduktion. Ulempen ved solvarmeproduktion er, at effektiviteten er meget lav, og omkostningerne er høje. Det anslås, at dets investering i det mindste er højere end for almindelig termisk elproduktion. Kraftværker er 5 til 10 gange dyrere.
(2) Direkte omdannelsesmetode mellem lys og elektricitet Denne metode anvender den fotoelektriske effekt til direkte at omdanne solenergi til elektrisk energi. Den grundlæggende enhed til konvertering af lys til elektricitet er solceller. En solcelle er en enhed, der direkte omdanner sollysenergi til elektrisk energi på grund af solcelleeffekten. Det er en halvlederfotodiode. Når solen skinner på fotodioden, vil fotodioden omdanne solens lysenergi til elektrisk energi og generere elektricitet. strøm. Når mange celler er forbundet i serie eller parallelt, kan det blive et solcelleanlæg med relativt stor udgangseffekt. Solceller er en lovende ny type strømkilde med tre store fordele: varighed, renlighed og fleksibilitet. Solceller har en lang levetid. Så længe solen eksisterer, kan solceller bruges i lang tid med en investering; og termisk kraft, atomkraftproduktion. Derimod forårsager solceller ikke miljøforurening.
3. Systemets sammensætning
Det solcelleanlæg består af solcelleanlæg, batteripakker, opladnings- og afladningsregulatorer, invertere, vekselstrømsfordelingsskabe, solsporingsstyringssystemer og andet udstyr. Nogle af dets udstyrsfunktioner er:
batteri array
Når der er lys (uanset om det er sollys eller lys genereret af andre belysningsmidler), absorberer batteriet lysenergi, og akkumuleringen af modsatte signalladninger sker i begge ender af batteriet, det vil sige en "fotogenereret spænding" genereres, hvilket er den "fotovoltaiske effekt". Under påvirkning af solcelleeffekten genererer de to ender af solcellen elektromotorisk kraft, som omdanner lysenergi til elektrisk energi, som er en energikonverteringsenhed. Solceller er generelt siliciumceller, som er opdelt i tre typer: monokrystallinske siliciumsolceller, polykrystallinske siliciumsolceller og amorfe siliciumsolceller.
Batteri
Dens funktion er at lagre den elektriske energi, der udsendes af solcelleanlægget, når det belyses, og til enhver tid at levere strøm til belastningen. De grundlæggende krav til den batteripakke, der anvendes til produktion af solceller, er: a. lav selvafladningshastighed; b. lang levetid c. stærk dyb afladningsevne d. høj opladningseffektivitet e. mindre vedligeholdelses- eller vedligeholdelsesfri f. arbejdstemperatur Bredt område; g. lav pris.
Controller
Det er en enhed, der automatisk kan forhindre batteriet i at overoplade og overaflade. Da antallet af opladnings- og afladningscyklusser og batteriets afladningsdybde er vigtige faktorer til bestemmelse af batteriets levetid, er en opladnings- og afladningscontroller, der kan kontrollere overopladning eller overafladning af batteripakken, en vigtig enhed.
Inverter
En enhed, der konverterer jævnstrøm til vekselstrøm. Da solceller og batterier er jævnstrømskilder,
Når belastningen er en vekselstrømsbelastning, er en inverter afgørende. I henhold til driftstilstanden kan omformere opdeles i uafhængige driftsomformere og nettilsluttede omformere. Enkeltstående invertere bruges i enkeltstående solcelleanlæg til at drive enkeltstående belastninger. Nettilsluttede invertere anvendes til nettilsluttede solcelleanlæg. Omformeren kan opdeles i kvadratisk bølgeomformer og sinusbølgeomformer i henhold til udgangsbølgeformen. Den firkantede bølgeomformer har et simpelt kredsløb og lave omkostninger, men har en stor harmonisk komponent. Det bruges generelt i systemer under flere hundrede watt og med lave harmoniske krav. Sinusbølgeomformere er dyre, men kan anvendes på forskellige belastninger.
4. Systemklassificering
Det fotovoltaiske elproduktionssystem er opdelt i uafhængigt solcelleanlæg, nettilslutet solcelleanlæg og distribueret solcelleanlæg.
1. Uafhængig solcelleproduktion kaldes også off-grid solcelleproduktion. Det består hovedsageligt af solcellekomponenter, controllere og batterier. For at levere strøm til vekselstrømsbelastningen skal der konfigureres en vekselstrømsomformer. Uafhængige solcelleanlæg omfatter landsbyens strømforsyningssystemer i fjerntliggende områder, strømforsyningssystemer til solhusholdninger, kommunikationssignalstrømforsyninger, katodisk beskyttelse, solgadebelysning og andre solcelleanlæg med batterier, der kan fungere uafhængigt.
2. Elproduktion, der er tilsluttet elnettet, betyder, at den jævnstrøm, der genereres af solcellemoduler, omdannes til vekselstrøm, der opfylder elnettets krav gennem den nettilsluttede inverter og derefter tilsluttes direkte til det offentlige net.
Det kan opdeles i nettilsluttede elproduktionssystemer med og uden batterier. Det nettilsluttede elproduktionssystem med batteri kan planlægges og kan integreres i eller trækkes tilbage fra elnettet efter behov. Det har også funktionen backup strømforsyning, som kan give nødstrømforsyning, når elnettet er afbrudt af en eller anden grund. Solcelleanlæg til tilsluttet elproduktion med batterier installeres ofte i beboelsesejendomme; Nettilsluttede elproduktionssystemer uden batterier har ikke funktionerne regulerbarhed og backup-strøm og installeres generelt på større systemer. Nettilslutnet solcelleproduktion har centraliseret store nettilsluttede solcelleanlæg, som generelt er kraftværker på nationalt plan. Denne form for kraftværk har imidlertid ikke udviklet sig meget på grund af sin store investering, lange byggeperiode og store område. Distribuerede små nettilsluttede solceller, især solceller i bygninger, der er integreret i solceller, er mainstream i nettilsluttede solcelleanlæg på grund af fordelene ved små investeringer, hurtig konstruktion, lille fodaftryk og stærk politisk støtte.
3. Distribueret solcelleanlæg, også kendt som distribueret elproduktion eller distribueret energiforsyning, henviser til konfigurationen af et mindre solcellestrømforsyningssystem på brugerstedet eller i nærheden af elanlægget for at imødekomme specifikke brugeres behov og støtte den eksisterende økonomiske drift af distributionsnettet eller opfylde kravene i begge aspekter på samme tid.
4. Det grundlæggende udstyr i det distribuerede solcelleanlæg omfatter solcellekomponenter, solcellekomponenter, solcellebeslag, DC-kombinationsbokse, DC-strømfordelingsskabe, nettilsluttede invertere, vekselstrømsfordelingsskabe og andet udstyr samt strømforsyningssystemovervågningsenheder og miljøovervågningsenhed. Dens driftstilstand er, at solcellemodulets array i det fotovoltaiske elproduktionssystem under forudsætning af solstråling konverterer den elektriske udgangsenergi fra solenergi og sender den til DC-strømfordelingsskabet gennem DC-kombinationsboksen, og den nettilsluttede inverter konverterer den til vekselstrømsforsyning. Selve bygningen er lastet, og overskydende eller utilstrækkelig elektricitet reguleres ved tilslutning til nettet.
5. Fordele og ulemper
Sammenlignet med de almindeligt anvendte elproduktionssystemer afspejles fordelene ved solcelleproduktion hovedsageligt i:
Solenergi kaldes den mest ideelle nye energi. (1) Ingen fare for udtømning; (2) Sikker og pålidelig, ingen støj, ingen udledning af forurening, absolut ren (ingen forurening); (3)Det er ikke begrænset af den geografiske fordeling af ressourcerne, og fordelene ved at bygge tage kan udnyttes; (4)Ingen grund til at forbruge brændstof og opføre transmissionsledninger Lokal elproduktion og strømforsyning 5)Høj energikvalitet (6) Brugere er lette at acceptere følelsesmæssigt; (7) Byggeperioden er kort, og den tid, det tager at skaffe energi, er kort.
mangel:
(1) Bestrålingens energifordelingstæthed er lille, det vil sige, den optager et stort område; (2)Den opnåede energi er relateret til de fire årstider, dag og nat, overskyet og solrigt og andre meteorologiske forhold. Brugen af solenergi til at generere elektricitet har høje udstyrsomkostninger, men udnyttelsesgraden af solenergi er lav, så den kan ikke bruges i vid udstrækning. Det bruges hovedsageligt i nogle specielle miljøer, såsom satellitter.
6. Anvendelsesområder
1. Brugersolstrømforsyning: (1) Lille strømforsyning fra 10-100W, der anvendes i fjerntliggende områder uden elektricitet såsom plateauer, øer, pastorale områder, grænseposter og anden militær og civil elektricitet, såsom belysning, tv, båndoptagere osv.; 2) 3-5 KW elproduktionssystem til taget på taget (3) Solcellevandpumpe: løser problemet med at drikke og vande dybe brønde i områder uden elektricitet.
2. Trafikfelter såsom navigationslys, trafik - jernbanesignallys, trafikadvarsels- / signallys, Yuxiang-gadebelysning, forhindringslys i høj højde, motorvejs- / jernbane trådløse telefonbokse, uovervåget strømforsyning til vejskift osv.
3. Kommunikations-/kommunikationsfelt: sol-uovervåget mikrobølgerelæstation, optisk kabelvedligeholdelsesstation, radio- og tv-/kommunikations-/personsøgningsstrømforsyningssystem; landdistriktsbærer telefon solcelleanlæg, lille kommunikationsmaskine, GPS strømforsyning til soldater mv.
4. Olie-, hav- og meteorologiske felter: katodisk beskyttelse solenergisystem til olierørledninger og reservoirporte, livs- og nødstrømforsyning til olieboreplatforme, marine detektionsudstyr, meteorologisk/hydrologisk observationsudstyr osv.
5. Strømforsyning til husholdningslamper: såsom havelamper, gadelamper, bærbare lamper, campinglamper, bjergbestigningslamper, fiskelamper, sorte lyslamper, tappelamper, energibesparende lamper osv.
6. Solcelleanlæg: 10KW-50MW uafhængigt solcelleanlæg, vind-sol (diesel) komplementært kraftværk, forskellige store parkeringsanlæg ladestationer mv.
7. Solbygninger kombinerer solenergiproduktion med byggematerialer for at gøre det muligt for store bygninger i fremtiden at opnå selvforsyning med elektricitet, hvilket er en vigtig udviklingsretning i fremtiden.
8. Andre områder omfatter: (1) Matchning med biler: solkøretøjer/elektriske køretøjer, batteriopladningsudstyr, klimaanlæg til biler, ventilationsventilatorer, køledrikkebokse osv.; 2) regenerative elproduktionssystemer til produktion af solbrint og brændselsceller 3) strømforsyning til afsaltningsudstyr til havvand (4) Satellitter, rumfartøjer, solkraftværker i rummet osv.