Proizvodnja fotonaponske energije je tehnologija koja direktno pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju korištenjem fotonaponskog efekta poluvodičkog sučelja. Ključni element ove tehnologije je solarna ćelija. Nakon što se solarne ćelije povežu u seriju, one se mogu pakirati i zaštititi kako bi se formirao modul solarnih ćelija velike površine, a zatim se kombinuju sa kontrolerima snage i drugim komponentama kako bi se formirao fotonaponski uređaj za proizvodnju energije.
1 Fotonaponski efekat
Ako svjetlost udari u solarnu ćeliju i svjetlost se apsorbira na međusloju, fotoni sa dovoljnom energijom mogu pobuditi elektrone iz kovalentnih veza u silicijumu P-tipa i N-tipa, što rezultira parovima elektron-rupa. Elektroni i rupe u blizini sloja sučelja bit će odvojeni jedni od drugih efektom električnog polja prostornih naboja prije rekombinacije. Elektroni se kreću prema pozitivno nabijenoj N regiji, a rupe prema negativno nabijenoj P regiji. Razdvajanje naboja kroz sloj interfejsa će generisati spolja merljiv napon između P i N regiona. U ovom trenutku, elektrode se mogu dodati na obje strane silikonske pločice i spojiti na voltmetar. Za solarne ćelije kristalnog silicija, tipična vrijednost napona otvorenog kola je 0.5 do 0.6V. Što više parova elektron-rupa generira svjetlost na sloju sučelja, to je veći protok struje. Što više svjetlosne energije apsorbira sloj interfejsa, to je veći sloj međusloja, tj. površina ćelije, i veća je struja koja se formira u solarnoj ćeliji.
2. Princip
Sunčeva svjetlost obasjava pn spoj poluvodiča i formira novi par rupa-elektron. Pod dejstvom električnog polja pn spoja, rupe teku iz n regiona u p oblast, a elektroni iz p regiona u n oblast. Nakon što se krug uključi, formira se struja. Ovako rade solarne ćelije sa fotoelektričnim efektom.
Postoje dva načina za proizvodnju solarne energije, jedan je konverzija svjetlost-toplina-električna energija, a drugi je direktna konverzija svjetlost-električna energija.
(1) Metoda konverzije svjetlo-toplina-elektrika proizvodi električnu energiju korištenjem toplinske energije proizvedene sunčevim zračenjem. Općenito, solarni kolektor pretvara apsorbiranu toplinsku energiju u paru radnog medija, a zatim pokreće parnu turbinu da proizvodi električnu energiju. Prvi proces je proces konverzije svjetlosti u toplinu; potonji proces je proces pretvaranja topline u električnu energiju, koji je isti kao i obična proizvodnja toplinske energije. Nedostatak solarne termalne energije je što je efikasnost vrlo niska i visoka cijena. Procjenjuje se da je njegova investicija barem veća od ulaganja u običnu proizvodnju toplotne energije. Elektrane su 5 do 10 puta skuplje.
(2) Metoda direktne konverzije svjetlosti u električnu energiju Ova metoda koristi fotoelektrični efekat za direktno pretvaranje energije sunčevog zračenja u električnu energiju. Osnovni uređaj za pretvaranje svjetlosti u električnu energiju su solarne ćelije. Solarna ćelija je uređaj koji direktno pretvara energiju sunčeve svjetlosti u električnu energiju zahvaljujući fotonaponskom efektu. To je poluprovodnička fotodioda. Kada sunce obasja fotodiodu, fotodioda će pretvoriti sunčevu svjetlosnu energiju u električnu energiju i proizvesti električnu energiju. struja. Kada su mnoge ćelije povezane serijski ili paralelno, može postati niz solarnih ćelija s relativno velikom izlaznom snagom. Solarne ćelije su obećavajuća nova vrsta izvora energije sa tri glavne prednosti: trajnost, čistoća i fleksibilnost. Solarne ćelije imaju dug vijek trajanja. Sve dok postoji sunce, solarne ćelije se mogu koristiti dugo vremena uz jednu investiciju; i toplotnu energiju, proizvodnju nuklearne energije. Nasuprot tome, solarne ćelije ne izazivaju zagađenje životne sredine.
3. Sastav sistema
Sistem za proizvodnju fotonaponske energije sastoji se od nizova solarnih ćelija, paketa baterija, kontrolera punjenja i pražnjenja, pretvarača, ormara za distribuciju naizmjenične struje, sistema za praćenje sunca i druge opreme. Neke od funkcija njegove opreme su:
niz baterija
Kada postoji svjetlost (bilo da se radi o sunčevoj svjetlosti ili svjetlosti koju stvaraju druge rasvjete), baterija apsorbira svjetlosnu energiju, a na oba kraja baterije dolazi do akumulacije naboja suprotnog signala, odnosno generira se "fotogenerirani napon", što je "fotonaponski efekat". Pod djelovanjem fotonaponskog efekta, dva kraja solarne ćelije stvaraju elektromotornu silu, koja pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju, što je uređaj za pretvaranje energije. Solarne ćelije su općenito silikonske ćelije, koje su podijeljene u tri tipa: solarne ćelije monokristalnog silicija, solarne ćelije od polikristalnog silicija i solarne ćelije od amorfnog silicija.
Baterija
Njegova funkcija je pohranjivanje električne energije koju emituje niz solarnih ćelija kada je osvijetljen i opskrba električnom energijom u bilo kojem trenutku. Osnovni zahtjevi za baterijski paket koji se koristi u proizvodnji energije solarnih ćelija su: a. niska stopa samopražnjenja; b. dug radni vek; c. jaka sposobnost dubokog pražnjenja; d. visoka efikasnost punjenja; e. manje održavanja ili bez održavanja; f. radna temperatura Široki raspon; g. niska cijena.
Kontroler
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 faktori u određivanju vijeka trajanja baterije, kontroler punjenja i pražnjenja koji može kontrolirati prekomjerno ili prekomjerno pražnjenje baterije je bitan uređaj.
Inverter
Uređaj koji pretvara jednosmjernu struju u naizmjeničnu struju. Budući da su solarne ćelije i baterije izvori istosmjerne struje,
Kada je opterećenje AC opterećenje, inverter je neophodan. Prema načinu rada, pretvarači se mogu podijeliti na nezavisne pogonske pretvarače i pretvarače povezane na mrežu. Samostalni pretvarači se koriste u samostalnim energetskim sistemima solarnih ćelija za napajanje samostalnih opterećenja. Invertori povezani na mrežu koriste se za sisteme za proizvodnju energije solarnih ćelija povezanih na mrežu. Inverter se može podijeliti na pravokutni inverter i sinusni inverter prema izlaznom talasnom obliku. Kvadratni inverter ima jednostavan sklop i nisku cijenu, ali ima veliku harmonsku komponentu. Obično se koristi u sistemima ispod nekoliko stotina vati i sa niskim harmonijskim zahtjevima. Sinusni pretvarači su skupi, ali se mogu primijeniti na različita opterećenja.
4. Klasifikacija sistema
Fotonaponski sistem za proizvodnju energije podijeljen je na nezavisni fotonaponski sistem za proizvodnju energije, fotonaponski sistem za proizvodnju električne energije povezan na mrežu i distribuirani fotonaponski sistem za proizvodnju energije.
1. Nezavisna fotonaponska proizvodnja električne energije se također naziva fotonaponskom proizvodnjom van mreže. Uglavnom se sastoji od komponenti solarnih ćelija, kontrolera i baterija. Za napajanje AC opterećenja potrebno je konfigurirati AC inverter. Nezavisne fotonaponske elektrane uključuju seoske sisteme napajanja u udaljenim područjima, solarne sisteme za napajanje domaćinstava, napajanje komunikacionih signala, katodnu zaštitu, solarnu uličnu rasvjetu i druge fotonaponske sisteme za proizvodnju električne energije s baterijama koje mogu raditi samostalno.
2. Proizvodnja fotonaponske energije povezana s mrežom znači da se jednosmjerna struja koju generiraju solarni moduli pretvara u naizmjeničnu struju koja ispunjava zahtjeve mrežne mreže preko pretvarača povezanog na mrežu, a zatim se direktno povezuje na javnu mrežu.
Može se podijeliti na sisteme za proizvodnju električne energije povezane s mrežom sa i bez baterija. Sistem za proizvodnju električne energije povezan na mrežu s baterijom je planiran i može se integrirati u ili povući iz električne mreže prema potrebama. Također ima funkciju rezervnog napajanja, koje može osigurati napajanje u nuždi kada je električna mreža iz nekog razloga prekinuta. Fotonaponski sistemi za proizvodnju električne energije povezani na mrežu sa baterijama se često instaliraju u stambenim zgradama; Sistemi za proizvodnju električne energije povezani na mrežu bez baterija nemaju funkcije dispečernosti i rezervnog napajanja, te se općenito instaliraju na veće sisteme. Proizvodnja fotonaponske energije povezana s mrežom centralizirala je velike fotonaponske elektrane povezane s mrežom, koje su općenito elektrane na nacionalnom nivou. Međutim, ovakva elektrana nije se mnogo razvila zbog velikih ulaganja, dugog perioda izgradnje i velike površine. Distribuirani fotonaponski uređaji povezani na mrežu malih razmjera, posebno fotonaponska proizvodnja integrirana u fotonaponske zgrade, glavna je struja fotonaponske proizvodnje električne energije povezana s mrežom zbog prednosti malih ulaganja, brze izgradnje, malog otiska i snažne političke podrške.
3. Distribuirani fotonaponski sistem za proizvodnju električne energije, također poznat kao distribuirana proizvodnja električne energije ili distribuirano napajanje energijom, odnosi se na konfiguraciju manjeg fotonaponskog sistema za napajanje na lokaciji korisnika ili u blizini mjesta napajanja kako bi se zadovoljile potrebe određenih korisnika i podržao postojeći distributivnu mrežu ekonomično funkcionisanje, ili ispunjavanje zahtjeva oba aspekta u isto vrijeme.
4. Osnovna oprema distribuiranog fotonaponskog sistema za proizvodnju električne energije uključuje komponente fotonaponskih ćelija, fotonaponske kvadratne zagrade, DC kombinatore, ormane za distribuciju jednosmerne struje, pretvarače povezane na mrežu, distribucione ormare naizmenične struje i drugu opremu, kao i sistem za napajanje uređaji za praćenje i uređaji za praćenje životne sredine. Njegov način rada je da pod uslovima sunčevog zračenja, niz modula solarnih ćelija fotonaponskog sistema za proizvodnju energije pretvara izlaznu električnu energiju iz solarne energije i šalje je u orman za distribuciju istosmjerne struje kroz DC kombinatorsku kutiju i mrežu. -povezan inverter pretvara ga u AC napajanje. Sam objekat je opterećen, a višak ili nedovoljna struja se reguliše priključenjem na mrežu.
5. Prednosti i nedostaci
U poređenju sa uobičajenim sistemima za proizvodnju električne energije, prednosti solarne fotonaponske proizvodnje energije se uglavnom ogledaju u:
Solarna energija se naziva najidealnijom novom energijom. ①Nema opasnosti od iscrpljivanja; ②Sigurno i pouzdano, bez buke, bez ispuštanja zagađenja, apsolutno čisto (bez zagađenja); ③Nije ograničen geografskom distribucijom resursa, a mogu se iskoristiti prednosti izgradnje krovova; ④Nema potrebe za potrošnjom goriva i postavljanjem dalekovoda Lokalna proizvodnja električne energije i napajanje; ⑤ Visok kvalitet energije; ⑥Korisnike je lako emocionalno prihvatiti; ⑦Period izgradnje je kratak, a vrijeme potrebno za dobijanje energije je kratko.
nedostatak:
①Gustoća distribucije energije zračenja je mala, odnosno zauzima ogromno područje; ② Dobivena energija se odnosi na četiri godišnja doba, dan i noć, oblačno i sunčano i druge meteorološke uslove. Upotreba solarne energije za proizvodnju električne energije ima visoke troškove opreme, ali je stopa iskorištenja solarne energije niska, tako da se ne može široko koristiti. Uglavnom se koristi u nekim posebnim okruženjima, kao što su sateliti.
6. Područja primjene
1. Korisničko solarno napajanje: (1) Malo napajanje u rasponu od 10-100W, koristi se u udaljenim područjima bez struje kao što su visoravni, ostrva, pastoralne oblasti, granični prijelazi i druga električna energija za vojnu i civilnu život, kao što je rasvjeta , TV, kasetofoni, itd.; (2) 3 -5KW krovni krovni sistem proizvodnje električne energije u domaćinstvu; (3) Fotonaponska pumpa za vodu: rješava problem pijenja i navodnjavanja dubokih bunara u područjima bez struje.
2. Saobraćajna polja kao što su navigaciona svetla, saobraćajna/železnička signalna svetla, saobraćajna upozorenja/signalna svetla, ulična svetla Yuxiang, svetla za prepreke na velikoj nadmorskoj visini, bežične telefonske govornice na autoputu/železnici, napajanje bez nadzora za smenu na putu, itd.
3. Komunikaciono/komunikacijsko polje: solarna mikrotalasna relejna stanica bez nadzora, stanica za održavanje optičkih kablova, sistem napajanja za emitovanje/komunikaciju/pejdžing; ruralni telefonski fotonaponski sistem, mala komunikaciona mašina, GPS napajanje za vojnike, itd.
4. Naftna, pomorska i meteorološka polja: solarni sistem katodne zaštite za naftovode i kapije rezervoara, doživotno i hitno napajanje za platforme za bušenje nafte, oprema za otkrivanje mora, oprema za meteorološka/hidrološka osmatranja, itd.
5. Napajanje za kućne lampe: kao što su baštenske lampe, ulične lampe, prenosne lampe, lampe za kampovanje, planinarske lampe, lampe za pecanje, crne lampe, lampe za točenje, lampe za uštedu energije, itd.
6. Fotonaponska elektrana: 10KW-50MW nezavisna fotonaponska elektrana, vjetro-solarna (dizel) komplementarna elektrana, razne stanice za punjenje velikih parking postrojenja, itd.
7. Solarne zgrade kombinuju proizvodnju solarne energije sa građevinskim materijalom kako bi omogućile velikim zgradama u budućnosti da ostvare samodovoljnost električnom energijom, što je glavni razvojni pravac u budućnosti.
8. Ostale oblasti uključuju: (1) Usklađivanje sa automobilima: solarna vozila/električna vozila, oprema za punjenje baterija, automobilski klima uređaji, ventilacioni ventilatori, kutije za hladna pića, itd.; (2) sistemi za regeneraciju energije za proizvodnju solarnog vodonika i gorive ćelije; (3) napajanje opreme za desalinizaciju morske vode; (4) Sateliti, svemirske letjelice, svemirske solarne elektrane, itd.