Penjanaan kuasa fotovoltaik ialah teknologi yang menukarkan tenaga cahaya secara langsung kepada tenaga elektrik dengan menggunakan kesan fotovoltan antara muka semikonduktor. Elemen utama teknologi ini ialah sel suria. Selepas sel solar disambungkan secara bersiri, ia boleh dibungkus dan dilindungi untuk membentuk modul sel solar kawasan besar, dan kemudian digabungkan dengan pengawal kuasa dan komponen lain untuk membentuk peranti penjanaan kuasa fotovoltaik.
1 Kesan fotovoltan
Jika cahaya mengenai sel suria dan cahaya diserap pada lapisan antara muka, foton dengan tenaga yang mencukupi boleh merangsang elektron daripada ikatan kovalen dalam kedua-dua silikon jenis P dan N, menghasilkan pasangan lubang elektron. Elektron dan lubang berhampiran lapisan antara muka akan dipisahkan antara satu sama lain oleh kesan medan elektrik cas angkasa sebelum penggabungan semula. Elektron bergerak ke arah kawasan N bercas positif dan lubang ke arah kawasan P bercas negatif. Pengasingan cas melalui lapisan antara muka akan menghasilkan voltan yang boleh diukur secara luaran antara kawasan P dan N. Pada masa ini, elektrod boleh ditambah pada kedua-dua belah wafer silikon dan disambungkan kepada voltmeter. Untuk sel suria silikon kristal, nilai biasa voltan litar terbuka ialah 0.5 hingga 0.6V. Lebih banyak pasangan lubang elektron yang dihasilkan oleh cahaya pada lapisan antara muka, lebih besar aliran arus. Semakin banyak tenaga cahaya yang diserap oleh lapisan antara muka, semakin besar lapisan antara muka, iaitu kawasan sel, dan semakin besar arus yang terbentuk dalam sel suria.
2. Prinsip
Cahaya matahari memancar pada simpang pn semikonduktor untuk membentuk pasangan lubang-elektron baharu. Di bawah tindakan medan elektrik simpang pn, lubang mengalir dari rantau n ke rantau p, dan elektron mengalir dari rantau p ke rantau n. Selepas litar dihidupkan, arus terbentuk. Beginilah cara sel suria kesan fotoelektrik berfungsi.
Terdapat dua cara penjanaan tenaga suria, satu ialah penukaran cahaya-haba-elektrik, dan satu lagi ialah penukaran langsung elektrik cahaya.
(1) Kaedah penukaran cahaya-haba-elektrik menjana elektrik dengan menggunakan tenaga haba yang dijana oleh sinaran suria. Secara amnya, pengumpul suria menukarkan tenaga haba yang diserap ke dalam wap medium kerja, dan kemudian memacu turbin stim untuk menjana elektrik. Proses terdahulu ialah proses penukaran cahaya kepada haba; proses terakhir adalah proses penukaran haba kepada elektrik, yang sama seperti penjanaan kuasa haba biasa. Kelemahan penjanaan kuasa haba suria ialah kecekapannya sangat rendah dan kosnya tinggi. Dianggarkan bahawa pelaburannya sekurang-kurangnya lebih tinggi daripada penjanaan kuasa haba biasa. Stesen janakuasa adalah 5 hingga 10 kali lebih mahal.
(2) Kaedah penukaran langsung cahaya-ke-elektrik Kaedah ini menggunakan kesan fotoelektrik untuk menukar terus tenaga sinaran suria kepada tenaga elektrik. Peranti asas untuk penukaran cahaya kepada elektrik ialah sel solar. Sel suria ialah peranti yang secara langsung menukar tenaga cahaya matahari kepada tenaga elektrik akibat kesan fotovoltan. Ia adalah fotodiod semikonduktor. Apabila matahari menyinari fotodiod, fotodiod akan menukarkan tenaga cahaya matahari kepada tenaga elektrik dan menghasilkan tenaga elektrik. semasa. Apabila banyak sel disambungkan secara bersiri atau selari, ia boleh menjadi tatasusunan sel suria dengan kuasa keluaran yang agak besar. Sel suria ialah jenis sumber kuasa baharu yang menjanjikan dengan tiga kelebihan utama: kekal, kebersihan dan fleksibiliti. Sel suria mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang. Selagi matahari wujud, sel suria boleh digunakan untuk masa yang lama dengan satu pelaburan; dan kuasa haba, penjanaan kuasa nuklear. Sebaliknya, sel solar tidak menyebabkan pencemaran alam sekitar.
3. Komposisi sistem
Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik terdiri daripada tatasusunan sel suria, pek bateri, pengawal cas dan nyahcas, penyongsang, kabinet pengagihan kuasa AC, sistem kawalan pengesan matahari dan peralatan lain. Beberapa fungsi peralatannya ialah:
susunan bateri
Apabila terdapat cahaya (sama ada cahaya matahari atau cahaya yang dihasilkan oleh penerang lain), bateri menyerap tenaga cahaya, dan pengumpulan cas isyarat bertentangan berlaku pada kedua-dua hujung bateri, iaitu, "voltan hasil foto" dihasilkan, iaitu "kesan fotovoltaik". Di bawah tindakan kesan fotovoltaik, kedua-dua hujung sel suria menjana daya gerak elektrik, yang menukar tenaga cahaya kepada tenaga elektrik, yang merupakan peranti penukaran tenaga. Sel suria umumnya sel silikon, yang dibahagikan kepada tiga jenis: sel suria silikon monohablur, sel suria silikon polihablur dan sel suria silikon amorf.
Pek bateri
Fungsinya adalah untuk menyimpan tenaga elektrik yang dipancarkan oleh tatasusunan sel suria apabila ia diterangi dan membekalkan kuasa kepada beban pada bila-bila masa. Keperluan asas untuk pek bateri yang digunakan dalam penjanaan kuasa sel suria ialah: a. kadar pelepasan diri yang rendah; b. hayat perkhidmatan yang panjang; c. keupayaan pelepasan dalam yang kuat; d. kecekapan pengecasan yang tinggi; e. kurang penyelenggaraan atau bebas penyelenggaraan; f. suhu kerja Julat luas; g. harga rendah.
Pengawal
Ia adalah peranti yang secara automatik boleh menghalang bateri daripada mengecas berlebihan dan menyalurkan berlebihan. Memandangkan bilangan kitaran cas dan nyahcas serta kedalaman nyahcas bateri merupakan faktor penting dalam menentukan hayat perkhidmatan bateri, pengawal cas dan nyahcas yang boleh mengawal cas berlebihan atau nyahcas berlebihan pek bateri adalah peranti penting.
Penyongsang
Peranti yang menukar arus terus kepada arus ulang alik. Memandangkan sel suria dan bateri adalah sumber kuasa DC,
Apabila beban adalah beban AC, penyongsang adalah penting. Mengikut mod operasi, penyongsang boleh dibahagikan kepada penyongsang operasi bebas dan penyongsang bersambung grid. Penyongsang bersendirian digunakan dalam sistem kuasa sel suria bersendirian untuk menggerakkan beban bersendirian. Penyongsang bersambung grid digunakan untuk sistem penjanaan kuasa sel solar bersambung grid. Penyongsang boleh dibahagikan kepada penyongsang gelombang persegi dan penyongsang gelombang sinus mengikut bentuk gelombang keluaran. Penyongsang gelombang persegi mempunyai litar mudah dan kos rendah, tetapi mempunyai komponen harmonik yang besar. Ia biasanya digunakan dalam sistem di bawah beberapa ratus watt dan dengan keperluan harmonik yang rendah. Penyongsang gelombang sinus mahal, tetapi boleh digunakan untuk pelbagai beban.
4. Pengelasan sistem
Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik dibahagikan kepada sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bebas, sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bersambung grid dan sistem penjanaan kuasa fotovoltaik teragih.
1. Penjanaan kuasa fotovoltaik bebas juga dipanggil penjanaan kuasa fotovoltaik luar grid. Ia terutamanya terdiri daripada komponen sel suria, pengawal, dan bateri. Untuk membekalkan kuasa kepada beban AC, penyongsang AC perlu dikonfigurasikan. Stesen janakuasa fotovoltaik bebas termasuk sistem bekalan kuasa kampung di kawasan terpencil, sistem bekalan kuasa isi rumah suria, bekalan kuasa isyarat komunikasi, perlindungan katodik, lampu jalan suria dan sistem penjanaan kuasa fotovoltaik lain dengan bateri yang boleh beroperasi secara bebas.
2. Penjanaan kuasa fotovoltaik bersambung grid bermakna arus terus yang dijana oleh modul solar ditukar kepada arus ulang alik yang memenuhi keperluan grid utama melalui penyongsang yang disambungkan grid dan kemudian disambungkan terus ke grid awam.
Ia boleh dibahagikan kepada sistem penjanaan kuasa bersambung grid dengan dan tanpa bateri. Sistem penjanaan kuasa bersambung grid dengan bateri boleh dijadualkan dan boleh disepadukan ke dalam atau ditarik balik daripada grid kuasa mengikut keperluan. Ia juga mempunyai fungsi bekalan kuasa sandaran, yang boleh menyediakan bekalan kuasa kecemasan apabila grid kuasa terputus atas sebab tertentu. Sistem penjanaan kuasa bersambung grid fotovoltaik dengan bateri sering dipasang di bangunan kediaman; sistem penjanaan kuasa bersambung grid tanpa bateri tidak mempunyai fungsi kebolehhantaran dan kuasa sandaran, dan biasanya dipasang pada sistem yang lebih besar. Penjanaan kuasa fotovoltaik yang disambungkan dengan grid mempunyai stesen janakuasa fotovoltaik yang disambungkan dengan grid berskala besar, yang biasanya merupakan stesen janakuasa peringkat kebangsaan. Walau bagaimanapun, stesen janakuasa jenis ini tidak banyak berkembang kerana pelaburannya yang besar, tempoh pembinaan yang panjang dan kawasan yang luas. Fotovoltaik berkaitan grid berskala kecil yang diedarkan, terutamanya penjanaan kuasa fotovoltaik bersepadu bangunan fotovoltaik, adalah arus perdana penjanaan kuasa fotovoltaik berkaitan grid kerana kelebihan pelaburan kecil, pembinaan pantas, jejak kecil dan sokongan dasar yang kukuh.
3. Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik teragih, juga dikenali sebagai penjanaan kuasa teragih atau bekalan tenaga teragih, merujuk kepada konfigurasi sistem bekalan kuasa fotovoltaik yang lebih kecil di tapak pengguna atau berhampiran tapak kuasa untuk memenuhi keperluan pengguna tertentu dan menyokong yang sedia ada. operasi ekonomi rangkaian pengedaran, atau memenuhi keperluan kedua-dua aspek pada masa yang sama.
4. Peralatan asas sistem penjanaan kuasa fotovoltaik teragih termasuk komponen sel fotovoltaik, kurungan tatasusunan persegi fotovoltaik, kotak penggabung DC, kabinet pengagihan kuasa DC, penyongsang bersambung grid, kabinet pengagihan kuasa AC dan peralatan lain, serta sistem bekalan kuasa peranti pemantauan dan peranti pemantauan alam sekitar. Mod operasinya ialah di bawah keadaan sinaran suria, susunan modul sel solar sistem penjanaan kuasa fotovoltaik menukar tenaga elektrik keluaran daripada tenaga suria, dan menghantarnya ke kabinet pengagihan kuasa DC melalui kotak penggabung DC, dan grid. -inverter yang disambungkan menukarnya kepada bekalan kuasa AC. Bangunan itu sendiri dimuatkan, dan elektrik berlebihan atau tidak mencukupi dikawal dengan menyambung ke grid.
5. Kelebihan dan kekurangan
Berbanding dengan sistem penjanaan kuasa yang biasa digunakan, kelebihan penjanaan kuasa fotovoltaik suria terutamanya ditunjukkan dalam:
Tenaga suria dipanggil tenaga baharu yang paling ideal. ①Tiada bahaya kehabisan; ②Selamat dan boleh dipercayai, tiada bunyi bising, tiada pelepasan pencemaran, benar-benar bersih (tiada pencemaran); ③Ia tidak terhad oleh pengagihan geografi sumber, dan kelebihan bumbung bangunan boleh digunakan; ④Tidak perlu menggunakan bahan api dan memasang talian penghantaran Penjanaan kuasa dan bekalan kuasa tempatan; ⑤Kualiti tenaga tinggi; ⑥Pengguna mudah menerima secara emosi; ⑦Tempoh pembinaan adalah singkat, dan masa yang diperlukan untuk mendapatkan tenaga adalah singkat.
kelemahan:
①Ketumpatan pengagihan tenaga penyinaran adalah kecil, iaitu, ia mengambil kawasan yang besar; ②Tenaga yang diperoleh adalah berkaitan dengan empat musim, siang dan malam, mendung dan cerah serta keadaan meteorologi yang lain. Penggunaan tenaga suria untuk menjana tenaga elektrik mempunyai kos peralatan yang tinggi, tetapi kadar penggunaan tenaga suria adalah rendah, jadi ia tidak boleh digunakan secara meluas. Ia digunakan terutamanya dalam beberapa persekitaran khas, seperti satelit.
6. Kawasan permohonan
1. Bekalan kuasa solar pengguna: (1) Bekalan kuasa kecil dari 10-100W, digunakan di kawasan terpencil tanpa elektrik seperti dataran tinggi, pulau, kawasan pastoral, pos sempadan dan elektrik kehidupan tentera dan awam yang lain, seperti lampu , TV, perakam pita, dsb.; (2) 3 -5Sistem penjanaan kuasa bersambung grid atas bumbung isi rumah KW; (3) Pam air fotovoltaik: menyelesaikan masalah minum dan mengairi telaga dalam di kawasan tanpa elektrik.
2. Medan trafik seperti lampu navigasi, lampu isyarat lalu lintas/kereta api, lampu isyarat/amaran lalu lintas, lampu jalan Yuxiang, lampu halangan altitud tinggi, pondok telefon wayarles lebuh raya/kereta api, bekalan kuasa peralihan jalan tanpa pengawasan, dsb.
3. Bidang komunikasi/komunikasi: stesen geganti gelombang mikro tanpa pengawasan suria, stesen penyelenggaraan kabel optik, sistem bekalan kuasa penyiaran/komunikasi/kelui; sistem fotovoltan telefon pembawa luar bandar, mesin komunikasi kecil, bekalan kuasa GPS untuk askar, dsb.
4. Medan petroleum, marin dan meteorologi: sistem kuasa suria perlindungan katodik untuk saluran paip minyak dan pintu takungan, bekalan kuasa hayat dan kecemasan untuk platform penggerudian minyak, peralatan pengesanan marin, peralatan pemerhatian meteorologi/hidrologi, dsb.
5. Bekalan kuasa untuk lampu rumah: seperti lampu taman, lampu jalan, lampu mudah alih, lampu perkhemahan, lampu mendaki gunung, lampu memancing, lampu hitam, lampu mengetuk, lampu penjimatan tenaga, dsb.
6. Stesen janakuasa fotovoltaik: 10KW-50MW stesen janakuasa fotovoltaik bebas, stesen janakuasa pelengkap angin-solar (diesel), pelbagai stesen pengecasan loji letak kereta besar, dsb.
7. Bangunan solar menggabungkan penjanaan tenaga solar dengan bahan binaan untuk membolehkan bangunan besar pada masa hadapan mencapai sara diri dalam tenaga elektrik, yang merupakan hala tuju pembangunan utama pada masa hadapan.
8. Bidang lain termasuk: (1) Padanan dengan kereta: kenderaan solar/kenderaan elektrik, peralatan pengecasan bateri, penghawa dingin kereta, kipas pengudaraan, kotak minuman sejuk, dsb.; (2) sistem penjanaan kuasa regeneratif untuk pengeluaran hidrogen suria dan sel bahan api; (3) bekalan kuasa peralatan penyahgaraman air laut; (4) Satelit, kapal angkasa, stesen janakuasa solar angkasa, dsb.