La generació d'energia fotovoltaica és una tecnologia que converteix directament l'energia lluminosa en energia elèctrica mitjançant l'ús de l'efecte fotovoltaic de la interfície de semiconductors. L'element clau d'aquesta tecnologia és la cèl·lula solar. Després de connectar les cèl·lules solars en sèrie, es poden empaquetar i protegir per formar un mòdul de cèl·lules solars de gran àrea, i després combinar-les amb controladors de potència i altres components per formar un dispositiu de generació d'energia fotovoltaica.
1 Efecte fotovoltaic
Si la llum colpeja una cèl·lula solar i la llum s'absorbeix a la capa d'interfície, els fotons amb suficient energia poden excitar electrons d'enllaços covalents tant en silici de tipus P com de tipus N, donant lloc a parells d'electrons-forat. Els electrons i els forats propers a la capa d'interfície estaran separats entre si per l'efecte de camp elèctric de les càrregues espacials abans de la recombinació. Els electrons es mouen cap a la regió N carregada positivament i els forats cap a la regió P carregada negativament. La separació de càrrega a través de la capa d'interfície generarà una tensió mesurable exteriorment entre les regions P i N. En aquest moment, es poden afegir elèctrodes als dos costats de la hòstia de silici i connectar-los a un voltímetre. Per a les cèl·lules solars de silici cristal·lí, el valor típic de la tensió de circuit obert és de 0,5 a 0,6V. Com més parells d'electrons-forat genera la llum a la capa d'interfície, més gran és el flux de corrent. Com més energia lluminosa absorbeixi la capa d'interfície, més gran serà la capa d'interfície, és a dir, l'àrea de la cèl·lula, i major serà el corrent que es forma a la cèl·lula solar.
2. Principi
La llum solar brilla a la unió pn del semiconductor per formar un nou parell forat-electró. Sota l'acció del camp elèctric de la unió pn, els forats flueixen de la regió n a la regió p, i els electrons flueixen de la regió p a la regió n. Després d'encendre el circuit, es forma un corrent. Així és com funcionen les cèl·lules solars d'efecte fotoelèctric.
Hi ha dues maneres de generar energia solar, una és la conversió de llum-calor-electricitat i l'altra és la conversió directa de llum-electricitat.
(1) El mètode de conversió llum-calor-elèctric genera electricitat utilitzant l'energia tèrmica generada per la radiació solar. Generalment, el col·lector solar converteix l'energia tèrmica absorbida en vapor del medi de treball i, a continuació, impulsa la turbina de vapor per generar electricitat. El primer procés és un procés de conversió de llum a calor; l'últim procés és un procés de conversió de calor a electricitat, que és el mateix que la generació d'energia tèrmica ordinària. El desavantatge de la generació d'energia solar tèrmica és que l'eficiència és molt baixa i el cost és elevat. S'estima que la seva inversió és almenys superior a la de la generació d'energia tèrmica ordinària. Les centrals elèctriques són de 5 a 10 vegades més cares.
(2) Mètode de conversió directa de llum a electricitat Aquest mètode utilitza l'efecte fotoelèctric per convertir directament l'energia de la radiació solar en energia elèctrica. El dispositiu bàsic per a la conversió de llum a electricitat són les cèl·lules solars. Una cèl·lula solar és un dispositiu que converteix directament l'energia de la llum solar en energia elèctrica a causa de l'efecte fotovoltaic. És un fotodíode semiconductor. Quan el sol brilla sobre el fotodiode, el fotodiode convertirà l'energia lumínica del sol en energia elèctrica i generarà electricitat. actual. Quan moltes cèl·lules es connecten en sèrie o en paral·lel, es pot convertir en una matriu de cèl·lules solars amb una potència de sortida relativament gran. Les cèl·lules solars són un nou tipus de font d'energia prometedora amb tres avantatges principals: permanència, neteja i flexibilitat. Les cèl·lules solars tenen una llarga vida útil. Mentre existeixi el sol, les cèl·lules solars es poden utilitzar durant molt de temps amb una inversió; i energia tèrmica, generació d'energia nuclear. En canvi, les cèl·lules solars no causen contaminació ambiental.
3. Composició del sistema
El sistema de generació d'energia fotovoltaica es compon de matrius de cèl·lules solars, paquets de bateries, controladors de càrrega i descàrrega, inversors, armaris de distribució d'energia de CA, sistemes de control de seguiment solar i altres equips. Algunes de les funcions del seu equip són:
matriu de bateries
Quan hi ha llum (ja sigui llum solar o llum generada per altres il·luminants), la bateria absorbeix energia lluminosa i l'acumulació de càrregues de senyal oposat es produeix als dos extrems de la bateria, és a dir, es genera un "voltatge fotogenerat". que és l'"efecte fotovoltaic". Sota l'acció de l'efecte fotovoltaic, els dos extrems de la cèl·lula solar generen força electromotriu, que converteix l'energia lluminosa en energia elèctrica, que és un dispositiu de conversió d'energia. Les cèl·lules solars són generalment cèl·lules de silici, que es divideixen en tres tipus: cèl·lules solars de silici monocristal·lí, cèl·lules solars de silici policristalí i cèl·lules solars de silici amorf.
Paquet de bateries
La seva funció és emmagatzemar l'energia elèctrica emesa per la matriu de cèl·lules solars quan està il·luminada i subministrar energia a la càrrega en qualsevol moment. Els requisits bàsics per al paquet de bateries utilitzats en la generació d'energia de cèl·lules solars són: a. baixa taxa d'autodescàrrega; b. llarga vida útil; c. forta capacitat de descàrrega profunda; d. alta eficiència de càrrega; e. menys manteniment o sense manteniment; f. temperatura de treball Ampli rang; g. preu baix.
Controlador
És un dispositiu que pot evitar automàticament la sobrecàrrega i sobredescàrrega de la bateria. Atès que el nombre de cicles de càrrega i descàrrega i la profunditat de descàrrega de la bateria són factors importants per determinar la vida útil de la bateria, un controlador de càrrega i descàrrega que pugui controlar la sobrecàrrega o la sobredescàrrega de la bateria és un dispositiu essencial.
Inversor
Dispositiu que converteix el corrent continu en corrent altern. Com que les cèl·lules solars i les bateries són fonts d'energia de corrent continu,
Quan la càrrega és una càrrega de CA, un inversor és essencial. Segons el mode de funcionament, els inversors es poden dividir en inversors de funcionament independents i inversors connectats a la xarxa. Els inversors autònoms s'utilitzen en sistemes d'energia de cèl·lules solars autònomes per alimentar càrregues autònomes. Els inversors connectats a la xarxa s'utilitzen per als sistemes de generació d'energia de cèl·lules solars connectades a la xarxa. L'inversor es pot dividir en inversor d'ona quadrada i inversor d'ona sinusoïdal segons la forma d'ona de sortida. L'inversor d'ona quadrada té un circuit senzill i de baix cost, però té un gran component harmònic. Generalment s'utilitza en sistemes per sota de diversos centenars de watts i amb requisits harmònics baixos. Els inversors d'ona sinusoïdal són cars, però es poden aplicar a diverses càrregues.
4. Classificació del sistema
El sistema de generació d'energia fotovoltaica es divideix en un sistema de generació d'energia fotovoltaica independent, un sistema de generació d'energia fotovoltaica connectat a la xarxa i un sistema de generació d'energia fotovoltaica distribuïda.
1. La generació d'energia fotovoltaica independent també s'anomena generació d'energia fotovoltaica fora de xarxa. Es compon principalment de components de cèl·lules solars, controladors i bateries. Per subministrar energia a la càrrega de CA, cal configurar un inversor de CA. Les centrals fotovoltaiques independents inclouen sistemes d'alimentació de pobles en zones remotes, sistemes d'alimentació solar domèstica, fonts d'alimentació de senyal de comunicació, protecció catòdica, fanals solars i altres sistemes de generació d'energia fotovoltaica amb bateries que poden funcionar de manera independent.
2. La generació d'energia fotovoltaica connectada a la xarxa significa que el corrent continu generat pels mòduls solars es converteix en corrent altern que compleix els requisits de la xarxa elèctrica mitjançant l'inversor connectat a la xarxa i després connectat directament a la xarxa pública.
Es pot dividir en sistemes de generació d'energia connectats a la xarxa amb i sense bateries. El sistema de generació d'energia connectat a la xarxa amb bateria és programable i es pot integrar o retirar de la xarxa elèctrica segons les necessitats. També té la funció de font d'alimentació de seguretat, que pot proporcionar una font d'alimentació d'emergència quan la xarxa elèctrica es talla per algun motiu. Els sistemes de generació d'energia fotovoltaica connectats a la xarxa amb bateries s'instal·len sovint en edificis residencials; Els sistemes de generació d'energia connectats a la xarxa sense bateries no tenen les funcions de despatxabilitat i potència de reserva, i generalment s'instal·len en sistemes més grans. La generació d'energia fotovoltaica connectada a la xarxa ha centralitzat centrals fotovoltaiques connectades a la xarxa a gran escala, que generalment són centrals elèctriques d'àmbit nacional. No obstant això, aquest tipus de central no s'ha desenvolupat gaire a causa de la seva gran inversió, llarg període de construcció i gran superfície. La fotovoltaica distribuïda a petita escala connectada a la xarxa, especialment la generació d'energia fotovoltaica integrada en edificis fotovoltaics, és el corrent principal de la generació d'energia fotovoltaica connectada a la xarxa a causa dels avantatges d'una petita inversió, una construcció ràpida, una petita empremta i un fort suport polític.
3. El sistema de generació d'energia fotovoltaica distribuïda, també conegut com a generació d'energia distribuïda o subministrament d'energia distribuïda, fa referència a la configuració d'un sistema d'alimentació fotovoltaica més petit al lloc de l'usuari o prop del lloc d'alimentació per satisfer les necessitats d'usuaris específics i donar suport a l'existent. funcionament econòmic de la xarxa de distribució, o complir els requisits d'ambdós aspectes al mateix temps.
4. L'equip bàsic del sistema de generació d'energia fotovoltaica distribuïda inclou components de cèl·lules fotovoltaiques, suports de matriu quadrat fotovoltaic, caixes combinadores de CC, armaris de distribució d'energia de CC, inversors connectats a la xarxa, armaris de distribució d'energia de CA i altres equips, així com el sistema d'alimentació. dispositius de monitorització i dispositiu de monitoratge ambiental. El seu mode de funcionament és que, en condicions de radiació solar, la matriu de mòduls de cèl·lules solars del sistema de generació d'energia fotovoltaica converteix l'energia elèctrica de sortida de l'energia solar i l'envia al armari de distribució d'energia de CC a través de la caixa combinadora de CC i la xarxa. -l'inversor connectat el converteix en font d'alimentació de CA. L'edifici en si està carregat, i l'excés o insuficient d'electricitat es regula mitjançant la connexió a la xarxa.
5. Avantatges i inconvenients
En comparació amb els sistemes de generació d'energia d'ús habitual, els avantatges de la generació d'energia solar fotovoltaica es reflecteixen principalment en:
L'energia solar s'anomena la nova energia més ideal. ① Sense perill d'esgotament; ②Segur i fiable, sense soroll, sense descàrrega de contaminació, absolutament net (sense contaminació); ③No està limitat per la distribució geogràfica dels recursos, i es poden utilitzar els avantatges de la construcció de teulades; ④No cal consumir combustible i muntar línies de transmissió Generació d'energia local i subministrament d'energia; ⑤ Alta qualitat energètica; ⑥ Els usuaris són fàcils d'acceptar emocionalment; ⑦El període de construcció és curt i el temps que es necessita per obtenir energia és curt.
mancança:
①La densitat de distribució d'energia de la irradiació és petita, és a dir, ocupa una àrea enorme; ②L'energia obtinguda està relacionada amb les quatre estacions, dia i nit, ennuvolat i assolellat i altres condicions meteorològiques. L'ús de l'energia solar per generar electricitat té uns costos d'equipament elevats, però la taxa d'utilització de l'energia solar és baixa, de manera que no es pot utilitzar àmpliament. S'utilitza principalment en alguns entorns especials, com els satèl·lits.
6. Àmbits d'aplicació
1. Font d'energia solar de l'usuari: (1) Petita font d'energia que va des de 10-100W, que s'utilitza a zones remotes sense electricitat, com ara altiplans, illes, zones pastorals, llocs fronterers i altra electricitat militar i civil, com ara il·luminació. , TV, magnetòfons, etc.; (2) 3 -5Sistema de generació d'energia elèctrica connectada a la xarxa domèstica al terrat en kW; (3) Bomba d'aigua fotovoltaica: resol el problema de beure i regar pous profunds en zones sense electricitat.
2. Camps de trànsit com ara llums de navegació, llums de senyal de trànsit/ferrocarril, llums d'advertència/señal de trànsit, fanals de Yuxiang, llums d'obstrucció a gran alçada, cabines telefòniques sense fil d'autopista/ferrocarril, subministrament d'energia sense vigilància per a canvis de carretera, etc.
3. Àmbit de comunicació/comunicació: estació de relé de microones desatesa solar, estació de manteniment de cable òptic, sistema de subministrament d'alimentació de difusió/comunicació/paging; sistema fotovoltaic de telèfon de transport rural, petita màquina de comunicació, font d'alimentació GPS per a soldats, etc.
4. Camps petroliers, marins i meteorològics: sistema d'energia solar de protecció catòdica per a oleoductes i portes de dipòsits, subministrament d'energia vital i d'emergència per a plataformes de perforació de petroli, equips de detecció marina, equips d'observació meteorològica/hidrològica, etc.
5. Font d'alimentació per a llums domèstiques: com ara fanals de jardí, fanals de carrer, làmpades portàtils, làmpades d'acampada, làmpades d'alpinisme, llums de pesca, llums de llum negra, llums de toc, llums d'estalvi d'energia, etc.
6. Central fotovoltaica: central fotovoltaica independent de 10KW-50MW, central complementària eòlica-solar (dièsel), diverses estacions de recàrrega de grans aparcaments, etc.
7. Els edificis solars combinen la generació d'energia solar amb materials de construcció per permetre que els grans edificis en el futur assoleixin l'autosuficiència elèctrica, que és una adreça de desenvolupament important en el futur.
8. Altres camps inclouen: (1) Coincidència amb automòbils: vehicles solars/vehicles elèctrics, equips de càrrega de bateries, aparells d'aire condicionat d'automòbils, ventiladors, caixes de begudes fredes, etc.; (2) sistemes de generació d'energia regenerativa per a la producció d'hidrogen solar i piles de combustible; (3) subministrament d'energia d'equips de dessalinització d'aigua de mar; (4) Satèl·lits, naus espacials, centrals solars espacials, etc.