Nuo fotoelektrinių plokščių iki keitiklių: išsamus visos saulės energijos generavimo sistemos sudėties paaiškinimas

Atsižvelgiant į pasaulinį tvarios energijos, saulės energijos, kaip švarios ir atsinaujinančios energijos šaltinio, gynimo foną pamažu patenka į mūsų gyvenimą. Saulės energijos gamybos sistemos sulaukė vis daugiau dėmesio už jų aplinkos apsaugą, energijos taupymą ir daugelį kitų pranašumų. Taigi, kaip sudaroma visa saulės energijos generavimo sistema? Pradėkime nuo pačių pagrindinių komponentų - fotoelektrinės plokštės.

Fotoelektrinės plokštės, dar žinomos kaip saulės baterijos, yra vienas iš pagrindinių saulės energijos gamybos sistemų komponentų. Jie veikia kaip efektyvus „užfiksavimas“, atsakingas už saulės spindulių pavertimą elektrine energija. Jo darbo principas grindžiamas garsiuoju „fotoelektriniu efektu“. Kai fotoelektrinėje skydelyje šviečia saulės šviesa, fotonai sąveikauja su puslaidininkinės medžiagos fotoelektrinėje skydelyje, kad stimuliuotų elektronų skylių poras. Šie elektronai ir skylės juda skirtingomis kryptimis veikiant elektriniam laukui puslaidininkio medžiagos viduje, sudarydami elektros srovę.

Fotoelektrinės plokštės paprastai sudaro iš kelių saulės elementų. Dauguma šių ląstelių vienetų yra pagaminti iš silicio medžiagų, iš kurių dažniausiai yra monokristalinės silicio ląstelės ir polikristalinės silicio ląstelės. Monokristalinės silicio ląstelės turi didelį konversijos efektyvumą, paprastai pasiekdamos 20% - 25%, tai reiškia, kad ji gali paversti 20% - 25% saulės energijos% į elektrinę energiją. Jo gamybos procesas yra gana sudėtingas, o išlaidos yra palyginti didelės, tačiau jos turi stabilios energijos gamybos efektyvumo ir ilgo aptarnavimo tarnavimo laikas iki 25 - 30 metų. Polistalinių silicio ląstelių konvertavimo efektyvumas yra šiek tiek mažesnis, apie 15% - 20%, tačiau jos gamybos kaina yra palyginti maža, o jos turi tam tikros ekonomiškumo pranašumai didelės apimties programose, o jo tarnavimo laikas taip pat gali pasiekti maždaug 20 - 25} metus.

Be monokristalinių silicio ir polikristalinių silicio ląstelių, yra ir kitų tipų fotoelektrinės plokštės, tokios kaip amorfinis silicis, kadmio Telluride ir vario indžio gallio selenidas. Amorfinės silicio fotoelektrinės plokštės turi gero lankstumo pranašumų ir gali būti paverčiamos plonomis plėvelėmis. Jie dažnai naudojami kai kuriose scenose, kuriose yra specialūs išvaizdos ar montavimo vietos reikalavimai, tačiau jų konversijos efektyvumas yra palyginti mažas, paprastai 6% - 12%. Kadmio tellurido ir vario indžio galio selenido fotoelektrinės plokštės turi tam tikrą konversijos efektyvumo ir sąnaudų potencialą, ir pastaraisiais metais greitai vystėsi, tačiau jų rinkos dalis vis tiek yra mažesnė nei monokristalinių silicio ir polikristalinių silicio fotoelektrinių plokščių.

Fotoelektrinių plokščių generuojama energija yra DC, o dauguma elektros prietaisų, kuriuos naudojame mūsų kasdieniame gyvenime, reikalauja, kad kintamos srovės tinkamai veiktų. Šiuo metu keitiklis vaidina pagrindinį vaidmenį. Tai yra tarsi stebuklingas „keitiklis“, atsakingas už fotoelektrinių plokščių nuolatinės srovės išėjimo konvertavimą į AC, kad būtų patenkinti įvairių vartotojų, tokių kaip šeimos ir įmonės, galios poreikius.

Yra daugybė keitiklių rūšių, o bendrosios yra centralizuoti keitikliai, styginių keitikliai ir mikro keitikliai. Centralizuotai keitikliai turi didelę galią ir paprastai yra tinkami didelėms saulės elektrinėms. Jis surenka DC, kurį sukuria kelios fotoelektrinės skydinės grupės, ir jas paverčia. Privalumas yra tas, kad išlaidos yra palyginti mažos, todėl ją lengva valdyti ir išlaikyti, tačiau įvykus gedimui, tai gali turėti įtakos visos energijos generavimo sistemos veikimui. Styginių keitiklis konvertuoja DC į AC atskirai skirtingoms fotoelektrinėms skydeliams grupėms, o po to surinka šiuos AC. Jis turi didesnį lankstumą. Net jei tam tikra eilutė turi problemų, ji neturės įtakos įprastam kitų stygų veikimui. Be to, jis gali geriau žaisti savo veiklos pranašumus, susijusius su fotoelektrinių plokščių diegimo scenarijais, turinčiais dalinį ekraną ar skirtingą orientaciją. Šiuo metu jis plačiai naudojamas paskirstytuose fotoelektrinės energijos generavimo projektuose. Mikro keitiklis yra tiesiogiai įdiegtas kiekvieno fotoelektrinės skydelio gale, kad kiekvieno fotoelektrinės skydelio nuolatinės srovės galia būtų konvertuota atskirai. Didžiausia jo savybė yra tai, kad ji gali suvokti nepriklausomą kiekvieno fotoelektrinės skydelio stebėjimo ir maksimalaus galios taško stebėjimą. Net jei fotoelektros skydelis yra užblokuotas arba nepavyksta, kitos fotoelektrinės plokštės vis tiek gali veikti normaliai, o tai labai pagerina visos energijos gamybos sistemos energijos gamybos efektyvumą ir stabilumą. Tačiau kadangi kiekvienas mikro keitiklis atitinka tik vieną fotoelektrinę skydą, jo kaina yra palyginti didelė.

Elektros energijos konvertavimo procese keitiklis taip pat turi keletą kitų svarbių funkcijų. Pvz., Maksimalaus galios taško sekimo (MPPT) funkcija gali stebėti fotoelektrinės skydelio išėjimo galią realiu laiku ir automatiškai sureguliuoti darbinius parametrus taip, kad fotoelektros skydelis visada veiktų šalia maksimalaus galios taško, taip pagerindamas galios generavimo efektyvumą. Be to, keitiklis taip pat turi apsaugos nuo saugos funkcijas, tokias kaip apsauga nuo viršįtampio, apsauga nuo viršįtampio ir nuotėkio apsauga, kad būtų užtikrintas stabilus energijos gamybos sistemos veikimas ir personalo bei įrangos saugumas.

Norint, kad fotoelektrinės plokštės galėtų geriau gauti saulės spindulius, reikia stabilios atraminės struktūros, kuri yra laikiklių sistema. Laikiklių sistema yra tarsi fotoelektrinių plokščių „tvirta atrama“. Tai ne tik patiria pačių fotoelektrinių plokščių svorį, bet ir priešinasi įvairiems natūraliems aplinkos veiksniams, tokiems kaip vėjas, lietus, sniegas ir kt.

Laikiklių sistemas galima suskirstyti į dvi rūšis: fiksuotą ir sekimą. Fiksuotus skliaustus yra paprasta įdiegti ir maža kaina. Jie tam tikru kampu ir orientacija pritvirtina fotoelektrines plokštes ant žemės, stogo ar kitų pastatų. Šio laikiklio montavimo kampas paprastai yra optimizuotas atsižvelgiant į vietinę platumos ir saulės spinduliuotės sąlygas, kad būtų užtikrinta, jog fotoelektrinės plokštės gali gauti pakankamai saulės šviesos didžiąją metų dalį. Stebėjimo laikikliai yra protingesni. Jie gali automatiškai sureguliuoti fotoelektrinių plokščių kampą atsižvelgiant į saulės padėties pokyčius, kad fotoelektrinės plokštės visada išlieka statmenos ar beveik statmenos saulės spinduliams, taip padidindami fotoelektrinių plokščių, gaunančių saulės šviesą, efektyvumą. Stebėjimo laikikliai paprastai yra suskirstyti į dvi rūšis: vienos ašies stebėjimą ir dvigubos ašies stebėjimą. Vienos ašies sekimo laikikliai gali sukasi išilgai vienos ašies (paprastai horizontalios ašies rytų-vakarų kryptimi arba pasvirusi ašis šiaurės-pietų kryptimi), o dvigubos ašies sekimo laikikliai gali sukasi vienu metu dviem ašimis, su didesniu stebėjimo tikslumu, tačiau palyginti didesnes išlaidas.

Renkantis laikiklių sistemą, reikia išsamiai laikyti daugelį veiksnių. Pavyzdžiui, montavimo svetainės topografija, turimas plotas, vietinės klimato sąlygos ir biudžetas. Mažuose paskirstytuose fotoelektrinės energijos generavimo projektuose, tokiuose kaip buitinės fotoelektrinės stogo fotoelektrinės sistemos, fiksuoti laikikliai paprastai pasirenkami dėl riboto įrengimo ploto ir jautrumo išlaidoms. Didelėse žemės fotoelektrinėse elektrinėse, jei teritorijos sąlygos leidžia ir ieškoma didesnio energijos gamybos efektyvumo, stebėjimo laikikliai gali būti geresnis pasirinkimas.

Saulės energijos gamybos sistemose akumuliatoriai vaidina „saugyklos sandėlio“ vaidmenį elektros energijos. Kai yra pakankamai saulės spindulių, vartotojai gali naudoti elektros energiją, kurią sukuria fotoelektrinės plokštės, o elektros energijos perteklių galima laikyti akumuliatoriaus pakuotėje. Naktį ar debesuotomis dienomis nepakankamas saulės spindulių baterija išleidžia saugomą elektrą, kad vartotojams būtų suteiktas nuolatinis ir stabilus maitinimo šaltinis.

Įprasti akumuliatorių tipai yra švino rūgšties baterijos, nikelio-metalo hidrido baterijos ir ličio jonų baterijos. Švino rūgšties baterijos yra viena iš plačiausiai naudojamų energijos kaupimo baterijų. Jie turi pigių, brandžios technologijos ir lengvos priežiūros pranašumus. Tačiau jų energijos tankis yra palyginti mažas, jų tūris ir svoris yra dideli, o jų įkrovos ir išleidimo ciklo tarnavimo laikas paprastai yra maždaug 300-500 kartų. Nikelio-metalinių hidridų baterijų našumas yra geresnis nei švino rūgšties baterijų. Jie turi didesnį energijos tankį, ilgesnį įkrovimo ir išleidimo ciklo tarnavimo ciklą (iki maždaug 1, 000 kartų) ir yra ekologiškos, tačiau jų kaina taip pat yra palyginti didelės. Ličio jonų akumuliatoriai turi didelių pranašumų, tokių kaip didelis energijos tankis, mažas tūris, lengvas svoris, didelis krūvio ir iškrovos efektyvumas bei ilgo ciklo tarnavimo laikas (paprastai iki 1, 500-3, 000), tačiau jų kaina šiuo metu yra palyginti didelės. Kai kuriuose išlaidų jautrų taikymo scenarijuose jų reklama taikomi tam tikri apribojimai.

Projektuojant ir konfigūruojant akumuliatorių paketus, būtina išsamiai apsvarstyti tokius veiksnius kaip tikrasis saulės energijos gamybos sistemos energijos poreikis, fotoelektrinių plokščių energijos gamybos talpa ir vietinės šviesos sąlygos. Pvz., Būtina nustatyti tinkamą akumuliatoriaus talpą, kad būtų užtikrinta, jog pagrindinę vartotojų elektros energijos poreikį būtų galima patenkinti nuolatinėmis debesuotomis dienomis. Tuo pačiu metu taip pat reikia atkreipti dėmesį į akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovos valdymą, priimti pagrįstą mokesčio ir iškrovos strategiją, prailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką ir sumažinti energijos kaupimo kainą.

Valdiklis yra saulės energijos generavimo sistemos „intelektualioji namų tvarkytoja“. Jis yra atsakingas už visos energijos generavimo sistemos stebėjimą ir valdymą, kad būtų užtikrintas saugus ir stabilus sistemos veikimas. Valdiklis daugiausia turi šias svarbias funkcijas:

Pirmasis yra įkrovos ir iškrovos valdymo funkcija. Jis gali realiu laiku stebėti įtampą, srovę ir kitus akumuliatorių grupės parametrus ir automatiškai valdyti fotoelektros skydelio įkrovimo procesą iki akumuliatoriaus pagal akumuliatoriaus įkrovimo būklę ir energijos generavimo sistemos darbo sąlygas, kad akumuliatoriaus būtų per daug įkrauta ar per daug išmatuota. Kai akumuliatorius bus visiškai įkrautas, valdiklis automatiškai nupjaus įkrovimo grandinę, kad išvengtų akumuliatoriaus pažeidimo, kurį sukelia per didelis įkrovimas; Ir kai akumuliatoriaus galia yra per maža, valdiklis valdys, kad nustotų iškrauti, kad apsaugotų akumuliatoriaus tarnavimo laiką.

Antrasis yra maksimali galios taško stebėjimo valdymo funkcija. Valdiklis gali realiu laiku sureguliuoti veikiančią fotoelektrinės skydo būseną, dirbdamas kartu su keitikliu, kad jis visada veiktų šalia maksimalaus galios taško, taip pagerindamas fotoelektrinės skydelio energijos gamybos efektyvumą.

Be to, valdiklis taip pat turi sistemos gedimų diagnozę ir apsaugos funkcijas. Jis gali stebėti kiekvieną galios generavimo sistemos komponentą realiuoju laiku. Aptikus gedimą, pavyzdžiui, trumpą jungimą fotoelektrinėje skydelyje, perkaiti keitiklį, akumuliatoriaus nutekėjimą ir kt., Valdiklis nedelsdamas imsis atitinkamų apsaugos priemonių, tokių kaip gedimo grandinės nutraukimas ir signalizacijos signalas, kad užtikrintų saugų visos energijos generavimo sistemos veikimą ir palengvins priežiūros darbuotojus, kad būtų galima sutvarkyti ir taisyti gedimus.

Skirtingų tipų ir dydžių saulės energijos gamybos sistemose naudojami valdikliai taip pat skiriasi. Mažose saulės energijos generavimo sistemose paprastai naudojamas gana paprastas integruotas valdiklis. Jis integruoja pagrindines funkcijas, tokias kaip įkrovos ir iškrovos valdymas bei maksimalus galios taškų sekimo valdymas. Jis yra nedidelio dydžio ir mažos sąnaudos, todėl tinka mažiems taikymo scenarijams, tokiems kaip namų stogo fotoelektrinės sistemos. Didelėse saulės energijos elektrinėse reikalingas galingesnis ir intelektualesnis centralizuotas valdiklis. Tai gali vienodai stebėti ir valdyti daugybę fotoelektrinių plokščių, keitiklių, akumuliatorių ir kitos įrangos visoje elektrinėje, kad būtų galima efektyviau ir tiksliau valdyti sistemą.

Visą saulės energijos generavimo sistemą sudaro keli komponentai, tokie kaip fotoelektrinės plokštės, keitikliai, laikiklių sistemos, akumuliatorių pakuotės ir valdikliai, veikiantys kartu. Kiekvienas komponentas vaidina nepakeičiamą vaidmenį. Jie dirba kartu norėdami paversti saulės energiją į elektrą, kurią galime naudoti, ir prisidėdami prie tvarios energijos plėtros įgyvendinimo. Nuolat tobulėjant technologijoms ir laipsniškai sumažinant išlaidas, saulės energijos gamybos sistemų taikymo perspektyvos bus platesnės ir tikimasi, kad ji užims svarbesnę poziciją būsimoje energijos srityje.