Aurinkosähköinen sähköntuotanto on tekniikka, joka muuntaa valoenergian suoraan sähköenergiaksi hyödyntämällä puolijohderajapinnan aurinkosähkövaikutusta. Tämän tekniikan avainelementti on aurinkokenno. Kun aurinkokennot on kytketty sarjaan, ne voidaan pakata ja suojata laaja-alaiseksi aurinkokennomoduuliksi ja sitten yhdistää tehonsäätimiin ja muihin komponentteihin aurinkosähkön tuotantolaitteen muodostamiseksi.
1 Aurinkosähköefekti
Jos valo osuu aurinkokennoon ja valo absorboituu rajapintakerroksessa, riittävän energian omaavat fotonit voivat virittää elektroneja kovalenttisista sidoksista sekä P- että N-tyypin piissä, jolloin syntyy elektroni-reikäpareja. Rajapintakerroksen lähellä olevat elektronit ja reiät erotetaan toisistaan avaruusvarausten sähkökenttävaikutuksella ennen rekombinaatiota. Elektronit liikkuvat kohti positiivisesti varautunutta N-aluetta ja reiät kohti negatiivisesti varautunutta P-aluetta. Varauksen erotus rajapintakerroksen kautta tuottaa ulospäin mitattavan jännitteen P- ja N-alueiden välille. Tällä hetkellä elektrodeja voidaan lisätä piikiekon molemmille puolille ja liittää volttimittariin. Kiteisen piin aurinkokennoissa avoimen piirin jännitteen tyypillinen arvo on 0,5 - 0,6 V. Mitä enemmän valon muodostamia elektroni-reikä-pareja rajapintakerroksessa on, sitä suurempi on virta. Mitä enemmän valoenergiaa rajapintakerros absorboi, sitä suurempi on rajapintakerros eli kennopinta-ala ja sitä suurempi on aurinkokennoon muodostuva virta.
2. Periaate
Auringonvalo paistaa puolijohteen pn-liitokselle muodostaen uuden reikä-elektroni-parin. Pn-liitoksen sähkökentän vaikutuksesta reiät virtaavat n-alueelta p-alueelle ja elektronit p-alueelta n-alueelle. Kun piiri on kytketty päälle, muodostuu virta. Näin toimivat valosähköiset aurinkokennot.
Aurinkosähkön tuottamiseen on kaksi tapaa, toinen on valo-lämpö-sähkömuunnos ja toinen valo-sähkön suoramuunnos.
(1) Valo-lämpö-sähkömuunnosmenetelmällä tuotetaan sähköä käyttämällä auringon säteilyn tuottamaa lämpöenergiaa. Yleensä aurinkokeräin muuntaa absorboidun lämpöenergian työväliaineen höyryksi ja käyttää sitten höyryturbiinia sähkön tuottamiseksi. Edellinen prosessi on valosta lämpöä muuntava prosessi; jälkimmäinen prosessi on lämmöstä sähköksi muunnosprosessi, joka on sama kuin tavallinen lämpövoiman tuotanto. Aurinkolämpövoimantuotannon haittana on, että hyötysuhde on erittäin alhainen ja kustannukset ovat korkeat. Sen investointien arvioidaan olevan vähintään tavallista lämpövoiman tuotantoa suurempi. Voimalaitokset ovat 5-10 kertaa kalliimpia.
(2) Suora muunnosmenetelmä valosta sähköksi Tämä menetelmä käyttää valosähköistä vaikutusta auringon säteilyenergian muuntamiseen suoraan sähköenergiaksi. Peruslaite valosta sähköksi muuntamiseen on aurinkokennot. Aurinkokenno on laite, joka muuttaa auringonvalon energian suoraan sähköenergiaksi aurinkosähköilmiön ansiosta. Se on puolijohdevalodiodi. Kun aurinko paistaa valodiodille, valodiodi muuttaa auringon valoenergian sähköenergiaksi ja tuottaa sähköä. nykyinen. Kun useita kennoja on kytketty sarjaan tai rinnan, siitä voi tulla aurinkokennoryhmä, jolla on suhteellisen suuri lähtöteho. Aurinkokennot ovat lupaava uudenlainen virtalähde, jolla on kolme suurta etua: pysyvyys, puhtaus ja joustavuus. Aurinkokennoilla on pitkä käyttöikä. Niin kauan kuin aurinko on olemassa, aurinkokennoja voidaan käyttää pitkään yhdellä sijoituksella; ja lämpövoima, ydinvoiman tuotanto. Sitä vastoin aurinkokennot eivät saastuta ympäristöä.
3. Järjestelmän kokoonpano
Aurinkosähköinen sähköntuotantojärjestelmä koostuu aurinkokennoryhmistä, akkuyksiköistä, lataus- ja purkausohjaimista, inverttereistä, AC-virranjakelukaapeista, auringonseurantajärjestelmistä ja muista laitteista. Jotkut sen laitteiden toiminnoista ovat:
akkuryhmä
Kun valoa on (olipa kyseessä auringonvalo tai muiden valaistusaineiden tuottama valo), akku imee valoenergiaa ja akun molemmissa päissä tapahtuu vastakkaisen signaalin varausten kerääntymistä, eli syntyy "valokehitetty jännite". mikä on "valosähköefekti". Aurinkosähköilmiön vaikutuksesta aurinkokennon kaksi päätä tuottavat sähkömoottorivoimaa, joka muuntaa valoenergian sähköenergiaksi, joka on energian muuntolaite. Aurinkokennot ovat yleensä piikennoja, jotka jaetaan kolmeen tyyppiin: yksikiteiset piiaurinkokennot, monikiteiset piiaurinkokennot ja amorfiset piiaurinkokennot.
Akkupaketti
Sen tehtävänä on varastoida aurinkokennoryhmän lähettämää sähköenergiaa, kun se on valaistu, ja syöttää virtaa kuormalle milloin tahansa. Aurinkokennojen sähköntuotannossa käytettävän akun perusvaatimukset ovat: a. alhainen itsepurkautumisnopeus; b. pitkä käyttöikä; c. vahva syväpurkauskyky; d. korkea lataustehokkuus; e. vähemmän huoltoa tai huoltovapaa; f. työlämpötila Laaja valikoima; g. alhainen hinta.
Ohjain
Se on laite, joka voi automaattisesti estää akun ylilataamisen ja purkamisen. Koska lataus- ja purkausjaksojen määrä sekä akun purkautumissyvyys ovat tärkeitä tekijöitä akun käyttöikää määritettäessä, lataus- ja purkaussäädin, joka pystyy ohjaamaan akun yli- tai ylipurkautumista, on olennainen laite.
Invertteri
Laite, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi. Koska aurinkokennot ja akut ovat tasavirtalähteitä,
Kun kuorma on AC-kuorma, invertteri on välttämätön. Toimintatavan mukaan invertterit voidaan jakaa itsenäisiin invertteriin ja verkkoon kytkettyihin inverttereihin. Erillisiä inverttereitä käytetään itsenäisissä aurinkokennojärjestelmissä itsenäisten kuormien virransyöttöön. Verkkoon kytkettyjä invertteriä käytetään verkkoon kytketyissä aurinkokennovoimantuotantojärjestelmissä. Invertteri voidaan jakaa neliöaaltoinvertteriin ja siniaaltoinvertteriin lähtöaaltomuodon mukaan. Neliöaaltoinvertterissä on yksinkertainen piiri ja edullinen, mutta siinä on suuri harmoninen komponentti. Sitä käytetään yleensä järjestelmissä, joiden teho on alle useita satoja wattia ja joissa on alhaiset harmoniset vaatimukset. Siniaaltoinvertterit ovat kalliita, mutta niitä voidaan käyttää erilaisiin kuormiin.
4. Järjestelmän luokitus
Aurinkosähköjärjestelmä on jaettu itsenäiseen aurinkosähkön tuotantojärjestelmään, verkkoon kytkettyyn aurinkosähkön tuotantojärjestelmään ja hajautettuun aurinkosähkön tuotantojärjestelmään.
1. Riippumatonta aurinkosähkön tuotantoa kutsutaan myös verkkoon kuulumattomaksi aurinkosähkön tuotantoksi. Se koostuu pääasiassa aurinkokennokomponenteista, ohjaimista ja akuista. Jotta vaihtovirtakuorma voidaan syöttää, AC-invertteri on konfiguroitava. Riippumattomia aurinkosähkövoimaloita ovat kylien sähkönsyöttöjärjestelmät syrjäisillä alueilla, kotitalouksien aurinkoenergiansyöttöjärjestelmät, viestintäsignaalien virtalähteet, katodisuojaus, aurinkokatuvalot ja muut aurinkosähkövoimantuotantojärjestelmät, joissa on paristoja, jotka voivat toimia itsenäisesti.
2. Verkkoon kytketty aurinkosähkön tuotanto tarkoittaa, että aurinkomoduulien tuottama tasavirta muunnetaan verkkoon kytketyn invertterin kautta verkkovirran vaatimukset täyttäväksi vaihtovirraksi ja liitetään sitten suoraan julkiseen verkkoon.
Se voidaan jakaa verkkoon kytkettyihin sähköntuotantojärjestelmiin akuilla ja ilman. Verkkoon kytketty sähköntuotantojärjestelmä akulla on aikataulutettava ja se voidaan integroida sähköverkkoon tai irrottaa siitä tarpeen mukaan. Siinä on myös varavirtalähdetoiminto, joka voi tarjota hätävirtalähteen, kun sähköverkko jostain syystä katkeaa. Asuinrakennuksiin asennetaan usein aurinkosähköverkkoon kytkettyjä sähköntuotantojärjestelmiä akuilla; verkkoon kytketyillä sähköntuotantojärjestelmillä, joissa ei ole akkuja, ei ole lähetettävyyden ja varavirran toimintoja, ja ne asennetaan yleensä suurempiin järjestelmiin. Verkkoon kytketyssä aurinkosähkön tuotannossa on keskitetty laajamittaisia verkkoon kytkettyjä aurinkosähkövoimaloita, jotka ovat yleensä kansallisen tason voimalaitoksia. Tällainen voimalaitos ei kuitenkaan ole paljoa kehittynyt suurten investointien, pitkän rakennusajan ja laajan pinta-alan vuoksi. Hajautetut pienimuotoiset verkkoon kytketyt aurinkosähköt, erityisesti aurinkosähköihin integroitu aurinkosähkön tuotanto, ovat verkkoon kytketyn aurinkosähkön valtavirtaa pienten investointien, nopean rakentamisen, pienen jalanjäljen ja vahvan poliittisen tuen etujen ansiosta.
3. Hajautettu aurinkosähköntuotantojärjestelmä, joka tunnetaan myös nimellä hajautettu sähköntuotanto tai hajautettu energiansyöttö, viittaa pienemmän aurinkosähköjärjestelmän konfigurointiin käyttäjäpaikalla tai lähellä voimalaitosta, jotta se vastaa tiettyjen käyttäjien tarpeita ja tukee olemassa olevia jakeluverkon taloudellinen toiminta tai täyttää molempien näkökohtien vaatimukset samanaikaisesti.
4. Hajautetun aurinkosähkön tuotantojärjestelmän perusvarusteisiin kuuluvat aurinkokennokomponentit, aurinkosähkön neliöryhmäkannattimet, DC-yhdistäjärasiat, DC-sähkönjakokaapit, verkkoon kytketyt invertterit, AC-sähkönjakelukaapit ja muut laitteet sekä virransyöttöjärjestelmä valvontalaitteet ja ympäristönvalvontalaitteet. Sen toimintatapa on, että aurinkosäteilyn olosuhteissa aurinkokennojärjestelmän aurinkokennomoduuliryhmä muuntaa tuotetun sähköenergian aurinkoenergiasta ja lähettää sen tasavirtasähkönjakokaappiin DC-yhdistimen ja verkon kautta. -kytketty invertteri muuntaa sen AC-virtalähteeksi. Itse rakennus on kuormitettu ja yli- tai riittämätöntä sähköä säädellään verkkoon liittymisellä.
5. Edut ja haitat
Verrattuna yleisesti käytettyihin sähköntuotantojärjestelmiin aurinkosähköenergian tuotannon edut näkyvät pääasiassa:
Aurinkovoimaa kutsutaan ihanteelliseksi uudeksi energiaksi. ①Ei ehtymisen vaaraa; ②Turvallinen ja luotettava, ei melua, ei saasteita, täysin puhdas (ei saastumista); ③ Sitä ei rajoita resurssien maantieteellinen jakautuminen, ja rakennusten kattojen etuja voidaan käyttää; ④Ei tarvitse kuluttaa polttoainetta ja pystyttää voimajohtoja Paikallinen sähköntuotanto ja virransyöttö; ⑤Korkea energianlaatu; ⑥Käyttäjät on helppo hyväksyä emotionaalisesti; ⑦ Rakennusaika on lyhyt ja energian saamiseen kuluva aika lyhyt.
puute:
①Säteilytyksen energian jakautumistiheys on pieni, eli se vie valtavan alueen; ②Saatu energia liittyy neljään vuodenaikaan, päivä ja yö, pilvinen ja aurinkoinen sekä muihin sääolosuhteisiin. Aurinkoenergian käyttö sähkön tuottamiseen on korkeat laitekustannukset, mutta aurinkoenergian käyttöaste on alhainen, joten sitä ei voida käyttää laajasti. Sitä käytetään pääasiassa joissakin erityisissä ympäristöissä, kuten satelliiteissa.
6. Käyttöalueet
1. Käyttäjän aurinkosähkölähde: (1) Pieni teholähde 10-100W, käytetään syrjäisillä alueilla ilman sähköä, kuten tasangoilla, saarilla, pastoraalisilla alueilla, rajapylväissä ja muussa sotilas- ja siviilielämän sähkössä, kuten valaistuksessa , TV, nauhurit jne.; (2) 3 -5KW kotitalouksien katolla verkkoon kytketty sähköntuotantojärjestelmä; (3) Aurinkosähköinen vesipumppu: ratkaisee syvien kaivojen juoma- ja kasteluongelmat alueilla, joilla ei ole sähköä.
2. Liikennekentät, kuten navigointivalot, liikenne-/rautatien merkkivalot, liikenteen varoitus-/merkkivalot, Yuxiangin katuvalot, korkean paikan estevalot, valtatien/rautatien langattomat puhelinkopit, valvomaton tienvaihtovirtalähde jne.
3. Viestintä-/viestintäkenttä: aurinko-valvomaton mikroaaltovälitysasema, optisen kaapelin huoltoasema, lähetys-/viestintä-/hakuvirtalähdejärjestelmä; maaseudun operaattoripuhelin aurinkosähköjärjestelmä, pieni viestintäkone, GPS-virtalähde sotilaille jne.
4. Öljy-, meri- ja meteorologiset kentät: katodisuojaus aurinkoenergiajärjestelmä öljyputkille ja säiliöporteille, öljynporauslauttojen käyttö- ja hätävirtalähde, merenilmaisinlaitteet, meteorologiset/hydrologiset havaintolaitteet jne.
5. Virtalähde kotitalouslamppuihin: kuten puutarhalamput, katulamput, kannettavat lamput, retkeilylamput, vuorikiipeilylamput, kalastuslamput, mustat valolamput, koputuslamput, energiansäästölamput jne.
6. Aurinkosähkövoimala: 10KW-50MW riippumaton aurinkosähkövoimala, tuuli-aurinkovoimala (diesel) täydentävä voimalaitos, useita suuria pysäköintilaitosten latausasemia jne.
7. Aurinkorakennuksissa yhdistetään aurinkosähkön tuotanto rakennusmateriaaleihin, jotta suuret rakennukset voivat tulevaisuudessa saavuttaa sähköomavaraisuuden, mikä on tulevaisuuden merkittävä kehityssuunta.
8. Muita kenttiä ovat: (1) Yhteensopivuus autojen kanssa: aurinkoajoneuvot/sähköajoneuvot, akun latauslaitteet, autojen ilmastointilaitteet, tuulettimet, kylmäjuomalaatikot jne.; (2) regeneratiiviset sähköntuotantojärjestelmät aurinkovedyn ja polttokennojen tuotantoon; (3) meriveden suolanpoistolaitteiden virtalähde; (4) Satelliitit, avaruusalukset, aurinkovoimalat jne.