Uz globālās enerģijas pārejas fona fotoelektriskās elektrostacijas, kā saules enerģijas ražošanas pamatne, strauji attīstās un kļūst par galveno spēku, lai veicinātu atjaunojamās enerģijas izmantošanu. Fotovoltu spēkstaciju tehnisko principu, sistēmas sastāva un nākotnes attīstības tendenču izpratnei ir liela nozīme enerģijas pārveidošanas virziena un rūpnieciskā progresa veicināšanas virzienā.
1 fotoelektrisko spēkstaciju tehniskie principi
Fotoelektrisko spēkstaciju enerģijas ražošana ir balstīta uz fotoelektrisko efektu, kuru 1839. gadā atklāja franču zinātnieks Edmunds Bekerels. Kad saules gaisma spīd uz pusvadītāju materiāliem, kas izgatavoti no pusvadītāju materiāliem, fotoni mijiedarbojas ar elektroniem pusvadītājā. Fotonu enerģiju absorbē elektroni, ļaujot tiem iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai atbrīvotos no atomu ierobežojumiem, tādējādi ražojot elektronu caurumu pārus. Iebūvētā elektriskā lauka darbībā pusvadītāja PN krustojumā elektroni un caurumi pārvietojas pretējos virzienos, veidojot strāvu. Vairākas saules baterijas tiek apvienotas virknē un paralēli, veidojot saules bateriju moduļus, vēl vairāk palielinot spriegumu un strāvu un sasniedzot liela mēroga elektriskās enerģijas jaudu.
Agrīnajām saules baterijām bija zema pārveidošanas efektivitāte un augstas izmaksas, kas ierobežoja to plaši izplatīto pielietojumu. Bet ar nepārtrauktu materiālu zinātnes un ražošanas tehnoloģijas progresu kristāliskie silīcija saules baterijas, kuras attēlo monokristāliskais silīcijs un polikristāliskais silīcijs, ir pakāpeniski kļuvuši par galveno. Monokristālas silīcija šūnas ar augstas tīrības pakāpes silīcija materiāliem var sasniegt pārveidošanas efektivitāti virs 25%; Lai arī polikristāliskās silīcija šūnas ir nedaudz zemākas par tīrību, to pārveidošanas efektivitāte joprojām var sasniegt 20% -23%, izmantojot optimizētus ražošanas procesus. Pēdējos gados jaunās perovskīta saules baterijas ir strauji attīstījušās, laboratorijas pārveidošanas efektivitātei pārsniedzot 25%, parādot milzīgu attīstības potenciālu.
2 fotoelektriskās stacijas sistēmas sastāvs
(1) Strāvas ražošanas vienība: galveno komponentu sadarbības darbs
Saules šūnu moduļi ir fotoelektrisko enerģijas ražošanas vienību kodols. Šos komponentus var iedalīt dažādos veidos, pamatojoties uz dažādiem lietojumprogrammu scenārijiem un prasībām. Liela mēroga zemes fotoelektriskos spēkstacijās bieži tiek izmantoti polikristāliski silīcija moduļi ar lielu jaudu un labu stabilitāti; Izplatītos fotoelektriskajos projektos, piemēram, komerciālie jumti un dzīvojamo fotoelementu, monokristāliskie silīcija moduļi ir ļoti iecienīti to mazā izmēra un augstās efektivitātes dēļ. Komponenti tiek uzstādīti noteiktās pozīcijās caur iekavām, lai optimālā leņķī saņemtu saules gaismu.
Kombines kastei ir nozīme strāvas savākšanā un izplatīšanā. Vairāki saules bateriju moduļi ģenerēto tiešo strāvu ir savienota ar kombinētāja kārbu caur kabeļiem. Kombines kaste apkopo vairākas tiešās strāvas un monitorus un aizsargā katru strāvu. Pēc tam līdzstrāvas jauda tiek pārnesta uz invertoru caur līdzstrāvas sadales skapi.
(2) Kontroles un pārveidošanas bloks: jaudas kvalitātes un tīkla savienojuma nodrošināšana
Invertors ir viens no galvenajiem fotoelektriskajām elektrostacijām, kas pārvērš tiešo strāvu mainīgā strāvā, kas atbilst enerģijas tīkla prasībām. Invertoru veiktspēja tieši ietekmē fotoelektrisko elektrostaciju enerģijas ražošanas efektivitāti un jaudas kvalitāti. Mūsdienu invertori izmanto uzlabotu digitālās vadības tehnoloģiju, un tiem ir maksimālā jaudas punktu izsekošanas (MPPT) funkcija, kas reālā laikā var pielāgot saules šūnu moduļa darba stāvokli, lai vienmēr atrastos maksimālā jaudas izejas stāvoklī. Tajā pašā laikā invertors var arī filtrēt un stabilizēt izejas maiņstrāvas jaudu, lai nodrošinātu, ka jaudas kvalitāte atbilst tīkla piekļuves standartiem.
Papildus invertoram uzraudzības sistēma ir arī svarīga vadības un pārveidošanas vienības sastāvdaļa. Izmantojot sensorus un datu iegūšanas ierīces, uzraudzības sistēma uzrauga dažādu aprīkojuma reālā laika darbības stāvokli fotoelektriskajā stacijā, ieskaitot komponentu temperatūru, spriegumu, strāvas, invertora darba parametrus utt. Šie dati tiek pārsūtīti uz centrālo uzraudzības telpu un pārvaldības personāls var attālināti uzraudzīt un pārvaldīt barošanas staciju, izmantojot barošanas staciju, lai noteiktu aprīkojumu, kas ir neveiksmīgi, un nodrošināt stabilu darbību.
(3) Enerģijas uzglabāšanas vienība: Fotoelektriskās enerģijas ražošanas periodiskas problēmas risināšana
Lai atrisinātu fotovoltu enerģijas ražošanas periodiskas un mainīgas problēmas, enerģijas uzkrāšanas vienību pielietojums fotoelektriskajās elektrostacijās kļūst arvien izplatītāks. Parastās enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijas ietver svina-skābes baterijas, litija jonu baterijas un plūsmas baterijas. Litija jonu baterijas ir kļuvušas par galveno izvēli enerģijas uzglabāšanai fotoelektriskajās elektrostacijās, pateicoties to lielajai enerģijas blīvumam, augstajai uzlādēšanai un efektivitātei noplūde un ilga cikla kalpošanas laiks.
Kad dienas laikā ir pietiekami daudz saules gaismas, fotoelektrisko elektrostaciju radīto elektrības pārpalikumu uzglabā enerģijas uzglabāšanas baterijās; Naktīs vai kad nav pietiekami daudz gaismas, enerģijas uzkrāšanas akumulators izdala elektrisko enerģiju, lai nodrošinātu stabilu elektrības padevi. Enerģijas uzglabāšanas vienības var piedalīties arī papildu pakalpojumos, piemēram, enerģijas tīkla maksimālā skūšanās un frekvences regulēšana, uzlabojot enerģijas tīkla stabilitāti un uzticamību.
3 fotoelektrisko spēkstaciju attīstības tendence
(1) Tehnoloģiskais jauninājums veicina efektivitātes uzlabošanos un izmaksu samazināšanu
Nākotnē fotoelektriskās stacijas tehnoloģija attīstīsies augstākas efektivitātes un zemāku izmaksu virzienā. Paredzams, ka akumulatoru tehnoloģijas ziņā Perovskite saules baterijas sasniegs liela mēroga rūpniecības lietojumprogrammas, vēl vairāk uzlabojot fotoelektrisko spēkstaciju enerģijas ražošanas efektivitāti. Tikmēr, uzlabojot ražošanas procesus un optimizējot komponentu dizainu, var samazināt fotoelektrisko moduļu ražošanas izmaksas. Runājot par invertoru tehnoloģiju, jaunu topoloģijas struktūru un enerģijas ierīču pielietošana uzlabos pārveidošanas efektivitāti un invertoru uzticamību un samazinās darbības un uzturēšanas izmaksas.
(2) izplatīta un centralizēta sadarbības attīstība
Izplatītās fotoelektriskās stacijas pēdējos gados ir strauji attīstījušās, pateicoties to priekšrocībām, kas saistītas ar to, ka tie ir tuvu lietotājiem, elastīgai konstrukcijai un patēriņam uz vietas. Nākotnē izplatītā fotoelektriskā sinerģijā attīstīsies sinerģijā ar centralizētām fotoelektriskajām stacijām. Pilsētas un komerciālos apgabalos izplatītais fotoelements pilnībā izmantos tādas vietas kā jumti un sienas, lai sasniegtu tuvumā esošo enerģijas ražošanu un patēriņu; Attālos apgabalos ar bagātīgiem saules enerģijas resursiem centralizētas fotoelektriskās strāvas stacijas turpinās izmantot savas mēroga priekšrocības, lai nodrošinātu liela mēroga tīru enerģiju enerģijas tīklam. Tajā pašā laikā, izmantojot viedās tīkla tehnoloģiju, var panākt savstarpējo savienojumu starp izplatītajām fotoelektriskajām un centralizētajām fotoelektriskajām stacijām, optimizējot enerģijas resursu sadalījumu.
(3) Integrēta attīstība ar citām nozarēm
Fotoelektriskās spēka stacijas tiks dziļi integrētas tādās nozarēs kā lauksaimniecība, zvejniecības un lopkopība, veidojot novatoriskus attīstības modeļus, piemēram, “lauksaimniecības fotoelektrisko papildinājumu”, “zvejniecības fotoelektrisko papildinājumu” un “lopkopības fotoelektrisko papildinājumu”. "Lauksaimniecības fotoelementu papildinošajā" režīmā virs lauksaimniecības zemes tiek uzstādīti fotoelektriskie moduļi, un zemāk esošo zemi var turpināt izmantot lauksaimniecības stādīšanai, panākot efektīvu zemes resursu izmantošanu; "Zvejniecības fotoelektrisko papildinošais" modelis ietver fotoelektrisko spēkstaciju būvēšanu uz zivju dīķu virsmas, zemūdens akvakultūras un visaptverošo ienākumu palielināšanu uz zemes platību. Šis rūpniecības integrācijas attīstības modelis ne tikai paplašina fotoelektrisko elektrostaciju pielietojuma scenārijus, bet arī veicina saistīto nozaru zaļo un ilgtspējīgo attīstību.