Фотоелектрична генерація електроенергії - це технологія, яка безпосередньо перетворює світлову енергію в електричну, використовуючи фотоелектричний ефект напівпровідникового інтерфейсу. Ключовим елементом цієї технології є сонячна батарея. Після того, як сонячні елементи будуть з'єднані послідовно, їх можна упаковувати і захищати, щоб сформувати модуль сонячних елементів великої площі, а потім об'єднати з контролерами потужності та іншими компонентами, щоб утворити фотоелектричний пристрій генерації енергії.
1 Фотоелектричний ефект
Якщо світло потрапляє на сонячний елемент і світло поглинається на інтерфейсному шарі, фотони з достатньою енергією можуть збуджувати електрони від ковалентних зв'язків як в кремнії P-типу, так і в кремнії N-типу, в результаті чого утворюються електронно-діркові пари. Електрони і дірки біля інтерфейсного шару будуть відокремлені один від одного ефектом електричного поля космічних зарядів перед рекомбінацією. Електрони рухаються до позитивно зарядженої області N і дірок до негативно зарядженої області P. Поділ заряду через інтерфейсний шар буде генерувати зовні вимірювану напругу між областями P і N. В цей час електроди можна додавати в обидві сторони кремнієвої пластини і підключати до вольтметра. Для кристалічних кремнієвих ФЕП типовим значенням напруги розімкнутого кола є від 0,5 до 0,6В. Чим більше електронно-діркових пар, породжених світлом на інтерфейсному шарі, тим більше потік струму. Чим більше світлової енергії поглинає інтерфейсний шар, тим більше інтерфейсний шар, тобто площа осередку, і тим більше струм утворюється в сонячному елементі.
2. Принцип
Сонячне світло світить на напівпровідниковий p-n перехід, утворюючи нову дірково-електронну пару. Під дією p-n перехідного електричного поля дірки перетікають з області n в область p, а електрони перетікають з області p в область n. Після включення ланцюга утворюється струм. Так працюють фотоелектричні сонячні елементи.
Існує два способи генерації сонячної енергії, один - перетворення світла-тепла-електрики, а інший - пряме перетворення світло-електрика.
(1) Метод світло-тепло-електричного перетворення генерує електроенергію за допомогою теплової енергії, що генерується сонячним випромінюванням. Як правило, сонячний колектор перетворює поглинену теплову енергію в пар робочого середовища, а потім приводить в рух парову турбіну для вироблення електроенергії. Перший процес - це процес перетворення світла в тепло; останній процес являє собою процес перетворення тепла в електрику, який такий же, як і звичайна теплова генерація. Недоліком сонячної теплової генерації є те, що ККД дуже низький, а вартість висока. Підраховано, що його інвестиції як мінімум вище, ніж у звичайної теплової генерації. Електростанції коштують від 5 до 10 разів дорожче.
(2) Метод прямого перетворення світла в електрику Цей метод використовує фотоефект для прямого перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну енергію. Базовим пристроєм для перетворення світла в електрику є сонячні елементи. Сонячна батарея - це пристрій, який безпосередньо перетворює енергію сонячного світла в електричну за рахунок фотоелектричного ефекту. Він являє собою напівпровідниковий фотодіод. Коли на фотодіоді світить сонце, фотодіод перетворить світлову енергію сонця в електричну і виробить електрику. струм. Коли багато елементів з'єднуються послідовно або паралельно, вони можуть стати масивом сонячних елементів з відносно великою вихідною потужністю. Сонячні елементи є перспективним новим типом джерела живлення з трьома основними перевагами: постійністю, чистотою та гнучкістю. Сонячні елементи мають тривалий термін служби. Поки існує сонце, сонячні елементи можна використовувати протягом тривалого часу з однією інвестицією; і теплова енергетика, атомна енергетика. На відміну від них, сонячні елементи не викликають забруднення навколишнього середовища.
3. Склад системи
Фотоелектрична система генерації електроенергії складається з масивів сонячних елементів, акумуляторних батарей, контролерів заряду та розряду, інверторів, шаф розподілу електроенергії змінного струму, систем контролю стеження за сонцем та іншого обладнання. Деякі з функцій його обладнання:
акумуляторний масив
Коли є світло (будь то сонячне світло або світло, що генерується іншими освітлювачами), батарея поглинає світлову енергію, а накопичення зарядів протилежного сигналу відбувається на обох кінцях акумулятора, тобто генерується «фотогенерована напруга», яке і є «фотоелектричним ефектом». Під дією фотоелектричного ефекту два кінці ФЕП генерують електрорушійну силу, яка перетворює світлову енергію в електричну, яка є пристроєм перетворення енергії. Сонячні елементи , як правило, є кремнієвими елементами, які поділяються на три типи: монокристалічні кремнієві сонячні елементи, полікристалічні кремнієві сонячні елементи та аморфні кремнієві сонячні елементи.
Акумуляторна батарея
Його функція полягає в зберіганні електричної енергії, що випромінюється масивом сонячних елементів при його освітленні, і подачі електроенергії на навантаження в будь-який час. Основними вимогами до акумуляторної батареї, що використовується при генерації електроенергії на сонячних батареях, є: a. низька швидкість саморозряду; б. тривалий термін служби; в. сильна здатність до глибокого розряду; г. висока ефективність зарядки; e. менше обслуговування або не потребує обслуговування; f. робоча температура Широкий діапазон; г. низька ціна.
Контролер
Це пристрій, який може автоматично запобігти перезарядці акумулятора та перезарядці. Оскільки кількість циклів заряду і розряду і глибина розряду АКБ є важливими факторами при визначенні терміну служби АКБ, контролер заряду і розряду, здатний контролювати перезарядку або перерозряд акумулятора, є найважливішим пристроєм.
Інвертор
Пристрій, який перетворює постійний струм в змінний. Так як сонячні елементи і батареї є джерелами постійного струму,
Коли навантаження є навантаженням змінного струму, інвертор має важливе значення. За режимом роботи інвертори можна розділити на інвертори незалежної роботи і мережеві інвертори. Автономні інвертори використовуються в автономних системах живлення сонячних елементів для живлення автономних навантажень. Мережеві інвертори використовуються для мережевих систем генерації електроенергії сонячних елементів. Інвертор можна розділити на інвертор квадратної хвилі та інвертор синусоїди за формою вихідної хвилі. Інвертор квадратної хвилі має просту схему і невисоку вартість, але має велику гармонійну складову. Зазвичай він використовується в системах нижче декількох сотень ват і з низькими гармонійними вимогами. Синусоїдні інвертори коштують дорого, але можуть застосовуватися для різних навантажень.
4. Класифікація систем
Фотоелектрична система генерації електроенергії поділяється на незалежну фотоелектричну систему генерації електроенергії, підключену до мережі фотоелектричну систему генерації та розподілену фотоелектричну систему генерації електроенергії.
1. Незалежне фотоелектричне виробництво електроенергії також називають позамережевою фотоелектричною генерацією. В основному він складається з компонентів сонячних елементів, контролерів та акумуляторів. Для подачі живлення на навантаження змінного струму потрібно налаштувати інвертор змінного струму. Незалежні фотоелектричні електростанції включають в себе сільські системи електропостачання у віддалених районах, системи електропостачання сонячних будинків, джерела живлення сигналу зв'язку, катодний захист, сонячні вуличні ліхтарі та інші фотоелектричні системи генерації електроенергії з акумуляторами, які можуть працювати самостійно.
2. Мережева фотоелектрична генерація електроенергії означає, що постійний струм, що генерується сонячними модулями, перетворюється в змінний струм, який відповідає вимогам мережевої мережі через мережевий інвертор, а потім безпосередньо підключається до мережі.
Його можна розділити на мережеві системи генерації електроенергії з акумуляторами і без них. Підключена до мережі система генерації електроенергії з акумулятором є плановою і може бути інтегрована в електромережу або виведена з неї відповідно до потреб. Також в ньому є функція резервного електропостачання, яке може забезпечити аварійне електропостачання при відключенні електромережі з якихось причин. Фотоелектричні мережеві системи генерації електроенергії з акумуляторами часто встановлюються в житлових будинках; підключені до мережі системи генерації електроенергії без акумуляторів не мають функцій диспетчеризації та резервного живлення, і, як правило, встановлюються на більших системах. Мережеве виробництво фотоелектричної енергії має централізовані великомасштабні мережеві фотоелектричні електростанції, які, як правило, є електростанціями національного рівня. Однак такого роду електростанції мало розвинулися через своїх великих інвестицій, тривалого періоду будівництва і великої площі. Розподілена маломасштабна мережева фотоелектрична енергія, особливо фотоелектрична інтегрована в будівлю фотоелектрична генерація, є основним напрямком мережевого виробництва фотоелектричної енергії завдяки перевагам невеликих інвестицій, швидкого будівництва, невеликого сліду та потужної підтримки політики.
3. Розподілена фотоелектрична система генерації електроенергії, також відома як розподілене виробництво електроенергії або розподілене енергопостачання, відноситься до конфігурації меншої фотоелектричної системи електропостачання на об'єкті користувача або поблизу енергетичного об'єкта для задоволення потреб конкретних користувачів і підтримки існуючої економічної експлуатації розподільчої мережі, або задоволення вимог обох аспектів одночасно.
4. Основне обладнання розподіленої фотоелектричної системи генерації електроенергії включає компоненти фотоелектричних елементів, кронштейни фотоелектричних квадратних масивів, коробки суматорів постійного струму, шафи розподілу електроенергії постійного струму, мережеві інвертори, шафи розподілу електроенергії змінного струму та інше обладнання, а також прилади контролю системи електропостачання та пристрій моніторингу навколишнього середовища. Режим його роботи полягає в тому, що за умови сонячного випромінювання масив модулів сонячної батареї фотоелектричної системи генерації електроенергії перетворює вихідну електричну енергію з сонячної енергії, і відправляє її в шафу розподілу електроенергії постійного струму через коробку суматора постійного струму, а підключений до мережі інвертор перетворює її в блок живлення змінного струму. Сама будівля навантажується, а надлишок або недостатня кількість електроенергії регулюється підключенням до мережі.
5. Переваги та недоліки
У порівнянні з часто використовуваними системами генерації електроенергії, переваги сонячної фотоелектричної генерації в основному відображаються в:
Сонячну енергію називають найідеальнішою новою енергією. (1) Відсутність небезпеки виснаження; (2)Безпечний і надійний, без шуму, без скидів забруднення, абсолютно чистий (без забруднення); (3) Він не обмежений географічним розподілом ресурсів, і можна використовувати переваги будівництва дахів; (4) Відсутність необхідності споживати паливо та зводити лінії електропередачі Місцеве виробництво електроенергії та електропостачання; (5) Висока якість енергії; (6) Користувачів легко прийняти емоційно; (7) Період будівництва короткий, а час, необхідний для отримання енергії, короткий.
Недолік:
(1)Щільність розподілу енергії опромінення невелика, тобто займає величезну площу; (2)Отримана енергія пов'язана з чотирма сезонами, вдень і вночі, хмарними і сонячними та іншими метеорологічними умовами. Використання сонячної енергії для виробництва електроенергії має високі витрати на обладнання, але коефіцієнт використання сонячної енергії низький, тому вона не може бути широко використана. В основному він використовується в деяких спеціальних середовищах, таких як супутники.
6. Області застосування
1. Користувацьке сонячне джерело енергії: (1) Невелике джерело живлення потужністю від 10 до 100 Вт, що використовується у віддалених районах без електрики, таких як плато, острови, пасторальні райони, прикордонні пости та інша електроенергія військового та цивільного життя, така як освітлення, телевізор, магнітофони тощо; (2) 3 -5 кВт побутова система генерації електроенергії, підключена до мережі на даху; (3) Фотоелектричний водяний насос: вирішує проблему пиття та зрошення глибоких свердловин на ділянках без електрики.
2. Поля руху, такі як навігаційні вогні, світлофори / залізничні сигнальні вогні, попереджувальні / сигнальні вогні дорожнього руху, вуличні ліхтарі Yuxiang, висотні ліхтарі перешкод, бездротові телефонні будки на шосе / залізниці, електропостачання без нагляду тощо.
3. Поле зв'язку/ зв'язку: сонячна мікрохвильова релейна станція без нагляду, станція технічного обслуговування оптичного кабелю, система радіомовлення / зв'язку / пейджингового живлення; телефонна фотоелектрична система сільського перевізника, невелика машина зв'язку, GPS-електропостачання для солдатів тощо.
4. Нафтові, морські та метеорологічні родовища: катодний захист сонячної енергосистеми для нафтопроводів та пластових воріт, ресурсне та аварійне електропостачання для нафтових бурових платформ, обладнання для морського виявлення, обладнання для метеорологічного/гідрологічного спостереження тощо.
5. Джерело живлення побутових світильників: таких як садові ліхтарі, вуличні ліхтарі, переносні світильники, кемпінгові лампи, альпіністські лампи, рибальські лампи, лампи чорного світла, лампи для постукування, енергозберігаючі лампи тощо.
6. Фотоелектрична електростанція: незалежна фотоелектрична електростанція потужністю 10 кВт-50 МВт, вітро-сонячна (дизельна) додаткова електростанція, різні великі паркувальні зарядні станції тощо.
7. Сонячні будівлі поєднують сонячну генерацію з будівельними матеріалами, щоб дати можливість великим будівлям в майбутньому досягти самозабезпечення електроенергією, що є основним напрямком розвитку в майбутньому.
8. Інші поля включають: (1) Відповідність з автомобілями: сонячні транспортні засоби / електромобілі, обладнання для зарядки акумуляторів, автомобільні кондиціонери, вентиляційні вентилятори, коробки для холодних напоїв тощо; (2) відновлювальні системи генерації електроенергії для виробництва сонячного водню та паливних елементів; (3) джерело живлення обладнання для опріснення морської води; (4) Супутники, космічні апарати, космічні сонячні електростанції тощо.