Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish - bu yarimo'tkazgich interfeysining fotovoltaik effektidan foydalangan holda yorug'lik energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantiradigan texnologiya. Ushbu texnologiyaning asosiy elementi quyosh xujayrasi hisoblanadi. Quyosh xujayralari ketma-ket ulangandan so'ng, ular katta maydonli quyosh xujayrasi modulini yaratish uchun qadoqlanishi va himoyalanishi mumkin, so'ngra fotovoltaik energiya ishlab chiqarish qurilmasini yaratish uchun quvvat boshqaruvchilari va boshqa komponentlar bilan birlashtiriladi.
1 Fotovoltaik effekt
Agar yorug'lik quyosh kamerasiga tushsa va yorug'lik interfeys qatlamida so'rilsa, etarli energiyaga ega bo'lgan fotonlar P tipidagi va N tipidagi kremniydagi kovalent bog'lanishdan elektronlarni qo'zg'atishi mumkin, natijada elektron teshik juftliklari paydo bo'ladi. Interfeys qatlami yaqinidagi elektronlar va teshiklar rekombinatsiyadan oldin kosmik zaryadlarning elektr maydon ta'siri bilan bir-biridan ajratiladi. Elektronlar musbat zaryadlangan N hududga, teshiklar esa manfiy zaryadlangan P mintaqasiga qarab harakatlanadi. Interfeys qatlami orqali zaryadni ajratish P va N hududlari o'rtasida tashqi o'lchanadigan kuchlanish hosil qiladi. Bu vaqtda kremniy gofretning har ikki tomoniga elektrodlar qo'shilishi va voltmetrga ulanishi mumkin. Kristalli silikon quyosh xujayralari uchun ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishining odatiy qiymati 0,5 dan 0,6V gacha. Interfeys qatlamidagi yorug'lik tomonidan yaratilgan elektron-teshik juftlari qancha ko'p bo'lsa, oqim oqimi shunchalik katta bo'ladi. Interfeys qatlami qancha yorug'lik energiyasini yutgan bo'lsa, interfeys qatlami, ya'ni hujayra maydoni shunchalik katta bo'ladi va quyosh elementida hosil bo'lgan tok kuchayadi.
2. Printsip
Quyosh nurlari yarim o'tkazgich pn birikmasiga tushadi va yangi teshik-elektron juftligini hosil qiladi. Pn-birikma elektr maydonining ta'sirida teshiklar n mintaqadan p mintaqaga, elektronlar esa p mintaqadan n mintaqaga oqib o'tadi. O'chirish yoqilgandan so'ng, oqim hosil bo'ladi. Fotoelektr effektli quyosh xujayralari shunday ishlaydi.
Quyosh energiyasini ishlab chiqarishning ikkita usuli mavjud, biri yorug'lik-issiqlik-elektr energiyasini konversiyalash, ikkinchisi esa yorug'lik-elektr energiyasini to'g'ridan-to'g'ri konvertatsiya qilish.
(1) Engil-issiqlik-elektr konversiyasi usuli quyosh nurlanishi natijasida hosil bo'lgan issiqlik energiyasidan foydalangan holda elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Odatda, quyosh kollektori so'rilgan issiqlik energiyasini ishchi muhitning bug'iga aylantiradi va keyin elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun bug 'turbinasini boshqaradi. Birinchi jarayon yorug'likdan issiqlikka o'tish jarayonidir; oxirgi jarayon issiqlikni elektr energiyasiga aylantirish jarayoni bo'lib, u oddiy issiqlik energiyasini ishlab chiqarish bilan bir xil. Quyosh issiqlik energiyasini ishlab chiqarishning kamchiliklari shundaki, samaradorlik juda past va narx yuqori. Hisob-kitoblarga ko'ra, uning sarmoyasi hech bo'lmaganda oddiy issiqlik energiyasini ishlab chiqarishdan yuqori. Elektr stantsiyalari 5-10 barobar qimmatroq.
(2) Yorug'likni elektr energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri aylantirish usuli Bu usul quyosh radiatsiyasi energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish uchun fotoelektrik effektdan foydalanadi. Yorug'likni elektr energiyasiga aylantirish uchun asosiy qurilma quyosh batareyalaridir. Quyosh batareyasi - bu fotovoltaik effekt tufayli quyosh nuri energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantiradigan qurilma. Bu yarim o'tkazgichli fotodiod. Quyosh fotodiodga tushganda, fotodiod quyoshning yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantiradi va elektr energiyasini ishlab chiqaradi. joriy. Ko'p hujayralar ketma-ket yoki parallel ravishda ulanganda, u nisbatan katta chiqish quvvatiga ega bo'lgan quyosh batareyasi qatoriga aylanishi mumkin. Quyosh batareyalari uchta asosiy afzalliklarga ega bo'lgan istiqbolli yangi quvvat manbai hisoblanadi: doimiylik, tozalik va moslashuvchanlik. Quyosh batareyalari uzoq xizmat qilish muddatiga ega. Quyosh bor ekan, quyosh xujayralari bir sarmoya bilan uzoq vaqt davomida ishlatilishi mumkin; va issiqlik energiyasi, atom energiyasi ishlab chiqarish. Aksincha, quyosh xujayralari atrof-muhitning ifloslanishiga olib kelmaydi.
3. Tizim tarkibi
Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi quyosh batareyalari massivlari, batareyalar paketlari, zaryadlash va tushirishni nazorat qilish moslamalari, invertorlar, AC quvvat taqsimlash shkaflari, quyoshni kuzatishni boshqarish tizimlari va boshqa jihozlardan iborat. Uskunaning ba'zi funktsiyalari:
batareyalar qatori
Yorug'lik mavjud bo'lganda (u quyosh nuri yoki boshqa yoritgichlar tomonidan yaratilgan yorug'lik bo'ladimi), batareya yorug'lik energiyasini o'zlashtiradi va batareyaning ikkala uchida qarama-qarshi signal zaryadlarining to'planishi sodir bo'ladi, ya'ni "fotogeneratsiyalangan kuchlanish" hosil bo'ladi. bu "fotovoltaik effekt". Fotovoltaik effekt ta'sirida quyosh xujayrasining ikki uchi yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan elektromotor kuchni hosil qiladi, bu energiya konvertatsiya qilish moslamasi. Quyosh xujayralari odatda kremniy xujayralari bo'lib, ular uch turga bo'linadi: monokristalli silikon quyosh xujayralari, polikristalli kremniy quyosh xujayralari va amorf kremniy quyosh xujayralari.
Batareya to'plami
Uning vazifasi quyosh xujayrasi massivi yoritilganda chiqaradigan elektr energiyasini saqlash va istalgan vaqtda yukni quvvat bilan ta'minlashdir. Quyosh batareyasi energiyasini ishlab chiqarishda ishlatiladigan batareyalar to'plamiga qo'yiladigan asosiy talablar: a. past o'z-o'zidan tushirish tezligi; b. uzoq xizmat muddati; c. kuchli chuqur tushirish qobiliyati; d. yuqori zaryadlash samaradorligi; e. kamroq texnik xizmat ko'rsatish yoki texnik xizmat ko'rsatishsiz; f. ish harorati Keng diapazon; g. past narx.
Nazoratchi
Bu batareyaning haddan tashqari zaryadlanishi va zaryadsizlanishini avtomatik ravishda oldini oladigan qurilma. Zaryadlash va tushirish davrlarining soni va batareyaning zaryadsizlanish chuqurligi batareyaning ishlash muddatini aniqlashda muhim omil bo'lganligi sababli, batareya paketining haddan tashqari zaryadlanishini yoki ortiqcha zaryadsizlanishini nazorat qila oladigan zaryadlash va tushirishni boshqarish moslamasi muhim qurilma hisoblanadi.
Inverter
To'g'ridan-to'g'ri oqimni o'zgaruvchan tokka aylantiruvchi qurilma. Quyosh xujayralari va batareyalar doimiy tok manbai bo'lgani uchun,
Yuk AC yuk bo'lsa, inverter muhim ahamiyatga ega. Ishlash rejimiga ko'ra, invertorlarni mustaqil ishlaydigan invertorlarga va tarmoqqa ulangan invertorlarga bo'lish mumkin. Mustaqil inverterlar mustaqil yuklarni quvvatlantirish uchun mustaqil quyosh batareyasi energiya tizimlarida qo'llaniladi. Tarmoqqa ulangan inverterlar tarmoqqa ulangan quyosh batareyasi energiya ishlab chiqarish tizimlari uchun ishlatiladi. Chiqish to'lqin shakliga ko'ra inverterni kvadrat to'lqinli inverter va sinus to'lqinli inverterga bo'lish mumkin. Kvadrat to'lqinli inverter oddiy sxema va arzon narxga ega, ammo katta harmonik komponentga ega. Odatda u bir necha yuz vattdan past va harmonik talablari past bo'lgan tizimlarda qo'llaniladi. Sinus to'lqinli invertorlar qimmat, lekin turli yuklarga qo'llanilishi mumkin.
4. Tizimlarning tasnifi
Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi mustaqil fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimiga, tarmoqqa ulangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimiga va taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimiga bo'linadi.
1. Mustaqil fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tarmoqdan tashqari fotovoltaik energiya ishlab chiqarish deb ham ataladi. U asosan quyosh batareyasi komponentlari, kontrollerlar va batareyalardan iborat. AC yukini quvvat bilan ta'minlash uchun AC inverterini sozlash kerak. Mustaqil fotovoltaik elektr stantsiyalariga chekka hududlardagi qishloq elektr ta'minoti tizimlari, quyoshli maishiy elektr ta'minoti tizimlari, aloqa signallari quvvat manbalari, katod himoyasi, quyosh ko'cha chiroqlari va mustaqil ravishda ishlay oladigan batareyalar bilan boshqa fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimlari kiradi.
2. Tarmoqqa ulangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish quyosh modullari tomonidan ishlab chiqarilgan to'g'ridan-to'g'ri oqim tarmoqqa ulangan inverter orqali tarmoq tarmog'ining talablariga javob beradigan o'zgaruvchan tokga aylantirilishini va keyin to'g'ridan-to'g'ri umumiy tarmoqqa ulanganligini anglatadi.
U batareyali va batareyasiz tarmoqqa ulangan energiya ishlab chiqarish tizimlariga bo'linishi mumkin. Batareya bilan tarmoqqa ulangan energiya ishlab chiqarish tizimi rejalashtirilgan va ehtiyojlarga qarab elektr tarmog'iga birlashtirilishi yoki undan chiqarilishi mumkin. Shuningdek, u zahiraviy quvvat manbai funksiyasiga ega bo'lib, biron sababga ko'ra elektr tarmog'i uzilib qolganda favqulodda elektr ta'minotini ta'minlaydi. Turar-joy binolarida ko'pincha batareyali fotovoltaik tarmoqqa ulangan energiya ishlab chiqarish tizimlari o'rnatiladi; batareyalarsiz tarmoqqa ulangan energiya ishlab chiqarish tizimlari dispetcherlik va zaxira quvvat funktsiyalariga ega emas va odatda kattaroq tizimlarga o'rnatiladi. Tarmoqqa ulangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish markazlashtirilgan yirik tarmoqqa ulangan fotovoltaik elektr stantsiyalariga ega bo'lib, ular odatda milliy darajadagi elektr stantsiyalari hisoblanadi. Biroq, bu turdagi elektr stansiyasi katta investitsiyalar, uzoq qurilish muddati va katta maydon tufayli unchalik rivojlanmagan. Tarqalgan kichik o'lchamli tarmoqqa ulangan fotovoltaiklar, ayniqsa, fotovoltaik binolar bilan integratsiyalashgan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish, kichik sarmoya, tez qurilish, kichik iz va kuchli siyosatni qo'llab-quvvatlash afzalliklari tufayli tarmoqqa ulangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning asosiy oqimi hisoblanadi.
3. Taqsimlangan elektr energiyasini ishlab chiqarish yoki taqsimlangan energiya ta'minoti deb ham ataladigan taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi foydalanuvchining saytida yoki elektr tarmog'ining yaqinida ma'lum foydalanuvchilarning ehtiyojlarini qondirish va mavjud quvvatlarni qo'llab-quvvatlash uchun kichikroq fotovoltaik elektr ta'minoti tizimining konfiguratsiyasiga ishora qiladi. tarqatish tarmog'ining iqtisodiy ishlashi yoki bir vaqtning o'zida ikkala jihatning talablariga javob beradi.
4. Taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimining asosiy uskunasiga fotovoltaik hujayra komponentlari, fotovoltaik kvadrat qator qavslar, shahar birlashtiruvchi qutilari, shahar quvvat taqsimlash shkaflari, tarmoqqa ulangan invertorlar, AC quvvat taqsimlash shkaflari va boshqa jihozlar, shuningdek, elektr ta'minoti tizimi kiradi. monitoring qurilmalari va atrof-muhit monitoringi qurilmasi. Uning ishlash tartibi quyosh nurlanishi sharoitida fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimining quyosh xujayrasi modul majmuasi chiqadigan elektr energiyasini quyosh energiyasidan o'zgartiradi va uni DC birlashtiruvchi quti va tarmoq orqali shahar quvvat taqsimlash shkafiga yuboradi. -ulangan inverter uni AC quvvat manbaiga aylantiradi. Binoning o'zi yuklanadi va ortiqcha yoki etarli bo'lmagan elektr quvvati tarmoqqa ulanish orqali tartibga solinadi.
5. Afzalliklari va kamchiliklari
Keng tarqalgan ishlatiladigan elektr energiyasini ishlab chiqarish tizimlari bilan taqqoslaganda, quyosh fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning afzalliklari asosan quyidagilarda namoyon bo'ladi:
Quyosh energiyasi eng ideal yangi energiya deb ataladi. ①Tuzilish xavfi yo'q; ②Xavfsiz va ishonchli, shovqin yo'q, ifloslanish yo'q, mutlaqo toza (ifloslanish yo'q); ③Resurslarning geografik taqsimlanishi bilan cheklanmaydi va tomlarni qurishning afzalliklaridan foydalanish mumkin; ④Yoqilg'i iste'mol qilish va elektr uzatish liniyalarini qurishning hojati yo'q Mahalliy energiya ishlab chiqarish va elektr ta'minoti; ⑤Yuqori energiya sifati; ⑥Foydalanuvchilar hissiy jihatdan oson qabul qilinadi; ⑦Qurilish muddati qisqa va energiya olish uchun ketadigan vaqt qisqa.
kamchilik:
①Nurlanishning energiya taqsimot zichligi kichik, ya'ni juda katta maydonni egallaydi; ②Olingan energiya to'rt fasl, kun va tun, bulutli va quyoshli va boshqa meteorologik sharoitlar bilan bog'liq. Elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun quyosh energiyasidan foydalanish yuqori uskunalar narxiga ega, ammo quyosh energiyasidan foydalanish darajasi past, shuning uchun uni keng qo'llash mumkin emas. U asosan ba'zi maxsus muhitlarda, masalan, sun'iy yo'ldoshlarda qo'llaniladi.
6. Qo'llash sohalari
1. Foydalanuvchi quyosh quvvati: (1) 10-100 Vt gacha boʻlgan kichik quvvat manbai, elektr energiyasi boʻlmagan chekka hududlarda, masalan, platolar, orollar, yaylovlar, chegara postlari va boshqa harbiy va fuqarolik hayoti elektr energiyasi, masalan, yoritish , televizor, magnitafon va boshqalar; (2) 3 -5KVt uyingizda uyingizda tarmoqqa ulangan energiya ishlab chiqarish tizimi; (3) Fotovoltaik suv nasosi: elektr energiyasi bo'lmagan hududlarda chuqur quduqlarni ichish va sug'orish muammosini hal qiladi.
2. Navigatsiya chiroqlari, yo'l / temir yo'l signal chiroqlari, yo'l harakati haqida ogohlantirish / signal chiroqlari, Yuxiang ko'cha chiroqlari, yuqori balandlikdagi to'siq chiroqlari, avtomagistral / temir yo'l simsiz telefon kabinalari, qarovsiz yo'l almashinuvi elektr ta'minoti va boshqalar kabi transport maydonlari.
3. Aloqa / aloqa sohasi: quyoshning qarovsiz mikroto'lqinli rele stantsiyasi, optik kabelga texnik xizmat ko'rsatish stantsiyasi, radioeshittirish / aloqa / peyjing elektr ta'minoti tizimi; qishloq tashuvchi telefon fotovoltaik tizimi, kichik aloqa mashinasi, askarlar uchun GPS quvvat manbai va boshqalar.
4. Neft, dengiz va meteorologiya sohalari: neft quvurlari va rezervuar eshiklari uchun katodli himoya quyosh energiyasi tizimi, neft burg'ulash platformalari uchun hayot va favqulodda elektr ta'minoti, dengizni aniqlash uskunalari, meteorologik / gidrologik kuzatuv uskunalari va boshqalar.
5. Maishiy lampalar uchun elektr ta'minoti: bog 'chiroqlari, ko'cha chiroqlari, ko'chma lampalar, lager lampalari, alpinizm lampalari, baliq ovlash lampalari, qora chiroqlar, teginish lampalari, energiya tejaydigan lampalar va boshqalar.
6. Fotovoltaik elektr stantsiyasi: 10KVt -50MVt mustaqil fotovoltaik elektr stantsiyasi, shamol-quyosh (dizel) qo'shimcha elektr stantsiyasi, turli yirik avtoturargohlarni zaryadlash stantsiyalari va boshqalar.
7. Quyoshli binolar quyosh energiyasini ishlab chiqarishni qurilish materiallari bilan birlashtirib, kelajakda yirik binolarni elektr energiyasi bilan o'zini-o'zi ta'minlashga imkon beradi, bu esa kelajakda asosiy rivojlanish yo'nalishi hisoblanadi.
8. Boshqa sohalar quyidagilarni o'z ichiga oladi: (1) Avtomobillar bilan moslashish: quyoshli transport vositalari / elektr transport vositalari, akkumulyatorlarni zaryadlovchi uskunalar, avtomobil konditsionerlari, ventilyatsiya fanatlari, sovuq ichimliklar qutilari va boshqalar; (2) quyosh vodorod ishlab chiqarish va yoqilg'i xujayralari uchun regenerativ energiya ishlab chiqarish tizimlari; (3) dengiz suvini tuzsizlantirish uskunalari elektr ta'minoti; (4) Sun'iy yo'ldoshlar, kosmik kemalar, kosmik quyosh elektr stantsiyalari va boshqalar.