На тлі глобальної енергетичної переходу фотоелектричні електростанції, як основний носій виробництва сонячної енергії, швидко розвиваються і стають ключовою силою у просуванні використання відновлюваної енергії. Розуміння технічних принципів, складу системи та майбутніх тенденцій розвитку фотоелектричних електростанцій мають велике значення для досягнення напрямку трансформації енергії та сприяння промисловому прогресу.
1 Технічні принципи фотоелектричних електростанцій
Генерація електроенергії електроенергії базується на фотоелектричному ефекті, який був виявлений французьким вченим Едмундом Беккерелем у 1839 році. Коли сонячне світло світить на сонячних батареях, виготовлених з напівпровідникових матеріалів, фотони взаємодіють з електронами в напівпровіднику. Енергія фотонів поглинається електронами, що дозволяє їм отримати достатню кількість енергії, щоб звільнитися від обмежень атомів, тим самим виробляючи пари електронних отворів. Під дією вбудованого електричного поля на перехресті PN напівпровідника електрони та отвори рухаються в протилежних напрямках, утворюючи струм. Багато сонячних батарей поєднуються послідовно і паралельно утворюють модулі сонячних батарей, ще більше збільшуючи напругу та струм та досягнення масштабного виходу електричної енергії.
Ранні сонячні клітини мали низьку ефективність конверсії та високі витрати, що обмежило їх широке застосування. Але з постійним прогресом матеріалознавства та технології виготовлення кристалічні кремнієві сонячні батареї, представлені монокристалічним кремнієм та полікристалічним кремнієм, поступово стали основними. Монокристалічні кремнієві клітини з їх високими кремнієвими матеріалами можуть досягти ефективності конверсії понад 25%; Хоча полікристалічні кремнієві клітини дещо поступаються чистотою, їх ефективність перетворення все ще може досягти 20% -23% за допомогою оптимізованих виробничих процесів. В останні роки, що виникають сонячні клітини перовскітів, швидко розвивалися, ефективність перетворення лабораторії перевищує 25%, демонструючи величезний потенціал для розвитку.
2 Системний склад фотоелектричної електростанції
(1) Підрозділ виробництва електроенергії: спільна робота основних компонентів
Модулі сонячної клітини є ядром фотоелектричних одиниць виробництва потужності. Ці компоненти можна класифікувати на різні типи на основі різних сценаріїв програми та вимог. У великих масштабних фотоелектричних електростанціях полікристалічні кремнієві модулі з високою потужністю та хорошою стійкістю часто використовуються; У розподілених фотоелектричних проектах, таких як комерційні дахи та житлові фотоелектрики, монокристалічні кремнієві модулі дуже сприятливі завдяки їх невеликому розміру та високій ефективності. Компоненти встановлюються в певних положеннях через дужки, щоб приймати сонячне світло під оптимальним кутом.
Компанія Combiner Box відіграє роль у зборі та розповсюдженні струму. Прямий струм, що генерується за допомогою декількох модулів сонячної комірки, підключений до поля комбінера через кабелі. Коробка Combiner агрегує кілька прямих струмів та моніторів та захищає кожен струм. Після цього потужність постійного струму передається в інвертор через шафу розподілу постійного струму.
(2) Блок управління та перетворення: Забезпечення якості потужності та операції з підключенням сітки
Інвертор - одне з ключових обладнання у фотоелектричних електростанціях, яке перетворює постійний струм у змінний струм, який відповідає вимогам електромережі. Продуктивність інверторів безпосередньо впливає на ефективність виробництва електроенергії та якість електроенергії фотоелектричних електростанцій. Сучасні інвертори приймають вдосконалені технології цифрового управління та мають функцію відстеження максимальної точки потужності (MPPT), яка може регулювати робочий стан модулів сонячних батарей у режимі реального часу, щоб завжди бути у максимальному стані потужності. У той же час, інвертор також може фільтрувати та стабілізувати потужність змінного струму, щоб забезпечити якість потужності відповідає стандартам доступу до сітки.
На додаток до інвертора, система моніторингу також є важливим компонентом блоку управління та перетворення. За допомогою датчиків та пристроїв збору даних система моніторингу контролює стан роботи в режимі реального часу різного обладнання у фотоелектричній електростанції, включаючи температуру компонентів, напругу, струм, робочі параметри інвертора тощо.
(3) Блок зберігання енергії: Розв’язання переривчастої проблеми виробництва фотоелектрики
Для вирішення переривчастих і коливальних проблем генерації фотоелектричних потужностей застосування енергетичних одиниць у фотоелектричних електростанціях стає все більш поширеним. Загальні технології зберігання енергії включають свинцеві батареї, літій-іонні батареї та потокові акумулятори. Літійні іонні батареї стали основним вибором для зберігання енергії у фотоелектричних електростанціях через їх високу щільність енергії, високу зарядку та ефективність розряду та тривалий термін експлуатації циклу.
Коли протягом дня є достатньо сонячного світла, надлишок електроенергії, що виробляється фотоелектричними електростанціями, зберігається в батареї для зберігання енергії; Вночі або коли не вистачає світла, акумулятор для зберігання енергії вивільняє електричну енергію, щоб забезпечити стабільний запас електроенергії. Підрозділи зберігання енергії також можуть брати участь у допоміжних послугах, таких як пікове гоління та регулювання частоти потужності, підвищення стабільності та надійності енергетичної мережі.
3 Тенденція розвитку фотоелектричних електростанцій
(1) Технологічні інноваційні призводять до підвищення ефективності та зниження витрат
В майбутньому технологія фотоелектричних електростанцій розвиватиметься до підвищення ефективності та менших витрат. З точки зору акумуляторної технології, очікується, що сонячні батареї Perovskite досягнуть масштабних промислових застосувань, що ще більше покращить ефективність виробництва електроенергії фотоелектричних електростанцій. Тим часом, вдосконалюючи виробничі процеси та оптимізуючи конструкцію компонентів, виробнича вартість фотоелектричних модулів може бути зменшена. З точки зору інверторної технології, застосування нових топологічних структур та пристроїв електроенергії покращить ефективність конверсії та надійність інверторів та зменшить витрати на експлуатацію та обслуговування.
(2) Розподілений та централізований розвиток спільної роботи
Розподілені фотоелектричні електростанції в останні роки швидко розвивалися завдяки їх перевагам бути близьким до користувачів, гнучкої конструкції та споживання на місці. Надалі розподілена фотоелектрика розвиватиметься в синергії з централізованими фотоелектричними електростанціями. У міських та комерційних районах розподілена фотоелектрика повністю використовуватиме такі простори, як будівництво дахів та стін для досягнення сусіднього виробництва та споживання енергії; У віддалених районах з рясними сонячними енергетичними ресурсами централізовані фотоелектричні електростанції продовжуватимуть використовувати свої масштабні переваги, щоб забезпечити масштабну чисту енергію для енергетичної мережі. У той же час, завдяки технології Smart Grid, може бути досягнуто взаємозв'язок між розподіленими фотоелектричними та централізованими фотоелектричними електростанціями, оптимізуючи розподіл енергетичних ресурсів.
(3) Інтегрований розвиток з іншими галузями
Фотонольтаїчні електростанції будуть глибоко інтегровані з такими галузями, як сільське господарство, рибальство та тваринництво, утворюючи інноваційні моделі розвитку, такі як "сільськогосподарська фотоелектрична взаємодоповнюваність", "фотоелектривність рибальства" та "тваринницька господарство, що займається фотоелектривом". У режимі "Сільськогосподарський фотоелектричний додатковий" фотоелектричні модулі встановлюються над сільськогосподарськими угіддями, а земля нижче може продовжуватись використовувати для посадки сільського господарства, досягнення ефективного використання земельних ресурсів; Модель "Фотовульта з риболовлею" передбачає будівництво фотоелектричних електростанцій на поверхні рибних ставків, підводної аквакультури та збільшення комплексного доходу на одиницю площі землі. Ця модель розвитку промислової інтеграції не тільки розширює сценарії додатків фотоелектричних електростанцій, але й сприяє зеленому та стійкому розвитку суміжних галузей.