Fotoelementu enerģijas ražošana ir tehnoloģija, kas tieši pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā, izmantojot pusvadītāju saskarnes fotoelektrisko efektu. Šīs tehnoloģijas galvenais elements ir saules baterija. Pēc tam, kad saules baterijas ir savienotas virknē, tās var iesaiņot un aizsargāt, lai izveidotu liela laukuma saules bateriju moduli, un pēc tam apvienot ar jaudas kontrolieriem un citiem komponentiem, lai izveidotu fotoelementu enerģijas ražošanas ierīci.
1 Fotoelementu efekts
Ja gaisma ietriecas saules baterijā un gaisma tiek absorbēta saskarnes slānī, fotoni ar pietiekamu enerģiju var ierosināt elektronus no kovalentajām saitēm gan P-tipa, gan N-tipa silīcijā, kā rezultātā veidojas elektronu-caurumu pāri. Interfeisa slāņa tuvumā esošie elektroni un caurumi pirms rekombinācijas tiks atdalīti viens no otra ar kosmosa lādiņu elektriskā lauka efektu. Elektroni virzās uz pozitīvi lādētu N apgabalu un caurumi uz negatīvi lādētu P apgabalu. Uzlādes atdalīšana caur saskarnes slāni radīs ārēji izmērāmu spriegumu starp P un N reģioniem. Šajā laikā elektrodus var pievienot abām silīcija vafeles pusēm un savienot ar voltmetru. Kristāliskā silīcija saules baterijām atvērtās ķēdes sprieguma tipiskā vērtība ir 0,5 līdz 0,6 V. Jo vairāk elektronu caurumu pāru gaisma rada saskarnes slānī, jo lielāka ir strāvas plūsma. Jo vairāk gaismas enerģijas absorbē saskarnes slānis, jo lielāks ir saskarnes slānis, ti, šūnas laukums, un jo lielāka ir strāva, kas veidojas saules elementā.
2. Princips
Saules gaisma spīd uz pusvadītāju pn savienojuma, veidojot jaunu caurumu-elektronu pāri. Pn savienojuma elektriskā lauka iedarbībā caurumi plūst no n apgabala uz p apgabalu, un elektroni plūst no p apgabala uz n apgabalu. Pēc ķēdes ieslēgšanas veidojas strāva. Šādi darbojas fotoelektriskā efekta saules baterijas.
Ir divi saules enerģijas ražošanas veidi: viens ir gaismas-siltuma-elektrības pārveidošana, bet otrs ir gaismas-elektrības tiešā pārveidošana.
(1) Izmantojot gaismas-siltuma-elektriskās konversijas metodi, elektroenerģiju ražo, izmantojot saules starojuma radīto siltumenerģiju. Parasti saules kolektors absorbēto siltumenerģiju pārvērš darba vides tvaikā un pēc tam vada tvaika turbīnu, lai ražotu elektroenerģiju. Iepriekšējais process ir pārveides process no gaismas uz siltumu; pēdējais process ir siltumenerģijas pārveides process, kas ir tāds pats kā parastā siltumenerģijas ražošana. Saules siltumenerģijas ražošanas trūkums ir tas, ka efektivitāte ir ļoti zema un izmaksas ir augstas. Tiek lēsts, ka tās investīcijas ir vismaz lielākas nekā parastajā siltumenerģijas ražošanā. Elektrostacijas ir 5 līdz 10 reizes dārgākas.
(2) Tiešās gaismas pārveidošanas metode pret elektroenerģiju Šajā metodē izmanto fotoelektrisko efektu, lai tieši pārvērstu saules starojuma enerģiju elektroenerģijā. Pamatierīce gaismas pārveidošanai par elektroenerģiju ir saules baterijas. Saules baterija ir ierīce, kas saules gaismas enerģiju tieši pārvērš elektriskajā enerģijā fotoelektriskā efekta dēļ. Tā ir pusvadītāju fotodiode. Kad saule apspīd fotodiode, fotodiode pārveidos saules gaismas enerģiju elektroenerģijā un radīs elektroenerģiju. strāva. Ja daudzas šūnas ir savienotas virknē vai paralēli, tas var kļūt par saules bateriju bloku ar salīdzinoši lielu izejas jaudu. Saules baterijas ir daudzsološs jauna veida enerģijas avots ar trim galvenajām priekšrocībām: pastāvīgums, tīrība un elastība. Saules baterijām ir ilgs kalpošanas laiks. Kamēr pastāv saule, ar vienu ieguldījumu saules baterijas var izmantot ilgu laiku; un siltumenerģija, kodolenerģijas ražošana. Turpretim saules baterijas neizraisa vides piesārņojumu.
3. Sistēmas sastāvs
Fotoelementu enerģijas ražošanas sistēma sastāv no saules bateriju blokiem, akumulatoru blokiem, uzlādes un izlādes kontrolieriem, invertoriem, maiņstrāvas sadales skapjiem, saules izsekošanas vadības sistēmām un cita aprīkojuma. Dažas no tā aprīkojuma funkcijām ir:
akumulatoru bloks
Kad ir gaisma (neatkarīgi no tā, vai tā ir saules gaisma vai citu apgaismotāju radīta gaisma), akumulators absorbē gaismas enerģiju, un abos akumulatora galos uzkrājas pretēja signāla lādiņi, tas ir, tiek ģenerēts "fotoģenerēts spriegums", kas ir "fotoelektriskais efekts". Fotoelektriskā efekta ietekmē abi saules baterijas gali ģenerē elektromotora spēku, kas pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā, kas ir enerģijas pārveidošanas ierīce. Saules baterijas parasti ir silīcija baterijas, kuras iedala trīs veidos: monokristāliskā silīcija saules baterijas, polikristāliskā silīcija saules baterijas un amorfā silīcija saules baterijas.
Baterijas paka
Tās funkcija ir uzglabāt elektrisko enerģiju, ko izstaro saules bateriju bloks, kad tas ir apgaismots, un jebkurā laikā nodrošināt slodzes strāvu. Pamatprasības akumulatoru komplektam, ko izmanto saules bateriju enerģijas ražošanā, ir: a. zems pašizlādes ātrums; b. ilgs kalpošanas laiks; c. spēcīga dziļas izlādes spēja; d. augsta uzlādes efektivitāte; e. mazāk apkopes vai bez apkopes; f. darba temperatūra Plašs diapazons; g. zemu cenu.
Kontrolieris
Tā ir ierīce, kas var automātiski novērst akumulatora pārlādēšanu un pārmērīgu izlādi. Tā kā uzlādes un izlādes ciklu skaits un akumulatora izlādes dziļums ir svarīgi faktori, kas nosaka akumulatora kalpošanas laiku, uzlādes un izlādes kontrolieris, kas var kontrolēt akumulatora bloka pārlādēšanu vai pārmērīgu izlādi, ir būtiska ierīce.
Invertors
Ierīce, kas pārvērš līdzstrāvu maiņstrāvā. Tā kā saules baterijas un baterijas ir līdzstrāvas avoti,
Ja slodze ir maiņstrāvas slodze, invertors ir būtisks. Atbilstoši darbības režīmam invertorus var iedalīt neatkarīgās darbības invertoros un tīklam pieslēgtos invertoros. Atsevišķos invertorus izmanto atsevišķās saules bateriju enerģijas sistēmās, lai darbinātu atsevišķas slodzes. Tīklam pieslēgtos invertorus izmanto ar tīklu pieslēgtām saules bateriju enerģijas ražošanas sistēmām. Invertoru var iedalīt kvadrātviļņu invertorā un sinusoidālā viļņa pārveidotājā atbilstoši izejas viļņu formai. Kvadrātviļņu invertoram ir vienkārša ķēde un zemas izmaksas, taču tam ir liela harmoniskā sastāvdaļa. To parasti izmanto sistēmās, kuru jauda ir mazāka par vairākiem simtiem vatu, un ar zemām harmoniskām prasībām. Sinusoidālā viļņa invertori ir dārgi, taču tos var pielietot dažādām slodzēm.
4. Sistēmas klasifikācija
Fotoelementu elektroenerģijas ražošanas sistēma ir sadalīta neatkarīgā fotoelementu enerģijas ražošanas sistēmā, ar tīklu savienotā fotoelementu enerģijas ražošanas sistēmā un sadalītā fotogalvaniskās enerģijas ražošanas sistēmā.
1. Neatkarīgu fotoelektrisko elektroenerģijas ražošanu sauc arī par ārpustīkla fotoelektrisko elektroenerģijas ražošanu. To galvenokārt veido saules bateriju komponenti, kontrolleri un baterijas. Lai nodrošinātu strāvas padevi maiņstrāvas slodzei, ir jākonfigurē maiņstrāvas pārveidotājs. Neatkarīgās fotoelektriskās spēkstacijas ietver ciematu elektroapgādes sistēmas attālos apgabalos, saules mājsaimniecības barošanas sistēmas, sakaru signālu barošanas avotus, katodaizsardzību, saules ielu apgaismojumu un citas fotogalvaniskās enerģijas ražošanas sistēmas ar baterijām, kas var darboties neatkarīgi.
2. Tīklam pieslēgta fotogalvaniskā elektroenerģijas ražošana nozīmē, ka saules moduļu radītā līdzstrāva tiek pārveidota maiņstrāva, kas atbilst tīkla prasībām, izmantojot tīklam pieslēgtu invertoru un pēc tam tieši pieslēgta publiskajam tīklam.
To var iedalīt ar tīklu pieslēgtās elektroenerģijas ražošanas sistēmās ar un bez baterijām. Tīklam pieslēgtā elektroenerģijas ražošanas sistēma ar akumulatoru ir plānojama un var tikt integrēta elektrotīklā vai izņemta no tā atbilstoši vajadzībām. Tam ir arī rezerves barošanas avota funkcija, kas var nodrošināt avārijas strāvas padevi, ja kāda iemesla dēļ elektrotīkls tiek pārtraukts. Ar fotoelektrisko tīklu savienotas elektroenerģijas ražošanas sistēmas ar baterijām bieži tiek uzstādītas dzīvojamās ēkās; Tīklam pieslēgtām elektroenerģijas ražošanas sistēmām bez baterijām nav nosūtīšanas un rezerves barošanas funkciju, un tās parasti tiek uzstādītas lielākās sistēmās. Tīklam pieslēgtas fotoelektriskās elektroenerģijas ražošanā ir centralizētas liela mēroga ar tīklu savienotas fotoelektriskās spēkstacijas, kas parasti ir valsts līmeņa spēkstacijas. Tomēr šāda veida spēkstacija nav īpaši attīstījusies, pateicoties lielajām investīcijām, ilgajam būvniecības periodam un lielajai platībai. Sadalīta maza mēroga tīklam pieslēgta fotogalvaniskā elektroenerģija, jo īpaši fotoelementu ēkās integrētā fotoelementu elektroenerģijas ražošana, ir galvenā ar tīklu savienotās fotoelektriskās elektroenerģijas ražošanas virziens, jo to priekšrocības ir nelielas investīcijas, ātra būvniecība, maza platība un spēcīgs politikas atbalsts.
3. Sadalītā fotogalvaniskās elektroenerģijas ražošanas sistēma, kas pazīstama arī kā sadalīta elektroenerģijas ražošana vai sadalīta enerģijas padeve, attiecas uz mazākas fotogalvaniskās barošanas sistēmas konfigurāciju lietotāja vietā vai tās tuvumā, lai apmierinātu konkrētu lietotāju vajadzības un atbalstītu esošos. sadales tīkla saimniecisko darbību, vai vienlaikus atbilst abu aspektu prasībām.
4. Izkliedētās fotogalvaniskās elektroenerģijas ražošanas sistēmas pamataprīkojumā ietilpst fotoelementu elementi, fotoelementu kvadrātveida bloku kronšteini, līdzstrāvas kombinatora kastes, līdzstrāvas sadales skapji, tīklam pieslēgti invertori, maiņstrāvas sadales skapji un citas iekārtas, kā arī barošanas sistēma. monitoringa ierīces un vides uzraudzības ierīces. Tās darbības režīms ir tāds, ka saules starojuma apstākļos fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas saules bateriju moduļu bloks pārveido izejas elektrisko enerģiju no saules enerģijas un nosūta to uz līdzstrāvas sadales skapi caur līdzstrāvas kombinētāja kārbu un tīklu. -Pieslēgts invertors pārvērš to maiņstrāvas padevē. Pati ēka ir noslogota, un elektroenerģijas pārpalikums vai nepietiekamība tiek regulēta, pieslēdzoties elektrotīklam.
5. Priekšrocības un trūkumi
Salīdzinot ar parasti izmantotajām elektroenerģijas ražošanas sistēmām, saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas priekšrocības galvenokārt atspoguļojas:
Saules enerģiju sauc par ideālāko jauno enerģiju. ①Nav izsīkuma briesmas; ②Drošs un uzticams, bez trokšņa, bez piesārņojuma, absolūti tīrs (bez piesārņojuma); ③To neierobežo resursu ģeogrāfiskais sadalījums, un var izmantot ēku jumtu priekšrocības; ④ Nav nepieciešams patērēt degvielu un būvēt pārvades līnijas Vietējā elektroenerģijas ražošana un barošana; ⑤Augsta enerģijas kvalitāte; ⑥Lietotājus ir viegli emocionāli pieņemt; ⑦ Būvniecības laiks ir īss, un laiks, kas nepieciešams enerģijas iegūšanai, ir īss.
trūkums:
①Apstarošanas enerģijas sadales blīvums ir mazs, tas ir, tas aizņem milzīgu platību; ②Iegūtā enerģija ir saistīta ar četriem gadalaikiem, dienu un nakti, mākoņainu un saulainu un citiem meteoroloģiskiem apstākļiem. Saules enerģijas izmantošanai elektroenerģijas ražošanā ir augstas iekārtu izmaksas, taču saules enerģijas izmantošanas līmenis ir zems, tāpēc to nevar plaši izmantot. To galvenokārt izmanto dažās īpašās vidēs, piemēram, satelītos.
6. Pielietojuma jomas
1. Lietotāja saules enerģijas padeve: (1) maza strāvas padeve, sākot no 10-100W, tiek izmantota attālos apgabalos bez elektrības, piemēram, plato, salās, ganību apgabalos, robežstabos un citās militārās un civilās dzīves elektrībā, piemēram, apgaismojumā. , TV, magnetofoni utt.; (2) 3 -5KW mājsaimniecības jumta tīklam pievienota elektroenerģijas ražošanas sistēma; (3) Fotoelektriskais ūdens sūknis: atrisina dziļurbumu dzeršanas un apūdeņošanas problēmu apgabalos, kuros nav elektrības.
2. Satiksmes lauki, piemēram, navigācijas gaismas, luksoforu/dzelzceļa signālugunis, satiksmes brīdinājuma/signālu gaismas, Yuxiang ielu gaismas, liela augstuma šķēršļu gaismas, lielceļu/dzelzceļa mobilo tālruņu kabīnes, bez uzraudzības atstāta ceļa maiņas strāvas padeve utt.
3. Sakaru/sakaru lauks: saules bez uzraudzības mikroviļņu releja stacija, optiskā kabeļa apkopes stacija, apraides/sakaru/peidžeru barošanas sistēma; lauku operatoru telefona fotoelektriskā sistēma, maza sakaru iekārta, GPS barošanas avots karavīriem utt.
4. Naftas, jūras un meteoroloģiskie lauki: katodaizsardzības saules enerģijas sistēma naftas cauruļvadiem un rezervuāru vārtiem, dzīvības un avārijas elektroapgāde naftas urbšanas platformām, jūras detektoru iekārtas, meteoroloģiskās/hidroloģiskās novērošanas iekārtas utt.
5. Strāvas padeve mājsaimniecības lampām: piemēram, dārza lampas, ielu lampas, pārnēsājamas lampas, kempinga lampas, alpīnisma lampas, makšķerēšanas lampas, melnas gaismas lampas, pieskāriena lampas, enerģijas taupīšanas lampas utt.
6. Fotoelementu elektrostacija: 10 KW-50MW neatkarīga fotoelementu elektrostacija, vēja-saules (dīzeļa) papildu spēkstacija, dažādas lielas stāvvietu uzlādes stacijas utt.
7. Saules ēkas apvieno saules enerģijas ražošanu ar būvmateriāliem, lai lielajām ēkām nākotnē būtu iespēja sasniegt elektroenerģijas pašpietiekamību, kas ir būtisks attīstības virziens nākotnē.
8. Citas jomas ietver: (1) Atbilstība automašīnām: saules transportlīdzekļi/elektriskie transportlīdzekļi, akumulatoru uzlādes aprīkojums, automašīnu gaisa kondicionētāji, ventilācijas ventilatori, auksto dzērienu kastes utt.; (2) reģeneratīvās enerģijas ražošanas sistēmas saules ūdeņraža ražošanai un kurināmā elementiem; (3) jūras ūdens atsāļošanas iekārtu barošana; (4) Satelīti, kosmosa kuģi, kosmosa saules elektrostacijas utt.