Fotogalvaaniline energiatootmine on tehnoloogia, mis muundab valgusenergia otse elektrienergiaks, kasutades ära pooljuhtide liidese fotogalvaanilist efekti. Selle tehnoloogia põhielement on päikesepatarei. Pärast päikesepatareide järjestikku ühendamist saab neid pakendada ja kaitsta, et moodustada suure pindalaga päikesepatarei moodul, ning seejärel kombineerida toitekontrollerite ja muude komponentidega, et moodustada fotogalvaaniline elektritootmisseade.
1 Fotogalvaaniline efekt
Kui valgus tabab päikesepatarei ja valgus neeldub liidesekihis, võivad piisava energiaga footonid ergutada elektrone nii P- kui ka N-tüüpi räni kovalentsetest sidemetest, mille tulemuseks on elektron-augu paarid. Liidesekihi lähedal asuvad elektronid ja augud eraldatakse üksteisest enne rekombinatsiooni ruumilaengute elektrivälja mõjuga. Elektronid liiguvad positiivselt laetud N-piirkonna poole ja augud negatiivselt laetud P-piirkonna poole. Laengu eraldamine liideskihi kaudu tekitab P- ja N-piirkondade vahel väljapoole mõõdetava pinge. Sel ajal saab räniplaadi mõlemale küljele lisada elektroode ja ühendada voltmeetriga. Kristallilise räni päikesepatareide puhul on avatud ahela pinge tüüpiline väärtus 0,5 kuni 0,6 V. Mida rohkem on liidesekihil valguse poolt tekitatud elektron-augu paare, seda suurem on vool. Mida rohkem valgusenergiat liideskiht neelab, seda suurem on liidesekiht ehk raku pindala ja seda suurem on päikesepatareis tekkiv vool.
2. Põhimõte
Päikesevalgus paistab pooljuhtide pn-siirdele, moodustades uue auk-elektron paari. Pn-siirde elektrivälja toimel voolavad augud n piirkonnast p piirkonda ja elektronid p piirkonnast n piirkonda. Pärast vooluringi sisselülitamist moodustub vool. Nii töötavad fotoelektrilise efektiga päikesepatareid.
Päikeseenergia tootmiseks on kaks võimalust, üks on valguse-soojus-elektri muundamine ja teine valgus-elektri otsemuundamine.
(1) Valgus-soojus-elektriline muundamise meetodil toodetakse elektrit päikesekiirguse tekitatud soojusenergia abil. Üldiselt muundab päikesekollektor neeldunud soojusenergia töökeskkonna auruks ja juhib seejärel auruturbiini elektrienergia tootmiseks. Esimene protsess on valguse kuumuse muundamise protsess; viimane protsess on soojuse muundamise protsess elektriks, mis on sama, mis tavaline soojusenergia tootmine. Päikese soojusenergia tootmise puuduseks on väga madal kasutegur ja kõrge maksumus. Hinnanguliselt on selle investeering vähemalt suurem kui tavalises soojusenergia tootmises. Elektrijaamad on 5–10 korda kallimad.
(2) Valgusest elektriks otsese muundamise meetod See meetod kasutab fotoelektrilist efekti päikesekiirguse energia otseseks muundamiseks elektrienergiaks. Valguse elektriks muundamise põhiseade on päikesepatareid. Päikesepatarei on seade, mis muudab päikesevalguse energia otse fotogalvaanilise efekti tõttu elektrienergiaks. See on pooljuhtfotodiood. Kui päike paistab fotodioodile, muudab fotodiood päikese valgusenergia elektrienergiaks ja toodab elektrit. praegune. Kui palju elemente on ühendatud järjestikku või paralleelselt, võib sellest saada suhteliselt suure väljundvõimsusega päikesepatareide massiiv. Päikesepatareid on paljutõotav uut tüüpi toiteallikas, millel on kolm peamist eelist: püsivus, puhtus ja paindlikkus. Päikesepatareidel on pikk kasutusiga. Kuni päike on olemas, saab päikesepatareisid ühe investeeringuga kaua kasutada; ja soojusenergia, tuumaenergia tootmine. Seevastu päikesepatareid ei põhjusta keskkonnareostust.
3. Süsteemi koostis
Fotogalvaaniline elektritootmissüsteem koosneb päikesepatareide massiividest, akudest, laadimis- ja tühjenduskontrolleritest, inverteritest, vahelduvvoolu jaotuskappidest, päikese jälgimise juhtimissüsteemidest ja muudest seadmetest. Mõned selle seadmete funktsioonid on järgmised:
aku massiiv
Valguse olemasolul (olgu see siis päikesevalgus või muude valgustite tekitatud valgus) neelab aku valgusenergiat ja aku mõlemas otsas koguneb vastupidise signaali laenguid, st tekib "fotogenereeritud pinge". mis on "fotogalvaaniline efekt". Fotogalvaanilise efekti toimel tekitavad päikesepatarei kaks otsa elektromotoorjõudu, mis muundab valguse energia elektrienergiaks, mis on energia muundamise seade. Päikesepatareid on üldiselt ränielemendid, mis jagunevad kolme tüüpi: monokristallilised räni päikesepatareid, polükristallilised räni päikesepatareid ja amorfsed räni päikesepatareid.
Akupakk
Selle ülesanne on salvestada päikesepatareide massiivi valgustatud elektrienergiat ja varustada koormust igal ajal. Põhinõuded päikesepatareide elektritootmisel kasutatavale akupaketile on järgmised: a. madal isetühjenemise määr; b. pikk kasutusiga; c. tugev sügavtühjendusvõime; d. kõrge laadimise efektiivsus; e. vähem hooldust või hooldusvaba; f. töötemperatuur Lai valik; g. madal hind.
Kontroller
See on seade, mis suudab automaatselt vältida aku ülelaadimist ja tühjenemist. Kuna laadimis- ja tühjenemistsüklite arv ning aku tühjenemise sügavus on olulised tegurid aku kasutusea määramisel, on laadimis- ja tühjenemiskontroller, mis suudab kontrollida akupaki üle- või tühjenemist, hädavajalik seade.
Inverter
Seade, mis muundab alalisvoolu vahelduvvooluks. Kuna päikesepatareid ja akud on alalisvooluallikad,
Kui koormus on vahelduvvoolukoormus, on muundur hädavajalik. Vastavalt töörežiimile saab inverterid jagada sõltumatuteks inverteriteks ja võrku ühendatud inverteriteks. Eraldiseisvaid invertereid kasutatakse eraldiseisvates päikesepatareide toitesüsteemides eraldiseisvate koormuste toiteks. Võrku ühendatud invertereid kasutatakse võrguga ühendatud päikesepatareide elektritootmissüsteemides. Inverteri saab vastavalt väljundlainekujule jagada ruutlaine inverteriks ja siinuslaine muunduriks. Ruutlaine muunduril on lihtne vooluring ja madal hind, kuid sellel on suur harmooniline komponent. Seda kasutatakse tavaliselt süsteemides, mille võimsus on alla mitusada vatti ja madalate harmooniliste nõuetega. Siinuslaine inverterid on kallid, kuid neid saab rakendada erinevatele koormustele.
4. Süsteemi klassifikatsioon
Fotogalvaaniline elektritootmissüsteem jaguneb sõltumatuks fotogalvaaniliseks energiatootmissüsteemiks, võrguga ühendatud fotogalvaaniliseks energiatootmissüsteemiks ja hajutatud fotogalvaaniliseks energiatootmissüsteemiks.
1. Sõltumatut fotogalvaanilist energiatootmist nimetatakse ka võrguväliseks fotogalvaaniliseks elektritootmiseks. See koosneb peamiselt päikesepatareide komponentidest, kontrolleritest ja akudest. Vahelduvvoolu koormuse toitmiseks tuleb konfigureerida vahelduvvoolu muundur. Sõltumatud fotogalvaanilised elektrijaamad hõlmavad külade toitesüsteeme kõrvalistes piirkondades, päikeseenergiaga kodumajapidamiste toitesüsteeme, sidesignaali toiteallikaid, katoodkaitset, päikeseenergia tänavavalgustusi ja muid fotogalvaanilisi energiatootmissüsteeme koos patareidega, mis võivad töötada iseseisvalt.
2. Võrguühendusega fotogalvaaniline elektritootmine tähendab, et päikesemoodulite tekitatud alalisvool muundatakse võrguga ühendatud inverteri kaudu vooluvõrgu nõuetele vastavaks vahelduvvooluks ja seejärel otse avalikku võrku.
Seda saab jagada võrguga ühendatud elektritootmissüsteemideks akudega ja ilma. Võrku ühendatud akuga elektritootmissüsteem on planeeritav ja seda saab vastavalt vajadusele elektrivõrku integreerida või sealt eemaldada. Sellel on ka varutoiteallika funktsioon, mis võib pakkuda avariitoiteallikat, kui elektrivõrk on mingil põhjusel välja lülitatud. Sageli paigaldatakse elamutesse fotogalvaanilise võrguga ühendatud akudega elektritootmissüsteemid; võrguühendusega elektritootmissüsteemidel ilma akudeta ei ole dispetšeeritavuse ja varutoite funktsioone ning need paigaldatakse üldjuhul suurematele süsteemidele. Võrguga ühendatud fotogalvaanilise elektrienergia tootmisel on tsentraliseeritud suuremahulised võrguga ühendatud fotogalvaanilised elektrijaamad, mis on üldiselt riikliku tasandi elektrijaamad. Seda tüüpi elektrijaam pole aga oma suure investeeringu, pika ehitusperioodi ja suure pindala tõttu kuigi palju arenenud. Jaotatud väikesemahuline võrguga ühendatud fotogalvaanika, eriti fotogalvaanilise hoonega integreeritud fotogalvaanilise elektritootmine, on väikeste investeeringute, kiire ehituse, väikese jalajälje ja tugeva poliitilise toetuse eeliste tõttu võrguga ühendatud fotogalvaanilise elektritootmise põhivool.
3. Hajutatud fotogalvaaniline elektritootmissüsteem, mida tuntakse ka kui hajutatud elektritootmist või hajutatud energiavarustust, viitab väiksema fotogalvaanilise toitesüsteemi konfigureerimisele kasutaja asukohas või elektrijaama lähedal, et rahuldada konkreetsete kasutajate vajadusi ja toetada olemasolevaid jaotusvõrgu majandustegevus või vastama mõlema aspekti nõuetele korraga.
4. Hajutatud fotogalvaanilise elektritootmissüsteemi põhivarustus sisaldab fotogalvaanilisi elemente, fotogalvaanilisi ruutmassiivide klambreid, alalisvoolu kombineerija karpe, alalisvoolu jaotuskappe, võrku ühendatud invertereid, vahelduvvoolu jaotuskappe ja muid seadmeid, samuti toitesüsteemi seireseadmed ja keskkonnaseireseade. Selle töörežiim on selline, et päikesekiirguse tingimustes muundab fotogalvaanilise elektritootmissüsteemi päikesepatarei mooduli massiiv väljundelektrienergia päikeseenergiast ja saadab selle alalisvoolu kombineerija kasti ja võrgu kaudu alalisvoolu jaotuskappi. -ühendatud inverter muudab selle vahelduvvooluallikaks. Hoone ise on koormatud ning elektri üle- või ebapiisava voolu reguleerimine toimub võrguga liitumisega.
5. Eelised ja miinused
Võrreldes tavapäraselt kasutatavate elektritootmissüsteemidega kajastuvad fotogalvaanilise päikeseenergia tootmise eelised peamiselt:
Päikeseenergiat nimetatakse kõige ideaalsemaks uueks energiaks. ①Ammendumise oht puudub; ②Ohutu ja usaldusväärne, müra, saastevaba, täiesti puhas (reostus puudub); ③ Seda ei piira ressursside geograafiline jaotus ja hoonete katuste eeliseid saab kasutada; ④ Pole vaja tarbida kütust ja püstitada ülekandeliine. Kohalik elektritootmine ja toiteallikas; ⑤Kõrge energiakvaliteet; ⑥Kasutajaid on lihtne emotsionaalselt aktsepteerida; ⑦Ehitusperiood on lühike ja energia hankimiseks kuluv aeg on lühike.
puudus:
①Kiirituse energiajaotuse tihedus on väike, see tähendab, et see võtab enda alla tohutu ala; ②Saadud energia on seotud nelja aastaaja, päeva ja öö, pilvise ja päikesepaistelise ning muude ilmastikutingimustega. Päikeseenergia kasutamisel elektri tootmiseks on kõrged seadmekulud, kuid päikeseenergia kasutusmäär on madal, mistõttu seda ei saa laialdaselt kasutada. Seda kasutatakse peamiselt mõnes erikeskkonnas, näiteks satelliitidel.
6. Kasutusalad
1. Kasutaja päikeseenergia toiteallikas: (1) väike toiteallikas vahemikus 10-100W, kasutatakse äärealadel, kus puudub elektrienergia, nagu platood, saared, pastoraalsed alad, piiripostid ja muu sõjaväe- ja tsiviilelekter, nagu valgustus , TV, magnetofonid jne; (2) 3 -5KW kodumajapidamise katusel asuva võrguga ühendatud elektritootmissüsteem; (3) Fotogalvaaniline veepump: lahendab sügavate kaevude joomise ja niisutamise probleemi elektrita piirkondades.
2. Liiklusväljad, nagu navigatsioonituled, liiklus-/raudtee signaaltuled, liiklushoiatus-/signaaltuled, Yuxiangi tänavavalgustid, kõrgmäestiku takistustuled, maanteede/raudtee juhtmevaba telefonikabiinid, järelevalveta maantee nihke toiteallikas jne.
3. Side/sidevaldkond: päikeseenergia järelevalveta mikrolaine releejaam, optilise kaabli hooldusjaam, ringhäälingu/side/piipartoitesüsteem; maapiirkonna operaatoritelefoni fotogalvaaniline süsteem, väike sidemasin, sõdurite GPS-toiteallikas jne.
4. Nafta-, mere- ja meteoroloogiaväljad: katoodkaitsega päikeseenergia süsteem naftajuhtmetele ja veehoidla väravatele, naftapuurimisplatvormide elu- ja avariitoiteallikad, meretuvastusseadmed, meteoroloogilise/hüdroloogilise vaatlusseadmed jne.
5. Majapidamislampide toiteallikas: näiteks aiavalgustid, tänavavalgustid, kaasaskantavad lambid, matkalambid, mägironimislambid, kalalambid, musta valgusega lambid, koputavad lambid, säästulambid jne.
6. Fotogalvaaniline elektrijaam: 10KW-50MW sõltumatu fotogalvaaniline elektrijaam, tuule-päikese (diisel) täiendav elektrijaam, mitmesugused suured parkimisjaamade laadimisjaamad jne.
7. Päikeseenergiahoonetes kombineeritakse päikeseenergia tootmist ehitusmaterjalidega, et võimaldada suurtel hoonetel tulevikus saavutada elektrienergia isevarustatus, mis on tuleviku suur arengusuund.
8. Muud väljad hõlmavad järgmist: (1) Sobivus autodega: päikesesõidukid/elektrisõidukid, akulaadimisseadmed, autode kliimaseadmed, ventilatsiooniventilaatorid, külma joogi kastid jne; (2) päikeseenergia vesiniku ja kütuseelementide tootmiseks kasutatavad regeneratiivsed energiatootmissüsteemid; (3) merevee magestamisseadmete toide; (4) Satelliidid, kosmoselaevad, kosmose päikeseelektrijaamad jne.