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星火太陽能和你一起了解更多太陽能資訊

目標(biāo)碳中和!太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及應(yīng)用前景不可限量,一起深度了解一下

返回列表 來源: 綠建節(jié)能方向標(biāo) 發(fā)布日期: 2022.07.20 瀏覽次數(shù):
隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人類的進(jìn)步,光伏發(fā)電設(shè)備價格人們對能源提出了越來越高的要求,開發(fā)新的能源已經(jīng)成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。

因?yàn)榛痣娦枰紵?、石油等化石燃料,一方面化石燃料蘊(yùn)藏量有限,正面臨著枯竭的危險。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物,會導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨,惡化地球環(huán)境。水電要淹沒大量土地,有可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞,而且大型水庫一旦潰崩,后果將不堪設(shè)想,另外,一些國家的水力資源也是有限的,而且還要受季節(jié)的影響。核電在正常情況下固然是干凈的,但萬一發(fā)生核泄漏,后果同樣是可怕的。

上述問題都迫使人們?nèi)ふ倚碌哪茉础P履茉匆瑫r符合兩個條件:一是蘊(yùn)藏豐富,不會枯竭;二是安全、干凈,不會威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源有:太陽能,風(fēng)能,燃料電池。

照射在地球上的太陽,能量非常巨大,太陽能照射在地球上大約40分鐘,便足以供全球人類一年能量的消費(fèi)。可以說,太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發(fā)電絕對干凈,不產(chǎn)生公害。所以太陽能發(fā)電是應(yīng)用廣泛,前景光明的理想能源。

二、太陽能發(fā)電的原理

太陽能發(fā)電是利用太陽能和半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)發(fā)電的。

1、太陽能發(fā)電的原理(光伏發(fā)電): 太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上,形成新的空穴電子對,在p-n結(jié)電場的作用下,空穴由n區(qū)流向p區(qū),電子由p區(qū)流向n區(qū),接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。(如圖:)

 2、太陽能發(fā)電兩種方式:一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式,另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

 a、光—熱—電轉(zhuǎn)換方式:通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電,一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣,再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程;后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程,與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高,估計它的投資至少要比普通火電站貴5~10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20~25億美元,平均1kW的投資為2000~2500美元。因此,目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合,而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算,還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

b、光—電直接轉(zhuǎn)換方式(光伏發(fā)電):利用光電效應(yīng),將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能。光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件,是一個半導(dǎo)體光電二極管,當(dāng)太陽光照到光電二極管上時,光電二極管就會把太陽的光能變成電能(如圖),這種方式容易實(shí)現(xiàn),且成本較低,已被廣泛應(yīng)用。

能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料:單晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化鎵,硒銦銅等。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅,形成P-N結(jié)。晶體硅為基本的電池材料。以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括:單晶硅太陽電池,鑄造多晶硅太陽能電池,非晶硅太陽能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高,穩(wěn)定性好,但是成本較高;非晶硅太陽電池則具有生產(chǎn)效率高,成本低廉,但是轉(zhuǎn)換效率較低,而且效率衰減得比較快;鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換的效率,而且性能價格比最高;薄膜晶體硅太陽能電池處在研發(fā)階段。硅系列太陽能電池中,單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場的主導(dǎo)地位,單晶硅和多晶硅的比例已超過80%。

太陽能電池生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟:a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。

3、太陽能發(fā)電的過程:

現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程?!‘?dāng)光線照射太陽能電池表面時,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子,使電子發(fā)生了越遷,自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差,當(dāng)外部接通電路時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以形成有較大輸出功率的太陽能電池方陣。

三、太陽能發(fā)電系統(tǒng)

1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的組成:太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成。(如圖)下面對各部分的功能做一個簡單的介紹:

太陽能電池板:作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電,供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。一般根據(jù)用戶需要,將若干太陽電池板按一定方式連接,組成太陽能電池方陣,再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。

充電控制器:充電控制器主要由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中,充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓,快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電,并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命;同時保護(hù)蓄電池,避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。同時記錄并顯示系統(tǒng)各種重要數(shù)據(jù),如充電電流、電壓等??刂破鞯男阅懿缓脮r,對蓄電池的使用壽命影響很大,并最終影響系統(tǒng)的可靠性。
逆變器:作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的直流電逆變成交流電,供給交流負(fù)載使用和并入電網(wǎng)。效率是選擇逆變器的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,效率越高,意味著在將光電組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程中產(chǎn)生的電量損耗就越少。逆變器的質(zhì)量決定了發(fā)電系統(tǒng)的效益,它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心。

    蓄電池組:作用是將太陽電池方陣發(fā)出直流電貯能起來, 供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中, 蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電,同時方陣還給負(fù)載用電,晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此, 要求蓄電池的自放電要小, 而且充電效率要高, 同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。

2、  太陽能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式:太陽能發(fā)電系統(tǒng)有直流供電、交流供電、交直流供電、

離網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、風(fēng)光互補(bǔ)運(yùn)行幾種運(yùn)行方式(如圖)

直流供電系統(tǒng):太陽能發(fā)電控制器對發(fā)出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制后,直接送給直流負(fù)載,多余部分送蓄電池儲存。

交流供電系統(tǒng):太陽能發(fā)電控制器對發(fā)出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制后,經(jīng)過逆變器后送往交流負(fù)載,多余的能量送往蓄電池組儲存。

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng):太陽能發(fā)電控制器(光伏控制器和風(fēng)光互補(bǔ)控制器)對所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或經(jīng)過逆變器送往交流負(fù)載,另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存,當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時,控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。(圖4中的直流供電、交直流供電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電都屬于離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng))

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng):將太陽能發(fā)電產(chǎn)生的電能不經(jīng)過蓄電池儲能,通過并網(wǎng)逆變器直接饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng),免除配置蓄電池,省掉了蓄電池儲能和釋放的過程,可以充分利用太陽能發(fā)出的電力,減小能量損耗,降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和太陽能發(fā)電作為本地交流負(fù)載的電源,降低整個系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。同時,并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能發(fā)電的發(fā)展方向,代表了21世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。
 

四、太陽能發(fā)電的特點(diǎn):

1、優(yōu)點(diǎn):

① 太陽能是永久性能源,無枯竭危險;

② 太陽能是清潔能源,絕對干凈環(huán)保,沒有公害,用戶感情上容易接受;

③ 太陽能發(fā)電運(yùn)用靈活,不受資源分布和地域的限制,可在用電處就近發(fā)電;

④ 太陽能電池壽命長,可以一次投資長期使用,太陽能電池可以大中小并舉,大到百萬千瓦的中型電站,小到只供一戶用的太陽能電池組;

⑤ 太陽能發(fā)電可靠性高,能源質(zhì)量高;

⑥ 獲取能源花費(fèi)的時間短。

2、缺點(diǎn):

① 照射的能量分布密度小,需要占用巨大面積;

② 獲得的能源受四季、晝夜及陰晴等氣象條件的影響。


五、太陽能發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展前景

1、太陽能發(fā)電的應(yīng)用: 

隨著太陽能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場規(guī)模逐步擴(kuò)大。早期,太陽能的使用主要用于軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域。目前,太陽能已進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。太陽能發(fā)電應(yīng)用分為幾個方面:家庭用小型太陽能電站、大型并網(wǎng)電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽能路燈、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)等,例如:太陽能庭院燈;太陽能發(fā)電用戶系統(tǒng);特別是村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng),可以在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用,以節(jié)省造價昂貴的輸電線路;還有光伏水泵(飲水或灌溉);通信電源;石油輸油管道陰極保護(hù);光纜通信站電源;海水淡化系統(tǒng);城鎮(zhèn)中路標(biāo);高速公路路標(biāo)等。(如圖)

2、太陽能發(fā)電的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

a、國外太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及前景:

目前全世界共有136 個國家投入普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中,其中有95 個國家正在大規(guī)模地進(jìn)行太陽能發(fā)電及太陽能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品,已有近200家公司生產(chǎn)太陽能電池,1998年,全世界生產(chǎn)的太陽能電池,其總的發(fā)電量達(dá)1000兆瓦,1999年達(dá) 2850兆瓦。2000年,全球已有近4600 家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。全世界太陽能電池的生產(chǎn)量平均每年增長近40%。生產(chǎn)規(guī)模從1~5兆瓦/年發(fā)展到5~25兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦擴(kuò)大。

本世紀(jì)以來,一些發(fā)達(dá)國家紛紛制定了發(fā)展包括太陽能電池在內(nèi)的可再生能源計劃。太陽能電池的研究和生產(chǎn)在歐洲、美洲、亞洲大規(guī)模鋪開。印度處于領(lǐng)先地位,累計裝機(jī)容量約40兆瓦。美國和日本爭相出臺太陽能技術(shù)的研究開發(fā)計劃,2010年,美國計劃累積安裝4600兆瓦(含百萬屋頂計劃);日本計劃累計安裝5000兆瓦(NEDO日本新陽光計劃)。最近的光伏行業(yè)調(diào)查表明,到2010年,光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度仍保持在30%以上。派克研究公司預(yù)測,光伏發(fā)電將在2010年底帶來120億瓦的產(chǎn)能,完全超過派克研究公司預(yù)計的2010年101億瓦的需求。

在太陽能發(fā)電技術(shù)方面,各國都有新的發(fā)明和設(shè)想,例如:

美國德州儀器公司和SCE公司開發(fā)出一種新的太陽電池,每一單元是直徑不到1毫米的小珠,分布在柔軟的鋁箔上,在大約50平方厘米的面積上分布有1,700個小單元。它特點(diǎn)是,雖然變換效率只有8%—10%,但價格便宜、鋁箔底襯柔軟結(jié)實(shí),可隨意折疊且經(jīng)久耐用,掛在向陽處便可發(fā)電,使用方便。成本低,每瓦發(fā)電能力的設(shè)備只要15至2美元,每發(fā)一度電的費(fèi)用為14美分左右,完全可以同普通電廠產(chǎn)生的電力競爭。將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上,每年就可獲得一二千度的電力。

日本提出的創(chuàng)世紀(jì)計劃:準(zhǔn)備利用地面上沙漠和海洋面積進(jìn)行發(fā)電,并通過超導(dǎo)電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測算,到2000年、2050年、2100年,即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源,占地也不過為 65.11萬平方公里、 186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才占全部海洋面積 2.3%或全部沙漠的51.4%,這一方案是有可能實(shí)現(xiàn)的。

美國宇航局和能源部提出設(shè)想:在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站,準(zhǔn)備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板,上面布滿太陽電池,這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題。但離真正實(shí)用還有漫長的路程。

b、國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景:

中國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)已具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模,技術(shù)條件已趨于成熟,太陽能利用將是中國能源變革最可行的解決方案。

我國早在七五期間,非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題;八五和九五期間,我國把研究開發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月,國家5年太陽能資源開發(fā)計劃,籌資100億元用于推進(jìn)太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,2005年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到了300兆瓦。

2002年,國家啟動了"西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃",通過了太陽能和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。

20世紀(jì)90年代,國內(nèi)光伏市場平穩(wěn)發(fā)展,年增長速度在20%左右;進(jìn)入21世紀(jì),國內(nèi)光伏市場呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢,2001~2003年平均增長速度都在30%以上。按照我國制訂的《新能源和可再生能源發(fā)展規(guī)劃》規(guī)劃,中國2003~2009年在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中每年安裝70兆瓦光伏系統(tǒng),2010~2020年將普及推廣應(yīng)用,年平均安裝100兆瓦。

目前,中國已經(jīng)是國際光伏發(fā)電應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)基地。已有10條太陽能電池生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力約為4.5MW,專家預(yù)測,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大于20MW。

在今后的十幾年中,太陽電池的市場走向?qū)l(fā)生很大的改變,2010年以前中國太陽電池多數(shù)是用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),從2011年到2020年,中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

Solare Photovoltaik-Stromerzeugung ist eine Technologie, die Lichtenergie direkt in elektrische Energie umwandelt, indem sie den Photovoltaik-Effekt an der Halbleiterschnittstelle nutzt. Die Schlüsselkomponente dieser Technologie sind Solarzellen. Nachdem die Solarzellen in Reihe geschaltet sind, k?nnen sie verkapselt und geschützt werden, um eine gro?e Fl?che von Solarzellenmodulen zu bilden, und dann mit Leistungsreglern und anderen Komponenten kombiniert werden, um eine photovoltaische Stromerzeugungseinrichtung zu bilden.

Der Vorteil der solaren Photovoltaik-Stromerzeugung ist, dass sie weniger regional begrenzt ist, da die Sonne auf der Erde scheint; Die Photovoltaikanlage hat auch die Vorteile der Sicherheit und Zuverl?ssigkeit, kein L?rm, geringe Verschmutzung, lokale Stromerzeugung und Stromversorgung ohne Kraftstoffverbrauch und Stromübertragungsleitungen und kurzen Bauzyklus.



1,1,Klassifizierung der solaren Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage

Die Photovoltaikanlage ist unterteilt in netzunabh?ngige Photovoltaikanlage, netzgekoppelte Photovoltaikanlage und verteilte Photovoltaikanlage:

1. netzunabh?ngige Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage. Es besteht haupts?chlich aus Solarzellenmodul, Controller und Batterie. Wenn Sie Strom zur Wechselstromlast liefern m?chten, müssen Sie auch Wechselstromwechselrichter konfigurieren.

2. netzgebundenes Photovoltaik-Stromerzeugungssystem besteht darin, dass der von Solarmodulen erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, der die Anforderungen des kommunalen Stromnetzes durch netzgebundenen Wechselrichter erfüllt und dann direkt an das ?ffentliche Stromnetz angeschlossen wird. Das netzgekoppelte Stromerzeugungssystem hat zentralisierte gro?fl?chige netzgekoppelte Kraftwerke, die im Allgemeinen nationale Kraftwerke sind. Hauptmerkmal ist, dass die erzeugte Energie direkt an das Stromnetz übertragen wird, und der Strom wird gleichm??ig vom Stromnetz zugewiesen, um Strom an die Benutzer zu liefern. Allerdings hat sich diese Art von Kraftwerk aufgrund seiner gro?en Investition, des langen Bauzyklus und der gro?en Bodenfl?che nicht viel entwickelt. Das dezentrale, netzgebundene Stromerzeugungssystem, insbesondere das integrierte Photovoltaik-Geb?ude-Stromerzeugungssystem, ist der Mainstream der netzgebundenen Stromerzeugung aufgrund seiner Vorteile von kleinen Investitionen, schnellem Bau, kleiner Grundfl?che und starker politischer Unterstützung.




3. Verteiltes Photovoltaik-Stromerzeugungssystem, auch bekannt als verteilte Stromerzeugung oder verteilte Energieversorgung, bezieht sich auf die Konfiguration eines kleineren Photovoltaik-Stromversorgungssystems an oder in der N?he des Benutzerstandortes, um die Bedürfnisse bestimmter Benutzer zu erfüllen, den wirtschaftlichen Betrieb des bestehenden Verteilnetzes zu unterstützen oder die Anforderungen dieser beiden Aspekte gleichzeitig zu erfüllen.



2,Zusammensetzung der Photovoltaikanlage




1. Solarpanel: Solarpanel ist der Kernteil der Solarphotovoltaik-Anlage. Die Funktion des Solarpanels besteht darin, die Solarenergie in elektrische Energie umzuwandeln und dann Gleichstrom auszugeben, um in der Batterie zu speichern. Solarpanel ist einer der wichtigsten Komponenten in der Photovoltaikanlage. Seine Umwandlungsrate und Lebensdauer sind wichtige Faktoren, um festzustellen, ob die Solarzelle einen Nutzungswert hat.




2.Controller: Solarcontroller besteht aus spezieller ProzessorCPU, elektronischen Komponenten, Anzeige, Schaltnetzrohr, etc.




3. Speicherbatterie: Die Funktion der Speicherbatterie besteht darin, die elektrische Energie zu speichern, die vom Solarpanel emittiert wird, wenn Licht vorhanden ist, und sie bei Bedarf freizugeben.




4. Wechselrichter: die direkte Ausgabe der Solarenergie ist im Allgemeinen 12VDC, 24VDC, 48VDC. Um 220VAC-Elektroger?te mit Strom versorgen zu k?nnen, ist es notwendig, den von der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, so dass ein DC-AC-Wechselrichter erforderlich ist.



3,Funktionsprinzip der Solar Photovoltaik-Anlage

Tagsüber erzeugt das Solarzellenmodul unter der Bedingung der Beleuchtung eine bestimmte elektromotorische Kraft, und die Solarzellenanordnung wird durch die Reihen- und Parallelschaltung der Module gebildet, so dass die Arrayspannung die Anforderungen der Systemeingangsspannung erfüllt. Laden Sie dann die Batterie über den Lade- und Entladungsregler auf, um die aus Lichtenergie umgewandelte elektrische Energie zu speichern.

Nachts liefert der Batteriesatz Eingangsleistung für den Wechselrichter. Durch die Funktion des Wechselrichters wird die Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom umgewandelt und an den Verteilerschrank übertragen, der durch die Schaltfunktion des Verteilerschranks angetrieben wird. Die Entladung der Batterie wird durch den Controller gesteuert, um den normalen Gebrauch der Batterie sicherzustellen. Das Photovoltaik-Kraftwerkssystem muss auch mit begrenzten Lastschutz- und Blitzschutzvorrichtungen ausgestattet sein, um die Systemausrüstung vor überlastbetrieb und Blitzschlag zu schützen und den sicheren Gebrauch der Systemausrüstung aufrechtzuerhalten



Tagsüber erzeugt das Solarzellenmodul unter der Bedingung der Beleuchtung eine bestimmte elektromotorische Kraft, und die Solarzellenanordnung wird durch die Reihen- und Parallelschaltung der Module gebildet, so dass die Arrayspannung die Anforderungen der Systemeingangsspannung erfüllt. Laden Sie dann die Batterie über den Lade- und Entladungsregler auf, um die aus Lichtenergie umgewandelte elektrische Energie zu speichern.

Nachts liefert der Batteriesatz Eingangsleistung für den Wechselrichter. Durch die Funktion des Wechselrichters wird die Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom umgewandelt und an den Verteilerschrank übertragen, der durch die Schaltfunktion des Verteilerschranks angetrieben wird. Die Entladung der Batterie wird durch den Controller gesteuert, um den normalen Gebrauch der Batterie sicherzustellen. Das Photovoltaik-Kraftwerkssystem muss auch über begrenzte Lastschutz- und Blitzschutzeinrichtungen verfügen, um die Systemausrüstung vor überlastbetrieb und Blitzschlag zu schützen und die sichere Verwendung der Systemausrüstung aufrechtzuerhalten.

Mit der rasanten Entwicklung der Weltwirtschaft und dem Fortschritt der Menschheit haben die Menschen immer h?here Anforderungen an Energie gestellt. Die Entwicklung neuer Energie ist zu einer dringenden Aufgabe geworden, vor der die Menschheit steht.



Da thermische Energie zum Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Kohle und ?l ben?tigt, sind einerseits die Reserven fossiler Brennstoffe begrenzt und drohen der Ersch?pfung. Andererseits wird die Verbrennung von Brennstoff CO2 und Schwefeloxide aussto?en, was zu Treibhauseffekten und saurem Regen führen wird und die Umwelt der Erde verschlechtert. Wasserkraft wird eine gro?e Menge Land überschwemmen, was zu Sch?den an der ?kologischen Umwelt führen kann. Sobald gro?e Stauseen einstürzen, werden die Folgen unvorstellbar sein. Darüber hinaus sind die hydraulischen Ressourcen einiger L?nder auch begrenzt und werden von Jahreszeiten beeinflusst. Die Kernenergie ist unter normalen Umst?nden sauber, aber im Falle einer nuklearen Leckage sind die Folgen auch schrecklich.



Die oben genannten Probleme zwingen Menschen, nach neuer Energie zu suchen. Neue Energie sollte zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen: Erstens ist sie reich an Reserven und wird nicht ersch?pft. Zweitens ist es sicher und sauber und bedroht nicht Menschen und sch?digt die Umwelt. Derzeit werden neue Energiequellen gefunden: Sonnenenergie, Windenergie, Brennstoffzellen.



Die Energie der Sonne, die auf der Erde scheint, ist sehr gro?. Die Sonnenenergie, die über 40-Minuten auf der Erde scheint, reicht für den globalen menschlichen Energieverbrauch für ein Jahr. Man kann sagen, dass Sonnenenergie wirklich unersch?pfliche und unersch?pfliche Energie ist. Darüber hinaus ist die Solarstromerzeugung absolut sauber und verursacht keine ?ffentlichen Gefahren. Daher ist die Solarstromerzeugung eine ideale Energie mit breiten Anwendungen und guten Aussichten.



2,2,Prinzip der Solarstromerzeugung



Die Solarstromerzeugung nutzt die elektronischen Eigenschaften von Sonnenenergie und Halbleitermaterialien zur Stromerzeugung.



1. Das Prinzip der Solarstromerzeugung (Photovoltaik-Stromerzeugung): Die Sonne scheint auf den Halbleiter p-n-übergang, um ein neues Loch-Elektronenpaar zu bilden. Unter der Wirkung des p-n-übergangs elektrischen Feldes flie?en die L?cher von der N-Region zur p-Region, und die Elektronen flie?en von der p-Region zur N-Region. Nach dem Anschlie?en des Schaltkreises wird ein Strom gebildet. Dies ist das Arbeitsprinzip von photoelektrischen Effekt Solarzellen. (siehe Abbildung:)



2.Es gibt zwei M?glichkeiten der Solarstromerzeugung: eine ist Lichtw?rmestromumwandlung, und die andere ist direkte Umwandlung von Lichtstrom.



a. Lichtw?rmestromumwandlungsmodus: Stromerzeugung wird erreicht, indem die W?rmeenergie verwendet wird, die durch Sonnenstrahlung erzeugt wird. Im Allgemeinen wandelt der Solarkollektor die absorbierte W?rmeenergie in den Dampf des Arbeitsmediums um und treibt dann die Dampfturbine an, um Strom zu erzeugen. Der erste Prozess ist der Prozess der leichten W?rmeumwandlung; Letzteres Verfahren ist ein thermischer elektrischer Umwandlungsprozess, der mit der gew?hnlichen thermischen Stromerzeugung identisch ist Der Nachteil der solarthermischen Stromerzeugung ist der geringe Wirkungsgrad und die hohen Kosten. Es wird gesch?tzt, dass seine Investition mindestens 5- bis 10-mal h?her ist als die von gew?hnlichen W?rmekraftwerken. Ein 1000MW solarthermisches Kraftwerk erfordert eine Investition von US $2-2,5 Milliarden, mit einer durchschnittlichen Investition von US $2000-2500 für 1kW. Daher kann es derzeit nur bei besonderen Anl?ssen im kleinen Ma?stab verwendet werden, und eine gro?fl?chige Nutzung ist wirtschaftlich unwirtschaftlich und kann nicht mit gew?hnlichen W?rmekraftwerken oder Kernkraftwerken konkurrieren.



b. Direkter Umwandlungsmodus von Licht und Strom (Photovoltaik-Stromerzeugung): Verwenden Sie den photoelektrischen Effekt, um Solarstrahlungsenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Das Grundger?t der Umwandlung von Licht Strom ist Solarzelle. Solarzelle ist ein Ger?t, das Sonnenenergie direkt durch den Photovoltaik-Effekt in elektrische Energie umwandelt. Es ist eine Halbleiter-Photodiode. Wenn die Sonne auf die Photodiode scheint, verwandelt die Photodiode die Sonnenenergie in elektrische Energie (wie in der Abbildung gezeigt). Diese Methode ist einfach zu realisieren und kostengünstig, und wurde weit verbreitet verwendet.



Materialien, die Photovoltaik-Effekt erzeugen k?nnen: monokristallines Silizium, Polysilicium, amorphes Silizium, Galliumarsenid, Selen Indium Kupfer, etc. P-Typ kristallines Silizium kann mit Phosphor dotiert werden, um n-Typ Silizium zu erhalten und bildet p-n-Verbindung. Kristallines Silizium ist das grundlegende Batteriematerial. Solarzellen aus kristallinem Silizium umfassen haupts?chlich monokristalline Siliziumsolarzellen, gegossene polykristalline Siliziumsolarzellen, amorphe Siliziumsolarzellen und Dünnschicht-kristalline Siliziumsolarzellen. Monokristalline Siliziumbatterie hat eine hohe Umwandlungseffizienz und gute Stabilit?t, aber die Kosten sind hoch; Amorphe Silizium-Solarzellen haben eine hohe Produktionseffizienz und niedrige Kosten, aber die Umwandlungseffizienz ist niedrig, und die Effizienz zerf?llt schneller; Gegossene Polysilicium-Solarzellen haben stabile Umwandlungseffizienz und das h?chste Leistungspreisverh?ltnis; Dünnschichtkristalline Silizium-Solarzellen befinden sich in der Forschungs- und Entwicklungsstufe. Unter den Solarzellen der Siliziumserie nehmen monokristallines Silizium und polykristalline Siliziumzellen weiterhin die führende Position auf dem Photovoltaikmarkt ein, und der Anteil an monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium hat 80%.



Der Produktionsprozess von Solarzellen kann grob in fünf Schritte unterteilt werden: A. Reinigungsprozess B. Stangenziehprozess c. Schneidprozess D. Batterieherstellungsprozess E. Verpackungsprozess.



3. Verfahren der Solarstromerzeugung:



Nehmen Sie nun Kristall als Beispiel, um den Prozess der Photoelektrizit?tserzeugung zu beschreiben. Wenn Licht auf die Oberfl?che von Solarzellen scheint, werden einige Photonen von Siliziummaterialien absorbiert; Die Energie der Photonen wird auf das Silizium-Atom übertragen, wodurch die Elektronen migrieren, und die freien Elektronen sammeln sich auf beiden Seiten des p-n-übergangs, um eine Potentialdifferenz zu bilden. Wenn viele Zellen in Reihe oder parallel geschaltet werden, kann ein Solarzellen-Array mit gro?er Ausgangsleistung gebildet werden.



3,Solar-Stromerzeugungsanlage



1. Zusammensetzung des Solarstromerzeugungssystems: Das Solarstromerzeugungssystem besteht haupts?chlich aus Sonnenkollektoren, Ladereglern, Wechselrichtern und Batterien. (wie in der Abbildung gezeigt) hier eine kurze Einführung in die Funktionen der einzelnen Teile:



Solarpanel: seine Funktion besteht darin, die Solarstrahlungsenergie direkt in Gleichstrom für Lastnutzung oder Speicherung in der Batterie zur Sicherung umzuwandeln. Im Allgemeinen werden je nach Bedarf der Benutzer mehrere Solarmodule auf eine bestimmte Weise verbunden, um eine Solarzelle-Anordnung zu bilden, die mit geeigneten Halterungen und Anschlussk?sten kombiniert wird.



Laderegler: Der Laderegler besteht haupts?chlich aus spezieller ProzessorCPU, elektronischen Komponenten, Anzeige, Schaltnetzrohr usw. Im Solarstromerzeugungssystem besteht die Grundfunktion des Ladereglers darin, den besten Ladestrom und die beste Spannung für die Batterie bereitzustellen, die Batterie schnell, stabil und effizient aufzuladen, den Verlust im Ladeprozess zu reduzieren und die Lebensdauer der Batterie zu maximieren; Gleichzeitig muss die Batterie geschützt werden, um überladung und überentladung zu vermeiden. Gleichzeitig erfassen und anzeigen Sie verschiedene wichtige Daten des Systems, wie Ladestrom, Spannung usw. Wenn die Leistung des Controllers schlecht ist, hat dies einen gro?en Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie und letztlich auf die Zuverl?ssigkeit des Systems.

Wechselrichter: seine Funktion besteht darin, den Gleichstrom, der von Solarzellen-Array und Batterie bereitgestellt wird, in Wechselstrom umzukehren, Wechselstrom-Last zu liefern und an das Stromnetz anzuschlie?en. Die Effizienz ist eines der wichtigsten Kriterien für die Auswahl von Wechselrichtern: Je h?her der Wirkungsgrad, desto weniger Verlustleistung entsteht bei der Umwandlung von Gleichstrom aus photoelektrischen Komponenten in Wechselstrom. Die Qualit?t des Wechselrichters bestimmt den Nutzen des Stromerzeugungssystems, das der Kern des Solarstromerzeugungssystems ist.



Batteriesatz: Es wird verwendet, um die DC-Energie zu speichern, die von der Solarzelle-Array für Lastnutzung erzeugt wird. In der Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage befindet sich die Batterie im schwimmenden Lade- und Entladungszustand. Tagsüber l?dt die Solarzelle die Batterie auf, und gleichzeitig versorgt sie die Last mit Strom. Nachts wird die gesamte von der Last verbrauchte Energie von der Batterie versorgt. Daher ist es erforderlich, dass die Selbstentladung der Batterie klein und die Ladeeffizienz hoch sein sollte. Gleichzeitig sollten Faktoren wie Preis und Benutzerfreundlichkeit berücksichtigt werden.



2. Betriebsart des Solarstromerzeugungssystems: Solarstromerzeugungssystem umfasst Gleichstromversorgung, Wechselstromversorgung, Wechselstrom- und Gleichstromversorgung



Netzunabh?ngiger Betrieb, netzgebundener Betrieb und windsolarer Komplement?rbetrieb (siehe Abbildung)



Gleichstromversorgungssystem: Nachdem der Solarstromerzeugungsregler die erzeugte elektrische Energie reguliert und steuert, wird sie direkt an die Gleichstromlast gesendet, und der überschüssige Teil wird zur Speicherung an die Batterie gesendet.



Wechselstromversorgungssystem: Nachdem der Solarstromerzeugungsregler die erzeugte elektrische Energie regelt und steuert, wird sie nach Durchgang durch den Wechselrichter an die Wechselstromlast gesendet, und die überschüssige Energie wird an die Speicherbatterie gesendet.



Off-Grid Stromerzeugungsanlage: Der Solarstromerzeugungsanlage (Photovoltaik-Regler und Wind-Solar-Komplement?rregler) regelt und steuert die erzeugte elektrische Energie. Einerseits wird die eingestellte Energie über den Wechselrichter an die Gleichstrom-Last oder die Wechselstrom-Last gesendet, andererseits wird die überschüssige Energie zur Speicherung an den Batteriesatz gesendet. Wenn der erzeugte Strom den Lastbedarf nicht decken kann, sendet der Regler die elektrische Energie der Batterie an die Last. (Gleichstromversorgung, Wechselstromversorgung und erg?nzende Windenergieerzeugung in Abbildung 4 geh?ren zum netzunabh?ngigen Stromerzeugungssystem)



Netzverbundenes Stromerzeugungssystem: ein Stromerzeugungssystem, das die durch Solarstromerzeugung erzeugte elektrische Energie direkt über den netzgebundenen Wechselrichter ins Netz einspeist, ohne die Speicherbatterie zu passieren. Weil die direkte Eingabe von elektrischer Energie in das Stromnetz die Konfiguration von Batterien eliminiert, den Prozess der Energiespeicherung und -freigabe von Batterien spart und den durch Solarenergie erzeugten Strom vollst?ndig nutzen kann, den Energieverbrauch senken und Systemkosten senken kann. Netzverbundenes Stromerzeugungssystem kann kommunale Energie und Solarstrom als Stromversorgung der lokalen Wechselstromlast parallel verwenden und die Laststrommangelrate des gesamten Systems verringern. Gleichzeitig kann das netzgekoppelte System eine Spitzenrolle im ?ffentlichen Stromnetz spielen. Netzverbundenes Stromerzeugungssystem ist die Entwicklungsrichtung der Solarstromerzeugung und stellt die attraktivste Energienutzungstechnologie im 21sten Jahrhundert dar.




4,5Eigenschaften der Solarstromerzeugung:



1. Vorteile:



① Solarenergie ist eine dauerhafte Energiequelle, und es besteht keine Gefahr der Ersch?pfung;



② Solarenergie ist eine saubere Energie, absolut sauber und Umweltschutz, keine ?ffentlichen Gefahren, Benutzer sind emotional leicht zu akzeptieren;



③ Solarstromerzeugung kann flexibel verwendet werden, frei von Ressourcenverteilung und geografischen Beschr?nkungen und kann Strom in der N?he erzeugen;



② Solarzellen haben eine lange Lebensdauer und k?nnen für eine lange Zeit mit einmaliger Investition verwendet werden. Solarzellen k?nnen sowohl in gro?en als auch in kleinen Gr??en entwickelt werden, von mittelgro?en Kraftwerken mit einer Kapazit?t von einer Million Kilowatt bis zu Solarzellenpaketen für nur einen Haushalt;



⑤ Hohe Zuverl?ssigkeit und hohe Energiequalit?t der Solarstromerzeugung;



⑥ Es dauert eine kurze Zeit, um Energie zu erhalten.



2. Nachteile:



① Die Energieverteilungsdichte der Bestrahlung ist klein, die einen gro?en Bereich einnehmen muss;



② Die erhaltene Energie wird durch Wetterbedingungen wie vier Jahreszeiten, Tag und Nacht, bew?lkt und sonnig beeinflusst.




5,5,Anwendung und Entwicklungsperspektive der Solarstromerzeugung



1. Anwendung der Solarstromerzeugung:



Da die Arten von Solarzellen weiter zunehmen, wird der Anwendungsbereich immer breiter und die Marktskala w?chst allm?hlich. In den Anfangszeiten wurde Solarenergie haupts?chlich im Milit?r und in der Luft- und Raumfahrt genutzt. Derzeit ist Solarenergie in den Bereichen Industrie, Handel, Landwirtschaft, Kommunikation, Haushaltsger?te und ?ffentliche Einrichtungen eingetreten. Die Anwendung der Solarstromerzeugung kann in mehrere Aspekte unterteilt werden: kleine Haushaltssolarkraftwerke, gro?e netzverbundene Kraftwerke, Geb?ude integrierte Photovoltaik-Glasvorhangw?nde, Solar-Stra?enlaternen, Wind-Solar-erg?nzende Stra?enlaternen, Wind-Solar-erg?nzende Stromversorgungssysteme, etc., wie Solar-Gartenlampen; Solarstromverbrauchersystem; Insbesondere kann das unabh?ngige System der Dorfstromversorgung in abgelegenen Gebieten, Bergen, Wüsten, Inseln und l?ndlichen Gebieten verwendet werden, um teure übertragungsleitungen zu sparen; Es gibt auch Photovoltaik-Wasserpumpen (Trinkwasser oder Bew?sserung); Kommunikationsstromversorgung; Kathodischer Schutz der ?lpipeline; Stromversorgung der Kommunikationsstation für optische Kabel; Meerwasserentsalzungsanlage; Stra?enschild der mittleren Stadt; Stra?enschilder usw. (siehe Abbildung)



2. Forschungsstand und Entwicklungsperspektiven der Solarstromerzeugung



a. Aktuelle Situation und Perspektiven der solaren Photovoltaik-Stromerzeugung im Ausland:



Derzeit investieren 136 L?nder der Welt in die Popularisierung und Anwendung von Solarzellen. Unter ihnen führen 95-L?nder gro?e Forschung und Entwicklung von Solarstromerzeugung und Solarzellen durch und produzieren aktiv verschiedene verwandte energiesparende neue Produkte. Fast 200 Unternehmen haben Solarzellen produziert. In 1998 erreichte die Gesamtstromerzeugung von Solarzellen auf der ganzen Welt 1000 MW, und im 1999 erreichte sie 2850 MW. In 2000 gab es fast 4600 Menschen auf der Welt

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