Производња фотонапонске енергије је технологија која директно претвара светлосну енергију у електричну енергију коришћењем фотонапонског ефекта полупроводничког интерфејса. Кључни елемент ове технологије је соларна ћелија. Након што су соларне ћелије повезане у серију, оне се могу упаковати и заштитити да формирају модул соларних ћелија велике површине, а затим комбиновати са контролерима снаге и другим компонентама како би се формирао фотонапонски уређај за производњу енергије.
1 Фотонапонски ефекат
Ако светлост удари у соларну ћелију и светлост се апсорбује на слоју интерфејса, фотони са довољном енергијом могу побуђивати електроне из ковалентних веза у силицијуму П-типа и Н-типа, што доводи до парова електрон-рупа. Електрони и рупе у близини слоја интерфејса биће одвојени један од другог ефектом електричног поља свемирских наелектрисања пре рекомбинације. Електрони се крећу ка позитивно наелектрисаном Н региону, а рупе ка негативно наелектрисаном П региону. Раздвајање наелектрисања кроз слој интерфејса ће генерисати споља мерљив напон између П и Н региона. У овом тренутку, електроде се могу додати на обе стране силицијумске плочице и повезати са волтметром. За соларне ћелије кристалног силикона, типична вредност напона отвореног кола је 0.5 до 0.6В. Што више парова електрон-рупа генерише светлост на слоју интерфејса, то је већи проток струје. Што више светлосне енергије апсорбује слој интерфејса, то је већи слој интерфејса, односно површина ћелије, и већа је струја која се формира у соларној ћелији.
2. Принцип
Сунчева светлост сија на полупроводнички пн спој да би се формирао нови пар рупа-електрон. Под дејством електричног поља пн споја, рупе теку из н региона у п област, а електрони из п региона у н регион. Након што се коло укључи, формира се струја. Овако функционишу соларне ћелије са фотоелектричним ефектом.
Постоје два начина за производњу соларне енергије, један је претварање светлости у електричну енергију, а други је директна конверзија светлости у електричну енергију.
(1) Метода конверзије светлост-топлота-електрика производи електричну енергију коришћењем топлотне енергије коју генерише сунчево зрачење. Генерално, соларни колектор претвара апсорбовану топлотну енергију у пару радног медија, а затим покреће парну турбину да производи електричну енергију. Први процес је процес конверзије светлости у топлоту; последњи процес је процес конверзије топлоте у електричну енергију, који је исти као и обична производња топлотне енергије. Недостатак производње соларне топлотне енергије је што је ефикасност веома ниска и висока цена. Процењује се да је његова инвестиција у најмању руку већа од улагања у обичну производњу топлотне енергије. Електране су 5 до 10 пута скупље.
(2) Метода директне конверзије светлости у електричну енергију Ова метода користи фотоелектрични ефекат за директно претварање енергије сунчевог зрачења у електричну енергију. Основни уређај за конверзију светлости у електричну енергију су соларне ћелије. Соларна ћелија је уређај који директно претвара енергију сунчеве светлости у електричну енергију захваљујући фотонапонском ефекту. То је полупроводничка фотодиода. Када сунце обасја фотодиоду, фотодиода ће претворити сунчеву светлосну енергију у електричну енергију и произвести електричну енергију. Тренутни. Када су многе ћелије повезане серијски или паралелно, може постати низ соларних ћелија са релативно великом излазном снагом. Соларне ћелије су обећавајући нови тип извора енергије са три главне предности: трајност, чистоћа и флексибилност. Соларне ћелије имају дуг век трајања. Све док сунце постоји, соларне ћелије се могу користити дуго времена уз једно улагање; и топлотна енергија, производња нуклеарне енергије. Насупрот томе, соларне ћелије не изазивају загађење животне средине.
3. Састав система
Систем за производњу фотонапонске енергије састоји се од низова соларних ћелија, пакета батерија, контролера пуњења и пражњења, инвертера, ормара за дистрибуцију наизменичне струје, система за праћење сунца и друге опреме. Неке од његових функција опреме су:
низ батерија
Када постоји светлост (било да се ради о сунчевој светлости или светлости коју генеришу друга светла), батерија апсорбује светлосну енергију, а на оба краја батерије долази до акумулације наелектрисања супротног сигнала, односно генерише се „фотогенерисани напон“, што је „фотонапонски ефекат”. Под дејством фотонапонског ефекта, два краја соларне ћелије стварају електромоторну силу, која претвара светлосну енергију у електричну енергију, што је уређај за конверзију енергије. Соларне ћелије су генерално силицијумске ћелије, које су подељене у три типа: соларне ћелије монокристалног силицијума, соларне ћелије од поликристалног силицијума и соларне ћелије од аморфног силицијума.
Батерија
Његова функција је да складишти електричну енергију коју емитује низ соларних ћелија када је осветљен и да снабдева напајање у било ком тренутку. Основни захтеви за батеријски пакет који се користи у производњи енергије соларних ћелија су: а. ниска стопа самопражњења; б. дуг радни век; ц. јака способност дубоког пражњења; д. висока ефикасност пуњења; е. мање одржавања или без одржавања; ф. радна температура Широк опсег; г. ниска цена.
Контролор
То је уређај који може аутоматски да спречи претерано пуњење и пражњење батерије. Пошто су број циклуса пуњења и пражњења и дубина пражњења батерије важни фактори у одређивању животног века батерије, контролер пуњења и пражњења који може да контролише прекомерно или претерано пражњење батерије је неопходан уређај.
Инвертер
Уређај који претвара једносмерну струју у наизменичну струју. Пошто су соларне ћелије и батерије извори једносмерне струје,
Када је оптерећење наизменично оптерећење, инвертер је неопходан. Према начину рада, претварачи се могу поделити на независне инверторе и претвараче повезане на мрежу. Самостални претварачи се користе у самосталним енергетским системима соларних ћелија за напајање самосталних оптерећења. Инвертори повезани на мрежу се користе за системе за производњу енергије соларних ћелија повезаних на мрежу. Инвертер се може поделити на инвертер квадратног таласа и инвертер синусног таласа према излазном таласном облику. Инвертер квадратног таласа има једноставно коло и ниску цену, али има велику хармонску компоненту. Обично се користи у системима испод неколико стотина вати и са ниским хармонијским захтевима. Инвертори синусног таласа су скупи, али се могу применити на различита оптерећења.
4. Класификација система
Фотонапонски систем за производњу енергије је подељен на независни фотонапонски систем за производњу енергије, фотонапонски систем за производњу електричне енергије повезан на мрежу и дистрибуирани фотонапонски систем за производњу енергије.
1. Независна фотонапонска производња електричне енергије се такође назива фотонапонска производња електричне енергије ван мреже. Углавном се састоји од компоненти соларних ћелија, контролера и батерија. За напајање наизменичног оптерећења потребно је конфигурисати АЦ инвертер. Независне фотонапонске електране укључују сеоске системе напајања у удаљеним областима, соларне системе за напајање домаћинстава, изворе напајања комуникационих сигнала, катодну заштиту, соларна улична светла и друге фотонапонске системе за производњу електричне енергије са батеријама које могу да раде независно.
2. Производња фотонапонске енергије повезана са мрежом значи да се једносмерна струја коју генеришу соларни модули претвара у наизменичну струју која испуњава захтеве мрежне мреже преко претварача повезаног на мрежу, а затим се директно повезује на јавну мрежу.
Може се поделити на системе за производњу електричне енергије повезане са мрежом са и без батерија. Систем за производњу електричне енергије повезан на мрежу са батеријом је планиран и може се интегрисати или повући из електричне мреже према потребама. Такође има функцију резервног напајања, које може да обезбеди напајање у нужди када је електрична мрежа из неког разлога прекинута. Фотонапонски системи за производњу електричне енергије повезани на мрежу са батеријама се често инсталирају у стамбеним зградама; Системи за производњу електричне енергије повезани на мрежу без батерија немају функције диспечерности и резервног напајања и углавном се инсталирају на већим системима. Производња фотонапонске енергије повезана са мрежом је централизовала велике фотонапонске електране повезане на мрежу, које су углавном електране на националном нивоу. Међутим, оваква електрана се није много развила због великих улагања, дугог периода изградње и велике површине. Дистрибуирани мали фотонапонски системи повезани на мрежу, посебно фотонапонска производња електричне енергије интегрисана у фотонапонске зграде, главни су ток фотонапонске производње електричне енергије повезане са мрежом због предности малих инвестиција, брзе изградње, малог отиска и јаке политичке подршке.
3. Дистрибуирани фотонапонски систем за производњу електричне енергије, такође познат као дистрибуирана производња електричне енергије или дистрибуирано снабдевање енергијом, односи се на конфигурацију мањег фотонапонског система за напајање на локацији корисника или у близини локације напајања како би се задовољиле потребе одређених корисника и подржало постојеће дистрибутивну мрежу економично функционисање, или испуњавају захтеве оба аспекта у исто време.
4. Основна опрема дистрибуираног фотонапонског система за производњу електричне енергије укључује компоненте фотонапонских ћелија, фотонапонске квадратне заграде, ДЦ комбинаторске кутије, ормане за дистрибуцију једносмерне струје, претвараче повезане на мрежу, дистрибутивне ормаре наизменичне струје и другу опрему, као и систем за напајање. уређаји за праћење и Уређај за праћење животне средине. Његов режим рада је да под условима сунчевог зрачења, низ модула соларних ћелија фотонапонског система за производњу енергије претвара излазну електричну енергију из соларне енергије и шаље је у орман за дистрибуцију једносмерне струје кроз кутију за комбиновање једносмерне струје и мрежу. -повезани инвертер га претвара у напајање наизменичном струјом. Сама зграда је оптерећена, а вишак или недовољна струја се регулише прикључењем на мрежу.
5. Предности и мане
У поређењу са уобичајеним системима за производњу електричне енергије, предности соларне фотонапонске производње енергије се углавном огледају у:
Соларна енергија се назива најидеалнијом новом енергијом. ①Нема опасности од исцрпљивања; ②Сигурно и поуздано, без буке, без испуштања загађења, апсолутно чисто (без загађења); ③Није ограничено географском дистрибуцијом ресурса, а предности изградње кровова се могу користити; ④Нема потребе за потрошњом горива и постављањем далековода Локална производња електричне енергије и напајање; ⑤ Висок квалитет енергије; ⑥Кориснике је лако емоционално прихватити; ⑦Период изградње је кратак, а време потребно за добијање енергије је кратко.
недостатак:
①Густина дистрибуције енергије зрачења је мала, односно заузима огромну површину; ②Енергија која се добија односи се на четири годишња доба, дан и ноћ, облачно и сунчано и друге метеоролошке услове. Коришћење соларне енергије за производњу електричне енергије има високе трошкове опреме, али је стопа коришћења соларне енергије ниска, тако да се не може широко користити. Углавном се користи у неким посебним окружењима, као што су сателити.
6. Области примене
1. Корисничко соларно напајање: (1) Мало напајање у распону од 10-100 В, које се користи у удаљеним областима без струје као што су висоравни, острва, пасторалне области, граничне станице и друга електрична енергија за војну и цивилну животну средину, као што је осветљење , ТВ, касетофони итд.; (2) 3 -5КВ систем за производњу електричне енергије у домаћинству на кровној мрежи; (3) Фотонапонска пумпа за воду: решава проблем пијења и наводњавања дубоких бунара у подручјима без струје.
2. Саобраћајна поља као што су навигациона светла, саобраћајна/железничка сигнална светла, саобраћајна упозорења/сигнална светла, Иукианг улична светла, светла за препреке на великим висинама, бежичне телефонске говорнице на аутопуту/железници, напајање без надзора за смену на путу, итд.
3. Комуникационо/комуникационо поље: соларна микроталасна релејна станица без надзора, станица за одржавање оптичких каблова, систем напајања за емитовање/комуникацију/пејџинг; сеоски телефонски фотонапонски систем, мала комуникациона машина, ГПС напајање за војнике итд.
4. Нафтна, морска и метеоролошка поља: соларни систем катодне заштите за нафтоводе и капије резервоара, доживотно и хитно напајање за платформе за бушење нафте, опрема за откривање мора, опрема за метеоролошка/хидролошка осматрања итд.
5. Напајање за кућне лампе: као што су баштенске лампе, уличне лампе, преносне лампе, лампе за камповање, планинарске лампе, лампе за риболов, лампе за црно светло, лампе за прислушкивање, лампе за уштеду енергије итд.
6. Фотонапонска електрана: 10КВ-50МВ независна фотонапонска електрана, ветро-соларна (дизел) комплементарна електрана, разне велике станице за пуњење паркинг постројења итд.
7. Соларне зграде комбинују производњу соларне енергије са грађевинским материјалом како би омогућиле великим зградама у будућности да остваре самодовољност електричном енергијом, што је главни развојни правац у будућности.
8. Остале области укључују: (1) Усклађивање са аутомобилима: соларна возила/електрична возила, опрема за пуњење батерија, аутомобилски клима уређаји, вентилатори за вентилацију, кутије за хладно пиће, итд.; (2) системи за регенерацију енергије за производњу соларног водоника и гориве ћелије; (3) напајање опреме за десалинизацију морске воде; (4) Сателити, свемирске летелице, свемирске соларне електране итд.