Dari panel fotovoltaik ke inverter: penjelasan terperinci mengenai komposisi sistem penjanaan tenaga suria yang lengkap

Terhadap latar belakang advokasi global tenaga lestari, tenaga solar, sebagai sumber tenaga yang bersih dan boleh diperbaharui, secara beransur -ansur memasuki kehidupan kita. Sistem penjanaan kuasa solar telah menarik lebih banyak perhatian untuk perlindungan alam sekitar mereka, penjimatan tenaga dan banyak kelebihan lain. Jadi, bagaimanakah sistem penjanaan kuasa solar lengkap disusun? Mari kita mulakan dengan komponen yang paling asas - panel photovoltaic.

Panel fotovoltaik, yang juga dikenali sebagai panel solar, adalah salah satu komponen teras sistem penjanaan tenaga solar. Mereka bertindak seperti "menangkap" yang cekap untuk menukar cahaya matahari ke dalam tenaga elektrik. Prinsip kerja berdasarkan "kesan fotovoltaik" yang terkenal. Apabila cahaya matahari bersinar pada panel fotovoltaik, foton berinteraksi dengan bahan semikonduktor dalam panel fotovoltaik untuk merangsang pasangan lubang elektron. Elektron dan lubang ini bergerak ke arah yang berbeza di bawah tindakan medan elektrik di dalam bahan semikonduktor, membentuk arus elektrik.

Panel fotovoltaik biasanya terdiri daripada pelbagai unit sel solar. Kebanyakan unit sel ini diperbuat daripada bahan silikon, di mana sel silikon monocrystalline dan sel silikon polikristalin adalah yang paling biasa. Sel silikon monocrystalline mempunyai kecekapan penukaran yang tinggi, secara amnya mencapai 20% - 25%, yang bermaksud bahawa ia boleh menukar 20% - 25% tenaga solar ke dalam tenaga elektrik. Proses pembuatannya agak rumit dan kosnya agak tinggi, tetapi ia mempunyai prestasi penjanaan kuasa yang stabil dan jangka hayat yang panjang sehingga 25 - 30 tahun. Kecekapan penukaran sel silikon polikristalin sedikit lebih rendah, kira-kira 15% - 20%, tetapi kos pengeluarannya agak rendah, dan ia mempunyai kelebihan keberkesanan kos tertentu dalam aplikasi berskala besar, dan kehidupan perkhidmatannya juga dapat mencapai kira-kira tahun 20 - 25.

Sebagai tambahan kepada silikon monocrystalline dan sel silikon polikristalin, terdapat lain -lain jenis panel fotovoltaik seperti silikon amorf, kadmium telluride, dan tembaga indium gallium selenide. Panel fotovoltaik silikon amorf mempunyai kelebihan fleksibiliti yang baik dan boleh dijadikan filem nipis. Mereka sering digunakan dalam beberapa adegan dengan keperluan khas untuk penampilan atau ruang pemasangan, tetapi kecekapan penukaran mereka agak rendah, umumnya 6% - 12%. Cadmium telluride dan tembaga indium galium selenide photovoltaic panel mempunyai potensi tertentu dalam kecekapan dan kos penukaran, dan telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tetapi bahagian pasaran mereka masih lebih rendah daripada panel fotovoltaik silikon monocrystalline dan polycrystalline silikon.

Kuasa yang dihasilkan oleh panel fotovoltaik adalah DC, sementara kebanyakan peralatan elektrik yang kami gunakan dalam kehidupan seharian kita memerlukan AC untuk berfungsi dengan baik. Pada masa ini, penyongsang memainkan peranan utama. Ia seperti "penukar" ajaib yang bertanggungjawab untuk menukar output DC panel fotovoltaik ke AC untuk memenuhi keperluan kuasa pengguna yang berbeza seperti keluarga dan perusahaan.

Terdapat banyak jenis inverter, dan yang umum adalah penyongsang berpusat, penyongsang rentetan dan penyongsang mikro. Inverter berpusat mempunyai kuasa yang tinggi dan umumnya sesuai untuk stesen janakuasa solar yang besar. Ia mengumpul DC yang dihasilkan oleh pelbagai kumpulan panel photovoltaic dan menukarkannya. Kelebihannya adalah bahawa kosnya agak rendah dan mudah untuk mengurus dan mengekalkan secara berpusat, tetapi apabila kesalahan berlaku, ia boleh menjejaskan operasi keseluruhan sistem penjanaan kuasa. Inverter rentetan menukarkan DC ke AC secara berasingan untuk kumpulan panel photovoltaic yang berbeza, dan kemudian mengagregatkan AC ini. Ia mempunyai fleksibiliti yang lebih tinggi. Walaupun rentetan tertentu mempunyai masalah, ia tidak akan menjejaskan operasi biasa rentetan lain. Di samping itu, ia boleh memainkan kelebihan prestasi dalam senario pemasangan panel fotovoltaik dengan perisai separa atau orientasi yang berbeza. Ia kini digunakan secara meluas dalam projek penjanaan kuasa fotovoltaik yang diedarkan. Penyongsang mikro dipasang secara langsung di belakang setiap panel photovoltaic untuk menukar output kuasa DC bagi setiap panel photovoltaic secara berasingan. Ciri terbesarnya ialah ia dapat merealisasikan pemantauan bebas dan pengesanan titik kuasa maksimum setiap panel fotovoltaik. Walaupun panel fotovoltaik disekat atau gagal, panel fotovoltaik lain masih boleh berfungsi secara normal, yang sangat meningkatkan kecekapan penjanaan kuasa dan kestabilan keseluruhan sistem penjanaan kuasa. Walau bagaimanapun, kerana setiap penyongsang mikro hanya sepadan dengan satu panel photovoltaic, kosnya agak tinggi.

Dalam proses menukar tenaga elektrik, penyongsang juga mempunyai beberapa fungsi penting lain. Sebagai contoh, fungsi pengesanan titik kuasa maksimum (MPPT) boleh memantau kuasa output panel fotovoltaik dalam masa nyata dan secara automatik menyesuaikan parameter kerja supaya panel fotovoltaik sentiasa berfungsi berhampiran titik kuasa maksimum, dengan itu meningkatkan kecekapan penjanaan kuasa. Di samping itu, penyongsang juga mempunyai fungsi perlindungan keselamatan seperti perlindungan overvoltage, perlindungan overcurrent, dan perlindungan kebocoran untuk memastikan operasi stabil sistem penjanaan kuasa dan keselamatan kakitangan dan peralatan.

Agar panel fotovoltaik untuk menerima cahaya matahari dengan lebih baik, struktur sokongan yang stabil diperlukan, iaitu sistem kurungan. Sistem kurungan adalah seperti "sokongan pepejal" untuk panel fotovoltaik. Ia bukan sahaja menanggung berat panel fotovoltaik sendiri, tetapi juga menentang pelbagai faktor alam sekitar, seperti angin, hujan, salji, dll.

Sistem kurungan boleh dibahagikan kepada dua jenis: Tetap dan Penjejakan. Kurungan tetap mudah dipasang dan kos rendah. Mereka membetulkan panel fotovoltaik di atas tanah, bumbung atau bangunan lain pada sudut dan orientasi tertentu. Sudut pemasangan pendakap ini biasanya dioptimumkan mengikut keadaan lintang dan solar tempatan untuk memastikan panel fotovoltaik dapat menerima cahaya matahari yang mencukupi untuk kebanyakan tahun. Kurungan penjejakan lebih pintar. Mereka secara automatik boleh menyesuaikan sudut panel fotovoltaik mengikut perubahan dalam kedudukan matahari, supaya panel fotovoltaik sentiasa kekal tegak lurus atau hampir berserenjang dengan cahaya matahari, dengan itu memaksimumkan kecekapan panel fotovoltaik yang menerima cahaya matahari. Kurungan penjejakan biasanya dibahagikan kepada dua jenis: penjejakan paksi tunggal dan pengesanan dua paksi. Kurungan penjejakan paksi tunggal boleh berputar di sepanjang satu paksi (biasanya paksi mendatar di arah timur-barat atau paksi cenderung di arah utara-selatan), manakala kurungan pengesanan dua paksi boleh berputar secara serentak dalam dua paksi, dengan ketepatan penjejakan yang lebih tinggi, tetapi kos yang lebih tinggi.

Apabila memilih sistem kurungan, banyak faktor perlu dipertimbangkan secara komprehensif. Sebagai contoh, topografi tapak pemasangan, kawasan yang tersedia, keadaan iklim tempatan, dan belanjawan. Untuk projek penjanaan kuasa fotovoltaik yang diedarkan kecil, seperti sistem photovoltaic di atas rumah, kurungan tetap biasanya dipilih kerana kawasan pemasangan terhad dan kepekaan kos. Di stesen kuasa fotovoltaik tanah yang besar, jika keadaan tapak membenarkan dan kecekapan penjanaan kuasa yang lebih tinggi dicari, kurungan penjejakan mungkin menjadi pilihan yang lebih baik.

Dalam sistem penjanaan kuasa solar, pek bateri memainkan peranan "gudang penyimpanan" tenaga elektrik. Apabila terdapat cahaya matahari yang mencukupi, elektrik yang dihasilkan oleh panel fotovoltaik boleh digunakan oleh pengguna dengan serta -merta, dan elektrik yang berlebihan boleh disimpan dalam pek bateri. Dalam kes cahaya matahari yang tidak mencukupi pada waktu malam atau pada hari -hari mendung, pek bateri mengeluarkan elektrik yang disimpan untuk menyediakan pengguna dengan bekalan kuasa yang berterusan dan stabil.

Jenis bateri biasa termasuk bateri asid plumbum, bateri hidrida nikel-logam, dan bateri lithium-ion. Bateri asid plumbum adalah salah satu bateri penyimpanan tenaga yang paling banyak digunakan. Mereka mempunyai kelebihan kos rendah, teknologi matang, dan penyelenggaraan yang mudah. Walau bagaimanapun, ketumpatan tenaga mereka agak rendah, jumlah dan beratnya adalah besar, dan hayat kitaran caj dan pelepasan mereka biasanya sekitar 300-500 kali. Prestasi bateri hidrida nikel-logam adalah lebih baik daripada bateri asid plumbum. Mereka mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, hayat kitaran caj dan pelepasan yang lebih panjang (sehingga kira -kira 1, {8}} kali), dan mesra alam, tetapi kos mereka juga agak tinggi. Bateri lithium-ion mempunyai kelebihan yang ketara seperti ketumpatan tenaga yang tinggi, jumlah kecil, berat ringan, kecekapan tinggi dan kecekapan pelepasan, dan kehidupan kitaran panjang (biasanya sehingga 1, 500-3, 000 kali), tetapi kosnya agak tinggi pada masa ini. Dalam beberapa senario aplikasi sensitif kos, promosi mereka tertakluk kepada sekatan tertentu.

Apabila mereka bentuk dan mengkonfigurasi pek bateri, adalah perlu untuk mempertimbangkan secara komprehensif faktor -faktor seperti permintaan kuasa sebenar sistem penjanaan kuasa solar, kapasiti penjanaan kuasa panel fotovoltaik, dan keadaan cahaya tempatan. Sebagai contoh, adalah perlu untuk menentukan kapasiti bateri yang sesuai untuk memastikan bahawa permintaan elektrik asas pengguna dapat dipenuhi dalam hal hari mendung yang berterusan. Pada masa yang sama, juga perlu memberi perhatian kepada pengurusan caj dan pelepasan bateri, mengamalkan strategi caj dan pelepasan yang munasabah, memperluaskan hayat perkhidmatan bateri, dan mengurangkan kos penyimpanan tenaga.

Pengawal adalah "pembantu rumah pintar" sistem penjanaan tenaga solar. Ia bertanggungjawab untuk memantau dan mengawal keseluruhan sistem penjanaan kuasa untuk memastikan operasi sistem yang selamat dan stabil. Pengawal terutamanya mempunyai fungsi penting berikut:

Yang pertama ialah fungsi kawalan caj dan pelepasan. Ia boleh memantau parameter voltan, semasa dan lain-lain kumpulan bateri secara real time, dan secara automatik mengawal proses pengecasan panel fotovoltaik ke bateri mengikut status pengecasan bateri dan keadaan kerja sistem penjanaan kuasa untuk mengelakkan bateri daripada menjadi berlebihan atau dilanda lebihan. Apabila bateri dicas sepenuhnya, pengawal secara automatik akan memotong litar pengecasan untuk mengelakkan kerosakan pada bateri yang disebabkan oleh pengawasan berlebihan; Dan apabila kuasa bateri terlalu rendah, pengawal akan mengawal untuk menghentikan pelepasan untuk melindungi hayat perkhidmatan bateri.

Yang kedua ialah fungsi kawalan penjejakan titik kuasa maksimum. Pengawal boleh menyesuaikan keadaan kerja panel fotovoltaik dalam masa nyata dengan bekerja bersamaan dengan penyongsang, supaya ia sentiasa berjalan berhampiran titik kuasa maksimum, dengan itu meningkatkan kecekapan penjanaan kuasa panel fotovoltaik.

Di samping itu, pengawal juga mempunyai diagnosis kesalahan sistem dan fungsi perlindungan. Ia boleh memantau setiap komponen dalam sistem penjanaan kuasa dalam masa nyata. Sebaik sahaja kesalahan dikesan, seperti litar pintas dalam panel photovoltaic, terlalu panas penyongsang, kebocoran bateri, dan lain -lain, pengawal akan segera mengambil langkah -langkah perlindungan yang sama, seperti memotong litar kesalahan dan mengeluarkan isyarat penggera, untuk memastikan operasi yang selamat dari keseluruhan sistem penjanaan kuasa dan memudahkan pembaikan.

Pengawal yang digunakan dalam sistem penjanaan kuasa solar pelbagai jenis dan saiz juga berbeza. Dalam sistem penjanaan kuasa solar kecil, pengawal bersepadu yang agak mudah biasanya digunakan. Ia mengintegrasikan fungsi asas seperti kawalan caj dan pelepasan dan kawalan pengesanan titik kuasa maksimum. Ia adalah saiz kecil dan kos yang rendah, dan sesuai untuk senario aplikasi kecil seperti sistem fotovoltaik di atas bumbung rumah. Di stesen janakuasa solar yang besar, pengawal terpusat yang lebih kuat dan pintar diperlukan. Ia boleh memantau dan mengurus banyak panel fotovoltaik, inverter, pek bateri dan peralatan lain di seluruh stesen janakuasa untuk mencapai kawalan sistem yang lebih cekap dan tepat.

Sistem penjanaan kuasa solar yang lengkap terdiri daripada pelbagai komponen seperti panel fotovoltaik, inverter, sistem kurungan, pek bateri dan pengawal yang bekerja bersama -sama. Setiap komponen memainkan peranan yang sangat diperlukan. Mereka bekerjasama untuk menukar tenaga solar ke dalam elektrik yang boleh kita gunakan, menyumbang kepada merealisasikan pembangunan tenaga lestari. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan pengurangan kos secara beransur -ansur, prospek aplikasi sistem penjanaan tenaga suria akan lebih luas dan dijangka menduduki kedudukan yang lebih penting dalam bidang tenaga masa depan.