Fra fotovoltaiske paneler til invertere: En detaljeret forklaring af sammensætningen af ​​et komplet solenergiproduktionssystem

På baggrund af den globale fortalervirksomhed for bæredygtig energi kommer solenergi som en ren og vedvarende energikilde gradvist ind i vores liv. Solenergiproduktionssystemer har tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed for deres miljøbeskyttelse, energibesparelse og mange andre fordele. Så hvordan er et komplet solenergiproduktionssystem komponeret? Lad os starte med de mest basale komponent - fotovoltaiske paneler.

Fotovoltaiske paneler, også kendt som solcellepaneler, er en af ​​kernekomponenterne i solenergiproduktionssystemer. De fungerer som en effektiv "fangst", der er ansvarlig for at konvertere sollys til elektrisk energi. Dets arbejdsprincip er baseret på den berømte "fotovoltaiske effekt". Når sollys skinner på et fotovoltaisk panel, interagerer fotoner med halvledermaterialet i det fotovoltaiske panel for at stimulere elektronhullepar. Disse elektroner og huller bevæger sig i forskellige retninger under virkningen af ​​det elektriske felt inde i halvledermaterialet og danner en elektrisk strøm.

Fotovoltaiske paneler er normalt sammensat af flere solcelleenheder. De fleste af disse celleenheder er lavet af siliciummaterialer, hvoraf monokrystallinske siliciumceller og polykrystallinske siliciumceller er de mest almindelige. Monokrystallinske siliciumceller har en høj konverteringseffektivitet og når generelt 20% - 25%, hvilket betyder, at det kan konvertere 20% - 25% af solenergien til elektrisk energi. Dens fremstillingsproces er relativt kompleks, og omkostningerne er relativt høje, men den har stabil kraftproduktionsydelse og en lang levetid på op til 25 - 30 år. Konverteringseffektiviteten af ​​polykrystallinske siliciumceller er lidt lavere, ca. 15% - 20%, men dens produktionsomkostninger er relativt lav, og den har visse omkostningseffektivitetsfordele i store anvendelser, og dets levetid kan også nå omkring {9}} år.

Foruden monokrystallinsk silicium og polykrystallinske siliciumceller er der andre typer fotovoltaiske paneler, såsom amorf silicium, cadmium -tellurid og kobberindiumgalliumselenid. Amorfe siliciumfotovoltaiske paneler har fordelene ved god fleksibilitet og kan gøres til tynde film. De bruges ofte i nogle scener med særlige krav til udseende eller installationsrum, men deres konverteringseffektivitet er relativt lav, generelt 6% - 12%. Cadmium Telluride og kobberindiumgalliumselenidfotovoltaiske paneler har et vist potentiale i konverteringseffektivitet og omkostninger og har udviklet sig hurtigt i de senere år, men deres markedsandel er stadig lavere end for monokrystallinsk silicium og polykrystallinsk siliciumfotovoltaiske paneler.

Strømmen genereret af fotovoltaiske paneler er DC, mens de fleste af de elektriske apparater, vi bruger i vores daglige liv, kræver, at AC fungerer korrekt. På dette tidspunkt spiller inverteren en nøglerolle. Det er som en magisk "konverter", der er ansvarlig for at konvertere DC -output fra fotovoltaiske paneler til AC for at imødekomme strømbehovet hos forskellige brugere, såsom familier og virksomheder.

Der er mange typer invertere, og de almindelige er centraliserede invertere, strenginvertere og mikroinvertere. Centraliserede invertere har høj effekt og er generelt egnede til store solenergi. Det indsamler DC genereret af flere fotovoltaiske panelgrupper og konverterer dem. Fordelen er, at omkostningerne er relativt lave, og det er let at centralt administrere og vedligeholde, men når en fejl opstår, kan det påvirke driften af ​​hele kraftproduktionssystemet. Strenteinverteren konverterer DC til AC separat for forskellige fotovoltaiske panelgrupper og aggregerer derefter disse AC. Det har højere fleksibilitet. Selv hvis en bestemt streng har problemer, vil den ikke påvirke den normale drift af andre strenge. Derudover kan det bedre spille sine ydelsesfordele i installationsscenarierne af fotovoltaiske paneler med delvis afskærmning eller forskellige orienteringer. Det er i øjeblikket vidt brugt i distribuerede fotovoltaiske kraftproduktionsprojekter. Mikroinverteren er direkte installeret på bagsiden af ​​hvert fotovoltaisk panel for at konvertere DC -effekten for hvert fotovoltaisk panel separat. Dets største træk er, at det kan realisere uafhængig overvågning og maksimal effektsporing af hvert fotovoltaisk panel. Selv hvis et fotovoltaisk panel er blokeret eller mislykkes, kan andre fotovoltaiske paneler stadig fungere normalt, hvilket i høj grad forbedrer kraftproduktionseffektiviteten og stabiliteten af ​​hele kraftproduktionssystemet. Da hver mikroinverter kun svarer til et fotovoltaisk panel, er omkostningerne relativt høje.

I processen med at konvertere elektrisk energi har inverteren også nogle andre vigtige funktioner. F.eks. Kan funktionen Maksimal Power Point Tracking (MPPT) overvåge outputkraften i det fotovoltaiske panel i realtid og automatisk justere arbejdsparametrene, så det fotovoltaiske panel altid fungerer i nærheden af ​​det maksimale effektpunkt og derved forbedrer effektproduktionseffektiviteten. Derudover har inverteren også sikkerhedsbeskyttelsesfunktioner såsom overspændingsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse og lækagebeskyttelse for at sikre den stabile drift af kraftproduktionssystemet og sikkerheden for personale og udstyr.

For at fotovoltaiske paneler bedre kan modtage sollys, er der behov for en stabil understøttelsesstruktur, som er beslagssystemet. Beslagssystemet er som en "solid bagside" til fotovoltaiske paneler. Det bærer ikke kun vægten af ​​de fotovoltaiske paneler selv, men modstår også forskellige naturlige miljøfaktorer, såsom vind, regn, sne osv.

Bracket -systemer kan opdeles i to typer: fast og sporing. Faste parenteser er enkle at installere og lave omkostninger. De fikserer fotovoltaiske paneler på jorden, tag eller andre bygninger i en bestemt vinkel og orientering. Installationsvinklen på denne beslag optimeres normalt i henhold til de lokale breddegrad og solstrålingsbetingelser for at sikre, at fotovoltaiske paneler kan modtage tilstrækkeligt sollys i det meste af året. Sporingsbeslag er mere intelligente. De kan automatisk justere vinklen på fotovoltaiske paneler i henhold til ændringerne i solens position, så fotovoltaiske paneler altid forbliver vinkelret eller næsten vinkelret på sollyset og derved maksimerer effektiviteten af ​​fotovoltaiske paneler, der får sollys. Sporingsbeslag er generelt opdelt i to typer: sporing af enkeltakse og sporing af dobbeltakse. Enkeltakse sporingsbeslag kan rotere langs en akse (normalt den vandrette akse i øst-vest retning eller den skrå akse i nord-syd-retning), mens dobbeltakse sporingsbeslag kan rotere samtidig i to akser med højere sporingsnøjagtighed, men relativt højere omkostninger.

Når man vælger et beslagssystem, skal mange faktorer betragtes som omfattende. F.eks. Topografien på installationsstedet, det tilgængelige område, lokale klimaforhold og budget. Til små distribuerede fotovoltaiske kraftproduktionsprojekter, såsom husholdningsfotovoltaiske systemer, vælges faste parenteser normalt på grund af begrænset installationsområde og omkostningsfølsomhed. I store jordfotovoltaiske kraftværker, hvis der søges stedbetingelser og der søges højere kraftproduktionseffektivitet, kan sporingsbeslag være et bedre valg.

I solenergiproduktionssystemer spiller batteripakker rollen som "opbevaringslager" af elektrisk energi. Når der er tilstrækkelig sollys, kan den elektricitet, der genereres af fotovoltaiske paneler, bruges af brugerne med det samme, og overskydende elektricitet kan opbevares i batteripakken. I tilfælde af utilstrækkelig sollys om natten eller på overskyede dage frigiver batteripakken den lagrede elektricitet for at give brugerne en kontinuerlig og stabil strømforsyning.

Almindelige typer batterier inkluderer blybatterier, nikkel-metalhydridbatterier og lithium-ion-batterier. Ledesyrebatterier er et af de mest anvendte energilagringsbatterier. De har fordelene ved lave omkostninger, moden teknologi og let vedligeholdelse. Imidlertid er deres energitæthed relativt lav, deres volumen og vægt er stor, og deres ladnings- og udladningscyklus er generelt omkring 300-500 gange. Ydeevnen for nikkel-metalhydridbatterier er bedre end for bly-syrebatterier. De har højere energitæthed, længere opladnings- og dechargecyklus levetid (op til ca. 1, 000 gange) og er miljøvenlige, men deres omkostninger er også relativt høje. Lithium-ion-batterier har betydelige fordele såsom høj energitæthed, lille volumen, let vægt, høj opladning og udladningseffektivitet og lang cyklus levetid (normalt op til 1, 500-3, 000 gange), men deres omkostninger er relativt høje i øjeblikket. I nogle omkostningsfølsomme applikationsscenarier er deres forfremmelse underlagt visse begrænsninger.

Når man designer og konfigurerer batteripakker, er det nødvendigt at overveje faktorer, såsom den faktiske strømbehov for solenergiproduktionssystemet, kraftproduktionskapaciteten for de fotovoltaiske paneler og de lokale lysforhold. For eksempel er det nødvendigt at bestemme den passende batterikapacitet for at sikre, at brugerens grundlæggende el -efterspørgsel kan imødekommes i tilfælde af kontinuerlige overskyede dage. På samme tid er det også nødvendigt at være opmærksom på gebyr- og udladningsstyring af batteriet, vedtage en rimelig gebyr- og decharge -strategi, udvide batteriets levetid og reducere omkostningerne ved energilagring.

Controlleren er den "smarte husholderske" i solenergiproduktionssystemet. Det er ansvarligt for at overvåge og kontrollere hele kraftproduktionssystemet for at sikre, at systemets sikre og stabile drift. Controlleren har hovedsageligt følgende vigtige funktioner:

Den første er opladnings- og decharge -kontrolfunktionen. Det kan overvåge spændingen, strømmen og andre parametre for batteri-gruppen i realtid og automatisk kontrollere opladningsprocessen for det fotovoltaiske panel til batteriet i henhold til opladningsstatus for batteriet og arbejdsvilkårene for kraftproduktionssystemet for at forhindre, at batteriet bliver overopladet eller over-afgivet. Når batteriet er fuldt opladet, afskærer controlleren automatisk opladningskredsløbet for at undgå skader på batteriet forårsaget af overopladning; Og når batterikraften er for lav, kontrollerer controlleren for at stoppe afladning for at beskytte batteriets levetid.

Den anden er den maksimale kontrolfunktion for effektpointsporing. Controlleren kan justere den arbejdstilstand for det fotovoltaiske panel i realtid ved at arbejde sammen med inverteren, så den altid kører nær det maksimale effektpunkt og derved forbedrer kraftproduktionseffektiviteten af ​​det fotovoltaiske panel.

Derudover har controlleren også systemfejldiagnose og beskyttelsesfunktioner. Det kan overvåge hver komponent i kraftproduktionssystemet i realtid. Når en fejl er opdaget, såsom en kortslutning i det fotovoltaiske panel, overophedning af inverteren, lækage af batteriet osv., Vil controlleren straks tage tilsvarende beskyttelsesforanstaltninger, såsom afskæring af fejlkredsløbet og udstede en alarmsignal, for at sikre en sikker drift af hele kraftproduktionssystemet og lette vedligeholdelsespersonale til fejlbehag og reparationsfake i en retlig måde.

De controllere, der bruges i solenergiproduktionssystemer af forskellige typer og størrelser, er også forskellige. I små solenergiproduktionssystemer bruges en relativt enkel integreret controller normalt. Det integrerer grundlæggende funktioner såsom opladning og decharge -kontrol og maksimal styringskontrol. Det er lille i størrelse og lavt omkostninger og er velegnet til små applikationsscenarier, såsom fotovoltaiske systemer til hjemmeblad. I store solenergi kræves der en mere kraftfuld og intelligent centraliseret controller. Det kan ensartet overvåge og styre mange fotovoltaiske paneler, invertere, batteripakker og andet udstyr i hele kraftværket for at opnå mere effektiv og nøjagtig systemkontrol.

Et komplet solenergiproduktionssystem består af flere komponenter, såsom fotovoltaiske paneler, invertere, beslagssystemer, batteripakker og controllere, der arbejder sammen. Hver komponent spiller en uundværlig rolle. De arbejder sammen for at konvertere solenergi til elektricitet, som vi kan bruge, hvilket bidrager til realiseringen af ​​bæredygtig energiudvikling. Med den kontinuerlige udvikling af teknologi og den gradvise reduktion af omkostningerne vil applikationsudsigterne for solenergiproduktionssystemer være bredere og forventes at indtage en vigtigere position i det fremtidige energifelt.