A geração de energia fotovoltaica é uma tecnologia que converte diretamente a energia luminosa em energia elétrica, utilizando o efeito fotovoltaico da interface semicondutora. O elemento chave desta tecnologia é a célula solar. Depois que as células solares são conectadas em série, elas podem ser embaladas e protegidas para formar um módulo de célula solar de grande área e, em seguida, combinadas com controladores de energia e outros componentes para formar um dispositivo de geração de energia fotovoltaica.
1 Efeito fotovoltaico
Se a luz atingir uma célula solar e a luz for absorvida na camada de interface, fótons com energia suficiente podem excitar elétrons de ligações covalentes em silício tipo P e tipo N, resultando em pares elétron-buraco. Os elétrons e buracos próximos à camada de interface serão separados uns dos outros pelo efeito do campo elétrico das cargas espaciais antes da recombinação. Os elétrons se movem em direção à região N carregada positivamente e os buracos em direção à região P carregada negativamente. A separação de carga através da camada de interface irá gerar uma tensão mensurável externamente entre as regiões P e N. Neste momento, eletrodos podem ser adicionados em ambos os lados da pastilha de silício e conectados a um voltímetro. Para células solares de silício cristalino, o valor típico da tensão de circuito aberto é de 0.5 a 0.6V. Quanto mais pares elétron-buraco gerados pela luz na camada de interface, maior o fluxo de corrente. Quanto mais energia luminosa for absorvida pela camada de interface, maior será a camada de interface, ou seja, a área da célula, e maior será a corrente formada na célula solar.
2. Princípio
A luz do sol brilha na junção pn do semicondutor para formar um novo par buraco-elétron. Sob a ação do campo elétrico da junção pn, as lacunas fluem da região n para a região p, e os elétrons fluem da região p para a região n. Depois que o circuito é ligado, uma corrente é formada. É assim que funcionam as células solares de efeito fotoelétrico.
Existem duas formas de geração de energia solar, uma é a conversão luz-calor-eletricidade e a outra é a conversão direta de luz-eletricidade.
(1) O método de conversão luz-calor-elétrico gera eletricidade usando a energia térmica gerada pela radiação solar. Geralmente, o coletor solar converte a energia térmica absorvida em vapor do meio de trabalho e, em seguida, aciona a turbina a vapor para gerar eletricidade. O primeiro processo é um processo de conversão de luz em calor; o último processo é um processo de conversão de calor em eletricidade, que é o mesmo que a geração de energia térmica comum. A desvantagem da geração de energia solar térmica é que a eficiência é muito baixa e o custo é alto. Estima-se que seu investimento seja, no mínimo, superior ao da geração termelétrica comum. As centrais elétricas são 5 a 10 vezes mais caras.
(2) Método de conversão direta de luz em eletricidade Este método usa o efeito fotoelétrico para converter diretamente a energia da radiação solar em energia elétrica. O dispositivo básico para conversão de luz em eletricidade são as células solares. Uma célula solar é um dispositivo que converte diretamente a energia solar em energia elétrica devido ao efeito fotovoltaico. É um fotodiodo semicondutor. Quando o sol brilha no fotodiodo, o fotodiodo converterá a energia luminosa do sol em energia elétrica e gerará eletricidade. atual. Quando muitas células são conectadas em série ou em paralelo, pode se tornar um conjunto de células solares com potência de saída relativamente grande. As células solares são um novo tipo de fonte de energia promissora com três vantagens principais: permanência, limpeza e flexibilidade. As células solares têm uma longa vida útil. Enquanto o sol existir, as células solares podem ser usadas por muito tempo com um investimento; e energia térmica, geração de energia nuclear. Em contraste, as células solares não causam poluição ambiental.
3. Composição do sistema
O sistema de geração de energia fotovoltaica é composto por matrizes de células solares, baterias, controladores de carga e descarga, inversores, armários de distribuição de energia CA, sistemas de controle de rastreamento solar e outros equipamentos. Algumas das funções do seu equipamento são:
conjunto de baterias
Quando há luz (seja luz solar ou luz gerada por outros iluminantes), a bateria absorve a energia luminosa, e ocorre o acúmulo de cargas de sinais opostos nas duas extremidades da bateria, ou seja, é gerada uma "tensão fotogerada", que é o "efeito fotovoltaico". Sob a ação do efeito fotovoltaico, as duas extremidades da célula solar geram força eletromotriz, que converte a energia luminosa em energia elétrica, que é um dispositivo de conversão de energia. As células solares são geralmente células de silício, que são divididas em três tipos: células solares de silício monocristalino, células solares de silício policristalino e células solares de silício amorfo.
Bateria
Sua função é armazenar a energia elétrica emitida pelo conjunto de células solares quando iluminado e fornecer energia à carga a qualquer momento. Os requisitos básicos para a bateria usada na geração de energia da célula solar são: a. baixa taxa de auto-descarga; b. longa vida útil; c. forte capacidade de descarga profunda; d. alta eficiência de carregamento; e. menos manutenção ou livre de manutenção; f. temperatura de trabalho Ampla faixa; g. preço baixo.
Controlador
É um dispositivo que pode impedir automaticamente que a bateria seja sobrecarregada e descarregada. Uma vez que o número de ciclos de carga e descarga e a profundidade de descarga da bateria são fatores importantes na determinação da vida útil da bateria, um controlador de carga e descarga que possa controlar a sobrecarga ou descarga excessiva da bateria é um dispositivo essencial.
Inversor
Dispositivo que converte corrente contínua em corrente alternada. Como as células solares e as baterias são fontes de energia CC,
Quando a carga é uma carga CA, um inversor é essencial. De acordo com o modo de operação, os inversores podem ser divididos em inversores de operação independentes e inversores conectados à rede. Inversores autônomos são usados em sistemas de energia de células solares autônomos para alimentar cargas autônomas. Os inversores conectados à rede são usados para sistemas de geração de energia de células solares conectadas à rede. O inversor pode ser dividido em inversor de onda quadrada e inversor de onda senoidal de acordo com a forma de onda de saída. O inversor de onda quadrada possui um circuito simples e de baixo custo, mas possui uma grande componente harmônica. Geralmente é usado em sistemas abaixo de várias centenas de watts e com baixos requisitos de harmônicos. Os inversores de onda senoidal são caros, mas podem ser aplicados a várias cargas.
4. Classificação do sistema
O sistema de geração de energia fotovoltaica é dividido em sistema de geração de energia fotovoltaica independente, sistema de geração de energia fotovoltaica conectado à rede e sistema de geração de energia fotovoltaica distribuída.
1. A geração de energia fotovoltaica independente também é chamada de geração de energia fotovoltaica fora da rede. É composto principalmente de componentes de células solares, controladores e baterias. Para fornecer energia à carga CA, um inversor CA precisa ser configurado. As centrais fotovoltaicas independentes incluem sistemas de abastecimento de energia de aldeias em áreas remotas, sistemas de abastecimento de energia solar para uso doméstico, fontes de alimentação de sinal de comunicação, proteção catódica, iluminação pública solar e outros sistemas de geração de energia fotovoltaica com baterias que podem operar de forma independente.
2. A geração de energia fotovoltaica conectada à rede significa que a corrente contínua gerada pelos módulos solares é convertida em corrente alternada que atende aos requisitos da rede elétrica através do inversor conectado à rede e depois conectada diretamente à rede pública.
Pode ser dividido em sistemas de geração de energia conectados à rede com e sem baterias. O sistema de geração de energia conectado à rede com bateria é programável e pode ser integrado ou retirado da rede elétrica de acordo com as necessidades. Ele também tem a função de fonte de alimentação de backup, que pode fornecer alimentação de emergência quando a rede elétrica é cortada por algum motivo. Os sistemas fotovoltaicos de geração de energia conectados à rede com baterias são frequentemente instalados em edifícios residenciais; os sistemas de geração de energia conectados à rede sem baterias não têm as funções de despachabilidade e energia de backup, e geralmente são instalados em sistemas maiores. A geração de energia fotovoltaica conectada à rede centralizou usinas fotovoltaicas conectadas à rede em grande escala, que geralmente são usinas de nível nacional. No entanto, este tipo de central não se desenvolveu muito devido ao seu grande investimento, longo período de construção e grande área. A energia fotovoltaica distribuída de pequena escala conectada à rede, especialmente a geração de energia fotovoltaica integrada à construção fotovoltaica, é a principal fonte de geração de energia fotovoltaica conectada à rede devido às vantagens de pequeno investimento, construção rápida, pequena pegada e forte apoio político.
3. Sistema de geração de energia fotovoltaica distribuída, também conhecido como geração de energia distribuída ou fornecimento de energia distribuído, refere-se à configuração de um sistema de fonte de energia fotovoltaica menor no local do usuário ou próximo ao local de energia para atender às necessidades de usuários específicos e apoiar as necessidades existentes operação econômica da rede de distribuição, ou atender aos requisitos de ambos os aspectos ao mesmo tempo.
4. O equipamento básico do sistema de geração de energia fotovoltaica distribuída inclui componentes de células fotovoltaicas, suportes de matriz quadrada fotovoltaica, caixas de combinação DC, armários de distribuição de energia DC, inversores conectados à rede, armários de distribuição de energia AC e outros equipamentos, bem como sistema de fornecimento de energia dispositivos de monitoramento e dispositivo de monitoramento ambiental. Seu modo de operação é que sob a condição de radiação solar, o conjunto de módulos de células solares do sistema de geração de energia fotovoltaica converte a energia elétrica de saída da energia solar e a envia para o gabinete de distribuição de energia CC através da caixa do combinador CC e a rede -inversor conectado converte-o em fonte de alimentação CA. O próprio edifício é carregado e a eletricidade em excesso ou insuficiente é regulada pela conexão à rede.
5. Vantagens e desvantagens
Em comparação com os sistemas de geração de energia comumente usados, as vantagens da geração de energia solar fotovoltaica se refletem principalmente em:
A energia solar é chamada a nova energia mais ideal. ①Sem perigo de esgotamento; ②Seguro e confiável, sem ruído, sem descarga de poluição, absolutamente limpo (sem poluição); ③Não é limitado pela distribuição geográfica dos recursos, e as vantagens da construção de telhados podem ser usadas; ④Não há necessidade de consumir combustível e construir linhas de transmissão Local de geração de energia e fornecimento de energia; ⑤Alta qualidade de energia; ⑥Os usuários são fáceis de aceitar emocionalmente; ⑦O período de construção é curto e o tempo necessário para obter energia é curto.
deficiência:
①A densidade de distribuição de energia da irradiação é pequena, ou seja, ocupa uma área enorme; ②A energia obtida está relacionada às quatro estações, dia e noite, nublado e ensolarado e outras condições meteorológicas. O uso da energia solar para geração de energia elétrica tem custos de equipamentos elevados, mas a taxa de utilização da energia solar é baixa, por isso não pode ser amplamente utilizada. É usado principalmente em alguns ambientes especiais, como satélites.
6. Áreas de aplicação
1. Fonte de energia solar do usuário: (1) Fonte de energia pequena variando de 10-100W, usada em áreas remotas sem eletricidade, como planaltos, ilhas, áreas pastorais, postos de fronteira e outras eletricidades militares e civis, como iluminação , TV, gravadores, etc.; (2) 3 -5sistema de geração de energia elétrica conectada à rede de telhado residencial de KW; (3) Bomba de água fotovoltaica: resolve o problema de beber e irrigar poços profundos em áreas sem eletricidade.
2. Campos de tráfego, como luzes de navegação, luzes de sinalização de tráfego/ferrovias, luzes de sinalização/aviso de tráfego, luzes de rua Yuxiang, luzes de obstrução de alta altitude, cabines telefônicas sem fio rodoviárias/ferroviárias, fonte de alimentação de mudança de estrada autônoma, etc.
3. Campo de comunicação/comunicação: estação de retransmissão de micro-ondas autônoma solar, estação de manutenção de cabos ópticos, sistema de fornecimento de energia de transmissão/comunicação/paging; sistema fotovoltaico de telefone de operadora rural, pequena máquina de comunicação, fonte de alimentação GPS para soldados, etc.
4. Campos petrolíferos, marítimos e meteorológicos: sistema de energia solar de proteção catódica para oleodutos e comportas de reservatórios, fornecimento de energia vital e de emergência para plataformas de perfuração de petróleo, equipamentos de detecção marítima, equipamentos de observação meteorológica/hidrológica, etc.
5. Fonte de alimentação para lâmpadas domésticas: como lâmpadas de jardim, lâmpadas de rua, lâmpadas portáteis, lâmpadas de acampamento, lâmpadas de alpinismo, lâmpadas de pesca, lâmpadas de luz negra, lâmpadas de toque, lâmpadas economizadoras de energia, etc.
6. Estação de energia fotovoltaica: estação de energia fotovoltaica independente de 10KW-50MW, estação de energia complementar eólica-solar (diesel), várias estações de carregamento de grandes parques de estacionamento, etc.
7. Edifícios solares combinam geração de energia solar com materiais de construção para permitir que grandes edifícios no futuro alcancem a auto-suficiência em eletricidade, que é uma importante direção de desenvolvimento no futuro.
8. Outros campos incluem: (1) Correspondência com automóveis: veículos solares/veículos elétricos, equipamentos de carregamento de baterias, condicionadores de ar automotivos, ventiladores, caixas de bebidas geladas, etc.; (2) sistemas de geração de energia regenerativa para produção de hidrogênio solar e células de combustível; (3) fonte de alimentação do equipamento de dessalinização de água do mar; (4) Satélites, naves espaciais, estações de energia solar espacial, etc.