Od fotovoltaických panelov po meniče: podrobné vysvetlenie zloženia kompletného systému výroby solárnej energie

Na pozadí globálnej obhajoby trvalo udržateľnej energie, solárna energia, ako čistý a obnoviteľný zdroj energie, postupne vstupuje do našich životov. Systémy na výrobu slnečnej energie pritiahli čoraz väčšiu pozornosť pri ochrane životného prostredia, úspore energie a mnohým ďalším výhodám. Ako je teda zložený kompletný systém výroby solárnej energie? Začnime s najzákladnejšími komponentmi - fotovoltaickými panelmi.

Fotovoltaické panely, známe tiež ako solárne panely, sú jednou zo základných komponentov systémov výroby solárnej energie. Pôsobia ako efektívny „zachytenie“ zodpovedný za premenu slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Jeho pracovný princíp je založený na slávnom „fotovoltaickom efekte“. Keď slnečné svetlo svieti na fotovoltaickom paneli, fotóny interagujú s polovodičovým materiálom vo fotovoltaickom paneli, aby sa stimulovali páry elektrónových otvorov. Tieto elektróny a diery sa pohybujú rôznymi smermi pod pôsobením elektrického poľa vo vnútri materiálu polovodiča a tvoria elektrický prúd.

Fotovoltaické panely sa zvyčajne skladajú z viacerých jednotiek solárnych článkov. Väčšina z týchto bunkových jednotiek je vyrobená zo kremíkových materiálov, z ktorých najbežnejšie sú monokryštalické kremíkové bunky a polykryštalické kremíkové bunky. Monokryštalické kremíkové bunky majú vysokú účinnosť konverzie, zvyčajne dosahujú 20% - 25%, čo znamená, že dokáže previesť 20% - 25% slnečnej energie na elektrickú energiu. Jeho výrobný proces je relatívne zložitý a náklady sú relatívne vysoké, ale má stabilný výkon výroby výkonu a dlhú životnosť až do 25 - 30 rokov. Účinnosť konverzie polykryštalických kremíkových buniek je o niečo nižšia, približne 15% - 20%, ale jej výrobné náklady sú relatívne nízke a má určité výhody nákladovej efektívnosti vo veľkých aplikáciách a jej životnosť servisu môže tiež dosiahnuť {{9} rokov.

Okrem monokryštalických kremíkových a polykryštalických kremíkových buniek existujú aj ďalšie typy fotovoltaických panelov, ako je amorfný kremík, kadmiový telurid a selenid india gallium gallium. Amorfné kremíkové fotovoltaické panely majú výhody dobrej flexibility a môžu sa vyrobiť do tenkých filmov. Často sa používajú v niektorých scénach so špeciálnymi požiadavkami na vzhľad alebo inštalačný priestor, ale ich účinnosť konverzie je relatívne nízka, zvyčajne 6% - 12%. Tellurid kadmia a meď indium gallium selenid fotovoltaické panely majú určitý potenciál v účinnosti a nákladoch konverzie a v posledných rokoch sa rýchlo vyvíjali, ale ich podiel na trhu je stále nižší ako v prípade monokryštalického kremíka a polykryštalických kremíkových fotovoltaických panelov.

Sila generovaná fotovoltaickými panelmi je DC, zatiaľ čo väčšina elektrických spotrebičov, ktoré používame v našom každodennom živote, vyžaduje, aby AC správne fungovala. V súčasnosti hrá menič kľúčovú úlohu. Je to ako magický „prevodník“ zodpovedný za premenu DC výstupu fotovoltaických panelov na AC, aby uspokojil potreby energie rôznych používateľov, ako sú rodiny a podniky.

Existuje veľa typov invertorov a tie bežné sú centralizované meniče, strunové invertory a mikro meniče. Centralizované meniče majú vysoký výkon a sú všeobecne vhodné pre veľké solárne elektrárne. Zhromažďuje DC generovanú viacerými skupinami fotovoltaických panelov a prevádza ich. Výhodou je, že náklady sú relatívne nízke a je ľahké centrálne spravovať a udržiavať, ale akonáhle dôjde k poruche, môže to ovplyvniť prevádzku celého systému výroby energie. Invertor reťazca prevádza DC na AC osobitne pre rôzne skupiny fotovoltaických panelov a potom tieto AC agreguje. Má vyššiu flexibilitu. Aj keď má určitý reťazec problémy, nebude mať vplyv na normálnu prevádzku iných reťazcov. Okrem toho môže lepšie hrať svoje výhody výkonu v inštalačných scenároch fotovoltaických panelov s čiastočným tienením alebo rôznymi orientáciami. V súčasnosti sa široko používa v distribuovaných projektoch výroby fotovoltaickej energie. Mikro menič je priamo nainštalovaný na zadnej strane každého fotovoltaického panela, aby sa osobitne previedol výkon jednosmerného výkonu každého fotovoltaického panela. Jeho najväčšou vlastnosťou je, že dokáže realizovať nezávislé monitorovanie a maximálne sledovanie napájacieho bodu každého fotovoltaického panela. Aj keď je fotovoltaický panel blokovaný alebo zlyhaný, iné fotovoltaické panely môžu stále fungovať normálne, čo výrazne zlepšuje účinnosť výroby energie a stabilitu celého systému výroby energie. Pretože však každý mikro menter zodpovedá iba jednému fotovoltaickému panelu, jeho náklady sú relatívne vysoké.

V procese premeny elektrickej energie má menič tiež niektoré ďalšie dôležité funkcie. Napríklad funkcia maximálneho sledovania napájacieho bodu (MPPT) môže monitorovať výstupný výkon fotovoltaického panela v reálnom čase a automaticky upravovať pracovné parametre tak, aby fotovoltaický panel vždy fungoval v blízkosti maximálneho napájacieho bodu, čím sa zlepšila efektívnosť výroby energie. Okrem toho má menič tiež funkcie ochrany bezpečnosti, ako je ochrana prepätia, nadprúdová ochrana a ochrana úniku, aby sa zabezpečila stabilná prevádzka systému výroby energie a bezpečnosť personálu a zariadení.

Aby fotovoltaické panely lepšie prijímali slnečné svetlo, je potrebná stabilná podporná štruktúra, ktorá je systémom držiaka. Systém konzoly je ako „pevná podložka“ pre fotovoltaické panely. Nielenže nesie hmotnosť fotovoltaických panelov samotných, ale tiež odoláva rôznym prírodným environmentálnym faktorom, ako je vietor, dážď, sneh atď.

Systémy zátvorky možno rozdeliť na dva typy: pevné a sledovanie. Pevné zátvorky sa dajú ľahko inštalovať a majú nízku cenu. Opravujú fotovoltaické panely na zemi, streche alebo iných budovách pod určitým uhlom a orientáciou. Uhol inštalácie tejto konzoly je zvyčajne optimalizovaný podľa podmienok miestnej zemepisnej šírky a slnečného žiarenia, aby sa zabezpečilo, že fotovoltaické panely môžu väčšinu roka dostávať dostatočné slnečné svetlo. Sledovacie zátvorky sú inteligentnejšie. Môžu automaticky upravovať uhol fotovoltaických panelov podľa zmien v polohe slnka, takže fotovoltaické panely zostávajú vždy kolmé alebo takmer kolmé na slnečné svetlo, čím maximalizujú účinnosť fotovoltaických panelov prijímajúcich slnečné žiarenie. Sledovacie konzoly sú vo všeobecnosti rozdelené na dva typy: sledovanie jednej osi a sledovanie duálnej osi. Jednoznačné držiaky sledovania sa môžu otáčať pozdĺž jednej osi (zvyčajne vodorovná os v smere východ-západ alebo v naklonenej osi v smere severu-juh), zatiaľ čo držiaky sledovania duálnej osi sa môžu otáčať súčasne v dvoch osiach, s vyššou presnosťou sledovania, ale relatívne vyššími nákladmi.

Pri výbere systému zátvorky je potrebné komplexne považovať mnoho faktorov. Napríklad topografia inštalačného miesta, dostupná oblasť, miestne klimatické podmienky a rozpočet. Pre malé distribuované projekty na výrobu fotovoltaickej výroby energie, ako sú napríklad fotovoltaické systémy na streche domácnosti, sú zvyčajne vybrané pevné zátvorky v dôsledku obmedzenej oblasti inštalácie a citlivosti na náklady. Vo veľkých pozemných fotovoltaických elektrárňach, ak sa požaduje podmienky miesta a vyššia účinnosť výroby energie, môže byť lepšou voľbou sledovacie zátvorky.

V systémoch na výrobu solárnej energie zohrávajú batérie úlohy „skladovacieho skladu“ elektrickej energie. Ak je dostatok slnečného svetla, používatelia môžu používatelia okamžite použiť elektrinu generovanú fotovoltaickými panelmi a prebytočná elektrina sa dá uložiť do batérie. V prípade nedostatočného slnečného žiarenia v noci alebo v oblačnoch, batéria uvoľňuje uloženú elektrinu, aby používateľom poskytla nepretržitý a stabilný napájací zdroj.

Bežné typy batérií zahŕňajú olovené batérie, hydridové batérie niklu a lítium-iónové batérie. Vodné batérie sú jednou z najpoužívanejších batérií na ukladanie energie. Majú výhody nízkej ceny, zrelej technológie a ľahkej údržby. Ich hustota energie je však relatívne nízka, ich objem a hmotnosť sú veľké a ich životnosť cyklu náboja a výboja sa vo všeobecnosti týka 300-500 krát. Výkon hydridových batérií niklu je lepší ako výkonnosť olovených batérií. Majú vyššiu hustotu energie, dlhší životnosť nabíjania a výbojového cyklu (až do 1, 000 krát) a sú šetrné k životnému prostrediu, ale ich náklady sú tiež relatívne vysoké. Lítium-iónové batérie majú významné výhody, ako je vysoká hustota energie, malý objem, svetlo hmotnosť, účinnosť nabíjania a výboja a dlhá životnosť cyklu (zvyčajne do 1, {{}}, 000), ale ich náklady sú v súčasnosti relatívne vysoké. V niektorých nákladovo citlivých scenároch aplikácií podlieha ich propagácii určitým obmedzeniam.

Pri navrhovaní a konfigurácii batérií je potrebné komplexne zvážiť faktory, ako je skutočný dopyt po energii systému výroby energie, kapacita výroby energie fotovoltaických panelov a miestne svetlo. Napríklad je potrebné určiť vhodnú kapacitu batérie, aby sa zabezpečilo, že základný dopyt po elektrickej energii používateľov je možné splniť v prípade nepretržitých oblačných dní. Zároveň je tiež potrebné venovať pozornosť správe nabíjania a vypúšťania batérie, prijať primeranú stratégiu nabíjania a výboja, predĺžiť životnosť batérie a znížiť náklady na skladovanie energie.

Ovládač je „inteligentným hospodárením“ systému výroby solárnej energie. Je zodpovedný za monitorovanie a riadenie celého systému výroby energie s cieľom zabezpečiť bezpečnú a stabilnú prevádzku systému. Radič má hlavne nasledujúce dôležité funkcie:

Prvým je funkcia riadenia náboja a vypúšťania. Môže monitorovať napätie, prúd a ďalšie parametre skupiny batérií v reálnom čase a automaticky ovládať proces nabíjania fotovoltaického panela na batériu podľa stavu nabíjania batérie a pracovných podmienok systému generovania energie, aby sa zabránilo preplneniu batérie alebo nadmerným nabitím. Keď je batéria úplne nabitá, ovládač automaticky odreže obvod nabíjania, aby sa predišlo poškodeniu batérie spôsobeného nadmerným nabíjaním; A keď je napájanie batérie príliš nízke, ovládač ovláda, aby prestal vybíjať, aby chránil servisnú životnosť batérie.

Druhým je maximálna funkcia riadenia sledovania napájania. Ovládač môže upraviť pracovný stav fotovoltaického panela v reálnom čase tým, že pracuje v spojení s meničom, takže vždy beží blízko maximálneho napájacieho bodu, čím sa zlepší účinnosť výroby energie fotovoltaického panela.

Okrem toho má ovládač aj funkcie diagnostiky porúch systému a ochranné funkcie. Môže monitorovať každý komponent v systéme výroby energie v reálnom čase. Once a fault is detected, such as a short circuit in the photovoltaic panel, overheating of the inverter, leakage of the battery, etc., the controller will immediately take corresponding protection measures, such as cutting off the fault circuit and issuing an alarm signal, to ensure the safe operation of the entire power generation system and facilitate maintenance personnel to troubleshoot and repair faults in a timely manner.

Riadiaky používané v systémoch generovania solárnej energie rôznych typov a veľkostí sa tiež líšia. V malých systémoch na výrobu solárnej energie sa zvyčajne používa relatívne jednoduchý integrovaný ovládač. Integruje základné funkcie, ako sú regulácia náboja a vypúšťania a maximálne riadenie sledovania napájacieho bodu. Má malú veľkosť a nízku cenu a je vhodný pre malé aplikačné scenáre, ako sú napríklad fotovoltaické systémy na streche. Vo veľkých slnečných staniciach je potrebný výkonnejší a inteligentnejší centralizovaný ovládač. Môže rovnomerne monitorovať a spravovať mnoho fotovoltaických panelov, meničov, batérií a iných zariadení v celej elektrárni, aby sa dosiahla efektívnejšie a presnejšie ovládanie systému.

Kompletný systém výroby solárnej energie pozostáva z viacerých komponentov, ako sú fotovoltaické panely, meniče, držiakové systémy, batérie a batérie a ovládače spolupráce. Každá zložka hrá nevyhnutnú úlohu. Spolupracujú na premene slnečnej energie na elektrinu, ktorú môžeme použiť, a prispievajú k realizácii trvalo udržateľného rozvoja energie. S neustálym rozvojom technológie a postupným znižovaním nákladov budú vyhliadky na aplikácie systémov výroby solárnej energie širšie a očakáva sa, že v budúcom oblasti energetiky zaujme dôležitejšiu pozíciu.