Aurinkosähköpaneeleista inverttereihin: Yksityiskohtainen selitys täydellisen aurinkoenergian tuotantojärjestelmän koostumuksesta

Kestävän energian globaalin puolustamisen taustalla, aurinkoenergiaa puhtaana ja uusiutuvan energian lähteenä on vähitellen tulossa elämäämme. Aurinkovoiman tuotantojärjestelmät ovat herättäneet yhä enemmän huomiota ympäristönsuojeluun, energiansäästöön ja moniin muihin etuihin. Joten miten täydellinen aurinkovoiman tuotantojärjestelmä koostuu? Aloitetaan kaikkein peruskomponentilla - aurinkosähköpaneeleilla.

Stouranfoleelit, jotka tunnetaan myös nimellä aurinkopaneelit, ovat yksi aurinkoenergian tuotantojärjestelmien ydinkomponenteista. Ne toimivat kuin tehokas "sieppaus", joka vastaa auringonvalon muuntamisesta sähköenergiaksi. Sen toimintaperiaate perustuu kuuluisaan "aurinkosähkövaikutukseen". Kun auringonvalo paistaa aurinkosähköpaneelissa, fotonit ovat vuorovaikutuksessa aurinkosähköpaneelin puolijohdemateriaalin kanssa elektronireiän parien stimuloimiseksi. Nämä elektronit ja reiät liikkuvat eri suuntiin sähkökentän vaikutuksesta puolijohdemateriaalin sisällä muodostaen sähkövirran.

Aurinkosähköpaneelit koostuvat yleensä useista aurinkokennoyksiköistä. Suurin osa näistä soluyksiköistä on valmistettu piimateriaaleista, joista monokiteiset piisolut ja monikiteiset piisolut ovat yleisimmät. Monokiteisiin piisoluihin on korkea muuntamistehokkuus, ja se saavuttaa yleensä 20% - 25%, mikä tarkoittaa, että se voi muuntaa 20% - 25% aurinkoenergiasta sähköenergiaksi. Sen valmistusprosessi on suhteellisen monimutkainen ja kustannukset ovat suhteellisen korkeat, mutta sillä on vakaa sähköntuotanto ja pitkä käyttöikä, joka on jopa 25 - 30 vuotta. Monikiteisten piisolujen muuntamistehokkuus on hiukan alhaisempi, noin 15% - 20%, mutta sen tuotantokustannukset ovat suhteellisen alhaiset, ja sillä on tiettyjä kustannustehokkuusetuja suurissa sovelluksissa, ja sen käyttöikä voi myös saavuttaa noin 20 - 25 vuoden.

Monokiteisen pii- ja monikiteisen piisolujen lisäksi on muun tyyppisiä aurinkosähköpaneeleja, kuten amorfinen pii, kadmium -telluridi ja kuparindium gallium -selenidi. Amorfisilla piitaselaisilla paneeleilla on hyvä joustavuus, ja niistä voidaan tehdä ohutkalvoja. Niitä käytetään usein joissakin kohtauksissa, joissa on erityisvaatimukset ulkonäkö- tai asennustilaan, mutta niiden muuntamistehokkuus on suhteellisen alhainen, yleensä 6% - 12%. Kadmiumin telluridi- ja kuparindium gallium -selvenidi -aurinkosähköpaneelit ovat tiettyjä potentiaalia muuntamistehokkuudessa ja kustannuksissa, ja ne ovat kehittyneet nopeasti viime vuosina, mutta niiden markkinaosuus on edelleen alhaisempi kuin monokiteisen piin ja monikiteisen piin pistorasian paneeleilla.

Photosholec -paneelien tuottama sähkö on tasavirta, kun taas suurin osa päivittäisessä elämässämme käytetyistä sähkölaitteista vaatii AC: n toimimaan kunnolla. Tällä hetkellä invertterillä on avainrooli. Se on kuin maaginen "muunnin", joka vastaa aurinkosähköpaneelien DC -lähtöä AC: ksi vastaamaan eri käyttäjien, kuten perheiden ja yritysten, virrantarpeita.

Invertereita on monen tyyppisiä, ja tavalliset ovat keskitetyt invertterit, merkkijono -invertterit ja mikro -invertterit. Keskitetyillä inverttereillä on suuri teho ja ne sopivat yleensä suurille aurinkoenergiaasemille. Se kerää useiden aurinkosähköpaneeliryhmien luoman tasavirta ja muuntaa ne. Etuna on, että kustannukset ovat suhteellisen alhaiset ja keskitetysti hallita ja ylläpitää keskitetysti, mutta kun vika tapahtuu, se voi vaikuttaa koko sähköntuotantojärjestelmän toimintaan. Merkkijono -invertteri muuntaa tasavirtaviranomaiset erikseen erilaisille aurinkosähköpaneeliryhmille ja yhdistää sitten nämä AC. Sillä on suurempi joustavuus. Vaikka tietyllä merkkijonolla olisi ongelmia, se ei vaikuta muiden merkkijonojen normaaliin toimintaan. Lisäksi se voi paremmin pelata suorituskyky etujaan aurinkosähköpaneelien asennusskenaarioissa osittaisella suojauksella tai erilaisilla suuntauksilla. Sitä käytetään tällä hetkellä laajasti hajautetuissa aurinkosähköä koskevissa sähköntuotantoprojekteissa. Mikromuuttaja on asennettu suoraan kunkin aurinkosähköpaneelin takaosaan kunkin valovoiman paneelin tasavirtalähtöjen muuntamiseksi erikseen. Sen suurin ominaisuus on, että se voi toteuttaa kunkin aurinkosähköpaneelin riippumattoman seurannan ja maksimaalisen power -pisteen seurannan. Vaikka aurinkosähköpaneeli olisi estetty tai epäonnistuu, muut aurinkovoiman paneelit voivat silti toimia normaalisti, mikä parantaa huomattavasti koko sähköntuotantojärjestelmän sähköntuotannon tehokkuutta ja vakautta. Koska jokainen mikromuuttaja vastaa vain yhtä aurinkosähköpaneelia, sen kustannukset ovat suhteellisen korkeat.

Sähköenergian muuntamisprosessissa invertterillä on myös joitain muita tärkeitä toimintoja. Esimerkiksi enimmäismäärän pisteen seuranta (MPPT) -toiminto voi seurata valovoiman paneelin lähtötehoa reaaliajassa ja säätää työskenteleviä parametreja automaattisesti siten, että aurinkosähköpaneeli toimii aina lähellä suurinta tehoa, parantaen siten sähköntuotannon hyötysuhdetta. Lisäksi invertterissä on myös turvallisuussuojaustoimintoja, kuten ylijännitesuojaus, ylivirtasuojaus ja vuodonsuojaus, jotta varmistetaan sähköntuotantojärjestelmän ja henkilöstön ja laitteiden turvallisuus.

Jotta aurinkosähköpaneelit saavat auringonvaloa paremmin, tarvitaan vakaa tukirakenne, joka on kiinnitysjärjestelmä. Kiinnitysjärjestelmä on kuin "vankka tausta" aurinkosähköpaneeleille. Siinä ei ole vain aurinkosähköpaneelien painoa, vaan myös vastustaa erilaisia ​​luonnollisia ympäristötekijöitä, kuten tuuli, sade, lumi jne.

Kiinnitysjärjestelmät voidaan jakaa kahteen tyyppiin: kiinteä ja seuranta. Kiinteät sulukot ovat helppo asentaa ja alhaiset kustannukset. Ne kiinnittävät aurinkosähköpaneelit maahan, kattoon tai muihin rakennuksiin tietyssä kulmassa ja suuntauksessa. Tämän kiinnikkeen asennuskulma on yleensä optimoitu paikallisten leveys- ja aurinkosäteilyolosuhteiden mukaan varmistaakseen, että aurinkosähköpaneelit voivat saada riittävästi auringonvaloa suurimman osan vuotta. Seurantakiinnikkeet ovat älykkäämpiä. Ne voivat automaattisesti säätää aurinkosähköpaneelien kulmaa auringon asennon muutosten mukaan, niin että aurinkosähköpaneelit pysyvät aina kohtisuorassa tai melkein kohtisuorassa auringonvaloon nähden, maksimoimalla siten auringonvaloa vastaanottavien aurinkosähköpaneelien tehokkuus. Seurantakiinnikkeet on yleensä jaettu kahteen tyyppiin: yksiakselin seuranta ja kaksoisakselin seuranta. Yhden akselin seurantakiinnikkeet voivat pyöriä yhtä akselia pitkin (yleensä horisontaalinen akseli itä-länsisuunnassa tai kallistettu akseli pohjois-etelä-suuntaan), kun taas kaksoisakselin seurantakiinnikkeet voivat pyöriä samanaikaisesti kahdella akselilla, joilla on korkeampi seurantatarkkuus, mutta suhteellisen korkeammat kustannukset.

Kun valitset kiinnikejärjestelmää, monia tekijöitä on pidettävä kattavasti. Esimerkiksi asennuspaikan topografia, käytettävissä oleva alue, paikalliset ilmastoolosuhteet ja budjetti. Pienille hajautetuille aurinkosähköä varten, kuten kotitalouksien kattovoiman aurinkosähköjärjestelmät, kiinteät kiinnikkeet valitaan yleensä rajoitetun asennusalueen ja kustannusherkkyyden vuoksi. Suurilla maapallon aurinkosähkön voimalaitoksilla, jos etäisyyden olosuhteet sallivat ja korkeampi sähköntuotannon tehokkuus etsitään, kiinnikkeet voivat olla parempi valinta.

Aurinkoenergiajärjestelmissä akkuilla on sähköenergian "säilytysvaraston" rooli. Kun auringonvaloa on riittävästi, käyttäjät voivat käyttää pistooleiden tuottamia sähköä välittömästi, ja ylimääräinen sähkö voidaan tallentaa akkuun. Jos auringonvalo riittää yöllä tai pilvisinä päivinä, akku vapauttaa tallennetun sähkön tarjoamaan käyttäjille jatkuvan ja vakaan virtalähteen.

Yleisiä akkuja ovat lyijyhampa-akut, nikkelimetallien hydridiakut ja litium-ion-akut. Lyijyhamman paristot ovat yksi yleisimmin käytetyistä energian varastointiparistoista. Heillä on edut edullisista, kypsistä tekniikoista ja helpon ylläpidosta. Niiden energiatiheys on kuitenkin suhteellisen alhainen, niiden tilavuus ja paino ovat suuret ja niiden varaus- ja purkausjakson käyttöikä on yleensä noin 300-500 kertaa. Nikkelimetallien hydridiakujen suorituskyky on parempi kuin lyijyhampa-akut. Heillä on korkeampi energiatiheys, pidempi varaus- ja purkausjakson käyttöikä (jopa noin 1, 000 kertaa), ja ne ovat ympäristöystävällisiä, mutta niiden kustannukset ovat myös suhteellisen korkeat. Litium-ioni-akkuilla on merkittäviä etuja, kuten korkea energiatiheys, pieni tilavuus, kevyt, korkea varaus- ja purkaustehokkuus ja pitkäjakson käyttöikä (yleensä jopa 1, 500-3, 000 kertaa), mutta niiden kustannukset ovat tällä hetkellä suhteellisen korkeat. Joissakin kustannusherkissä sovellusskenaarioissa heidän ylennystään liittyy tiettyjä rajoituksia.

Suunnitellessasi ja määrittäessäsi akkuja on välttämätöntä harkita kattavasti tekijöitä, kuten aurinkoenergiatehontuotantojärjestelmän todellista virrankysyntää, aurinkosähköpaneelien sähköntuotantokapasiteettia ja paikallisia valoolosuhteita. Esimerkiksi on välttämätöntä määrittää asianmukainen akun kapasiteetti sen varmistamiseksi, että käyttäjien peruskysyntä voidaan tyydyttää jatkuvien pilvisten päivien tapauksessa. Samanaikaisesti on myös tarpeen kiinnittää huomiota akun lataus- ja vastuuvapauden hallintaan, omaksua kohtuullinen lataus- ja vastuuvapausstrategia, pidentää akun käyttöaikaista käyttöikää ja vähentää energian varastointikustannuksia.

Ohjain on aurinkoenergian tuotantojärjestelmän "älykäs taloudenhoitaja". Se vastaa koko sähköntuotantojärjestelmän seurannasta ja hallinnasta järjestelmän turvallisen ja vakaan toiminnan varmistamiseksi. Ohjaimella on pääasiassa seuraavat tärkeät toiminnot:

Ensimmäinen on varaus- ja purkausohjaustoiminto. Se voi seurata akkuryhmän jännitettä, virtaa ja muita parametreja reaaliajassa ja hallita automaattisesti aurinkosähköpaneelin latausprosessia akun lataustilan ja sähköntuotantojärjestelmän työolosuhteiden mukaan, jotta akun ylikuormitus tai ylikuormitettu. Kun akku on täysin ladattu, ohjain katkaisee latauspiirin automaattisesti ylikuormituksen aiheuttamien akun vaurioiden välttämiseksi; Ja kun akun virta on liian pieni, ohjain hallitsee purkautumista akun käyttöiän suojaamiseksi.

Toinen on enimmäispisteen seurannan ohjaustoiminto. Ohjain voi säätää aurinkosähköpaneelin toimitilaa reaaliajassa työskentelemällä yhdessä invertterin kanssa, niin että se toimii aina lähellä suurinta tehopistettä, parantaen siten aurinkosähköpaneelin sähköntuotannon tehokkuutta.

Lisäksi ohjaimessa on myös järjestelmän vikadiagnoosi ja suojaustoiminnot. Se voi seurata jokaista komponenttia sähköntuotantojärjestelmässä reaaliajassa. Kun vika on havaittu, kuten aurinkosähköpaneelin oikosulku, invertterin ylikuumeneminen, akun vuotaminen jne., Ohjain ottaa välittömästi vastaavat suojatoimenpiteet, kuten vikapiirin katkaiseminen ja hälytyssignaalin antaminen, varmistaakseen koko sähköntuotantojärjestelmän ja helpottaa huoltohenkilöstöä korjaamaan ja korjausvirheitä aika -aikoina.

Myös erityyppisissä aurinkoenergian tuotantojärjestelmissä käytetyt ohjaimet ovat myös erilaisia. Pienissä aurinkoenergian tuotantojärjestelmissä käytetään yleensä suhteellisen yksinkertaista integroitua ohjainta. Se integroi perustoiminnot, kuten varauksen ja purkauksen hallinta ja maksimaalinen tehopisteen seuranta. Se on pieni ja alhainen kustannus, ja se sopii pieniin sovellusskenaarioihin, kuten kodin kattovoiman aurinkosähköjärjestelmiin. Suurissa aurinkoenergia -asemissa vaaditaan tehokkaampi ja älykkäämpi keskitetty ohjain. Se voi seurata ja hallita tasaisesti monia aurinkosähköpaneeleja, inverttereitä, akkuja ja muita laitteita koko voimalaitoksessa tehokkaamman ja tarkemman järjestelmänhallinnan saavuttamiseksi.

Täydellinen aurinkoenergiantuotantojärjestelmä koostuu useista komponenteista, kuten aurinkosähköpaneeleista, inverttereistä, kiinnitysjärjestelmistä, akkuista ja yhdessä toimivista ohjaimista. Jokaisella komponentilla on välttämätön rooli. He työskentelevät yhdessä muuntaakseen aurinkoenergian sähköksi, jota voimme käyttää, mikä edistää kestävän energian kehityksen toteuttamista. Teknologian jatkuvan edistymisen ja kustannusten asteittaisen vähentämisen myötä aurinkoenergian tuotantojärjestelmien sovellusnäkymät ovat laajemmat ja niiden odotetaan olevan tärkeämpi asema tulevassa energia -alalla.