Fotovoltaik enerji üretimi, yarı iletken arayüzün fotovoltaik etkisini kullanarak ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir teknolojidir. Bu teknolojinin kilit unsuru güneş pilidir. Güneş pilleri seri bağlandıktan sonra, geniş alanlı bir güneş pili modülü oluşturmak için paketlenip korunabilir ve daha sonra bir fotovoltaik güç üretim cihazı oluşturmak için güç kontrolörleri ve diğer bileşenlerle birleştirilebilir.
1 Fotovoltaik etki
Işık bir güneş piline çarparsa ve ışık arayüz tabakasında emilirse, yeterli enerjiye sahip fotonlar, hem P-tipi hem de N-tipi silikondaki kovalent bağlardan elektronları uyarabilir ve elektron-delik çiftleri ile sonuçlanabilir. Arayüz tabakasının yakınındaki elektronlar ve delikler, yeniden birleştirmeden önce uzay yüklerinin elektrik alan etkisiyle birbirinden ayrılacaktır. Elektronlar pozitif yüklü N bölgesine ve delikler negatif yüklü P bölgesine doğru hareket eder. Arayüz katmanı boyunca yük ayrımı, P ve N bölgeleri arasında dışa doğru ölçülebilir bir voltaj üretecektir. Bu sırada silikon gofretin her iki tarafına elektrotlar eklenebilir ve bir voltmetreye bağlanabilir. Kristal silikon güneş pilleri için, açık devre voltajının tipik değeri 0,5 ila 0,6V'dir. Arayüz katmanında ışık tarafından üretilen elektron deliği çiftleri ne kadar fazlaysa, akım akışı o kadar büyük olur. Arayüz tabakası tarafından ne kadar fazla ışık enerjisi emilirse, arayüz tabakası yani hücre alanı o kadar büyük olur ve güneş hücresinde oluşan akım o kadar büyük olur.
2. İlke
Güneş ışığı, yeni bir delik-elektron çifti oluşturmak için yarı iletken pn bağlantısı üzerinde parlar. pn eklem elektrik alanının etkisi altında, delikler n bölgesinden p bölgesine akar ve elektronlar p bölgesinden n bölgesine akar. Devre açıldıktan sonra bir akım oluşur. Fotoelektrik etkili güneş pilleri bu şekilde çalışır.
Güneş enerjisi üretiminin iki yolu vardır, biri ışık-ısı-elektrik dönüşümü, diğeri ise ışık-elektrik doğrudan dönüşümüdür.
(1) Işık-ısı-elektrik dönüştürme yöntemi, güneş radyasyonu tarafından üretilen termal enerjiyi kullanarak elektrik üretir. Genel olarak, güneş kolektörü emilen termal enerjiyi çalışma ortamının buharına dönüştürür ve daha sonra elektrik üretmek için buhar türbinini çalıştırır. İlk süreç, ışıktan ısıya dönüşüm sürecidir; ikinci süreç, sıradan termal güç üretimi ile aynı olan bir ısıdan elektriğe dönüşüm sürecidir. Güneş enerjisiyle termik enerji üretiminin dezavantajı, veriminin çok düşük ve maliyetinin yüksek olmasıdır. Yatırımının en azından sıradan termik enerji üretiminden daha yüksek olduğu tahmin edilmektedir. Elektrik santralleri 5 ila 10 kat daha pahalıdır.
(2) Işıktan elektriğe doğrudan dönüştürme yöntemi Bu yöntem, güneş radyasyon enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmek için fotoelektrik etkiyi kullanır. Işıktan elektriğe dönüşüm için temel cihaz güneş pilleridir. Güneş pili, fotovoltaik etki nedeniyle güneş ışığı enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Yarı iletken bir fotodiyottur. Güneş fotodiyot üzerinde parladığında, fotodiyot güneşin ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürecek ve elektrik üretecektir. akım. Birçok hücre seri veya paralel bağlandığında, nispeten büyük çıkış gücüne sahip bir güneş pili dizisi haline gelebilir. Güneş pilleri, üç ana avantajı olan gelecek vaat eden yeni bir güç kaynağı türüdür: kalıcılık, temizlik ve esneklik. Güneş pilleri uzun bir hizmet ömrüne sahiptir. Güneş var olduğu sürece güneş pilleri tek bir yatırımla uzun süre kullanılabilir; ve termik güç, nükleer enerji üretimi. Buna karşılık güneş pilleri çevre kirliliğine neden olmaz.
3. Sistem bileşimi
Fotovoltaik enerji üretim sistemi, güneş pili dizileri, pil paketleri, şarj ve deşarj kontrolörleri, invertörler, AC güç dağıtım kabinleri, güneş izleme kontrol sistemleri ve diğer ekipmanlardan oluşur. Ekipman işlevlerinden bazıları şunlardır:
pil dizisi
Işık olduğunda (ister güneş ışığı isterse diğer aydınlatıcılar tarafından üretilen ışık olsun), pil ışık enerjisini emer ve pilin her iki ucunda zıt sinyal yüklerinin birikmesi meydana gelir, yani bir "fotojenleştirilmiş voltaj" üretilir, bu da "fotovoltaik etki"dir. Fotovoltaik etkinin etkisi altında, güneş pilinin iki ucu, ışık enerjisini bir enerji dönüşüm cihazı olan elektrik enerjisine dönüştüren elektromotor kuvveti üretir. Güneş pilleri genellikle üç tipe ayrılan silikon pillerdir: monokristal silikon güneş pilleri, polikristal silikon güneş pilleri ve amorf silikon güneş pilleri.
Pil paketi
İşlevi, güneş pili dizisi aydınlatıldığında yaydığı elektrik enerjisini depolamak ve yüke herhangi bir zamanda güç sağlamaktır. Güneş pili enerji üretiminde kullanılan pil takımı için temel gereksinimler şunlardır: a. düşük kendi kendine deşarj oranı; b. uzun hizmet ömrü; c. güçlü derin deşarj kapasitesi; d. yüksek şarj verimliliği; e. daha az bakım veya bakım gerektirmez; f. çalışma sıcaklığı Geniş aralık; g. Düşük fiyat.
Denetleyici
Pilin aşırı şarj olmasını ve aşırı boşalmasını otomatik olarak engelleyebilen bir cihazdır. Pilin şarj ve deşarj döngüsü sayısı ve pilin deşarj derinliği pilin hizmet ömrünü belirlemede önemli faktörler olduğundan, pil paketinin aşırı şarjını veya aşırı deşarjını kontrol edebilen bir şarj ve deşarj kontrolörü önemli bir cihazdır.
Çevirici
Doğru akımı alternatif akıma çeviren cihaz. Güneş pilleri ve piller DC güç kaynakları olduğundan,
Yük bir AC yükü olduğunda, bir invertör gereklidir. Çalışma moduna göre, eviriciler bağımsız çalışma eviricileri ve şebekeye bağlı eviriciler olarak ikiye ayrılabilir. Bağımsız invertörler, bağımsız yüklere güç sağlamak için bağımsız güneş pili güç sistemlerinde kullanılır. Şebekeye bağlı invertörler, şebekeye bağlı güneş pili enerji üretim sistemleri için kullanılır. Evirici, çıkış dalga biçimine göre kare dalgalı invertör ve sinüs dalgalı invertöre ayrılabilir. Kare dalga invertör basit bir devreye ve düşük maliyete sahiptir, ancak büyük bir harmonik bileşene sahiptir. Genellikle birkaç yüz watt'ın altındaki ve düşük harmonik gereksinimleri olan sistemlerde kullanılır. Sinüs dalgalı invertörler pahalıdır, ancak çeşitli yüklere uygulanabilir.
4. Sistem sınıflandırması
Fotovoltaik enerji üretim sistemi, bağımsız fotovoltaik enerji üretim sistemi, şebekeye bağlı fotovoltaik enerji üretim sistemi ve dağıtılmış fotovoltaik enerji üretim sistemi olmak üzere ikiye ayrılır.
1. Bağımsız fotovoltaik güç üretimi, şebekeden bağımsız fotovoltaik güç üretimi olarak da adlandırılır. Esas olarak güneş pili bileşenleri, kontrolörler ve pillerden oluşur. AC yüküne güç sağlamak için bir AC invertör yapılandırılmalıdır. Bağımsız fotovoltaik enerji santralleri, uzak bölgelerdeki köy güç kaynağı sistemlerini, güneş enerjisiyle ev güç kaynağı sistemlerini, iletişim sinyali güç kaynaklarını, katodik korumayı, güneş sokak lambaları ve bağımsız çalışabilen pilli diğer fotovoltaik enerji üretim sistemlerini içerir.
2. Şebekeye bağlı fotovoltaik enerji üretimi, güneş modülleri tarafından üretilen doğru akımın, şebekeye bağlı invertör aracılığıyla ana şebekenin gereksinimlerini karşılayan alternatif akıma dönüştürülmesi ve ardından doğrudan kamu şebekesine bağlanması anlamına gelir.
Pilli ve pilsiz şebekeye bağlı güç üretim sistemlerine ayrılabilir. Şebeke bağlantılı akülü elektrik üretim sistemi programlanabilir ve ihtiyaca göre elektrik şebekesine entegre edilebilir veya şebekeden çekilebilir. Ayrıca, elektrik şebekesi herhangi bir nedenle kesildiğinde acil durum güç kaynağı sağlayabilen yedek güç kaynağı işlevine de sahiptir. Pilli fotovoltaik şebekeye bağlı enerji üretim sistemleri genellikle konut binalarına kurulur; pilsiz şebekeye bağlı güç üretim sistemleri, dağıtılabilirlik ve yedek güç işlevlerine sahip değildir ve genellikle daha büyük sistemlere kurulur. Şebekeye bağlı fotovoltaik enerji üretimi, genellikle ulusal düzeydeki elektrik santralleri olan büyük ölçekli şebekeye bağlı fotovoltaik enerji santrallerini merkezileştirmiştir. Ancak bu tür bir santral, büyük yatırımı, uzun inşaat süresi ve geniş alanı nedeniyle fazla gelişmemiştir. Dağıtılmış küçük ölçekli şebekeye bağlı fotovoltaikler, özellikle fotovoltaik binaya entegre fotovoltaik enerji üretimi, küçük yatırım, hızlı inşaat, küçük ayak izi ve güçlü politika desteğinin avantajları nedeniyle şebekeye bağlı fotovoltaik enerji üretiminin ana akımıdır.
3. Dağıtılmış güç üretimi veya dağıtılmış enerji kaynağı olarak da bilinen dağıtılmış fotovoltaik güç üretim sistemi, belirli kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılamak ve mevcut sistemi desteklemek için kullanıcı sahasında veya elektrik sahasının yakınında daha küçük bir fotovoltaik güç kaynağı sisteminin yapılandırılması anlamına gelir. dağıtım ağı ekonomik çalışması veya aynı anda her iki yönün gereksinimlerini karşılar.
4. Dağıtılmış fotovoltaik enerji üretim sisteminin temel ekipmanı, fotovoltaik hücre bileşenleri, fotovoltaik kare dizi braketler, DC birleştirici kutular, DC güç dağıtım kabinleri, şebekeye bağlı invertörler, AC güç dağıtım kabinleri ve diğer ekipmanların yanı sıra güç kaynağı sistemini içerir. izleme cihazları ve Çevresel izleme cihazı. Çalışma modu, güneş radyasyonu koşulu altında, fotovoltaik güç üretim sisteminin güneş pili modülü dizisinin güneş enerjisinden çıkan elektrik enerjisini dönüştürmesi ve DC birleştirici kutusu ve şebeke aracılığıyla DC güç dağıtım kabinine göndermesidir. -bağlı invertör onu AC güç kaynağına dönüştürür. Binanın kendisi yüklenir ve fazla veya yetersiz elektrik şebekeye bağlanarak düzenlenir.
5. Avantajlar ve dezavantajlar
Yaygın olarak kullanılan enerji üretim sistemleri ile karşılaştırıldığında, güneş fotovoltaik enerji üretiminin avantajları esas olarak aşağıdakilere yansır:
Güneş enerjisi en ideal yeni enerji olarak adlandırılır. ①Tükenme tehlikesi yok; ②Güvenli ve güvenilir, gürültü yok, kirlilik deşarjı yok, kesinlikle temiz (kirlilik yok); ③Kaynakların coğrafi dağılımı ile sınırlı değildir ve bina çatılarının avantajları kullanılabilir; ④Yakıt tüketmeye ve iletim hatları kurmaya gerek yok Yerel elektrik üretimi ve güç kaynağı; ⑤Yüksek enerji kalitesi; ⑥Kullanıcıların duygusal olarak kabul etmesi kolaydır; ⑦İnşaat süresi kısa, enerji elde etme süresi kısadır.
eksiklik:
①Işınlamanın enerji dağılım yoğunluğu küçüktür, yani çok büyük bir alan kaplar; ② Elde edilen enerji, dört mevsim, gündüz ve gece, bulutlu ve güneşli ve diğer meteorolojik koşullarla ilgilidir. Güneş enerjisinin elektrik üretmek için kullanılmasının ekipman maliyeti yüksektir, ancak güneş enerjisinin kullanım oranı düşüktür, bu nedenle yaygın olarak kullanılamaz. Esas olarak uydular gibi bazı özel ortamlarda kullanılır.
6. Uygulama alanları
1. Kullanıcı güneş enerjisi kaynağı: (1) Yaylalar, adalar, kırsal alanlar, sınır karakolları ve aydınlatma gibi diğer askeri ve sivil yaşam elektriği gibi elektriğin olmadığı uzak bölgelerde kullanılan, 10-100W arasında değişen küçük güç kaynağı , TV, teyp vb.; (2) 3 -5KW ev tipi çatı şebekesine bağlı elektrik üretim sistemi; (3) Fotovoltaik su pompası: elektriğin olmadığı alanlarda derin kuyuların içme ve sulanması sorununu çözer.
2. Navigasyon lambaları, trafik/demiryolu sinyal lambaları, trafik uyarı/sinyal lambaları, Yuxiang sokak lambaları, yüksek irtifa engel lambaları, otoyol/demiryolu kablosuz telefon kulübeleri, gözetimsiz yol değiştirme güç kaynağı vb. gibi trafik alanları.
3. İletişim/iletişim alanı: güneş gözetimsiz mikrodalga röle istasyonu, optik kablo bakım istasyonu, yayın/iletişim/çağrı güç kaynağı sistemi; kırsal taşıyıcı telefon fotovoltaik sistemi, küçük iletişim makinesi, askerler için GPS güç kaynağı, vb.
4. Petrol, deniz ve meteorolojik alanlar: petrol boru hatları ve rezervuar kapıları için katodik koruma güneş enerjisi sistemi, petrol sondaj platformları için yaşam ve acil durum güç kaynağı, deniz algılama ekipmanı, meteorolojik/hidrolojik gözlem ekipmanı vb.
5. Ev lambaları için güç kaynağı: bahçe lambaları, sokak lambaları, portatif lambalar, kamp lambaları, dağcılık lambaları, balıkçılık lambaları, siyah ışık lambaları, dokunma lambaları, enerji tasarruflu lambalar vb.
6. Fotovoltaik güç istasyonu: 10KW-50MW bağımsız fotovoltaik güç istasyonu, rüzgar-güneş (dizel) tamamlayıcı güç istasyonu, çeşitli büyük park tesisi şarj istasyonları vb.
7. Güneş enerjisi binaları, gelecekte büyük binaların elektrikte kendi kendine yeterlilik elde etmesini sağlamak için güneş enerjisi üretimini yapı malzemeleriyle birleştirir; bu, gelecekte önemli bir gelişme yönüdür.
8. Diğer alanlar şunları içerir: (1) Otomobillerle eşleştirme: güneş enerjisi araçları/elektrikli araçlar, akü şarj ekipmanı, otomobil klimaları, havalandırma fanları, soğuk içecek kutuları vb.; (2) güneş enerjisi hidrojen üretimi ve yakıt hücreleri için rejeneratif güç üretim sistemleri; (3) deniz suyu Tuzdan arındırma ekipmanı güç kaynağı; (4) Uydular, uzay araçları, uzay güneş enerjisi istasyonları vb.