På baggrund af den globale energiovergang udvikler fotovoltaiske kraftværker, som kernebæreren for solenergiproduktion, hurtigt og bliver en vigtig kraft til at fremme udnyttelsen af vedvarende energi. At forstå de tekniske principper, systemsammensætning og fremtidige udviklingstendenser for fotovoltaiske kraftværker er af stor betydning for at gribe ind i retning af energitransformation og fremme industrielle fremskridt.
1 Tekniske principper for fotovoltaiske kraftværker
Kraftproduktionen af fotovoltaiske kraftværker er baseret på den fotovoltaiske virkning, som blev opdaget af den franske videnskabsmand Edmund Becquerel i 1839. Når sollys skinner på solceller lavet af halvledermaterialer, interagerer fotoner med elektroner i halvlederen. Fotonernes energi absorberes af elektroner, hvilket giver dem mulighed for at få nok energi til at bryde fri fra begrænsningerne af atomer og derved producere elektronhulpar. Under virkningen af det indbyggede elektriske felt i PN-krydset mellem en halvleder bevæger elektroner og huller sig i modsatte retninger og danner en strøm. Flere solceller kombineres i serie og er parallelle med dannelse af solcelle-moduler, hvilket yderligere øger spænding og strøm og opnår storskala elektrisk energiudgang.
Tidlige solceller havde lav konverteringseffektivitet og høje omkostninger, hvilket begrænsede deres udbredte anvendelse. Men med den kontinuerlige fremskridt inden for materialevidenskab og fremstillingsteknologi er krystallinske siliciumsolceller repræsenteret af monokrystallinsk silicium og polykrystallinsk silicium gradvist blevet mainstream. Monokrystallinske siliciumceller, med deres siliciummaterialer med høj renhed, kan opnå en konverteringseffektivitet på over 25%; Selvom polykrystallinske siliciumceller er lidt underordnede i renhed, kan deres konverteringseffektivitet stadig nå 20% -23% gennem optimerede produktionsprocesser. I de senere år har nye perovskitiske solceller udviklet sig hurtigt med laboratorieomdannelseseffektivitet, der overstiger 25%, hvilket viser et enormt potentiale for udvikling.
2 systemsammensætning af fotovoltaisk kraftværk
(1) Kraftproduktionsenhed: Samarbejde med kernekomponenter
Solcelle -moduler er kernen i fotovoltaiske kraftproduktionsenheder. Disse komponenter kan klassificeres i forskellige typer baseret på forskellige applikationsscenarier og krav. I storskala jordfotovoltaiske kraftværker anvendes polykrystallinske siliciummoduler med høj effekt og god stabilitet ofte; I distribuerede fotovoltaiske projekter såsom kommercielle hustag og boligfotovoltaik er monokrystallinske siliciummoduler meget foretrukne på grund af deres lille størrelse og høj effektivitet. Komponenterne er installeret i specifikke positioner gennem parentes for at modtage sollys i den optimale vinkel.
Combiner -boksen spiller en rolle i indsamling og distribution af strøm. Den jævnstrøm genereret af flere solcelle -moduler er forbundet til en kombineringsboks gennem kabler. Combiner -boksen aggregerer flere direkte strømme og skærme og beskytter hver strøm. Bagefter overføres DC -strømmen til inverteren gennem DC -distributionsskabet.
(2) Kontrol- og konverteringsenhed: Sikring af strømkvalitet og gitterforbundet drift
Inverter er et af nøgleudstyret i fotovoltaiske kraftværker, der konverterer jævnstrøm til vekselstrøm, der opfylder kravene til elnettet. Udførelsen af invertere påvirker direkte kraftproduktionseffektiviteten og strømkvaliteten for fotovoltaiske kraftværker. Moderne invertere vedtager avanceret digital kontrolteknologi og har maksimal Power Point Tracking (MPPT) -funktion, som kan justere arbejdstilstanden for solcellemoduler i realtid for altid at være i den maksimale effektstat. På samme tid kan inverteren også filtrere og stabilisere output AC -strømmen for at sikre, at strømkvaliteten opfylder gitteradgangsstandarderne.
Foruden inverteren er overvågningssystemet også en vigtig komponent i kontrol- og konverteringsenheden. Gennem sensorer og dataindsamlingsenheder overvåger overvågningssystemet den realtids driftsstatus for forskellige udstyr i det fotovoltaiske kraftværk, herunder komponenttemperatur, spænding, strøm, inverterarbejdsparametre osv. Disse data overføres til det centrale overvågningsrum og styringspersonalet kan fjernovervåge og styre strømstationen gennem overvågningssoftware, timely detekterer og håndtere udstyr, og sikrer den stable drift af strømstanden.
(3) Energilagringsenhed: Løsning af det intermitterende problem med fotovoltaisk kraftproduktion
For at løse de intermitterende og svingende problemer med fotovoltaisk kraftproduktion bliver anvendelsen af energilagringsenheder i fotovoltaiske kraftværker stadig mere udbredt. Almindelige energilagringsteknologier inkluderer bly-syrebatterier, lithium-ion-batterier og flowbatterier. Lithiumionbatterier er blevet det almindelige valg til energilagring i fotovoltaiske kraftværker på grund af deres høje energitæthed, høj opladning og udledningseffektivitet og lang cyklus levetid.
Når der er tilstrækkelig sollys i løbet af dagen, opbevares den overskydende elektricitet, der genereres af fotovoltaiske kraftværker, i energilagringsbatterier; Om natten eller når der ikke er tilstrækkeligt lys, frigiver energilagringsbatteriet elektrisk energi for at sikre en stabil forsyning af elektricitet. Energilagringsenheder kan også deltage i hjælpetjenester såsom spidsbarbering og frekvensregulering af elnettet, hvilket forbedrer stabiliteten og pålideligheden af elnettet.
3 Udviklingstrenden for fotovoltaiske kraftværker
(1) Teknologisk innovation driver effektivitetsforbedring og omkostningsreduktion
I fremtiden vil fotovoltaisk kraftstationsteknologi udvikle sig mod højere effektivitet og lavere omkostninger. Med hensyn til batteriteknologi forventes perovskitiske solceller at opnå store industrielle applikationer, hvilket yderligere forbedrer kraftproduktionseffektiviteten af fotovoltaiske kraftværker. Ved at forbedre fremstillingsprocesser og optimere komponentdesign kan produktionsomkostningerne for fotovoltaiske moduler reduceres. Med hensyn til inverterteknologi vil anvendelsen af nye topologiske strukturer og effektenheder forbedre konverteringseffektiviteten og pålideligheden af invertere og reducere drifts- og vedligeholdelsesomkostninger.
(2) Distribueret og centraliseret samarbejdsudvikling
Distribuerede fotovoltaiske kraftværker har udviklet sig hurtigt i de senere år på grund af deres fordele ved at være tæt på brugere, fleksibel konstruktion og forbrug på stedet. I fremtiden vil distribueret fotovoltaik udvikle sig i synergi med centraliserede fotovoltaiske kraftværker. I by- og kommercielle områder vil distribueret fotovoltaik fuldt ud bruge rum såsom bygning af tag og vægge til at opnå nærliggende energiproduktion og forbrug; I fjerntliggende områder med rigelige solenergiressourcer vil centraliserede fotovoltaiske kraftværker fortsætte med at udnytte deres skalafordele for at give storskala ren energi til elnettet. Samtidig kan sammenkoblingen mellem distribuerede fotovoltaiske og centraliserede fotovoltaiske kraftværker opnås gennem smart netteknologi og optimere tildelingen af energiressourcer.
(3) Integreret udvikling med andre brancher
Fotovoltaiske kraftværker vil blive dybt integreret med industrier som landbrug, fiskeri og dyrehold, danner innovative udviklingsmodeller som "landbrugsfotovoltaisk komplementaritet", "fiskerivotovoltaisk komplementaritet" og "dyreholdsgumfolieret fotovoltaisk komplementaritet". I den "landbrugsfotovoltaiske komplementære" -tilstand installeres fotovoltaiske moduler over landbrugsjord, og landet nedenfor kan fortsat bruges til landbrugsplantning og opnå effektiv udnyttelse af jordressourcer; Modellen "Fiskeriets fotovoltaiske komplementære" involverer bygning af fotovoltaiske kraftværker på overfladen af fiskedamme, akvakultur under vand og øger den omfattende indkomst pr. Enhedsareal. Denne industrielle integrationsudviklingsmodel udvider ikke kun applikationsscenarierne for fotovoltaiske kraftværker, men fremmer også den grønne og bæredygtige udvikling af relaterede industrier.