На фона на глобалния енергиен преход, фотоволтаичните електроцентрали, като основен носител на производството на слънчева енергия, се развиват бързо и се превръщат в ключова сила за насърчаване на използването на възобновяема енергия. Разбирането на техническите принципи, състава на системата и бъдещите тенденции в развитието на фотоволтаичните електроцентрали е от голямо значение за разбирането на посоката на енергийната трансформация и насърчаването на прогреса на индустрията.
1 Технически принципи на фотоволтаичните електроцентрали
Генерирането на фотоволтаични електроцентрали се основава на фотоволтаичния ефект, който е открит от френския учен Едмънд Бекерел през 1839 г., когато слънчевата светлина свети върху слънчеви клетки, изработени от полупроводникови материали, фотоните взаимодействат с електроните в полупроводника. Енергията на фотоните се абсорбира от електрони, което им позволява да получат достатъчно енергия, за да се освободят от ограниченията на атомите, като по този начин се произвеждат двойки електронни дупки. Под действието на вграденото електрическо поле в PN възел на полупроводник, електрони и дупки се движат в противоположни посоки, образувайки ток. Множество слънчеви клетки се комбинират последователно и успоредни, за да образуват слънчеви клетъчни модули, като допълнително увеличават напрежението и тока и се постигат мащабна електрическа енергия.
Ранните слънчеви клетки имат ниска ефективност на конверсия и високи разходи, което ограничаваше широкото им приложение. Но с непрекъснатия напредък на материалознанието и производствената технология, кристалните силиконови слънчеви клетки, представени от монокристален силиций и поликристален силиций, постепенно стават основни. Монокристалните силиконови клетки, със своите силиконови материали с висока чистота, могат да постигнат ефективност на конверсия от над 25%; Въпреки че поликристалните силиконови клетки са леко по -ниски в чистота, тяхната ефективност на конверсия все още може да достигне 20% -23% чрез оптимизирани производствени процеси. През последните години възникващите слънчеви клетки на перовскит се развиват бързо, като ефективността на лабораторната конверсия надхвърля 25%, което демонстрира огромен потенциал за развитие.
2 Системен състав на фотоволтаичната електроцентрала
(1) Единица за генериране на енергия: съвместна работа на основните компоненти
Модулите на слънчевите клетки са сърцевината на фотоволтаичните единици за производство на електроенергия. Тези компоненти могат да бъдат класифицирани в различни видове въз основа на различни сценарии и изисквания на приложението. В мащабни смлени фотоволтаични електроцентрали често се използват поликристални силиконови модули с висока мощност и добра стабилност; В разпределените фотоволтаични проекти като търговски покриви и жилищни фотоволтаици, монокристалните силициеви модули са силно предпочитани поради малкия си размер и високата ефективност. Компонентите са инсталирани в специфични позиции през скоби, за да получат слънчева светлина под оптималния ъгъл.
Кутията Combiner играе роля в събирането и разпространението на ток. Директният ток, генериран от множество слънчеви клетъчни модули, е свързан към комбинираща кутия през кабели. Комбинираната кутия агрегира множество директни токове и следи и защитава всеки ток. След това мощността на постоянен ток се предава на инвертора чрез кабинета за разпределение на постоянен ток.
(2) Единица за контрол и преобразуване: Осигуряване на качеството на мощността и свързаната с мрежата работа
Инверторът е едно от ключовите оборудване във фотоволтаичните електроцентрали, което превръща директния ток в променлив ток, който отговаря на изискванията на електрическата мрежа. Производителността на инверторите пряко влияе върху ефективността на производството на енергия и качеството на мощността на фотоволтаичните електроцентрали. Съвременните инвертори приемат усъвършенствана технология за цифрово управление и имат функция за максимално проследяване на мощността (MPPT), която може да регулира работното състояние на модулите на слънчевите клетки в реално време, за да бъде винаги в максимално състояние на мощност. В същото време инверторът може също да филтрира и стабилизира изходната променлива мощност, за да гарантира, че качеството на мощността отговаря на стандартите за достъп до мрежата.
В допълнение към инвертора, системата за мониторинг също е важен компонент на устройството за управление и преобразуване. Чрез сензори и устройства за събиране на данни, системата за мониторинг следи състоянието на работа в реално време на различно оборудване във фотоволтаичната електроцентрала, включително температура на компонента, напрежение, ток, работен параметри на инвертора и др. Тези данни се предават на централната зала за мониторинг, а мениджърският персонал може дистанционно да наблюдава и управлява електроцентралата чрез мониторинг на софтуера.
(3) Енергиен блок: Решаване на периодичния проблем с генерирането на фотоволтаична енергия
За да се решат периодичните и колебаещи се проблеми на генерирането на фотоволтаично енергия, прилагането на енергийни единици във фотоволтаичните електроцентрали става все по -широко разпространено. Общите технологии за съхранение на енергия включват батерии с олово-киселини, литиево-йонни батерии и батерии. Литиево -йонните батерии са се превърнали в основен избор за съхранение на енергия във фотоволтаични електроцентрали поради тяхната висока енергийна плътност, висока ефективност на зареждане и изхвърляне и живот на дългия цикъл.
Когато през деня има достатъчно слънчева светлина, излишното електричество, генерирано от фотоволтаични електроцентрали, се съхранява в батерии за съхранение на енергия; През нощта или когато няма достатъчно светлина, батерията за съхранение на енергия отделя електрическа енергия, за да осигури стабилно захранване на електричество. Енергийните единици могат също да участват в спомагателни услуги като пиково бръснене и регулиране на честотата на електрическата мрежа, подобрявайки стабилността и надеждността на електрическата мрежа.
3 Тенденцията на развитието на фотоволтаичните електроцентрали
(1) Технологичните иновации водят до подобряване на ефективността и намаляване на разходите
В бъдеще технологията на фотоволтаичната електроцентрала ще се развие за по -висока ефективност и по -ниска цена. По отношение на технологията на батерията се очаква слънчевите клетки на Perovskite да постигнат мащабни индустриални приложения, като допълнително подобряват ефективността на производството на енергия на фотоволтаичните електроцентрали. Междувременно, чрез подобряване на производствените процеси и оптимизиране на дизайна на компонентите, производствената цена на фотоволтаичните модули може да бъде намалена. По отношение на технологията на инвертора, прилагането на нови топологични структури и енергийни устройства ще подобри ефективността на преобразуване и надеждността на инверторите и ще намали разходите за работа и поддръжка.
(2) Разпределено и централизирано съвместно развитие
Разпределените фотоволтаични електроцентрали се развиват бързо през последните години поради предимствата им да бъдат близки до потребителите, гъвкава конструкция и консумация на място. В бъдеще разпределените фотоволтаици ще се развият в синергия с централизирани фотоволтаични електроцентрали. В градските и търговските райони разпределените фотоволтаици ще използват напълно пространства като изграждане на покриви и стени за постигане на близкото производство и потребление на енергия; В отдалечени райони с изобилие от слънчеви енергийни ресурси централизираните фотоволтаични електроцентрали ще продължат да използват своите предимства на мащабите, за да осигурят мащабна чиста енергия за електроенергийната мрежа. В същото време чрез технологията Smart Grid може да се постигне взаимосвързаността между разпределените фотоволтаични и централизирани фотоволтаични електроцентрали, оптимизиране на разпределението на енергийните ресурси.
(3) Интегрирано развитие с други индустрии
Фотоволтаичните електроцентрали ще бъдат дълбоко интегрирани с индустрии като селско стопанство, риболов и животновъдство, образувайки иновативни модели за развитие като „селскостопанска фотоволтаична допълнение“, „Фотоволтаична комплементарност на риболова“, и „животинско отглеждане на фотоволтаична жалба“. В режима на „селскостопански фотоволтаични“, фотоволтаични модули са инсталирани над земеделските земи, а земята отдолу може да продължи да се използва за селскостопанско засаждане, постигайки ефективно използване на сухопътните ресурси; Моделът „Фотоволтаично допълване на риболова“ включва изграждане на фотоволтаични електроцентрали на повърхността на рибните водоеми, подводна аквакултура и увеличаване на всеобхватния доход за единица площ на земята. Този модел за развитие на индустриалната интеграция не само разширява сценариите на приложение на фотоволтаичните електроцентрали, но също така насърчава зеленото и устойчивото развитие на свързани индустрии.