Frá ljósgeislaspjöldum til inverters: Ítarleg skýring á samsetningu fullkomins sólarorkuframleiðslukerfis

Með hliðsjón af alþjóðlegum málsvörn sjálfbærrar orku er sólarorkan, sem hrein og endurnýjanleg orkugjafi, smám saman að koma inn í líf okkar. Sólarorkuframleiðslukerfi hafa vakið meiri og meiri athygli fyrir umhverfisvernd þeirra, orkusparnað og marga aðra kosti. Svo, hvernig er fullkomið sólarorkuframleiðslukerfi samsett? Byrjum á grunnþáttnum - Photovoltaic spjöldum.

Photovoltaic spjöld, einnig þekkt sem sólarplötur, eru einn af kjarnaþáttum sólarorkukerfa. Þeir virka eins og skilvirk „handtaka“ sem bera ábyrgð á að breyta sólarljósi í raforku. Vinnandi meginregla þess er byggð á hinum frægu „ljósmyndaáhrifum“. Þegar sólarljós skín á ljósgeislaspjald, hafa ljóseindir samskipti við hálfleiðara efnið í ljósgeislaspjaldinu til að örva rafeindaholpar. Þessar rafeindir og göt færast í mismunandi áttir undir verkun rafsviðsins inni í hálfleiðara efninu og mynda rafstraum.

Photovoltaic spjöld eru venjulega samsett úr mörgum sólarfrumueiningum. Flestar þessara frumueininga eru úr sílikonefnum, þar af eru einokustallaðar sílikonfrumur og fjölkristallaðar sílikonfrumur algengastar. Monocrystalline kísilfrumur hafa mikla umbreytingarvirkni og nær yfirleitt 20% - 25%, sem þýðir að það getur umbreytt 20% - 25% af sólarorkunni í raforku. Framleiðsluferli þess er tiltölulega flókið og kostnaðurinn er tiltölulega mikill, en það hefur stöðugan afköst orkuvinnslu og langan þjónustulífi allt að 25 - 30 ár. Umbreytingarvirkni fjölkristallaðra kísilfrumna er aðeins lægri, um það bil 15% - 20%, en framleiðslukostnaður þess er tiltölulega lítill, og það hefur ákveðna hagkvæmni kosti í stórum stíl forritum og þjónustulíf þess getur einnig náð um 20 - 25} ár.

Til viðbótar við einfrumukistallaðan kísil og fjölkristallaða kísilfrumur eru til aðrar gerðir af ljósgeislaspjöldum eins og myndlausu sílikoni, kadmíumteyni og kopar indíum gallíum seleníð. Amorphous Silicon Photovoltaic spjöld hafa kosti góðs sveigjanleika og hægt er að gera þær að þunnum kvikmyndum. Þeir eru oft notaðir í sumum senum með sérstökum kröfum um útlit eða uppsetningarrými, en umbreytingarvirkni þeirra er tiltölulega lítil, venjulega 6% - 12%. Kadmíum tellúríð og kopar indíum gallíum seleníð ljósgeislaspjöld hafa ákveðna möguleika í umbreytingarvirkni og kostnaði og hafa þróast hratt á undanförnum árum, en markaðshlutdeild þeirra er enn lægri en á einfrumu krossasíum og fjölkristallaðri sílikon ljósgeislaspjöldum.

Krafturinn sem myndast af ljósgeislaspjöldum er DC, en flest rafmagnstæki sem við notum í daglegu lífi okkar þurfa AC að virka rétt. Á þessum tíma gegnir inverter lykilhlutverk. Það er eins og töfrandi „breytir“ sem ber ábyrgð á að breyta DC framleiðsla ljósgeislaspjalda í AC til að mæta kraftþörf mismunandi notenda eins og fjölskyldna og fyrirtækja.

Það eru til margar tegundir af inverters og þeir algengu eru miðstýrðir hvirfilum, strengjaskiptum og ör hvolfi. Miðstýrðir inverters hafa mikla kraft og henta almennt fyrir stórar sólarorkustöðvar. Það safnar DC sem myndast af mörgum ljósmyndahópum með ljósgeislun og breytir þeim. Kosturinn er sá að kostnaðurinn er tiltölulega lágur og það er auðvelt að stjórna og viðhalda miðlungs, en þegar bilun á sér stað getur það haft áhrif á rekstur alls raforkukerfisins. Strengurinn snúast umbreytir DC í AC sérstaklega fyrir mismunandi ljósmyndahópa og samanlagir síðan þessa AC. Það hefur meiri sveigjanleika. Jafnvel þó að ákveðinn strengur eigi í vandræðum mun það ekki hafa áhrif á eðlilega notkun annarra strengja. Að auki getur það betur spilað frammistöðu sína í uppsetningarsviðsmyndum ljósgeislaspjalda með að hluta til hlífðar eða mismunandi stefnumörkun. Það er nú mikið notað í dreifðum ljósgeislunarverkefnum. Micro inverterinn er beint settur upp aftan á hverja ljósgeislaspjald til að umbreyta DC aflafköst hvers ljósritunarborðs sérstaklega. Stærsti eiginleiki þess er að það getur gert sér grein fyrir sjálfstætt eftirliti og hámarks raforkupunkt á hverju ljósgeislaspjaldi. Jafnvel þó að ljósgeislaspjald sé lokað eða mistakast, geta önnur ljósgeislaspjöld enn virkað venjulega, sem bætir orkuframleiðsluna til muna og stöðugleika alls raforkukerfisins. En þar sem hver örsprengju samsvarar aðeins einum ljósgeislaspjaldi, er kostnaður þess tiltölulega hár.

Í því ferli að umbreyta raforku hefur inverter einnig nokkrar aðrar mikilvægar aðgerðir. Sem dæmi má nefna að hámarks kraftpunkta mælingar (MPPT) getur fylgst með framleiðsla afl ljósgeislaspjaldsins í rauntíma og aðlagað sjálfkrafa vinnustærðina þannig að ljósgeislaspjaldið virkar alltaf nálægt hámarksaflspunktinum og bætir þannig raforkuframleiðsluna. Að auki hefur inverter einnig öryggisverndaraðgerðir eins og verndun yfirspennu, yfirstraumvernd og lekavernd til að tryggja stöðugan rekstur raforkukerfisins og öryggi starfsfólks og búnaðar.

Til þess að ljósritunarplötur fái betur sólarljós þarf stöðugt stuðningsskipulag, sem er krappakerfið. Krappakerfið er eins og „fastur stuðningur“ fyrir ljósgeislaspjöld. Það ber ekki aðeins þyngd ljósgeislaspjöldanna sjálfir, heldur standast einnig ýmsa náttúrulega umhverfisþætti, svo sem vindi, rigningu, snjó osfrv.

Hægt er að skipta krappakerfum í tvenns konar: föst og mælingar. Fast sviga er einfalt að setja upp og lágt kostnað. Þeir laga ljósgeislaspjöld á jörðu, þak eða aðrar byggingar í ákveðnum sjónarhorni og stefnumörkun. Uppsetningarhorn þessa krapps er venjulega fínstillt í samræmi við staðbundna breiddargráðu og sólargeislunarskilyrði til að tryggja að ljósritunarplötur geti fengið nægilegt sólarljós lengst af árinu. Rekja sviga er gáfaðri. Þeir geta sjálfkrafa stillt horn ljósgeislaspjalda í samræmi við breytingar á stöðu sólarinnar, þannig að ljósgeislaspjöld eru alltaf hornrétt eða næstum hornrétt á sólarljósið og þar með hámarkað skilvirkni ljósgeislaspjalda sem fá sólarljós. Rekja sviga er venjulega skipt í tvenns konar: stakur rekja spor einhvers og tvöfalda ás. Rekja sviga með einum ás getur snúist meðfram einum ás (venjulega lárétta ásinn í austur-vestur átt eða hneigða ásinn í norður-suður átt), en tvöfaldur ás rekja sviga getur snúist samtímis í tveimur ásum, með hærri mælingarnákvæmni, en tiltölulega hærri kostnað.

Þegar þú velur krappakerfi þarf að líta á marga þætti ítarlega. Til dæmis er landslag uppsetningarsvæðisins, tiltækt svæði, staðbundin loftslagsskilyrði og fjárhagsáætlun. Fyrir lítil dreifð ljósgeislunarverkefni, svo sem þaki á þaki á þaki, eru föst sviga venjulega valin vegna takmarkaðs uppsetningarsvæðis og kostnaðarnæmi. Í stórum stöðvum á jörðu niðri, ef leitað er eftir skilvirkni á staðnum og meiri orkuframleiðsla, getur mælingar sviga verið betri kostur.

Í sólarorkuframleiðslukerfum gegna rafhlöðupakkar hlutverk „geymslu vöruhúss“ af raforku. Þegar það er nægjanlegt sólarljós er hægt að nota rafmagnið sem myndast af ljósgeislaspjöldum strax og hægt er að geyma umfram rafmagn í rafhlöðupakkanum. Ef um er að ræða ófullnægjandi sólarljós á nóttunni eða á skýjuðum dögum, sleppir rafhlöðupakkinn geymda raforku til að veita notendum stöðugt og stöðugt aflgjafa.

Algengar tegundir rafhlöður innihalda blý-sýru rafhlöður, nikkel-málmhýdríð rafhlöður og litíumjónarafhlöður. Blý-sýru rafhlöður eru ein mest notuð orkugeymsla rafhlöður. Þeir hafa kosti með litlum tilkostnaði, þroskaðri tækni og auðvelt viðhaldi. Hins vegar er orkuþéttleiki þeirra tiltölulega lítill, rúmmál þeirra og þyngd er mikið og líf þeirra og losunarhringrás er almennt í kringum 300-500 sinnum. Árangur nikkel-málmhýdríð rafhlöður er betri en blý-sýru rafhlöður. Þeir hafa meiri orkuþéttleika, lengri hleðslu og losunarlíf (allt að 1, 000 sinnum) og eru umhverfisvænn, en kostnaður þeirra er einnig tiltölulega mikill. Litíumjónarafhlöður hafa verulegan kosti eins og mikla orkuþéttleika, lítið rúmmál, léttar, mikla hleðslu og losunarvirkni og langan hringrásarlíf (venjulega allt að 1, 500-3, 000 sinnum), en kostnaður þeirra er tiltölulega mikill um þessar mundir. Í sumum kostnaðarviðkvæmum umsóknarsviðsmyndum er kynning þeirra háð ákveðnum takmörkunum.

Við hönnun og stillingu rafhlöðupakka er nauðsynlegt að íhuga ítarlega þætti eins og raunverulegan kraft eftirspurn sólarorkukerfisins, orkuframleiðslu ljósgeislaspjöldanna og staðbundinna ljósaðstæðna. Til dæmis er nauðsynlegt að ákvarða viðeigandi rafhlöðugetu til að tryggja að hægt sé að uppfylla grunn eftirspurn eftir notendum ef um er að ræða samfellda skýjaða daga. Á sama tíma er einnig nauðsynlegt að huga að hleðslu og útskriftarstjórnun rafhlöðunnar, taka upp hæfilega hleðslu- og losunarstefnu, framlengja þjónustulífi rafhlöðunnar og draga úr kostnaði við geymslu orku.

Stjórnandinn er „snjalli húsráðandi“ sólarorkukerfisins. Það er ábyrgt fyrir eftirliti og stjórnun alls raforkukerfisins til að tryggja öruggan og stöðugan rekstur kerfisins. Stjórnandinn hefur aðallega eftirfarandi mikilvægar aðgerðir:

Sú fyrsta er stjórnunar- og losunarstýringaraðgerð. Það getur fylgst með spennu, straumi og öðrum breytum rafhlöðuhópsins í rauntíma og stjórnað sjálfkrafa hleðsluferli ljósgeislaspjaldsins að rafhlöðunni í samræmi við hleðslustöðu rafhlöðunnar og vinnuskilyrða raforkukerfisins til að koma í veg fyrir að rafhlaðan verði ofhlaðin eða ofmetin. Þegar rafhlaðan er fullhlaðin mun stjórnandi sjálfkrafa skera af hleðslurásinni til að forðast skemmdir á rafhlöðunni af völdum ofhleðslu; Og þegar rafhlaðan er of lág, mun stjórnandi stjórna því að hætta að losa sig við að vernda þjónustulífi rafhlöðunnar.

Annað er hámarks stjórnunarstýringaraðgerð. Stýringin getur aðlagað vinnuástand ljósgeislaspjaldsins í rauntíma með því að vinna í tengslum við inverterinn, þannig að það keyrir alltaf nálægt hámarksaflspunktinum og bætir þannig orkuframleiðslu skilvirkni ljósgeislunarinnar.

Að auki hefur stjórnandinn einnig greiningar á kerfum bilun og verndaraðgerðir. Það getur fylgst með hverjum þætti í orkuvinnslukerfinu í rauntíma. Þegar bilun er greind, svo sem skammhlaup í ljósgeislaspjaldinu, ofhitnun inverter, leka rafhlöðunnar osfrv., Mun stjórnandi taka strax samsvarandi verndarráðstafanir, svo sem að skera niður bilunarrásina og gefa út viðvörunarmerki, til að tryggja bilanir á öllum orkuvinnslukerfinu og auðvelda viðhaldsstarfsmanni til að vandræða og gera við bilanir í tímabili.

Stjórnendurnir sem notaðir eru í sólarorkuframleiðslukerfi af mismunandi gerðum og stærðum eru einnig mismunandi. Í litlum sólarorkuframleiðslukerfum er venjulega notað tiltölulega einfaldur samþættur stjórnandi. Það samþættir grunnaðgerðir eins og hleðslu og losunarstýringu og hámarks stjórnunarstýringu. Það er lítið að stærð og lítið í kostnaði og hentar litlum atburðarásum eins og Home Rooftop Photovoltaic Systems. Í stórum sólarorkustöðvum er krafist öflugri og greindari miðstýrðs stjórnanda. Það getur haft einsleitan fylgst með og stjórnað mörgum ljósgeislaspjöldum, inverters, rafhlöðupakkningum og öðrum búnaði í allri virkjunarstöðinni til að ná skilvirkari og nákvæmari kerfisstjórnun.

Heill sólarorkuframleiðslukerfi samanstendur af mörgum íhlutum eins og ljósgeislaspjöldum, inverters, krappakerfi, rafhlöðupakkningum og stýringum sem vinna saman. Hver hluti gegnir ómissandi hlutverki. Þeir vinna saman að því að umbreyta sólarorku í rafmagn sem við getum notað og stuðla að því að átta sig á sjálfbærri orkuþróun. Með stöðugri framþróun tækni og smám saman að draga úr kostnaði verður umsóknarhorfur á sólarorkuframleiðslukerfum víðtækari og búist er við að þeir gegni mikilvægari stöðu á framtíðar orkusviðinu.