1. Σύνθεση και αρχή ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος
Ένα ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα τρία μέρη: εξαρτήματα ηλιακών κυψελών. ελεγκτές φόρτισης και εκφόρτισης, μετατροπείς, όργανα δοκιμής και παρακολούθηση υπολογιστή και άλλος ηλεκτρονικός εξοπλισμός ισχύος· και μπαταρίες ή άλλος εξοπλισμός αποθήκευσης ενέργειας και βοηθητικός εξοπλισμός παραγωγής ενέργειας.
Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Χωρίς περιστρεφόμενα μέρη, χωρίς θόρυβο.
- Καμία ατμοσφαιρική ρύπανση και καμία απόρριψη λυμάτων.
- Δεν απαιτείται διαδικασία καύσης, δεν απαιτείται καύσιμο.
- Απλή συντήρηση και χαμηλό κόστος συντήρησης.
- Καλή λειτουργική αξιοπιστία και σταθερότητα.
- Ως βασικό συστατικό, τα ηλιακά κύτταρα έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και η διάρκεια ζωής των ηλιακών κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου μπορεί να φτάσει περισσότερα από 25 χρόνια.
Η παραγωγή ενέργειας μπορεί εύκολα να αυξηθεί ανάλογα με τις ανάγκες.
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως. Οι βασικές μορφές εφαρμογών φωτοβολταϊκών συστημάτων μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: ανεξάρτητα συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που συνδέονται με το δίκτυο. Τα κύρια πεδία εφαρμογής είναι κυρίως σε διαστημικά αεροσκάφη, συστήματα επικοινωνίας, σταθμούς αναμετάδοσης μικροκυμάτων, διαφορικά πικάπ τηλεόρασης, φωτοβολταϊκές αντλίες νερού και οικιακή παροχή ρεύματος σε περιοχές χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και τις ανάγκες βιώσιμης ανάπτυξης της παγκόσμιας οικονομίας, οι ανεπτυγμένες χώρες άρχισαν να προωθούν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένης στο δίκτυο αστικών φωτοβολταϊκών με προγραμματισμένο τρόπο, κυρίως χτίζοντας οικιακά φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε στέγες και κεντρικά μεγάλης κλίμακας σε επίπεδο MW συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που συνδέονται με το δίκτυο. Παράλληλα, στο Η εφαρμογή ηλιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων έχει προωθηθεί δυναμικά στις μεταφορές και τον αστικό φωτισμό.
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν διαφορετικές κλίμακες και μορφές εφαρμογής. Για παράδειγμα, η κλίμακα του συστήματος εκτείνεται σε ένα ευρύ φάσμα, που κυμαίνεται από 0.3 έως 2W ηλιακά φώτα κήπου έως ηλιακούς φωτοβολταϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής επιπέδου MW, όπως εξοπλισμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας οικιακής στέγης 3,75 kWp και το έργο Dunhuang 10MW. Οι φόρμες αιτήσεών του είναι επίσης ποικίλες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως σε πολλούς τομείς όπως οι οικιακές εφαρμογές, οι μεταφορές, οι επικοινωνίες και οι διαστημικές εφαρμογές. Αν και τα φωτοβολταϊκά συστήματα ποικίλλουν σε μέγεθος, η σύνθεση και οι αρχές λειτουργίας τους είναι βασικά οι ίδιες. Το σχήμα 4-1 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα ενός τυπικού φωτοβολταϊκού συστήματος που παρέχει φορτία DC. Περιλαμβάνει πολλά κύρια στοιχεία στο φωτοβολταϊκό σύστημα:
Συστοιχία φωτοβολταϊκών στοιχείων: Αποτελείται από στοιχεία ηλιακών κυψελών (ονομάζονται επίσης φωτοβολταϊκά στοιχεία) συνδεδεμένα σε σειρά και παράλληλα σύμφωνα με τις απαιτήσεις του συστήματος. Μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται κάτω από το ηλιακό φως. Αποτελεί το βασικό συστατικό του ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος.
Μπαταρία: Αποθηκεύει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα εξαρτήματα των ηλιακών κυψελών. Όταν το φως είναι ανεπαρκές ή τη νύχτα ή η ζήτηση φορτίου είναι μεγαλύτερη από την ισχύ που παράγεται από τα εξαρτήματα των ηλιακών κυψελών, η αποθηκευμένη ηλεκτρική ενέργεια απελευθερώνεται για να καλύψει την ενεργειακή ζήτηση του φορτίου. Είναι η μπαταρία αποθήκευσης του ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος. λειτουργικά μέρη. Επί του παρόντος, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα. Για συστήματα με υψηλότερες απαιτήσεις, χρησιμοποιούνται συνήθως σφραγισμένες μπαταρίες μολύβδου-οξέος με ρυθμιζόμενη βαλβίδα βαθιάς εκφόρτισης, μπαταρίες μολύβδου-οξέος που απορροφούν υγρά βαθιάς εκφόρτισης κ.λπ.
Ελεγκτής: Καθορίζει και ελέγχει τις συνθήκες φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας και ελέγχει την ισχύ εξόδου των εξαρτημάτων της ηλιακής κυψέλης και της μπαταρίας στο φορτίο ανάλογα με τη ζήτηση ισχύος του φορτίου. Είναι το βασικό τμήμα ελέγχου ολόκληρου του συστήματος. Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλιακών φωτοβολταϊκών, οι λειτουργίες των ελεγκτών γίνονται όλο και πιο ισχυρές και υπάρχει μια τάση ενσωμάτωσης του παραδοσιακού τμήματος ελέγχου, του μετατροπέα και του συστήματος παρακολούθησης. Για παράδειγμα, οι ελεγκτές της σειράς SPP και SMD της AES ενσωματώνουν τις παραπάνω τρεις λειτουργίες.
Μετατροπέας: Στο ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα τροφοδοσίας, εάν υπάρχει φορτίο εναλλασσόμενου ρεύματος, τότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί συσκευή μετατροπέα για τη μετατροπή της ισχύος συνεχούς ρεύματος που παράγεται από τα εξαρτήματα της ηλιακής κυψέλης ή της ισχύος συνεχούς ρεύματος που απελευθερώνεται από την μπαταρία στην ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος που απαιτείται από το φορτώνω.
Η βασική αρχή λειτουργίας του ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος τροφοδοσίας είναι η φόρτιση της μπαταρίας με την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα εξαρτήματα των ηλιακών κυψελών υπό την ακτινοβολία του ήλιου ή η απευθείας παροχή ρεύματος στο φορτίο όταν ικανοποιείται η ζήτηση φορτίου. Εάν η ηλιοφάνεια είναι ανεπαρκής ή τη νύχτα Η μπαταρία τροφοδοτεί το φορτίο DC υπό τον έλεγχο του ελεγκτή. Για φωτοβολταϊκά συστήματα που περιέχουν φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος, πρέπει να προστεθεί ένας μετατροπέας για τη μετατροπή της ισχύος συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Οι εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων υπάρχουν σε πολλές μορφές, αλλά οι βασικές αρχές παραμένουν οι ίδιες. Για άλλους τύπους φωτοβολταϊκών συστημάτων, μόνο ο μηχανισμός ελέγχου και τα εξαρτήματα του συστήματος διαφέρουν ανάλογα με τις πραγματικές ανάγκες. Διαφορετικοί τύποι φωτοβολταϊκών συστημάτων θα περιγραφούν αναλυτικά παρακάτω.