Tegen de achtergrond van de wereldwijde energietransitie ontwikkelen fotovoltaïsche energiecentrales, als de kerndrager van zonne -energieopwekking, zich snel en worden ze een belangrijke kracht bij het bevorderen van het gebruik van hernieuwbare energie. Inzicht in de technische principes, systeemsamenstelling en toekomstige ontwikkelingstrends van fotovoltaïsche energiecentrales is van groot belang om de richting van energietransformatie te grijpen en industriële vooruitgang te bevorderen.
1 Technische principes van fotovoltaïsche energiecentrales
De stroomopwekking van fotovoltaïsche energiecentrales is gebaseerd op het fotovoltaïsche effect, dat in 1839 werd ontdekt door de Franse wetenschapper Edmund Becquerel. Wanneer zonlicht schijnt op zonnecellen gemaakt van halfgeleidermaterialen, interageren fotonen met elektronen in de halfgeleider. De energie van fotonen wordt geabsorbeerd door elektronen, waardoor ze voldoende energie kunnen krijgen om los te komen van de beperkingen van atomen, waardoor elektronengatparen worden geproduceerd. Onder de actie van het ingebouwde elektrische veld in de PN-kruising van een halfgeleider bewegen elektronen en gaten in tegengestelde richtingen en vormen een stroom. Meerdere zonnecellen worden gecombineerd in serie en parallel om zonnecelmodules te vormen, de spanning en stroom verder te verhogen en grootschalige elektrische energie-output te bereiken.
Vroege zonnecellen hadden een lage conversie -efficiëntie en hoge kosten, wat hun wijdverbreide toepassing beperkte. Maar met de continue vooruitgang van de materialenwetenschap en productietechnologie, zijn kristallijne silicium zonnecellen vertegenwoordigd door monokristallijn silicium en polykristallijn silicium geleidelijk mainstream geworden. Monokristallijne siliciumcellen, met hun hoge zuivere siliciummaterialen, kunnen een conversie-efficiëntie van meer dan 25%bereiken; Hoewel polykristallijne siliciumcellen enigszins inferieur zijn van zuiverheid, kan hun conversie -efficiëntie nog steeds 20% -23% bereiken via geoptimaliseerde productieprocessen. In de afgelopen jaren hebben opkomende perovskiet zonnecellen zich snel ontwikkeld, met laboratoriumconversie -efficiëntie van meer dan 25%, wat een enorm ontwikkelingspotentieel aantoont.
2 Systeemsamenstelling van fotovoltaïsche krachtcentrale
(1) Power Generation Unit: samenwerkingswerk van kerncomponenten
Zonnecelmodules zijn de kern van fotovoltaïsche stroomopwekkingseenheden. Deze componenten kunnen in verschillende typen worden ingedeeld op basis van verschillende toepassingsscenario's en -vereisten. In grootschalige gemalen fotovoltaïsche energiecentrales worden vaak polykristallijne siliciummodules met hoog vermogen en goede stabiliteit vaak gebruikt; In gedistribueerde fotovoltaïsche projecten zoals commerciële daken en residentiële fotovoltaïscheën, zijn monokristallijne siliciummodules zeer de voorkeur vanwege hun kleine omvang en hoge efficiëntie. De componenten worden in specifieke posities door beugels geïnstalleerd om zonlicht onder de optimale hoek te ontvangen.
De combinatiedoos speelt een rol bij het verzamelen en distribueren van de stroom. De directe stroom die wordt gegenereerd door meerdere zonnecelmodules is verbonden met een combinatiedoos via kabels. De combinatiedoos verzamelt meerdere directe stromen en monitoren en beschermt elke stroom. Daarna wordt het DC -vermogen door de DC -distributiekast naar de omvormer verzonden.
(2) Controle- en conversie -eenheid: zorgen voor stroomkwaliteit en rasterverbonden werking
Inverter is een van de belangrijkste apparatuur in fotovoltaïsche energiecentrales, die directe stroom omzet in afwisselende stroom die voldoet aan de vereisten van het vermogensnet. De prestaties van omvormers hebben direct invloed op de efficiëntie van de stroomopwekking en de vermogenskwaliteit van fotovoltaïsche energiecentrales. Moderne omvormers nemen geavanceerde digitale controletechnologie toe en hebben maximale power point tracking (MPPT) functie, die de werkstatus van zonnecelmodules in realtime kan aanpassen om altijd in de maximale vermogensuitgangsstatus te zijn. Tegelijkertijd kan de omvormer ook de out -AC -vermogen filteren en stabiliseren om ervoor te zorgen dat de voedingskwaliteit voldoet aan de toegangsnormen van de raster.
Naast de omvormer is het bewakingssysteem ook een belangrijk onderdeel van de Control and Conversion -eenheid. Via sensoren en apparaten voor gegevensverzameling bewaakt het monitoringsysteem de real-time werkstatus van verschillende apparatuur in de fotovoltaïsche krachtcentrale, inclusief componenttemperatuur, spanning, stroom, werkparameters voor omvormer, enz. Deze gegevens worden verzonden naar de centrale bewakingsruimte en het managementpersoneel kan op afstand volgen en beheren van de elektriciteitsstation, tijdstip van de apparatuur die de stabiele bewerking van de krachtcentrale kan controleren.
(3) Energieopslageenheid: het oplossen van het intermitterende probleem van fotovoltaïsche stroomopwekking
Om de intermitterende en fluctuerende problemen van fotovoltaïsche stroomopwekking op te lossen, wordt de toepassing van energieopslageenheden in fotovoltaïsche energiecentrales steeds groter. Gemeenschappelijke energieopslagtechnologieën zijn onder meer loodzuurbatterijen, lithium-ionbatterijen en flowbatterijen. Lithium -ionbatterijen zijn de reguliere keuze geworden voor energieopslag in fotovoltaïsche energiecentrales vanwege hun hoge energiedichtheid, hooglaad- en ontladende efficiëntie en levensduur van de lange cyclus.
Wanneer er overdag voldoende zonlicht is, wordt de overtollige elektriciteit gegenereerd door fotovoltaïsche energiecentrales opgeslagen in energieopslagbatterijen; 'S Nachts of wanneer er onvoldoende licht is, laat de energieopslagbatterij elektrische energie vrij om een stabiele toevoer van elektriciteit te garanderen. Energieopslageenheden kunnen ook deelnemen aan hulpdiensten zoals piekscheren en frequentieregulering van het vermogensnet, waardoor de stabiliteit en de betrouwbaarheid van het vermogensnet worden verbeterd.
3 De ontwikkelingstrend van fotovoltaïsche energiecentrales
(1) Technologische innovatie stimuleert de verbetering van de efficiëntie en kostenreductie
In de toekomst zal de fotovoltaïsche krachtcentrale technologie zich ontwikkelen voor een hogere efficiëntie en lagere kosten. In termen van batterijtechnologie wordt verwacht dat perovskiet zonnecellen grootschalige industriële toepassingen bereiken, waardoor de efficiëntie van de stroomopwekking van fotovoltaïsche energiecentrales verder wordt verbeterd. Ondertussen kunnen de productiekosten van fotovoltaïsche modules door het verbeteren van de productieprocessen en het optimaliseren van het componentontwerp worden verlaagd. In termen van omvormertechnologie zal de toepassing van nieuwe topologiestructuren en vermogensapparaten de conversie -efficiëntie en betrouwbaarheid van omvormers verbeteren en de werkings- en onderhoudskosten verminderen.
(2) Gedistribueerde en gecentraliseerde samenwerkingsontwikkeling
Gedistribueerde fotovoltaïsche krachtcentrales hebben zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld vanwege hun voordelen van dicht bij gebruikers, flexibele constructie en on-site consumptie. In de toekomst zal gedistribueerde fotovoltaïscheën zich ontwikkelen in synergie met gecentraliseerde fotovoltaïsche krachtcentrales. In stedelijke en commerciële gebieden zullen gedistribueerde fotovoltaïscheën ruimtes zoals het bouwen van daken en muren volledig gebruiken om energieproductie en consumptie in de buurt te bereiken; In afgelegen gebieden met overvloedige zonne-energiebronnen, zullen gecentraliseerde fotovoltaïsche power stations hun schaalvoordelen blijven benutten om grootschalige schone energie te bieden voor het elektriciteitsnet. Tegelijkertijd kan, via Smart Grid -technologie, de interconnectie tussen gedistribueerde fotovoltaïsche en gecentraliseerde fotovoltaïsche stroomstations worden bereikt, waardoor de toewijzing van energiebronnen wordt geoptimaliseerd.
(3) geïntegreerde ontwikkeling met andere industrieën
Fotovoltaïsche elektriciteitsstations zullen diep worden geïntegreerd met industrieën zoals landbouw, visserij en veeteelt, die innovatieve ontwikkelingsmodellen vormen, zoals "agrarische fotovoltaïsche complementariteit", "Fishery fotovoltaïsche complementariteit", en "Fotovoltaic -complementariteit van dieren". In de "agrarische fotovoltaïsche complementaire" modus worden fotovoltaïsche modules geïnstalleerd boven landbouwgrond, en het onderstaande land kan worden gebruikt voor agrarische planten, het bereiken van een efficiënt gebruik van landbronnen; Het model "Fishery fotovoltaïsche complementaire" model omvat het bouwen van fotovoltaïsche krachtcentrales op het oppervlak van visvijvers, onderwateraquacultuur en het vergroten van het uitgebreide inkomen per landgebied. Dit industriële integratieontwikkelingsmodel breidt niet alleen de toepassingsscenario's van fotovoltaïsche energiecentrales uit, maar bevordert ook de groene en duurzame ontwikkeling van gerelateerde industrieën.