Состав и принцип работы систем фотогенерации электричества

Состав и принцип работы фотоэлектрических (ФЭ) систем генерации электроэнергии

Фотоэлектрическая (ФЭ) система генерации электроэнергии в основном состоит из ФЭ модулей, контроллера, инвертора, аккумуляторов и других компонентов (аккумуляторы не требуются для систем, подключенных к сети). В зависимости от того, полагается ли она на общественную электросеть, ФЭ системы делятся на автономные и подключенные к сети. Автономные системы работают независимо, без использования сетевой энергии. Они оснащены аккумуляторами для хранения энергии, что обеспечивает стабильное питание системы, способное обеспечивать нагрузки электроэнергией ночью или во время длительных пасмурных/дождливых дней, когда солнечная генерация недостаточна.

Независимо от типа системы, принцип работы остается одинаковым: ФЭ модули преобразуют солнечный свет в постоянный ток (ПТ), который затем преобразуется инвертором в переменный ток (ПТ), позволяя потреблять энергию или подключаться к сети.

1. Фотоэлектрические (ФЭ) модули

ФЭ модули являются основным компонентом всей системы генерации электроэнергии. Они изготавливаются путем объединения отдельных фотоэлектрических элементов, которые разрезаются на различные размеры с помощью лазерных или проволочных машин. Поскольку напряжение и ток, вырабатываемые одним солнечным элементом, очень низкие, несколько элементов сначала соединяются последовательно для достижения более высокого напряжения, а затем параллельно для увеличения тока. Сборка включает диод блокировки (для предотвращения обратного тока) и заключена в раму из нержавеющей стали, алюминия или неметаллических материалов. Она герметизируется закаленным стеклом спереди, задней пленкой сзади, заполнена азотом и герметично запечатана. Несколько ФЭ модулей, соединенных последовательно и параллельно, образуют ФЭ массив (также известный как солнечный массив).

Принцип работы: Когда солнечный свет попадает на полупроводниковый p-n переход солнечного элемента, образуются пары электрон-дырка. Под влиянием электрического поля на p-n переходе, дырки перемещаются к p-области, а электроны к n-области. Когда цепь замкнута, по ней течет ток. Основная функция ФЭ модулей — преобразование солнечной энергии в электрическую, которая может быть сохранена в аккумуляторах или использована для прямого питания электрических нагрузок.

Типы ФЭ модулей:

• Монокристаллический кремний: Эффективность ≈ 18%, до 24% — самая высокая среди всех типов ФЭ. Обычно защищен закаленным стеклом и водонепроницаемой смолой, что делает их прочными и долговечными (срок службы до 25 лет).

• Поликристаллический кремний: Эффективность ≈ 14%. Процесс производства аналогичен монокристаллическому, но с меньшей эффективностью, меньшей стоимостью и меньшим сроком службы. Однако он проще в производстве, потребляет меньше энергии и имеет более низкую стоимость производства, что приводит к широкому распространению.

• Аморфный кремний (тонкопленочный): Эффективность ≈ 10%. Изготовлен с использованием完全不同，以下是翻译成俄语的内容： ```html

  Состав и принцип работы фотоэлектрических (ФЭ) систем генерации электроэнергии

  Фотоэлектрическая (ФЭ) система генерации электроэнергии в основном состоит из ФЭ модулей, контроллера, инвертора, аккумуляторов и других компонентов (аккумуляторы не требуются для систем, подключенных к сети). В зависимости от того, полагается ли она на общественную электросеть, ФЭ системы делятся на автономные и подключенные к сети. Автономные системы работают независимо, без использования сетевой энергии. Они оснащены аккумуляторами для хранения энергии, что обеспечивает стабильное питание системы, способное обеспечивать нагрузки электроэнергией ночью или во время длительных пасмурных/дождливых дней, когда солнечная генерация недостаточна.

  Независимо от типа системы, принцип работы остается одинаковым: ФЭ модули преобразуют солнечный свет в постоянный ток (ПТ), который затем преобразуется инвертором в переменный ток (ПТ), позволяя потреблять энергию или подключаться к сети.

  1. Фотоэлектрические (ФЭ) модули

  ФЭ модули являются основным компонентом всей системы генерации электроэнергии. Они изготавливаются путем объединения отдельных фотоэлектрических элементов, которые разрезаются на различные размеры с помощью лазерных или проволочных машин. Поскольку напряжение и ток, вырабатываемые одним солнечным элементом, очень низкие, несколько элементов сначала соединяются последовательно для достижения более высокого напряжения, а затем параллельно для увеличения тока. Сборка включает диод блокировки (для предотвращения обратного тока) и заключена в раму из нержавеющей стали, алюминия или неметаллических материалов. Она герметизируется закаленным стеклом спереди, задней пленкой сзади, заполнена азотом и герметично запечатана. Несколько ФЭ модулей, соединенных последовательно и параллельно, образуют ФЭ массив (также известный как солнечный массив).

  Принцип работы: Когда солнечный свет попадает на полупроводниковый p-n переход солнечного элемента, образуются пары электрон-дырка. Под влиянием электрического поля на p-n переходе, дырки перемещаются к p-области, а электроны к n-области. Когда цепь замкнута, по ней течет ток. Основная функция ФЭ модулей — преобразование солнечной энергии в электрическую, которая может быть сохранена в аккумуляторах или использована для прямого питания электрических нагрузок.

  Типы ФЭ модулей:

  • Монокристаллический кремний: Эффективность ≈ 18%, до 24% — самая высокая среди всех типов ФЭ. Обычно защищен закаленным стеклом и водонепроницаемой смолой, что делает их прочными и долговечными (срок службы до 25 лет).

  

  • Поликристаллический кремний: Эффективность ≈ 14%. Процесс производства аналогичен монокристаллическому, но с меньшей эффективностью, меньшей стоимостью и меньшим сроком службы. Однако он проще в производстве, потребляет меньше энергии и имеет более низкую стоимость производства, что приводит к широкому распространению.

  

  • Аморфный кремний (тонкопленочный): Эффективность ≈ 10%. Изготовлен с использованием полностью другого тонкопленочного процесса, требует минимального количества кремния и энергии. Его основное преимущество — лучшая работа при низком уровне освещенности.

  

  2. Контроллер (используется в автономных системах)

  Солнечный зарядный контроллер — это автоматическое устройство, предотвращающее перезарядку и глубокий разряд аккумуляторов. Оснащенный высокоскоростным микропроцессором ЦПУ и высокоточным АЦП, он функционирует как микрокомпьютерная система сбора и мониторинга данных. Он быстро собирает оперативные данные, мониторит состояние системы и хранит исторические данные, предоставляя точную и достаточную информацию для оценки дизайна системы и надежности компонентов. Также поддерживает последовательную связь для централизованного управления и удаленного контроля нескольких ФЭ подстанций.

  

  3. Инвертор

  Инвертор преобразует постоянный ток, генерируемый солнечными панелями, в переменный ток, делая его совместимым с бытовыми приборами, работающими на переменном токе. ФЭ инвертор является ключевым компонентом балансовой системы (BOS) и включает специальные функции, такие как максимальное отслеживание точки мощности (MPPT) и защита от островковости.

  

  Типы солнечных инверторов:

  • Автономный инвертор: Используется в автономных системах. ФЭ массив заряжает аккумулятор, а инвертор берет постоянный ток из аккумулятора для питания переменных нагрузок. Многие автономные инверторы включают встроенные зарядные устройства, которые могут заряжать аккумуляторы с помощью переменного тока. Эти инверторы не подключены к сети и не требуют защиты от островковости.

  • Инвертор, подключенный к сети: Подаёт переменный ток обратно в общую сеть. Его выходная форма волны должна соответствовать фазе, частоте и напряжению сети. Он автоматически отключается, если сеть отключена, для безопасности. Он не предоставляет резервное питание при отключении сети.

  • Инвертор с резервным аккумулятором: Специальный инвертор, использующий аккумуляторы в качестве основного источника питания и включающий зарядное устройство для их зарядки. Избыточная энергия может быть подана обратно в сеть. При отключении сети он может подавать переменный ток на определенные цепи, и поэтому включает защиту от островковости.

  4. Аккумулятор (не требуется в системах, подключенных к сети)

  Аккумулятор является энергохранилищем в ФЭ системе. Общие типы включают герметичные свинцово-кислотные, залитые свинцово-кислотные, гелевые и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы. Герметичные свинцово-кислотные и гелевые аккумуляторы наиболее широко используются.

  

  Принцип работы: Днем солнечный свет попадает на ФЭ модули, генерируя постоянное напряжение и преобразуя свет в электроэнергию. Эта энергия передается контроллеру, который предотвращает перезарядку, и затем сохраняется в аккумуляторе для использования, когда это необходимо.

  ```