No contexto da transição de energia global, as usinas fotovoltaicas, como o portador principal da geração de energia solar, estão se desenvolvendo rapidamente e se tornando uma força -chave na promoção da utilização da energia renovável. Compreender os princípios técnicos, a composição do sistema e as tendências futuras de desenvolvimento de usinas de energia fotovoltaica é de grande importância para entender a direção da transformação de energia e promover o progresso industrial.
1 Princípios técnicos de usinas de energia fotovoltaica
A geração de energia de usinas fotovoltaicas é baseada no efeito fotovoltaico, que foi descoberto pelo cientista francês Edmund Becquerel em 1839. Quando a luz solar brilha em células solares feitas de materiais semicondutores, os fótons interagem com elétrons no semicondutor. A energia dos fótons é absorvida pelos elétrons, permitindo que eles ganhem energia suficiente para se libertar das restrições dos átomos, produzindo assim pares de orifícios de elétrons. Sob a ação do campo elétrico embutido na junção PN de um semicondutor, elétrons e orifícios se movem em direções opostas, formando uma corrente. Múltiplas células solares são combinadas em série e paralelas para formar módulos de células solares, aumentando ainda mais a tensão e a corrente e a obtenção de energia elétrica em larga escala.
As células solares iniciais tiveram baixa eficiência de conversão e altos custos, o que limitou sua aplicação generalizada. Mas com o progresso contínuo da ciência dos materiais e da tecnologia de fabricação, as células solares de silício cristalino representadas por silício monocristalino e silício policristalino se tornaram gradualmente mainstream. As células monocristalinas de silício, com seus materiais de silício de alta pureza, podem obter uma eficiência de conversão de mais de 25%; Embora as células de silício policristalino sejam ligeiramente inferiores em pureza, sua eficiência de conversão ainda pode atingir 20% -23% através de processos de produção otimizados. Nos últimos anos, as células solares emergentes de perovskita se desenvolveram rapidamente, com eficiência de conversão de laboratório superior a 25%, demonstrando um enorme potencial de desenvolvimento.
2 Composição do sistema da usina fotovoltaica
(1) Unidade de geração de energia: trabalho colaborativo dos componentes principais
Os módulos de células solares são o núcleo das unidades de geração de energia fotovoltaica. Esses componentes podem ser classificados em diferentes tipos com base em diferentes cenários e requisitos de aplicativos. Em usinas fotovoltaicas de larga escala, os módulos de silício policristalino com alta potência e boa estabilidade são frequentemente usados; Em projetos fotovoltaicos distribuídos, como telhados comerciais e fotovoltaicos residenciais, os módulos monocristalinos de silício são altamente favorecidos devido ao seu tamanho pequeno e alta eficiência. Os componentes são instalados em posições específicas através de colchetes para receber a luz solar no ângulo ideal.
A caixa do combinador desempenha um papel na coleta e distribuição de corrente. A corrente direta gerada por vários módulos de células solares é conectada a uma caixa de combinador através de cabos. A caixa do combinador agrega várias correntes diretas e monitora e protege cada corrente. Posteriormente, a energia CC é transmitida ao inversor através do gabinete de distribuição DC.
(2) Unidade de controle e conversão: garantindo a qualidade da energia e a operação conectada à grade
O inversor é um dos principais equipamentos em usinas fotovoltaicas, que converte a corrente direta em corrente alternada que atende aos requisitos da rede de energia. O desempenho dos inversores afeta diretamente a eficiência da geração de energia e a qualidade da energia das usinas fotovoltaicas. Os inversores modernos adotam a tecnologia avançada de controle digital e têm a função máxima de rastreamento de pontos de energia (MPPT), que pode ajustar o estado de trabalho dos módulos de células solares em tempo real para sempre estar no estado máximo de potência. Ao mesmo tempo, o inversor também pode filtrar e estabilizar a energia CA de saída para garantir que a qualidade da energia atenda aos padrões de acesso à grade.
Além do inversor, o sistema de monitoramento também é um componente importante da unidade de controle e conversão. Por meio de sensores e dispositivos de aquisição de dados, o sistema de monitoramento monitora o status de operação em tempo real de vários equipamentos na centralização fotovoltaica, incluindo temperatura do componente, tensão, corrente, parâmetros de trabalho do inversor, etc. Esses dados são transmitidos para a posição central de monitoramento, e o pessoal de gerenciamento pode monitorar remotamente a estação de monitoramento, o software de monitoramento central.
(3) Unidade de armazenamento de energia: resolvendo o problema intermitente da geração de energia fotovoltaica
Para resolver os problemas intermitentes e flutuantes da geração de energia fotovoltaica, a aplicação de unidades de armazenamento de energia em usinas fotovoltaicas está se tornando cada vez mais difundida. As tecnologias comuns de armazenamento de energia incluem baterias de chumbo-ácido, baterias de íons de lítio e baterias de fluxo. As baterias de íons de lítio tornaram -se a escolha convencional para armazenamento de energia em usinas de energia fotovoltaica devido à sua alta densidade de energia, alta eficiência de carregamento e descarga e vida útil do ciclo.
Quando há luz solar suficiente durante o dia, o excesso de eletricidade gerado por usinas fotovoltaicas é armazenado em baterias de armazenamento de energia; À noite ou quando há luz insuficiente, a bateria de armazenamento de energia libera energia elétrica para garantir um suprimento estável de eletricidade. As unidades de armazenamento de energia também podem participar de serviços auxiliares, como pico de barbear e regulação de frequência da rede de energia, melhorando a estabilidade e a confiabilidade da rede de energia.
3 A tendência de desenvolvimento de usinas fotovoltaicas
(1) A inovação tecnológica impulsiona a melhoria da eficiência e a redução de custos
No futuro, a tecnologia da usina fotovoltaica se desenvolverá em direção a maior eficiência e menor custo. Em termos de tecnologia de bateria, as células solares de perovskita devem obter aplicações industriais em larga escala, melhorando ainda mais a eficiência da geração de energia das usinas fotovoltaicas. Enquanto isso, ao melhorar os processos de fabricação e otimizar o design dos componentes, o custo de produção dos módulos fotovoltaicos pode ser reduzido. Em termos de tecnologia de inversor, a aplicação de novas estruturas de topologia e dispositivos de energia melhorará a eficiência da conversão e a confiabilidade dos inversores e reduzirá os custos de operação e manutenção.
(2) Desenvolvimento colaborativo distribuído e centralizado
As usinas fotovoltaicas distribuídas se desenvolveram rapidamente nos últimos anos devido às suas vantagens de estar perto dos usuários, construção flexível e consumo no local. No futuro, a fotovoltaica distribuída se desenvolverá em sinergia com usinas fotovoltaicas centralizadas. Nas áreas urbanas e comerciais, a fotovoltaica distribuída utilizará totalmente espaços, como a construção de telhados e paredes para obter a produção e consumo de energia nas proximidades; Em áreas remotas com abundantes recursos de energia solar, as usinas fotovoltaicas centralizadas continuarão a alavancar suas vantagens em escala para fornecer energia limpa em larga escala para a rede elétrica. Ao mesmo tempo, através da tecnologia de grade inteligente, a interconexão entre usinas fotovoltaicas fotovoltaicas e centrolas distribuídas pode ser alcançada, otimizando a alocação de recursos energéticos.
(3) Desenvolvimento integrado com outras indústrias
As usinas fotovoltaicas serão profundamente integradas a indústrias como agricultura, pesca e criação de animais, formando modelos inovadores de desenvolvimento, como "complementaridade fotovoltaica agrícola", "complementaridade fotovoltaica da pesca" e "criação fotovoltaica de animais". No modo "Agricultural fotovoltaico complementar", os módulos fotovoltaicos são instalados acima das terras agrícolas, e a terra abaixo pode continuar sendo usada para o plantio agrícola, alcançando a utilização eficiente dos recursos da terra; O modelo "complementar fotovoltaico" da pesca envolve a construção de usinas fotovoltaicas na superfície das lagoas de peixes, a aquicultura subaquática e o aumento da renda abrangente por unidade de área de terra. Esse modelo de desenvolvimento de integração industrial não apenas expande os cenários de aplicação de usinas fotovoltaicas, mas também promove o desenvolvimento verde e sustentável de indústrias relacionadas.