توليد الطاقة الكهروضوئية هو تقنية تقوم بتحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية من خلال استخدام التأثير الكهروضوئي لواجهة أشباه الموصلات. العنصر الأساسي لهذه التقنية هو الخلية الشمسية. بعد توصيل الخلايا الشمسية في سلسلة ، يمكن تعبئتها وحمايتها لتشكيل وحدة خلية شمسية كبيرة المساحة ، ثم دمجها مع وحدات التحكم في الطاقة والمكونات الأخرى لتشكيل جهاز توليد الطاقة الكهروضوئية.
1 تأثير ضوئي
إذا ضرب الضوء خلية شمسية وتم امتصاص الضوء في طبقة الواجهة ، يمكن للفوتونات ذات الطاقة الكافية أن تثير الإلكترونات من الروابط التساهمية في كل من السيليكون من النوع P و N ، مما ينتج عنه أزواج ثقب الإلكترون. سيتم فصل الإلكترونات والثقوب الموجودة بالقرب من طبقة الواجهة عن بعضها البعض عن طريق تأثير المجال الكهربائي لشحنات الفضاء قبل إعادة التركيب. تتحرك الإلكترونات نحو المنطقة N ذات الشحنة الموجبة والثقوب باتجاه المنطقة P. سالبة الشحنة. سيؤدي فصل الشحنات عبر طبقة الواجهة إلى توليد جهد قابل للقياس خارجيًا بين منطقتي P و N. في هذا الوقت ، يمكن إضافة أقطاب كهربائية إلى جانبي رقاقة السيليكون وتوصيلها بمقياس الفولتميتر. بالنسبة للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري ، فإن القيمة النموذجية لجهد الدائرة المفتوحة هي 0. 5 إلى 0. 6V. كلما زاد عدد أزواج الثقوب الإلكترونية الناتجة عن الضوء على طبقة الواجهة ، زاد تدفق التيار. كلما زادت طاقة الضوء التي تمتصها طبقة الواجهة ، زادت طبقة الواجهة ، أي مساحة الخلية ، وزاد التيار المتكون في الخلية الشمسية.
2. المبدأ
يضيء ضوء الشمس على تقاطع أشباه الموصلات pn ليشكل زوجًا جديدًا من الإلكترونات. تحت تأثير المجال الكهربائي للوصلة pn ، تتدفق الثقوب من المنطقة n إلى المنطقة p ، وتتدفق الإلكترونات من المنطقة p إلى المنطقة n. بعد تشغيل الدائرة ، يتم تشكيل تيار. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الخلايا الشمسية ذات التأثير الكهروضوئي.
هناك طريقتان لتوليد الطاقة الشمسية ، أحدهما تحويل الضوء - الحرارة - الكهرباء ، والآخر هو التحويل المباشر للكهرباء الخفيفة.
(1) تولد طريقة التحويل بين الضوء والحرارة والكهرباء الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الناتجة عن الإشعاع الشمسي. بشكل عام ، يقوم المجمع الشمسي بتحويل الطاقة الحرارية الممتصة إلى بخار وسط العمل ، ثم يقوم بتشغيل التوربين البخاري لتوليد الكهرباء. العملية السابقة هي عملية تحويل الضوء إلى الحرارة ؛ العملية الأخيرة هي عملية تحويل من الحرارة إلى الكهرباء ، وهي نفس عملية توليد الطاقة الحرارية العادية. عيب توليد الطاقة الحرارية الشمسية هو أن الكفاءة منخفضة للغاية والتكلفة عالية. تشير التقديرات إلى أن استثماراتها أعلى على الأقل من استثمارات توليد الطاقة الحرارية العادية. محطات الطاقة أغلى من 5 إلى 10 مرات.
(2) طريقة التحويل المباشر من الضوء إلى الكهرباء تستخدم هذه الطريقة التأثير الكهروضوئي لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية. الجهاز الأساسي لتحويل الضوء إلى كهرباء هو الخلايا الشمسية. الخلية الشمسية عبارة عن جهاز يقوم بتحويل طاقة ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية بسبب التأثير الكهروضوئي. إنه ثنائي ضوئي أشباه الموصلات. عندما تشرق الشمس على الثنائي الضوئي ، يقوم الثنائي الضوئي بتحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية وتوليد الكهرباء. تيار. عندما يتم توصيل العديد من الخلايا في سلسلة أو بالتوازي ، يمكن أن تصبح مجموعة خلايا شمسية ذات طاقة خرج كبيرة نسبيًا. تعد الخلايا الشمسية نوعًا جديدًا واعدًا من مصادر الطاقة بثلاث مزايا رئيسية: الدوام والنظافة والمرونة. تتمتع الخلايا الشمسية بعمر خدمة طويل. ما دامت الشمس موجودة ، يمكن استخدام الخلايا الشمسية لفترة طويلة باستثمار واحد ؛ والطاقة الحرارية وتوليد الطاقة النووية. في المقابل ، لا تسبب الخلايا الشمسية تلوثًا بيئيًا.
3. تكوين النظام
يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية من صفائف الخلايا الشمسية ، وحزم البطاريات ، ووحدات التحكم في الشحن والتفريغ ، والمحولات ، وخزانات توزيع طاقة التيار المتردد ، وأنظمة التحكم في تتبع الشمس وغيرها من المعدات. بعض وظائف المعدات هي:
مجموعة البطارية
عندما يكون هناك ضوء (سواء كان ضوء الشمس أو الضوء المتولد عن الإنارة الأخرى) ، تمتص البطارية الطاقة الضوئية ، ويحدث تراكم شحنات الإشارة المعاكسة على طرفي البطارية ، أي يتم إنشاء "جهد ضوئي" ، وهو "التأثير الكهروضوئي". تحت تأثير التأثير الكهروضوئي ، يولد طرفا الخلية الشمسية قوة دافعة كهربائية ، والتي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية ، وهي عبارة عن جهاز لتحويل الطاقة. الخلايا الشمسية بشكل عام هي خلايا سيليكون ، والتي تنقسم إلى ثلاثة أنواع: الخلايا الشمسية أحادية البلورية ، والخلايا الشمسية من السيليكون متعدد البلورات ، وخلايا السيليكون الشمسية غير المتبلورة.
علبة بطاريات
وتتمثل وظيفتها في تخزين الطاقة الكهربائية المنبعثة من مجموعة الخلايا الشمسية عندما تكون مضاءة وتزويد الطاقة للحمل في أي وقت. المتطلبات الأساسية لحزمة البطارية المستخدمة في توليد طاقة الخلايا الشمسية هي: أ. معدل التفريغ الذاتي المنخفض ب. عمر خدمة طويل ج. قدرة قوية على التفريغ العميق ؛ د. كفاءة شحن عالية ه. صيانة أقل أو صيانة أقل ؛ F. درجة حرارة العمل على نطاق واسع ؛ ز. سعر منخفض.
مراقب
إنه جهاز يمكنه تلقائيًا منع البطارية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد. نظرًا لأن عدد دورات الشحن والتفريغ وعمق تفريغ البطارية من العوامل المهمة في تحديد عمر خدمة البطارية ، فإن جهاز التحكم في الشحن والتفريغ الذي يمكنه التحكم في الشحن الزائد أو التفريغ الزائد لحزمة البطارية هو جهاز أساسي.
العاكس
جهاز يحول التيار المباشر إلى التيار المتردد. نظرًا لأن الخلايا والبطاريات الشمسية هي مصادر طاقة تيار مستمر ،
عندما يكون الحمل عبارة عن حمل تيار متردد ، يكون العاكس ضروريًا. وفقًا لوضع التشغيل ، يمكن تقسيم العاكسات إلى محولات تشغيل مستقلة ومحولات متصلة بالشبكة. تُستخدم العواكس المستقلة في أنظمة طاقة الخلايا الشمسية المستقلة لتشغيل الأحمال المستقلة. تُستخدم المحولات المتصلة بالشبكة لأنظمة توليد الطاقة بالخلايا الشمسية المتصلة بالشبكة. يمكن تقسيم العاكس إلى عاكس موجة مربعة وعاكس موجة جيبية وفقًا لشكل الموجة الناتج. يحتوي عاكس الموجة المربعة على دائرة بسيطة وتكلفة منخفضة ، ولكن يحتوي على مكون متناسق كبير. يتم استخدامه بشكل عام في الأنظمة التي تقل عن عدة مئات من واط ومتطلبات توافقية منخفضة. محولات الموجة الجيبية باهظة الثمن ، ولكن يمكن تطبيقها على أحمال مختلفة.
4. تصنيف النظام
ينقسم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية إلى نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المستقل ، ونظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة ونظام توليد الطاقة الكهروضوئية الموزع.
1. يسمى توليد الطاقة الكهروضوئية المستقل أيضًا توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة. وهي تتكون أساسًا من مكونات الخلايا الشمسية ووحدات التحكم والبطاريات. لتزويد حمل التيار المتردد بالطاقة ، يجب تكوين محول التيار المتردد. تشمل محطات الطاقة الكهروضوئية المستقلة أنظمة إمداد الطاقة في القرى في المناطق النائية ، وأنظمة إمداد الطاقة الشمسية المنزلية ، وإمدادات طاقة إشارات الاتصالات ، والحماية الكاثودية ، وأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية وأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الأخرى باستخدام البطاريات التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل.
2. يعني توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة أن التيار المباشر المتولد عن الوحدات الشمسية يتم تحويله إلى تيار متناوب يلبي متطلبات الشبكة الرئيسية من خلال العاكس المتصل بالشبكة ثم توصيله مباشرة بالشبكة العامة.
يمكن تقسيمها إلى أنظمة توليد طاقة متصلة بالشبكة مع أو بدون بطاريات. نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة مع البطارية قابل للجدولة ويمكن دمجه أو سحبه من شبكة الطاقة وفقًا للاحتياجات. كما أن لديها وظيفة إمداد الطاقة الاحتياطية ، والتي يمكن أن توفر مصدر طاقة طارئ عند انقطاع شبكة الطاقة لسبب ما. غالبًا ما يتم تثبيت أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة بالبطاريات في المباني السكنية ؛ لا تحتوي أنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة بدون بطاريات على وظائف التوزيع والطاقة الاحتياطية ، ويتم تثبيتها عمومًا على أنظمة أكبر. يحتوي توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة على محطات طاقة كهروضوئية مركزية واسعة النطاق متصلة بالشبكة ، والتي تعد عمومًا محطات طاقة على المستوى الوطني. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من محطات الطاقة لم يتطور كثيرًا بسبب استثماراته الكبيرة وفترة البناء الطويلة والمساحة الكبيرة. تعد الخلايا الكهروضوئية الموزعة على نطاق صغير والمتصلة بالشبكة ، وخاصة توليد الطاقة الكهروضوئية المتكاملة للمباني الكهروضوئية ، هي التيار الرئيسي لتوليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة بسبب مزايا الاستثمار الصغير ، والبناء السريع ، والبصمة الصغيرة ، ودعم السياسات القوي.
3. يشير نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة ، المعروف أيضًا باسم توليد الطاقة الموزعة أو إمدادات الطاقة الموزعة ، إلى تكوين نظام أصغر لتزويد الطاقة الكهروضوئية في موقع المستخدم أو بالقرب من موقع الطاقة لتلبية احتياجات مستخدمين محددين ودعم التشغيل الاقتصادي لشبكة التوزيع ، أو تلبية متطلبات كلا الجانبين في نفس الوقت.
4. تشتمل المعدات الأساسية لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة على مكونات الخلايا الكهروضوئية ، وأقواس المصفوفة الكهروضوئية المربعة ، وصناديق تجميع التيار المستمر ، وخزانات توزيع الطاقة بالتيار المستمر ، والعاكسات المتصلة بالشبكة ، وخزانات توزيع طاقة التيار المتردد وغيرها من المعدات ، فضلاً عن نظام إمداد الطاقة. أجهزة المراقبة وجهاز المراقبة البيئية. وضع التشغيل الخاص به هو أنه في ظل حالة الإشعاع الشمسي ، تقوم مجموعة وحدة الخلايا الشمسية لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية بتحويل الطاقة الكهربائية الناتجة من الطاقة الشمسية ، وترسلها إلى خزانة توزيع الطاقة DC من خلال صندوق تجميع التيار المستمر ، والشبكة - يقوم العاكس المتصل بتحويله إلى مصدر طاقة تيار متردد. يتم تحميل المبنى نفسه ، ويتم تنظيم الكهرباء الزائدة أو غير الكافية عن طريق الاتصال بالشبكة.
5. مزايا وعيوب
بالمقارنة مع أنظمة توليد الطاقة شائعة الاستخدام ، تنعكس مزايا توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية بشكل أساسي في:
تسمى الطاقة الشمسية الطاقة الجديدة الأكثر مثالية. ① لا يوجد خطر النضوب. آمنة وموثوقة ، لا ضوضاء ، لا تصريف تلوث ، نظيفة تمامًا (لا تلوث) ؛ ③ لا يقتصر على التوزيع الجغرافي للموارد ، ويمكن الاستفادة من مزايا أسطح المباني ؛ ④ لا حاجة لاستهلاك الوقود وإقامة خطوط نقل توليد الطاقة المحلية وإمدادات الطاقة ؛ ⑤ جودة عالية للطاقة ؛ ⑥ يسهل قبول المستخدمين عاطفياً ؛ - فترة البناء قصيرة ، والوقت المستغرق للحصول على الطاقة قصير.
عيب:
① كثافة توزيع الطاقة للإشعاع صغيرة ، أي أنها تشغل مساحة كبيرة ؛ ترتبط الطاقة التي يتم الحصول عليها بالفصول الأربعة ، ليلا ونهارا ، غائم ومشمس وظروف جوية أخرى. استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء له تكاليف عالية للمعدات ، ولكن معدل استخدام الطاقة الشمسية منخفض ، لذلك لا يمكن استخدامها على نطاق واسع. يتم استخدامه بشكل أساسي في بعض البيئات الخاصة ، مثل الأقمار الصناعية.
6. مجالات التطبيق
1. مصدر طاقة شمسية للمستخدم: (1) مصدر طاقة صغير يتراوح من 10-100 W ، يُستخدم في المناطق النائية بدون كهرباء مثل الهضاب والجزر والمناطق الرعوية والمراكز الحدودية والكهرباء العسكرية والمدنية الأخرى ، مثل الإضاءة ، والتلفزيون ، ومسجلات الأشرطة ، وما إلى ذلك ؛ (2) 3 -5 KW نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة المنزلية على السطح ؛ (3) مضخة المياه الكهروضوئية: تحل مشكلة شرب وري الآبار العميقة في المناطق الخالية من الكهرباء.
2. مجالات المرور مثل أضواء الملاحة ، وإشارات إشارات المرور / السكك الحديدية ، وإشارات إشارات / تحذير حركة المرور ، وأضواء شوارع Yuxiang ، وأضواء العوائق عالية الارتفاع ، وأكشاك الهاتف اللاسلكي للسكك الحديدية / الطرق السريعة ، وإمدادات الطاقة غير المراقب على الطريق ، وما إلى ذلك.
3. مجال الاتصالات / الاتصالات: محطة ترحيل الموجات الدقيقة الشمسية غير المراقبة ، ومحطة صيانة الكابلات الضوئية ، ونظام الإمداد بالطاقة / البث / الاتصال / الاستدعاء ؛ نظام الخلايا الكهروضوئية للهاتف الريفي ، آلة الاتصالات الصغيرة ، مصدر طاقة GPS للجنود ، إلخ.
4. المجالات البترولية والبحرية والجوية: نظام الطاقة الشمسية للحماية الكاثودية لأنابيب النفط وبوابات الخزانات ، وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ لمنصات التنقيب عن النفط ، ومعدات الكشف البحرية ، ومعدات الرصد الجوي / الهيدرولوجي ، إلخ.
5. مصدر الطاقة للمصابيح المنزلية: مثل مصابيح الحديقة ، ومصابيح الشوارع ، والمصابيح المحمولة ، ومصابيح التخييم ، ومصابيح تسلق الجبال ، ومصابيح الصيد ، ومصابيح الإضاءة السوداء ، ومصابيح التنصت ، والمصابيح الموفرة للطاقة ، إلخ.
6. محطة الطاقة الكهروضوئية: 10KW -50 محطة طاقة كهروضوئية مستقلة ، محطة طاقة تكميلية رياح - شمسية (ديزل) ، العديد من محطات شحن محطات وقوف السيارات الكبيرة ، إلخ.
7. تجمع المباني الشمسية بين توليد الطاقة الشمسية ومواد البناء لتمكين المباني الكبيرة في المستقبل من تحقيق الاكتفاء الذاتي في مجال الكهرباء ، وهو اتجاه تنموي رئيسي في المستقبل.
8. المجالات الأخرى تشمل: (1) المطابقة مع السيارات: السيارات الشمسية / السيارات الكهربائية ، معدات شحن البطاريات ، مكيفات هواء السيارات ، مراوح التهوية ، صناديق المشروبات الباردة ، إلخ ؛ (2) أنظمة توليد الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين الشمسي وخلايا الوقود ؛ (3) إمدادات الطاقة معدات تحلية مياه البحر. (4) الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ومحطات الطاقة الشمسية الفضائية ، إلخ.