Sullo sfondo della transizione energetica globale, le centrali fotovoltaiche, in quanto portatore principale della generazione di energia solare, stanno sviluppando rapidamente e diventando una forza chiave per promuovere l'utilizzo delle energie rinnovabili. Comprendere i principi tecnici, la composizione del sistema e le tendenze di sviluppo future delle centrali fotovoltaiche è di grande significato per afferrare la direzione della trasformazione energetica e promuovere il progresso industriale.
1 Principi tecnici delle centrali fotovoltaiche
La generazione di energia di centrali fotovoltaiche si basa sull'effetto fotovoltaico, che è stato scoperto dallo scienziato francese Edmund Becherel nel 1839. Quando la luce solare brilla su celle solari realizzate con materiali a semiconduttore, i fotoni interagiscono con gli elettroni nel semiconduttore. L'energia dei fotoni viene assorbita dagli elettroni, permettendo loro di guadagnare abbastanza energia per liberarsi dai vincoli degli atomi, producendo così coppie di fori di elettroni. Sotto l'azione del campo elettrico incorporato nella giunzione PN di un semiconduttore, gli elettroni e i fori si muovono in direzioni opposte, formando una corrente. Più celle solari sono combinate in serie e parallele per formare moduli di celle solari, aumentando ulteriormente la tensione e la corrente e raggiungendo la produzione di energia elettrica su larga scala.
Le prime celle solari avevano una bassa efficienza di conversione e costi elevati, che limitavano la loro applicazione diffusa. Ma con il continuo progresso della scienza dei materiali e della tecnologia di produzione, le celle solari di silicio cristalline rappresentate dal silicio monocristallino e dal silicio policristallino sono gradualmente diventati mainstream. Le cellule di silicio monocristalline, con i loro materiali di silicio di alta purezza, possono ottenere un'efficienza di conversione di oltre il 25%; Sebbene le cellule di silicio policristallino siano leggermente inferiori nella purezza, la loro efficienza di conversione può comunque raggiungere il 20% -23% attraverso processi di produzione ottimizzati. Negli ultimi anni, le celle solari di perovskite emergenti si sono sviluppate rapidamente, con l'efficienza di conversione di laboratorio superiore al 25%, dimostrando un enorme potenziale di sviluppo.
2 Composizione del sistema della centrale fotovoltaica
(1) Unità di generazione di energia: lavoro collaborativo dei componenti di base
I moduli a celle solari sono il nucleo delle unità di generazione di energia fotovoltaica. Questi componenti possono essere classificati in diversi tipi in base a diversi scenari e requisiti di applicazione. Nelle centrali fotovoltaiche a terra su larga scala, vengono spesso utilizzati moduli di silicio policristallino con alta potenza e buona stabilità; Nei progetti fotovoltaici distribuiti come tetti commerciali e fotovoltaici residenziali, i moduli di silicio monocristallino sono fortemente favoriti grazie alle loro piccole dimensioni e ad alta efficienza. I componenti sono installati in posizioni specifiche attraverso parentesi per ricevere la luce solare all'angolo ottimale.
La scatola combiner svolge un ruolo nella raccolta e nella distribuzione della corrente. La corrente continua generata da più moduli di celle solari è collegata a una scatola di combinatore tramite cavi. La scatola del combinatore aggrega più correnti dirette e monitor e protegge ogni corrente. Successivamente, la potenza DC viene trasmessa all'inverter attraverso il mobile di distribuzione DC.
(2) Unità di controllo e conversione: garantire la qualità dell'alimentazione e il funzionamento collegato alla griglia
L'inverter è una delle attrezzature chiave nelle centrali fotovoltaiche, che converte la corrente continua in corrente alternata che soddisfa i requisiti della rete elettrica. Le prestazioni degli inverter influenzano direttamente l'efficienza della generazione di energia e la qualità di potenza delle centrali fotovoltaiche. Gli inverter moderni adottano la tecnologia di controllo digitale avanzata e hanno la funzione di tracciamento dei punti di potenza massima (MPPT), che può regolare lo stato di lavoro dei moduli di celle solari in tempo reale per essere sempre nello stato di potenza massima. Allo stesso tempo, l'inverter può anche filtrare e stabilizzare la potenza CA di uscita per garantire che la qualità di alimentazione soddisfi gli standard di accesso alla rete.
Oltre all'inverter, il sistema di monitoraggio è anche un componente importante dell'unità di controllo e di conversione. Attraverso i sensori e i dispositivi di acquisizione dei dati, il sistema di monitoraggio monitora lo stato di funzionamento in tempo reale di varie apparecchiature nella stazione di alimentazione fotovoltaica, tra cui la temperatura dei componenti, la tensione, la corrente, i parametri di lavoro inverter, ecc. Questi dati vengono trasmessi nella stanza del monitoraggio centrale e il personale di gestione.
(3) Unità di accumulo di energia: risoluzione del problema intermittente della generazione di energia fotovoltaica
Al fine di risolvere i problemi intermittenti e fluttuanti della generazione di energia fotovoltaica, l'applicazione di unità di accumulo di energia nelle centrali fotovoltaiche sta diventando sempre più diffusa. Le tecnologie comuni di conservazione dell'energia comprendono batterie al piombo-acido, batterie agli ioni di litio e batterie a flusso. Le batterie a ioni di litio sono diventate la scelta tradizionale per lo stoccaggio di energia nelle centrali fotovoltaiche a causa della loro alta densità di energia, un'elevata efficienza di ricarica e scarica e una lunga durata del ciclo.
Quando c'è una luce solare sufficiente durante il giorno, l'elettricità in eccesso generata dalle centrali fotovoltaiche viene immagazzinata nelle batterie di accumulo di energia; Di notte o in caso di luce insufficiente, la batteria di accumulo di energia rilascia energia elettrica per garantire una fornitura stabile di elettricità. Le unità di accumulo di energia possono anche partecipare a servizi ausiliari come la rasatura di picco e la regolazione della rete elettrica, migliorando la stabilità e l'affidabilità della rete elettrica.
3 La tendenza allo sviluppo delle centrali fotovoltaiche
(1) L'innovazione tecnologica guida il miglioramento dell'efficienza e la riduzione dei costi
In futuro, la tecnologia delle stazioni elettriche fotovoltaiche si svilupperà verso un maggiore efficienza e un costo inferiore. In termini di tecnologia della batteria, le celle solari perovskite dovrebbero raggiungere applicazioni industriali su larga scala, migliorando ulteriormente l'efficienza della generazione di energia delle centrali fotovoltaiche. Nel frattempo, migliorando i processi di produzione e ottimizzando la progettazione dei componenti, il costo di produzione dei moduli fotovoltaici può essere ridotto. In termini di tecnologia inverter, l'applicazione di nuove strutture di topologia e dispositivi di potenza migliorerà l'efficienza di conversione e l'affidabilità degli inverter e ridurrà i costi di funzionamento e manutenzione.
(2) sviluppo collaborativo distribuito e centralizzato
Le centrali elettriche fotovoltaiche distribuite si sono sviluppate rapidamente negli ultimi anni a causa dei loro vantaggi di essere vicini agli utenti, costruzione flessibile e consumo in loco. In futuro, i fotovoltaici distribuiti si sviluppano in sinergia con centrali elettriche fotovoltaiche. Nelle aree urbane e commerciali, i fotovoltaici distribuiti utilizzeranno pienamente spazi come la costruzione di tetti e pareti per raggiungere la produzione e il consumo di energia vicini; Nelle aree remote con abbondanti risorse di energia solare, le centrali centralizzate delle centrali fotovoltaiche continueranno a sfruttare i loro vantaggi in scala per fornire energia pulita su larga scala per la rete elettrica. Allo stesso tempo, attraverso la tecnologia della griglia intelligente, è possibile ottenere l'interconnessione tra le centrali fotovoltaiche fotovoltaiche e centralizzate distribuite, ottimizzando l'allocazione delle risorse energetiche.
(3) Sviluppo integrato con altri settori
Le centrali elettriche fotovoltaiche saranno profondamente integrate con industrie come l'agricoltura, la pesca e la zootecnia, che formano modelli di sviluppo innovativi come "complementarità fotovoltaica agricola", "complementarity fotovoltaica della pesca" e "complementarity per la complementarity per la complementarizzazione fotovoltaica della pesca". Nella modalità "Agricultural Photovoltaic Complementary", i moduli fotovoltaici sono installati sopra i terreni agricoli e il terreno sottostante può continuare ad essere utilizzato per la semina agricola, ottenendo un efficiente utilizzo delle risorse del suolo; Il modello "Fishery Photovoltaic Complementary" prevede la costruzione di centrali fotovoltaiche sulla superficie degli stagni di pesce, l'acquacoltura sottomarina e l'aumento del reddito globale per unità di terra. Questo modello di sviluppo di integrazione industriale non solo amplia gli scenari di applicazione delle centrali fotovoltaiche, ma promuove anche lo sviluppo verde e sostenibile delle industrie correlate.