Podstawowy system wspierający do wytwarzania energii fotowoltaicznej

W fali globalnej transformacji energetycznej wytwarzanie energii fotowoltaicznej stało się ważną formą nowej energii ze względu na czyste i odnawialne zalety. Jako podstawowe wsparcie wytwarzania energii fotowoltaicznej, system wsporników fotowoltaicznych jest kluczem do osiągnięcia wydajnego wytwarzania energii. Kompletny system wsporników fotowoltaicznych nie jest jednym urządzeniem, ale organiczna całość złożona z wielu elementów rdzeniowych, takich jak panele fotowoltaiczne, falowniki, akumulatory, wsporniki i kable współpracujące. Każdy komponent podejmuje niezbędną funkcję, łącznie tworząc kompletny łańcuch od przechwytywania energii światła, konwersja, magazynowanie do transmisji mocy.

Falownik jest „Power Converter ” systemu fotowoltaicznego i kluczowym urządzeniem łączącym panele fotowoltaiczne z siatką mocy lub obciążeń. Ponieważ energia elektryczna wytwarzana przez panele fotowoltaiczne jest prądem stałym, podczas gdy elektryczność gospodarstwa domowego, elektryczność przemysłowa i przekładnia sieci energetycznej są prądem naprzemiennym, podstawową funkcją falownika jest wydajne przekształcenie wyjściowej prądu stałego przez panele fotowoltaiczne na prąd przemienny, który spełnia standardy sieci. Według różnych scenariuszy aplikacji falowniki można podzielić na trzy kategorie: scentralizowane falowniki, falowniki smyczkowe i mikro-inwerter. Scentralizowane falowniki nadają się do dużych stacji mocy fotowoltaicznej, z zaletami wysokiej mocy i niskich kosztów, ale są wrażliwe na lokalne cienie. Fydry strunowe mogą wykonywać maksymalne śledzenie punktów mocy (MPPT) dla każdego sznurka fotowoltaicznego, który może skutecznie zmniejszyć straty wytwarzania energii spowodowane przez okluzję cienia i są szeroko stosowane w przemysłowych i komercyjnych rozproszonych stacjach energetycznych. Mikro-inwersyry są instalowane bezpośrednio na każdym panelu fotowoltaicznym, aby zrealizować niezależną konwersję i monitorowanie pojedynczego panelu fotowoltaicznego, który znacznie poprawia wydajność wytwarzania energii i niezawodność systemu, i nadaje się do domowych scenariuszy fotowoltaicznych lub złożonych dachów. Ponadto wysokiej jakości falowniki pełnią również funkcje bezpieczeństwa, takie jak ochrona nad przepięciem, ochrona nadprądu i ochrona efektów wyspowych, służą jako „ochroniarz bezpieczeństwa”, aby zapewnić stabilne działanie systemu.

Jako „bank energii” systemu fotowoltaicznego baterie odgrywają ważną rolę w magazynowaniu energii, co jest niezbędne, szczególnie w systemach fotowoltaicznych lub scenariuszach poza siecią, w których wymagane jest supresja fluktuacji wyjściowej. Ich podstawową funkcją jest przechowywanie nadmiaru energii elektrycznej wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne, gdy jest wystarczająca ilość światła słonecznego i uwolnienie go, gdy jest niewystarczające światło słoneczne lub w nocy, zapewniając ciągłość i stabilność zasilania. Obecnie wspólne rodzaje akumulatorów stosowane w magazynie energii fotowoltaicznej obejmują akumulatory litowe, akumulatory kwasowe i akumulatory wanadowe. Akumulatory litowe stały się wyborem głównego nurtu ze względu na ich zalety wysokiej gęstości energii, długiej żywotności cyklu i wysokiej wydajności ładowania (do ponad 90%). W szczególności akumulatory fosforanu żelaza litowego są bardziej konkurencyjne pod względem bezpieczeństwa i kosztów. Baterie ołowiowe mają dojrzałą technologię i niski koszt, ale mają niską gęstość energii i krótką żywotność usług, co czyni je odpowiednim dla małych systemów poza siecią. Baterie przepływu wanadu mają charakterystykę ultra długiej żywotności cyklu i wysokiego bezpieczeństwa i nadają się do dużych stacji zasilania energii, ale ich koszt jest stosunkowo wysoki. Pojemność i wydajność akumulatorów bezpośrednio wpływają na efekt magazynowania energii w systemie i należy je rozsądnie skonfigurować zgodnie z takimi czynnikami, jak zapotrzebowanie na energię elektryczną i wytwarzanie energii fotowoltaicznej.

Wspornik jest „strukturą szkieletową” systemu fotowoltaicznego, odpowiedzialnego za naprawienie paneli fotowoltaicznych i obsługę ich pod optymalnym kątem instalacji w celu maksymalizacji odbioru światła słonecznego. Jego podstawową rolą jest nie tylko noszenie wagi, ale także poprawa wydajności wytwarzania energii przez panele fotowoltaiczne poprzez optymalizowanie kąta instalacji i orientacji. Zgodnie z różnymi scenariuszami instalacji i metod regulacji wsporniki można podzielić na dwie kategorie: wsporniki stałe i wsporniki śledzenia. Stałe wsporniki mają prostą konstrukcję i niski koszt, ze stałym kątem instalacji, odpowiedni dla obszarów o stabilnych warunkach oświetlenia. Śledzenie wsporników mogą automatycznie śledzić światło słoneczne ze zmianą azymutu i kątu wysokości przez czujniki i urządzenia napędowe, które mogą zwiększyć wytwarzanie energii o 15–30% w porównaniu z ustalonymi wspornikami. Mają jednak stosunkowo wysokie koszty i nieco większe trudności w utrzymaniu i są powszechnie stosowane w dużych podstawowych stacjach energetycznych. Jeśli chodzi o wybór materiałów, wsporniki zwykle przyjmują materiały odporne na pogodę, takie jak stop aluminium i stal ocynkowana, aby dostosować się do złożonych środowisk klimatycznych na zewnątrz i zapewniają stabilność strukturalną systemu w poważnych warunkach, takich jak wiatr, deszcz i śnieg.

Kable, jako „sieć naczyniowa ” systemu fotowoltaicznego, podejmują ważne zadanie przekładni mocy, odpowiedzialne za przesyłanie energii elektrycznej wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne do falowników, akumulatorów i sieci energetycznej. Wydajność kabli fotowoltaicznych bezpośrednio wpływa na wydajność transmisji mocy i bezpieczeństwo systemu, więc istnieją dla nich surowe wymagania techniczne. Po pierwsze, kable muszą mieć doskonałą przewodność, aby zmniejszyć utratę mocy podczas transmisji. Po drugie, ze względu na długoterminową ekspozycję na zewnątrz, muszą mieć takie cechy, jak odporność na wysokie i niskie temperatury, promienie ultrafioletowe, ozon i starzenie się, i być w stanie dostosować się do ekstremalnych środowisk temperaturowych od -40 ℃ do 90 ℃. Ponadto muszą mieć dobrą izolację i wytrzymałość mechaniczną, aby zapobiec zagrożeniom bezpieczeństwa, takim jak zwarcia i wyciek elektryczny. Typowe kable stosowane w systemach fotowoltaicznych obejmują kable DC i kable prądu przemiennego. Kable DC łączą panele fotowoltaiczne do falowników i muszą wytrzymać wysokie napięcia DC; Kable prądu przemiennego łączą falowniki do siatki mocy lub obciążeń i muszą spełniać standardy napięcia prądu przemiennego siatki mocy. Rozsądny wybór specyfikacji kablowych, prawidłowy projekt okablowania i środki ochronne to klucze do zapewnienia wydajnej i bezpiecznej transmisji mocy.

W całym systemie fotowoltaicznym każdy komponent nie istnieje w izolacji, ale tworzy wydajną i współpracującą działającą pętlę zamkniętą poprzez precyzyjną współpracę. Kiedy światło słoneczne napromieniuje panele fotowoltaiczne, panele fotowoltaiczne generują prąd stały poprzez efekt fotoelektryczny. Prąd stały jest przesyłany do falownika przez kable DC. Po przekształceniu go w prąd naprzemiennie, część jest bezpośrednio dostarczana do obciążenia, a druga część nadmiaru energii elektrycznej może być przesyłana do akumulatora w celu przechowywania przez kable lub zintegrowana do sieci zasilającej, aby zapewnić nadwyżkę energii elektrycznej. Wsporniki maksymalizują wydajność przechwytywania energii światła, optymalizując kąt i orientację paneli fotowoltaicznych; Kable zapewniają wydajną transmisję mocy między komponentami i zmniejszają straty.