La production d'énergie photovoltaïque est une technologie qui convertit directement l'énergie lumineuse en énergie électrique en utilisant l'effet photovoltaïque de l'interface semi-conductrice. L'élément clé de cette technologie est la cellule solaire. Une fois les cellules solaires connectées en série, elles peuvent être emballées et protégées pour former un module de cellules solaires de grande surface, puis combinées avec des contrôleurs de puissance et d'autres composants pour former un dispositif de production d'énergie photovoltaïque.
1 Effet photovoltaïque
Si la lumière frappe une cellule solaire et que la lumière est absorbée au niveau de la couche d'interface, les photons avec une énergie suffisante peuvent exciter les électrons des liaisons covalentes dans le silicium de type P et de type N, résultant en des paires électron-trou. Les électrons et les trous proches de la couche d'interface seront séparés les uns des autres par l'effet de champ électrique des charges d'espace avant recombinaison. Les électrons se déplacent vers la région N chargée positivement et les trous vers la région P chargée négativement. La séparation des charges à travers la couche d'interface générera une tension mesurable vers l'extérieur entre les régions P et N. A ce moment, des électrodes peuvent être ajoutées des deux côtés de la plaquette de silicium et connectées à un voltmètre. Pour les cellules solaires en silicium cristallin, la valeur typique de la tension en circuit ouvert est de 0.5 à 0.6V. Plus il y a de paires électron-trou générées par la lumière sur la couche d'interface, plus le flux de courant est important. Plus l'énergie lumineuse absorbée par la couche d'interface est importante, plus la couche d'interface est grande, c'est-à-dire la surface de la cellule, et plus le courant formé dans la cellule solaire est important.
2. Principe
La lumière du soleil brille sur la jonction pn du semi-conducteur pour former une nouvelle paire trou-électron. Sous l'action du champ électrique de la jonction pn, les trous circulent de la région n vers la région p, et les électrons circulent de la région p vers la région n. Une fois le circuit allumé, un courant se forme. C'est ainsi que fonctionnent les cellules solaires à effet photoélectrique.
Il existe deux manières de générer de l'énergie solaire, l'une est la conversion lumière-chaleur-électricité et l'autre est la conversion directe lumière-électricité.
(1) La méthode de conversion lumière-chaleur-électricité génère de l'électricité en utilisant l'énergie thermique générée par le rayonnement solaire. Généralement, le capteur solaire convertit l'énergie thermique absorbée en vapeur du milieu de travail, puis entraîne la turbine à vapeur pour générer de l'électricité. Le premier procédé est un procédé de conversion lumière-chaleur ; ce dernier processus est un processus de conversion de chaleur en électricité, qui est le même que la production d'énergie thermique ordinaire. L'inconvénient de la production d'énergie solaire thermique est que l'efficacité est très faible et le coût est élevé. On estime que son investissement est au moins supérieur à celui de la production d'énergie thermique ordinaire. Les centrales électriques sont 5 à 10 fois plus chères.
(2) Méthode de conversion directe lumière-électricité Cette méthode utilise l'effet photoélectrique pour convertir directement l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique. Le dispositif de base pour la conversion de la lumière en électricité est les cellules solaires. Une cellule solaire est un appareil qui convertit directement l'énergie solaire en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque. C'est une photodiode à semi-conducteur. Lorsque le soleil brille sur la photodiode, la photodiode convertit l'énergie lumineuse du soleil en énergie électrique et génère de l'électricité. courant. Lorsque de nombreuses cellules sont connectées en série ou en parallèle, cela peut devenir un réseau de cellules solaires avec une puissance de sortie relativement importante. Les cellules solaires sont un nouveau type prometteur de source d'énergie avec trois avantages majeurs : permanence, propreté et flexibilité. Les cellules solaires ont une longue durée de vie. Tant que le soleil existe, les cellules solaires peuvent être utilisées pendant longtemps avec un seul investissement ; et l'énergie thermique, la production d'énergie nucléaire. En revanche, les cellules solaires ne causent pas de pollution environnementale.
3. Composition du système
Le système de production d'énergie photovoltaïque est composé de réseaux de cellules solaires, de batteries, de contrôleurs de charge et de décharge, d'onduleurs, d'armoires de distribution d'alimentation CA, de systèmes de contrôle de suivi du soleil et d'autres équipements. Certaines de ses fonctions d'équipement sont:
réseau de batteries
Lorsqu'il y a de la lumière (qu'il s'agisse de la lumière du soleil ou de la lumière générée par d'autres illuminants), la batterie absorbe l'énergie lumineuse et l'accumulation de charges de signal opposé se produit aux deux extrémités de la batterie, c'est-à-dire qu'une "tension photogénérée" est générée, qui est "l'effet photovoltaïque". Sous l'action de l'effet photovoltaïque, les deux extrémités de la cellule solaire génèrent une force électromotrice, qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique, qui est un dispositif de conversion d'énergie. Les cellules solaires sont généralement des cellules au silicium, qui sont divisées en trois types : les cellules solaires au silicium monocristallin, les cellules solaires au silicium polycristallin et les cellules solaires au silicium amorphe.
Batterie
Sa fonction est de stocker l'énergie électrique émise par le champ de cellules solaires lorsqu'il est éclairé et d'alimenter la charge à tout moment. Les exigences de base pour le bloc-batterie utilisé dans la production d'énergie par cellules solaires sont les suivantes : a. faible taux d'autodécharge ; b. longue durée de vie; c. forte capacité de décharge profonde ; ré. haute efficacité de charge ; e. moins d'entretien ou sans entretien ; F. température de travail Large plage ; g. bas prix.
Manette
C'est un appareil qui peut automatiquement empêcher la batterie de se surcharger et de se décharger excessivement. Étant donné que le nombre de cycles de charge et de décharge et la profondeur de décharge de la batterie sont des facteurs importants pour déterminer la durée de vie de la batterie, un contrôleur de charge et de décharge capable de contrôler la surcharge ou la décharge excessive de la batterie est un dispositif essentiel.
Onduleur
Appareil qui convertit le courant continu en courant alternatif. Étant donné que les cellules solaires et les batteries sont des sources d'alimentation en courant continu,
Lorsque la charge est une charge AC, un onduleur est indispensable. Selon le mode de fonctionnement, les onduleurs peuvent être divisés en onduleurs à fonctionnement indépendant et en onduleurs connectés au réseau. Les onduleurs autonomes sont utilisés dans les systèmes d'alimentation à cellules solaires autonomes pour alimenter des charges autonomes. Les onduleurs connectés au réseau sont utilisés pour les systèmes de production d'énergie à cellules solaires connectés au réseau. L'onduleur peut être divisé en onduleur à onde carrée et onduleur à onde sinusoïdale en fonction de la forme d'onde de sortie. L'onduleur à onde carrée a un circuit simple et peu coûteux, mais a une grande composante harmonique. Il est généralement utilisé dans les systèmes inférieurs à plusieurs centaines de watts et avec de faibles exigences en matière d'harmoniques. Les onduleurs sinusoïdaux sont chers, mais peuvent être appliqués à diverses charges.
4. Classement du système
Le système de production d'énergie photovoltaïque est divisé en un système de production d'énergie photovoltaïque indépendant, un système de production d'énergie photovoltaïque connecté au réseau et un système de production d'énergie photovoltaïque distribué.
1. La production d'énergie photovoltaïque indépendante est également appelée production d'énergie photovoltaïque hors réseau. Il est principalement composé de composants de cellules solaires, de contrôleurs et de batteries. Pour alimenter la charge CA, un onduleur CA doit être configuré. Les centrales photovoltaïques indépendantes comprennent les systèmes d'alimentation électrique des villages dans les zones reculées, les systèmes d'alimentation solaire domestique, les alimentations de signaux de communication, la protection cathodique, les lampadaires solaires et d'autres systèmes de production d'énergie photovoltaïque avec des batteries pouvant fonctionner de manière indépendante.
2. La production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau signifie que le courant continu généré par les modules solaires est converti en courant alternatif qui répond aux exigences du réseau électrique via l'onduleur connecté au réseau, puis directement connecté au réseau public.
Il peut être divisé en systèmes de production d'électricité connectés au réseau avec et sans batteries. Le système de production d'électricité connecté au réseau avec batterie est programmable et peut être intégré ou retiré du réseau électrique en fonction des besoins. Il a également la fonction d'alimentation de secours, qui peut fournir une alimentation de secours lorsque le réseau électrique est coupé pour une raison quelconque. Les systèmes de production d'électricité photovoltaïques connectés au réseau avec batteries sont souvent installés dans des bâtiments résidentiels; les systèmes de production d'électricité connectés au réseau sans batteries n'ont pas les fonctions de dispatchabilité et d'alimentation de secours, et sont généralement installés sur des systèmes plus importants. La production d'électricité photovoltaïque connectée au réseau a centralisé de grandes centrales photovoltaïques connectées au réseau, qui sont généralement des centrales électriques de niveau national. Cependant, ce type de centrale électrique ne s'est pas beaucoup développé en raison de son investissement important, de sa longue période de construction et de sa grande surface. Le photovoltaïque distribué à petite échelle connecté au réseau, en particulier la production d'énergie photovoltaïque intégrée au bâtiment photovoltaïque, est le courant dominant de la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau en raison des avantages d'un faible investissement, d'une construction rapide, d'une faible empreinte et d'un soutien politique solide.
3. Le système de production d'énergie photovoltaïque distribué, également appelé production d'énergie distribuée ou alimentation en énergie distribuée, fait référence à la configuration d'un système d'alimentation photovoltaïque plus petit sur le site de l'utilisateur ou à proximité du site d'alimentation pour répondre aux besoins d'utilisateurs spécifiques et soutenir l'existant. fonctionnement économique du réseau de distribution, ou répondre aux exigences des deux aspects en même temps.
4. L'équipement de base du système de production d'énergie photovoltaïque distribué comprend des composants de cellules photovoltaïques, des supports de réseau carré photovoltaïque, des boîtiers de combinaison CC, des armoires de distribution d'alimentation CC, des onduleurs connectés au réseau, des armoires de distribution d'alimentation CA et d'autres équipements, ainsi qu'un système d'alimentation dispositifs de surveillance et dispositif de surveillance de l'environnement. Son mode de fonctionnement est que dans des conditions de rayonnement solaire, le réseau de modules de cellules solaires du système de production d'énergie photovoltaïque convertit l'énergie électrique de sortie de l'énergie solaire et l'envoie à l'armoire de distribution d'alimentation CC via le boîtier de combinaison CC et le réseau -l'onduleur connecté le convertit en alimentation secteur. Le bâtiment lui-même est chargé et l'électricité excédentaire ou insuffisante est régulée en se connectant au réseau.
5. Avantages et inconvénients
Par rapport aux systèmes de production d'électricité couramment utilisés, les avantages de la production d'énergie solaire photovoltaïque se reflètent principalement dans :
L'énergie solaire est appelée la nouvelle énergie la plus idéale. ①Aucun danger d'épuisement ; ② Sûr et fiable, pas de bruit, pas de rejet de pollution, absolument propre (pas de pollution) ; ③Il n'est pas limité par la répartition géographique des ressources et les avantages de la construction de toits peuvent être utilisés ; ④Pas besoin de consommer du carburant et d'ériger des lignes de transmission Production d'électricité locale et alimentation électrique ; ⑤Haute qualité énergétique ; ⑥Les utilisateurs sont faciles à accepter émotionnellement ; ⑦La période de construction est courte et le temps nécessaire pour obtenir de l'énergie est court.
défaut:
①La densité de distribution d'énergie de l'irradiation est faible, c'est-à-dire qu'elle occupe une surface énorme ; ②L'énergie obtenue est liée aux quatre saisons, jour et nuit, nuageux et ensoleillé et autres conditions météorologiques. L'utilisation de l'énergie solaire pour produire de l'électricité a des coûts d'équipement élevés, mais le taux d'utilisation de l'énergie solaire est faible, de sorte qu'elle ne peut pas être largement utilisée. Il est principalement utilisé dans certains environnements spéciaux, tels que les satellites.
6. Domaines d'application
1. Alimentation solaire de l'utilisateur : (1) Petite alimentation allant de 10-100 W, utilisée dans les zones reculées sans électricité telles que les plateaux, les îles, les zones pastorales, les postes frontaliers et toute autre électricité de la vie militaire et civile, telle que l'éclairage , TV, magnétophones, etc. ; (2) 3 -5Système de production d'électricité domestique connecté au réseau sur le toit ; (3) Pompe à eau photovoltaïque : résout le problème de l'abreuvement et de l'irrigation des puits profonds dans les zones sans électricité.
2. Champs de circulation tels que les feux de navigation, les feux de signalisation routière/ferroviaire, les feux de signalisation/d'avertissement de circulation, les lampadaires Yuxiang, les feux d'obstacle à haute altitude, les cabines téléphoniques sans fil pour autoroute/chemin de fer, l'alimentation électrique sans surveillance, etc.
3. Domaine de communication/communication : station de relais solaire à micro-ondes sans surveillance, station de maintenance de câble optique, système d'alimentation de diffusion/communication/messagerie ; système photovoltaïque de téléphone de transporteur rural, petite machine de communication, alimentation GPS pour les soldats, etc.
4. Domaines pétrolier, marin et météorologique : système solaire de protection cathodique pour oléoducs et vannes de réservoir, alimentation électrique de vie et de secours pour plates-formes de forage pétrolier, équipements de détection marine, équipements d'observation météorologique/hydrologique, etc.
5. Alimentation électrique pour lampes domestiques: telles que lampes de jardin, lampadaires, lampes portables, lampes de camping, lampes d'alpinisme, lampes de pêche, lampes à lumière noire, lampes à tarauder, lampes à économie d'énergie, etc.
6. Centrale photovoltaïque : centrale photovoltaïque indépendante de 10KW-50MW, centrale électrique complémentaire éolienne-solaire (diesel), diverses stations de recharge de grandes installations de stationnement, etc.
7. Les bâtiments solaires combinent la production d'énergie solaire avec des matériaux de construction pour permettre aux grands bâtiments à l'avenir d'atteindre l'autosuffisance en électricité, ce qui est une direction de développement majeure à l'avenir.
8. D'autres domaines comprennent : (1) Appariement avec les automobiles : véhicules solaires/véhicules électriques, équipement de charge de batterie, climatiseurs automobiles, ventilateurs, boîtes à boissons froides, etc. ; (2) systèmes de génération d'énergie régénérative pour la production d'hydrogène solaire et les piles à combustible; (3) alimentation électrique de l'équipement de dessalement d'eau de mer ; (4) Satellites, engins spatiaux, centrales solaires spatiales, etc.