Smart Design Notes是關(guān)于能源設(shè)計(jì)某些方面的教程。它將成為智能能源設(shè)計(jì)概念一般分析的參考指南。在第一部分,我們將分析光伏系統(tǒng)。
安裝光伏系統(tǒng)可減少電力消耗,并有助于減少向環(huán)境中排放的二氧化碳。最新一代的太陽(yáng)能電池板即使在使用 20 多年后仍能保證良好的質(zhì)量。
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到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射是由太陽(yáng)中所含氫的聚變過(guò)程釋放出的無(wú)限能量來(lái)源。這種能量不會(huì)經(jīng)常到達(dá)地球表面。數(shù)量在一天中因季節(jié)而異,取決于:云量、入射角、場(chǎng)地位置、任何地形和障礙物、氣候條件和表面反射率。一平方米水平面所受到的輻射稱為全局輻射,是直接輻射和漫射輻射之和的結(jié)果。
在傾斜角約為 30° 的朝南表面上獲得最大輻射的總和。以東南或西南方向傾斜 45° 的疊加記錄表明,全球年平均輻射量的減少量不到百分之五 (5)。
圖 1:光伏發(fā)電潛力(來(lái)源:世界銀行集團(tuán))
光伏面板
太陽(yáng)能系統(tǒng)的基本組件是光伏電池,其中發(fā)生太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為電流。
當(dāng)光線擊中構(gòu)成光伏電池的半導(dǎo)體材料薄層(PN 結(jié))時(shí),光子,即構(gòu)成太陽(yáng)光線的能量粒子,將它們的能量傳遞給電子。材料立即開(kāi)始向特定方向移動(dòng),產(chǎn)生 DC;可以添加其他模塊或電池的其他電流,直到它們達(dá)到所需的特定用途所需的功率。
光伏電池以薄而平坦的層連接,或者可以通過(guò)真空技術(shù)將粉碎的材料直接分布在支撐物上而獲得均勻的薄膜。
太陽(yáng)能電池是光伏系統(tǒng)的主要組成部分。每個(gè)電池可以產(chǎn)生三 (3) 到六 (6) 瓦的功率。更多的太陽(yáng)能電池構(gòu)成一個(gè)模塊,更多的模塊構(gòu)成一個(gè)光伏板。
圖 2:光伏組件和電氣連接(來(lái)源:https : //greensunrising.com/info/solar-energy/solar-pv/)
在模塊中,由于不可避免的制造差異,光伏電池并不完全相同,因此并聯(lián)的兩塊電池可能具有不同的電壓。結(jié)果,產(chǎn)生了從較高電壓?jiǎn)卧獕K到較低電壓塊的循環(huán)電流。因此,模塊產(chǎn)生的一部分功率會(huì)在其中消失(失配損耗)。
太陽(yáng)能電池板的功率以峰值瓦特 (Wp) 表示。這是太陽(yáng)能電池板在 25°C 時(shí)提供的功率,其光線類似于太陽(yáng),每平方米的功率為 1000 W。
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸允許您將幾個(gè)面板相互比較:峰值功率較高的面板顯然會(huì)產(chǎn)生更多的電力。最后,可以根據(jù)安裝地點(diǎn)評(píng)估光伏系統(tǒng)的年產(chǎn)量。
設(shè)計(jì)特點(diǎn)
光伏系統(tǒng)連接到配電網(wǎng)的能量規(guī)格,除了經(jīng)濟(jì)可用性外,還考慮以下方面:安裝光伏系統(tǒng)的空間可用性、太陽(yáng)能源的可用性、形態(tài)和環(huán)境因素(陰影)。
用于光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是最大限度地捕獲可用的年度太陽(yáng)輻射。設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)的第一步是選擇光伏板。它取決于各個(gè)制造商提供的規(guī)格,例如性能、尺寸、功率和成本,在選擇使用哪種型號(hào)之前必須針對(duì)市場(chǎng)上的不同型號(hào)進(jìn)行比較。另一個(gè)步驟是定義必須并聯(lián)以產(chǎn)生所需電流的此類面板的數(shù)量,以及必須串聯(lián)以產(chǎn)生所需電壓的面板數(shù)量。
此外,方向是另一個(gè)需要考慮的方面:光伏電池板必須以固定角度(傾斜角)安裝在水平方向(傾斜角度 +/- 15° 的地方緯度會(huì)增加冬季或夏季的能源產(chǎn)量) ,或在太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)上最大限度地提高產(chǎn)量。
在大多數(shù)情況下,光伏發(fā)電機(jī)必須以最佳方式暴露在陽(yáng)光下,優(yōu)先選擇朝南的方向,并避免遮光現(xiàn)象。根據(jù)封裝發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)可能存在的架構(gòu)約束,采用不同的角度以獲得最佳效率。
除了面板之外,還需要選擇逆變器,這是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)性能和成本影響很大的組件。它還可以將面板的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電。逆變器的選擇基于眾多參數(shù),例如轉(zhuǎn)換效率(輸出與輸入功率之比)、輸入電壓、標(biāo)稱和峰值功率、電壓調(diào)節(jié)和保護(hù)、電流頻率、模塊化、功率因數(shù)等。
如果光伏系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)——即隔離的,沒(méi)有連接到電網(wǎng)——還需要選擇合適的電池或儲(chǔ)能和充電控制器,以防止它們過(guò)度充電或放電。光伏中最常用的蓄電池是鉛酸電池,價(jià)格便宜且?guī)缀醪恍枰S護(hù)。
有關(guān)儲(chǔ)能的更多信息,請(qǐng)查看此處。
通常,所使用的系統(tǒng)是并網(wǎng)的,即它們通過(guò)將多余的能量饋入智能電網(wǎng)來(lái)共享多余的能量。當(dāng)光伏系統(tǒng)無(wú)法產(chǎn)生能量時(shí),電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)提供幫助。在這些情況下,不需要電池。
有關(guān)太陽(yáng)能逆變器的更多信息,請(qǐng)單擊此處
圖 3:?jiǎn)蜗嗄孀兤髟韴D(來(lái)源:ABB)
發(fā)電機(jī)被修改以適應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的用于能量?jī)?yōu)化的負(fù)載。因此,操作點(diǎn)始終對(duì)應(yīng)于最大 PowerPoint。為此,逆變器中使用了一種稱為最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 的受控?cái)夭ㄆ鳎梢运查g識(shí)別發(fā)電機(jī)電壓和電流值的扭矩,此時(shí)提供的功率最大。
審核編輯 黃昊宇
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