Сегодня существует огромный потенциал для производства устойчивых и чистых энергоресурсов для удовлетворения наших дальнейших потребностей при одновременном снижении негативного воздействия на окружающую среду. Системы солнечной энергии также стали одним из перспективных решений для удовлетворения этих растущих потребностей с меньшим воздействием на окружающую среду. В этой подробной статье мы рассмотрим основы и принципы работы солнечных энергетических систем, а также свинцово-кислотные аккумуляторы, которые играют важную роль в этой динамичной экосистеме.
I. Обзор солнечных энергосистем
Солнечные энергосистемы преобразуют богатую энергию солнца в электричество, улавливая ее. Это устойчивый, экологичный и возобновляемый источник энергии вместо традиционного ископаемого топлива. В этом обзоре подробно рассматриваются основы и механика солнечных энергетических систем, проливается свет на многочисленные преимущества и области применения.
A. Основы и принципы работы систем солнечной энергии
Солнечные энергетические системы — это инновационные устройства, которые собирают и преобразуют солнечный свет в полезное электричество или тепло. Он состоит из следующих компонентов:
- Фотоэлектрические элементы:они являются самыми основными компонентами любой солнечной энергетической системы. Большинство из них состоят из фотоэлектрических элементов, которые поглощают свет и под воздействием света вырабатывают постоянный ток. Обычно они состоят из кремния и оптимизированы с учетом эффективности для преобразования солнечного света в электричество.
- Инверторы: Стандартный источник питания использует переменный ток. Однако солнечные панели генерируют постоянный ток, который необходимо преобразовать в переменный для использования в быту или на производстве. Инверторы берут на себя эту ответственность, преобразуя синтезированную энергию от солнечных батарей в освещение наших домов или предприятий.
- Солнечные батареи:избыток энергии, вырабатываемой в течение дня, можно хранить в солнечных батареях для ночных или пасмурных дней. Аккумуляторы важны для того, чтобы сделать солнечную энергию стабильным и непрерывным источником питания.
B. Преимущества и области применения систем солнечной энергии
Преимущества：
- Возобновляемая и устойчивая:солнечная энергия является возобновляемой, что делает ее отличным экологическим вариантом, снижающим зависимость от ископаемого топлива.
- Низкие эксплуатационные расходы:после установки солнечные панели требуют низких затрат на эксплуатацию и обслуживание. Таким образом, они экономичны в долгосрочной перспективе.
- Сокращение счетов за электричество:солнечные панели значительно сокращают счета за электричество, так как они производят бесплатную электроэнергию из солнечного света, что избавляет от необходимости платить за электричество.
- Экологические преимущества: Использование солнечных энергосистем не приводит к выбросу вредных парниковых газов, что в итоге значительно улучшает состояние окружающей среды.
Приложения
- Жилые помещения:солнечные панели очень часто используются в домах для выработки электроэнергии и нагрева воды.
- Коммерческая:Сотни компаний используют преимущества солнечной энергии, снижая тем самым стоимость потребляемой ими энергии. Это говорит о том, насколько они преданы идее устойчивого развития.
- Промышленность:Широкое применение солнечной энергии на заводах, складах и производствах.
- Решения для автономных сетей:для электрификации обойденных территорий или автономных районов солнечная энергия является незаменимым товаром. Это улучшает снабжение в районах с плохим доступом.
II. Солнечные модули
A. Фотоэлектрические панели (солнечные панели)
Фотоэлектрические панели являются важной частью процесса преобразования солнечного света в электричество и поэтому называются фотоэлектрическими панелями. Они работают на основе фотоэлектрического эффекта, при котором некоторые материалы под воздействием солнечного света испускают электроны и, таким образом, образуют электрический ток.
Функция и принцип работы:
Большинство солнечных панелей состоят в основном из кремния. Когда фотоны солнечного света попадают на такие клетки, они возбуждают электроны внутри них, чтобы они могли свободно перемещаться внутри них. В результате образуется электрическое движение или ток, который затем собирается и преобразуется инвертором в постоянный ток (DC) из переменного тока (AC) для использования в домашних условиях.
Типы фотоэлектрических панелей:
- Монокристаллические панели:Монокристаллические панели: Эти панели изготовлены из монокристаллического кремния, наиболее эффективны с точки зрения КПД и имеют черный цвет. Кроме того, они подходят для установки в помещениях с небольшой площадью.
- Поликристаллические панели:в поликристаллических панелях используется множество мелких кремниевых кристаллов, что несколько снижает эффективность, но часто является более бюджетным вариантом.
- Тонкопленочные панели:для их изготовления тонкие полупроводниковые материалы осаждаются на подложку. Тонкопленочные панели не обладают высокой эффективностью, но могут быть легкими и гибкими в некоторых областях применения, таких как солнечная черепица и мобильные/портативные панели.
B. Кронштейны и опоры
Хорошо установленная система фотоэлектрических панелей должна обеспечивать долговременную работу и безопасность. Кронштейны и опорные конструкции служат для закрепления солнечной панели в одном месте. Расположите его таким образом, чтобы обеспечить максимальное воздействие солнечного света и в то же время защитить от неблагоприятного воздействия ветра, снеговой нагрузки и других факторов окружающей среды, которые могут возникнуть в течение срока службы.
Поддержка и стабильность
- Распределение веса:солнечные панели тяжелые, и равномерное распределение веса по опорным конструкциям предотвращает повреждение структуры.
- Регулировка угла наклона:большинство опорных конструкций поставляется вместе с механизмами регулировки наклона и ориентации панелей, чтобы они получали солнечный свет под оптимальным углом в течение дня.
- Долговечность:требуется высокое качество материалов, так как на протяжении всего срока службы панели подвергаются сильным внешним воздействиям. Также требуется качественное строительство.
C. Солнечный трекер
Солнечные трекеры увеличивают производство энергии, отслеживая движение солнца и соответствующим образом регулируя его ориентацию.
Функция/цель:
Солнечный трекер постоянно перемещает солнечные панели так, чтобы они были обращены прямо к солнцу. Это позволяет максимизировать количество поглощаемого света, преобразуя его в полезную энергию. Это повышает общую производительность системы. Датчики и двигатели обеспечивают эту функциональность в солнечном трекере.
Типы трекеров:
- Одноосевые трекеры:в этих трекерах панели перемещаются только вдоль одной оси. Он повторяет суточный путь солнца.
- Двухосевые трекеры:Панели, работающие по осям восток-запад и север-юг, представляют собой двухосевой трекер, который позволяет эффективно максимизировать солнечное излучение в течение дня и в разные сезоны.
III. Аккумуляторная система хранения энергии
A. Системы хранения энергии в аккумуляторах (BESS) в условиях энергетического перехода
Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) играют ключевую роль в создании устойчивой и надежной энергетической инфраструктуры, позволяющей преодолеть переходный период между периодическими возобновляемыми источниками, такими как солнце и ветер, и постоянными потребностями в электроэнергии. BESS выполняет различные важнейшие функции:
- Стабильность сети:Солнечные батареи, , помимо стабилизации электросетей за счет накопления избыточной энергии, когда предложение превышает спрос, и ее выдачи в пиковые периоды, предотвращая отключения и перепады напряжения, могут балансировать нагрузку сети — также используются для программ реагирования на спрос.
- Интеграция возобновляемых источников энергии: Солнечные батареи позволяют интегрировать переменные, подключая возобновляемые источники энергии к сети, создавая устойчивый поток энергии, даже если погода плохая и нет ветра или солнечного света.
- Тайм-шифтинг энергии:BESS накапливают избыток энергии в непиковые часы, когда электричество дешевле, и высвобождают его в пиковые часы, когда цены выше, чтобы снизить стоимость энергии.
- Резервное питание:они обеспечивают резервное питание во время сбоев в сети, чтобы повысить устойчивость критически важных объектов инфраструктуры и домов.
B. Роль солнечных батарей в оптимизации системы
Свинцово-кислотные батареи являются первостепенным фактором в оптимизации солнечных энергосистем. В дневное время они накапливают избыточную энергию, вырабатываемую фотоэлементами, и высвобождают ее при недостатке солнечного света — ночью или в пасмурный день. Это гарантирует бесперебойную подачу стабильной энергии от солнечной системы и меньшую зависимость от электросети. Надежность повышается за счет роста производительности.
Добавление этого подзаголовка наглядно показывает, какую функцию выполняют солнечные батареи в общем контексте аккумуляторных систем хранения энергии.
C. Различные типы технологий хранения энергии
Литий-ионный аккумулятор:
Плотность энергии литий-ионных батарей является максимальной среди всех технологий хранения энергии благодаря их эффективности и относительно низким требованиям к обслуживанию. Они также являются одним из самых популярных типов технологий хранения энергии, применяемых в электромобилях и домашних хранилищах энергии, а также во многих других областях. Наши литий-ионные аккумуляторы JYC невероятно эффективны.
Свинцово-кислотные аккумуляторы:
Благодаря своей надежности он используется уже несколько десятилетий. Он имеет более высокую частоту использования с источником бесперебойного питания (ИБП). Однако его энергетическая плотность ниже, чем у литий-ионных батарей, так как он дает меньше циклов.
Натриево-серная батарея:
Натриево-серные батареи — это высокотемпературные батареи, которые хранят энергию в виде расплавленного натрия или серы. Таким образом, батареи такого типа находят широкое применение в сетях с гораздо более высокой плотностью энергии и эффективностью.
D. Система управления и инвертор
Системы управления — это основной элемент аккумуляторных систем хранения энергии, на который возложена ответственность за надзор, контроль, оптимизацию или управление работой батарей для обеспечения их безопасной и эффективной эксплуатации. Они обеспечивают безопасную и эффективную работу батарей. Не менее важны инверторы, которые преобразуют постоянный ток, хранящийся в батареях, в переменный, который можно использовать для дома, предприятия или электросети. Инверторы помогают поддерживать высокое качество поставляемой энергии, оставаясь при этом совместимыми с сетью.
Интеграция системы управления/инвертора играет важную роль в достижении BESS:
- Управление состоянием заряда (SOC): Мониторинг циклов заряда/разряда для раннего предотвращения деградации.
- Интеграция с сетью:координация с сетью для уменьшения колебаний спроса путем подачи избыточной энергии обратно в сеть.
- Безопасность и защита: Убедитесь, что батареи работают в пределах температурных режимов и напряжения, и отключайте их при возникновении неисправностей.
IV. Системы передачи и распределения электроэнергии
A. Линия передачи
Линии электропередач являются неотъемлемой частью бесперебойной и безопасной передачи энергии, вырабатываемой солнечными энергосистемами. Он может передавать сигналы обоих типов, то есть постоянного (Direct Current) или переменного (Alternating Current) тока.
Передача постоянного тока:
Оно обозначает движение электричества в постоянном потоке в одном направлении: электрический заряд по односторонним связям. Иногда используется для передачи электроэнергии, произведенной на удаленных солнечных электростанциях, в города на большие расстояния, поскольку имеет меньшие потери, чем передача переменного тока, и поэтому более эффективна.
Трансмиссия AC:
Передача переменного тока, какой бы экстремальной она ни была, использует реверсивные токи, поскольку направление тока периодически меняется на противоположное. Наиболее распространенным является распределение переменного тока, используемое в большинстве домов и предприятий. Его можно легко перестроить на различные уровни напряжения, чтобы эффективно подавать энергию на короткие и средние расстояния.
B. Инвертор
Инверторы являются важными компонентами систем солнечной энергетики, преобразующими постоянный ток.
Функция и принцип работы:
Инверторы — это устройства, преобразующие постоянный ток, поступающий от солнечных панелей, в переменный, который используется в домах и на предприятиях. Их работа — это функция, аналогичная совместимости с сетью, согласованная с генерируемой энергией, чтобы она могла быть использована напрямую или возвращена в сеть.
Типы и функции:
- Струнные инверторы: Наиболее распространены в жилых системах, где несколько солнечных панелей соединяются последовательно. Они экономичны и идеально подходят для небольших установок.
- Микроинверторы:установка микроинверторов на каждой панели позволяет увеличить эффективность каждой отдельной панели и улучшить возможности мониторинга.
- Центральные инверторы:центральные инверторы хорошо работают в крупных солнечных фермах коммунального масштаба, поскольку они обрабатывают объемы мощного электричества от нескольких панелей.
C. Система распределения
Система распределения позволяет безопасно и эффективно распределять электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, по домам, предприятиям или в сеть.
Распределительные щиты и защитные устройства:
Распределительный щит выполняет функцию распределительного узла: Электричество от инвертора направляется к различным нагрузкам, при этом обеспечивается надлежащая защита цепи. Электромагнитные устройства защиты, такие как автоматические выключатели и предохранители, защищают людей от перегрузок и коротких замыканий соответственно.
Требования безопасности и соответствия:
При соблюдении закона необходимо придерживаться электротехнических норм и стандартов; безопасность и надежность распределенной солнечной энергии требует, чтобы установки соответствовали местным и национальным нормам. Помимо регулярного обслуживания, необходимо обеспечить безопасность и соответствие системы нормативным требованиям.
V. Система мониторинга и управления
А. Система наблюдения
Сбор данных мониторинга занимает важное место в работе любой солнечной энергосистемы. Он включает в себя сбор и анализ данных для достижения оптимальной производительности системы. Мониторинг и сбор данных:
Системы мониторинга собирают данные о различных параметрах солнечной энергосистемы, таких как мощность солнечных панелей, производительность инвертора, состояние батареи (если применимо) и условия окружающей среды. Вся эта информация позволяет получить более полную картину для оценки состояния и эффективности системы.
Важность удаленного мониторинга:
Удаленный мониторинг обеспечивает мгновенный доступ к данным системы из любого места, поэтому операторы могут обнаружить проблемы сразу же после их возникновения. Он помогает устранить неполадки, оптимизировать работу и заблаговременно предупредить о потенциальных проблемах, а значит, обеспечить максимально возможное производство энергии.
B. Система управления
Система управления солнечной энергосистемой имеет автоматические регуляторы и функции оптимизации, что позволяет повысить ее общую эффективность и возможности.
Автоматическое управление и оптимизация:
Системы управления используют автоматику для управления инверторами, а также аккумуляторными системами, обеспечивая их оптимальную работу. Они изменяют настройки в зависимости от поступающих в режиме реального времени данных, погодных условий и настраиваемых пользователем параметров, чтобы максимально увеличить производство и хранение энергии.
Стратегии и алгоритмы управления:
Среди некоторых используемых стратегий и алгоритмов управления:
Отслеживание максимальной точки мощности (MPPT):
Это позволяет оптимизировать мощность солнечных батарей, заставляя нагрузку искать точки пиковой мощности.
Управление взаимодействием с сетью:
Это обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии в сеть с учетом напряжения и частоты.
Управление хранением энергии:
Алгоритмы управления аккумуляторными системами определяют, нужно ли заряжать батареи, учитывая спрос на электроэнергию и ее стоимость.
Итоги
По сути, вся система представляет собой инженерное чудо научных основ и инноваций. В этом процессе важна каждая деталь: от сбора солнечных лучей до накопления чистой энергии и ее распределения. Устойчивое развитие, на котором все сосредоточены в наши дни, делает солнечные энергосистемы революционными в энергетическом ландшафте нашего мира. По мере того как мы будем продолжать использовать энергию солнца, это будущее станет ярче, чище и экологичнее, чем когда-либо прежде. Присоединяйтесь к солнечной революции и позвольте солнцу питать ваш мир.
Более подробную информацию о батареях вы можете найти на сайте JYC Battery по адресу
