Основная система поддержки фотоэлектрической энергетики

На волне глобального энергетического перехода производство фотоэлектрической энергии стало важной формой новой энергии благодаря своим экологически чистым и возобновляемым преимуществам. Являясь основной опорой фотоэлектрической энергетики, фотоэлектрическая брекет-система является ключом к достижению эффективного производства электроэнергии. Полная фотоэлектрическая брекет-система — это не отдельное устройство, а органическое целое, состоящее из нескольких основных компонентов, таких как фотоэлектрические панели, инверторы, батареи, кронштейны и кабели, работающие вместе. Каждый компонент выполняет незаменимую функцию, в совокупности образуя полную цепочку от захвата, преобразования, хранения световой энергии до передачи энергии.

Инвертор — это «преобразователь энергии» фотоэлектрической системы и ключевое устройство, соединяющее фотоэлектрические панели с электросетью или нагрузками. Поскольку электроэнергия, генерируемая фотоэлектрическими панелями, представляет собой постоянный ток, а бытовая электроэнергия, промышленная электроэнергия и передача электроэнергии в электросети представляют собой переменный ток, основная функция инвертора заключается в эффективном преобразовании постоянного тока, выдаваемого фотоэлектрическими панелями, в переменный ток, соответствующий сетевым стандартам. В соответствии с различными сценариями применения инверторы можно разделить на три категории: централизованные инверторы, струнные инверторы и микроинверторы. Централизованные инверторы подходят для крупномасштабных наземных фотоэлектрических электростанций, обладают преимуществами высокой мощности и низкой стоимости, но чувствительны к локальным теням. Струнные инверторы могут выполнять отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) для каждой фотоэлектрической цепочки, что может эффективно снизить потери при выработке электроэнергии, вызванные теневой окклюзией, и широко используются на промышленных и коммерческих распределенных электростанциях. Микроинверторы устанавливаются непосредственно на каждую фотоэлектрическую панель для реализации независимого преобразования и мониторинга одной фотоэлектрической панели, что значительно повышает эффективность выработки электроэнергии и надежность системы и подходит для бытовых фотоэлектрических систем или сложных крышных сценариев. Кроме того, высококачественные инверторы также имеют функции безопасности, такие как защита от перенапряжения, защита от перегрузки по току и защита от изолированного эффекта, служащие «защитой» для обеспечения стабильной работы системы.

Как «энергетический банк» фотоэлектрической системы, батареи играют важную роль в хранении энергии, что особенно важно в автономных фотоэлектрических системах или в сценариях, где требуется подавление колебаний выходной мощности. Их основная функция — хранить избыточную электроэнергию, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями при достаточном солнечном свете, и высвобождать ее при недостаточном солнечном свете или в ночное время, обеспечивая непрерывность и стабильность электроснабжения. В настоящее время распространенные типы батарей, используемых для хранения фотоэлектрической энергии, включают литиевые батареи, свинцово-кислотные батареи и ванадиевые проточные батареи. Литиевые батареи стали основным выбором из-за их преимуществ: высокой плотности энергии, длительного срока службы и высокой эффективности зарядки-разрядки (до более 90%). В частности, литий-железо-фосфатные аккумуляторы более конкурентоспособны с точки зрения безопасности и стоимости. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют отработанную технологию и низкую стоимость, но имеют низкую плотность энергии и короткий срок службы, что делает их пригодными для небольших автономных систем. Ванадиевые проточные батареи обладают сверхдлительным сроком службы и высокой безопасностью и подходят для крупных электростанций по хранению энергии, но их стоимость относительно высока. Емкость и производительность батарей напрямую влияют на эффект накопления энергии в системе, и их необходимо разумно настроить в соответствии с такими факторами, как потребность в электроэнергии и выработка фотоэлектрической энергии.

Кронштейн представляет собой «скелетную конструкцию» фотоэлектрической системы, отвечающую за фиксацию фотоэлектрических панелей и поддерживающую их под оптимальным углом установки для максимального получения солнечного света. Его основная роль заключается не только в том, чтобы выдерживать вес, но и в повышении эффективности выработки электроэнергии фотоэлектрическими панелями за счет оптимизации угла установки и ориентации. В зависимости от различных сценариев установки и методов регулировки кронштейны можно разделить на две категории: фиксированные кронштейны и направляющие кронштейны. Фиксированные кронштейны имеют простую конструкцию и низкую стоимость, имеют фиксированный угол установки и подходят для помещений со стабильными условиями освещения. Кронштейны для слежения могут автоматически отслеживать солнечный свет при изменении азимута и угла высоты солнца с помощью датчиков и приводных устройств, что может увеличить выработку электроэнергии на 15–30% по сравнению с фиксированными кронштейнами. Однако они имеют относительно высокую стоимость и немного большую сложность в обслуживании, и обычно используются на крупных наземных электростанциях. Что касается выбора материала, в кронштейнах обычно используются устойчивые к атмосферным воздействиям материалы, такие как алюминиевый сплав и оцинкованная сталь, чтобы адаптироваться к сложным климатическим условиям на открытом воздухе и обеспечить структурную стабильность системы в суровых условиях, таких как ветер, дождь и снег.

Кабели, как «сосудистая сеть» фотоэлектрической системы, выполняют важную задачу передачи энергии, отвечая за передачу электроэнергии, генерируемой фотоэлектрическими панелями, к инверторам, батареям и электросети. Характеристики фотоэлектрических кабелей напрямую влияют на эффективность передачи энергии и безопасность системы, поэтому к ним предъявляются строгие технические требования. Во-первых, кабели должны иметь отличную проводимость, чтобы уменьшить потери мощности при передаче. Во-вторых, из-за длительного воздействия окружающей среды они должны обладать такими характеристиками, как устойчивость к высоким и низким температурам, ультрафиолетовым лучам, озону и старению, а также иметь возможность адаптироваться к экстремальным температурам окружающей среды в диапазоне от -40 ℃ до 90 ℃. Кроме того, они должны иметь хорошую изоляцию и механическую прочность, чтобы предотвратить такие угрозы безопасности, как короткое замыкание и утечка тока. Общие кабели, используемые в фотоэлектрических системах, включают кабели постоянного тока и кабели переменного тока. Кабели постоянного тока соединяют фотоэлектрические панели с инверторами и должны выдерживать высокие напряжения постоянного тока; Кабели переменного тока соединяют инверторы с электросетью или нагрузками и должны соответствовать стандартам напряжения переменного тока электросети. Разумный выбор характеристик кабеля, правильная конструкция проводки и защитные меры являются ключом к обеспечению эффективной и безопасной передачи энергии.

Во всей фотоэлектрической брекет-системе каждый компонент не существует изолированно, а образует эффективный и совместный рабочий замкнутый контур посредством точного взаимодействия. Когда солнечный свет облучает фотоэлектрические панели, фотоэлектрические панели генерируют постоянный ток за счет фотоэлектрического эффекта. Постоянный ток передается на инвертор через кабели постоянного тока. После того, как инвертор преобразует его в переменный ток, часть его напрямую подается в нагрузку, а другая часть избыточной электроэнергии может передаваться в батарею для хранения по кабелям или интегрироваться в электросеть для реализации избыточной электроэнергии. При недостаточном солнечном свете электричество, накопленное в батарее, преобразуется в переменный ток через инвертор, чтобы обеспечить непрерывное питание нагрузки. Кронштейны максимизируют эффективность улавливания световой энергии за счет оптимизации угла и ориентации фотоэлектрических панелей; Кабели обеспечивают эффективную передачу энергии между компонентами и снижают потери.