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太阳能发电

  太阳能是一种极为丰富的能源,地球每年所接收的太阳能大约为地球上同期消耗能量的几万倍。太阳能是一种清洁能源,这在环境污染日益严重的今天,尤为重要。

  目前,太阳能发电有两种方法。一种是先将太阳能转换为热能,然后按常规方法发电,称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件(如太阳能电池)将太阳能直接转换为电能,称为太阳能光发电。

  (一)太阳能发电系统分类

  1、独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、河南太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

  2、并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网发电的主流。

  3、分布式发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。

  分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

  (二)太阳能发电系统组成

  太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。

  1、太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中最核心的部分,同时也是太阳能发电系统中价值最高的部分。而它作用就是将太阳的光辐射能力转换成电能,送到蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

  2、太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的一天工作状态,同时也能对蓄电池起到过充电的保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,一般的控制器还是会具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

  3、蓄电池:一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有太阳光线照时将太阳能电池板所发出的电能储存到蓄电池里,等到晚上需要的时候再释放出来。

  4、逆变器:在很多场合,都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,其作用就是将太阳能发电系统所有发出的直流电能转换成交流电能,所以才需要使用到逆变器。

  (三)太阳能发电系统发电工作原理

  1、太阳能发电系统发电原理

  太阳能发电最简单的原理就是我们所说的化学反应,即太阳能转化为电能。这个转化过程就是太阳能辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。

  我们知道,当太阳光照射到半导体上时,有一部分光子被表面反射掉,其余部分要不被半导体吸收要不就被半导体透过,其中被吸收的光子,当然有一些变成热,另~些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子一空穴对。这样,太阳光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能,再经过半导体内部的电场反应,产生一定的电流,如果把一块一块的电池半导体以各种方式连接起来则形成多股电流电压,从而输出功率。

  2、太阳能视频监控供电系统工作原理:

  (1)当太阳光照较强时,太阳能光伏组件产生的电流汇聚到控制器,控制器进行供电监控。太阳能光伏组件通过控制器给视频监控部件供电,同时将多于的能量储存在储能系统中。

  (2)当太阳光照较弱时,太阳能储能单元板的发电满足不了视频监控需求的能量时,负载除从太阳能储能单元板获取能量以外,储能系统同时处于放电状态以满足视频监控稳定运行。

  (3)当到夜间、阴天等日照条件不好的情况下,转由储能系统给视频监控供电。

  在野外安装无线监控系统由于设备安装地方偏远无法供电或者供电成本过高、供电不稳定,严重影响应用。这种情况可以采用太阳能供电来解决,太阳能供电无线视频监控系统的工作原理是太阳电池组件将太阳的光能转化为电能,太阳能充放电控制作为中心控制设备,一方面将太阳电池组件转化的电能存储在蓄电池组里,一方面控制蓄电池组对摄像机、无线视频传输设备以及其他负载设备供电。如果用电设备中有交流设备,通过逆变器将直流电逆变成交流电,可向交流设备提供电源。

  根据系统设备的用电需求,可输出12V/24V/36V/48/220V等不同电压,满足各种设备的供电需要,无线视频监控系统运行可靠稳定,能满足户外各种恶劣工作环境。

  (四)太阳能发电系统特点

  1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,而且太阳能光伏发电是安全可靠的,不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响;

  2、太阳光普照大地,太阳能是随处可得的,太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用,而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失;

  3、太阳能的产生不需要燃料,使得运行成本大大降低;

  4、除了跟踪式外,太阳能光伏发电没有运动部件,因此不易损毁,安装相对容易,维护简单;

  5、太阳能光伏发电不会产生任何废弃物,并且不会产生噪音、温室及有毒气体,是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统,每年可少排放CO2600~2300kg,NOx16kg,SOx9kg及其他微粒0.6kg;

  6、可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁,不需要占用大量土地,而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能,进而降低墙壁和屋顶的温度,减少室内空调的负荷;

  7、太阳能光伏发电系统的建设周期短,而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活,发电系统的能量回收周期短;

  8、不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电。

  任何事物都有其两面性,太阳能光伏发电虽然具有上述的诸多优点,但是也有其缺点:

  1、地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量,当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小,这就会影响用电设备的正常使用;

  2、能量的密度低,当大规模使用的时候,占用的面积会比较大,而且会受到太阳辐射强度的影响;

  3、光伏系统的造价还比较高,系统成本40000~60000元/kW,初始投资高严重制约了其广泛应用;

  4、年发电时数较低,平均1300h;

  5、精准预测系统发电量比较困难。