關於太陽能 : 太陽能發電系統概述

太陽能發電系統工作概述

太陽能發電系統具有將太陽光轉化為流體中的熱量的收集器、用於在可用時收集電力並在需要時分配電力的備用電源裝置、將電力從存儲傳輸到負載的設備以及必要的泵、控制裝置等。從陽光中直接提取能量的過程稱為光伏過程。光伏電池是一種將輻射通量直接轉換為電流的光伏探測器。此外，由於需要陽光，因此可以通過 PV 電池的熱量產生電力。

當陽光照射時，面板產生的電壓高於電池，從而允許電池充電。許多面板都會有一個阻塞二極管（一種只允許電流朝一個方向流動的電氣元件），確保電池在陽光不足時不會通過面板放電。可以連接到電池以提供低壓直流電以供使用。

矽是一種半導體，這表明它具有絕緣體和金屬的特性。頂層包含用於摻雜矽的磷或砷，而底層包含硼或鎵。磷有 5 個價電子，這解釋了化學反應。它將四個電子轉移到矽，然後通過釋放其第五個電子形成鍵。當矽晶體中的許多磷原子被置換時，就會出現許多自由電子，從而形成n型矽。

n 型矽表明存在大部分電子。在硼矽摻雜的情況下，矽晶格失去一個電子。因此，它是具有大多數空穴和少數電子的 p 型矽。當陽光粒子或光子直接落在太陽能電池板上時，電子就會被釋放出來。工作還沒有完成。為了發電，必須造成不平衡。

當 p 型和 n 型矽牢固地構造在一起時，這是可能的。來自 n 型矽的額外電子在 p 型矽中的空穴中移動，從而在整個電池中產生電場。此外，矽是半導體，這意味著它是絕緣體，可以有效地保持不平衡。

用於製造太陽能電池板的材料

通常，矽摻雜有磷、砷、硼或鎵。

最近，研究人員開發了新元素 Argonne III，它更便宜、更高效、更可靠。

此外，與硅相比，它需要更少的製造時間。

這將使許多因成本高昂而無法在家中安裝太陽能電池板的人更能負擔得起太陽能電池板。

因此，它是一項非常重要的發明，對環境的長期發展具有成本效益。

人們根據其實用性使用各種類型的太陽能電池板。

購買太陽能電池板時，必須考慮幾個因素，包括安裝地點、預期用途（住宅或商業）以及成本。

以下是太陽能電池板的一些示例：

多晶矽太陽能電池板

它基於多晶矽和多晶矽。首先將原始矽熔化，然後倒入方形模具中，冷卻並切割成完美的方形晶片。

此外，它於 1981 年首次推向市場。多晶面板具有很長的使用壽命。

已經發現 25 年前安裝的面板仍然處於完美的工作狀態。

它們的性能為 120 到 150 瓦平方米。 12% 到 15% 的例外是可能的。

因為晶體增益邊界可以俘獲電子，所以效率非常低。

多晶面板的熱係數較低，這意味著它們的高溫額定值略低。

儘管它們需要很小的安裝空間並且廣泛可用，但它們的生產效率低於單晶矽太陽能電池板。

單晶矽太陽能電池板

單晶矽太陽能電池板由合金切割而成，使面板具有一致的佈局。

這些天文大小的晶體很難生產，因為它們很稀有，而且再結晶過程的成本非常高。它具有很高的功率尺寸比，每平方米的效率為 135-170 瓦。此外，一些裝置現在有 18% 的效率轉換。主要缺點是對陰影和灰塵敏感。即使只有一個太陽能電池板在陰涼處，其性能也會下降到 20%。

非晶或薄膜太陽能電池板

通過氣相沉積，將矽噴塗到基板上。矽水有一個 1 微米厚的層，這表明它需要更少的能量來產生，並且效率低於單晶或多晶水。與其他兩個面板相比，它在較熱的環境中表現出色，但佔用更多空間。因為它使用較少的矽並且沒有鋁框架，所以整體效率自動降低。 Staebler-Wronski 效應降低了組件效率，其根本原因是長時間暴露在陽光下導致非晶矽密度變形。

太陽能發電系統逆變器的用途是什麼？

逆變器是太陽能係統中勞動密集度最高的組件。它的主要功能是將來自太陽能電池板的直流電 (DC) 轉換為您家中使用的交流電 (AC)。除了這一主要功能外，太陽能逆變器還執行三項附加任務：電壓跟踪、電網通信和緊急關閉。太陽能電池板逆變器負責持續監控太陽能係統的電壓，以確定太陽能電池板可以運行的最佳功率，確保電池板始終產生最多和最清潔的電力。離網逆變器通常使用較便宜的修正正弦波技術。

相比之下，並網家用太陽能逆變器產生純正弦波交流電，確保您敏感的家用電器平穩高效地運行。太陽能逆變器必須與電網通信。逆變器可確保在發生短期停電時，太陽能電池板的能量不會傳輸到家外的輸電線路。這確保了進行佈線維修的專家不會受到破壞。當您的家不需要電力或您的電池已滿時，您的逆變器會將電力負載饋入電網（如果您將它們連接到您的太陽能係統）。如果逆變器檢測到危險的電弧，也需要關閉，這是由系統老化和家庭佈線和太陽能電池板內的材料退化引起的。在安全關閉方面，一些逆變器的性能優於其他逆變器。

太陽能發電系統的逆變器選項

在為您的家安裝太陽能電池板系統時，最重要的決定之一是要使用的逆變器類型。由於其中包含複雜的電力電子設備和軟件，逆變器對太陽能發電系統的持續性能至關重要。

有 4 種主要類型的太陽能逆變器可供選擇：

字符串逆變器

串式逆變器旨在與基本上成組串在一起的面板一起使用。電池板產生的所有直流電都會立即通過線路發送到逆變器以轉換為交流電。組串逆變器可以處理多組組串，您可能需要多組組串，具體取決於太陽能裝置的大小。假設其中一個面板在一天中的某個時間被樹木遮蔽。在這種情況下，整個機組的效率會下降，因為產量取決於性能最差的太陽能電池板的性能。串式逆變器通常可以使用 10 到 15 年。如果安裝在陰涼、通風良好、遠離陽光直射的地方，有些甚至可以使用長達 20 年。

微型逆變器

當一些面板因陰影、損壞或過多的鳥糞而受損時，一些聰明的工程師設計了太陽能微型逆變器的概念來解決系統性能問題。微型逆變器在每個面板的背面完成將直流電轉換為交流電的工作。即使在可變遮陽條件下，從太陽能電池板到您家和電網的最大交流 (AC) 電流水平 研究表明，使用微型逆變器代替串式逆變器可使部分遮蔽的太陽能裝置的效率提高 27%。每個面板上都有一個組件還可以啟用單獨的面板監控，這會提醒您任何意外的性能問題。

功率優化器

功率優化器，類似於微型逆變器，安裝在每個太陽能電池板的背面，並允許單獨的電池板跟踪。但是，它們不會將電能從直流電轉換為交流電。相反，它們會監控流經太陽能電池板串的直流電流的電壓和狀態，以確保將最大量的電力發送到您的逆變器。經過優化和調節的直流電被傳送到經過修改的小型逆變器，該逆變器將直流電轉換為交流電 (AC)。功率優化器設置比微型逆變器更便宜，更可靠，並允許簡單的系統擴展。由於電池和太陽能電池板使用相同的直流語言進行交流，因此功率優化器非常適合電池備用系統。太陽能電池板的電力可以直接為電池充電，防止因將直流電轉換為交流電再轉換回直流電而造成的系統損失。

混合逆變器

隨著對可靠性和能源獨立性的日益重視，值得注意的是，混合逆變器還可以補充家用電池備份系統。混合逆變器可以將太陽能電池板的直流電轉換為家用交流電，也可以將電網的交流電轉換為直流電為電池組充電。它們還包括一個充電控制器，它可以智能地檢測何時將電力引導至電池、家庭電路或電網，或何時從電網取電為電池充電。一些混合逆變器具有多種模式，可以在電網停電時安裝這些模式來為關鍵的家庭電路供電。

太陽能發電系統儀器儀表

預製太陽能電池板包含您需要的所有組件，包括螺母和螺栓，均可購買。考慮到您的位置和需求的描述，任何優秀的供應商都可以為您設計和指定係統。儘管如此，系統各部分的知識、可用的各種類型和選擇標準是必不可少的。電湧保護器可防止您的系統免受雷擊太陽能電池板或附近電網時可能發生的電壓尖峰。電源浪湧是電壓顯著增加到設計電壓以上。太陽能電池板主要使用兩種類型的儀表：

公用事業千瓦時計

公用事業度電錶測量提供給電網或從電網接收的電量。公用事業公司通常在具有太陽能電力系統的家庭上使用帶有數字顯示屏的雙向電錶，以分別跟踪兩個方向的電力。一些電力公司會讓你使用可以倒轉的標準儀表。在這種情況下，當您從電網獲取電力時，公用事業儀表向前旋轉，而當您的系統向電網饋電或“推送”電力時，電錶向後旋轉。

系統儀表

系統儀表監控並顯示系統的狀況和有效性。模塊發電、使用的能量和電池充電是監控點的示例。可以在沒有系統儀表的情況下運行系統，但強烈建議使用儀表。由於現代充電控制器包括系統監控功能，因此可能不需要單獨的系統儀表。

太陽能發電系統斷開

自動和手動安全斷開，保護接線和模塊免受電壓尖峰和其他系統故障的影響。它們還確保系統可以安全關閉，並且可以拆卸部件進行維修和維護。對於並網系統，安全斷開可確保發電設備與電網隔離，這對公用事業人員的安全至關重要。總體而言，系統中的每個電源或能量存儲設備都需要斷開連接。並非總是需要為系統的每個功能設置不同的斷開連接。例如，如果逆變器位於室外，則一個 DC 斷開器可以同時用作陣列 DC 斷開器和逆變器 DC 斷開器。在維護任何組件期間，請考慮忽略單獨的斷開連接是否會導致危險情況。還要考慮斷開連接的位置。不方便放置的斷開連接可能會促使在維護期間保持電源開啟的傾向，從而造成安全風險。組件直流斷開有助於在執行維護或故障檢測時安全地停止來自太陽能電池板的電流。為防止電壓尖峰，陣列直流斷開還可能包括集成斷路器或保險絲。

逆變器直流斷開與逆變器交流斷開一起用於將逆變器與整個系統安全斷開。在大多數情況下，逆變器直流斷開也起到陣列直流斷開的作用。逆變器交流斷開將太陽能電池板與房屋的佈線和電網分離。交流斷路器通常安裝在房屋的主配電盤內。假設逆變器不靠近電力公司。在這種情況下，它通常需要一個安全的外部交流斷開器，具有可見的刀片，並且安裝在公用電網旁邊以便於訪問。位於電氣面板內部或作為逆變器一部分的交流斷開器不符合這些規範。移除電錶本身是一種適用於某些公用事業公司的選項，就像可訪問的交流斷電一樣，但這不是標準。在購買設備之前，請訪問公用事業公司以確定他們的電網連接規範。應在逆變器附近安裝電氣面板，一個額外的交流斷路器。

太陽能發電系統模塊

太陽能組件是太陽能係統的核心。生產商將許多太陽能電池連接在一起以製造太陽能模塊。當太陽能模塊安裝在房屋內時，它們串聯起來形成串。並聯的模塊串形成一個陣列。並網的住宅光伏系統使用額定功率輸出範圍為 100 至 300 瓦的模塊。額定功率是電池板在 25 攝氏度的靜止空氣中每平方米可產生 1,000 瓦太陽光線的最佳能量。實際情況很少補充市場上的功效，因此實際能量輸出通常較少。不使用電池的複雜系統通常通過接線來產生 235V 至 600V 的電壓。在基於電池的系統中也使用了更高的陣列電壓，儘管大多數充電控制器仍然需要 12V、24V 或 48V 的較低電壓來補充電池組的電壓。由於模塊的價格和功能隨著技術和生產技術的改進而不斷變化，因此很難提出未來適用的建議，例如哪種類型的模塊最便宜或總體最佳選擇。比較應基於生產者提供的當前詳細信息以及您使用的嚴格準則。高性能模塊將具有更大的瓦特面積比。效率越高，獲得面板相同能量輸出所需的面積就越小（即，模塊越少）。更高效的模塊將降低安裝成本，但這必須與更高的模塊成本相平衡。