3.4. Электростанции на солнечных батареях
КПД солнечного элемента определяется как доля появившихся под воздействием потока излучения электронно-дырочных пар, которые участвуют в возникновении тока во внешней цепи фотоэлемента. При полном КПД солнечного элемента 10 % эффективность генерации тока составляет обычно 0,7. Увеличение этого параметра до 0,9 приведет к повышению полного КПД до 20 % и более, поэтому увеличение эффективности генерации тока является основной целью усовершенствования солнечных элементов [7].
Отдельно солнечная панель не является фотоэлектрической системой. Необходимо иметь устройство для ориентирования панели на солнце, а также инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с частотой 50 или 60 Гц.
На рис.3.25 показаны необходимые компоненты фотоэлектрической системы. На контроллер пиковой мощности LR непрерывно поступают выходные значения тока и напряжения, а при изменении климатических условий он перемещает рабочую точку так, чтобы получить максимальную мощность. Вывод панели подключается к потребителю. Для преобразования постоянного тока в переменный используется инвертор. Избыточная мощность идет на заряд аккумулятора. Выключатель батареи S1 , как правило, представляет собой конвертор типа DC-DC. Если аккумулятор полностью заряжен, то избыточная мощность поступает на балластные резисторы, которые либо обогревают помещение, где установлена система, либо сбрасывают тепло в окружающую среду.
Когда нет солнца, аккумулятор разряжается на нагрузку. Диод в цепи аккумуляторной батареи препятствует заряду аккумулятора после полного заряда, если выключатель S1 включен. Диод в цепи солнечных панелей не дает аккумулятору разряжаться на панель, при отсутствии солнечной энергии.
90
солнеч- регулятор ная бата-
рея
|
|
потребитель |
|
аккумулятор |
|||
|
|
||
|
|
|
Рис. 3.25. Основные элементы фотоэлектрической системы
Системные сигналы, такие как выходные значения токов и напряжений панели и аккумулятора, а также текущий заряд аккумулятора в амперчасах, поступают на контроллер, который управляет всеми переключателями в схеме фотоэлектрической системы.
Если фотоэлектрическая система соединена с внешней электрической сетью, то балластные резисторы не требуются, поскольку вся избыточная мощность передается в сеть. Аккумулятор необходим из-за небольших нагрузок собственных нужд, таких как запуск контроллера и компьютеров. Ток от фотоэлектрической системы с помощью инвертора преобразуется в переменный, а затем с помощью фильтра отсекаются высшие гармоники, и только после этого он подается во внешнюю сеть.
Инвертор является необходимым элементом фотоэлектрической системы, поскольку позволяет подключать к ней нагрузки на переменном токе и обеспечивает связь с внешней сетью (рис. 3.26). В настоящее время существуют солнечные панели, имеющие на выходе переменный ток с частотой 50 или 60 Гц, так как они снабжены встроенным инвертором. Мощность таких панелей достигает нескольких сотен Ватт. Такие панели значительно упрощают проектирование фотоэлектрических систем.
91
солнечная батарея
микропроцессорный регулятор
потребитель
Рис. 3.26. Фотоэлектрическая система с инвертором
Внастоящее время солнечные батареи выпускаются в виде жестких
игибких модулей и находят все большее применение в быту для электроснабжения жилых домов, освещения территорий и строительстве электростанций на солнечных батареях (рис. 3.27).
Во многих странах уже реализованы крупномасштабные проекты электростанций на солнечных батареях. Примером может служить электростанция мощностью 1,4 МВт в Спрингервилле, штат Аризона в США. Солнечные батареи состоят из фотоэлементов на основе кадмия и теллура
иимеют силиконовое покрытие. В 2002 году мощность станции была увеличена на 1 МВт.
Рис. 3.27. Конструкции модулей солнечной батареи
92
Для тестирования характеристик солнечных батарей установлены новые панели с фотоэлементами на основе меди, индия и галлия. В состав станции входят 16 инверторов с выходным напряжением 480 В, которые присоединены к энергосистеме через повышающий трансформатор и ЛЭП34,5 кВ.
На рис. 3.28 представлена схема электроснабжения от гибридного источника, который состоит из солнечных батарей и дизель-генератора.
PV-Generator
=
~
= |
~ |
= |
|
~ |
|
|
|
2. Netz: 3~ 400 Vac
~ ~ ~
= = =
Batteriesatz PV Diesel
Рис. 3.28. Гибридная схема электроснабжения потребителей
Втечение дня солнечные батареи обеспечивают электроэнергией работающие электроприемники, а излишки уходят в накопитель - аккумуляторные батареи. В случае снижения интенсивности солнечного излучения или в темное время суток необходимая энергия берется из накопителя. Если накопитель не может покрыть полностью потребности в электроэнергии, то включается в работу дизель-генератор. Автоматическое управление всей системой электроснабжения осуществляется с помощью контроллера.
ВПортугалии в 2007 г. в местечке Serpa, что в 200 км от Лиссабона, заработала самая мощная солнечная электростанция в мире. Ее 52 тыс солнечных батарей раскинулись на площади в 60 гектаров. Она обеспечит энергией 8 тыс домов.
Мощность новой станции составляет 11 МВт, за год она вырабатывает свыше 20 ГВт∙часов энергии.
Сейчас свыше 30 стран мира используют процесс прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Используется несколько ти-
93