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电力之光“能科普”③丨光伏发电,给点阳光就灿烂

首先回答这个问题:光伏发电=太阳能发电吗?

答案是否,太阳能发电通常有三种方式:光伏发电、光热发电和光化学发电,光伏发电是其中技术最成熟、使用最广泛的方式。

什么是光伏发电呢?光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。对光伏发电来说,两大核心点,一是把太阳能转换成电能的方式,二是用什么材料来转换。


光生伏特效应

先聊聊转换方式——光生伏特效应。十九世纪三十年代,一位法国物理学家意外发现,受到阳光照射后的伏打电池电量变多了,他把这种现象命名为光生伏特效应。随后,人们利用吸收光子后产生电动势的原理,开启了光资源的探索。


光伏发电系统的组成部件

有了原理,还需要材料来转换。光伏发电主要由太阳能电池组件、控制器、逆变器、蓄电池组等部分组成。光伏发电系统的核心部件是太阳能电池组件,它将太阳的光能转化为电能。太阳能电池板产生的电为直流电,可直接利用,也可通过逆变器将其转换为交流电后使用。由此可见,光伏发电系统产生的电能可以实现即发即用,也可用蓄电池组存储电能,根据需要使用。

小课堂:逆变器为什么叫逆变器?


逆变器的作用是将生成的直流电转换成交流电,通常物理上这个过程称为逆变,因此实现逆变过程的装置称为逆变器。

逆变器是光伏发电系统的心脏。

作用1:最大功率跟踪功能(MPPT),保证输出功率最大化

太阳能电池板的电流和电压是随太阳辐射强度和太阳能电池组件自身温度而变化的,因此输出的功率也会变化,为了保证输出电力最大化,就要尽可能地获取电池板的最大输出功率,逆变器的MPPT跟踪功能解决了这一问题。

作用2:防孤岛效应的检测及控制功能,保障电网的安全

BUT,什么是孤岛效应?

在正常发电时,光伏并网发电系统连接在电网上,向电网输送有效功率,但是,当电网失电时,光伏并网发电系统可能还在持续工作,并和本地负载处于独立运行状态,这种现象被称为孤岛效应。

防孤岛装置是光伏所有并网逆变器的必备装置,主要是为了电网的安全考虑。试想若电网停电,电网工作人员已经披挂上阵对电路进行检修,而户用光伏系统还在源源不断地上传电力,多么容易造成安全事故啊!防孤岛装置就能尽可能避免这类不安全事故的发生。

作用3:自动运行和停机功能

早晨日出后,逆变器自动开始运行,进入运行后,逆变器就时时刻刻监视太阳电池组件的输出,只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率,逆变器就持续运行;直到日落停机。当逆变器输出接近0时,逆变器便形成待机状态。


不同类型的光伏电站

常见的光伏电站类型通常可分为集中式光伏发电站和分布式光伏发电站。分布式光伏电站多建在楼顶、屋顶、厂房顶等地方,充分利用空间;集中式光伏电站则建在沙漠、戈壁这样的地区,充分利用废弃的土地资源。在“双碳”战略下,随着技术的不断进步,光伏电站也有了日益丰富的发展方式。

集中式光伏发电站

顾名思义,即集中建设大型光伏电站,过去通常利用荒漠等土地资源,如今还能建在鱼塘上。在崇明,就有上海最大的集中式光伏发电站,实现“上可发电、下可养鱼”。

由国家电投上海能源科技发展有限公司自主投资的崇明陈家镇裕安养殖场渔光互补110兆瓦光伏发电项目,位于上海崇明陈家镇,占地3180亩,规模为110MW,系上海地区最大的单体集中式光伏电站,已于2020年10月30日并网发电。年平均发电量12233.5万度,每年可节约标煤36521.2吨,可减排99753.6吨二氧化碳、30.7吨二氧化硫、29.5吨氮氧化物和7.1吨烟尘,该项目将生态养殖与光伏发电有机结合,“渔光一体”,真正实现“鱼、电、环保”三丰收,成为渔光互补生态养殖、观光游览、悠闲娱乐等一体化示范工程。 03:31

分布式光伏发电站

指装机规模较小、布置在用户附近的发电系统,它一般接入10千伏或更低电压等级的电网。我们平时见到的小规模的户用屋顶光伏电站,都属于分布式光伏电站。对比集中式,它最大的优势在于有效节省土地资源,提高闲散屋顶、厂房的利用效率,开发成本相对较低。

云南凤庆作为我国革命地标之一,红色文化内涵十分丰富。当地夏季高温湿热、冬季湿冷、雨水充沛,农户多会自发在屋顶或阳台搭建顶棚来防止屋顶漏雨。利用这些特点,结合农户需求,上海能科就为当地农户建设了阳光棚型屋顶光伏,不但能增加屋顶空间、防止漏雨、保温隔热,更能遮挡阳光、有效减少紫外线的直接照射,最重要的是,农户还能通过顶层光伏发电量获取共享收益,一举多得。



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