Dans le contexte de la transition énergétique mondiale, les centrales photovoltaïques, en tant que support principal de la production d'énergie solaire, se développent rapidement et deviennent une force clé dans la promotion de l'utilisation des énergies renouvelables. Comprendre les principes techniques, la composition du système et les tendances futures de développement des centrales photovoltaïques est d'une grande importance pour saisir la direction de la transformation de l'énergie et promouvoir les progrès industriels.
1 principes techniques des centrales photovoltaïques
La production d'électricité de centrales photovoltaïques est basée sur l'effet photovoltaïque, qui a été découvert par le scientifique français Edmund Becquerel en 1839. Lorsque la lumière du soleil brille sur les cellules solaires en matériaux semi-conducteurs, les photons interagissent avec les électrons dans le semi-conducteur. L'énergie des photons est absorbée par les électrons, leur permettant de gagner suffisamment d'énergie pour se libérer des contraintes des atomes, produisant ainsi des paires de trous d'électrons. Sous l'action du champ électrique intégré dans la jonction PN d'un semi-conducteur, les électrons et les trous se déplacent dans des directions opposées, formant un courant. Plusieurs cellules solaires sont combinées en série et parallèles pour former des modules de cellules solaires, augmentant davantage la tension et le courant et atteignant la sortie d'énergie électrique à grande échelle.
Les premières cellules solaires avaient une faible efficacité de conversion et des coûts élevés, ce qui a limité leur application répandue. Mais avec les progrès continus de la science des matériaux et de la technologie de fabrication, les cellules solaires de silicium cristallin représentées par le silicium monocristallin et le silicium polycristallin sont progressivement devenus courant. Les cellules de silicium monocristallin, avec leurs matériaux de silicium à haute pureté, peuvent obtenir une efficacité de conversion de plus de 25%; Bien que les cellules de silicium polycristallin soient légèrement inférieures en pureté, leur efficacité de conversion peut encore atteindre 20% -23% grâce à des processus de production optimisés. Ces dernières années, les cellules solaires de pérovskite émergentes se sont développées rapidement, avec une efficacité de conversion en laboratoire dépassant 25%, démontrant un énorme potentiel de développement.
2 Composition du système de centrale photovoltaïque
(1) Unité de génération d'électricité: travail collaboratif des composants centraux
Les modules de cellules solaires sont au cœur des unités de production d'énergie photovoltaïque. Ces composants peuvent être classés en différents types en fonction de différents scénarios d'application et exigences. Dans les centrales photovoltaïques au sol à grande échelle, des modules de silicium polycristallin à haute puissance et une bonne stabilité sont souvent utilisés; Dans les projets photovoltaïques distribués tels que les toits commerciaux et le photovoltaïque résidentiel, les modules de silicium monocristallin sont très favorisés en raison de leur petite taille et de leur grande efficacité. Les composants sont installés dans des positions spécifiques à travers des supports pour recevoir la lumière du soleil à l'angle optimal.
La boîte combiner joue un rôle dans la collecte et la distribution de courant. Le courant direct généré par plusieurs modules de cellules solaires est connecté à une boîte de combinaison via des câbles. La boîte de combinaison agrége plusieurs courants directs et surveille et protège chaque courant. Ensuite, la puissance DC est transmise à l'onduleur via l'armoire de distribution DC.
(2) Unité de contrôle et de conversion: assurer la qualité de la puissance et le fonctionnement connecté au réseau
L'onduleur est l'un des équipes clés des centrales photovoltaïques, qui convertit le courant direct en courant alternatif qui répond aux exigences du réseau électrique. Les performances des onduleurs affectent directement l'efficacité de la production d'électricité et la qualité de l'énergie des centrales photovoltaïques. Les onduleurs modernes adoptent une technologie de contrôle numérique avancée et ont une fonction de suivi de point de puissance maximal (MPPT), qui peut ajuster l'état de travail des modules de cellules solaires en temps réel pour toujours être dans l'état de sortie de sortie maximal. Dans le même temps, l'onduleur peut également filtrer et stabiliser la puissance AC de sortie pour garantir que la qualité de l'énergie répond aux normes d'accès au réseau.
En plus de l'onduleur, le système de surveillance est également un composant important de l'unité de contrôle et de conversion. Grâce à des capteurs et à des dispositifs d'acquisition de données, le système de surveillance surveille l'état de fonctionnement en temps réel de divers équipements dans la centrale photovoltaïque, y compris la température des composants, la tension, le courant, le personnel de travail de l'onduleur, etc.
(3) Unité de stockage d'énergie: résolution du problème intermittent de la production d'énergie photovoltaïque
Afin de résoudre les problèmes intermittents et fluctuants de la production d'énergie photovoltaïque, l'application d'unités de stockage d'énergie dans les centrales photovoltaïques devient de plus en plus répandue. Les technologies de stockage d'énergie courantes comprennent les batteries au plomb-acide, les batteries au lithium-ion et les batteries d'écoulement. Les batteries au lithium ion sont devenues le choix grand public pour le stockage d'énergie dans les centrales photovoltaïques en raison de leur densité d'énergie élevée, de leur efficacité élevée de charge et de décharge et de durée de vie à cycle long.
Lorsqu'il y a suffisamment de soleil pendant la journée, l'excès d'électricité généré par les centrales photovoltaïques est stocké dans des batteries de stockage d'énergie; La nuit ou en cas de lumière insuffisante, la batterie de stockage d'énergie libère l'énergie électrique pour assurer un approvisionnement stable en électricité. Les unités de stockage d'énergie peuvent également participer à des services auxiliaires tels que le rasage de pointe et la régulation de fréquence du réseau électrique, l'amélioration de la stabilité et de la fiabilité du réseau électrique.
3 La tendance de développement des centrales photovoltaïques
(1) L'innovation technologique entraîne une amélioration de l'efficacité et une réduction des coûts
À l'avenir, la technologie de la centrale photovoltaïque se développera vers une efficacité plus élevée et un coût moindre. En termes de technologie de batterie, les cellules solaires de pérovskite devraient obtenir des applications industrielles à grande échelle, améliorant encore l'efficacité de la production d'électricité des centrales photovoltaïques. Pendant ce temps, en améliorant les processus de fabrication et en optimisant la conception des composants, le coût de production des modules photovoltaïques peut être réduit. En termes de technologie de l'onduleur, l'application de nouvelles structures de topologie et dispositifs d'alimentation améliorera l'efficacité de la conversion et la fiabilité des onduleurs et réduira les coûts de fonctionnement et de maintenance.
(2) Développement collaboratif distribué et centralisé
Les centrales électriques photovoltaïques distribuées se sont développées rapidement ces dernières années en raison de leurs avantages d'être proches des utilisateurs, de construction flexible et de consommation sur place. À l'avenir, le photovoltaïque distribué se développera en synergie avec des centrales centralisées photovoltaïques. Dans les zones urbaines et commerciales, le photovoltaïque distribué utilisera entièrement des espaces tels que les toits de construction et les murs pour réaliser la production et la consommation d'énergie à proximité; Dans les zones reculées avec de nombreuses ressources d'énergie solaire, les centrales centralisées photovoltaïques continueront de tirer parti de leurs avantages d'échelle pour fournir une énergie propre à grande échelle pour le réseau électrique. Dans le même temps, grâce à la technologie Smart Grid, l'interconnexion entre les centrales photovoltaïques photovoltaïques distribuées et centralisées peut être obtenue, optimisant l'allocation des ressources énergétiques.
(3) développement intégré à d'autres industries
Les centrales photovoltaïques seront profondément intégrées à des industries telles que l'agriculture, les pêches et l'élevage, formant des modèles de développement innovants tels que la "complémentarité photovoltaïque agricole", la "complémentarité photovoltaïque des pêches" et la "complémentarité photovoltaïque". Dans le mode "Agricultural photovoltaïque complémentaire", des modules photovoltaïques sont installés au-dessus des terres agricoles, et les terres ci-dessous peuvent continuer à être utilisées pour la plantation agricole, réalisant une utilisation efficace des ressources foncières; Le modèle «complémentaire photovoltaïque de pêche» implique la construction de centrales photovoltaïques à la surface des étangs de poisson, l'aquaculture sous-marine et l'augmentation du revenu complet par unité de terrain. Ce modèle de développement de l'intégration industrielle élargit non seulement les scénarios d'application des centrales photovoltaïques, mais favorise également le développement vert et durable des industries connexes.