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视角:探秘《火星救援》里的光伏+储能应用

发表于:2015-12-01 00:12:00    

太阳能电池技术

光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件。

光伏电池的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本。以硅片为基础的第一代光伏电池,其技术虽已经发展成熟,但成本一直高居不下。基于薄膜技术的第二代光伏电池中,很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上,大大减少了半导体材料的消耗,且易于批量自动化生产,从而大大降低光伏电池的成本。

片中,马特达蒙就是带着太阳能板,它的阵列板可以在阳光下获取能源的同时给锂离子电池充电。给改装了的火星车充电,穿越3200公里到达救援地。而在没有阳光的位置,电池也能为飞船运行提供足够的能源。

硅基薄膜太阳电池主要有非晶硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜太阳电池,以及它们相互组合成的叠层电池——双结构或者三结构的薄膜电池集成起来构成集成薄膜太阳电池。

硅基薄膜电池制造工艺流程为SnO2导电玻璃——SnO2膜切割——清洗——预热——非晶硅沉积(PIN)——冷却——非晶硅切割——掩膜镀铝——老化——UV保护层——封装——成品测试——分类包装。

  聚光光伏技术

从太阳直接到达地面的太阳能密度很低,其峰值不超过lkWm2,为了提高太阳能利用效率,可采用聚光光伏技术。一方面将太阳光会聚到面积很小的高性能聚光电池上,提高太阳光辐照能量密度;另一方面用相对便宜的聚光器部分代替昂贵的太阳电池,从而达到降低光伏发电系统成本的目。

聚光器是聚光光伏系统的主要组成部分,根据光学原理可分为:折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。热光伏聚光器工作原理是,太阳把辐射器加热到高温,完成光热转换;辐射器再发出辐射到太阳电池上,完成光电转换。

光伏阵列的最大功率跟踪技术

经研究发现,光伏阵列功率输出特性具有非线性特征,并受太阳辐射照度、环境温度和负载情况的影响。为了使太阳能电池在供电系统中充分发挥它的光电转换能力,就需要实时控制光伏电池阵列的工作点以获得最大的功率输出。

最大功率跟踪的实现实质上是一个动态寻优的过程,通过对光伏电池阵列当前输出电压与电流的检测,得到当前光伏电池阵列输出功率,再与已被存储的前一时刻功率相比较,舍小取大,再检测,再比较,如此不停地周而复始,便可使光伏电池阵列动态的工作在最大功率点上。

孤岛效应检测技术

孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电时,各个光伏并网发电系统仍在运行,并向周围的负载供电,而构成一个电力公司无法控制的自给供电的孤岛。当光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果,如孤岛中的电压和频率无法控制,可能会对用户的设备造成损坏,甚至危及维修人员生命安全等。

孤岛效应检查方法在并网逆变器侧可分为被动式和主动式。

被动式检测方法是利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测,该方法适用于负载功率变化不大,且与逆变器的输出不匹配的场合。

主动式检测方法是指通过控制逆变器,使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常运行时,由于电网锁相环的平衡作用,检测不到这些扰动,一旦电网出现故障,逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围,便可触发孤岛效应检测电路。主动式检测方法目前主要有:阻抗测量法、输出功率扰动法、主动频率偏移法及滑动频率移相法等。其中频率偏移法及频率移相法具有易于实现、实用性强等特点,在应用中更为广泛。

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责任编辑:solar_robot
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