太陽光発電システム
Aug 04, 2023
導入
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太陽光発電、または太陽光発電システムは、半導体材料の光起電力効果を利用して太陽放射エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムです。 太陽光発電システムのエネルギーは、クリーンで安全な再生可能なエネルギー源である無尽蔵の太陽エネルギーから得られます。 太陽光発電プロセスは環境を汚染したり、生態系を破壊したりしません。
太陽光発電システムは、独立型太陽光発電システムと系統連系型太陽光発電システムに分けられます。 太陽光発電システムは、太陽電池アレイ、電池パック、充放電コントローラ、インバータ、交流配電盤、太陽光追尾制御システムなどで構成されます。
歴史
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ハインリッヒ・ヘルツは 1887 年に初めて光電効果を発見し、アルバート・アインシュタインは 1905 年にこの現象を説明しました。太陽光発電 (PV) システムは、半導体材料の光電効果を利用して光を電気エネルギーに直接変換します。 半導体の組成と、光起電力装置が受け取る有効太陽放射の強度と波長の両方が、光起電力装置の発電に影響を与える可能性があります (Hertz、1887; Einstein、1905)。 1954年、ベル研究所の3人の研究者が最初の実用的な「太陽電池」を開発しました。 このバッテリーは、入射太陽エネルギーの 6 パーセントを電気エネルギーに変換できます (Pedin、2004)。 研究開発の継続的な進歩により、光起電力デバイスの変換効率も向上しました。
分類
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太陽光発電システムは、電力系統との関係から独立型太陽光発電システムと系統連系型太陽光発電システムの2つに分類されます。
自立型太陽光発電システム
独立型太陽光発電システムは、太陽光発電システム、蓄電池、充電制御装置、パワーエレクトロニクスコンバータ（インバータ）、負荷などで構成されます。その動作原理は、太陽放射エネルギーがまず太陽光発電システムを通じて電気エネルギーに変換されることです。 、変換後のパワー エレクトロニクス コンバータによって負荷に電力が供給されます。 同時に、余剰の電気エネルギーは、充電コントローラーを通過した後、化学エネルギーの形でエネルギー貯蔵装置に貯蔵されます。 このようにして、太陽光が不十分な場合、バッテリーに蓄えられたエネルギーは、パワーエレクトロニクス インバーター、フィルター、電源周波数変圧器によって昇圧された後、AC 負荷用の AC 220V、50 Hz の電気エネルギーに変換されます。 太陽光発電は日中発電するのが特徴ですが、負荷は24時間365日使用されることが多いです。 したがって、独立型太陽光発電システムにはエネルギー貯蔵コンポーネントが不可欠であり、エンジニアリングで使用される主なエネルギー貯蔵コンポーネントはバッテリーです。
系統連系型太陽光発電システム
系統連系型太陽光発電システムは、太陽光発電システム、高周波DC/DC昇圧回路、パワーエレクトロニクスコンバータ（インバータ）、系統監視部で構成されます。 その動作原理は、太陽放射エネルギーが太陽光発電システムによって変換され、高周波直流変換後に高電圧直流に変換され、反転された後に系統電圧と同じ周波数の正弦波交流電流を系統に出力するというものです。パワーエレクトロニクスインバーターによる。
上記 2 つの太陽光発電システムの最大の違いは、系統連系型太陽光発電システムは電力網に直接接続されているため、太陽光発電システムと並列系統の余剰電力を補完することができ、必要なエネルギー貯蔵が不要であることです。独立型太陽光発電システムのバッテリーなどの要素を削減し、システムコストを削減するだけでなく、システムの信頼性も確保します。 同時に、夏には太陽放射強度が高く、太陽光発電システムがより多くの電力を生成するため、夏の電力網のピーク負荷を調整できます。 近年の太陽光発電の大規模導入と太陽電池モジュールの価格の急速な低下により、系統連系システムの普及がさらに進むことは間違いありません。
アドバンテージ
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1) 信頼性の高い動作：過酷な環境や気候条件でも正常に電力を供給できます。
2) 長寿命: 結晶シリコン部品の寿命は通常 25 年以上ですが、アモルファスシリコン部品の寿命は通常 20 年以上です。
3) 低メンテナンスコスト：システム完成後は、少人数の人員で定期的に点検・メンテナンスを行うだけで済みます。 従来の発電所に比べて維持費が高額になります。
4) 自然エネルギー: エネルギーは、エネルギーコストを必要とせずに、太陽エネルギーの無尽蔵の源です。
5) 騒音公害がない: システム全体に機械的な可動部品がなく、騒音が発生しません。
6) モジュラー: ニーズに応じてシステム容量を選択し、柔軟で便利な設置、簡単な拡張を実現します。
7) 安全性：システム内に可燃物がなく、安全性能が高い。
8) 自律型電源: オフグリッドで動作し、独立して電力を供給し、公共の電力網の影響を受けません。
9) 分散型発電: 分散型太陽光発電所は、公共送電網への影響や害を軽減するために建設できます。
10) 高地: 標高が高く日差しが強い地域では、システムの出力をさらに高めることができます。 （高地での太陽光発電に比べ、気圧が低いためディーゼル発電機の効率、出力が低下します。
アプリケーションシナリオ
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従来の太陽光発電所や分散型屋上太陽光発電に加えて、太陽光発電は、建築、農業、漁業、公共施設、景観建設などのさまざまなシナリオにも適用できます。これらの複合モデルと国境を越えたモデルにより、太陽光発電建設プロジェクトのバランスを保つことができます。クリーンな電気を生成しながら、経済発展と生態保護。 一方、この空間の効率的かつ集中的な利用方法は、新しいエネルギー開発プロジェクトが建設に必要な土地資源を獲得するのに役立ちます。
中国の中巴県では、この県の熱供給はすべて太陽エネルギーによって賄われています。 写真左側の黒い部分は、私たちが普段使っている給湯器と同じ、面積35000平方メートルのソーラーコレクターで、太陽エネルギーを熱に変換することができます。 熱を集めて写真の色の瓶に蓄えます。 この瓶は 1 日 24 時間熱を生成し、郡の町に暖房を提供します。 これは 100% 太陽エネルギーであり、炭素は完全にゼロです。
太陽光発電と土地生態系の回復
国連砂漠化対策条約の統計によると、極度の干ばつと干ばつに見舞われる世界の陸地面積は約25500平方キロメートルで、地球の地表の17.2％を占める。 さらに、砂漠の面積は年々拡大し続けています。 土地劣化中立性 (LDN) と劣化した土地の生態学的回復は、常に地球が直面する重要な問題です。 砂漠化した土地は修復する必要がありますが、大量の土地資源も提供します。 したがって、砂漠化した土地の生態学的回復と太陽光発電建設を組み合わせることで、さまざまな利点がもたらされます。 砂漠のソーラーパネルは電力を供給するだけでなく、太陽光の放射量と地上の水の蒸発量を削減します。 バッテリーパネルの洗浄中に噴霧される水は、土壌表面の水分含有量を増加させ、植生の成長と回復を促進します。 砂漠の太陽光発電所は、土壌の生物学的炭素固定、植物の定着を促進し、生物多様性を改善し、土壌活動を回復することができ、水と土壌の保全、風と砂への耐性、気候調整、生態環境の改善に役立ちます。 地主は、25- 年間の太陽光発電所の運転サイクルを経て、より高い植生範囲、より健全な土壌、より高い土地生産性を備えた高品質の土地を受け取り、使用期間中に土地賃貸借の恩恵を受けることになります。
現在、パキスタン、エジプト、内モンゴル、山西省、青海省、寧夏回族自治区、中国のその他の地域でも、このような「太陽光発電＋土地生態系修復」プロジェクトが進められている。 青海拱河盆地の生態系修復プロジェクトを例に挙げます。 850 MW プロジェクトは 54 平方キロメートルの面積をカバーします。 太陽光発電所の建設後、太陽光発電パネルの下および間の土地の植生範囲は大幅に増加し、植生範囲は 15% 増加しました。 太陽光発電ポンプによる灌漑地域の植生範囲も大幅に改善されました。 太陽光発電パネルの下 10cm、20cm、40cm では、土壌水分含量はそれぞれ 78%、43%、40% 増加しました。 夏には、土壌有機物と窒素の含有量はそれぞれ前年に比べて11.6倍と11.3倍に増加し、土壌微生物が増加し、土地の生産性が向上しました。 太陽光発電により炭素排出量は約120万トン削減され、植生や土壌の有機炭素にもある程度の炭素堆積が形成されています。 発電所地域は地域の気候に重大な規制影響を及ぼしています。太陽光発電公園内の風速は公園外に比べて 40.3 パーセント減少しました。 空気の相対湿度は公園の外より 2.8% 高くなります。 また、地温を調節する効果もあります。
太陽光発電プラスビル
ヨーロッパで最大のエネルギー消費は建設産業によるもので、エネルギーの約 40 パーセントを消費し、温室効果ガスの約 36 パーセントを排出しています。 現在、欧州連合内の建物のほぼ 75% はエネルギー効率が低いです。 既存の建物にエネルギーを改修すれば、大幅なエネルギーの節約が可能となり、EU の総エネルギー消費量を 5 ～ 6% 削減し、二酸化炭素排出量を 5% 削減できると期待されています。 現在、欧州では太陽光発電の建物統合プロジェクトが大規模に推進されている。 太陽光発電建設と建物を組み合わせることで、土地資源の消費を削減できます。 ヨーロッパ諸国では、建築面積を最大限に活用するために、「太陽光発電と建築」プロジェクトを建設する際に、まず利用可能な建築面積を見積もります。 パリ都市圏における太陽光発電システムの大規模な実用化の結果から、屋根を覆うソーラーパネルにより、冬季の家庭の暖房需要が 3% 増加する可能性があることがわかりますが、夏にはこの覆いにより、空調エネルギー消費量を 12% 削減します。
リヒテンシュタインは、太陽光発電の建設から恩恵を受ける非常に典型的な国です。 この国はスイスとオーストリアの間に位置し、面積はわずか 160.5 平方キロメートル、人口は 38,244 人です。 リヒテンシュタインは国土が狭く人口も少なく、一人当たりのエネルギー消費量、一人当たりの電力消費量が高く、エネルギー自給率が低い。 しかし、世界で初めて「エネルギー大国」と呼ばれることが認められた国です。 1人当たりの太陽光発電の観点から見ると、2015年にリヒテンシュタインは、それまで第1位だったドイツ（1人当たりの設置容量473ワット）を上回り、太陽光スーパー州協会から「1人当たりの太陽光発電チャンピオン」の称号を授与された。一人当たりの設置容量は 532 ワットです。 この国のすべての太陽光発電プロジェクトは建物の上に建てられていることに注目する価値があります。 リヒテンシュタインの光資源の条件下では、面積 40-50 平方メートルの最新の太陽光発電システムは、4 人家族の電力消費量にほぼ対応でき、約 25 年間発電し続けることができ、リヒテンシュタインの目標達成に貢献します。家庭の電力を自給自足し、電力の一部を産業に供給する。 2020年5月10日、リヒテンシュタインの国内発電量が国の電力負荷を上回り、同国の歴史上初めて、外部エネルギーを一切必要とせずに完全に自給自足の電力運用が可能となった。 これは特別な時期に時々起こる出来事ではあるが、この国がエネルギー自給自足を達成するために太陽光発電の建設に依存している可能性も示している。 この国の現在の公共エネルギー計画は、2030 年までに 2.2 キロワット、2050 年までに少なくとも 4.5 キロワットの一人当たり太陽光発電容量を達成することになっています。これらの太陽光発電はすべてまだ建設が計画されており、国内における太陽光発電の建設の位置付けは、さらに統合されました。
太陽光発電と農業
「太陽光発電プラス農業」とは、足場式太陽光発電と農業生産活動を同じ土地で同時に展開することを指します。 世界の農地面積は約5億平方キロメートルで、地球の陸地面積の38パーセントを占めます。 その約3分の1は耕地で、残りの3分の2は草原と牧草地です。 農地は土地資源の多くを占めており、これらの土地を太陽光発電建設の利用可能エリアとして使用できるかどうかについては、常に議論の的となってきました。 この目的を達成するために、ヨーロッパ最大の太陽エネルギー研究機関であるドイツのフラウンホーファー ISE は、冬小麦、セロリなどのさまざまな作物の収量に対する太陽光発電パネルの影響をテストするために、2015 年に農業と太陽光の統合研究プロジェクト APV RESOLA を立ち上げました。 、ジャガイモ。 科学的制御により、太陽光発電とジャガイモの作付けを組み合わせると、ジャガイモの収量がヘクタール当たり 3 パーセント増加し、農地では太陽光発電によってさらに 83 パーセントのグリーン電力が生産され、土地の総合利用率が {{7 }} パーセント。 この成果は、2020年10月にドイツのフラウンホーファー太陽システム研究所が主催するAgriVoltaics国際農業太陽光発電会議で発表されました。太陽光発電パネルの洗浄と農地の灌漑を組み合わせた「太陽光発電プラス農業」モードにより、水の効率を向上させることができます。また、太陽光発電パネルは、過剰な正午の光による作物への悪影響を軽減し、水の蒸発を減らす役割も果たします。 統合された農業施設と太陽光発電施設に基づいて、合理的な灌漑に適した作物を選択できます。 太陽光発電のインテリジェントシステムは、農業生産プロセスを保証し、「太陽光発電温室とインテリジェントな植栽」を実現し、農業の経済性と品質を向上させることもできます。 「太陽光発電＋農業」モデルは、太陽光発電建設と農業生産との間の土地競争の問題を解決し、太陽光発電建設への介入措置により、太陽光発電を可能な限り確保しながら作物の収量を増加させ、土地の複合利用を実現するものである。
寧夏回族自治区の黄河東岸にある農業用太陽光発電所を例に挙げると、寧夏回族自治区の黄河東岸はかつて最も深刻な砂漠化の土地の一つであり、平均海抜は1200メートルでした。 、年間最大降水量は273 mm、年間蒸発量は2722 mmです。 黄砂と砂埃がいたるところにありました。 開発会社は、160,000エーカー（約10,666ヘクタール）の砂漠化土地で生態管理を実施し、補完的な農業発電所と太陽光発電所を建設し、3GWpの太陽光発電の建設を計画し、系統接続された1GWpの太陽光発電を完成させた。 同時に、高品質の有機クコの実の「植栽研究開発加工販売」というグリーン産業チェーンも展開され、地元の貧困人口3万人に雇用の機会を提供している。 太陽光発電モジュールは放射強度を低下させます。 「太陽光発電と農業」により、クコの開花期は地元の同様のクコよりも5週間長くなり、生産量は29パーセント増加します。
太陽光発電と水産
「太陽光プラス水産」とは、水面に基礎を設置した太陽光発電所を建設し、太陽光パネルの下で発電しながら漁業を発展させる空間資源複合利用の複合展開モデルです。太陽光発電モジュールの冷却効果と日よけ効果は、水産物の睡眠温度を下げ、水の蒸発を減らし、魚、エビ、カニの生存率を向上させ、藻類の侵入を減らすことができます。第二に、太陽光発電エネルギー供給のためのインテリジェントシステムは、条件を効果的に制御できます。水温やpHなどの養殖水域の測定、節水循環、プール底汚染物質の排出、滅菌と酸素添加、遠隔検出も実現でき、より良い生態環境を作り出し、水産物の収量と品質を継続的に向上させることができます。発電操作、エネルギーの節約、排出削減の観点から、太陽光発電による漁業は公害ゼロであり、粉塵、二酸化炭素、二酸化硫黄、窒素酸化物の排出を削減します。 地上太陽光発電所は、火災、ケーブルへの動物の咬傷、その他の状況による損傷を回避することもできます。 漁業生産の増加とエネルギーの節約および排出削減を同時に行うことで、土地の単位面積あたりの経済価値を大幅に高めることができます。
江蘇省漁業・光統合プロジェクトのデータに基づくと、漁業・光統合プロジェクトにおける1ムー当たりのソウギョ池の収量は35550-39705 kg/haに達しており、これは地元の従来の養殖池の平均レベルをはるかに上回っている。池（18750kg/ha）。 339 エーカーの養殖水面に 50% ～ 75% の太陽光発電モジュールを設置し、10 メガワットの統合された釣り池と照明池を設置し、年間合計 1,300 万キロワット時の電力を生成し、年間あたり 38300- キロワット時の電力を生成します。年間エーカーであり、1 エーカーあたり月平均 3196- キロワット時の電力を生成します。 米と空心菜を生物処理に使用した魚と野菜（米）の共生により、合計194.48キログラムの米と3529キログラムの空心菜が生産され、合計161.99キログラムの窒素、27.63キログラムのリン、202.44キログラムのリンを吸収した。カリウムの追加生産額は約 4000 元、利益は 3000 元を超えました。 物理的、生物学的浄化、水産養殖技術を有機的に組み合わせて利用することで、「魚を水の餌に、草を水をきれいにするために利用する」という目標を達成し、水産養殖における内部および外部の汚染問題を効果的に制御しました。 SSの劣化率は80％以上、COD、TN、TPの劣化率は90％以上です。 浄化された水質は、「淡水池の水産養殖用水の放流要件」(SC/T9101-2007)の第1レベル基準を満たしています。
当社は、最高品質の銅エンドキャップ、ヒューズ端子コンタクト、(電気自動車)EVフィルムコンデンサバスバー、(太陽光発電)PVインバータバスバー、積層バスバー、新エネルギー電池用アルミニウムケース、銅/真鍮/アルミニウム/ステンレス鋼に焦点を当てています。中国で18年以上にわたり、プレス部品およびその他の電気製品の金属プレスおよび溶接アセンブリを行っています。 当社は小規模な事業としてスタートしましたが、今では中国の EV および PV 業界の大手サプライヤーの 1 つになりました。
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