태양광 발전 시스템의 구성 및 원리
1) 태양광 패널: 빛 에너지 변환의 주력
태양광 발전 시스템의 태양광 패널은 일반적으로 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 비소화갈륨, 구리 인듐 갈륨 셀렌화물 등으로 만들어집니다. 예를 들어, 단결정 실리콘은 기본적으로 완전한 격자 구조를 가진 실리콘의 단결정입니다. 이는 비교적 높은 광전 변환 효율을 가진 우수한 반도체 재료로, 약 24%까지 도달할 수 있습니다. 다결정 실리콘의 제조 공정은 단결정 실리콘과 유사하지만, 광전 변환 효율은 약간 낮습니다. 비정질 실리콘은 순도가 낮지만 약한 빛 성능이 좋은 갈색-검정색 또는 회색-검정색 미세 결정인 비정질 실리콘에 속합니다. 비소화갈륨은 중요한 반도체 재료로 태양광 패널에도 사용됩니다. 구리 인듐 갈륨 셀렌화물은 2세대 태양 전지와 같은 복합 박막 태양 전지에 주로 사용됩니다.
동시에, 태양광 패널 표면에는 종종 특수 코팅이 있어 햇빛 반사를 줄이고 가능한 한 많은 빛 에너지를 흡수하여 빛 에너지의 활용 효율을 향상시킵니다. 햇빛에 노출되면 태양광 패널의 반도체 재료가 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 실리콘 재료로 만든 태양광 패널의 경우, 햇빛의 광자 에너지가 반도체에 비추면 반도체 내의 전자를 여기시켜 원자가대에서 전도대로 이동시켜 전자-정공 쌍을 생성합니다. 반도체의 내부 전기장의 작용 하에 전자와 정공은 각각 양쪽 끝으로 이동하여 광유도 기전력을 형성합니다. 외부 회로가 태양광 패널의 양쪽 끝에 연결되어 있으면 전류를 생성하여 햇빛을 전기에너지로 변환하고 전체 태양광 발전 시스템에 전원을 공급할 수 있습니다.
2) 배터리: 전기에너지의 "저장 창고"
배터리는 태양광 발전 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며 전기에너지의 "저장 창고"라고 할 수 있습니다. 충분한 햇빛이 있을 때 태양광 패널에서 생성된 전기는 현재 부하에 사용될 뿐만 아니라 잉여 전기도 있습니다. 이때 배터리는 저장 기능을 시작하여 이 잉여 전기를 저장합니다. 흐린 날이나 밤과 같이 햇빛이 부족하여 태양광 패널이 충분한 전기를 생성할 수 없거나 심지어 전기를 생성할 수 없을 때, 배터리는 이전에 저장된 전기를 방출하여 시스템이 조명 조건의 변화로 인해 정전과 같은 불안정한 상황을 겪지 않고 부하에 지속적이고 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 하여 전체 태양광 발전 시스템이 안정적으로 작동하도록 유지합니다.
3) 컨트롤러: 시스템 작동의 "스마트 집사"
컨트롤러는 태양광 발전 시스템의 "스마트 집사"입니다. 컨트롤러는 항상 태양광 패널의 전압 및 전류 출력을 모니터링합니다. 한편으로는 전기에너지의 분배 및 저장을 지능적으로 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 배터리의 전원 상태에 따라 태양광 패널에서 배터리로의 충전 과정을 합리적으로 제어할 수 있습니다. 배터리가 거의 가득 차면 컨트롤러는 과충전을 방지하기 위해 충전 전류 및 기타 매개변수를 조정합니다. 배터리가 부하에 전력을 공급하기 위해 방전해야 할 때, 부하의 실제 전력 요구 사항에 따라 전력 출력을 정확하게 제어합니다.
한편, 컨트롤러는 시스템의 안전과 안정성을 보장하기 위해 다양한 보호 기능을 갖추고 있습니다. 전기 보호와 같은 기능은 회로의 비정상적인 전류 및 전압이 시스템에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있습니다. 역 연결 보호 기능은 태양광 패널이든 배터리든 극성이 반대로 연결된 배선 오류가 있는 경우 컨트롤러는 손상되지 않도록 하고 배선을 수정한 후에도 정상적으로 계속 작동할 수 있도록 합니다. 단락 보호 기능은 회로에 단락이 발생하면 컨트롤러가 즉시 회로를 차단하여 단락으로 인한 일련의 안전 위험을 방지합니다. 과전류 보호, 과충전 보호, 과방전 보호 등도 있습니다. 과충전은 배터리의 전해액을 증발시켜 오작동을 일으킬 수 있으며, 배터리의 과방전은 배터리의 조기 고장을 유발하고, 과충전 및 과방전은 부하를 손상시킬 수 있습니다. 이러한 보호 기능을 통해 컨트롤러는 태양광 발전 시스템의 정상적인 작동을 전방위적으로 보호하여 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.
IV) 인버터 및 부하: 전력 변환 및 소비 단자
인버터의 핵심 기능은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 부하에서 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 구체적으로, 태양광 패널은 DC 전력을 생성하지만, 우리 일상 생활과 많은 산업 및 상업 시나리오에서 사용되는 전력의 대부분은 AC 전력입니다. 인버터는 복잡한 인버터 회로 및 기타 구조를 가지고 있습니다. 일반적인 완전 제어 인버터를 예로 들면, AC 요소는 IGBT 튜브를 사용하고, IGBT 튜브의 도통 또는 차단은 PWM 펄스 폭 변조에 의해 제어됩니다. DC 전원이 연결되면 IGBT 튜브의 서로 다른 도통 및 차단 조합을 통해 변압기의 1차 코일에 양수 및 음수 교대 사각파가 형성됩니다. LC AC 필터의 도움으로 출력단은 최종적으로 정현파 AC 전압을 형성하여 DC에서 AC로의 변환을 완료합니다.
부하는 전기에너지의 사용자이자 전체 태양광 발전 시스템의 전기에너지 소비 단자입니다. 이는 가정의 전등, 텔레비전, 냉장고 및 기타 전기 제품, 산업의 모터 및 생산 설비, 상업 장소의 조명 및 디스플레이 장비 등 다양한 전기 장비가 될 수 있습니다. 이러한 부하는 인버터에 의해 변환된 교류 전력에 의존하여 각 기능을 실현합니다. 예를 들어, 전등은 조명 기능을 실현하고, 모터는 기계를 작동시킵니다. 서로 다른 부하는 실제 필요에 따라 전기에너지를 소비하며, 함께 태양광 발전 시스템의 전기에너지 소비 링크를 구성합니다.
태양광 발전 시스템의 구성 및 원리
1) 태양광 패널: 빛 에너지 변환의 주력
태양광 발전 시스템의 태양광 패널은 일반적으로 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 비소화갈륨, 구리 인듐 갈륨 셀렌화물 등으로 만들어집니다. 예를 들어, 단결정 실리콘은 기본적으로 완전한 격자 구조를 가진 실리콘의 단결정입니다. 이는 비교적 높은 광전 변환 효율을 가진 우수한 반도체 재료로, 약 24%까지 도달할 수 있습니다. 다결정 실리콘의 제조 공정은 단결정 실리콘과 유사하지만, 광전 변환 효율은 약간 낮습니다. 비정질 실리콘은 순도가 낮지만 약한 빛 성능이 좋은 갈색-검정색 또는 회색-검정색 미세 결정인 비정질 실리콘에 속합니다. 비소화갈륨은 중요한 반도체 재료로 태양광 패널에도 사용됩니다. 구리 인듐 갈륨 셀렌화물은 2세대 태양 전지와 같은 복합 박막 태양 전지에 주로 사용됩니다.
동시에, 태양광 패널 표면에는 종종 특수 코팅이 있어 햇빛 반사를 줄이고 가능한 한 많은 빛 에너지를 흡수하여 빛 에너지의 활용 효율을 향상시킵니다. 햇빛에 노출되면 태양광 패널의 반도체 재료가 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 실리콘 재료로 만든 태양광 패널의 경우, 햇빛의 광자 에너지가 반도체에 비추면 반도체 내의 전자를 여기시켜 원자가대에서 전도대로 이동시켜 전자-정공 쌍을 생성합니다. 반도체의 내부 전기장의 작용 하에 전자와 정공은 각각 양쪽 끝으로 이동하여 광유도 기전력을 형성합니다. 외부 회로가 태양광 패널의 양쪽 끝에 연결되어 있으면 전류를 생성하여 햇빛을 전기에너지로 변환하고 전체 태양광 발전 시스템에 전원을 공급할 수 있습니다.
2) 배터리: 전기에너지의 "저장 창고"
배터리는 태양광 발전 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며 전기에너지의 "저장 창고"라고 할 수 있습니다. 충분한 햇빛이 있을 때 태양광 패널에서 생성된 전기는 현재 부하에 사용될 뿐만 아니라 잉여 전기도 있습니다. 이때 배터리는 저장 기능을 시작하여 이 잉여 전기를 저장합니다. 흐린 날이나 밤과 같이 햇빛이 부족하여 태양광 패널이 충분한 전기를 생성할 수 없거나 심지어 전기를 생성할 수 없을 때, 배터리는 이전에 저장된 전기를 방출하여 시스템이 조명 조건의 변화로 인해 정전과 같은 불안정한 상황을 겪지 않고 부하에 지속적이고 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 하여 전체 태양광 발전 시스템이 안정적으로 작동하도록 유지합니다.
3) 컨트롤러: 시스템 작동의 "스마트 집사"
컨트롤러는 태양광 발전 시스템의 "스마트 집사"입니다. 컨트롤러는 항상 태양광 패널의 전압 및 전류 출력을 모니터링합니다. 한편으로는 전기에너지의 분배 및 저장을 지능적으로 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 배터리의 전원 상태에 따라 태양광 패널에서 배터리로의 충전 과정을 합리적으로 제어할 수 있습니다. 배터리가 거의 가득 차면 컨트롤러는 과충전을 방지하기 위해 충전 전류 및 기타 매개변수를 조정합니다. 배터리가 부하에 전력을 공급하기 위해 방전해야 할 때, 부하의 실제 전력 요구 사항에 따라 전력 출력을 정확하게 제어합니다.
한편, 컨트롤러는 시스템의 안전과 안정성을 보장하기 위해 다양한 보호 기능을 갖추고 있습니다. 전기 보호와 같은 기능은 회로의 비정상적인 전류 및 전압이 시스템에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있습니다. 역 연결 보호 기능은 태양광 패널이든 배터리든 극성이 반대로 연결된 배선 오류가 있는 경우 컨트롤러는 손상되지 않도록 하고 배선을 수정한 후에도 정상적으로 계속 작동할 수 있도록 합니다. 단락 보호 기능은 회로에 단락이 발생하면 컨트롤러가 즉시 회로를 차단하여 단락으로 인한 일련의 안전 위험을 방지합니다. 과전류 보호, 과충전 보호, 과방전 보호 등도 있습니다. 과충전은 배터리의 전해액을 증발시켜 오작동을 일으킬 수 있으며, 배터리의 과방전은 배터리의 조기 고장을 유발하고, 과충전 및 과방전은 부하를 손상시킬 수 있습니다. 이러한 보호 기능을 통해 컨트롤러는 태양광 발전 시스템의 정상적인 작동을 전방위적으로 보호하여 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.
IV) 인버터 및 부하: 전력 변환 및 소비 단자
인버터의 핵심 기능은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 부하에서 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 구체적으로, 태양광 패널은 DC 전력을 생성하지만, 우리 일상 생활과 많은 산업 및 상업 시나리오에서 사용되는 전력의 대부분은 AC 전력입니다. 인버터는 복잡한 인버터 회로 및 기타 구조를 가지고 있습니다. 일반적인 완전 제어 인버터를 예로 들면, AC 요소는 IGBT 튜브를 사용하고, IGBT 튜브의 도통 또는 차단은 PWM 펄스 폭 변조에 의해 제어됩니다. DC 전원이 연결되면 IGBT 튜브의 서로 다른 도통 및 차단 조합을 통해 변압기의 1차 코일에 양수 및 음수 교대 사각파가 형성됩니다. LC AC 필터의 도움으로 출력단은 최종적으로 정현파 AC 전압을 형성하여 DC에서 AC로의 변환을 완료합니다.
부하는 전기에너지의 사용자이자 전체 태양광 발전 시스템의 전기에너지 소비 단자입니다. 이는 가정의 전등, 텔레비전, 냉장고 및 기타 전기 제품, 산업의 모터 및 생산 설비, 상업 장소의 조명 및 디스플레이 장비 등 다양한 전기 장비가 될 수 있습니다. 이러한 부하는 인버터에 의해 변환된 교류 전력에 의존하여 각 기능을 실현합니다. 예를 들어, 전등은 조명 기능을 실현하고, 모터는 기계를 작동시킵니다. 서로 다른 부하는 실제 필요에 따라 전기에너지를 소비하며, 함께 태양광 발전 시스템의 전기에너지 소비 링크를 구성합니다.
