De la panouri fotovoltaice la invertoare: o explicație detaliată a compoziției unui sistem complet de generare a energiei solare

Pe fundalul susținerii globale a energiei durabile, energia solară, ca sursă de energie curată și regenerabilă, intră treptat în viața noastră. Sistemele de generare a energiei solare au atras din ce în ce mai multă atenție pentru protecția mediului, economisirea de energie și multe alte avantaje. Deci, cum se compune un sistem complet de generare a energiei solare? Să începem cu cea mai de bază componentă - panouri fotovoltaice.

Panourile fotovoltaice, cunoscute și sub denumirea de panouri solare, sunt una dintre componentele de bază ale sistemelor de generare a energiei solare. Ei acționează ca o „captare” eficientă responsabilă de transformarea luminii solare în energie electrică. Principiul său de lucru se bazează pe celebrul „efect fotovoltaic”. Când lumina soarelui strălucește pe un panou fotovoltaic, fotonii interacționează cu materialul semiconductor din panoul fotovoltaic pentru a stimula perechile de electroni. Acești electroni și găuri se deplasează în direcții diferite sub acțiunea câmpului electric din interiorul materialului semiconductor, formând un curent electric.

Panourile fotovoltaice sunt de obicei compuse din mai multe unități de celule solare. Majoritatea acestor unități celulare sunt confecționate din materiale de siliciu, dintre care celulele de siliciu monocristalin și celulele de siliciu policristalin sunt cele mai frecvente. Celulele de siliciu monocristalin au o eficiență ridicată de conversie, ajungând în general la 20% - 25%, ceea ce înseamnă că poate converti 20% - 25% din energia solară în energie electrică. Procesul său de fabricație este relativ complex, iar costul este relativ ridicat, dar are performanțe stabile de generare a energiei și o durată de viață lungă de până la 25 - 30 ani. Eficiența de conversie a celulelor de siliciu policristalin este puțin mai mică, cu aproximativ 15% - 20%, dar costul său de producție este relativ scăzut și are anumite avantaje cost-eficiență în aplicațiile la scară largă, iar viața de serviciu poate atinge și aproximativ {{9} ani.

În plus față de celulele de siliciu monocristalin și siliciu policristalin, există și alte tipuri de panouri fotovoltaice, cum ar fi siliciu amorf, teluride de cadmiu și selenidă de galiu de cupru. Panourile fotovoltaice amorfe din siliciu au avantajele unei bune flexibilitate și pot fi făcute în filme subțiri. Ele sunt adesea utilizate în unele scene cu cerințe speciale pentru apariție sau spațiu de instalare, dar eficiența lor de conversie este relativ scăzută, în general 6% - 12}%. Panourile fotovoltaice de selenidă de galiu de cadmiu și cupru au un anumit potențial în eficiența și costurile conversiei și s -au dezvoltat rapid în ultimii ani, dar cota lor de piață este încă mai mică decât cea a siliconului monocristalin și a panourilor fotovoltaice de silicon policristalin.

Puterea generată de panourile fotovoltaice este DC, în timp ce majoritatea aparatelor electrice pe care le folosim în viața noastră de zi cu zi necesită ca AC pentru a funcționa corect. În acest moment, invertorul joacă un rol cheie. Este ca un „convertor” magic responsabil de convertirea ieșirii DC a panourilor fotovoltaice în AC pentru a răspunde nevoilor de energie ale diferitelor utilizatori, cum ar fi familii și întreprinderi.

Există multe tipuri de invertoare, iar cele comune sunt invertoare centralizate, invertoare de coarde și invertoare de micro. Invertoarele centralizate au o putere mare și sunt, în general, potrivite pentru centrale solare mari. Colectează DC generat de mai multe grupuri de panouri fotovoltaice și le transformă. Avantajul este că costul este relativ scăzut și este ușor de gestionat și întreținut central, dar odată ce apare o defecțiune, poate afecta funcționarea întregului sistem de generare a energiei electrice. Invertorul de coarde convertește DC în AC separat pentru diferite grupuri de panouri fotovoltaice și apoi agregă aceste AC. Are o flexibilitate mai mare. Chiar dacă un anumit șir are probleme, nu va afecta funcționarea normală a altor șiruri. În plus, își poate reda mai bine avantajele performanței în scenariile de instalare a panourilor fotovoltaice cu ecranare parțială sau orientări diferite. În prezent este utilizat pe scară largă în proiectele distribuite de generare a energiei fotovoltaice. Invertorul micro este instalat direct pe partea din spate a fiecărui panou fotovoltaic pentru a converti separat ieșirea de putere DC a fiecărui panou fotovoltaic. Cea mai mare caracteristică a acesteia este că poate realiza monitorizarea independentă și urmărirea maximă a punctelor de putere a fiecărui panou fotovoltaic. Chiar dacă un panou fotovoltaic este blocat sau eșuează, alte panouri fotovoltaice pot funcționa în mod normal, ceea ce îmbunătățește considerabil eficiența și stabilitatea generarii de energie a întregului sistem de generare a energiei electrice. Cu toate acestea, deoarece fiecare micro invertor corespunde doar unui panou fotovoltaic, costul său este relativ mare.

În procesul de transformare a energiei electrice, invertorul are și alte funcții importante. De exemplu, funcția maximă de urmărire a punctului de putere (MPPT) poate monitoriza puterea de ieșire a panoului fotovoltaic în timp real și regla automat parametrii de lucru, astfel încât panoul fotovoltaic să funcționeze întotdeauna aproape de punctul maxim de putere, îmbunătățind astfel eficiența generarii de energie. În plus, invertorul are, de asemenea, funcții de protecție a siguranței, cum ar fi protecția supratensiunii, protecția la supra -curent și protecția la scurgeri pentru a asigura funcționarea stabilă a sistemului de generare a energiei electrice și siguranța personalului și echipamentelor.

Pentru ca panourile fotovoltaice să primească mai bine lumina soarelui, este necesară o structură de sprijin stabilă, care este sistemul de paranteză. Sistemul de paranteze este ca un „suport solid” pentru panourile fotovoltaice. Nu numai că poartă în sine greutatea panourilor fotovoltaice, dar rezistă și diverși factori naturali de mediu, cum ar fi vântul, ploaia, zăpada etc.

Sistemele de bracket pot fi împărțite în două tipuri: fixe și de urmărire. Suportele fixe sunt simple de instalat și costuri mici. Ei fixează panourile fotovoltaice pe pământ, acoperiș sau alte clădiri într -un anumit unghi și orientare. Unghiul de instalare al acestei pachete este de obicei optimizat în funcție de condițiile locale de latitudine și radiații solare pentru a se asigura că panourile fotovoltaice pot primi suficientă lumină solară pentru cea mai mare parte a anului. Parantezele de urmărire sunt mai inteligente. Acestea pot regla automat unghiul de panouri fotovoltaice în funcție de modificările poziției soarelui, astfel încât panourile fotovoltaice rămân întotdeauna perpendiculare sau aproape perpendiculare pe lumina soarelui, maximizând astfel eficiența panourilor fotovoltaice care primesc lumina soarelui. Parantezele de urmărire sunt, în general, împărțite în două tipuri: urmărirea cu o singură axă și urmărirea cu axa dublă. Suportele de urmărire cu un singur axe se pot roti de-a lungul unei axe (de obicei axa orizontală în direcția est-vest sau axa înclinată în direcția nord-sud), în timp ce suporturi de urmărire cu axa dublă se pot roti simultan în două axe, cu o precizie de urmărire mai mare, dar relativ mai mari.

Atunci când alegeți un sistem de paranteză, mulți factori trebuie să fie considerați în mod cuprinzător. De exemplu, topografia site -ului de instalare, zona disponibilă, condițiile climatice locale și bugetul. Pentru proiecte fotovoltaice de generare fotovoltaică distribuite mici, cum ar fi sistemele fotovoltaice de pe acoperișul gospodăriei, parantezele fixe sunt de obicei selectate datorită zonei de instalare limitată și a sensibilității costurilor. În centralele fotovoltaice la sol mare, dacă condițiile site -ului permit și eficiența mai mare de generare a energiei electrice, parantezele de urmărire pot fi o alegere mai bună.

În sistemele de generare a energiei solare, pachetele de baterii joacă rolul de „depozit de stocare” al energiei electrice. Când există suficientă lumină solară, energia electrică generată de panourile fotovoltaice poate fi folosită imediat de utilizatori, iar excesul de energie electrică poate fi stocată în pachetul de baterii. În cazul unei lumini solare insuficiente noaptea sau în zilele tulbure, bateria eliberează energia electrică stocată pentru a oferi utilizatorilor o sursă de alimentare continuă și stabilă.

Tipurile obișnuite de baterii includ baterii cu plumb, baterii de hidrură din metal nichel și baterii cu ioni de litiu. Bateriile cu plumb-acid sunt una dintre cele mai utilizate baterii de stocare a energiei. Au avantajele costurilor reduse, tehnologiei mature și întreținerii ușoare. Cu toate acestea, densitatea lor energetică este relativ scăzută, volumul și greutatea lor sunt mari, iar durata de încărcare a ciclului de încărcare și descărcare este în general în jur de 300-500 de ori. Performanța bateriilor de hidrură cu nichel-metal este mai bună decât cea a bateriilor cu plumb-acid. Acestea au o densitate energetică mai mare, o durată de viață mai lungă de încărcare și descărcare (până la aproximativ 1, 000 ori) și sunt ecologice, dar costul lor este, de asemenea, relativ ridicat. Bateriile cu ioni de litiu au avantaje semnificative, cum ar fi densitatea energetică ridicată, volumul mic, greutatea ușoară, eficiența mare de încărcare și descărcare și durata de viață a ciclului lung (de obicei până la 1, 500-3, 000 ori), dar costul lor este relativ ridicat în prezent. În unele scenarii de aplicare sensibile la costuri, promovarea lor este supusă anumitor restricții.

Atunci când proiectați și configurați pachetele de baterii, este necesar să luați în considerare în mod cuprinzător factori precum cererea reală de energie a sistemului de generare a energiei solare, capacitatea de generare a energiei electrice a panourilor fotovoltaice și condițiile de lumină locală. De exemplu, este necesar să se stabilească capacitatea adecvată a bateriei pentru a se asigura că cererea de bază a energiei electrice a utilizatorilor poate fi îndeplinită în cazul zilelor înnorate continue. În același timp, este, de asemenea, necesar să acordați atenție gestionării încărcării și descărcării bateriei, să adoptați o strategie rezonabilă de încărcare și descărcare, extinderea duratei de viață a bateriei și reduceți costul stocării de energie.

Controlerul este „menajera inteligentă” a sistemului de generare a energiei solare. Este responsabil pentru monitorizarea și controlul întregului sistem de generare a energiei electrice pentru a asigura funcționarea sigură și stabilă a sistemului. Controlerul are în principal următoarele funcții importante:

Prima este funcția de control de încărcare și descărcare. Poate monitoriza tensiunea, curentul și alți parametri ai grupului de baterii în timp real și controlează automat procesul de încărcare al panoului fotovoltaic la baterie în funcție de starea de încărcare a bateriei și a condițiilor de lucru ale sistemului de generare a energiei electrice pentru a împiedica bateria să fie supraîncărcată sau excesivă. Când bateria este complet încărcată, controlerul va tăia automat circuitul de încărcare pentru a evita deteriorarea bateriei cauzate de supraîncărcare; Și atunci când puterea bateriei este prea mică, controlerul va controla pentru a opri descărcarea pentru a proteja durata de viață a bateriei.

Al doilea este funcția maximă de control de urmărire a punctului de putere. Controlerul poate ajusta starea de lucru a panoului fotovoltaic în timp real, lucrând împreună cu invertorul, astfel încât să funcționeze întotdeauna aproape de punctul maxim de putere, îmbunătățind astfel eficiența generarii de energie a panoului fotovoltaic.

În plus, controlerul are, de asemenea, funcții de diagnostic și de protecție a defecțiunilor de sistem. Poate monitoriza fiecare componentă din sistemul de generare a energiei în timp real. Odată detectată o defecțiune, cum ar fi un scurtcircuit în panoul fotovoltaic, supraîncălzirea invertorului, scurgerea bateriei etc.

Controlerele utilizate în sistemele de generare a energiei solare de diferite tipuri și dimensiuni sunt, de asemenea, diferite. În sistemele mici de generare a energiei solare, de obicei se folosește un controler integrat relativ simplu. Integrează funcții de bază, cum ar fi controlul încărcării și descărcării și controlul maxim de urmărire a punctelor de putere. Are dimensiuni mici și costuri scăzute și este potrivit pentru mici scenarii de aplicații, cum ar fi sistemele fotovoltaice pe acoperiș pentru acasă. În centralele solare mari, este necesar un controler centralizat mai puternic și mai inteligent. Poate monitoriza și gestiona în mod uniform multe panouri fotovoltaice, invertoare, pachete de baterii și alte echipamente din întreaga stație electrică pentru a obține un control al sistemului mai eficient și mai precis.

Un sistem complet de generare a energiei solare constă din mai multe componente, cum ar fi panouri fotovoltaice, invertoare, sisteme de suport, pachete de baterii și controlere care lucrează împreună. Fiecare componentă joacă un rol indispensabil. Ei lucrează împreună pentru a transforma energia solară în electricitate pe care o putem folosi, contribuind la realizarea dezvoltării durabile a energiei. Odată cu avansarea continuă a tehnologiei și reducerea treptată a costurilor, perspectivele de aplicare ale sistemelor de generare a energiei solare vor fi mai largi și se așteaptă să ocupe o poziție mai importantă în domeniul energetic viitor.