Sammensætning og arbejdsmåde af solcelleanlæg

Sammensætning og arbejdsgang af fotovoltaiske (PV) strømforsyningsanlæg

Et fotovoltaisk (PV) strømforsyningsanlæg består primært af PV-moduler, en styreenhed, en inverter, batterier og andre tilbehør (batterier er ikke nødvendige for netforbundne systemer). Baseret på, om det afhænger af det offentlige elektricitetsnet, deles PV-systemer ind i netfrafkoblede og netforbundne typer. Netfrafkoblede systemer fungerer uafhængigt uden at afhænge af det offentlige elektricitetsnet. De er udstyret med energilagringbatterier for at sikre stabil strømforsyning, og kan levere strøm til belastninger under natten eller ved forlængede skyede/regnerige dage, hvor solproduktionen er utilstrækkelig.

Uanset systemtype forbliver arbejdsgangen den samme: PV-moduler konverterer sollys til direkte strøm (DC), som derefter konverteres til vekslende strøm (AC) af en inverter, hvilket gør det muligt at forbruge strøm eller forbinder sig til nettet.

1. Fotovoltaiske (PV) moduler

PV-moduler er den kernevigtigste komponent i hele strømforsyningsanlæget. De er lavet ved at kombinere individuelle fotovoltaiske celler, som bliver skåret i forskellige størrelser ved hjælp af laserkuttere eller trådkuttere. Da spændings- og strømudgangen fra en enkelt solcelle er meget lav, forbindes flere celler først i serie for at opnå højere spænding, og derefter parallel for at øge strømmen. Monteringen inkluderer en blokeringsdiod (for at forhindre omvendt strømflod), og er indkapslet i et rammeframe lavet af rustfrit stål, aluminium eller ikkemetaliske materialer. Det er forseglet med hårdt glas på forsiden, en bagplade på bagsiden, fyldt med kvælstofgas og hermetisk forseglet. Flere PV-moduler forbundet i serie og parallel dannes til et PV-array (også kendt som et solpanelarray).

Arbejdsgang: Når sollys rammer halvledermaterialernes p-n-forbindelse i en solcelle, dannes elektron-hulpar. Under indflydelsen af det elektriske felt i p-n-forbindelsen bevæger hulene sig mod p-regionen og elektronerne mod n-regionen. Når kredsløbet er lukket, løber strøm. Den primære funktion af PV-moduler er at konvertere solenergi til elektrisk energi, enten lagrer den i batterier eller levere strøm direkte til elektriske belastninger.

Typer af PV-moduler:

• Enkristal silicium:Effektivitet ≈ 18%, op til 24% — den højeste blandt alle PV-typer. Typisk indkapslet med hårdt glas og vandtæt resinsubstans, hvilket gør dem holdbare og langlevende (livstid op til 25 år).

• Flere kristal silicium:Effektivitet ≈ 14%. Lignende produktionssproces som enkristal, men med lavere effektivitet, lavere omkostninger og kortere levetid. Dog er det enklere at producere, forbruger mindre energi og har lavere produktionsomkostninger, hvilket fører til bred anvendelse.

• Amorft silicium (tyndfilm):Effektivitet ≈ 10%. Lavet ved hjælp af en helt anden tyndfilmproces, der kræver minimalt mængde silicium og energi. Dets hovedfordeel er bedre ydeevne under lavlysforhold.

2. Styreenhed (Bruges i netfrafkoblede systemer)

Solstyreenheten er en automatisk enhed, der forebygger overladning og overudladning af batterier. Udstyret med en hurtig CPU-mikroprocessor og en præcis A/D-konverter, fungerer det som et mikrobaseret dataindsamlings- og overvågningskontrolsystem. Det kan hurtigt indsamle realtidshandlingsdata, overvåge systemstatus og gemme historiske data, hvilket giver præcise og tilstrækkelige oplysninger til at vurdere systemdesign og komponenttilfredshed. Det understøtter også serielle kommunikationer for centraliseret administration og fjernstyring af flere PV-understationer.

3. Inverter

En inverter konverterer den direkte strøm (DC), som genereres af solceller, til vekslende strøm (AC), hvilket gør den kompatibel med standard AC-strømmed apparater. PV-inverteren er en nøglekomponent i balance-of-system (BOS) og inkluderer specielle egenskaber som Maximum Power Point Tracking (MPPT) og isoleringbeskyttelse.

Typer af solinvertorer:

• Standalone inverter:Bruges i netfrafkoblede systemer. PV-arrayet oplader batteriet, og inverteren trækker DC-strøm fra batteriet for at levere AC-belastninger. Mange standalone invertorer inkluderer indbyggede batterioladere, der kan genoplade batteriet ved hjælp af AC-strøm. Disse invertorer er ikke forbundet til nettet og kræver ikke isoleringbeskyttelse.

• Netforbundet inverter:Feder AC-strøm tilbage til det offentlige elektricitetsnet. Dens udgangswaveform skal matche nettets fase, frekvens og spænding. Den lukker automatisk ned, hvis nettet afbrydes for sikkerhed. Den leverer ikke reservestrøm under en netafbrydelse.

• Batterireserve inverter:En special inverter, der bruger batterier som dens primære strømkilde og inkluderer en oplader for at genoplade dem. Overflødig strøm kan fødes tilbage til nettet. Under en netafbrydelse kan den levere AC-strøm til angivne kredsløb, og derfor inkluderer den isoleringbeskyttelse.

4. Batteri (Ikke nødvendigt i netforbundne systemer)

Batteriet er energilageringen i et PV-system. Almindelige typer inkluderer forseglede blysyre, oversvømmelsesblysyre, gel og nikkel-cadmium alkalibatterier. Forseglede blysyre- og gelbatterier er de mest udbredte.

Arbejdsgang: Under dagen rammer sollys PV-moduler, genererer DC-spænding og konverterer lys til elektricitet. Denne strøm sendes til styreenheden, der forebygger overladning, og derefter lagres i batteriet til senere brug, når det er nødvendigt.