Komposisyon at Prinsipyo ng Paggana ng mga Sistemang Photovoltaic Power Generation

Komposisyon at Prinsipyo ng Paggana ng Photovoltaic (PV) Power Generation Systems

Ang isang photovoltaic (PV) power generation system ay pangunihin na binubuo ng PV modules, controller, inverter, mga baterya, at iba pang mga kasamang bahagi (hindi kinakailangan ang mga baterya para sa grid-connected systems). Batay sa kung humihingi ito ng tulong mula sa pampublikong power grid, nahahati ang mga PV systems sa off-grid at grid-connected types. Ang mga off-grid system ay gumagana nang independiyente nang hindi umasa sa utility grid. Sila ay may mga energy-storage batteries upang matiyak ang matatag na suplay ng lakas, at kayang magbigay ng kuryente sa mga load sa gabi o habang mahaba ang pag-ulan o pagmumulaklak nang hindi sapat ang solar generation.

Anuman ang uri ng sistema, ang prinsipyo ng paggana ay pareho: ang mga PV modules ay nagkokonberte ng liwanag ng araw sa direct current (DC) electricity, na pagkatapos ay konbertido sa alternating current (AC) ng inverter, na nagbibigay-daan sa pagkonsumo ng kuryente o koneksyon sa grid.

1. Photovoltaic (PV) Modules

Ang mga PV modules ay ang pangunahing bahagi ng buong sistema ng pag-generate ng kuryente. Ginagawa sila sa pamamagitan ng pagsasama ng mga individual na photovoltaic cells, na sinasagilid sa iba't ibang sukat gamit ang laser o wire-cutting machines. Dahil ang output ng voltage at current ng isang single solar cell ay napakababa, unang pinag-uugnayan ang maraming cells sa serye upang makamit ang mas mataas na voltage, at pagkatapos ay sa parallel upang taasan ang current. Ang assemblage ay kasama ang blocking diode (upang pigilan ang reverse current flow), at nakapaloob sa isang frame na gawa sa stainless steel, aluminum, o non-metallic materials. Ito ay sealed sa harapan ng tempered glass, sa likod ng backsheet, puno ng nitrogen gas, at hermetically sealed. Maraming PV modules na pinag-uugnayan sa serye at parallel ay bumubuo ng isang PV array (kilala rin bilang solar array).

Prinsipyo ng Paggana: Kapag tinamaan ng liwanag ng araw ang semiconductor p-n junction ng isang solar cell, ginagawa ang electron-hole pairs. Sa impluwensya ng electric field sa p-n junction, lumilipat ang mga holes patungo sa p-region at ang electrons patungo sa n-region. Kapag sarado ang circuit, nagbabago ang current. Ang pangunahing tungkulin ng mga PV modules ay ang konbertihiin ang solar energy sa electrical energy, na maaring i-store sa mga baterya o direktang magbigay ng kuryente sa mga electrical loads.

Mga Uri ng PV Modules:

• Monocrystalline Silicon:Efficiency ≈ 18%, hanggang 24% — ang pinakamataas sa lahat ng uri ng PV. Karaniwang encapsulated sa pamamagitan ng tempered glass at waterproof resin, kaya matatag at matagal ang kanilang buhay (lifespan hanggang 25 years).

• Polycrystalline Silicon:Efficiency ≈ 14%. Parehong proseso ng paggawa sa monocrystalline, ngunit mas mababang efficiency, mas mababang cost, at mas maikling lifespan. Gayunpaman, mas simple ang paggawa nito, mas kaunti ang enerhiyang kinokonsumo, at mas mababang production costs, kaya malawak ang paggamit nito.

• Amorphous Silicon (Thin-Film):Efficiency ≈ 10%. Gawa sa ganap na ibang thin-film process, na nangangailangan lamang ng kaunti na silicon at enerhiya. Ang pangunahing benepisyo nito ay mas mahusay na performance sa low-light conditions.

2. Controller (Ginagamit sa Off-Grid Systems)

Ang solar charge controller ay isang automatic device na nagpapigil ng overcharging at over-discharging ng baterya. Nakakabit ng high-speed CPU microprocessor at high-precision A/D converter, ito ay gumagana bilang isang microcomputer-based data acquisition at monitoring control system. Mabilis itong nakakakuha ng real-time operational data, nagmomonito ng estado ng sistema, at nag-iimbak ng historical data, nagbibigay ng accurate at sapat na impormasyon upang i-evaluate ang disenyo ng sistema at reliabilidad ng mga component. Suportado din ito ng serial communication para sa centralized management at remote control ng maraming PV sub-stations.

3. Inverter

Ang inverter ay nagko-convert ng DC electricity na gawa ng solar panels sa AC electricity, nagbibigay-daan nito na kompatibol sa standard AC-powered appliances. Ang PV inverter ay isang pangunahing balance-of-system (BOS) component at kasama ang espesyal na features tulad ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) at islanding protection.

Mga Uri ng Solar Inverters:

• Standalone Inverter:Ginagamit sa off-grid systems. Ang PV array ay nagcha-charge ng baterya, at ang inverter ay nagkuha ng DC power mula sa baterya upang magbigay ng AC loads. Maraming standalone inverters ang may built-in battery chargers na maaaring i-recharge ang baterya gamit ang AC power. Ang mga inverter na ito ay hindi konektado sa grid at hindi nangangailangan ng islanding protection.

• Grid-Tied Inverter:Nagbibigay ng AC power pabalik sa utility grid. Kailangan na ang output waveform nito ay tugma sa phase, frequency, at voltage ng grid. Ito ay awtomatikong nagshut down kung ang grid ay nai-disconnect para sa seguridad. Hindi ito nagbibigay ng backup power kapag may grid outage.

• Battery Backup Inverter:Isang espesyal na inverter na gumagamit ng baterya bilang pangunahing source ng power at kasama ang charger upang i-recharge ito. Ang excess power ay maaaring ipagbalik sa grid. Sa panahon ng grid outage, ito ay maaaring magbigay ng AC power sa designated circuits, at kaya kasama ang islanding protection.

4. Battery (Hindi Kinakailangan sa Grid-Connected Systems)

Ang baterya ay ang unit ng energy storage sa isang PV system. Ang karaniwang mga uri ay kasama ang sealed lead-acid, flooded lead-acid, gel, at nickel-cadmium alkaline batteries. Ang sealed lead-acid at gel batteries ang pinaka-widely used.

Prinsipyo ng Paggana: Sa araw, tinatamaan ng liwanag ng araw ang mga PV modules, naggagawa ng DC voltage at konbertihiin ang liwanag sa kuryente. Ito ang power na ipinapadala sa controller, na nagpapigil ng overcharging, at pagkatapos ay inii-store sa baterya para sa paggamit kapag kailangan.