Composición e principio de funcionamento dos sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica

Composición e principio de funcionamento dos sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica (PV)

Un sistema de xeración de enerxía fotovoltaica (PV) está composto principalmente por módulos PV, un controlador, un inversor, baterías e outros accesorios (as baterías non son necesarias para os sistemas conectados á rede). Segundo se dependen da rede eléctrica pública, os sistemas PV divídense en tipos autónomos e conectados á rede. Os sistemas autónomos operan de forma independente sen depender da rede eléctrica. Están equipados con baterías de almacenamento de enerxía para asegurar un suministro de enerxía estable do sistema, capaces de proporcionar electricidade ás cargas durante a noite ou días prolongados de nubes/chovas cando a xeración solar é insuficiente.

Independientemente do tipo de sistema, o principio de funcionamento é o mesmo: os módulos PV convérten a luz solar en corrente continua (CC), que despois é convertida en corrente alternativa (CA) polo inversor, permitindo o consumo de enerxía ou a conexión á rede.

1. Módulos fotovoltaicos (PV)

Os módulos PV son o componente central de todo o sistema de xeración de enerxía. Están fabricados combinando células fotovoltaicas individuais, que se cortan en diferentes tamaños usando máquinas de corte por láser ou fío. Como a tensión e a corrente producidas por unha única célula solar son moi baixas, múltiples células están primeiro conectadas en serie para lograr unha maior tensión, e despois en paralelo para aumentar a corrente. A montaxe inclúe un diodo de bloqueo (para prevenir a corrente inversa) e está encapsulada nun marco feito de acero inoxidable, aluminio ou materiais non metálicos. Está sellada co vidro templado na parte frontal, un revestimento trasero, recheada con gas nitróxeno e hermeticamente sellada. Múltiples módulos PV conectados en serie e paralelo forman un array PV (tamén coñecido como array solar).

Principio de funcionamento: Cando a luz solar incide na unión p-n semiconductora dunha célula solar, xéranse pares electrón-agujero. Ba influencia do campo eléctrico na unión p-n, os agujeros móvense cara á rexión p e os electróns cara á rexión n. Cando o circuito está pechado, fluye a corrente. A función principal dos módulos PV é converter a enerxía solar en enerxía eléctrica, almacenándoa nas baterías ou alimentando directamente as cargas eléctricas.

Tipos de módulos PV:

• Silicio monocristalino:Eficacia ≈ 18%, ata 24% — a máis alta entre todos os tipos de PV. Xeralmente encapsulados con vidro templado e resina impermeabilizante, facéndolos durables e de longa duración (vida útil ata 25 anos).

• Silicio policristalino:Eficacia ≈ 14%. Proceso de fabricación similar ao monocristalino, pero con menor eficacia, menor custo e vida útil máis curta. No entanto, é máis simple de producir, consome menos enerxía e ten custos de producción menores, levando a unha adopción xeralizada.

• Silicio amorfo (filme fino):Eficacia ≈ 10%. Fabricado usando un proceso de filme fino completamente diferente, requirindo mínima cantidade de silicio e enerxía. A súa principal ventaxa é un rendemento mellor en condicións de pouca luz.

2. Controlador (Usado en sistemas autónomos)

O controlador de carga solar é un dispositivo automático que evita a sobrecarga e a descarga excesiva das baterías. Equipado cun microprocesador CPU de alta velocidade e un conversor A/D de alta precisión, funciona como un sistema de adquisición e control de datos basado en microcomputadoras. Pode recopilar rapidamente datos operativos en tempo real, monitorizar o estado do sistema e almacenar datos históricos, proporcionando información precisa e suficiente para avaliar o deseño do sistema e a fiabilidade dos componentes. Tamén admite comunicación en serie para a xestión centralizada e o control remoto de múltiples subestacións PV.

3. Inversor

O inversor converte a corrente continua (CC) xerada polas placas solares en corrente alternativa (CA), facendo que sexa compatible cos electrodomésticos alimentados con CA. O inversor PV é un compoñente clave do balance of system (BOS) e inclúe características especiais como o seguimiento do punto de máxima potencia (MPPT) e a protección contra islas.

Tipos de inversores solares:

• Inversor autónomo:Usado en sistemas autónomos. O array PV carrega a batería, e o inversor extrae a corrente continua da batería para alimentar as cargas AC. Muitos inversores autónomos inclúen cargadores de batería integrados que poden recargar a batería usando corrente alterna. Estes inversores non están conectados á rede e non requiren protección contra islas.

• Inversor conectado á rede:Devolve a corrente alternativa á rede eléctrica. A súa onda de saída debe coincidir coa fase, frecuencia e tensión da rede. Desconéctase automaticamente se a rede está desconectada por seguridade. Non proporciona enerxía de apoio durante un corte de corrente na rede.

• Inversor de respaldo de batería:Un inversor especial que usa baterías como fonte de enerxía principal e inclúe un cargador para recargalas. O excesso de enerxía pode devolverse á rede. Durante un corte de corrente na rede, pode fornecer corrente alterna a circuitos designados, e polo tanto inclúe protección contra islas.

4. Batería (Non necesaria en sistemas conectados á rede)

A batería é a unidade de almacenamento de enerxía no sistema PV. Os tipos comúns inclúen baterías de chumbo ácido seladas, de chumbo ácido abiertas, de xel e alcalinas de níquel-cadmio. As baterías de chumbo ácido seladas e de xel son as máis ampliamente utilizadas.

Principio de funcionamento: Durante o día, a luz solar incide nos módulos PV, xerando tensión CC e convirtendo a luz en electricidade. Esta enerxía envíase ao controlador, que prevén a sobrecarga, e despois almacénase na batería para uso posterior cando sexa necesario.