הרכב ועקרון פעולה של מערכות ייצור חשמל מפוטו-וולטאי

הרכב ומנגנון פעולה של מערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאי (PV)

מערכת ייצור חשמל פוטו-וולטאי (PV) מורכבת בעיקר ממודולים PV, בקר, הופך, סוללות ואבזרים אחרים (סוללות אינן דרושות למערכות המחוברות לרשת). בהתאם למדוע אם המערכת מתבססת על רשת החשמל הציבורית, מערכות PV מחולקות לסוגים שאינם מחוברים לרשת ומחוברים לרשת. מערכות שאינן מחוברות לרשת פועלות באופן עצמאי ללא תלות ברשת החשמל הציבורית. הן מצוידות בסוללות אחסון להבטיח אספקת חשמל יציבה, מסוגלות לספק חשמל לשטחים במהלך הלילה או ימי עננות/גשם ממושכים כשייצור הסולרי אינו מספיק.

לא משנה מה סוג המערכת, מנגנון הפעולה נשאר זהה: מודולי PV ממירים אור שמש לחשמל ישר (DC), שמתמך לחשמל חילוף (AC) על ידי הופך, מאפשר שימוש בחשמל או חיבור לרשת.

1. מודולים פוטו-וולטאיים (PV)

מודולי PV הם המרכיב העיקרי של כל מערכת הייצור החשמלית. הם מיוצרים על ידי שילוב תאים פוטו-וולטאיים בודדים, שנחתכים לגודלים שונים באמצעות מכונות חיתוך לייזר או חוט. מאחר והפלט של מתח וזרם של תא סולרי יחיד הוא מאוד נמוך, מספר תאים מחוברים קודם בתצורת טור כדי להשיג מתח גבוה יותר, ואז מקבילים כדי להגדיל את הזרם. האספה כוללת דיודה בלוק (כדי למנוע זרם הפוך), ונכלאת בתוך מסגרת העשויה מאלומיניום, פלדה בלתי קורסנת או חומרים לא מתכותיים. היא מוכנסת לתוך זכוכית חזקה מלפנים, כיסוי אחורי, מלא בניטרוגן ומוחתמת בעדינות. מספר מודולי PV מחוברים בתצורת טור ומקביל יוצרים מערך PV (ידוע גם כמערך סולארי).

מנגנון פעולה: כאשר אור השמש פוגע בקשר p-n של מוליכים למחצה של תא סולרי, נוצרות זוגות אלקטרון-חור. תחת השפעת השדה החשמלי בקשר p-n, החורים נעים לעבר האזור p והאלקטרונים נעים לעבר האזור n. כאשר המעגל סגור, זורם זרם. התפקיד העיקרי של מודולי PV הוא להמיר אנרגיה סולרית לאנרגיה חשמלית, בין אם מאחסנים אותה בסוללה או מזינים ישירות את הצרכים החשמליים.

סוגי מודולי PV:

• סיליקון חד-גבישי:יעילות ≈ 18%, עד 24% — הגבוה ביותר מכל סוגי ה-PV. בדרך כלל מוחתמים עם זכוכית חזקה ורסין מימtight, מה שהופך אותם לאמיצים וארוכי טווח (זמן חיים עד 25 שנים).

• סיליקון רב-גבישי:יעילות ≈ 14%. תהליך ייצור דומה לזה של סיליקון חד-גבישי, אך עם יעילות נמוכה יותר, מחיר נמוך יותר וזמן חיים קצר יותר. עם זאת, הוא פשוט יותר בייצור, צורך פחות אנרגיה ומחירי ייצור נמוכים, מה שגורם להתפשטות רחבה שלו.

• סיליקון אמורפי (דיאגרמה דקה):יעילות ≈ 10%. מיוצר באמצעות תהליך דיאגרמה דקה שונה לחלוטין, הדורש כמות מזערית של סיליקון ואנרגיה. היתרון העיקרי שלו הוא ביצוע טוב יותר בתנאי אור נמוך.

2. בקר (משמש במערכות שאינן מחוברות לרשת)

בקר ההטענה הסולרי הוא מכשיר אוטומטי המונע הטענת יתר והתפוגגות יתר של הסוללה. מצויד במעבד CPU מהיר ומחולל A/D מדויק, הוא פועל כמערכת איסוף ופיקוח מבוססת מחשב מיקרו. הוא יכול לאסוף במהירות נתונים תפעוליים בזמן אמת, לעקוב אחר מצב המערכת ולשמור נתונים היסטוריים, מספק מידע מדויק ומספיק להערכת עיצוב המערכת וביצועיות המרכיבים. הוא תומך בהתקשרות טורית לניהול מרכזי ובקרה מרוחקת של מספר תחנות PV משניות.

3. הופך

הופך ממיר את החשמל הישר שנוצר על ידי לוחות סולריים לחשמל חילוף, מה שהופך אותוpatible עם מכשירים המזינים מתח חילוף סטנדרטי. הופך PV הוא מרכיב מפתח של מערכת האיזון (BOS) וכולל תכונות מיוחדות כגון מעקב אחר נקודת הכוח המקסימלית (MPPT) והגנה על אי.

סוגי הופכי סולרי:

• הופך עצמאי:משמש במערכות שאינן מחוברות לרשת. מערך ה-PV מטען את הסוללה, והופך מחלץ מתח ישר מהסוללה כדי לספק מתח חילוף לשטחים. רבים מהופכי העצמאיים כוללים טעינה מובנית של סוללה שיכולה לטעון מחדש את הסוללה באמצעות מתח חילוף. ההופכים הללו אינם מחוברים לרשת ואינם דורשים הגנה על אי.

• הופך מחובר לרשת:מציף מתח חילוף חזרה לרשת החשמל. גל הפלט שלו חייב להתאים לפאזה, תדר ומתח של הרשת. הוא נסגר אוטומטית אם הרשת ניתקת לצרכי בטיחות. הוא אינו מספק מתח חילוף במהלך ניתוק הרשת.

• הופך עם גיבוי סוללה:הופך מיוחד שמשתמש בסוללה כמקור המתח העיקרי וכולל טעינה כדי לטעון מחדש אותם. מתח עודף יכול להיות מצוף חזרה לרשת. במהלך ניתוק הרשת, הוא יכול לספק מתח חילוף למסלולים מוגדרים, ולכן כולל הגנה על אי.

4. סוללה (לא דרושה במערכות מחוברות לרשת)

הסוללה היא יחידת אחסון האנרגיה במערכת PV. סוגי נפוצים כוללים סוללות עופרת סגורות, עופרת פתוחות, ג'ל וניקל-קדמיום אלקליני. סוללות עופרת סגורות וג'ל הן הנפוצות ביותר.

מנגנון פעולה: במהלך היום, אור השמש פוגע במודולי PV, מפיק מתח ישר וממיר אור לחשמל. המתח הזה נשלח לבקר, שמונע הטענת יתר, ואז מאוחסן בסוללה לשימוש מאוחר יותר כשצריך.