Napelemes napelemparkok szerkezete és működési elve

Napelemi (PV) termelő rendszerek felépítése és működési elve

A napelemi (PV) termelő rendszer főleg napelemelekből, vezérlőből, inverterből, akkumulátorokból és egyéb hozzá tartozókból áll. A nyilvános hálózatra való támaszkodás alapján a PV-rendszereket off-grid és grid-connected típusokra osztják. Az off-grid rendszerek függetlenül működnek, anélkül, hogy a hálózatra támaszkodnának. Energia-tároló akkumulátorokkal látják el, hogy stabil energiaellátást biztosítsanak, és éjszaka vagy hosszú időre tartó felhős/rigós idők során, amikor a napelemi termelés elegendően nem megfelelő, villamos energiát szolgáltassanak a terhelésekhez.

Függetlenül a rendszer típusától, a működési elv ugyanaz marad: a napelemelek a napsugárzást átalakítják közvetlen árammá (DC), amit azután az inverter vált alternatív árra (AC), lehetővé téve a fogyasztást vagy a hálózathoz való csatlakoztatást.

1. Napelemelek (PV-elemelek)

A napelemelek a teljes termelő rendszer legfontosabb elemei. Egyes napelemek kombinációjából készülnek, amelyeket lézer- vagy drót-vágó gépekkel különböző méretű elemekre váganak. Mivel egyetlen napelem által generált feszültség és áram nagyon alacsony, több elemet sorba kapcsolnak össze magasabb feszültség eléréséhez, majd párhuzamosan kapcsolnak össze az áram növeléséhez. A szerkezet blokkdiódával (ami a fordított irányú áramot akadályozza) van ellátva, és acél, alumínium vagy nemfém anyagokból kész keretbe van beágyazva. Előtérben erősített üveggel, háttérben háttérlemez, nitrogén teli, hermetikusan bezárva. Több napelem sorban és párhuzamosan összekapcsolva alkotja a napelemi tömböt (más néven a napelemi tömböt).

Működési elv: Amikor a napsugárzás a napelem p-n csomópontjára esik, elektron-részecskepárok keletkeznek. A p-n csomóponthoz tartozó elektromos mező hatására a részecskék a p-régió felé, az elektronok pedig az n-régió felé mozognak. Ha a kör zárt, áram folyik. A napelemelek fő funkciója a napsugárzás átalakítása villamos energiává, amit akkumulátorokban tárolnak, vagy közvetlenül villamos terhelésekhez szolgáltatnak.

Napelemi elemek típusai:

• Egykristályú szilícium:Hatékonyság ≈ 18%, akár 24% - a legmagasabb minden napelemi típus között. Általában erősített üveggel és vízimérő rezinnel takarják, ami őket tartósára és hosszú élettartamúvá (élettartam akár 25 év) teszi.

• Töbkristályú szilícium:Hatékonyság ≈ 14%. Hasonló gyártási folyamat, mint az egykristályúnál, de alacsonyabb hatékonysággal, alacsonyabb költséggel és rövidebb élettartammal. Ugyanakkor egyszerűbb gyártása, kevesebb energiafogyasztás, és alacsonyabb gyártási költségek miatt széles körben használják.

• Amorf szilícium (Védőréteg):Hatékonyság ≈ 10%. Teljesen más védőréteges folyamatot használnak, minimális szilícium- és energiaszükséglettel. Fő előnye, hogy jobb teljesítményt mutat alacsony fényintenzitás mellett.

2. Vezérlő (Off-grid rendszerekben használt)

A napelemi töltővezérlő automatikus eszköz, ami megakadályozza az akkumulátor túltöltését és túlfeszültségét. Gyors CPU mikroprocesszorral és nagy pontosságú A/D konvertorral, mikroszámítógép alapú adatgyűjtési és figyelő rendszerként működik. Gyorsan gyűjti a valós idejű működési adatokat, figyeli a rendszer állapotát, és tárolja a történelmi adatokat, pontos és elegendő információval látja el a rendszertervezés kiértékelését és az alkatrészek megbízhatóságának értékelését. Szériakommunikációt is támogat, lehetővé téve a több napelemi alsóállomány közötti központosított kezelést és távoli ellenőrzést.

3. Inverter

Az inverter a napelemelek által generált DC áramot AC árra alakítja, így kompatibilissé téve a standard AC-kellékekkel. A napelemi inverter egy kulcsfontosságú balance-of-system (BOS) alkatrész, amely speciális funkciókkal, mint a Maximum Power Point Tracking (MPPT) és a szigetelési védelem rendelkezik.

Napelemi inverterek típusai:

• Standalone inverter:Off-grid rendszerekben használt. A napelemi tömb tölti az akkumulátort, és az inverter DC áramot vesz az akkumulátorból, hogy AC terheléseket ellásson. Sok standalone inverter integrált akkumulátor-töltőt tartalmaz, ami az AC árammal töltheti újra az akkumulátort. Ezek az inverterek nem csatlakoznak a hálózathoz, és nem igényelnek szigetelési védelmet.

• Grid-Tied inverter:AC áramot utasít vissza a hálózatba. Kimeneti hullámforma meg kell egyezzen a hálózat fázisával, frekvenciájával és feszültségével. Automatikusan leáll, ha a hálózat lekapcsolódik biztonsági okokból. Nem biztosít tápegési forrást a hálózati kiesés esetén.

• Battery Backup inverter:Egy különleges inverter, amely akkumulátort használ elsődleges energiaforrásként, és tartalmaz egy töltőt, amely feltölti őket. A felesleges energia visszaútját nyithatja a hálózatra. A hálózati kiesés esetén AC áramot szolgáltathat meghatározott áramkörökhez, és így tartalmaz szigetelési védelmet.

4. Akkumulátor (Nem szükséges a grid-connected rendszerekben)

Az akkumulátor a napelemi rendszer energia-tároló egysége. A leggyakrabban használt típusok a bezárt olajmentes süllyedő-sav, süllyedő-sav, gélsav és nikkel-kadmium alkaline akkumulátorok. A bezárt olajmentes süllyedő-sav és a gélsav akkumulátorok a legelterjedtebbek.

Működési elv: Nappal a napsugárzás a napelemi elemekre esik, amelyek DC feszültséget generálnak, és fényt átalakítanak villamos energiává. Ez az energia a vezérlőhöz kerül, ami megakadályozza a túltöltést, majd tárolja az akkumulátorban, amit később, amikor szükséges, használnak fel.