Состав и принцип на работа на фотovoltaчни системи за производство на електрична енергија

Состав и принцип на работа на фотovoltaични (PV) системи за производство на електрична енергија

Фотovoltaичната (PV) система за производство на електрична енергија се состои главно од PV модули, контролер, инвертор, батерија и други аксесоари (батериите не се потребни за системите поврзани со мрежата). Според тоа дали се зависи од јавната електрична мрежа, PV системите се делат на независни и поврзани со мрежата. Независните системи работат самостојно без да се зависат од јавната електрична мрежа. Те се опремени со батерија за складирање на енергија за да се осигура стабилна поднесување на електрична енергија, способна да достави електричество до потребите во ноќта или продолжен временски период на облаци или кисело време кога производството на електричество од сончевата енергија е недоволно.

Без оглед на типот на систем, принципот на работа е истиот: PV модулите конвертираат сончевата светлина во директен струја (DC), која потоа се конвертира во алтернативен струја (AC) преку инвертор, што го овозможува користењето на електричество или поврзувањето со мрежата.

1. Фотovoltaични (PV) модули

PV модулите се основниот компонент на целата система за производство на електрична енергија. Тие се направени од комбинирање на поединечни фотovoltaични клетки, кои се исечени на различни големини со лазер или машини за исекување со жица. Бидејќи напонот и излезот на струја од една сончева клетка е многу нисок, многу клетки прво се поврзуваат во серија за да се достигне повисок напон, а потоа паралелно за да се зголеми струјата. Асоцијацијата вклучува диод за блокирање (за да се спречи обратната струја) и е закапсулирана во рамка направена од нержавеечки челик, алуминиум или неметалски материјали. Тоа е затворено со темперирано стакло од фронталната страна, задница од задната страна, пополнето со азот и герметично запечатано. Множество PV модули поврзани во серија и паралелно формираат PV низа (познато и како сончева низа).

Принцип на работа: Кога сончевата светлина падне на полупроводникот p-n јункција на сончевата клетка, генерираат парови електрон-луна. Под влијание на електричното поле на p-n јункцијата, луните се движеат кон регионот p, а електроните кон регионот n. Кога се затвори циклусот, текнува струја. Основната функција на PV модулите е да конвертираат сончевата енергија во електрична енергија, со чување во батерија или директно за надоместување на електричните потреби.

Типови на PV модули:

• Еденкристален силициум: Ефикасност ≈ 18%, до 24% — највисока сред сите типови на PV. Обично е капсулиран со темперирано стакло и водотечно резина, што ги прави долговечни и длабочни (живот до 25 години).

• Поликристален силициум: Ефикасност ≈ 14%. Сличен процес на производство како и еденкристален, но со помала ефикасност, помала цена и краток живот. Меѓутоа, е поедноставен за производство, потрошуваше помалку енергија и има помали производствени трошоци, што доведе до широка прифатливост.

• Аморфен силициум (Танкилм): Ефикасност ≈ 10%. Произведено со потпунo различен процес на танкилм, што бара минимална количина силициум и енергија. Неговата главна предност е подобро функционирање при слаба светлина.

2. Контролер (користен во независни системи)

Сончевиот контролер за полнеж на батерија е автоматско уредство што го спречува прекомерен полнеж и разполнеж на батерија. Опремен со брз CPU микропроцесор и високо прецизен A/D конвертер, функционира како микрокомпјутерска система за собирање и мониторинг на податоци. Тој може брзо да собира реални оперативни податоци, да мониторира статусот на системот и да чува историски податоци, што ги дава точни и доволни информации за оценка на дизајнот на системот и надежноста на компонентите. Тој исто така поддржува серијска комуникација за централизирано управување и отдалечен контрол на повеќе PV подстанции.

3. Инвертор

Инверторот конвертира DC електрична енергија генерирана од сончевите панели во AC електрична енергија, што го прави сагласуван со стандардни AC-поврзани уреди. PV инверторот е важен компонент на BOS (Balance of System) и вклучува специфични карактеристики како Maximum Power Point Tracking (MPPT) и заштита од островчење.

Типови на сончеви инвертори:

• Самостојен инвертор: Користен во независни системи. PV низата полнува батеријата, а инверторот извлича DC струја од батеријата за да достави AC потреби. Многу самостојни инвертори вклучуваат вградени полнежници на батерија кои можат да полнеат батеријата со користење на AC електрична енергија. Овие инвертори не се поврзани со мрежата и не треба да имаат заштита од островчење.

• Инвертор поврзан со мрежата: Доставува AC електрична енергија назад во јавната електрична мрежа. Нејзиниот излезен сигнал мора да се поклопи со фазата, фреквенцијата и напонот на мрежата. Автоматски се исклучува ако мрежата е исклучена за безопасност. Не пружа резервна електрична енергија кога мрежата е исклучена.

• Инвертор со резервна батерија: Специјален инвертор што користи батерија како основен извор на енергија и вклучува полнежник за да ги полне батериите. Излишната енергија може да се достави назад во мрежата. Во време на исклучување на мрежата, може да достави AC електрична енергија на одредени циркуити, и затоа вклучува заштита од островчење.

4. Батерија (не е потребна во системите поврзани со мрежата)

Батеријата е единица за складирање на енергија во PV системот. Заемни типови вклучуваат герметизирана свинцена, погружена свинцена, гел и никел-кадмиум алкална батерија. Герметизираната свинцена и гел батерија се најшироко користени.

Принцип на работа: През денот, сончевата светлина пада на PV модулите, генерирајќи DC напон и конвертирајќи светлината во електрична енергија. Оваа енергија се испраќа на контролерот, кој спречува прекомерен полнеж, и потоа се чува во батеријата за после користење кога е потребно.