Sammensetning og arbeidsprinsipp for solcelleanlegg

Sammensetning og arbeidsprinsipp for solenergi (PV) systemer

Et solenergi (PV) system består hovedsakelig av PV-moduler, en styreenhet, en inverter, batterier og andre tilbehør (batterier er ikke nødvendige for nettforbindte systemer). Basert på om det er avhengig av det offentlige kraftnettet, deles PV-systemer inn i nettfradelt og nettforbundne typer. Nettfradelte systemer fungerer uavhengig uten å stole på kraftnettet. De er utstyrt med energilagringbatterier for å sikre stabil strømforsyning, som kan gi strøm til belastninger under natt eller ved langvarig skyet eller regnvær når solproduksjonen er utilstrekkelig.

Uansett systemtype, er arbeidsprinsippet det samme: PV-moduler konverterer sollys til likestrøm (DC), som deretter konverteres til vekselstrøm (AC) av en inverter, noe som muliggjør strømforbruk eller nettforbindelse.

1. Fotovoltaiske (PV) moduler

PV-moduler er kjernen i hele strømproduksjonssystemet. De er laget ved å kombinere individuelle fotovoltaiske celler, som blir kutte opp i ulike størrelser ved hjelp av laser eller trådkuttingmaskiner. Siden spennings- og strømoutput fra en enkelt solcelle er svært lavt, kobles flere celler først i serie for å oppnå høyere spenning, deretter parallelt for å øke strømmen. Oppsettet inkluderer en blokkerende diode (for å forhindre reversstrøm), og er pakket inn i et ramme av rostfritt stål, aluminium eller ikke-metalliske materialer. Det er forseglet med forsterket glass på forsiden, en bakside på baksiden, fylt med kveldsgas og hermetisk forseglet. Flere PV-moduler koblet i serie og parallelle danner en PV-array (også kjent som en solarray).

Arbeidsprinsipp: Når sollys treffer halvleder p-n-forbindelsen i en solcelle, dannes elektron-hullpar. Under påvirkning av elektrisk felt i p-n-forbindelsen, beveger hull seg mot p-regionen og elektroner mot n-regionen. Når kretsen er lukket, flyter strøm. Hovedfunksjonen til PV-modulene er å konvertere solenergi til elektrisk energi, enten lagres den i batterier eller direkte forsyner elektriske belastninger.

Typer av PV-moduler:

• Monokristallinsk silisium: Effektivitet ≈ 18%, opp til 24% — den høyeste blant alle PV-typer. Vanligvis pakket inn med forsterket glass og vannbestandig harz, gjør dem holdbare og varig (livslengde opp til 25 år).

• Polikristallinsk silisium: Effektivitet ≈ 14%. Liknende produksjonsprosess som monokristallinsk, men med lavere effektivitet, lavere kostnad og kortere levetid. Imidlertid er det enklere å produsere, forbruker mindre energi og har lavere produksjonskostnader, noe som fører til bred anvendelse.

• Amorft silisium (tynnfilm): Effektivitet ≈ 10%. Laget ved hjelp av en helt annen tynnfilmprosess, krever minimalt silisium og energi. Dets hovedfordel er bedre ytelse under lavt lysforhold.

2. Styreenhet (brukes i nettfradelte systemer)

Solpanel-styreenheten er et automatisert enhet som forebygger overladning og overløsning av batteriene. Utrustet med en høyhastighets CPU-mikroprosessor og høypræcis A/D-konverter, fungerer den som en mikrodatabehandling og overvåkningskontrollsystem. Den kan raskt samle inn sanntidsdriftsdata, overvåke systemstatus og lagre historiske data, gir nøyaktig og tilstrekkelig informasjon for å evaluere systemdesign og komponenttillitelighet. Den støtter også seriell kommunikasjon for sentral administrasjon og fjernkontroll av flere PV-understasjoner.

3. Inverter

En inverter konverterer likestrømmen generert av solpaneler til vekselstrøm, gjør den kompatibel med standard vekselstrømmed apparater. PV-inverteren er en viktig balansekompont (BOS) og inkluderer spesielle funksjoner som maksimal strøm punktsporing (MPPT) og isoleringssikring.

Typer solinvertorer:

• Standalone inverter: Brukes i nettfradelte systemer. PV-arrayen lader batteriet, og inverteren trekker DC-strøm fra batteriet for å forsyne AC-belastninger. Mange standalone invertorer inkluderer innebygde batteriladere som kan opplade batteriet med AC-strøm. Disse invertorene er ikke forbundet med nettet og krever ikke isoleringssikring.

• Nettforbundet inverter: Sender AC-strøm tilbake til kraftnettet. Dets outputbølgeform må matche nettets fase, frekvens og spenning. Den skruer automatisk av hvis nettet er frakoblet for sikkerhet. Den gir ikke backup-strøm under en nettausfall.

• Batteribakup inverter: En spesiell inverter som bruker batterier som sin primære strømkilde og inkluderer en lader for å opplade dem. Overflodstrøm kan sendes tilbake til nettet. Under en nettausfall, kan den forsyne AC-strøm til angitte kretser, og inkluderer derfor isoleringssikring.

4. Batteri (Ikke nødvendig i nettforbundne systemer)

Batteriet er energilagringsenheten i et PV-system. Vanlige typer inkluderer forseglet bly-syre, oversvømt bly-syre, gelé og nikkel-cadmium alkaliske batterier. Forseglet bly-syre og gelé-batterier er de mest utbredte.

Arbeidsprinsipp: Om dagen treffer sollys PV-modulene, genererer DC-spennings og konverterer lys til elektrisitet. Denne strømmen sendes til styreenheten, som forebygger overladning, og lagres deretter i batteriet for senere bruk når det er nødvendig.