Sastav i način rada fotovoltaičnih sistema za proizvodnju električne energije

Sastav i način rada fotovoltaičnih (PV) sistema proizvodnje električne energije

Fotovoltaični (PV) sistem proizvodnje električne energije sastavljen je uglavnom od PV modula, kontrolera, inverzora, baterija i drugih pribora (baterije nisu potrebne za sisteme spojene na mrežu). Na osnovu toga da li se oslanja na javnu električnu mrežu, PV sistemi su podeljeni u nezavisne i sisteme spojene na mrežu. Nezavisni sistemi rade samostalno, bez oslanjanja na javnu mrežu. Ovi sistemi su opremljeni sa baterijama za čuvanje energije kako bi se osigurala stabilna snabdijevanje sistemom, omogućujući pružanje struje opterećenju tokom noći ili dužeg oblačnog/vremenskih uslova kada je proizvodnja solarnom svetlosti nedovoljna.

Bez obzira na tip sistema, način rada ostaje isti: PV moduli pretvaraju sunčevu svetlost u jednosmerno strujanje (DC), koje zatim inverzor pretvara u izmenično strujanje (AC), omogućavajući potrošnju struje ili spoj na mrežu.

1. Fotovoltaični (PV) moduli

PV moduli su ključni komponenti celog sistema proizvodnje električne energije. Izrađeni su kombinovanjem pojedinačnih fotovoltaičnih celija, koje su isečene na različite veličine pomoću laserske ili žičane mašine. Budući da je napon i struja pojedinačne solarnoj celije vrlo niska, više celija najpre se spajaju serijalno kako bi se postigao veći napon, a zatim paralelno kako bi se povećala struja. Sklop uključuje diodu blokiranja (da spreči obrtanu struju) i zapakovan je unutar okvira od nerđajuće čelike, aluminija ili nemetalnih materijala. Sprečen je temperisanim staklom na prednjem delu, pokrovom na zadnjem delu, ispunjen azotom i hermetički zapakovan. Više PV modula spojenih serijalno i paralelno formiraju PV polje (takođe poznato kao solarno polje).

Način rada: Kada sunčeva svetlost udari u poluprovodničku p-n spojnica solarnoj celiji, generišu se para elektron-lukanka. Pod uticajem električnog polja na p-n spojnice, lukanke se kreću prema p-regionu, a elektroni prema n-regionu. Kada je krug zatvoren, teče struja. Primarna funkcija PV modula jeste da pretvori sunčevu energiju u električnu energiju, bukvalno čuvajući je u baterijama ili direktno snabdevajući električna opterećenja.

Tipovi PV modula:

• Monokristalni silicij:Efikasnost ≈ 18%, do 24% — najviša među svim PV tipovima. Obično zapakovan temperisanim staklom i vodootpornim smolama, što ih čini izdržljivim i dugovečnim (vreme trajanja do 25 godina).

• Polikristalni silicij:Efikasnost ≈ 14%. Sličan proces proizvodnje kao kod monokristalnog, ali sa nižom efikasnošću, nižom cenom i kraćim vremenom trajanja. Međutim, proizvodnja je jednostavnija, potrošnja energije manja, a troškovi proizvodnje niži, što dovodi do širokoj primeni.

• Amorfnji silicij (tanki film):Efikasnost ≈ 10%. Izrađen je koristeći potpuno drugačiji proces tankog filma, koji zahteva minimalnu količinu silicija i energije. Njegov glavni predlog je bolja performansa pod uslovima slabe svetlosti.

2. Kontroler (koristi se u nezavisnim sistemima)

Solarni kontroler nabijanja je automatski uređaj koji sprječava preopterećenje i preiskoriscenje baterija. Opremljen visokobrzim CPU mikroprocesorom i visoko preciznim A/D konverterom, funkcioniše kao mikrokompojuter baziran na sistemu prikupljanja i nadzora podataka. Može brzo prikupiti operativne podatke u realnom vremenu, pratiti stanje sistema i čuvati povijesne podatke, pružajući tačne i dovoljne informacije za procjenu dizajna sistema i pouzdanosti komponenata. Takođe podržava serijsku komunikaciju za centralizirano upravljanje i daljinsko upravljanje više PV podstaničara.

3. Inverzor

Inverzor pretvara jednosmerno strujanje (DC) generisanu od solarnih panela u izmenično strujanje (AC), čime se omogućava kompatibilnost sa standardnim aparaturama napajanim AC strujom. PV inverzor je ključni BOS (balance-of-system) komponenta i uključuje specifične značajke poput praćenja maksimalne tačke snage (MPPT) i zaštite od otočića.

Tipovi solarnih inverzora:

• Standalone inverzor:Koristi se u nezavisnim sistemima. PV polje puni bateriju, a inverzor uzima DC struju iz baterije kako bi snabdio AC opterećenje. Mnogi standalone inverzori uključuju unutrašnje punjače baterija koji mogu ponovo puniti bateriju pomoću AC struje. Ovi inverzori nisu povezani sa mrežom i ne zahtevaju zaštitu od otočića.

• Grid-Tied inverzor:Vraća AC struju nazad u javnu električnu mrežu. Njegov izlazni talas mora odgovarati fazama, frekvenciji i naponu mreže. Automatski se isključuje ako je mreža isključena zbog sigurnosti. Ne pruža rezervnu struju tijekom ispadanja mreže.

• Battery Backup inverzor:Poseban inverzor koji koristi baterije kao primarnu izvor struje i uključuje punjač za njihovo ponovno punjenje. Prekomjerna struja može biti vraćena u mrežu. Tijekom ispadanja mreže, može snabdivati AC strujom određene krugove, pa tako uključuje zaštitu od otočića.

4. Baterija (nije potrebna u sistemima spojenim na mrežu)

Baterija je jedinica za čuvanje energije u PV sistemu. Uobičajeni tipovi uključuju zapakirane olovo-kiseonske, otvorene olovo-kiseonske, gel i nikl-cadmijum alkalne baterije. Zapakirane olovo-kiseonske i gel baterije su najšire korištenje.

Način rada: Tokom dana, sunčeva svetlost udara u PV module, generišući DC napon i pretvarajući svetlost u struju. Ova struja šalje se kontroleru, koji sprečava preopterećenje, a zatim se čuva u bateriji za kasniju upotrebu kada je potrebno.