Komposisyon at Prinsipyo ng Paggana ng mga Sistemang Photovoltaic Power Generation

Komposisyon at Prinsipyo ng Paggana ng mga Sistema ng Pag-generate ng Kapangyarihan sa Fotovoltaic (PV)

Ang isang sistema ng pag-generate ng kapangyarihan sa fotovoltaic (PV) ay pangunahing binubuo ng mga modulyo ng PV, controller, inverter, mga baterya, at iba pang mga kasangkapan (ang mga baterya ay hindi kinakailangan para sa mga grid-connected na sistema). Batay sa kung ito ay umasa sa pampublikong grid ng kapangyarihan, ang mga sistema ng PV ay nahahati sa off-grid at grid-connected na uri. Ang mga off-grid na sistema ay gumagana nang independiyente nang walang pagsasanhi sa utility grid. Sila ay mayroong mga baterya para sa pag-imbak ng enerhiya upang matiyak ang matatag na suplay ng kapangyarihan ng sistema, at maaaring magbigay ng kuryente sa mga load sa panahon ng gabi o habang mahaba ang mga ulan o malamig na panahon kung ang pag-generate ng solar ay hindi sapat.

Anuman ang uri ng sistema, ang prinsipyo ng paggana ay pareho: ang mga modulyo ng PV ay nagko-convert ng sikat ng araw sa direct current (DC) na kuryente, na pagkatapos ay ina-convert sa alternating current (AC) ng inverter, na nagbibigay-daan sa paggamit ng kapangyarihan o koneksyon sa grid.

1. Mga Modulyo ng Fotovoltaic (PV)

Ang mga modulyo ng PV ay ang pangunahing bahagi ng buong sistema ng pag-generate ng kapangyarihan. Ginagawa sila sa pamamagitan ng pagsasama ng mga individual na cell ng photovoltaic, na pinutol sa iba't ibang sukat gamit ang laser o wire-cutting machine. Dahil ang output ng voltaje at kuryente ng isang solong solar cell ay napakababa, unang ikokonekta ang maraming cells sa serye upang makamit ang mas mataas na voltaje, at pagkatapos ay sa parallel upang tumaas ang kuryente. Ang assemblado ay may blocking diode (upang maprevent ang reverse current flow), at nakapaloob sa isang frame na gawa sa stainless steel, aluminum, o non-metallic na materyales. Ito ay sealed sa harapan ng tempered glass, backsheet sa likod, puno ng nitrogen gas, at hermetically sealed. Ang maraming mga modulyo ng PV na konektado sa serye at parallel ay bumubuo ng isang PV array (kilala rin bilang solar array).

Prinsipyo ng Paggana: Kapag tumama ang sikat ng araw sa semiconductor p-n junction ng isang solar cell, ginagawa ang electron-hole pairs. Sa ilalim ng impluwensya ng electric field sa p-n junction, ang mga holes ay lumilipat patungo sa p-region at ang mga electrons ay patungo sa n-region. Kapag sarado ang circuit, nagbabago ang kuryente. Ang pangunahing tungkulin ng mga modulyo ng PV ay ang konbertiin ang solar energy sa electrical energy, na iminumulan sa mga baterya o direkta na nagbibigay ng kuryente sa mga electrical loads.

Uri ng mga Modulyo ng PV:

• Monocrystalline Silicon:Efficiency ≈ 18%, hanggang 24% — ang pinakamataas sa lahat ng uri ng PV. Karaniwang na-encapsulate sa tempered glass at waterproof resin, kaya matatag at matagal ang kanilang buhay (lifespan hanggang 25 taon).

• Polycrystalline Silicon:Efficiency ≈ 14%. Parehong proseso ng paggawa sa monocrystalline, ngunit mas mababang efficiency, mas mababang halaga, at mas maikling lifespan. Gayunpaman, ito ay mas simple na gawin, kumukonsumo ng mas kaunti na enerhiya, at mas mababang cost ng produksyon, kaya malawak itong tinatanggap.

• Amorphous Silicon (Thin-Film):Efficiency ≈ 10%. Gawa gamit ang ganap na ibang thin-film process, na nangangailangan lamang ng kaunting silicon at enerhiya. Ang pangunahing benepisyo nito ay mas mahusay na performance sa low-light conditions.

2. Controller (Ginagamit sa Off-Grid Systems)

Ang solar charge controller ay isang automatic na device na nagpipigil sa overcharging at over-discharging ng mga baterya. Nakakamit ito ng high-speed CPU microprocessor at high-precision A/D converter, na gumagana bilang isang microcomputer-based data acquisition at monitoring control system. Mabilis itong nakakakuha ng real-time operational data, nangomonito ang estado ng sistema, at nakaka-store ng historical data, nagbibigay ng accurate at sapat na impormasyon upang i-evaluate ang disenyo ng sistema at reliabilidad ng mga komponente. Suportado din nito ang serial communication para sa centralized management at remote control ng maraming PV sub-stations.

3. Inverter

Ang inverter ay nagco-convert ng DC electricity na ginenera ng solar panels sa AC electricity, nagbibigay-daan nito upang maging compatible sa standard AC-powered appliances. Ang PV inverter ay isang key balance-of-system (BOS) component at kabilang dito ang mga espesyal na katangian tulad ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) at islanding protection.

Uri ng Solar Inverters:

• Standalone Inverter:Ginagamit sa off-grid systems. Ang PV array ay nagcha-charge ng battery, at ang inverter ay nagkuha ng DC power mula sa battery upang supply ang AC loads. Maraming standalone inverters ang may built-in battery chargers na maaaring icharge ang battery gamit ang AC power. Ang mga inverter na ito ay hindi konektado sa grid at hindi nangangailangan ng islanding protection.

• Grid-Tied Inverter:Nagbibigay ng AC power pabalik sa utility grid. Ang waveform ng output nito ay dapat tumugon sa phase, frequency, at voltage ng grid. Ito ay awtomatikong nagsasarado kung ang grid ay disconnected para sa seguridad. Hindi ito nagbibigay ng backup power sa panahon ng grid outage.

• Battery Backup Inverter:Isang espesyal na inverter na gumagamit ng mga baterya bilang pangunahing source ng kapangyarihan at may kasamang charger upang icharge sila. Ang excess power ay maaaring ibigay pabalik sa grid. Sa panahon ng grid outage, ito ay maaaring mag-supply ng AC power sa designated circuits, at kaya kasama ito ng islanding protection.

4. Battery (Hindi Kinakailangan sa Grid-Connected Systems)

Ang battery ay ang unit ng imbakan ng enerhiya sa isang sistema ng PV. Ang karaniwang uri nito ay sealed lead-acid, flooded lead-acid, gel, at nickel-cadmium alkaline batteries. Ang sealed lead-acid at gel batteries ang pinakamalaganap na ginagamit.

Prinsipyo ng Paggana: Sa araw, tumatama ang sikat ng araw sa mga modulyo ng PV, nag-generate ng DC voltage at konbertiin ang liwanag sa kuryente. Ang kapangyarihang ito ay ipinapadala sa controller, na nagpipigil sa overcharging, at pagkatapos ay ina-imbak sa battery para sa paggamit kung kinakailangan.