Güneş Enerjisi (FV) Üretim Sistemlerinin Bileşimi ve Çalışma Prensibi
Bir güneş enerjisi (FV) üretim sistemi, genellikle FV modülleri, bir kontrolör, bir inverter, piller ve diğer ekipmanlardan oluşur (ağ bağlantılı sistemlerde pillere gerek yoktur). Sistemin kamuya açık elektrik ağına bağlı olup olmadığına bağlı olarak, FV sistemleri ağ bağlantısız ve ağ bağlantılı türlerine ayrılır. Ağ bağlantısız sistemler, kamuya açık elektrik ağına bağlı olmadan bağımsız olarak çalışır. Bu sistemler, gece veya uzun süreli bulutlu/yagışlı günlerde güneş enerjisi yetersiz olduğunda yüklerine elektrik sağlayabilmek için enerji depolama pilleri ile donatılmıştır.
Sistem türü ne olursa olsun, çalışma prensibi aynıdır: FV modüller, güneş ışığını doğrudan akım (DC) elektriğe dönüştürür, bu da inverter tarafından alternatif akıma (AC) dönüştürülerek tüketim veya ağ bağlantısı sağlanır.
1. Güneş Enerjisi (FV) Modülleri
FV modüller, tüm üretim sisteminin merkezi bileşenidir. Bu modüller, lazer veya tel kesme makineleri kullanılarak farklı boyutlara kesilen bireysel güneş hücresi kombinasyonlarından yapılır. Tek bir güneş hücresinin voltaj ve akım çıkışı çok düşük olduğundan, daha yüksek voltaja ulaşmak için birden fazla hücre seri olarak bağlanır, ardından akımı artırmak için paralel olarak bağlanır. Montaj, ters akım akışını önlemek için bir blokaj diyotu içerir ve paslanmaz çelik, alüminyum veya metaldışı malzemelerden yapılmış bir çerçevede kaplanır. Ön tarafta camlaşmış cam, arka tarafta bir geri plaka ile kaplanır, azot gazıyla doldurulur ve hermetik olarak kapatılır. Seri ve paralel olarak bağlanan birden fazla FV modülü, bir FV dizisini (ayrıca güneş dizi olarak bilinir) oluşturur.
Çalışma Prensibi: Güneş ışığı güneş hücresinin yarıiletken p-n bağlantısına vurduğunda, elektron-kuyruk çiftleri oluşur. p-n bağlantısındaki elektrik alan etkisi altında, kuyruklar p-bölgesine, elektronlar n-bölgesine doğru hareket eder. Devre kapandığında, akım akışına başlar. FV modüllerin temel işlevi, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek, bunu pillerde saklamak veya doğrudan elektrik yüklerini beslemektir.
FV Modüllerinin Türleri:
Tek Kristalli Silikon:Verimlilik ≈ 18%, en yüksek %24 - tüm FV türleri arasında en yüksek. Genellikle camlaşmış cam ve su geçirmez rezin ile kaplanırlar, bu da onları dayanıklı ve uzun ömürlü kılar (ömrü 25 yıl kadar).
Çok Kristalli Silikon:Verimlilik ≈ 14%. Tek kristalliye benzer üretim süreci, ancak daha düşük verimlilik, daha düşük maliyet ve daha kısa ömür. Ancak, üretimi daha basit, daha az enerji tüketir ve daha düşük üretim maliyetleri ile yaygın olarak kullanılır.
Amorfe Silikon (İnce Film):Verimlilik ≈ 10%. Tamamen farklı bir ince film süreciyle üretilir, çok az silikon ve enerji gerektirir. Ana avantajı düşük ışık koşullarında daha iyi performans göstermesidir.
2. Kontrolör (Ağ Bağlantısız Sistemlerde Kullanılır)
Güneş şarj kontrolörü, pilin aşırı şarj ve aşırı boşalmasını önleyen otomatik bir cihazdır. Yüksek hızlı CPU mikro işlemci ve yüksek hassasiyetli A/D dönüştürücü ile donatılmış, mikrobilgisayar tabanlı veri toplama ve izleme kontrol sistemi olarak görev yapar. Gerçek zamanlı operasyonel verileri hızlıca toplayabilir, sistem durumunu izleyebilir ve geçmiş verileri saklayabilir, bu da sistem tasarımını ve bileşen güvenilirliğini değerlendirmek için doğru ve yeterli bilgi sağlar. Ayrıca, birçok FV alt istasyonun merkezi yönetim ve uzaktan kontrolü için seriyi iletişim desteği sağlar.
3. Inverter
Inverter, güneş panelleri tarafından üretilen DC elektriği AC elektriğe dönüştürür, bu da standart AC güçlendirilmiş aletlerle uyumlu hale getirir. PV inverter, özel özellikler içeren ana sistem bileşenidir, örneğin En Büyük Güç Noktası İzleme (MPPT) ve ada koruması.
Güneş Inverterlerinin Türleri:
Bağımsız Inverter:Ağ bağlantısız sistemlerde kullanılır. FV dizisi, pilin şarjını sağlar ve inverter, AC yükleri için pilten DC gücünü çeker. Birçok bağımsız inverter, AC gücü kullanarak pilin şarjını sağlayabilen dahili pil şarj cihazlarını içerir. Bu inverterler, ağla bağlantılı değildir ve ada korumasına ihtiyaç duymaz.
Ağ Bağlantılı Inverter:AC gücünü kamuya açık elektrik ağına geri besler. Çıkış dalga formu, ağın faz, frekans ve voltajına uymalıdır. Güvenlik için ağ bağlantısı kesildiğinde otomatik olarak kapanır. Ağ hatası sırasında yedek güç sağlamaz.
Pil Yedeği Inverter:Bir özel inverter, pilleri ana güç kaynağı olarak kullanır ve onları şarj etmek için bir şarj cihazı içerir. Artan güç, ağa geri beslenebilir. Ağ hatası sırasında belirlenen devrelere AC güç sağlayabilir ve bu nedenle ada koruması içerir.
4. Pil (Ağ Bağlantılı Sistemlerde Gerekli Değildir)
Pil, FV sistemindeki enerji depolama birimidir. Yaygın tipler arasında kapalı kurşun-asit, dolgu kurşun-asit, jel ve nikel-kadyum alkolik piller bulunur. Kapalı kurşun-asit ve jel piller en yaygın olarak kullanılır.
Çalışma Prensibi: Gündüz, güneş ışığı FV modüllerine vurur, DC voltajı üretir ve ışığı elektrik enerjisine dönüştürür. Bu güç, aşırı şarjı önleyen kontrolöre gönderilir ve daha sonra gerek duyulduğunda kullanılacak şekilde pile depolanır.
