Hvad er en captive solcelleanlæg, og hvordan fungerer det?

Definition af en selvstændig solcelleanlæg

Et selvstændigt solcelleanlæg er en solenergianlæg, der er bygget, ejes og driftes af virksomheder, institutioner eller individuelle ejere for hovedsageligt at opfylde deres egen elbehov. I modsætning til strømforsyningen fra det offentlige kraftnet er det et relativt uafhængigt strømforsyningsystem, og den producerede strøm leveres hovedsageligt til de egne konstruktioner, som f.eks. at levere strøm til fabrikker, skoler, datacentre eller store boliger.

Hovedkomponenter i et selvstændigt solcelleanlæg og deres funktioner

Solpaneler (fotocellere)

Disse er de kernekomponenter i et solcelleanlæg, hvis funktion er at konvertere solenergi til direkte strøm. Solpanelerne består af flere solcelleenheder. Når sollys falder på panelerne, vil halvledermaterialerne (som silicium) i solcellerne absorbere fotoner, hvilket genererer elektron-hulpar. Under indflydelse af cellernes interne elektriske felt vil elektronene og huler bevæge sig henholdsvis til de to poler af cellerne, derved dannende direkte strøm. For eksempel kan fotoelektrisk konverteringseffektiviteten for almindelige monokristallinske siliciumsolpaneler nå op på ca. 15% - 20%, mens effektiviteten for polycristallinske siliciumpaneler er lidt lavere, mellem 13% - 18%.

Omvandler

Da direkte strøm genereres af solpanelerne, og de fleste elektriske udstyr kræver vekslende strøm, er omvandlers funktion at konvertere direkte strøm til vekslende strøm. Den bruger komplekse elektroniske kredsløb og teknikker som puls bredde modulation (PWM) for at konvertere direkte strøm til vekslende strøm, der opfylder kravene for kraftnettet eller belastningsudstyr. For eksempel i en højkvalitets omvandler kan direkte strøm blive konverteret til vekslende strøm med en frekvens på 50Hz eller 60Hz (afhængig af kraftnetstandarderne i forskellige regioner) og en stabil spænding, der opfylder behovene for forskellige vekslende strømbelastninger som motorer og belysningsudstyr.

Laderegulator (i nogle systemer)

Laderegulatoren bruges hovedsageligt til at kontrollere opladningsprocessen af lagringsbatteriet (hvis der er et). Den kan forhindre overladning og overudladning af lagringsbatteriet, hvilket beskytter batteriets levetid. For eksempel, når lagringsbatteriet er fuldt ladet, vil laderegulatoren automatisk afbryde opladningskredsløbet mellem solpanelerne og lagringsbatteriet; når lagringsbatteriet har en lav ladebeholdning, kan laderegulatoren kontrollere forbindelsen til belastningen for at undgå for stor udladning af lagringsbatteriet og sikre, at lagringsbatteriet kan fungere inden for et sikkert ladeinterval.

Lagringsbatteri (valgfri komponent)

Lagringsbatteriet bruges til at gemme den elektricitet, der genereres af solpanelerne, så den kan levere strøm, når der er utilstrækkelig sollys (som om natten eller på overskyede dage). Almindelige lagringsbatterier inkluderer bly- og lithium-ion-batterier. Blybatterier har en lavere kostpris, men en relativt lav energitæthed og kortere levetid; lithium-ion-batterier har en høj energitæthed og lang levetid, men en højere kostpris. For eksempel i nogle frakoblede selvstændige solcelleanlæg kan lagringsbatteriet gemme den overskydende elektricitet, der genereres af solpanelerne om dagen, og levere strøm til belastningsudstyr som belysningsanlæg og overvågningsudstyr om natten.

Fordelingsboks og overvågningssystem

Fordelingsboksen bruges til at fordele strøm, ved at fordele den vekslende strøm, der kommer fra omvandleren, til hver belastningsgren. Samtidig kan den også beskytte kredsløbet, som ved installation af sikringselementer og sikringer, for at forhindre overbelastning og kortslutning. Overvågningssystemet bruges til at overvåge driftsstatus for solcelleanlæget, herunder effekten af strømproduktion fra solpanelerne, udgangsspændingen og strømmen fra omvandleren, ladebeholdningen af lagringsbatteriet (hvis der er et), og andre parametre. Gennem overvågningssystemet kan udstyrfejl og anormale strømproduktionsforhold registreres i tide, hvilket gør vedligeholdelse og administration lettere.

Driftsproces for et selvstændigt solcelleanlæg

Strømproduktionsfasen

Under dagtimer, hvor der er tilstrækkeligt sollys, absorberer solpanelerne solenergi og konverterer den til direkte strøm. Under denne proces vil udgangseffekten fra solpanelerne blive påvirket af faktorer som intensiteten, vinklen og temperaturen af sollys. For eksempel, når sollys er direkte og intens, er strømproduktionseffektiviteten af solpanelerne høj, og udgangseffekten er stor; mens på overskyede dage eller når solvinklen er lav, vil strømproduktionseffektiviteten og udgangseffekten svarende falde.

Elektricitetskonvertering og -lagring fase (hvis der er et lagringsbatteri)

Den direkte strøm, der genereres af solpanelerne, går først ind i lagringsbatteriet for lagring via laderegulatoren (hvis der er en), eller går direkte ind i omvandleren for konvertering til vekslende strøm. Hvis der er et lagringsbatteri, og dette ikke er fuldt ladet, vil laderegulatoren justere opladningsstrømmen i forhold til opladningsstatus for lagringsbatteriet og udgangseffekten fra solpanelerne for at sikre, at lagringsbatteriet lades sikkert og effektivt. Når der ikke er et lagringsbatteri, eller lagringsbatteriet er fyldt, går den direkte strøm direkte ind i omvandleren for konvertering.

Strømforsyningsfasen

Vekslende strøm, der er konverteret af omvandleren, går ind i fordelingsboksen, og fordelingsboksen fordeles strømmen til hver gren i overensstemmelse med belastningsbehovet for at levere strøm til forskellige elektriske udstyr. Under denne proces vil overvågningssystemet overvåge strømproduktion og -forsyning i realtid for at sikre stabilitet og sikkerhed for strømforsyningen. Hvis det er et net-integreret selvstændigt solcelleanlæg, kan den overskydende strøm efter at have opfyldt eget strømbehov returneres til det offentlige kraftnet; hvis det er et frakoblet selvstændigt solcelleanlæg, når solstrømproduktionen er utilstrækkelig (som om natten), er det nødvendigt at supplere strømforsyningen gennem en reservekilde (som en dieselgenerator).