Τι είναι μια προσωπική ηλιακή εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας και πώς λειτουργεί;

Ορισμός εγκατάστασης φωτοβολταϊκής ενέργειας που ανήκει στον ίδιο τον κατασκευαστή

Μια εγκατάσταση φωτοβολταϊκής ενέργειας που ανήκει στον ίδιο τον κατασκευαστή είναι μια εγκατάσταση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο, η οποία χτίζεται, ανήκει και λειτουργεί από επιχειρήσεις, οργανισμούς ή άτομα, κυρίως για να καλύψει τη δική τους ανάγκη σε ηλεκτρική ενέργεια. Διαφορετικά από την ενέργεια που παρέχεται από το δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο, είναι ένα σχετικά ανεξάρτητο σύστημα παροχής ενέργειας, και η ενέργεια που παράγει είναι κυρίως προορισμένη για τους ίδιους τους κατασκευαστές, όπως η παροχή ενέργειας σε εργοστάσια, σχολεία, κέντρα δεδομένων ή μεγάλα κατοικήματα.

Κύρια συστατικά μέρη μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκής ενέργειας που ανήκει στον ίδιο τον κατασκευαστή και οι λειτουργίες τους

Φωτοβολταϊκά πάνελ (φωτοβολταϊκά μόντουλ)

Αυτά είναι τα βασικά συστατικά μέρη μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, της οποίας η λειτουργία είναι να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε έναν ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ αποτελούνται από πολλά μονάδες φωτοβολταϊκών κυττάρων. Όταν το φως του ήλιου πέφτει στα πάνελ, τα ενδιάμεσα υλικά (όπως το πυρίτιο) στα φωτοβολταϊκά κύτταρα θα απορροφήσουν φωτόνια, παράγοντας ζευγάρια ηλεκτρόν-κενό. Κάτω από την επίδραση του εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου των κυττάρων, τα ηλεκτρόνια και τα κενά θα κινηθούν προς τα δύο άκρα των κυττάρων, δημιουργώντας έτσι έναν ηλεκτρικό ρεύμα. Για παράδειγμα, η απόδοση μετατροπής φωτός-ηλεκτρικής ενέργειας σε κοινά μονοκρυστάλλια φωτοβολταϊκά πάνελ μπορεί να φτάσει το 15% - 20%, ενώ για πολυκρυστάλλια πάνελ είναι αλλιώς, κυμαίνεται από 13% - 18%.

Ινβέρτερ

Επειδή ο ηλεκτρικός ρεύμα παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής εξοπλισμού απαιτεί εναλλασσόμενο ρεύμα, η λειτουργία του ινβέρτερ είναι να μετατρέπει τον ηλεκτρικό ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Χρησιμοποιεί περίπλοκα ηλεκτρονικά κύκλωματα και τεχνικές, όπως το πλάτος παλμού (PWM), για να μετατρέψει τον ηλεκτρικό ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα που συμβαδίζει με τις απαιτήσεις του ηλεκτρικού δικτύου ή της εξοπλισμού φορτίου. Για παράδειγμα, σε έναν υψηλής ποιότητας ινβέρτερ, ο ηλεκτρικός ρεύμα μπορεί να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα με συχνότητα 50Hz ή 60Hz (ανάλογα με τα πρότυπα του ηλεκτρικού δικτύου σε διαφορετικές περιοχές) και σταθερή τάση για να καλύψει τις ανάγκες διαφόρων εναλλασσόμενων φορτίων, όπως κινητήρες και φωτιστικός εξοπλισμός.

Σύστημα ελέγχου φόρτισης (σε κάποια συστήματα)

Το σύστημα ελέγχου φόρτισης χρησιμοποιείται κυρίως για τον έλεγχο της διαδικασίας φόρτισης της μπαταρίας αποθήκευσης (αν υπάρχει). Μπορεί να προλάβει την υπερφόρτιση και την υπερεκκαθάριση της μπαταρίας, προστατεύοντας την ζωή χρήσης της. Για παράδειγμα, όταν η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη, το σύστημα ελέγχου φόρτισης θα αποσυνδέσει αυτόματα το κύκλωμα φόρτισης μεταξύ των φωτοβολταϊκών πάνελ και της μπαταρίας. Όταν η μπαταρία έχει χαμηλό επίπεδο φόρτισης, το σύστημα ελέγχου φόρτισης μπορεί να ελέγξει τη σύνδεση του φορτίου για να αποφύγει την υπερεκκαθάριση της μπαταρίας και να εξασφαλίσει ότι η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει εντός ενός ασφαλούς επιπέδου φόρτισης.

Μπαταρία αποθήκευσης (προαιρετικό συστατικό)

Η μπαταρία αποθήκευσης χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, ώστε να παρέχει ενέργεια όταν το φως του ήλιου είναι ανεπαρκές (όπως τη νύχτα ή σε νεφερή ημέρες). Κοινές μπαταρίες αποθήκευσης περιλαμβάνουν μολυβδανικές μπαταρίες και λιθιοϊονικές μπαταρίες. Οι μολυβδανικές μπαταρίες έχουν χαμηλότερο κόστος αλλά χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μικρότερη ζωή, ενώ οι λιθιοϊονικές μπαταρίες έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μεγάλη ζωή, αλλά υψηλότερο κόστος. Για παράδειγμα, σε κάποιες εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκής ενέργειας χωρίς σύνδεση στο δίκτυο, η μπαταρία αποθήκευσης μπορεί να αποθηκεύσει την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας και να παρέχει ενέργεια για εξοπλισμό φορτίου, όπως συστήματα φωτισμού και εποπτικός εξοπλισμός, κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Κουτί κατανομής και σύστημα παρακολούθησης

Το κουτί κατανομής χρησιμοποιείται για την κατανομή της ηλεκτρικής ενέργειας, διανέμοντας το εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται από τον ινβέρτερ σε κάθε κλάδο φορτίου. Συγχρόνως, μπορεί επίσης να προστατεύσει το κύκλωμα, όπως το εγκατάσταση στροβίλων και προστατευτικών στροβίλων, για να προλάβει την υπερφόρτωση και το σύνδεσμο του κυκλώματος. Το σύστημα παρακολούθησης χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της λειτουργίας της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος παραγωγής των φωτοβολταϊκών πάνελ, της εξόδου τάσης και ρεύματος του ινβέρτερ, του επιπέδου φόρτισης της μπαταρίας αποθήκευσης (αν υπάρχει) και άλλων παραμέτρων. Μέσω του συστήματος παρακολούθησης, μπορούν να ανιχνευθούν σε πραγματικό χρόνο αποτυχίες εξοπλισμού και ανωμαλίες στην παραγωγή ενέργειας, διευκολύνοντας την συντήρηση και διαχείριση.

Διαδικασία λειτουργίας μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκής ενέργειας που ανήκει στον ίδιο τον κατασκευαστή

Στάδιο παραγωγής ενέργειας

Κατά τη διάρκεια της ημέρας, όταν υπάρχει αρκετό φως του ήλιου, τα φωτοβολταϊκά πάνελ απορροφούν την ηλιακή ενέργεια και την μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η εξόδος ισχύος των φωτοβολταϊκών πάνελ θα επηρεαστεί από παράγοντες, όπως η ένταση, η γωνία και η θερμοκρασία του φωτός του ήλιου. Για παράδειγμα, όταν το φως του ήλιου είναι άμεσο και έντονο, η απόδοση παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών πάνελ είναι υψηλή και η εξόδος ισχύος είναι μεγάλη, ενώ σε νεφερές ημέρες ή όταν η γωνία του ήλιου είναι χαμηλή, η απόδοση παραγωγής ενέργειας και η εξόδος ισχύος θα μειωθούν ανάλογα.

Στάδιο μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας (αν υπάρχει μπαταρία αποθήκευσης)

Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ πρώτα εισέρχεται στη μπαταρία αποθήκευσης μέσω του συστήματος ελέγχου φόρτισης (αν υπάρχει), ή άμεσα εισέρχεται στον ινβέρτερ για μετατροπή σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Αν υπάρχει μπαταρία αποθήκευσης, όταν η μπαταρία δεν είναι πλήρως φορτισμένη, το σύστημα ελέγχου φόρτισης θα προσαρμόσει το ρεύμα φόρτισης σύμφωνα με την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας και την εξόδο ισχύος των φωτοβολταϊκών πάνελ, ώστε να εξασφαλίσει ότι η μπαταρία φορτίζεται με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα. Όταν δεν υπάρχει μπαταρία αποθήκευσης ή η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη, το ηλεκτρικό ρεύμα εισέρχεται άμεσα στον ινβέρτερ για μετατροπή.

Στάδιο παροχής ενέργειας

Το εναλλασσόμενο ρεύμα που μετατράπει ο ινβέρτερ εισέρχεται στο κουτί κατανομής, και το κουτί κατανομής διανέμει την ενέργεια σε κάθε κλάδο σύμφωνα με την ανάγκη του φορτίου, παρέχοντας ενέργεια σε διάφορος ηλεκτρικό εξοπλισμό. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το σύστημα παρακολούθησης θα παρακολουθεί την παραγωγή και την παροχή ενέργειας σε πραγματικό χρόνο, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα και την ασφάλεια της παροχής ενέργειας. Εάν είναι μια εγκατάσταση φωτοβολταϊκής ενέργειας που συνδέεται με το δίκτυο, μετά την κάλυψη της δικής της ανάγκης σε ενέργεια, η υπερβολική ενέργεια μπορεί να επιστρέφεται στο δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο. Εάν είναι μια εγκατάσταση φωτοβολταϊκής ενέργειας χωρίς σύνδεση στο δίκτυο, όταν η παραγωγή ενέργειας από τον ήλιο είναι ανεπαρκής (όπως τη νύχτα), είναι αναγκαίο να επιστρατευθεί μια εναλλακτική πηγή ενέργειας (όπως ένας διεξοδικός γεννήτρια).