O que é uma usina solar cativa e como ela funciona?

Definição de uma usina solar própria

Uma usina solar própria é uma instalação de geração de energia solar construída, possuída e operada por empresas, instituições ou indivíduos para atender principalmente à sua própria demanda de eletricidade. Diferente do fornecimento de energia da rede elétrica pública, é um sistema de fornecimento de energia relativamente independente, e a eletricidade gerada é principalmente fornecida aos próprios construtores, como fornecer energia para fábricas, escolas, centros de dados ou residências grandes.

Principais componentes de uma usina solar própria e suas funções

Painéis solares (módulos fotovoltaicos)

Estes são os componentes principais de uma usina solar, cuja função é converter a energia solar em corrente contínua. Os painéis solares são compostos por múltiplas unidades de células solares. Quando a luz solar incide nos painéis, os materiais semicondutores (como o silício) nas células solares absorvem os fótons, gerando pares elétron-buraco. Sob a ação do campo elétrico interno das células, os elétrons e buracos se movem para os dois polos das células, formando assim a corrente contínua. Por exemplo, a eficiência de conversão fotoelétrica de painéis solares de silício monocristalino comuns pode chegar a cerca de 15% - 20%, enquanto que dos painéis de silício policristalino é ligeiramente menor, variando de 13% - 18%.

Inversor

Como a corrente contínua é gerada pelos painéis solares e a maioria dos equipamentos elétricos requer corrente alternada, a função do inversor é converter a corrente contínua em corrente alternada. Ele utiliza circuitos eletrônicos complexos e técnicas como modulação de largura de pulso (PWM) para converter a corrente contínua em corrente alternada que atenda aos requisitos da rede elétrica ou do equipamento de carga. Por exemplo, em um inversor de alta qualidade, a corrente contínua pode ser convertida em corrente alternada com frequência de 50Hz ou 60Hz (dependendo dos padrões da rede elétrica em diferentes regiões) e tensão estável para atender às demandas de várias cargas de corrente alternada, como motores e equipamentos de iluminação.

Controlador de carga (em alguns sistemas)

O controlador de carga é usado principalmente para controlar o processo de carregamento da bateria de armazenamento (se houver) pelos painéis solares. Ele pode evitar a sobrecarga e a descarga excessiva da bateria de armazenamento, protegendo a vida útil da bateria. Por exemplo, quando a bateria de armazenamento está totalmente carregada, o controlador de carga cortará automaticamente o circuito de carregamento entre os painéis solares e a bateria de armazenamento; quando a bateria de armazenamento tem um nível de carga baixo, o controlador de carga pode controlar a conexão da carga para evitar a descarga excessiva da bateria de armazenamento e garantir que a bateria funcione dentro de um intervalo de carga seguro.

Bateria de armazenamento (componente opcional)

A bateria de armazenamento é usada para armazenar a eletricidade gerada pelos painéis solares, para que possa fornecer energia quando há insuficiente luz solar (como à noite ou em dias nublados). Baterias de armazenamento comuns incluem baterias de chumbo-ácido e baterias de íon-lítio. As baterias de chumbo-ácido têm um custo mais baixo, mas uma densidade de energia relativamente baixa e uma vida útil mais curta; as baterias de íon-lítio têm uma alta densidade de energia e uma longa vida útil, mas um custo mais alto. Por exemplo, em algumas usinas solares próprias off-grid, a bateria de armazenamento pode armazenar a eletricidade excedente gerada pelos painéis solares durante o dia e fornecer energia para equipamentos de carga, como sistemas de iluminação e equipamentos de monitoramento, à noite.

Quadro de distribuição e sistema de monitoramento

O quadro de distribuição é usado para distribuir a eletricidade, distribuindo a corrente alternada produzida pelo inversor para cada ramo de carga. Ao mesmo tempo, também pode proteger o circuito, como instalar disjuntores e fusíveis, para evitar sobrecarga e curto-circuito do circuito. O sistema de monitoramento é usado para monitorar o estado de operação da usina solar, incluindo a potência de geração de energia dos painéis solares, a tensão e a corrente de saída do inversor, o nível de carga da bateria de armazenamento (se houver) e outros parâmetros. Através do sistema de monitoramento, falhas de equipamento e situações anormais de geração de energia podem ser detectadas em tempo real, facilitando a manutenção e a gestão.

Processo de operação de uma usina solar própria

Estágio de geração de energia

Durante o dia, quando há luz solar suficiente, os painéis solares absorvem a energia solar e a convertem em corrente contínua. Durante esse processo, a potência de saída dos painéis solares será afetada por fatores como a intensidade, ângulo e temperatura da luz solar. Por exemplo, quando a luz solar é direta e intensa, a eficiência de geração de energia dos painéis solares é alta e a potência de saída é grande; enquanto em dias nublados ou quando o ângulo do sol é baixo, a eficiência de geração de energia e a potência de saída diminuirão proporcionalmente.

Estágio de conversão e armazenamento de energia (se houver bateria de armazenamento)

A corrente contínua gerada pelos painéis solares entra primeiro na bateria de armazenamento para armazenamento através do controlador de carga (se houver), ou diretamente no inversor para ser convertida em corrente alternada. Se houver bateria de armazenamento, quando a bateria não estiver totalmente carregada, o controlador de carga ajustará a corrente de carga de acordo com o estado de carga da bateria e a potência de saída dos painéis solares para garantir que a bateria seja carregada de forma segura e eficiente. Quando não houver bateria de armazenamento ou a bateria estiver cheia, a corrente contínua entrará diretamente no inversor para conversão.

Estágio de fornecimento de energia

A corrente alternada convertida pelo inversor entra no quadro de distribuição, e o quadro de distribuição distribui a eletricidade para cada ramo conforme a demanda da carga para fornecer energia a diversos equipamentos elétricos. Durante esse processo, o sistema de monitoramento monitorará em tempo real a geração e o fornecimento de energia para garantir a estabilidade e segurança do fornecimento de energia. Se for uma usina solar própria conectada à rede, após atender à sua própria demanda de energia, a energia excedente pode ser devolvida à rede elétrica pública; se for uma usina solar própria independente da rede, quando a geração de energia solar for insuficiente (como à noite), será necessário suplementar o fornecimento de energia através de uma fonte de energia de backup (como um gerador a diesel).