Що таке власна сонячна електростанція та як вона працює

Визначення власної сонячної електростанції

Власна сонячна електростанція — це установка для генерації електроенергії за допомогою сонячної енергії, яку будують, володіють та керують підприємства, установи або окремі особи, головним чином для задоволення власних потреб у електроенергії. Відрізняючись від постачання електроенергії зі спільної електромережі, це є відносно незалежною системою забезпечення електроенергією, і електроенергія, яку вона генерує, переважно надається самим будівельникам, наприклад, для забезпечення електроенергією заводів, шкіл, дата-центрів або великих житлових будівель.

Основні компоненти власної сонячної електростанції та їх функції

Сонячні панелі (фотоелектричні модулі)

Це основні компоненти сонячної електростанції, завдання яких — перетворювати сонячну енергію на постійний струм. Сонячні панелі складаються з багатьох сонячних елементів. Коли сонячне світло опиняється на панелях, напівпровідникові матеріали (наприклад, кремній) у сонячних елементах поглинають фотони, що призводить до формування пар електрон-дыра. Під дією внутрішнього електричного поля елементів, електрони та дира рухаються до двох полюсів елементів, таким чином формуючи постійний струм. Наприклад, ефективність фотоелектричного перетворення загальних монокриссталічних сонячних панелей може досягати приблизно 15% - 20%, тоді як для полікриссталічних панелей ця ефективність трохи нижча, від 13% до 18%.

Інвертор

Оскільки постійний струм генерується сонячними панелями, а більшість електричного обладнання потребує перемінного струму, завдання інвертора — перетворити постійний струм на перемінний. Він використовує складні електронні схеми та технології, такі як широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), для перетворення постійного струму на перемінний, який відповідає вимогам електромережі або навантаження. Наприклад, в якісному інверторі постійний струм може бути перетворений на перемінний струм з частотою 50Гц або 60Гц (в залежності від стандартів електромережі в різних регіонах) та стабільним напругою, щоб задовольнити потреби різних навантажень, таких як двигуни та освітлювальне обладнання.

Контролер заряду (у деяких системах)

Контролер заряду використовується для контролю процесу зарядження аккумулятора (якщо такий є) сонячними панелями. Він може запобігти перевантаженню та перерозрядженню аккумулятора, захищаючи його термін служби. Наприклад, коли аккумулятор повністю заряджений, контролер заряду автоматично відключить зарядний контур між сонячними панелями та аккумулятором; коли рівень заряду аккумулятора низький, контролер заряду може контролювати підключення навантаження, щоб уникнути надмірного розрядження аккумулятора та забезпечити його працю в безпечному діапазоні заряду.

Аккумулятор (опціональний компонент)

Аккумулятор використовується для зберігання електроенергії, генерованої сонячними панелями, щоб забезпечити електропостачання, коли сонячного світла недостатньо (наприклад, вночі або в хмарну погоду). Загальні типи аккумуляторів включають свинцево-кислотні та літіє-іонні батареї. Свинцево-кислотні батареї мають нижчу вартість, але меншу енергетичну густину та коротший термін служби; літіє-іонні батареї мають високу енергетичну густину та довгий термін служби, але вищу вартість. Наприклад, в деяких автономних власних сонячних електростанціях, аккумулятор може зберігати надлишкову електроенергію, генеровану сонячними панелями вдень, і забезпечувати електропостачання для навантажень, таких як освітлювальні системи та обладнання моніторингу, вночі.

Розподільна коробка та система моніторингу

Розподільна коробка використовується для розподілу електроенергії, розподіляючи перемінний струм, виведений інвертором, на кожну гілку навантаження. Одночасно вона може захищати електричну мережу, наприклад, встановлюючи автомати та палички, щоб запобігти перегрузці та короткому замиканню. Система моніторингу використовується для моніторингу робочого стану сонячної електростанції, включаючи потужність генерації електроенергії сонячними панелями, вихідну напругу та струм інвертора, рівень заряду аккумулятора (якщо такий є) та інші параметри. За допомогою системи моніторингу можна вчасно виявити випадки відмов обладнання та аномального генерування електроенергії, що сприяє технічному обслуговуванню та управлінню.

Процес роботи власної сонячної електростанції

Стадія генерації електроенергії

У денні години, коли є достатньо сонячного світла, сонячні панелі поглинають сонячну енергію та перетворюють її на постійний струм. Протягом цього процесу, вихідна потужність сонячних панелей буде залежати від факторів, таких як інтенсивність, кут та температура сонячного світла. Наприклад, коли сонячне світло пряме та інтенсивне, ефективність генерації електроенергії сонячними панелями висока, а вихідна потужність велика; тоді як у хмарну погоду або коли кут сонця низький, ефективність генерації електроенергії та вихідна потужність відповідно зменшуються.

Стадія перетворення та зберігання електроенергії (якщо є аккумулятор)

Постійний струм, генерований сонячними панелями, спочатку входить до аккумулятора для зберігання через контролер заряду (якщо такий є), або безпосередньо входить до інвертора для перетворення на перемінний струм. Якщо є аккумулятор, коли аккумулятор не повністю заряджений, контролер заряду буде регулювати струм зарядження залежно від стану зарядження аккумулятора та вихідної потужності сонячних панелей, щоб забезпечити безпечне та ефективне зарядження аккумулятора. Коли немає аккумулятора або аккумулятор повністю заряджений, постійний струм безпосередньо входить до інвертора для перетворення.

Стадія забезпечення електропостачання

Перемінний струм, перетворений інвертором, входить до розподільної коробки, і розподільна коробка розподіляє електроенергію на кожну гілку згідно з потребами навантаження, щоб забезпечити електропостачання для різного електричного обладнання. Протягом цього процесу, система моніторингу буде в реальному часі моніторити ситуацію генерації та забезпечення електропостачання, щоб забезпечити стабільність та безпеку електропостачання. Якщо це власна сонячна електростанція, підключена до мережі, після задоволення власних потреб у електроенергії, надлишкова електроенергія може бути повернута до загальної електромережі; якщо це автономна власна сонячна електростанція, коли генерація електроенергії сонячними панелями недостатня (наприклад, вночі), необхідно додатково забезпечити електропостачання за допомогою резервного джерела живлення (наприклад, дизель-генератора).