Componenten van een zonnepaneel-elektriciteitsproductiesysteem

Zonnepanelen

Het hoofdonderdeel van een zonne-energiesysteem is het zonnepaneel. Er zijn verschillende soorten zonnepanelen op de markt. Zonnepanelen worden ook wel fotovoltaïsche zonnepanelen genoemd. Een zonnepaneel of zonnemodule is in wezen een array van serie en parallel verbonden zonnecellen.

De spanningsverschillen over een zonnecel bedragen ongeveer 0,5 volt, en dus moet het gewenste aantal van dergelijke cellen in serie worden verbonden om 14 tot 18 volt te bereiken om een standaard accu van 12 volt op te laden. Zonnepanelen worden met elkaar verbonden om een zonnearray te creëren. Meerdere panelen worden zowel parallel als in serie verbonden om hogere stroom en hogere spanning te bereiken.

Accu's

In een grid-tie zonne-energiesysteem zijn de zonnemodules direct verbonden aan een omvormer, en niet rechtstreeks aan de belasting zelf. De stroom die wordt opgewekt door de zonnepanelen is niet constant, maar varieert met de intensiteit van het zonlicht dat erop schijnt. Daarom voeden zonnemodules of -panelen geen elektrische apparatuur rechtstreeks. In plaats daarvan voeden ze een omvormer waarvan de uitvoer gesynchroniseerd is met de externe netvoorziening.

De omvormer zorgt voor het spanningsniveau en de frequentie van de uitvoerstroom van het zonnepaneelsysteem en houdt dit altijd gelijk aan het netwerkniveau. Aangezien we stroom krijgen van zowel zonnepanelen als de externe netvoorziening, blijven het spanningsniveau en de kwaliteit van de stroom constant. Bij een stand-alone of netwerk fallback systeem, dat niet met het netwerk is verbonden, kan elke variatie in het stroomniveau in het systeem de prestaties van de elektrische apparatuur die ervan wordt gevoed, direct beïnvloeden.

Er moet dus een manier zijn om het spanningsniveau en de stroomvoorzieningsratio van het systeem te handhaven. Een accubank, parallel aan dit systeem verbonden, zorgt hiervoor. Hierbij wordt de accu opgeladen met zonne-energie, en deze accu voedt vervolgens een belasting rechtstreeks of via een omvormer. Op deze manier kan de variatie in de kwaliteit van de stroom, veroorzaakt door variatie in de intensiteit van het zonlicht, in het zonne-energiesysteem worden vermeden, waardoor een ononderbroken en uniforme stroomvoorziening wordt gehandhaafd.

Normaal gesproken worden diepcyclus lood-acculen gebruikt voor dit doel. Deze accu's zijn meestal ontworpen om tijdens de dienstverlening meerdere malen opgeladen en ontladen te kunnen worden. De beschikbare accusetten op de markt zijn meestal van 6 volt of 12 volt. Daarom kunnen dergelijke accu's zowel in serie als parallel worden verbonden om een hoger spannings- en stroomniveau van het accusysteem te verkrijgen.

Regelaar

Het is niet wenselijk om een lood-accula te veel op te laden of te weinig af te laden. Beide situaties kunnen het accusysteem ernstig beschadigen. Om deze situaties te voorkomen, is een regelaar nodig om de stroomtoevoer naar en van de accu's te handhaven.

Omvormer

Het is duidelijk dat de elektriciteit die in een zonnepaneel wordt geproduceerd gelijkstroom (DC) is. De elektriciteit die we van het netwerk krijgen is wisselstroom (AC). Dus om normale apparatuur zowel van het netwerk als van het zonne-energiesysteem te laten werken, is het nodig om een omvormer te installeren om de DC van het zonne-energiesysteem om te zetten in AC van hetzelfde niveau als de netvoorziening.

In een off-grid systeem is de omvormer direct verbonden aan de accu-terminals, zodat de DC die van de accu's komt eerst wordt omgezet in AC en dan aan de apparatuur wordt gevoed. In een grid-tie systeem is het zonnepaneel direct verbonden aan de omvormer, en deze omvormer voedt vervolgens het netwerk met stroom van hetzelfde voltage en frequentie.

In moderne grid-tie systemen is elk zonnepaneel verbonden met het netwerk via een individuele micro-omvormer om hoge spanning wisselstroom van elk individueel zonnepaneel te verkrijgen.

Componenten van een stand-alone zonne-energiesysteem

Een basis blokdiagram van een stand-alone zonne-energiesysteem is hierboven getoond. Hier wordt de elektrische energie die in het zonnepaneel wordt geproduceerd, eerst aangeboden aan de zonneregelaar, die vervolgens de accubank oplaadt of rechtstreeks naar laagspannings DC-apparatuur zoals laptops en LED-verlichtingssystemen levert. Normaal gesproken wordt de accu gevoed door de zonneregelaar, maar deze kan ook de zonneregelaar voeden wanneer er onvoldoende energie van het zonnepaneel beschikbaar is.

Op deze manier wordt de energietoevoer uniform naar de laagspanningsapparatuur, die rechtstreeks met de zonneregelaar is verbonden, voortgezet. In dit schema zijn de terminals van de accubank ook verbonden aan een omvormer. De omvormer zet de opgeslagen DC-stroom van de accubank om in hoogspannings AC voor het bedrijven van grotere elektrische apparatuur zoals wasmachines, grote televisies en keukenapparatuur, enz.

Componenten van een grid-tie zonne-energiesysteem

Grid-tie zonne-energiesystemen bestaan uit twee types: één met een enkele macro centrale omvormer en de andere met meerdere micro-omvormers. Bij het eerste type zonne-energiesysteem zijn de zonnepanelen en de netvoorziening verbonden aan een gemeenschappelijke centrale omvormer, de zogenaamde grid-tie omvormer, zoals hieronder wordt getoond.

De omvormer zet hier de DC van het zonnepaneel om in netwerk-niveau AC en voedt vervolgens het netwerk en het distributiepaneel van de consument, afhankelijk van de momentane vraag van het systeem. Hier monitort de grid-tie omvormer ook de stroom die van het netwerk wordt geleverd.

Als er een stroomuitval in het netwerk wordt gedetecteerd, activeert de omvormer het schakelsysteem van het zonne-energiesysteem om het te ontkoppelen van het netwerk, om ervoor te zorgen dat er geen zonne-energie terug naar het netwerk wordt gevoed tijdens de stroomuitval. Er is een energiemeter verbonden in de hoofdnetvoorzieningslijn om de energie-export naar het netwerk en de energie-import van het netwerk te registreren.