A fotovoltaikus panelektől az inverterekig: A teljes napenergia -generációs rendszer összetételének részletes magyarázata

A fenntartható energia globális érdekképviseletének hátterében a napenergia, mint tiszta és megújuló energiaforrás, fokozatosan belép az életünkbe. A napenergia -generációs rendszerek egyre nagyobb figyelmet fordítottak környezetvédelemre, energiamegtakarításra és sok más előnyre. Szóval, hogyan áll össze egy teljes napenergia -generációs rendszer? Kezdjük a legalapvetőbb alkatrészekkel - a fotovoltaikus panelekkel.

A fotovoltaikus panelek, más néven napelemek, a napenergia -generációs rendszerek egyik alapvető alkotóeleme. Úgy viselkednek, mint egy hatékony "elfogás", amely felelős a napfény elektromos energiává történő átalakításáért. Munka alapelve a híres "fotovoltaikus hatáson" alapul. Amikor a napfény süt a fotovoltaikus panelen, a fotonok kölcsönhatásba lépnek a fotovoltaikus panelen lévő félvezető anyaggal, hogy stimulálják az elektron-lyuk párokat. Ezek az elektronok és lyukak különböző irányokba mozognak a félvezető anyag belsejében lévő elektromos mező hatására, elektromos áramot képezve.

A fotovoltaikus panelek általában több napelemből állnak. Ezeknek a sejt egységek többsége szilícium anyagokból készül, amelyekből a monokristályos szilíciumsejtek és a polikristályos szilíciumsejtek a leggyakoribbak. A monokristályos szilikon sejtek magas konverziós hatékonysággal rendelkeznek, általában elérik a 20% - 25% -ot, ami azt jelenti, hogy a napenergia 20% - 25% -át képes átalakítani elektromos energiává. Gyártási folyamata viszonylag bonyolult, és a költségek viszonylag magas, de stabil energiatermelési teljesítménygel és hosszú élettartamú élettartamúak, akár {4}} évig. A polikristályos szilíciumsejtek konverziós hatékonysága kissé alacsonyabb, körülbelül 15% - 20%, de termelési költsége viszonylag alacsony, és bizonyos költséghatékonysági előnyei vannak a nagy léptékű alkalmazásokban, és szolgáltatási élettartama szintén elérheti a 20 - 25 éveket is.

A monokristályos szilícium és a polikristályos szilíciumsejtek mellett vannak más típusú fotovoltaikus panelek, például amorf szilícium, kadmium -tellurid és réz indium gallium -szelenid. Az amorf szilícium -fotovoltaikus panelek jó rugalmasság előnyeivel rendelkeznek, és vékony fóliákká alakíthatók. Egyes jelenetekben gyakran használják őket, amelyek speciális követelményeket vagy telepítési helyet igényelnek, de konverziós hatékonyságuk viszonylag alacsony, általában 6% - 12%. A kadmium -tellurid és a réz indium -gallium szelenid fotovoltaikus panelek bizonyos potenciállal rendelkeznek az átalakulás hatékonyságában és a költségekben, és az utóbbi években gyorsan fejlődtek, de piaci részesedésük még mindig alacsonyabb, mint a monokristályos szilícium és a polikristályos szilikon fotovoltikai paneleké.

A fotovoltaikus panelek által generált energia DC, míg a mindennapi életünkben használt elektromos készülékek többsége megfelelő működést igényel. Ebben az időben az inverter kulcsszerepet játszik. Olyan, mint egy varázslatos "konverter", amely felelős a fotovoltaikus panelek DC kimenetének AC -ként történő konvertálásáért, hogy megfeleljen a különböző felhasználók, például a családok és a vállalkozások energiaigényének.

Számos típusú inverter létezik, és a közönséges inverterek, húros inverterek és mikro -inverterek. A központosított inverterek nagy teljesítményűek és általában alkalmas nagy napenergia -állomásokra. Összegyűjti a több fotovoltaikus panelcsoport által generált DC -t, és átalakítja azokat. Ennek előnye, hogy a költségek viszonylag alacsonyak, és könnyű kezelni és karbantartani, de ha a hiba bekövetkezik, ez befolyásolhatja a teljes energiatermelő rendszer működését. A String Inverter a DC -t külön -külön alakítja át a különböző fotovoltaikus panelcsoportokhoz, majd aggregálja ezeket az AC -t. Nagyobb rugalmassággal rendelkezik. Még ha egy bizonyos karakterláncnak is vannak problémái, ez nem befolyásolja a többi húr normális működését. Ezenkívül jobban képes lejátszani teljesítménynövényeit a részleges árnyékolással vagy különböző irányú fotovoltaikus panelek telepítési forgatókönyveiben. Jelenleg széles körben használják az elosztott fotovoltaikus energiatermelő projektekben. A mikroinverter közvetlenül az egyes fotovoltaikus panelek hátuljára van felszerelve, hogy az egyes fotovoltaikus panelek DC -kimenetét külön -külön konvertálják. A legnagyobb tulajdonsága az, hogy megvalósíthatja az egyes fotovoltaikus panelek független megfigyelését és maximális teljesítménypontjának követését. Még ha a fotovoltaikus panelt is blokkolják vagy meghibásodnak, más fotovoltaikus panelek továbbra is normálisan működhetnek, ami jelentősen javítja az energiatermelő rendszer energiatermelését és stabilitását. Mivel azonban minden mikroinverter csak egy fotovoltaikus panelnek felel meg, annak költsége viszonylag magas.

Az elektromos energia átalakításának folyamatában az inverternek van más fontos funkciója is. Például a maximális teljesítménypont -követési (MPPT) függvény valós időben figyelemmel kíséri a fotovoltaikus panel kimeneti teljesítményét, és automatikusan beállíthatja a munkaparamétereket úgy, hogy a fotovoltaikus panel mindig a maximális teljesítménypont közelében működik, ezáltal javítva az energiatermelés hatékonyságát. Ezenkívül az inverter olyan biztonsági védelmi funkciókkal is rendelkezik, mint például a túlfeszültség védelme, a túláramok védelme és a szivárgásvédelem az energiatermelő rendszer stabil működésének, valamint a személyzet és a berendezések biztonságának biztosítása érdekében.

Annak érdekében, hogy a fotovoltaikus panelek jobban megkapják a napfényt, stabil tartószerkezetre van szükség, amely a konzolrendszer. A konzolrendszer olyan, mint egy "szilárd háttér" a fotovoltaikus panelek számára. Nem csak maguk a fotovoltaikus panelek súlyát viseli, hanem különféle természetes környezeti tényezőket is ellenzi, mint például a szél, az eső, a hó stb.

A zárójelrendszereket két típusra lehet osztani: rögzített és nyomon követés. A rögzített zárójelek egyszerűen telepíthetők és alacsony költségek. A fotovoltaikus paneleket a földre, a tetőre vagy más épületekre rögzítik egy bizonyos szögben és orientációban. A tartó beépítési szögét általában a helyi szélességi és napsugárzási feltételek szerint optimalizálják annak biztosítása érdekében, hogy a fotovoltaikus panelek az év nagy részében elegendő napfényt kapjanak. A nyomkövető zárójelek intelligensebbek. A fotovoltaikus panelek szögét automatikusan beállíthatják a Nap helyzetének változásainak megfelelően, így a fotovoltaikus panelek mindig merőlegesek vagy szinte merőlegesek maradnak a napfényre, ezáltal maximalizálva a napfényt kapó fotovoltaikus panelek hatékonyságát. A nyomkövető zárójelek általában két típusra oszlanak: az egytengelyes követés és a kettős tengelykövetés. Az egytengelyes nyomkövető zárójelek az egyik tengely mentén tudnak forogni (általában a vízszintes tengely kelet-nyugati irányban vagy a ferde tengely észak-déli irányban), míg a kettős tengely nyomkövető zárójelek két tengelyben egyidejűleg foroghatnak, nagyobb nyomkövetési pontossággal, de viszonylag magasabb költségekkel.

A zárójelrendszer kiválasztásakor számos tényezőt átfogóan figyelembe kell venni. Például a telepítési hely topográfiája, a rendelkezésre álló terület, a helyi éghajlati viszonyok és a költségvetés. A kicsi elosztott fotovoltaikus energiatermelő projektekhez, például a háztartási tetőtéri fotovoltaikus rendszerekhez, a rögzített konzolokat általában a korlátozott telepítési terület és a költségérzékenység miatt választják ki. Nagy földi fotovoltaikus erőművekben, ha a helyszíni feltételek megengedik és nagyobb energiatermelési hatékonyságot keresnek, akkor a követő zárójelek jobb választás lehet.

A napenergia -generációs rendszerekben az akkumulátorok az elektromos energia "Storage Warehouse" szerepet játszanak. Ha elegendő napfény van, a fotovoltaikus panelek által generált villamos energiát a felhasználók azonnal felhasználhatják, és a felesleges villamos energiát az akkumulátorban tárolhatják. Éjszaka vagy felhős napokon elégtelen napfény esetén az akkumulátorcsomag felszabadítja a tárolt villamos energiát, hogy a felhasználók számára folyamatos és stabil tápegységet biztosítson.

Az akkumulátorok általános típusai közé tartozik az ólom-sav akkumulátorok, a nikkel-fém hidrid akkumulátorok és a lítium-ion akkumulátorok. Az ólom-sav akkumulátorok az egyik legszélesebb körben használt energiatároló akkumulátorok. Az alacsony költségű, érett technológiák és az egyszerű karbantartás előnyei vannak. Energia sűrűségük azonban viszonylag alacsony, térfogatuk és súlyuk nagy, töltésük és kisülési ciklusuk általában a 300-500 idők körül. A nikkel-fém-hidrid akkumulátorok teljesítménye jobb, mint az ólom-sav akkumulátorok. Nagyobb energia -sűrűségű, hosszabb töltési és kisülési ciklus élettartamúak (kb. A lítium-ion akkumulátorok jelentős előnyei vannak, mint például a nagy energia sűrűség, a kis mennyiség, a könnyű súly, a nagy töltés és a kisülési hatékonyság, valamint a hosszú ciklus élettartama (általában 1, 500-3, 000 idők), de költségeik jelenleg viszonylag magas. Bizonyos költségérzékeny alkalmazási forgatókönyvekben promóciójuk bizonyos korlátozások alá tartozik.

Az akkumulátorcsomagok tervezésekor és konfigurálásakor átfogóan figyelembe kell venni azokat a tényezőket, mint például a napenergia -termelő rendszer tényleges energiaigénye, a fotovoltaikus panelek energiatermelő képessége és a helyi fényviszonyok. Például meg kell határozni a megfelelő akkumulátorkapacitást annak biztosítása érdekében, hogy a felhasználók alapvető villamosenergia -igénye kielégíthető legyen a folyamatos felhős napok esetén. Ugyanakkor figyelembe kell venni az akkumulátor töltésének és kisülési kezelésére, ésszerű töltési és mentesítési stratégiát is, meghosszabbítani az akkumulátor élettartamát, és csökkenteni az energiatárolás költségeit.

A vezérlő a napenergia -generációs rendszer "intelligens házvezetőnője". Felelős a teljes energiatermelő rendszer megfigyeléséért és vezérléséért a rendszer biztonságos és stabil működésének biztosítása érdekében. A vezérlő elsősorban a következő fontos funkciókkal rendelkezik:

Az első a töltés és a kisülési vezérlés funkció. Valóban figyelemmel kíséri az akkumulátorcsoport feszültségét, áramát és egyéb paramétereit, és automatikusan vezérli a fotovoltaikus panel töltési folyamatát az akkumulátor töltése szerint az akkumulátor töltési állapota és az energiatermelő rendszer munkakörülményei szerint, hogy megakadályozzák az akkumulátort, hogy túltöltözzenek vagy túlterheltek legyenek. Amikor az akkumulátor teljesen feltöltötte, a vezérlő automatikusan levágja a töltési áramkört, hogy elkerülje az akkumulátor által okozott akkumulátor sérülését; És ha az akkumulátor teljesítménye túl alacsony, akkor a vezérlő vezérli, hogy abbahagyja a kibocsátást az akkumulátor szerviz élettartamának védelme érdekében.

A második a maximális teljesítménypont -nyomkövető vezérlő funkció. A vezérlő valós időben beállíthatja a fotovoltaikus panel működési állapotát az inverterrel együttműködve, így mindig a maximális teljesítménypont közelében fut, ezáltal javítva a fotovoltaikus panel energiatermelési hatékonyságát.

Ezen túlmenően a vezérlőnek rendszerhiba -diagnosztizálásával és védelmi funkcióival is rendelkezik. Valós időben képes figyelni az energiatermelő rendszer minden egyes elemét. Miután a hibát észlelték, például egy rövidzárlatot a fotovoltaikus panelen, az inverter túlmelegedését, az akkumulátor szivárgását stb., A vezérlő azonnal meghozza a megfelelő védelmi intézkedéseket, például a hibakör levágását és riasztási jelet ad ki, hogy biztosítsa a teljes energiatermelő rendszer biztonságos működését, és megkönnyítse a karbantartási személyzetet a hibaelhárításhoz és a javításhoz.

A különböző típusú és méretű napelemes generációs rendszerekben használt vezérlők szintén eltérőek. A kis napenergia -termelő rendszerekben általában egy viszonylag egyszerű integrált vezérlőt használnak. Integrálja az alapvető funkciókat, például a töltés és a kisülés szabályozását, valamint a maximális teljesítménypont -nyomkövető vezérlést. Kis méretű és alacsony költsége, és alkalmas kis alkalmazási forgatókönyvekre, például otthoni tetőtéri fotovoltaikus rendszerekre. A nagy napenergia -erőművekben erőteljesebb és intelligensebb központosított vezérlőre van szükség. Egységes módon képes és kezelheti számos fotovoltaikus panelt, invertert, akkumulátorcsomagot és egyéb berendezéseket az egész erőműben, hogy hatékonyabb és pontosabb rendszervezérlést érjen el.

A teljes napenergia -generációs rendszer több alkatrészből áll, például fotovoltaikus panelekből, inverterekből, konzolrendszerekből, akkumulátorokból és vezérlőkből. Minden összetevő nélkülözhetetlen szerepet játszik. Együtt dolgoznak annak érdekében, hogy a napenergiát elektromos energiává alakítsák, amelyet felhasználhatunk, hozzájárulva a fenntartható energiafejlesztés megvalósításához. A technológia folyamatos fejlődésével és a költségek fokozatos csökkentésével a napenergia -generációs rendszerek alkalmazási kilátásai szélesebbek lesznek, és várhatóan fontosabb pozíciót foglalnak el a jövőbeli energiamezőben.