Über Solarenergie : Übersicht über Solarstromsysteme

Überblick über die Funktionsweise eines Solarstromsystems

Solarstromanlagen verfügen über Kollektoren, die Sonnenlicht in flüssige Wärme umwandeln, Notstromaggregate, die Strom sammeln, wenn er verfügbar ist, und ihn bei Bedarf verteilen, Vorrichtungen zur Übertragung von Strom vom Speicher zu einem Verbraucher und die erforderlichen Pumpen, Steuerungen usw.

Die Der Prozess der direkten Energiegewinnung aus Sonnenlicht wird als Photovoltaik-Prozess bezeichnet.

Eine Photovoltaikzelle ist eine Art PV-Detektor, der Strahlungsfluss direkt in elektrischen Strom umwandelt.

Darüber hinaus kann Strom durch Wärme durch PV-Zellen erzeugt werden, da Sonnenlicht benötigt wird.

Wenn Sonnenlicht auftrifft, erzeugt das Panel eine Spannung, die höher ist als die des Akkus, sodass der Akku aufgeladen werden kann.

Viele Panels verfügen über eine Sperrdiode (ein elektrisches Element, das den Strom nur in eine Richtung fließen lässt), um sicherzustellen, dass sich die Batterie bei unzureichender Sonneneinstrahlung nicht durch das Panel entlädt.

Eine Verbindung mit der Batterie kann hergestellt werden, um einen Niederspannungs-Gleichstrom zur Verwendung bereitzustellen.

Silizium ist ein Halbleiter, was darauf hinweist, dass es sowohl die Eigenschaften eines Isolators als auch eines Metalls besitzt.

Die Apex-Schicht enthält Phosphor oder Arsen, die zum Dotieren von Silizium verwendet werden, während die untere Schicht Bor oder Gallium enthält.

Der Phosphor hat 5 Valenzelektronen, was die Chemie erklärt.

Es überträgt vier Elektronen auf Silizium, das dann die Bindung eingeht, indem es sein fünftes Elektron freisetzt.

Wenn viele Phosphoratome im Siliziumkristall ersetzt werden, sind viele freie Elektronen vorhanden, was zu Silizium vom n-Typ führt.

Der n-Typ von Silizium zeigt an, dass die Mehrheit der Elektronen vorhanden ist.

Bei der Bor-Silizium-Dotierung verliert das Silizium-Kristallgitter ein Elektron.

Als Ergebnis ist es p-Typ-Silizium mit einer Mehrheit von Löchern und einer Minderheit von Elektronen.

Wenn Sonnenlichtteilchen oder Photonen direkt auf ein Solarpanel fallen, werden Elektronen freigesetzt.

Die Arbeit ist noch nicht erledigt.

Um Strom zu erzeugen, muss ein Ungleichgewicht geschaffen werden.

Wenn p-Typ- und n-Typ-Silizium fest zusammen strukturiert sind, ist dies möglich.

Zusätzliche Elektronen von n-Typ-Silizium bewegen sich in den Löchern, die in p-Typ-Silizium vorhanden sind, und erzeugen ein elektrisches Feld in der gesamten Zelle.

Darüber hinaus ist Silizium ein Halbleiter, das heißt, es ist ein Isolator und kann das Ungleichgewicht effektiv aufrechterhalten.

Materialien, die bei der Herstellung von Sonnenkollektoren verwendet werden

Typischerweise wird Silizium mit Phosphor, Arsen, Bor oder Gallium dotiert.

Vor kurzem haben Forscher das neue Element Argonne III entwickelt, das viel billiger, effizienter und zuverlässiger ist.

Darüber hinaus erfordert es im Vergleich zu Silizium weniger Herstellungszeit.

Dadurch werden Sonnenkollektoren für viele Menschen erschwinglicher, die sie aufgrund hoher Kosten nicht in ihren Häusern installieren konnten.

Daher ist es eine sehr wichtige Erfindung für die langfristige Entwicklung der Umwelt kostengünstig.

Es gibt verschiedene Arten von Sonnenkollektoren, die Menschen je nach ihrem Nutzen verwenden.

Beim Kauf eines Solarmoduls müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, darunter der Ort, an dem es installiert wird, der Verwendungszweck (Wohn- oder Geschäftsgebäude) und die Kosten.

Nachfolgend einige Beispiele für Sonnenkollektoren:

Polykristallines Silizium-Solarpanel

Es basiert auf Polysilizium und multikristallinem Silizium.

Das Rohsilizium wird zuerst geschmolzen, dann in eine quadratische Form gegossen, abgekühlt und in perfekt quadratische Wafer geschnitten.

Darüber hinaus wurde es erstmals 1981 auf den Markt gebracht.

Polykristalline Panels haben eine lange Lebensdauer.

Es wurde festgestellt, dass die vor 25 Jahren installierten Paneele immer noch einwandfrei funktionieren.

Sie haben eine Leistung von 120 bis 150 Watt-Quadratmetern.

Eine Ausnahme von 12 % bis 15 % ist möglich.

Da die Kristallverstärkungsgrenzen Elektronen einfangen können, ist die Effizienz signifikant gering.

Polykristalline Paneele haben einen reduzierten Wärmekoeffizienten, was bedeutet, dass ihre Hochtemperaturwerte etwas niedriger sind.

Obwohl sie wenig Platz für die Installation benötigen und weit verbreitet sind, sind sie weniger produktiv als monokristalline Silizium-Solarmodule.

Monokristallines Silizium-Solarpanel

Das monokristalline Silizium-Solarpanel wird aus Legierungen geschnitten, was dem Panel ein einheitliches Layout verleiht.

Diese Kristalle von astronomischer Größe sind schwer herzustellen, da sie selten sind und der Rekristallisationsprozess unglaublich kostspielig ist.

Es hat ein hervorragendes Leistungs-Größen-Verhältnis mit einer Effizienz von 135-170 Watt pro Quadratmeter.

Darüber hinaus verfügen einige der Geräte jetzt über eine Wirkungsgradumwandlung von 18 %.

Der Hauptnachteil ist, dass es schatten- und staubempfindlich ist.

Selbst wenn nur eine Solarzellenzelle im Schatten liegt, sinkt ihre Leistung auf 20 %.

Amorphes oder Dünnschicht-Solarmodul

Durch Aufdampfen wird Silizium auf das Substrat gesprüht.

Siliziumwasser hat eine 1 Mikrometer dicke Schicht, was darauf hinweist, dass es weniger Energie zur Erzeugung benötigt und weniger effizient ist als mono- oder polykristallines Wasser.

Im Vergleich zu den anderen beiden Panels schneidet es in wärmeren Umgebungen hervorragend ab, nimmt jedoch mehr Platz ein.

Da es weniger Silizium verbraucht und keinen Aluminiumrahmen hat, wird die Gesamteffizienz automatisch reduziert.

Der Staebler-Wronski-Effekt verringert die Moduleffizienz, und der Hauptgrund ist, dass eine längere Sonneneinstrahlung eine Verformung der Dichte von amorphem Silizium verursacht.

Was ist der Zweck eines Wechselrichters für Solarstromanlagen?

Der Wechselrichter ist die arbeitsintensivste Komponente Ihrer Solaranlage.

Seine Hauptfunktion besteht darin, den von Ihren Solarmodulen fließenden Gleichstrom (DC) in den von Ihrem Haus verwendeten Wechselstrom (AC) umzuwandeln.

Neben dieser Hauptfunktion erfüllen Solarwechselrichter drei weitere Aufgaben: Spannungsnachführung, Netzkommunikation und Notabschaltung.

Wechselrichter von Solarmodulen überwachen kontinuierlich die Spannung Ihres Solarsystems, um die optimale Leistung zu ermitteln, mit der Ihre Solarmodule betrieben werden können, und stellen sicher, dass die Module den größten und saubersten Strom erzeugen.

Inselnetz-Wechselrichter verwenden im Allgemeinen die kostengünstigere modifizierte Sinuswellentechnologie.

Im Gegensatz dazu erzeugen netzgekoppelte Heim-Solar-Wechselrichter eine reine Sinuswelle von Wechselstrom, sodass Ihre empfindlichen Hausgeräte reibungslos und effizient funktionieren.

Solarwechselrichter müssen mit dem Stromnetz kommunizieren.

Wechselrichter sorgen dafür, dass bei einem kurzzeitigen Stromausfall keine Energie von Ihren Solarmodulen auf die Übertragungsleitungen außerhalb Ihres Hauses gelangt.

Dies stellt sicher, dass Experten, die Kabelreparaturen durchführen, nicht überlastet werden.

Wenn Ihr Zuhause keinen Strom benötigt oder Ihre Batterien voll sind, speisen Ihre Wechselrichter Verbraucher ins Netz ein (sofern Sie diese an Ihre Solaranlage angeschlossen haben).

Wechselrichter müssen auch abgeschaltet werden, wenn sie einen gefährlichen Lichtbogen erkennen, der durch Systemalterung und Materialverschlechterung in der Verkabelung und den Sonnenkollektoren Ihres Hauses ausgelöst wird.

Einige Wechselrichter übertreffen andere in Bezug auf die Sicherheitsabschaltung.

Wechselrichteroptionen für Ihr Solarstromsystem

Eine der wichtigsten Entscheidungen bei der Installation einer Solaranlage für Ihr Zuhause ist die Art des zu verwendenden Wechselrichters.

Wechselrichter sind aufgrund der darin enthaltenen komplexen Leistungselektronik und Software von entscheidender Bedeutung für die laufende Leistung Ihres Solarstromsystems.

Es gibt 4 Haupttypen von Solarwechselrichtern zur Auswahl:

String-Wechselrichter

Ein String-Wechselrichter ist für die Arbeit mit Panels konzipiert, die im Wesentlichen in Gruppen aneinandergereiht sind.

Der gesamte von den Panels erzeugte Gleichstrom wird zur Umwandlung in Wechselstrom auf einmal zum Wechselrichter geleitet.

String-Wechselrichter können mehrere Sätze von Strings verarbeiten, und Sie benötigen möglicherweise mehr als einen, abhängig von der Größe Ihrer Solaranlage.

Angenommen, eines der Paneele wird zu einer bestimmten Tageszeit von Bäumen beschattet.

In diesem Fall verschlechtert sich die Effizienz des gesamten Sets, da die Produktionsleistung von der Leistung des Solarmoduls mit der schlechtesten Leistung abhängt.

String-Wechselrichter halten in der Regel 10 bis 15 Jahre.

Einige können sogar bis zu 20 Jahre halten, wenn sie an einem kühlen, gut belüfteten Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung installiert werden.

Mikrowechselrichter

Als einige Module durch Schatten, Schäden oder zu viel Vogelkot beeinträchtigt wurden, entwickelten einige clevere Ingenieure das Konzept von Solar-Mikrowechselrichtern, um Probleme mit der Systemleistung zu lösen.

Mikro-Wechselrichter wandeln Gleichstrom in Wechselstrom auf der Rückseite jedes einzelnen Panels um.

Selbst unter variablen Verschattungsverhältnissen fließt maximaler Wechselstrom (AC) Strom von Ihren Solarmodulen in Ihr Haus und ins Stromnetz Untersuchungen haben gezeigt, dass der Einsatz von Mikrowechselrichtern anstelle von Stringwechselrichtern zu einer Effizienzsteigerung von 27 % bei teilverschatteten Solaranlagen führt.

Eine Komponente auf jedem Panel ermöglicht auch eine individuelle Panel-Überwachung, die Sie auf unerwartete Leistungsprobleme aufmerksam macht.

Leistungsoptimierer

Leistungsoptimierer sind, ähnlich wie Mikrowechselrichter, auf der Rückseite jedes Solarpanels angebracht und ermöglichen eine individuelle Panelnachführung.

Sie wandeln jedoch keinen Strom von Gleichstrom in Wechselstrom um.

Vielmehr überwachen sie die Spannung und den Status des Gleichstroms, der durch die Strings Ihrer Solarmodule fließt, um sicherzustellen, dass die maximale Leistung an Ihren Wechselrichter gesendet wird.

Der optimierte und aufbereitete Gleichstrom wird einem modifizierten, kleineren Wechselrichter zugeführt, der den Gleichstrom in Wechselstrom (AC) umwandelt.

Leistungsoptimierer-Setups sind kostengünstiger als Mikrowechselrichter, zuverlässiger und ermöglichen eine einfache Systemerweiterung.

Da Batterien und Solarmodule in derselben DC-Sprache kommunizieren, sind Leistungsoptimierer ideal für Batterie-Backup-Systeme geeignet.

Der Strom von Ihren Sonnenkollektoren kann Ihre Batterien direkt aufladen und Systemverluste vermeiden, die durch die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und zurück in Gleichstrom verursacht werden.

Hybrid-Wechselrichter

Angesichts der zunehmenden Betonung von Zuverlässigkeit und Energieunabhängigkeit ist es wichtig zu beachten, dass Hybrid-Wechselrichter auch Hausbatterie-Backup-Systeme ergänzen.

Hybrid-Wechselrichter können Gleichstrom von Ihren Sonnenkollektoren in Wechselstrom für Ihr Zuhause sowie Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom umwandeln, um Ihre Batteriebank aufzuladen.

Sie enthalten auch einen Laderegler, der intelligent erkennt, wann Strom zu Ihren Batterien, Hauskreisen oder dem Stromnetz geleitet oder Strom aus dem Stromnetz entnommen werden muss, um Ihre Batterie zu laden.

Einige Hybrid-Wechselrichter verfügen über verschiedene Modi, die installiert werden können, um kritische Heimstromkreise mit Strom zu versorgen, wenn das Netz ausfällt.

Instrumentierung und Messgeräte für Solarstromsysteme

Vorgefertigte Solarmodule mit allen benötigten Komponenten bis hin zu den Schrauben und Muttern sind käuflich zu erwerben.

Unter Berücksichtigung einer Beschreibung Ihres Standorts und Ihrer Bedürfnisse kann jeder gute Anbieter die Systeme für Sie dimensionieren und spezifizieren.

Nichtsdestotrotz sind Kenntnisse über Teile des Systems, die verschiedenen verfügbaren Typen und Auswahlkriterien unerlässlich.

Überspannungsschutzgeräte schützen Ihr System vor Spannungsspitzen, die auftreten können, wenn ein Blitz in die Solarmodule oder in die nahegelegenen Stromnetze einschlägt.

Ein Stromstoß ist ein erheblicher Spannungsanstieg über die Nennspannung hinaus.

Sonnenkollektoren verwenden hauptsächlich zwei Arten von Zählern:

Utility Kilowattstundenzähler

Ein Kilowattstundenzähler eines Energieversorgers misst die Menge des eingespeisten oder vom Netz empfangenen Stroms.

Versorgungsunternehmen verwenden normalerweise bidirektionale Zähler mit digitaler Anzeige in Häusern mit Solarstromanlagen, um den Strom in beiden Richtungen getrennt zu verfolgen.

Bei einigen Energieversorgern können Sie ein Standardmessgerät verwenden, das sich rückwärts drehen kann.

In diesem Fall dreht sich der Verbrauchszähler vorwärts, wenn Sie Strom aus dem Netz beziehen, und rückwärts, wenn Ihr System Strom in das Netz einspeist oder "schiebt".

Systemanzeige

Der Systemzähler überwacht und zeigt den Zustand und die Wirksamkeit des Systems an.

Stromerzeugung durch Module, verbrauchte Energie und Batterieladung sind Beispiele für überwachte Punkte.

Es ist möglich, ein System ohne Systemzähler zu betreiben, aber Zähler werden dringend empfohlen.

Da moderne Laderegler über Systemüberwachungsfunktionen verfügen, ist möglicherweise kein separater Systemzähler erforderlich.

Trennt das Solarstromsystem

Sicherheitstrennschalter, sowohl automatisch als auch manuell, schützen Verkabelung und Module vor Spannungsspitzen und anderen Systemausfällen.

Außerdem sorgen sie dafür, dass das System sicher heruntergefahren werden kann und Teile zu Reparatur- und Wartungszwecken entnommen werden können.

Bei netzgekoppelten Systemen stellen Sicherheitsabschaltungen sicher, dass die Erzeugungsanlagen vom Netz getrennt sind, was für die Sicherheit des Versorgungspersonals von entscheidender Bedeutung ist.

Insgesamt erfordert jede Stromquelle oder jeder Energiespeicher im System eine Trennung.

Es ist nicht immer notwendig, für jede Funktion des Systems eine andere Trennung zu verwenden.

Wenn beispielsweise ein Wechselrichter außerhalb positioniert ist, kann ein DC-Trennschalter sowohl als Array-DC-Trennschalter als auch als Wechselrichter-DC-Trennschalter fungieren.

Berücksichtigen Sie bei der Wartung einer Komponente, ob das Vernachlässigen einer separaten Trennung zu einem gefährlichen Zustand führt.

Berücksichtigen Sie auch die Position des Trenners.

Ein ungünstig positionierter Trennschalter kann dazu führen, dass die Stromversorgung während der Wartung eingeschaltet bleibt, was ein Sicherheitsrisiko darstellt.

Der DC-Trennschalter der Komponente hilft, den Stromfluss vom Solarpanel während der Wartung oder Fehlererkennung sicher zu stoppen.

Zum Schutz vor Spannungsspitzen kann der DC-Trennschalter des Arrays auch integrierte Leistungsschalter oder Sicherungen enthalten.

Der DC-Trennschalter des Wechselrichters dient in Verbindung mit dem AC-Trennschalter des Wechselrichters dazu, den Wechselrichter sicher vom Gesamtsystem zu trennen.

In den meisten Fällen fungiert der DC-Trennschalter des Wechselrichters auch als DC-Trennschalter des Arrays.

Der AC-Trennschalter des Wechselrichters trennt die Solarmodule von der Hausverkabelung sowie vom Netz.

Der AC-Trennschalter wird normalerweise in der Hauptschalttafel des Hauses installiert.

Angenommen, der Wechselrichter befindet sich nicht in der Nähe von Energieversorgungsunternehmen.

In diesem Fall ist normalerweise ein externer AC-Trennschalter erforderlich, der sicher ist, sichtbare Klingen hat und für einen einfachen Zugang neben dem Stromnetz installiert wird.

Ein AC-Trennschalter im Schaltschrank oder als Teil des Wechselrichters würde diese Spezifikationen nicht erfüllen.

Das Entfernen des Zählers selbst ist eine Option, die für einige Versorgungsunternehmen genauso anwendbar ist wie eine zugängliche AC-Trennung, aber das ist nicht der Standard.

Besuchen Sie das Versorgungsunternehmen, um sich vor dem Kauf von Geräten über deren Netzanschlussspezifikationen zu informieren.

Am Schaltschrank sollte ein zusätzlicher AC-Trennschalter in der Nähe des Wechselrichters installiert werden.

Module für Solarstromsysteme

Das Solarmodul ist das Herzstück einer Solaranlage.

Der Hersteller verdrahtet viele Solarzellen zu einem Solarmodul.

Wenn Solarmodule vor Ort installiert werden, werden sie in Reihe geschaltet, um Strings zu bilden.

Das parallele Verbinden von Modulsträngen bildet ein Array.

In netzgekoppelten PV-Wohnanlagen werden Module mit Nennleistungen von 100 bis 300 Watt eingesetzt.

Die Nennleistung ist die optimale Energie, die ein Panel mit 1.000 Watt Sonnenstrahlung pro Quadratmeter in ruhender Luft bei einer Zelltemperatur von 25 °C erzeugen kann.

Praktische Realitäten ergänzen selten die vermarktete Effizienz, daher ist die tatsächliche Energieabgabe oft geringer.

Komplexe Systeme, die keine Batterien verwenden, werden normalerweise so verdrahtet, dass sie 235 V bis 600 V erzeugen.

In batteriebasierten Systemen werden auch höhere Array-Spannungen verwendet, obwohl die meisten Laderegler immer noch niedrigere Spannungen von 12 V, 24 V oder 48 V benötigen, um die Spannung des Batteriestrangs zu ergänzen.

Da sich die Modulpreise und -kapazitäten im Zuge der Verbesserung von Technologie und Produktionstechniken ständig ändern, ist es schwierig, Empfehlungen für die Zukunft zu geben, z.

B.

welcher Modultyp die günstigste oder die insgesamt beste Option ist.

Vergleiche sollten auf den aktuellen Angaben der Hersteller und den strengen Richtlinien Ihrer Verwendung basieren.

Hochleistungsmodule haben ein größeres Watt-zu-Flächen-Verhältnis.

Je höher der Wirkungsgrad, desto kleiner ist die Fläche (dh weniger Module), die benötigt wird, um die gleiche Energieabgabe eines Panels zu erreichen.

Effizientere Module reduzieren die Installationskosten, dies muss jedoch gegen die höheren Kosten der Module abgewogen werden.