О солнечной энергии : Обзор систем солнечной энергии

Обзор работы солнечной энергетической системы

Солнечные энергетические системы имеют коллекторы, которые преобразуют солнечный свет в тепло в жидкости, резервные блоки питания, предназначенные для сбора энергии, когда она доступна, и распределения ее при необходимости, устройства для передачи энергии от накопителя к нагрузке, а также необходимые насосы, элементы управления и т.

Д.

Процесс прямого извлечения энергии из солнечного света называется фотоэлектрическим процессом.

Фотоэлектрический элемент - это тип фотоэлектрического детектора, который преобразует лучистый поток непосредственно в электрический ток.

Кроме того, энергия может производиться за счет тепла через фотоэлементы, поскольку требуется солнечный свет.

Когда падает солнечный свет, панель генерирует напряжение больше, чем батарея, позволяя батарее заряжаться.

Многие панели имеют блокирующий диод (электрический элемент, который пропускает электричество только в одном направлении), гарантирующий, что батарея не разряжается через панель при недостаточном солнечном свете.

Подключение к батарее может быть выполнено для обеспечения использования постоянного тока низкого напряжения.

Кремний - полупроводник, что указывает на его свойства как изолятора, так и металла.

Верхний слой содержит фосфор или мышьяк, используемый для легирования кремния, а нижний слой содержит бор или галлий.

Фосфор имеет 5 валентных электронов, что объясняет химию.

Он передает четыре электрона кремнию, который затем образует связь, высвобождая пятый электрон.

Когда в кристалле кремния заменяется много атомов фосфора, появляется много свободных электронов, что приводит к кремнию n-типа.

Кремний n-типа указывает на присутствие большинства электронов.

В случае легирования кремнием бором кристаллическая решетка кремния теряет электрон.

В результате получается кремний p-типа с большинством дырок и меньшим количеством электронов.

Когда частицы или фотоны солнечного света падают прямо на солнечную панель, высвобождаются электроны.

Работа еще не сделана.

Для выработки электроэнергии необходимо создать дисбаланс.

Когда кремний p-типа и n-типа прочно структурированы вместе, это возможно.

Дополнительные электроны из кремния n-типа перемещаются в дырках, присутствующих в кремнии p-типа, создавая электрическое поле по всей ячейке.

Кроме того, кремний является полупроводником, а это означает, что он является изолятором и может эффективно поддерживать дисбаланс.

Материалы, используемые при изготовлении солнечных панелей

Обычно кремний легируется фосфором, мышьяком, бором или галлием.

Недавно исследователи разработали новый элемент Argonne III, который намного дешевле, эффективнее и надежнее.

Кроме того, по сравнению с кремнием он требует меньше времени на изготовление.

Это сделает солнечные панели более доступными для многих людей, которые не смогли установить их в своих домах из-за высокой стоимости.

Следовательно, это очень важное изобретение для долгосрочного и экономичного развития окружающей среды.

Существуют различные типы солнечных панелей, которые люди используют в зависимости от их полезности.

При покупке солнечной панели необходимо учитывать несколько факторов, в том числе место ее установки, предполагаемое использование (жилое или деловое) и стоимость.

Ниже приведены некоторые примеры солнечных панелей:

Солнечная панель из поликристаллического кремния

В его основе - поликремний и поликристаллический кремний.

Сырой кремний сначала плавится, затем выливается в квадратную форму, охлаждается и разрезается на идеально квадратные пластины.

Кроме того, он был впервые представлен на рынке в 1981 году.

Поликристаллические панели имеют длительный срок службы.

Было обнаружено, что панели, установленные 25 лет назад, до сих пор находятся в идеальном рабочем состоянии.

У них есть производительность от 120 до 150 квадратных ватт квадратных метров.

Возможно исключение от 12% до 15%.

Поскольку границы усиления кристалла могут захватывать электроны, эффективность значительно ниже.

Поликристаллические панели имеют пониженный тепловой коэффициент, что означает, что их высокотемпературные характеристики немного ниже.

Несмотря на то, что для их установки требуется мало места и они широко доступны, они менее производительны, чем солнечные панели из монокристаллического кремния.

Монокристаллическая кремниевая солнечная панель

Монокристаллическая кремниевая солнечная панель вырезана из сплавов, что придает панели единообразный вид.

Эти кристаллы астрономических размеров трудно произвести, потому что они редки, а процесс перекристаллизации невероятно дорогостоящий.

У него отличное соотношение мощности к габаритам и КПД 135–170 Вт на квадратный метр.

Более того, некоторые из блоков теперь имеют коэффициент преобразования 18%.

Главный недостаток - чувствительность к тени и пыли.

Даже если в тени находится только одна ячейка солнечной панели, ее производительность упадет до 20%.

Аморфная или тонкопленочная солнечная панель

Кремний напыляется на подложку путем осаждения из паровой фазы.

Кремниевая вода имеет слой толщиной 1 микрон, что указывает на то, что для ее генерации требуется меньше энергии и она менее эффективна, чем моно- или поликристаллическая вода.

По сравнению с двумя другими панелями, он отлично работает в более жарких условиях, но занимает больше места.

Поскольку он использует меньше кремния и не имеет алюминиевой рамы, общая эффективность автоматически снижается.

Эффект Стаблера-Вронски снижает эффективность модуля, и основная причина заключается в том, что длительное воздействие солнечного света вызывает деформацию плотности аморфного кремния.

Какова цель инвертора солнечной энергии?

Инвертор - самый трудоемкий компонент вашей солнечной системы.

Его основная функция - преобразовывать постоянный ток (DC), протекающий от ваших солнечных панелей, в переменный ток (AC), используемый в вашем доме.

Помимо этой основной функции, солнечные инверторы выполняют три дополнительных задачи: отслеживание напряжения, связь с сетью и аварийное отключение.

Инверторы солнечных панелей отвечают за постоянный мониторинг напряжения вашей солнечной системы, чтобы определить оптимальную мощность, на которой могут работать ваши солнечные панели, гарантируя, что панели будут генерировать максимальную и чистую энергию во всем.

В автономных инверторах обычно используется менее дорогая модифицированная синусоидальная технология.

Напротив, домашние солнечные инверторы, подключенные к сети, генерируют чистую синусоидальную волну переменного тока, обеспечивая бесперебойную и эффективную работу ваших чувствительных бытовых приборов.

Солнечные инверторы должны связываться с электросетью.

Инверторы следят за тем, чтобы энергия от ваших солнечных панелей не попадала в линии электропередачи за пределами вашего дома в случае кратковременного отключения электроэнергии.

Это гарантирует, что специалисты, выполняющие ремонт электропроводки, не будут сбиты с толку.

Когда вашему дому не требуется электричество или ваши батареи полны, ваши инверторы подают мощность в сеть (если они подключены к вашей солнечной системе).

Инверторы также необходимы для отключения, если они обнаруживают опасную электрическую дугу, которая вызвана старением системы и деградацией материалов в проводке вашего дома и солнечных панелях.

Некоторые инверторы превосходят другие, когда дело доходит до безопасного отключения.

Варианты инвертора для вашей солнечной энергетической системы

Одно из наиболее важных решений, которое следует принять при установке системы солнечных батарей в вашем доме, - это тип используемого инвертора.

Инверторы имеют решающее значение для непрерывной работы вашей солнечной энергетической системы из-за сложной силовой электроники и программного обеспечения, содержащегося внутри.

На выбор предлагается 4 основных типа солнечных инверторов:

Струнные инверторы

Струнный инвертор предназначен для работы с панелями, которые по существу соединены вместе в группы.

Вся электроэнергия постоянного тока, вырабатываемая панелями, сразу же направляется по линии в инвертор для преобразования в переменный ток.

Инверторы струн могут обрабатывать несколько наборов струн, и вам может понадобиться более одного, в зависимости от размера вашей солнечной установки.

Предположим, что одна из панелей в определенное время суток затенена деревьями.

В этом случае эффективность всего набора ухудшается, поскольку производительность зависит от производительности самой худшей солнечной панели.

Струнные инверторы обычно служат от 10 до 15 лет.

Некоторые из них могут прослужить до 20 лет при установке в прохладном, хорошо вентилируемом месте вдали от прямых солнечных лучей.

Микроинверторы

Когда несколько панелей были повреждены из-за тени, повреждений или слишком большого количества птичьих фекалий, некоторые умные инженеры разработали концепцию солнечных микроинверторов для решения проблем с производительностью системы.

Микроинверторы выполняют работу по преобразованию постоянного тока в переменный на задней панели каждой отдельной панели.

Даже в условиях переменного затенения максимальные уровни переменного тока (переменного тока) перетекают от ваших солнечных панелей к вашему дому и электросети.

Исследования показывают, что использование микроинверторов вместо струнных инверторов приводит к повышению эффективности частично затененных солнечных установок на 27%.

Наличие компонента на каждой панели также позволяет осуществлять индивидуальный мониторинг панели, который предупреждает вас о любых неожиданных проблемах с производительностью.

Оптимизаторы мощности

Оптимизаторы мощности, аналогичные микроинверторам, прикреплены к задней части каждой солнечной панели и позволяют отслеживать отдельные панели.

Однако они не преобразуют электричество из постоянного тока в переменный.

Скорее, они контролируют напряжение и состояние постоянного тока, протекающего через цепочки ваших солнечных панелей, чтобы гарантировать, что максимальное количество энергии будет отправлено на ваш инвертор.

Оптимизированная и кондиционированная электроэнергия постоянного тока направляется в модифицированный инвертор меньшего размера, который преобразует мощность постоянного тока в переменный ток (AC).

Настройки оптимизатора мощности менее дороги, чем микроинверторы, более надежны и допускают простое расширение системы.

Поскольку батареи и солнечные панели используют один и тот же язык постоянного тока, оптимизаторы мощности идеально подходят для систем резервного питания от батарей.

Электроэнергия от ваших солнечных панелей может напрямую заряжать ваши батареи, предотвращая потери системы, вызванные преобразованием постоянного тока в переменный и обратно в постоянный.

Гибридные инверторы

Учитывая растущее внимание к надежности и энергонезависимости, важно отметить, что гибридные инверторы также дополняют домашние системы резервного питания от батарей.

Гибридные инверторы могут преобразовывать электричество постоянного тока от солнечных панелей в переменный ток для вашего дома, а также электричество переменного тока из сети в постоянный ток для зарядки аккумуляторной батареи.

Они также включают в себя контроллер заряда, который интеллектуально определяет, когда направлять электричество в ваши батареи, домашние цепи или сеть, а когда потреблять электричество из сети для зарядки батареи.

Некоторые гибридные инверторы имеют различные режимы, которые можно установить для питания критически важных домашних цепей при отключении сети.

Приборы и счетчики солнечной энергии

Готовые солнечные панели со всеми необходимыми компонентами, вплоть до гаек и болтов, доступны для покупки.

Принимая во внимание описание вашего местоположения и потребностей, любой хороший поставщик может рассчитать и указать системы для вас.

Тем не менее, знание частей системы, различных доступных типов и критериев выбора имеет важное значение.

Сетевые фильтры предохраняют вашу систему от скачков напряжения, которые могут произойти, если молния ударит по солнечным панелям или ближайшим электросетям.

Скачок напряжения - это существенное увеличение напряжения выше расчетного.

В солнечных панелях в основном используются счетчики двух типов:

Коммунальный счетчик киловатт-часов

Коммунальный счетчик киловатт-часов измеряет количество электроэнергии, подаваемой в сеть или полученной из нее.

Коммунальные предприятия обычно используют двунаправленные счетчики с цифровым дисплеем в домах с солнечными электрическими системами для отдельного учета электроэнергии в обоих направлениях.

Некоторые энергетические компании позволят вам использовать стандартный счетчик, который может вращаться в обратном направлении.

В этом случае счетчик коммунальных услуг вращается вперед, когда вы потребляете энергию из сети, и назад, когда ваша система подает или «подталкивает» мощность в сеть.

Системный счетчик

Системный счетчик отслеживает и отображает состояние и эффективность системы.

Выработка электроэнергии модулями, используемая энергия и заряд батареи являются примерами контролируемых точек.

Можно запустить систему без системного счетчика, но настоятельно рекомендуется использовать счетчики.

Поскольку современные контроллеры заряда включают в себя функции системного мониторинга, отдельный системный счетчик может не потребоваться.

Солнечная энергетическая система отключается

Защитные отключения, как автоматические, так и ручные, предохраняют проводку и модули от скачков напряжения и других сбоев системы.

Они также обеспечивают надежное отключение системы и снятие деталей для ремонта и технического обслуживания.

Для систем, подключенных к сети, предохранительные разъединители обеспечивают изоляцию генерирующего оборудования от сети, что имеет решающее значение для безопасности персонала коммунальных служб.

в целом, каждый источник питания или накопитель энергии в системе требует отключения.

Не всегда необходимо иметь отдельное отключение для каждой функции системы.

Например, если инвертор расположен снаружи, одно отключение постоянного тока может функционировать как отключение постоянного тока массива, так и отключение постоянного тока инвертора.

Во время технического обслуживания любого компонента подумайте, не приведет ли игнорирование отдельного отключения к опасному состоянию.

Также обратите внимание на положение разъединителя.

Неудобно расположенный разъединитель может вызвать склонность оставлять питание включенным во время обслуживания, что создает угрозу безопасности.

Компонентное отключение постоянного тока помогает надежно остановить прохождение электрического тока от солнечной панели при выполнении технического обслуживания или обнаружения неисправностей.

Для защиты от скачков напряжения выключатель постоянного тока массива может также включать в себя встроенные автоматические выключатели или плавкие предохранители.

Выключатель постоянного тока инвертора в сочетании с выключателем переменного тока инвертора используется для надежного отключения инвертора от всей системы.

В большинстве случаев отключение постоянного тока инвертора также функционирует как отключение постоянного тока массива.

Отключение переменного тока инвертора отсоединяет солнечные панели от проводки дома, а также от сети.

Выключатель переменного тока обычно устанавливается внутри главной электрической панели дома.

Допустим инвертор не близко к Энергокомпании.

В этом случае обычно требуется внешний выключатель переменного тока, который является безопасным, имеет видимые ножи и устанавливается рядом с электросетью для легкого доступа.

Выключатель переменного тока, расположенный внутри электрической панели или как часть инвертора, не отвечает этим требованиям.

Удаление самого счетчика - это один из вариантов, который применим в некоторых коммунальных компаниях как доступное отключение переменного тока, но это не стандарт.

Перед покупкой оборудования посетите коммунальное предприятие, чтобы узнать характеристики подключения к сети.

Рядом с инвертором следует установить электрический щиток, дополнительный выключатель переменного тока.

Модули солнечной энергии

Солнечный модуль - это ядро солнечной энергетической системы.

Производитель соединяет вместе множество солнечных элементов для создания солнечного модуля.

Когда солнечные модули устанавливаются в помещении, они соединяются последовательно, образуя гирлянды.

Параллельное соединение цепочек модулей образует массив.

В жилых фотоэлектрических системах, подключенных к сети, используются модули с номинальной выходной мощностью от 100 до 300 Вт.

Номинальная мощность - это оптимальная энергия, которую панель может генерировать с мощностью солнечных лучей в 1000 Вт на квадратный метр в неподвижном воздухе при температуре ячейки 25 ° C.

Практические реалии редко дополняют рыночную эффективность, поэтому реальная выходная энергия часто меньше.

Сложные системы, в которых не используются батареи, обычно подключаются для генерации напряжения от 235 до 600 В.

Более высокие напряжения массива также используются в системах на основе батарей, хотя большинству контроллеров заряда по-прежнему требуются более низкие напряжения 12 В, 24 В или 48 В для дополнения напряжения цепочки батарей.

Поскольку цены и возможности модулей постоянно меняются по мере совершенствования технологий и технологий производства, трудно давать рекомендации, которые будут верными в будущем, например, какой тип модуля является наименее дорогим или в целом лучшим вариантом.

Сравнения должны основываться на текущих деталях, предоставленных производителями, и на строгих правилах вашего использования.

У высокопроизводительных модулей будет большее соотношение мощности к площади.

Чем выше эффективность, тем меньше площадь (то есть меньше модулей), необходимая для достижения такой же выходной мощности панели.

Более эффективные модули снизят затраты на установку, но это должно быть сбалансировано с более высокой стоимостью модулей.