Fotovoltaik panellerden invertörlere: Tam bir güneş enerjisi üretim sisteminin bileşiminin ayrıntılı bir açıklaması

Sürdürülebilir enerjinin küresel savunuculuğunun zeminine karşı, temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak güneş enerjisi yavaş yavaş hayatımıza giriyor. Güneş enerjisi üretim sistemleri, çevre koruma, enerji tasarrufu ve diğer birçok avantajlarına giderek daha fazla dikkat çekmiştir. Peki, tam bir güneş enerjisi üretim sistemi nasıl oluşturulur? En temel bileşen - fotovoltaik panellerle başlayalım.

Güneş panelleri olarak da bilinen fotovoltaik paneller, güneş enerjisi üretim sistemlerinin temel bileşenlerinden biridir. Güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürmekten sorumlu etkili bir "yakalama" gibi davranırlar. Çalışma prensibi ünlü "fotovoltaik etkiye" dayanmaktadır. Güneş ışığı bir fotovoltaik panelde parladığında, fotonlar elektron delik çiftlerini uyarmak için fotovoltaik paneldeki yarı iletken malzeme ile etkileşime girer. Bu elektronlar ve delikler, yarı iletken malzeme içindeki elektrik alanının etkisi altında farklı yönlerde hareket ederek bir elektrik akımı oluşturur.

Fotovoltaik paneller genellikle çoklu güneş hücresi birimlerinden oluşur. Bu hücre birimlerinin çoğu, monokristalin silikon hücrelerinin ve polikristalin silikon hücrelerinin en yaygın olduğu silikon malzemelerden yapılmıştır. Monokristalin silikon hücreleri, genellikle% 20 - 25}} 'a ulaşan yüksek bir dönüşüm verimliliğine sahiptir, bu da güneş enerjisinin% 20'sini - 25}}}% 20 - 25' ı elektrik enerjisine dönüştürebilir. Üretim süreci nispeten karmaşıktır ve maliyet nispeten yüksektir, ancak istikrarlı enerji üretimi performansına ve 25 - 30 yılına kadar uzun bir hizmet ömrüne sahiptir. Polikristalin silikon hücrelerinin dönüşüm verimliliği biraz daha düşüktür, yaklaşık% 15 - 20%, ancak üretim maliyeti nispeten düşüktür ve büyük ölçekli uygulamalarda belirli maliyet etkinliği avantajlarına sahiptir ve hizmet ömrü de yaklaşık 20 - 25 yılına ulaşabilir.

Monokristalin silikon ve polikristalin silikon hücrelerine ek olarak, amorf silikon, kadmiyum tellurid ve bakır indiyum galyum selenid gibi başka fotovoltaik paneller de vardır. Amorf silikon fotovoltaik paneller iyi esneklik avantajlarına sahiptir ve ince filmlere yapılabilir. Genellikle görünüm veya kurulum alanı için özel gereksinimlere sahip bazı sahnelerde kullanılırlar, ancak dönüşüm verimlilikleri nispeten düşüktür, genellikle% 6 - 12%. Kadmiyum tellurid ve bakır indiyum galyum selenid fotovoltaik paneller dönüşüm verimliliği ve maliyetinde belirli bir potansiyele sahiptir ve son yıllarda hızla gelişmiştir, ancak pazar payı monokristalin silikon ve polikristalin silikon fotovoltaik panellerden daha düşüktür.

Fotovoltaik paneller tarafından üretilen güç DC'dir, günlük yaşamlarımızda kullandığımız elektrik aletlerinin çoğu AC'nin düzgün çalışmasını gerektirir. Şu anda, inverter önemli bir rol oynuyor. Aileler ve işletmeler gibi farklı kullanıcıların güç ihtiyaçlarını karşılamak için fotovoltaik panellerin DC çıkışını AC'ye dönüştürmekten sorumlu büyülü bir "dönüştürücü" gibidir.

Birçok tür invertör vardır ve ortak olanlar merkezi invertörler, ip invertörleri ve mikro invertörlerdir. Merkezi invertörler yüksek güce sahiptir ve genellikle büyük güneş enerjisi istasyonları için uygundur. Birden fazla fotovoltaik panel grubu tarafından üretilen DC'yi toplar ve bunları dönüştürür. Avantajı, maliyetin nispeten düşük olması ve merkezi olarak yönetmek ve sürdürmek kolay olmasıdır, ancak bir hata oluştuktan sonra, tüm güç üretim sisteminin çalışmasını etkileyebilir. Dize inverter, farklı fotovoltaik panel grupları için DC'yi AC'ye ayrı ayrı dönüştürür ve ardından bu AC'yi toplar. Daha yüksek esnekliğe sahiptir. Belirli bir dizenin sorunları olsa bile, diğer dizelerin normal çalışmasını etkilemez. Ayrıca, kısmi ekranlama veya farklı yönelimlere sahip fotovoltaik panellerin kurulum senaryolarında performans avantajlarını daha iyi oynayabilir. Şu anda dağıtılmış fotovoltaik enerji üretim projelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikro invertör, her fotovoltaik panelin DC güç çıkışını ayrı ayrı dönüştürmek için her fotovoltaik panelin arkasına doğrudan monte edilmiştir. En büyük özelliği, her fotovoltaik panelin bağımsız izleme ve maksimum güç noktası izlemesini gerçekleştirebilmesidir. Bir fotovoltaik panel bloke veya başarısız olsa bile, diğer fotovoltaik paneller hala normal çalışabilir, bu da tüm güç üretim sisteminin enerji üretim verimliliğini ve stabilitesini büyük ölçüde artırır. Bununla birlikte, her mikro invertör sadece bir fotovoltaik panele karşılık geldiğinden, maliyeti nispeten yüksektir.

Elektrik enerjisini dönüştürme sürecinde, invertörün başka önemli işlevleri de vardır. Örneğin, maksimum güç noktası izleme (MPPT) işlevi, fotovoltaik panelin çıkış gücünü gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve çalışma parametrelerini otomatik olarak ayarlayabilir, böylece fotovoltaik panel her zaman maksimum güç noktasının yakınında çalışır ve böylece güç üretim verimliliğini artırır. Buna ek olarak, inverter ayrıca güç üretim sisteminin ve personel ve ekipmanın güvenliğini sağlamak için aşırı gerilim koruması, aşırı akım koruması ve sızıntı koruması gibi güvenlik koruma fonksiyonlarına sahiptir.

Fotovoltaik panellerin güneş ışığını daha iyi alması için, braket sistemi olan kararlı bir destek yapısı gerekir. Braket sistemi fotovoltaik paneller için "katı destek" gibidir. Sadece fotovoltaik panellerin ağırlığını taşımakla kalmaz, aynı zamanda rüzgar, yağmur, kar vb. Gibi çeşitli doğal çevresel faktörlere de dayanır.

Braket sistemleri iki türe ayrılabilir: sabit ve izleme. Sabit parantezlerin kurulumu kolay ve maliyeti düşüktür. Fotovoltaik panelleri zemine, çatıda veya diğer binalara belirli bir açı ve yönde sabitlerler. Bu braketin kurulum açısı genellikle fotovoltaik panellerin yılın çoğu için yeterli güneş ışığı alabilmesini sağlamak için yerel enlem ve güneş radyasyon koşullarına göre optimize edilir. İzleme parantezleri daha zekidir. Fotovoltaik panellerin açısını, güneşin pozisyonundaki değişikliklere göre otomatik olarak ayarlayabilirler, böylece fotovoltaik paneller her zaman dikey veya güneş ışığına neredeyse dik kalır, böylece güneş ışığı alan fotovoltaik panellerin verimliliğini en üst düzeye çıkarır. İzleme parantezleri genellikle iki türe ayrılır: tek eksenli izleme ve çift eksen izleme. Tek eksenli izleme braketleri bir eksen boyunca dönebilir (genellikle doğu-batı yönündeki yatay eksen veya kuzey-güney yönünde eğimli eksen) iken, çift eksen izleme braketleri, daha yüksek izleme doğruluğu ile iki eksende aynı anda dönebilir, ancak nispeten daha yüksek maliyetler.

Bir braket sistemi seçerken, birçok faktörün kapsamlı bir şekilde düşünülmesi gerekir. Örneğin, kurulum sitesinin topografyası, mevcut alan, yerel iklim koşulları ve bütçe. Ev çatı katı fotovoltaik sistemler gibi küçük dağıtılmış fotovoltaik enerji üretim projeleri için, genellikle sınırlı kurulum alanı ve maliyet hassasiyeti nedeniyle sabit parantez seçilir. Büyük zemin fotovoltaik elektrik santrallerinde, saha koşulları izin ve daha yüksek enerji üretim verimliliği aranırsa, braketler izleme daha iyi bir seçim olabilir.

Güneş enerjisi üretim sistemlerinde, pil paketleri elektrik enerjisinin "depolama deposu" rolünü oynar. Yeterli güneş ışığı olduğunda, fotovoltaik paneller tarafından üretilen elektrik kullanıcılar tarafından hemen kullanılabilir ve fazla elektrik pil paketinde saklanabilir. Geceleri veya bulutlu günlerde yetersiz güneş ışığı durumunda, pil paketi kullanıcılara sürekli ve istikrarlı bir güç kaynağı sağlamak için depolanan elektriği serbest bırakır.

Yaygın pil tipleri arasında kurşun asit piller, nikel metal hidrit piller ve lityum iyon piller bulunur. Kurşun asitli piller en yaygın kullanılan enerji depolama pillerinden biridir. Düşük maliyet, olgun teknoloji ve kolay bakım avantajlarına sahiptirler. Bununla birlikte, enerji yoğunlukları nispeten düşüktür, hacimleri ve ağırlıkları büyüktür ve yük ve deşarj döngüsü ömrü genellikle 300-500 zamanlardır. Nikel-metal hidrit pillerinin performansı kurşun asitli pillerden daha iyidir. Daha yüksek enerji yoğunluğuna, daha uzun yük ve deşarj döngüsü ömrüne (yaklaşık 1'e kadar, 000 zamanlar) sahiptirler ve çevre dostudur, ancak maliyetleri de nispeten yüksektir. Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, küçük hacim, hafif, yüksek yük ve deşarj verimliliği ve uzun döngü ömrü (genellikle 1, 500-3, 000 zamanları) gibi önemli avantajlara sahiptir, ancak maliyetleri şu anda nispeten yüksektir. Bazı maliyete duyarlı uygulama senaryolarında, tanıtımları belirli kısıtlamalara tabidir.

Pil paketleri tasarlarken ve yapılandırırken, güneş enerjisi üretim sisteminin gerçek güç talebi, fotovoltaik panellerin enerji üretim kapasitesi ve yerel ışık koşulları gibi faktörleri kapsamlı bir şekilde dikkate almak gerekir. Örneğin, sürekli bulutlu günlerde kullanıcıların temel elektrik talebinin karşılanabilmesini sağlamak için uygun pil kapasitesini belirlemek gerekir. Aynı zamanda, pilin şarj ve deşarj yönetimine dikkat etmek, makul bir şarj ve deşarj stratejisi benimsemek, pilin servis ömrünü uzatmak ve enerji depolama maliyetini azaltmak da gerekir.

Denetleyici, güneş enerjisi üretim sisteminin "akıllı temizlikçisi" dir. Sistemin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için tüm güç üretim sisteminin izlenmesinden ve kontrol edilmesinden sorumludur. Denetleyici esas olarak aşağıdaki önemli işlevlere sahiptir:

Birincisi yük ve deşarj kontrol fonksiyonudur. Pil grubunun voltajını, akımını ve diğer parametrelerini gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve pilin aşırı veya aşırı yüklenmesini önlemek için pili ve enerji üretim sisteminin çalışma koşullarına göre fotovoltaik panelin şarj işlemini otomatik olarak kontrol edebilir. Pil tamamen şarj edildiğinde, kontrolör aşırı şarjın neden olduğu pilin hasar görmesini önlemek için şarj devresini otomatik olarak kesecektir; Pil gücü çok düşük olduğunda, kontrolör pilin servis ömrünü korumak için deşarjı durduracak şekilde kontrol edecektir.

İkincisi, maksimum güç noktası izleme kontrol fonksiyonudur. Kontrolör, inverter ile birlikte çalışarak fotovoltaik panelin çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak ayarlayabilir, böylece her zaman maksimum güç noktasının yakınında çalışır ve böylece fotovoltaik panelin güç üretim verimliliğini artırabilir.

Ek olarak, kontrolör ayrıca sistem hatası teşhisi ve koruma fonksiyonlarına sahiptir. Enerji üretim sistemindeki her bileşeni gerçek zamanlı olarak izleyebilir. Fotovoltaik panelde kısa devre, invertörün aşırı ısınması, pilin sızıntısı vb. Gibi bir arıza tespit edildikten sonra, kontrolör hemen tüm güç üretim sisteminin güvenli çalışmasını sağlamak ve arızaları kolaylaştırmak için arıza devresini kesmek ve alarm sinyali vermek gibi karşılık gelen koruma önlemlerini alacaktır.

Farklı tip ve boyutlarda güneş enerjisi üretim sistemlerinde kullanılan kontrolörler de farklıdır. Küçük güneş enerjisi üretim sistemlerinde, genellikle nispeten basit bir entegre kontrolör kullanılır. Şarj ve deşarj kontrolü ve maksimum güç noktası izleme kontrolü gibi temel işlevleri entegre eder. Küçük ve maliyeti düşüktür ve ev çatı katı fotovoltaik sistemler gibi küçük uygulama senaryoları için uygundur. Büyük güneş enerjisi istasyonlarında, daha güçlü ve akıllı bir merkezi kontrolör gereklidir. Daha verimli ve doğru sistem kontrolü elde etmek için tüm elektrik santralindeki birçok fotovoltaik panel, inverter, pil paketleri ve diğer ekipmanları eşit bir şekilde izleyebilir ve yönetebilir.

Tam bir güneş enerjisi üretim sistemi, fotovoltaik paneller, invertörler, braket sistemleri, pil paketleri ve birlikte çalışan kontrolörler gibi çoklu bileşenlerden oluşur. Her bileşen vazgeçilmez bir rol oynar. Güneş enerjisini kullanabileceğimiz elektriğe dönüştürmek için birlikte çalışıyorlar ve sürdürülebilir enerji gelişiminin gerçekleştirilmesine katkıda bulunuyorlar. Teknolojinin sürekli ilerlemesi ve maliyetlerin kademeli olarak azaltılmasıyla, güneş enerjisi üretim sistemlerinin uygulama beklentileri daha geniş olacak ve gelecekteki enerji alanında daha önemli bir konuma sahip olması beklenmektedir.