Фотоволтаиците са във възход в САЩ. Тази статия обяснява как работи една фотоволтаична система и от какви компоненти е съставена.
Как работят фотоволтаиците?
Фотоволтаичната система преобразува слънчевата светлина в електрическа енергия. За тази цел се използват слънчеви модули, състоящи се от слънчеви клетки. Слънчевата светлина задвижва електроните в слънчевите клетки и генерира постоянен ток. Той се преобразува в променлив ток от инвертора и се предоставя на домакинството.
Начинът, по който работи фотоволтаичната система, е малко по-сложен от описания по-горе. Фотоволтаичната система се състои от няколко компонента, които са от съществено значение за ефективната работа.
Кои компоненти са необходими за производството на електричество?
Фотоволтаичната система се състои само от няколко компонента. Най-важните са
*Слънчеви модули
*Слънчев кабел
*Слънчев метър и захранващ метър
*инвертори
Като алтернатива се използват и устройство за съхранение на електроенергия и енергиен мениджър. Отделните компоненти са описани по-подробно по-долу.
Соларни модули и соларни клетки
Соларните модули съдържат слънчеви клетки, които преобразуват слънчевата светлина в електрическа енергия. Слънчевите клетки са свързани последователно, така че напрежението им се сумира. По правило един соларен модул се състои от 60 или 72 клетки или от 120 до 144 полуклетки. Те постигат мощност от 300 до 400 Wp, въпреки че вече на пазара се предлагат соларни модули с над 600 Wp.
Слънчевите клетки са направени главно от силиций. Силицият е полупроводников материал с фотоволтаични свойства. Когато слънчевата светлина удари слънчевата клетка, тя възбужда електроните. Тяхното движение генерира електричество. Два различно легирани слоя са необходими, за да може слънчевата клетка да генерира електричество:
1、Горният слой се нарича n-легиран слой. Съдържа силиций и фосфор. Силицият има четири свързани електрона, докато фосфорът има пет електрона. Този допълнителен електрон е свободен в слоя;
2、Долният силициев слой е p-легиран с бор. Борът има един електрон по-малко от силиция, създавайки дупка;
3、Свободните електрони от n-легирания силициево-фосфорен слой мигрират в p-легирания слой и запълват дупките. Това образува граничен слой от борни атоми с четири електрона. Тези атоми стават неподвижни, тъй като вече нямат дупки;
4、Електронната миграция създава електрически стълбове. Когато електроните мигрират, горният слой се зарежда положително, а долният слой се зарежда отрицателно. Слънчевата светлина освобождава електрони от борните атоми в слънчевите клетки. Електроните се привличат към положителния полюс и мигрират към горния слой. Този процес протича във всички слънчеви клетки, които са изложени на слънчева светлина.
Възбудените електрони се изхвърлят от горния слой на слънчевата клетка. Това става чрез електрически проводник, обикновено метална решетка на гърба на соларния модул. Когато слънцето грее, все повече и повече електрони се избутват през металните контакти и се провеждат през слънчевите кабели.
От долната страна на соларния модул има метален контакт, който е свързан към соларните кабели. Електроните преминават през кабела и се появяват отново в долния слой. Оставайки в постоянно движение, те генерират електрическо напрежение.
Соларен кабел
Соларните кабели свързват модулите на соларната система. Те са устойчиви на атмосферни влияния и UV лъчи и пренасят електричеството между фотоволтаичните модули. Има различни начини за свързване или превключване на тези кабели. Това има ефект върху текущото напрежение, силата на тока и общата мощност:
1、Когато са свързани последователно, соларните модули са свързани последователно. Положителният кабел е свързан към отрицателния кабел. Напрежението на всички модули се сумира, докато амперажът остава същият. В края, първият и последният модул имат кабел, който е свързан към инвертора. Това е най-често срещаният тип верига и тази с най-малко кабели.
2、При паралелно свързване отрицателните кабели се свързват към отрицателни кабели, а положителните кабели към положителни кабели. Това увеличава тока, докато напрежението на модула остава същото. В крайна сметка остават два кабела, свързани към инвертора. Предимството е, че засенчването на един модул няма влияние върху текущия добив на останалите. Недостатъкът е, че трябва да се полагат повече кабели и монтажът е по-сложен.
Слънчев метър
Соларният измервателен уред измерва общото електричество, генерирано от фотоволтаичната система. Това е от решаващо значение за определяне на генерирания добив и рентабилността на фотоволтаичната система. Соларният измервателен уред се монтира от страната на постоянен ток, т.е. преди инвертора.
Inverter
A слънчев енергиен инвертор дава възможност за използване на генерираната в домакинството слънчева енергия. Слънчевата енергия е постоянен ток, докато домакинствата и обществената мрежа използват променлив ток:
1、Правият ток тече постоянно в една посока, от отрицателна към положителна. Силата на тока остава постоянна във времето;
2、При променлив ток потокът редовно променя посоката си. Честотата, измерена в херци (Hz), показва колко често се извършва тази промяна в секунда. В Европа електрическите мрежи работят на 50 Hz, което означава, че посоката се променя 50 пъти в секунда.
PV инверторите използват сложни схеми за генериране на синусоидална вълна за електронни устройства. Превключвателите отварят и затварят електропроводите бързо, като по този начин променят посоката на тока. За да се постигне равномерна синусоида, честотата на превключване се разделя на по-малки сегменти с различен интензитет на тока.
За наблюдение и оптимизиране на фотоволтаични системи, съвременните инвертори съдържат MPPT (проследяване на максимална мощност). Те влияят на електрическия ток и напрежение, за да работят на слънчевата система близо до максималната си мощност.
Съхранение на електроенергия
Поради високите цени на електроенергията днес си струва да съхранявате излишната електроенергия, вместо да я подавате към мрежата. За тази цел във фотоволтаичната система е интегрирана система за съхранение на електроенергия. Това прави възможно използването на собствено генерираната слънчева енергия извън времето за генериране. Това от своя страна увеличава собственото потребление и рентабилността на системата.
Системата за съхранение на електричество се състои от положителен електрод (анод), отрицателен електрод (катод) и електролит като проводяща течност. Електролитът обгражда двата електрода. Ако слънчевата система генерира излишък от електричество, електроните се движат през електролита от катода към анода. Анодът е напълно зареден с електрони. На анода електроните реагират и образуват атоми. По този начин излишната електроенергия се съхранява под формата на химическа енергия.
По време на разреждането атомите се връщат обратно към катода. Там те се превръщат обратно в електрони. Електроните са налични като електрически ток и се подават в домакинската верига.
За да направите една система за съхранение на енергия особено полезна, комбинирайте я със система за управление на енергията.
Система за управление на енергията
Задачата на енергийния мениджър за PV системи е да увеличи собственото потребление на слънчева енергия в домакинството и да намали разходите за електроенергия. Системата за управление на енергията идентифицира и използва потенциални спестявания на енергия. Той записва и анализира енергийните потоци и източници, разработва идеи за подобрение, оценява рентабилността и ги прилага. Повечето системи за управление на енергията се управляват чрез приложение или софтуер.
Разходомери и захранващи измервателни уреди
Ако свържете фотоволтаична система към обществената мрежа, имате нужда от измервателен уред за консумация и измервателен уред за захранване:
1、Измервателният уред измерва електричеството, подадено в мрежата;
2、Разходомерът измерва консумираната електроенергия в домакинството.
Консуматорът обикновено вече е наличен. Захранващият измервателен уред се инсталира само когато фотоволтаичната система е пусната в експлоатация, веднага след като регистрирате системата при оператора на мрежата и тя бъде одобрена от него. В днешно време обикновено се инсталират двупосочни измервателни уреди, които комбинират измервателни уреди за потребление и захранване.
