1. Budowa i zasada działania instalacji fotowoltaicznej
System fotowoltaiczny składa się z trzech następujących części: elementów ogniw słonecznych; sterowniki ładowania i rozładowania, falowniki, przyrządy testowe i komputerowe monitorowanie oraz inny sprzęt energoelektroniczny; oraz akumulatory lub inny sprzęt do magazynowania energii i pomocniczego sprzętu do wytwarzania energii.
Systemy fotowoltaiczne charakteryzują się następującymi cechami:
- Brak części obrotowych, brak hałasu;
- Brak zanieczyszczenia powietrza i odprowadzania ścieków;
- Brak procesu spalania, brak konieczności stosowania paliwa;
- Prosta konserwacja i niskie koszty konserwacji;
- Dobra niezawodność i stabilność działania;
- Jako kluczowy element, ogniwa słoneczne mają długą żywotność, a żywotność ogniw słonecznych z krzemu krystalicznego może sięgać ponad 25 lat;
W razie potrzeby wytwarzanie energii można łatwo zwiększyć.
Systemy fotowoltaiczne są szeroko stosowane. Podstawowe formy zastosowań systemów fotowoltaicznych można podzielić na dwie kategorie: niezależne systemy wytwarzania energii i systemy wytwarzania energii podłączone do sieci. Główne obszary zastosowań to głównie samoloty kosmiczne, systemy komunikacyjne, mikrofalowe stacje przekaźnikowe, telewizyjne gramofony różnicowe, fotowoltaiczne pompy wodne i zasilanie gospodarstw domowych na obszarach bez prądu. Wraz z rozwojem technologii i potrzebami zrównoważonego rozwoju gospodarki światowej, kraje rozwinięte zaczęły w planowy sposób promować wytwarzanie energii elektrycznej podłączonej do miejskiej sieci fotowoltaicznej, głównie budując przydomowe systemy fotowoltaiczne na dachach oraz scentralizowane wielkoskalowe instalacje fotowoltaiczne o mocy MW systemy wytwarzania energii podłączone do sieci. Jednocześnie energicznie promowano zastosowanie systemów fotowoltaicznych w transporcie i oświetleniu miejskim.
Instalacje fotowoltaiczne mają różne skale i formy zastosowań. Na przykład skala systemu obejmuje szeroki zakres, od 0,3 do 2 W ogrodowych lamp słonecznych do elektrowni fotowoltaicznych o mocy MW, takich jak domowe urządzenia wytwarzające energię na dachach o mocy 3,75 kWp i projekt Dunhuang o mocy 10 MW. Formy zastosowań są również różnorodne i mogą być szeroko stosowane w wielu dziedzinach, takich jak gospodarstwa domowe, transport, komunikacja i zastosowania kosmiczne. Chociaż systemy fotowoltaiczne różnią się wielkością, ich skład i zasady działania są w zasadzie takie same. Rysunek 4-1 to schematyczny diagram typowego systemu fotowoltaicznego zasilającego odbiorniki prądu stałego. Zawiera kilka głównych elementów systemu fotowoltaicznego:
Układ modułów fotowoltaicznych: Składa się z elementów ogniw słonecznych (zwanych także modułami ogniw fotowoltaicznych) połączonych szeregowo i równolegle, zgodnie z wymaganiami systemu. Przekształca energię słoneczną w energię elektryczną wyjściową pod wpływem światła słonecznego. Jest to główny element systemu fotowoltaicznego.
Bateria: Przechowuje energię elektryczną wytwarzaną przez elementy ogniw słonecznych. Gdy oświetlenie jest niewystarczające lub w nocy lub zapotrzebowanie obciążenia jest większe niż moc generowana przez elementy ogniw słonecznych, zmagazynowana energia elektryczna jest uwalniana w celu pokrycia zapotrzebowania obciążenia na energię. Jest to akumulator systemu fotowoltaicznego. części funkcjonalne. Obecnie w instalacjach fotowoltaicznych powszechnie stosowane są akumulatory kwasowo-ołowiowe. W przypadku systemów o wyższych wymaganiach zwykle stosuje się szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe z regulowanym zaworem głębokiego rozładowania, głęboko rozładowane akumulatory kwasowo-ołowiowe pochłaniające ciecz itp.
Kontroler: Określa i kontroluje warunki ładowania i rozładowywania akumulatora oraz steruje mocą wyjściową elementów ogniw słonecznych i akumulatora do obciążenia w zależności od zapotrzebowania na moc obciążenia. Jest to podstawowa część sterująca całego systemu. Wraz z rozwojem branży fotowoltaiki funkcje sterowników stają się coraz potężniejsze i istnieje tendencja do integrowania tradycyjnej części sterującej, falownika i systemu monitorowania. Na przykład kontrolery serii SPP i SMD firmy AES integrują powyższe trzy funkcje.
Falownik: W fotowoltaicznym systemie zasilania energią słoneczną, jeżeli występuje obciążenie prądem przemiennym, należy zastosować urządzenie inwerterowe w celu przekształcenia prądu stałego generowanego przez elementy ogniw słonecznych lub prądu stałego uwalnianego przez akumulator na moc prądu przemiennego wymaganą przez obciążenie.
Podstawową zasadą działania fotowoltaicznego systemu zasilania energią słoneczną jest ładowanie akumulatora energią elektryczną wytwarzaną przez elementy ogniw słonecznych pod wpływem promieniowania słonecznego lub bezpośrednie dostarczanie energii do odbiornika, gdy zapotrzebowanie na niego zostanie spełnione. Jeśli nasłonecznienie jest niewystarczające lub w nocy, akumulator dostarcza energię do obciążenia DC pod kontrolą sterownika. W przypadku systemów fotowoltaicznych zawierających obciążenia prądu przemiennego należy dodać falownik, aby przekształcić prąd stały w prąd przemienny. Zastosowania systemów fotowoltaicznych występują w wielu postaciach, ale podstawowe zasady pozostają takie same. W przypadku pozostałych typów systemów fotowoltaicznych jedynie mechanizm sterujący i elementy systemu różnią się w zależności od rzeczywistych potrzeb. Poniżej zostaną szczegółowo opisane różne rodzaje systemów fotowoltaicznych.