jak fotovoltaický systém vyrábí elektřinu?

jako solární profesionál je důležité být schopen vysvětlit proces, jak solární fotovoltaický systém vyrábí elektřinu. Tento proces se zdá být pro mnohé záhadný a mylné představy oplývají těmi, kteří neznají sluneční energii. V tomto článku se vrátíme k základům s přehledem toho, jak solární instalace poskytují elektřinu a jak proces funguje pro zákazníka.

začněme se základy toho, jak se vyrábí sluneční energie, a pak se dostaneme do specifik fotovoltaických systémů.

základy solárního fotovoltaického systému

solární fotovoltaické systémy jsou v podstatě jakákoli kombinace solárních panelů, hardware potřebný k tomu, aby pomohl toku energie přes panely a střídače.

V závislosti na typu systému mohou k přeměně energie využívat střídače řetězců, mikroinvertery nebo optimalizátory výkonu, ale základní složení většiny fotovoltaických systémů je stejné.

jak funguje solární energie v FV systému?

solární panely přeměňují energii fotonů (lehkých částic) na elektřinu (jak diskutujeme v Příručce pro začátečníky k solární energii). Tento proces se nazývá fotovoltaický efekt.

když foton zasáhne fotovoltaické (PV) zařízení, jeho energie se přenáší z fotonu na místní elektrony v materiálu. Tyto excitované elektrony začnou proudit a produkují elektrický proud.

solární články (uvnitř solárních panelů) produkují stejnosměrnou (stejnosměrnou) elektřinu, která se střídačem obvykle převádí na střídavý proud (AC). To umožňuje jeho odeslání zpět do elektrické sítě, která pracuje se střídavou elektřinou, a také se používá k napájení spotřebičů v domě zákazníka (nebo komerční budovy, v případě komerčních solárních instalací).

to je hloubkové vysvětlení. Stručně řečeno, proces fungování solárních panelů zahrnuje tři primární kroky:

1. solární články uvnitř solárních panelů absorbují světlo ze slunce, což způsobí, že začne proudit elektrický proud.
2. střídač převádí stejnosměrnou elektřinu na střídavou.
3. tato elektřina se používá k dodávání aktuálních energetických nároků v budově zákazníka a přebytečná elektřina nad rámec toho, co může zákazník použít, se vyváží do sítě.

co se stane s energií, kterou fotovoltaický systém produkuje?

Většina solárních zákazníků v USA má solární instalace připojené k síti. Jejich domov je připojen k elektrické síti, což jim umožňuje využívat energii dodávanou jejich elektrickou energií, když potřebují více, než produkuje jejich solární instalace (například za deštivého dne nebo v noci).

to také znamená, že kdykoli jejich fotovoltaický systém produkuje více, než potřebují, může být přebytečná energie odeslána do sítě pro ostatní.

Net Metering

politika zvaná net metering, běžná v USA, kompenzuje solární zákazníky za tuto přebytečnou energii, aby mohli kompenzovat náklady na budoucí elektřinu, kterou používají ze sítě.

čisté měření hrálo významnou roli při zvyšování efektivity solární energie. Po celé zemi však začínáme vidět některé změny v tom, jak energetické společnosti implementují čisté měření, z nichž mnohé snižují hodnotu, kterou solární zákazníci dostávají ze svých solárních zařízení.

výkupní tarify

výkupní tarify jsou dalším způsobem kompenzace solárních zákazníků za elektřinu, kterou v některých oblastech posílají do sítě.

jaké jsou části fotovoltaického systému?

jednoduchý FV systém obsahuje dva základní typy komponent:

• solární moduly: solární moduly obsahují solární články, které přeměňují sluneční světlo na elektřinu.
• střídač(střídače): střídač převádí stejnosměrný proud na střídavý proud. Může také provádět další funkce, které jsou prospěšné pro elektrickou síť (viz náš článek o inteligentních střídačích, které jsou nyní vyžadovány v Kalifornii).

schéma jednoduchého FV systému. Zdroj: Aurora Solar.

komponenty BOS

je běžnou praxí označovat všechny komponenty FV systému kromě modulů jako komponenty balance of system (BOS). Příklady součástí BOS zahrnují střídače, odpojí, regály, a zapojení.

samozřejmě je to jen základní přehled o částech solární instalace a o tom, jak do sebe zapadají. Prozkoumejte některé z našich souvisejících článků pro hlubší ponor do způsobů, jak mohou být solární panely a střídače propojeny (navlékání) a některé alternativy k tradičním střídačům, známým jako výkonová elektronika na úrovni modulů (MLPE).

jaké faktory ovlivňují účinnost solárního FV systému

je důležité si uvědomit, že proces výroby elektřiny ze sluneční energie není 100% účinný. Faktory prostředí-jako je teplota, znečištění a stínování—stejně jako ztráty v elektrických součástech, mohou ovlivnit účinnost FV systému. Mezi typické Kategorie ztrát patří:

• teplota: účinnost solárního panelu se mění s teplotou. Vysoké teploty mají negativní dopad na výkon.
• znečištění: Materiál, který se hromadí na povrchu fotovoltaických panelů, může blokovat světlo v dosažení solárních článků, čímž se sníží generovaný výkon. Ztráta energie způsobená znečištěním je vysoce variabilní v závislosti na typu znečištění (jako je prach nebo sníh) a na tom, jak často je panel čištěn.

znečištění, jako je prach, na FV modulech snižuje výkon.

• stínování: stínování je překážkou ozáření v důsledku stromů, budov, terénu a dalších objektů v životním prostředí. Vliv stínování na výkon solárního zařízení je velmi variabilní. (Chcete-li se dozvědět více o příčinách a důsledcích stínování, tento článek a tato část naší série ztrát FV systému jsou skvělé zdroje.)
• zapojení a připojení: odpor v elektrických připojeních solárního zařízení obvykle vede ke ztrátám energie několika procent.
• nesoulad: v důsledku výrobních variací mohou mít moduly stejného typu mírně odlišné elektrické vlastnosti. Tento nesoulad mezi moduly může vést ke ztrátě výkonu.
• účinnost měniče: převod stejnosměrného proudu na střídavý proud pomocí střídače je obvykle kolem 96-97% efektivní. Střídače mají obvykle vyšší účinnost, když je stejnosměrný příkon vysoký. Účinnost konverze má velký zásah, když je vstupní výkon mnohem menší než jmenovitý výkon střídače.
• věk: solární panely produkují méně energie, čím jsou starší. Typicky se předpokládá pokles výkonu kolem 0,5% ročně.

pro hluboký ponor na tyto ztráty viz naše série ztrát FV systému.

typické hodnoty solární účinnosti pro různé typy ztrát FV systému.

System Derate Factor

výše uvedené faktory jsou kombinovány v koeficientu zvaném system derate factor, který představuje celkové ztráty solárního zařízení. Například PVWatts, NREL podporovaná kalkulačka výroby energie z PV systému, používá výchozí faktor derate systému 86%.

v závislosti na konstrukci systému nebo podmínkách prostředí však může být tato hodnota vyšší nebo nižší. Pokročilý software pro solární design, jako je Aurora, může zajistit, že přesně určíte ztráty FV systému a kolik energie bude váš FV systém produkovat.

účinnost solárního panelu (modulu) označuje, jakou část ozařování modul přemění na elektřinu za standardních zkušebních podmínek (STC; ozařování 1000W / m2, okolní teplota 25°C). Obecně lze odhadnout účinnost FV systému při přeměně ozařování na elektřinu (podle STC) pomocí následujícího vzorce:

$$ \ text{Overall system Efficiency} = \text{Module Efficiency} \ times \ text{Derate Factor}$$

je důležité si uvědomit, že se jedná pouze o výpočty back-of-the-obálky. Chcete-li získat komplexní analýzu výroby energie, potřebujete softwarovou aplikaci, jako je Aurora, která zahrnuje všechny environmentální, mechanické a elektrické vlastnosti FV systému.

O Solar PV Education 101

Jak fotovoltaický systém vyrábí elektřinu, je součástí Solar PV Education 101, šestičlánkové série, která slouží jako úvodní základ základů solární PV pro začátečníky.

Článek 1: Průvodce pro začátečníky k solární energii
Článek 2: Jak fotovoltaický systém vyrábí elektřinu
Článek 3: Čtení účtu za elektřinu: průvodce pro začátečníky
Článek 4: Jak Velikost FV systému z účtu za elektřinu
Článek 5: ztráty stínu pro FV systémy a techniky jejich zmírnění
Článek 6: Základní principy, které řídí náklady na FV systém

Christiana Browna