miten aurinkosähköjärjestelmä tuottaa sähköä?

aurinkoalan ammattilaisena on tärkeää osata selittää, miten aurinkosähköjärjestelmä tuottaa sähköä. Tämä prosessi näyttää salaperäiseltä monille ja harhaluuloja on runsaasti niiden keskuudessa, jotka eivät tunne aurinkoenergiaa. Tässä artikkelissa palaamme perusasioihin ja kerromme, miten aurinkovoimalat tuottavat sähköä ja miten prosessi toimii asiakkaalle.

aloitetaan siitä, miten aurinkoenergiaa tuotetaan, ja sitten päästään aurinkosähköjärjestelmien yksityiskohtiin.

aurinkosähköjärjestelmän perusasiat

aurinkosähköjärjestelmät ovat periaatteessa mikä tahansa yhdistelmä aurinkopaneeleita, paneelien läpi virtaavan energian tarvitsemaa laitteistoa ja inverttereitä.

järjestelmätyypistä riippuen he voivat käyttää string inverttereitä, mikroinvertaajia tai tehooptimaattoreita energian muuntamiseen, mutta useimpien aurinkosähköjärjestelmien perusrakenne on sama.

miten aurinkoenergia toimii AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSSÄ?

aurinkopaneelit muuttavat fotonien (valohiukkasten) energian sähköksi (kuten käsittelemme Aloittelijan oppaassa aurinkoenergiasta). Tätä prosessia kutsutaan aurinkosähkövaikutukseksi.

fotonin osuessa aurinkosähkölaitteeseen sen energia siirtyy fotonilta materiaalin paikallisille elektroneille. Nämä jännittyneet elektronit alkavat virrata tuottaen sähkövirran.

aurinkokennot (aurinkopaneelien sisällä) tuottavat tasavirtasähköä, joka tyypillisesti muunnetaan vaihtovirtasähköksi invertterin avulla. Näin se voidaan lähettää takaisin sähköverkkoon, joka toimii VAIHTOVIRTASÄHKÖLLÄ, sekä käyttää sähkölaitteisiin asiakkaan kotona (tai liikerakennuksessa, jos kyseessä on kaupalliset aurinkoasennukset).

se on perusteellinen selitys. Yhteenvetona, prosessi miten aurinkopaneelit toimii kuuluu kolme ensisijaista vaihetta:

1. aurinkopaneelien sisällä olevat aurinkokennot imevät auringosta tulevaa valoa, jolloin sähkövirta alkaa virrata.
2. invertteri muuntaa TASAVIRTASÄHKÖN VAIHTOVIRTASÄHKÖKSI.
3. tätä sähköä käytetään asiakkaan rakennuksen nykyisen energiantarpeen tyydyttämiseen ja ylimääräinen sähkö, joka ylittää sen, mitä asiakas voi käyttää, viedään verkkoon.

mitä tapahtuu energialle, jonka aurinkosähköjärjestelmä tuottaa?

useimmilla aurinkoasiakkailla Yhdysvalloissa on verkkoon kytketyt aurinkovoimalat. Heidän kotinsa on kytketty sähköverkkoon, jonka avulla he voivat käyttää sähkölaitoksen tuottamaa energiaa silloin, kun he tarvitsevat enemmän kuin heidän aurinkovoimalansa tuottaa (kuten sateisena päivänä tai yöllä).

se tarkoittaa myös sitä, että aina kun heidän AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄNSÄ tuottaa enemmän kuin he tarvitsevat, tuo ylimääräinen energia voidaan lähettää verkkoon muiden hyödynnettäväksi.

Nettomittaus

nettomittaukseksi kutsuttu käytäntö, joka on yleinen kaikkialla Yhdysvalloissa, korvaa aurinkoenergian asiakkaille tämän ylimääräisen energian, jotta he voivat korvata sähköverkosta tulevan sähkön kustannukset.

Nettomittauksella on ollut merkittävä rooli aurinkoenergian kustannustehokkuuden parantamisessa. Ympäri maata olemme kuitenkin alkaneet nähdä joitakin muutoksia siinä, miten sähköyhtiöt toteuttavat nettomittauksia, joista monet vähentävät aurinkoenergia-asiakkaiden aurinkovoimaloistaan saamaa arvoa.

syöttötariffit

syöttötariffit ovat toinen tapa korvata aurinkoasiakkaille sähkö, jonka he lähettävät verkkoon joillakin alueilla.

mitkä ovat aurinkosähköjärjestelmän osat?

yksinkertainen aurinkosähköjärjestelmä sisältää kahta perustyyppiä komponentteja:

• Aurinkomoduulit: Aurinkomoduulit sisältävät aurinkokennoja, jotka muuttavat auringonvalon sähköksi.
• invertteri(t): invertteri muuntaa tasavirran vaihtovirraksi. Se voi myös suorittaa muita toimintoja, jotka ovat hyödyllisiä sähköverkolle (katso artikkelimme älykkäistä inverttereistä, joita nyt tarvitaan Kaliforniassa).

kaavio yksinkertaisesta AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSTÄ. Lähde: Aurora Solar.

BOS-komponentit

on yleinen käytäntö viitata kaikkiin aurinkosähköjärjestelmän komponentteihin moduulien lisäksi järjestelmän (Bos) komponenttien tasapainona. Esimerkkejä BOS-komponenteista ovat invertterit, irtikytkennät, hyllytys ja johdotus.

Tämä on tietysti vain peruskatsaus aurinkovoimalan osiin ja siihen, miten ne sopivat yhteen. Tutustu joihinkin aiheeseen liittyviin artikkeleihimme saadaksesi syvemmän sukelluksen tapoihin, joilla aurinkopaneelit ja invertterit voidaan kytkeä yhteen (nauhoitus), ja joihinkin vaihtoehtoihin perinteisille inverttereille, joita kutsutaan moduulitason tehoelektroniikaksi (mlpe).

mitkä tekijät vaikuttavat aurinkosähköjärjestelmän tehokkuuteen

on tärkeää huomata, että aurinkoenergialla tuotetun sähkön tuotantoprosessi ei ole 100% tehokas. Ympäristötekijät—kuten lämpötila, likaantuminen ja varjostus-sekä sähkökomponenttien häviöt voivat vaikuttaa aurinkosähköjärjestelmän tehokkuuteen. Tyypillisiä hävikkiluokkia ovat:

• lämpötila: aurinkopaneelin tehokkuus vaihtelee lämpötilan mukaan. Korkeilla lämpötiloilla on negatiivinen vaikutus suorituskykyyn.
• likaantuminen: AURINKOSÄHKÖPANEELIEN pinnalle kertyvä materiaali voi estää valon pääsyn aurinkokennoihin, jolloin syntyvä teho vähenee. Likaantumisesta johtuva tehohäviö vaihtelee suuresti riippuen likaantumisen tyypistä (kuten pölystä tai lumesta) ja siitä, kuinka usein paneeli puhdistetaan.

likaantuminen, kuten pöly, AURINKOSÄHKÖMODUULEISSA vähentää teho.

• varjostus: varjostus on puiden, rakennusten, maaston ja muiden ympäristön kohteiden aiheuttaman säteilyvoimakkuuden estämistä. Varjostuksen vaikutus aurinkolaitoksen tehoon on hyvin vaihteleva. (Lisätietoja varjostuksen syistä ja seurauksista, Tämä artikkeli ja tämä osa PV-järjestelmämme häviöt-sarjasta ovat suuria resursseja.)
• johdotus ja liitännät: Aurinkolaitoksen sähköliitäntöjen resistanssi aiheuttaa tyypillisesti muutaman prosentin energiahäviöitä.
• epäsuhta: valmistusmuutosten vuoksi samantyyppisillä moduuleilla voi olla hieman erilaiset sähköiset ominaisuudet. Tämä epäsuhta moduulien välillä voi johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen.
• invertterin hyötysuhde: DC: n muuntaminen vaihtovirraksi invertterin kautta on tyypillisesti noin 96-97% tehokasta. Inverttereillä on tyypillisesti suurempi hyötysuhde, kun tasavirran ottoteho on suuri. Muuntotehokkuus ottaa iso hitti, kun ottoteho on paljon pienempi kuin invertterin nimellisteho.
• Ikä: aurinkopaneelit tuottavat sitä vähemmän energiaa, Mitä vanhemmiksi ne tulevat. Tyypillisesti suorituskyvyn laskun oletetaan olevan noin 0,5% vuodessa.

syväsukellusta näistä häviöistä katso aurinkosähköjärjestelmän häviöt-sarja.

tyypilliset aurinkosähkön hyötysuhteen arvot eri aurinkosähköjärjestelmien häviötyypeille.

järjestelmän Deraattikerroin

edellä mainitut tekijät yhdistetään kertoimeksi, jota kutsutaan järjestelmän deraattikertoimeksi, joka kuvaa aurinkovoimalan kokonaishäviöitä. Esimerkiksi PVWATTS, NREL-tukema PV-järjestelmän energiantuotantolaskuri, käyttää oletusjärjestelmän deraattikerrointa 86%.

järjestelmän rakenteesta tai ympäristöolosuhteista riippuen tämä arvo voi kuitenkin olla suurempi tai pienempi. Edistykselliset aurinkosuunnitteluohjelmistot, kuten Aurora, voivat varmistaa, että määrität tarkasti aurinkosähköjärjestelmän häviöt ja kuinka paljon energiaa AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSI tuottaa.

aurinkopaneelin (moduulin) hyötysuhde tarkoittaa sitä, minkä osan säteilyvoimakkuudesta moduuli muuntaa sähköksi standarditestiolosuhteissa (STC; säteilyvoimakkuus 1000W/m2, Ympäristön lämpötila 25°C). Yleisenä nyrkkisääntönä voidaan arvioida aurinkosähköjärjestelmän tehokkuus säteilyvoimakkuuden muuntamisessa sähköksi (STC: llä) seuraavan kaavan avulla:

$$\text{järjestelmän kokonaistehokkuus} = \text{moduulin hyötysuhde} \times \text{Derate Factor}$$

on tärkeää huomata, että nämä ovat vain takaperoisia laskelmia. Kattavan energiantuotantoanalyysin tekemiseen tarvitaan ohjelmistosovellus, kuten Aurora, joka sisältää kaikki aurinkosähköjärjestelmän ympäristö -, mekaaninen-ja sähköominaisuudet.

tietoja AURINKOENERGIAKOULUTUKSESTA 101

Miten aurinkosähköjärjestelmä tuottaa sähköä on osa aurinkoenergiakoulutusta 101, kuuden artikkelin sarjaa, joka toimii alustuksena aurinkoenergian perusteista aloittelijoille.

Article 1: The Beginner ‘s Guide to Solar Energy
Article 2: How A Photovoltaic System Produces Electricity
Article 3: Reading Your Electricity Bill: a Beginner’ s Guide
Article 4: How to Size a PV System from a Electricity Bill
Article 5: Shade Hoss for PV Systems, and Techniques to liquid Them
Article 6: Perusperiaatteet, jotka ohjaavat aurinkosähköjärjestelmän kustannuksia

Christian Brown