hogyan termel villamos energiát egy fotovoltaikus rendszer?

napelemes szakemberként fontos, hogy képes legyen megmagyarázni azt a folyamatot, hogy a napelemes fotovoltaikus rendszer hogyan termel villamos energiát. Ez a folyamat sokak számára titokzatosnak tűnik, és tévhitek vannak azok között, akik nem ismerik a napenergiát. Ebben a cikkben visszatérünk az alapokhoz, áttekintve, hogy a napelemes berendezések Hogyan biztosítják az áramot, és hogyan működik a folyamat az ügyfél számára.

kezdjük a napenergia előállításának alapjaival, majd megismerjük a pv rendszerek sajátosságait.

A napelemes rendszerek alapjai

a napelemes rendszerek lényegében a napelemek, a paneleken keresztül történő energiaáramlás elősegítéséhez szükséges hardverek és inverterek bármilyen kombinációja.

a rendszer típusától függően húros invertereket, mikroinvertereket vagy teljesítményoptimalizálókat használhatnak az energia átalakításához, de a legtöbb PV rendszer alapvető felépítése ugyanaz.

hogyan működik a napenergia egy PV rendszerben?

a napelemek a fotonok (könnyű részecskék) energiáját villamos energiává alakítják (amint azt a kezdő napenergia-útmutatóban tárgyaljuk). Ezt a folyamatot fotovoltaikus hatásnak nevezik.

amikor egy foton eltalál egy fotovoltaikus (PV) eszközt, annak energiája átkerül a fotonból az anyag helyi elektronjaiba. Ezek a gerjesztett elektronok áramlani kezdenek, elektromos áramot generálva.

a napelemek (a napelemeken belül) egyenáramú (DC) villamos energiát termelnek, amelyet általában egy inverter alakít át váltakozó áramú (AC) villamos energiává. Ez lehetővé teszi, hogy visszaküldjék az elektromos hálózatba, amely váltakozó árammal működik, valamint felhasználják az ügyfél otthonában (vagy kereskedelmi épületben, kereskedelmi napenergia-létesítmények esetén) lévő készülékek táplálására.

Ez a részletes magyarázat. Összefoglalva, a napelemek működésének folyamata három elsődleges lépést foglal magában:

1. a napelemeken belüli napelemek elnyelik a nap fényét, ami elektromos áram áramlását okozza.
2. egy inverter átalakítja az egyenáramú villamos energiát váltakozó árammá.
3. ezt a villamos energiát az ügyfél épületének jelenlegi energiaigényének ellátására használják, és a felesleges villamos energiát, amelyet az ügyfél felhasználhat, a hálózatba exportálják.

mi történik a fotovoltaikus rendszer által termelt energiával?

Az Egyesült Államokban a legtöbb napenergia-fogyasztó rendelkezik hálózatra csatlakoztatott napelemekkel. Otthonuk csatlakozik az elektromos hálózathoz, amely lehetővé teszi számukra az elektromos közmű által szolgáltatott energia felhasználását, amikor többre van szükségük, mint amennyit a napelemes telepítésük termel (például esős napon vagy éjszaka).

ez azt is jelenti, hogy amikor a PV-rendszerük többet termel, mint amennyire szükségük van, akkor a felesleges energiát el lehet küldeni a hálózatba, hogy mások használhassák.

nettó mérés

az Egyesült Államokban elterjedt nettó mérés nevű politika kompenzálja a napenergia-fogyasztókat ezért a felesleges energiáért, hogy ellensúlyozhassák a hálózatból felhasznált jövőbeli villamos energia költségeit.

a nettó mérés jelentős szerepet játszott a napenergia költséghatékonyságában. Országszerte azonban kezdünk látni néhány változást abban, hogy a közüzemi vállalatok hogyan hajtják végre a nettó mérést, amelyek közül sok csökkenti azt az értéket, amelyet a napenergia-ügyfelek kapnak a napelemes berendezéseiktől.

betáplálási tarifák

a betáplálási tarifák egy másik módja annak, hogy kompenzálják a napenergia-fogyasztókat az egyes területeken a hálózatba küldött villamos energiáért.

melyek a fotovoltaikus rendszer részei?

egy egyszerű PV rendszer két alapvető típusú komponenst tartalmaz:

• napelemek: a napelemek olyan napelemeket tartalmaznak, amelyek a napfényt villamos energiává alakítják.
• Inverter(ek): Az inverter az egyenáramot AC árammá alakítja. Más funkciókat is elláthat, amelyek előnyösek a villamosenergia-hálózat számára (lásd az intelligens inverterekről szóló cikkünket, amelyekre most Kaliforniában van szükség).

Diagram egy egyszerű PV rendszer. Forrás: Aurora Solar.

BOS komponensek

általános gyakorlat, hogy a PV rendszer összes összetevőjét a modulok mellett a rendszer egyensúlyának (Bos) komponenseként említik. A BOS komponensek közé tartoznak például az inverterek, a leválasztások, az állványok és a vezetékek.

természetesen ez csak egy alapvető áttekintés a napelemes berendezések alkatrészeiről és azok egymáshoz való illeszkedéséről. Fedezze fel néhány kapcsolódó cikkünket, hogy mélyebben belemerüljön a napelemek és az inverterek összekapcsolásának módjaiba (húrozás) és a hagyományos inverterek néhány alternatívájába, az úgynevezett modulszintű teljesítményelektronika (MLPE).

milyen tényezők befolyásolják a napelemes rendszer hatékonyságát

fontos megjegyezni, hogy a napenergiából származó villamos energia előállítása nem 100% – ban hatékony. A környezeti tényezők—például a hőmérséklet, a szennyeződés és az árnyékolás—, valamint az elektromos alkatrészek veszteségei befolyásolhatják a fotovillamos rendszer hatékonyságát. A tipikus veszteségkategóriák a következők:

• hőmérséklet: a napelem hatékonysága a hőmérséklettől függ. A magas hőmérséklet negatív hatással van a teljesítményre.
• szennyeződés: A PV panelek felületén felhalmozódó anyag megakadályozhatja, hogy a fény elérje a napelemeket, ezáltal csökkentve a generált energiát. A szennyeződés okozta áramkimaradás nagymértékben változó, a szennyeződés típusától (például por vagy hó), valamint a panel tisztításának gyakoriságától függően.

a PV modulok szennyeződése, például a por csökkenti a teljesítményt.

• árnyékolás: az árnyékolás a fák, épületek, terep és más környezeti tárgyak által okozott besugárzás akadálya. Az árnyékolás hatása a napelemes berendezés teljesítményére nagyon változó. (Ha többet szeretne megtudni az árnyékolás okairól és következményeiről, ez a cikk és a PV rendszer veszteségsorozatunk ezen szakasza nagyszerű források.)
• vezetékek és csatlakozások: a napelemes berendezések Elektromos csatlakozásainak ellenállása általában néhány százalékos energiaveszteséget eredményez.
• eltérés: a gyártási eltérések miatt az azonos típusú modulok kissé eltérő elektromos jellemzőkkel rendelkezhetnek. Ez a modulok közötti eltérés teljesítményvesztéshez vezethet.
• Inverter hatékonyság: konvertáló DC AC áram egy inverter általában körül 96-97% hatékony. Az inverterek általában nagyobb hatékonysággal rendelkeznek, ha az egyenáramú bemeneti teljesítmény magas. Az átalakítás hatékonysága nagy sikert arat, ha a bemeneti teljesítmény sokkal kisebb, mint az inverter névleges teljesítménye.
• kor: a napelemek minél idősebbek, annál kevesebb energiát termelnek. A teljesítmény csökkenését általában évi 0,5% körül feltételezik.

egy mély merülés ezeket a veszteségeket lásd a PV rendszer veszteségek sorozat.

tipikus napenergia hatékonysági értékek a különböző PV rendszer veszteségtípusokhoz.

rendszer Deráttényező

a fenti tényezőket egy rendszer deráttényezőnek nevezett együtthatóban egyesítjük, hogy a napenergia-létesítmény teljes veszteségét képviseljük. Például a PVWatts, az NREL által támogatott PV rendszer energiatermelési számológép Az alapértelmezett rendszer derate tényezőjét 86% – kal használja.

a rendszer kialakításától vagy a környezeti feltételektől függően azonban ez az érték magasabb vagy alacsonyabb lehet. A fejlett napelemes tervező szoftver, mint például az Aurora, biztosítja, hogy pontosan meghatározza a PV rendszer veszteségeit és azt, hogy mennyi energiát termel a PV rendszer.

a napelem (modul) hatásfoka azt jelzi, hogy a modul besugárzási hányadát alakítja át villamos energiává standard vizsgálati körülmények között (STC; besugárzás 1000W/m2, környezeti hőmérséklet 25 Kb C). Általános ökölszabályként megbecsülheti a fotovoltaikus rendszer hatékonyságát a besugárzás villamos energiává történő átalakításában (STC alatt) a következő képlet segítségével:

$$ \ text{teljes Rendszerhatékonyság} = \ text{Modulhatékonyság} \ times \ text{Derate Factor}$$

Fontos megjegyezni, hogy ezek csupán back-of-the-boríték számítások. Az átfogó energiatermelési elemzéshez olyan szoftveralkalmazásra van szükség, mint például az Aurora, amely magában foglalja a fotovoltaikus rendszer összes környezeti, mechanikai és elektromos jellemzőjét.

a napelemes oktatásról 101

Hogyan termel egy fotovoltaikus rendszer villamos energiát, része a napelemes oktatásnak 101, egy hat cikkből álló sorozat, amely bevezető alapozóként szolgál a napelemek alapjairól kezdőknek.

cikk 1: A kezdő útmutató a napenergia
cikk 2: Hogyan fotovoltaikus rendszer termel villamos energiát
cikk 3: olvasás a villanyszámlát: A kezdő útmutató
cikk 4: Hogyan méret a PV rendszer egy villanyszámlát
cikk 5: árnyék veszteségek PV rendszerek, és technikák enyhítésére őket
cikk 6: A PV rendszer költségeit irányító alapelvek

Christian Brown