hoe produceert een PV-systeem elektriciteit?

als zonneprofessional is het belangrijk om het proces te kunnen uitleggen hoe een fotovoltaïsch systeem elektriciteit produceert. Dit proces lijkt mysterieus voor velen en misvattingen in overvloed onder degenen die niet bekend zijn met zonne-energie. In dit artikel gaan we terug naar de basis met een overzicht van hoe zonne-installaties elektriciteit leveren en hoe het proces werkt voor de klant.

Laten we beginnen met de fundamenten van hoe zonne-energie wordt geproduceerd en dan zullen we ingaan op de specifieke kenmerken van pv-systemen.

de basis van een zonne-PV-systeem

zonne-PV-systemen zijn in wezen een combinatie van zonnepanelen, de hardware die nodig is om de energie door de panelen te laten stromen, en omvormers.

afhankelijk van het type systeem kunnen ze string-omvormers, micro-omvormers of power optimizers gebruiken om de energie om te zetten, maar de basisstructuur van de meeste PV-systemen is hetzelfde.

Hoe werkt zonne-energie in een PV-systeem?

zonnepanelen zetten de energie van fotonen (lichtdeeltjes) om in elektriciteit (zoals we bespreken in de beginnershandleiding voor zonne-energie). Dit proces wordt het fotovoltaïsche effect genoemd.

wanneer een foton een fotovoltaïsch (PV) apparaat raakt, wordt de energie van het foton overgebracht naar de lokale elektronen in het materiaal. Deze opgewekte elektronen beginnen te stromen, het produceren van een elektrische stroom.

zonnecellen (binnen zonnepanelen) produceren gelijkstroom (gelijkstroom) elektriciteit, die gewoonlijk door een omvormer wordt omgezet in wisselstroom (wisselstroom) elektriciteit. Dit maakt het mogelijk om terug te sturen naar het elektriciteitsnet, dat werkt met AC-elektriciteit, evenals gebruikt om apparaten in de woning van de klant (of commercieel gebouw, in het geval van commerciële zonne-installaties).

dat is de diepgaande verklaring. Kortom, het proces van hoe zonnepanelen werken omvat drie primaire stappen:

1. zonnecellen binnen zonnepanelen absorberen licht van de zon, waardoor een elektrische stroom begint te stromen.
2. een omvormer zet gelijkstroom om in wisselstroom.
3. deze elektriciteit wordt gebruikt om te voorzien in de huidige energievraag in het gebouw van de klant en overtollige elektriciteit buiten wat de klant kan gebruiken wordt naar het net geëxporteerd.

wat gebeurt er met de energie die een PV-systeem produceert?

De meeste zonne-energieklanten in de VS hebben zonne-installaties die op het net zijn aangesloten. Hun huis is aangesloten op het elektriciteitsnet, waardoor ze energie kunnen gebruiken die door hun elektriciteitsbedrijf wordt geleverd wanneer ze meer nodig hebben dan hun zonne-installatie produceert (zoals op een regenachtige dag of ‘ s nachts).

het betekent ook dat wanneer hun PV-systeem meer produceert dan nodig is, dat overtollige energie naar het net kan worden gestuurd om door anderen te worden gebruikt.

Netmeting

een beleid met de naam netmeting, dat in de Verenigde Staten gebruikelijk is, compenseert zonne-energieverbruikers voor deze overtollige energie, zodat zij de kosten van toekomstige elektriciteit die zij van het net gebruiken, kunnen compenseren.

Netmeting heeft een belangrijke rol gespeeld bij het kosteneffectief maken van zonne-energie. Echter, in het hele land, we beginnen te zien dat een aantal veranderingen in de manier waarop nutsbedrijven implementeren netto metering, waarvan veel verminderen de waarde die zonne-klanten ontvangen van hun zonne-installaties.

Feed-in-tarieven

Feed-in-tarieven zijn een andere manier om zonne-energieafnemers te compenseren voor de elektriciteit die zij in sommige gebieden naar het net sturen.

wat zijn de onderdelen van een fotovoltaïsch systeem?

een eenvoudig PV-systeem bevat twee basistypen componenten:

• zonnemodules: zonnemodules bevatten zonnecellen die zonlicht omzetten in elektriciteit.
• Omvormer (s): een omvormer zet gelijkstroom om in wisselstroom. Het kan ook andere functies uitvoeren die gunstig zijn voor het elektriciteitsnet (zie ons artikel over smart inverters, die nu nodig zijn in Californië).

Diagram van een eenvoudig PV-systeem. Bron: Aurora Solar.

BOS-componenten

Het is gebruikelijk om alle componenten van een PV-systeem, naast de modules, te noemen als balance of system (BOS) – componenten. Voorbeelden van BOS-componenten zijn omvormers, loskoppelingen, rekken en bedrading.

Dit is natuurlijk slechts een basisoverzicht van de onderdelen van een zonne-installatie en hoe ze in elkaar passen. Ontdek enkele van onze gerelateerde artikelen voor een diepere duik in de manieren waarop zonnepanelen en omvormers kunnen worden aangesloten (stringing) en een aantal alternatieven voor traditionele omvormers, bekend als module-level power electronics (MLPE).

welke factoren van invloed zijn op de efficiëntie van zonne-energiesystemen

Het is belangrijk op te merken dat het proces van de productie van elektriciteit uit zonne-energie niet 100% efficiënt is. Omgevingsfactoren—zoals temperatuur, vervuiling en arcering—evenals verliezen in de elektrische componenten, kunnen de efficiëntie van een PV-systeem beïnvloeden. Typische verliescategorieën omvatten:

• temperatuur: zonnepaneel efficiëntie varieert met de temperatuur. Hoge temperaturen hebben een negatieve invloed op de prestaties.
• vervuiling: Materiaal dat zich ophoopt op het oppervlak van PV-panelen kan het bereiken van licht in de zonnecellen blokkeren, waardoor het opgewekte vermogen wordt verminderd. Het stroomverlies als gevolg van vervuiling is sterk variabel, afhankelijk van het type vervuiling (zoals stof of sneeuw) en hoe vaak het paneel wordt gereinigd.

vervuiling, zoals stof, op PV-modules vermindert het uitgangsvermogen.

• arcering: arcering is de obstructie van bestralingssterkte door bomen, gebouwen, terrein en andere objecten in de omgeving. Het effect van arcering op het vermogen van een zonne-installatie is zeer variabel. (Om meer te weten te komen over de oorzaken en gevolgen van arcering, zijn dit artikel en dit gedeelte van onze serie PV-systeemverliezen grote bronnen.)
• bedrading en aansluitingen: de weerstand in de elektrische aansluitingen van een zonne-installatie leidt doorgaans tot een energieverlies van enkele procenten.
• Mismatch: door variaties in de fabricage kunnen modules van hetzelfde type Iets verschillende elektrische kenmerken hebben. Deze mismatch tussen modules kan leiden tot een prestatieverlies.
• efficiëntie van de omvormer: het omzetten van DC in wisselstroom via een omvormer is doorgaans ongeveer 96-97% efficiënt. Omvormers hebben meestal een hogere efficiëntie wanneer het DC-ingangsvermogen hoog is. De omzettingsefficiëntie neemt een grote hit wanneer het ingangsvermogen veel minder is dan het nominale vermogen van de omvormer.
• leeftijd: zonnepanelen produceren minder energie naarmate ze ouder worden. Doorgaans wordt aangenomen dat de prestatievermindering ongeveer 0,5% per jaar bedraagt.

voor een diepe duik in deze verliezen zie onze PV-Systeemverliezen serie.

typische zonne-efficiëntiewaarden voor verschillende soorten PV-systeemverliezen.

systeem Derate Factor

bovengenoemde factoren worden gecombineerd in een coëfficiënt die de systeem derate factor wordt genoemd om de totale verliezen van een zonne-installatie weer te geven. PVWatts, een door het NREL ondersteunde energieproductiecalculator voor PV-systemen, gebruikt bijvoorbeeld een standaardsysteemderate factor van 86%.

afhankelijk van het systeemontwerp of de omgevingsomstandigheden kan deze waarde echter hoger of lager zijn. Geavanceerde Solar design software zoals Aurora kan ervoor zorgen dat u nauwkeurig te bepalen PV-systeem verliezen en hoeveel energie uw PV-systeem zal produceren.

efficiëntie van zonnepanelen (module) geeft aan welk deel van de bestralingssterkte een module in elektriciteit omzet onder standaardtestomstandigheden (STC; bestralingssterkte van 1000 W/m2, omgevingstemperatuur van 25°C). Als algemene vuistregel kunt u de efficiëntie van een PV-systeem schatten bij het omzetten van bestralingssterkte in elektriciteit (onder STC) met behulp van de volgende formule:

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

Het is belangrijk op te merken dat dit slechts back-of-the-envelope berekeningen zijn. Voor een uitgebreide analyse van de energieproductie hebt u een software-applicatie nodig, zoals Aurora, die alle milieu -, mechanische en elektrische kenmerken van een PV-systeem bevat.

About Solar PV Education 101

How a Photovoltaic System produce Electricity is part of Solar PV Education 101, a six-article series that serves as a introduction primer on the fundamentals of solar PV for beginners.

Artikel 1: De Beginnersgids voor zonne-energie
artikel 2: Hoe een fotovoltaïsch systeem elektriciteit produceert
artikel 3: uw elektriciteitsrekening lezen: een beginnersgids
artikel 4: Hoe maak je een PV-systeem op basis van een elektriciteitsrekening
artikel 5: Schaduwverliezen voor PV-systemen en technieken om deze te verminderen
artikel 6: De basisprincipes die de kosten van PV-systemen sturen

Christian Brown