siatkowy System fotowoltaiczny(PV)

większość systemów fotowoltaicznych to systemy sieciowe, które działają w połączeniu z energią dostarczaną przez firmę elektryczną. Układ słoneczny związany z siatką ma specjalny falownik, który może odbierać energię z sieci lub wysyłać energię prądu przemiennego o jakości sieci do sieci użytkowej, gdy występuje nadmiar energii z układu słonecznego.

układ słoneczny PV związany z siatką

ponadto firma użyteczności publicznej może wytwarzać energię z farm słonecznych i wysyłać energię bezpośrednio do sieci.

mieszkaniowe i małe systemy PV związane z siecią

Systemy PV związane z siecią można skonfigurować z podtrzymaniem bateryjnym lub bez niego. Najprostszy system PV związany z siecią nie wykorzystuje podtrzymania baterii, ale oferuje sposób na uzupełnienie pewnej części mocy użytkowej. Głównymi elementami tego systemu są Moduły fotowoltaiczne i falownik.

mieszkaniowy system PV związany z siecią (źródło: Wikipedia)

moduły mogą być podłączone szeregowo do falownika, jeśli limity napięcia nie zostaną przekroczone, lub można użyć oddzielnej skrzynki łącznikowej do łączenia wyjść różnych modułów równolegle.

falownik musi być specjalnym typem, który można podłączyć bezpośrednio do skrzynki wyłącznika prądu przemiennego, więc musi przekształcić DC z modułów fotowoltaicznych w ac zgodny z siecią i dopasować fazę sinusoidy.

musi również być w stanie odłączyć system PV (za pomocą automatycznego przełącznika), gdy sieć jest wyłączona, więc musi to być zatwierdzony falownik, który spełnia normę UL 1741. Przełącznik transferowy to automatyczny przełącznik, który może przełączać obciążenia między alternatywnymi źródłami zasilania bez przerywania prądu.

na rysunku 1 przedstawiono podstawowy schemat blokowy systemu fotowoltaicznego z szeregowymi modułami fotowoltaicznymi.

w porównaniu do systemu z podtrzymaniem bateryjnym, taki bez baterii system jest tańszy, łatwiejszy w instalacji i prawie bezobsługowy. Ma tę zaletę, że nie musi dostarczać całej energii potrzebnej do domu lub firmy; może zrównoważyć dowolną część mocy i mieć narzędzie nadrobić różnicę.

jeśli sieć jest niezawodna, tak jak w większości obszarów miejskich, system bez baterii oferuje najlepszą wydajność za wydanego dolara.

w wielu komercyjnych budynkach biurowych, sklepach i budynkach przemysłowych system bez baterii ma sens. Tego typu budynki są zwykle zajęte w godzinach dziennych, odpowiadających czasom, w których zasoby energii słonecznej są dostępne.

zazwyczaj moduły mogą być instalowane na dachu budynku lub konstrukcji parkingowej, więc ziemia nie jest poświęcana na tablicę. System można skonfigurować tak, aby nadmiar mocy był sprzedawany z powrotem do narzędzia, łagodząc wszelkie obawy dotyczące niewykorzystanej pojemności weekendowej lub wakacyjnej.

Rysunek 1 uproszczony bez bateryjny System fotowoltaiczny związany z siecią

Norma UL 1741

Underwriters Laboratories® (UL) jest niezależną organizacją certyfikującą bezpieczeństwo produktów, która opracowuje standardy bezpieczeństwa i testuje produkty pod kątem zgodności.

norma UL 1741 zawiera wymagania dotyczące falowników, konwerterów, sterowników ładowania i urządzeń systemu połączeń wzajemnych zarówno dla interaktywnych systemów zasilania sieciowego, jak i dla Systemów niezwiązanych z siecią.

inne standardy UL są napisane dla modułów fotowoltaicznych i puszek połączeniowych, okablowania, złączy, baterii i systemów montażowych. Na przykład norma UL 1703 określa normy dla systemów fotowoltaicznych do 1000 V.

firmy, które otrzymują certyfikat UL, mogą wyświetlać Znak UL na produkcie(produktach).

mieszkaniowy i mały system PV związany z siecią z podtrzymaniem bateryjnym

systemy PV związane z siecią z podtrzymaniem bateryjnym mogą nadal dostarczać energię za każdym razem, gdy sieć upadnie. System może płynnie przełączyć się na zasilanie awaryjne w przypadku wystąpienia awarii elektrycznej. Jednocześnie odłącza system od sieci, więc nie wysyła zasilania, gdy sieć jest wyłączona.

obciążenia z zapasem

mały system z pełnym zapasem baterii jest znacznie droższy niż system bez baterii.

jednym ze sposobów zmniejszenia kosztów jest podzielenie systemu na ładunki zapasowe i ładunki nieobsługiwane, zmniejszając w ten sposób liczbę wymaganych baterii, oszczędzając początkowe koszty i zmniejszając wymagania dotyczące konserwacji i przestrzeni.

ta opcja wymaga przepięcia panelu serwisowego i umieszczenia obciążeń nieobsługiwanych na oddzielnym panelu dedykowanym od tych, które są backupowane. Zasadniczo opcja ta jest równoważna z dwoma systemami, ale ponowne okablowanie panelu może być tańszą opcją niż w pełni zabezpieczony system.

układ z obciążeniami zapasowymi i obciążeniami nieobsługiwanymi pokazano na schemacie blokowym na rysunku 2. Panele są pokazane przechodząc do skrzynki kombinacyjnej, ale układ szeregowy jest inną opcją łączenia modułów.

Skrzynka łącznikowa to elektryczna Skrzynka przyłączeniowa do łączenia wyjść wielu paneli słonecznych w jedno wyjście prądu stałego.

Rysunek 2 uproszczony system podtrzymywania Baterii Dla Części obciążenia prądu przemiennego

gdy system jest w trybie interaktywnym sieci, falownik pobiera energię ze źródeł i wysyła ją do zapasowych obciążeń. Główne ładunki zasilane są bezpośrednio z sieci.

jeśli z modułów FOTOWOLTAICZNYCH pobiera się więcej energii niż jest to potrzebne przy obciążeniach zapasowych, nadmiar jest wprowadzany do sieci za pomocą wewnętrznego przełącznika transferu, co skutkuje kredytem dla właściciela domu (pomiar netto).

gdy sieć jest wyłączona lub niezgodna ze specyfikacją, przełącznik transferu otwiera się i tylko ładunki zapasowe otrzymują moc z falownika. Główne obciążenia zależą wyłącznie od sieci, więc będą wyłączone, dopóki zasilanie nie zostanie przywrócone.

Rozmiar Falownika PV

wielkość falownika i podtrzymania baterii wymagana dla częściowo zapasowego systemu wymaga analizy obciążeń, które zostaną umieszczone na systemie zapasowym.

aby oszacować zapotrzebowanie na moc dla obciążeń rezerwowych, moc dla każdego obciążenia można podsumować w arkuszu kalkulacyjnym. Silniki potrzebują więcej mocy podczas rozruchu niż podczas pracy, więc system musi być dostosowany do mocy rozruchowej. Na podstawie wyników tej analizy można wybrać falownik, w tym różne opcje. Jedną z opcji jest użycie falowników, które można układać w stos.

termin stacking odnosi się do podłączenia dwóch falowników w celu zapewnienia wyjść split-phase 120/240 V. Inną opcją dostępną w niektórych falownikach jest zapewnienie zapasowego wejścia generatora silnika.

Bank Baterii Dla Systemu PV

bank baterii jest wielkości w zależności od liczby dni autonomii wymagane. Rozmiar może być oparty na historycznych wzorcach czasu, w którym siatka jest w dół.

ogólnie rzecz biorąc, system, który tworzy kopię zapasową siatki, jest cyklicznie przełączany tylko wtedy, gdy siatka jest wyłączona, więc kwestie rozmiaru są inne niż w systemie bez siatki, który cykle codziennie.

80% głębokości rozładowania jest odpowiednie dla systemu, który jest rzadko poddawany cyklom, a liczba dni autonomii zależy od wydajności sieci, a nie wzorców pogodowych.

rzadkie cykle oznaczają, że uszczelnione baterie mogą być dobrym wyborem dla systemu rezerwowego, ponieważ wymagają mniej konserwacji niż zalane typy.

wadą uszczelnionych baterii jest to, że są one droższe i mają krótszą żywotność niż zalane typy.

w przypadku systemów z zapasem baterii przydatne są mierniki baterii, które mogą zgłaszać stan naładowania. Mierniki te pokazują napięcie, prąd i procent pełnego naładowania.

inną opcją jest miernik mocy, który monitoruje wydajność systemu i ostrzega użytkownika o warunkach awarii.

badania wykazały, że systemy monitorowania zachęcają do oszczędzania energii, a bardziej szczegółowe informacje prowadzą do większej ochrony.

małe systemy fotowoltaiczne z mikro falownikami

przedstawione wcześniej systemy pobierają prąd stały do centralnego falownika i konwertują go w tym momencie na prąd zmienny. Inną opcją, która cieszy się coraz większą popularnością, jest użycie mikroinwertera w każdym module.

mikroinwerter to konwerter DC na AC, który ma rozmiar do pracy z pojedynczym modułem słonecznym. W ten sposób może zapewnić maksymalne śledzenie punktu mocy dla modułu i większą wydajność, szczególnie w sytuacjach takich jak pojedynczy moduł zacieniony, który ma zmniejszoną moc wyjściową. Podstawowy system przedstawiono na rysunku 3.

każdy falownik emituje kompatybilny z siatką AC, który jest zsynchronizowany z innymi mikroinwerterami w systemie. Mikroinwertery są instalowane równolegle ze sobą, tworząc obwód rozgałęzienia.

obwody odgałęźne są często łączone w podpanel. Rezultatem jest bardziej modułowy system; jeśli moduł lub mikroinwerter zawiedzie, reszta systemu nadal działa (przy zmniejszonej wydajności), ponieważ inne mikroinwertery są połączone równolegle, a jeden open source nie wpływa na działanie innych.

wadliwy moduł lub mikroinwerter można naprawić bez wyłączania reszty systemu; jednak wadliwy moduł może wymagać usunięcia w celu serwisowania.

niektóre moduły są wyposażone we wbudowany mikroinwerter i obwody w celu optymalizacji wyjścia.

wbudowane Mikro falowniki nie mają dostępu do obwodów DC z modułu fotowoltaicznego, ale eliminują okablowanie DC, złącza, skrzynki łącznikowe i tak dalej. Upraszcza to instalację, dzięki czemu cały system jest wydajny i ekonomiczny. Eliminuje również wysokonapięciowe obwody DC (aż 600 V), dzięki czemu system mikro falownika jest bezpieczniejszy niż systemy wysokonapięciowe z centralnym falownikiem.

Rysunek 3 Basic Micro inverter System. DC z każdego modułu jest konwertowany na ac, gdzie jest podłączony do innych mikro falowników w systemie.

komercyjne i instytucjonalne systemy fotowoltaiczne

komercyjne i instytucjonalne systemy fotowoltaiczne mogą oferować korzyści skali i często mają tę zaletę, że stosunkowo mniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną w nocy.

większość z tych systemów została zaprojektowana w celu zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną dla większego użytkownika, takiego jak firma, szkoła lub Zakład Produkcyjny, więc system został zaprojektowany jako system PV związany z siecią.

kilka systemów zaprojektowano jako systemy off-grid do zdalnych zastosowań, takich jak system fotowoltaiczny, który został zainstalowany dla sanktuarium morskiego na Wyspach Farallones.

Marine sanctuary wcześniej importował olej napędowy, aby uruchomić generatory energii elektrycznej. Oprócz uzupełniania energii elektrycznej, inną aplikacją dla instytucji komercyjnych i instytucjonalnych jest zapewnienie stacji paliw słonecznych dla swoich pracowników lub społeczeństwa do użytku.

panele słoneczne są zamontowane nad parkingiem i dostarczają energię do ładowania pojazdów elektrycznych, doskonale dopasowując dostępne zasoby do potrzeb (ładowanie pojazdów elektrycznych). Rysunek 4 przedstawia słoneczną stację paliw.

wiele społeczności i jednostek rządowych udostępnia te stacje na publicznych parkingach, aby zachęcić do korzystania z pojazdów elektrycznych i zmniejszyć emisję spalin.

Rysunek 4 Stacja Paliw Słonecznych. Moduły słoneczne tej stacji paliw służą do ładowania pojazdów elektrycznych.

Sieciowe systemy fotowoltaiczne

w niektórych obszarach przedsiębiorstwa użyteczności publicznej zbudowały Duże macierze fotowoltaiczne, które są przeznaczone do zasilania sieci. Narzędzia mają wiele różnych rozważań dotyczących wdrażania systemów fotowoltaicznych, ponieważ dostarczają energię, a nie ją zużywają.

gdy firma użyteczności publicznej rozważa dodanie energii słonecznej, system jest najpierw analizowany i modelowany w celu określenia efektów, równoważenia obciążenia, obciążenia sprzętu i problemów z jakością energii.

ocenia się całkowity koszt, taki jak wszelkie nowe wymagane systemy przesyłowe i dystrybucyjne, oraz wpływ na istniejące obiekty, taki jak obniżone koszty paliwa.

w niektórych przypadkach bardziej ekonomiczne może być opracowanie systemów rozproszonych przy użyciu mniejszych zestawów słonecznych rozmieszczonych na określonych podajnikach, aby obsłużyć dodatkowe obciążenie i obniżyć koszty kapitałowe.

systemy rozproszone mogą również obniżyć koszty związane z linią dzięki rozproszeniu mocy w liniach przesyłowych.

pytania przeglądowe

1. jakie są wymagania dotyczące falowników PV związanych z siecią?
2. jakie są dwa powody posiadania sieciowego systemu fotowoltaicznego, który nie ma kopii zapasowej?
3. czym różni się rozmiar tablicy baterii w systemie PV powiązanym z siecią od rozmiaru tablicy baterii w systemie bez sieci?
4. dlaczego stałe monitorowanie systemu jest przydatne w przypadku sieciowego systemu fotowoltaicznego?
5. jakie czynniki kosztowe powinny być brane pod uwagę w przypadku dodawania zasobów fotowoltaicznych, których właściciel domu nie musi brać pod uwagę?

odpowiedzi:

1. związane z siecią falowniki fotowoltaiczne muszą zsynchronizować swoje wyjście z narzędziem i być w stanie odłączyć układ słoneczny, jeśli sieć pójdzie w dół.
2. (1) system, który został zaprojektowany w celu uzupełnienia zasilania sieciowego, a nie zastąpienia go w dowolnym momencie, nie wymaga tworzenia kopii zapasowych, więc instalacja jest uproszczona. (2) kopia zapasowa baterii jest droga, zajmuje miejsce i wymaga regularnej konserwacji.
3. w systemie fotowoltaicznym akumulator musi zastępować sieć tylko podczas przestojów, więc prawdopodobieństwo i długość przestojów jest kluczowym czynnikiem przy określaniu rozmiaru akumulatora. W systemie autonomicznym kluczowym czynnikiem przy określaniu wielkości baterii jest pogoda w danym miejscu i perspektywy długich okresów chmur lub deszczu, które uniemożliwiłyby działanie systemu w najlepszym wydaniu.
4. monitorowanie systemu może dostarczyć podstawowych danych dotyczących wydajności systemu i pomóc w zidentyfikowaniu problemów z systemem.
5. niektóre czynniki, które należy wziąć pod uwagę, to równoważenie obciążenia; Ładowanie sprzętu; problemy z jakością energii; całkowity koszt, w tym wszelkie nowe systemy przesyłowe i dystrybucyjne; a także wiele innych czynników.