W Jaki Sposób system fotowoltaiczny wytwarza energię elektryczną?

jako profesjonalista zajmujący się energią słoneczną, ważne jest, aby móc wyjaśnić proces, w jaki sposób system fotowoltaiczny wytwarza energię elektryczną. Proces ten wydaje się tajemniczy dla wielu, a wśród osób nie zaznajomionych z energią słoneczną obfitują błędne wyobrażenia. W tym artykule wracamy do podstaw z przeglądem, w jaki sposób instalacje solarne dostarczają energię elektryczną i jak proces działa dla klienta.

zacznijmy od podstaw produkcji energii słonecznej, a następnie przejdziemy do specyfiki systemów fotowoltaicznych.

podstawy systemu fotowoltaicznego

systemy fotowoltaiczne to zasadniczo dowolna kombinacja paneli słonecznych, sprzętu potrzebnego do wspomagania przepływu energii przez panele i falowników.

W zależności od typu systemu mogą wykorzystywać falowniki strunowe, mikroinwertory lub optymalizatory mocy do konwersji energii, ale podstawowy skład większości systemów fotowoltaicznych jest taki sam.

jak działa energia słoneczna w systemie fotowoltaicznym?

panele słoneczne przekształcają energię fotonów (cząstek światła) w energię elektryczną (jak omawiamy w Przewodniku dla początkujących po Energii Słonecznej). Proces ten nazywany jest efektem fotowoltaicznym.

gdy Foton uderza w urządzenie fotowoltaiczne (PV), jego energia jest przenoszona z fotonu do lokalnych elektronów w materiale. Te wzbudzone elektrony zaczynają płynąć, wytwarzając prąd elektryczny.

ogniwa słoneczne (w ramach paneli słonecznych) wytwarzają prąd stały (DC), który jest zwykle konwertowany na prąd zmienny (AC) za pomocą falownika. Pozwala to na odesłanie go z powrotem do sieci elektrycznej, która działa z energią elektryczną prądu przemiennego, a także służy do zasilania urządzeń w domu klienta (lub budynku komercyjnego, w przypadku komercyjnych instalacji słonecznych).

to jest dogłębne wyjaśnienie. Podsumowując, proces działania paneli słonecznych obejmuje trzy podstawowe etapy:

1. ogniwa słoneczne w panelach słonecznych pochłaniają światło słoneczne, co powoduje, że prąd elektryczny zaczyna płynąć.
2. falownik zamienia prąd stały na prąd przemienny.
3. ta energia elektryczna jest wykorzystywana do zaspokajania bieżących potrzeb energetycznych w budynku klienta, a nadmiar energii elektrycznej wykraczający poza to, co klient może wykorzystać, jest eksportowany do sieci.

co się dzieje z energią wytwarzaną przez system fotowoltaiczny?

większość klientów solarnych w USA ma podłączone do sieci instalacje solarne. Ich dom jest podłączony do sieci elektrycznej, co pozwala im na wykorzystanie energii dostarczanej przez ich Narzędzia elektryczne, gdy potrzebują więcej niż ich instalacja słoneczna produkuje (na przykład w deszczowy dzień lub w nocy).

oznacza to również, że za każdym razem, gdy ich system PV produkuje więcej niż potrzebują, nadmiar energii może zostać wysłany do sieci, aby inni mogli go wykorzystać.

Net Metering

Polityka zwana NET metering, powszechna w całych Stanach Zjednoczonych, rekompensuje klientom energii słonecznej nadmiar energii, dzięki czemu mogą oni zrekompensować koszty przyszłej energii elektrycznej, z której korzystają z sieci.

pomiary netto odegrały znaczącą rolę w opłacalności energii słonecznej. Jednak w całym kraju zaczynamy dostrzegać pewne zmiany w sposobie, w jaki firmy energetyczne wdrażają pomiary netto, z których wiele zmniejsza wartość, jaką klienci otrzymują od swoich instalacji słonecznych.

taryfy gwarantowane

taryfy gwarantowane są kolejnym sposobem kompensowania odbiorców energii słonecznej za energię elektryczną wysyłaną do sieci w niektórych obszarach.

jakie są części systemu fotowoltaicznego?

prosty system fotowoltaiczny zawiera dwa podstawowe typy komponentów:

• moduły słoneczne: moduły słoneczne zawierają ogniwa słoneczne, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną.
• falownik (s): falownik konwertuje prąd stały na prąd zmienny. Może również wykonywać inne funkcje, które są korzystne dla sieci elektrycznej (zobacz nasz artykuł na temat inteligentnych falowników, które są teraz wymagane w Kalifornii).

schemat prostego systemu fotowoltaicznego. Źródło: Aurora Solar.

Komponenty BOS

powszechną praktyką jest określanie wszystkich elementów systemu fotowoltaicznego oprócz modułów jako elementów systemu balance of system (BOS). Przykłady komponentów BOS obejmują falowniki, rozłączniki, regały i okablowanie.

oczywiście jest to tylko podstawowy przegląd części instalacji solarnej i ich dopasowania. Poznaj niektóre z naszych powiązanych artykułów, aby głębiej poznać sposoby łączenia paneli słonecznych i falowników (naciąganie) oraz niektóre alternatywy dla tradycyjnych falowników, znanych jako energoelektronika na poziomie modułu (MLPE).

jakie czynniki wpływają na wydajność systemu fotowoltaicznego

Ważne jest, aby pamiętać, że proces produkcji energii elektrycznej z energii słonecznej nie jest w 100% wydajny. Czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, zabrudzenia i zacienienie, a także straty w komponentach elektrycznych, mogą wpływać na wydajność systemu fotowoltaicznego. Typowe kategorie strat obejmują:

• temperatura: wydajność panelu słonecznego zależy od temperatury. Wysokie temperatury mają negatywny wpływ na wydajność.
• zabrudzenia: Materiał, który gromadzi się na powierzchni paneli fotowoltaicznych, może blokować światło przed dotarciem do ogniw słonecznych, zmniejszając w ten sposób generowaną moc. Straty mocy spowodowane zabrudzeniami są bardzo zmienne, w zależności od rodzaju zabrudzeń (takich jak kurz lub śnieg) i częstotliwości czyszczenia panelu.

zabrudzenia, takie jak kurz, na modułach fotowoltaicznych zmniejszają moc wyjściową.

• cieniowanie: cieniowanie to utrudnianie napromieniowania z powodu drzew, budynków, terenu i innych obiektów w środowisku. Wpływ cieniowania na moc wyjściową instalacji solarnej jest bardzo zmienny. (Aby dowiedzieć się więcej o przyczynach i konsekwencjach cieniowania, ten artykuł i Ta sekcja naszej serii strat systemów fotowoltaicznych to świetne zasoby.)
• okablowanie i połączenia: Rezystancja w połączeniach elektrycznych instalacji solarnej zwykle powoduje straty energii o kilka procent.
• niedopasowanie: ze względu na różnice w produkcji moduły tego samego typu mogą mieć nieco inne właściwości elektryczne. To niedopasowanie między modułami może prowadzić do utraty wydajności.
• wydajność falownika: Konwersja PRĄDU STAŁEGO na prąd przemienny za pomocą falownika jest zwykle około 96-97% wydajna. Falowniki zwykle mają wyższą sprawność, gdy moc wejściowa DC jest wysoka. Wydajność konwersji ma duży wpływ, gdy moc wejściowa jest znacznie mniejsza niż moc znamionowa falownika.
• wiek: panele słoneczne produkują mniej energii, im są starsze. Zazwyczaj zakłada się, że spadek wydajności wynosi około 0,5% rocznie.

aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tych strat, zobacz naszą serię strat systemu PV.

typowe wartości wydajności słonecznej dla różnych typów strat systemu PV.

Współczynnik obniżania wartości systemu

powyższe czynniki są połączone w współczynnik zwany współczynnikiem obniżania wartości systemu, aby reprezentować całkowite straty instalacji słonecznej. Na przykład PVWatts, Kalkulator produkcji energii w systemie fotowoltaicznym obsługiwanym przez NREL, używa domyślnego współczynnika obniżania wartości systemu o 86%.

jednak w zależności od projektu systemu lub warunków środowiskowych wartość ta może być wyższa lub niższa. Zaawansowane oprogramowanie do projektowania solar jak Aurora może zapewnić, że dokładnie określić straty systemu PV i ile energii Twój system PV będzie produkować.

sprawność panelu słonecznego (modułu) oznacza, jaką część natężenia promieniowania moduł zamienia na energię elektryczną w standardowych warunkach testowych (STC; natężenie promieniowania 1000 W/m2, temperatura otoczenia 25°C). Ogólnie rzecz biorąc, można oszacować wydajność systemu PV w konwersji natężenia napromieniowania w energię elektryczną (w ramach STC) przy użyciu następującego wzoru:

$$ \ text{ogólna sprawność systemu} = \ text {sprawność modułu} \ times \ text{}$$

należy zauważyć, że są to jedynie obliczenia na odwrocie. Aby uzyskać kompleksową analizę produkcji energii, potrzebujesz aplikacji, takiej jak Aurora, która zawiera wszystkie charakterystyki środowiskowe, mechaniczne i elektryczne systemu PV.

O Solar PV Edukacja 101

Jak System fotowoltaiczny produkuje energię elektryczną jest częścią Solar PV Edukacja 101, sześć serii artykułów, które służy jako wstępny elementarz na temat podstaw Solar PV Dla początkujących.

Artykuł 1: Przewodnik dla początkujących do energii słonecznej
Artykuł 2: Jak System fotowoltaiczny produkuje energię elektryczną
Artykuł 3: Czytanie rachunku za energię elektryczną: Przewodnik dla początkujących
Artykuł 4: Jak Rozmiar systemu fotowoltaicznego z rachunku za energię elektryczną
Artykuł 5: straty cienia dla systemów fotowoltaicznych i techniki ich łagodzenia
Artykuł 6: Podstawowe zasady, które kierują koszty systemu PV

Christian Brown