Cum Produce un sistem fotovoltaic electricitate?

ca un profesionist solare, este important să fie în măsură să explice procesul de modul în care un sistem solar fotovoltaic produce energie electrică. Acest proces pare misterios pentru mulți și concepțiile greșite abundă printre cei care nu sunt familiarizați cu energia solară. În acest articol, ne întoarcem la elementele de bază cu o prezentare generală a modului în care instalațiile solare furnizează energie electrică și cum funcționează procesul pentru client.

Să începem cu bazele modului în care este produsă energia solară și apoi vom intra în specificul sistemelor fotovoltaice.

elementele de bază ale unui sistem fotovoltaic Solar

sistemele fotovoltaice solare sunt în esență orice combinație de panouri solare, hardware-ul necesar pentru a ajuta fluxul de energie prin panouri și invertoare.

în funcție de tipul de sistem, pot utiliza invertoare de șir, microinvertoare sau optimizatoare de putere pentru a converti energia, dar structura de bază a majorității sistemelor fotovoltaice este aceeași.

cum funcționează energia solară într-un sistem fotovoltaic?

panourile solare transformă energia fotonilor (particule de lumină) în electricitate (așa cum discutăm în Ghidul începătorului pentru energia solară). Acest proces se numește efect fotovoltaic.

când un foton lovește un dispozitiv fotovoltaic (PV), energia sa este transferată de la foton la electronii locali din material. Acești electroni excitați încep să curgă, producând un curent electric.

celulele solare (în interiorul panourilor solare) produc curent continuu (DC) electricitate, care este de obicei convertită în curent alternativ (AC) electricitate de către un invertor. Acest lucru permite ca acesta să fie trimis înapoi la rețeaua electrică, care funcționează cu energie electrică de curent alternativ, precum și utilizat pentru alimentarea aparatelor din casa clientului (sau clădirea comercială, în cazul instalațiilor solare comerciale).

Aceasta este explicația în profunzime. Pe scurt, procesul de modul în care funcționează panouri solare implică trei etape principale:

1. celulele solare din panourile solare absorb lumina de la soare, ceea ce face ca un curent electric să înceapă să curgă.
2. un invertor convertește curent continuu de energie electrică în curent alternativ.
3. această energie electrică este utilizată pentru a furniza cerințele actuale de energie în clădirea clientului, iar excesul de energie electrică dincolo de ceea ce poate utiliza clientul este exportat în rețea.

ce se întâmplă cu energia produsă de un sistem fotovoltaic?

majoritatea clienților solari din SUA au instalații solare conectate la rețea. Casa lor este conectată la rețeaua electrică, ceea ce le permite să utilizeze energia furnizată de utilitatea lor electrică atunci când au nevoie de mai mult decât produce instalația lor solară (cum ar fi într-o zi ploioasă sau noaptea).

înseamnă, de asemenea, că ori de câte ori sistemul lor fotovoltaic produce mai mult decât au nevoie, acea energie în exces poate fi trimisă la rețea pentru ca alții să o folosească.

contorizarea netă

o politică numită contorizare netă, comună în SUA, compensează clienții solari pentru acest exces de energie, astfel încât aceștia să poată compensa costul energiei electrice viitoare pe care o vor folosi din rețea.

contorizarea netă a jucat un rol semnificativ în eficientizarea costurilor energiei solare. Cu toate acestea, în întreaga țară, începem să vedem unele schimbări în modul în care companiile de utilități implementează contorizarea netă, dintre care multe reduc valoarea pe care clienții solari o primesc de la instalațiile lor solare.

tarifele de alimentare

tarifele de alimentare sunt un alt mod de a compensa clienții solari pentru energia electrică pe care o trimit la rețea în unele zone.

care sunt componentele unui sistem fotovoltaic?

un sistem fotovoltaic simplu conține două tipuri de componente de bază:

• module solare: modulele solare conțin celule solare care transformă lumina soarelui în energie electrică.
• invertor(e): un invertor convertește curent continuu la curent alternativ. De asemenea, poate îndeplini alte funcții care sunt benefice pentru rețeaua electrică (a se vedea articolul nostru despre invertoarele inteligente, care sunt acum necesare în California).

diagrama unui sistem fotovoltaic simplu. Sursa: Aurora Solar.

componente BOS

este o practică obișnuită să se facă referire la toate componentele unui sistem fotovoltaic, în afară de module, ca componente ale balanței sistemului (Bos). Exemple de componente BOS includ invertoare, deconectări, rafturi și cabluri.

desigur, aceasta este doar o prezentare de bază a părților unei instalații solare și a modului în care acestea se potrivesc împreună. Explorați câteva dintre articolele noastre conexe pentru o scufundare mai profundă în modurile în care panourile solare și invertoarele pot fi conectate împreună (înșirare) și unele alternative la invertoarele tradiționale, cunoscute sub numele de module-level power electronics (MLPE).

ce factori afectează eficiența sistemului fotovoltaic Solar

este important să rețineți că procesul de producere a energiei electrice din energia solară nu este 100% eficient. Factorii de mediu—cum ar fi temperatura, murdărirea și umbrirea-precum și pierderile din componentele electrice, pot afecta eficiența unui sistem fotovoltaic. Categoriile tipice de pierderi includ:

• temperatura: eficiența panoului Solar variază în funcție de temperatură. Temperaturile ridicate au un impact negativ asupra performanței.
• murdărire: Materialul care se acumulează pe suprafața panourilor fotovoltaice poate bloca lumina să ajungă la celulele solare, reducând astfel puterea generată. Pierderea de putere datorată murdăririi este foarte variabilă, în funcție de tipul de murdărire (cum ar fi praful sau zăpada) și de frecvența curățării panoului.

murdărirea, cum ar fi praful, pe modulele fotovoltaice reduce puterea de ieșire.

• umbrire: umbrirea este obstrucția iradierii datorată copacilor, clădirilor, terenului și altor obiecte din mediu. Efectul umbririi asupra puterii unei instalații solare este foarte variabil. (Pentru a afla mai multe despre cauzele și consecințele umbririi, acest articol și această secțiune a seriei noastre de pierderi de sistem fotovoltaic sunt resurse excelente.)
• Cabluri și conexiuni: rezistența conexiunilor electrice ale unei instalații solare duce de obicei la pierderi de energie de câteva procente.
• nepotrivire: datorită variațiilor de fabricație, modulele de același tip pot avea caracteristici electrice ușor diferite. Această nepotrivire între module poate duce la o pierdere de performanță.
• eficiența invertorului: conversia DC în curent alternativ printr-un invertor este de obicei în jur de 96-97% eficientă. Invertoarele au de obicei o eficiență mai mare atunci când puterea de intrare DC este mare. Eficiența conversiei are un mare succes atunci când puterea de intrare este mult mai mică decât puterea nominală a invertorului.
• vârstă: panourile solare produc mai puțină energie cu cât îmbătrânesc. De obicei, se presupune că scăderea performanței este de aproximativ 0,5% pe an.

pentru o scufundare profundă asupra acestor pierderi, consultați seria noastră de pierderi din sistemul fotovoltaic.

valori tipice ale eficienței solare pentru diferite tipuri de pierderi ale sistemului fotovoltaic.

factor Drerat de sistem

factorii de mai sus sunt combinați într-un coeficient numit factor drerat de sistem pentru a reprezenta pierderile globale ale unei instalații solare. De exemplu, PVWatts, un calculator de producție a energiei sistemului fotovoltaic acceptat de NREL, utilizează un factor implicit de deratare a sistemului de 86%.

cu toate acestea, în funcție de proiectarea sistemului sau de condițiile de mediu, această valoare poate fi mai mare sau mai mică. Software-ul avansat de proiectare solară, cum ar fi Aurora, vă poate asigura că determinați cu exactitate pierderile sistemului fotovoltaic și câtă energie va produce sistemul dvs. fotovoltaic.

eficiența panoului Solar (modul) indică ce porțiune de iradianță un modul transformă în energie electrică în condiții de testare standard (STC; iradianță de 1000W/m2, Temperatura ambiantă de 25 CTC). Ca regulă generală, puteți estima eficiența unui sistem fotovoltaic în conversia iradianței în energie electrică (sub STC) folosind următoarea formulă:

$ $ \text{eficiența generală a sistemului} = \ text{eficiența modulului} \ times \ text{factorul Drate}$$

este important să rețineți că acestea sunt doar calcule back-of-the-plic. Pentru a obține o analiză cuprinzătoare a producției de energie, aveți nevoie de o aplicație software, cum ar fi Aurora, care încorporează toate caracteristicile de mediu, mecanice și electrice ale unui sistem fotovoltaic.

despre Solar PV Education 101

modul în care un sistem fotovoltaic produce energie electrică face parte din Solar PV Education 101, o serie de șase articole care servește ca un primer introductiv asupra fundamentelor fotovoltaice solare pentru începători.

Articolul 1: Ghidul începătorului pentru energia solară
Articolul 2: modul în care un sistem fotovoltaic produce energie electrică
articolul 3: citirea facturii dvs. de energie electrică: Ghidul începătorului
articolul 4: Cum să dimensionați un sistem fotovoltaic dintr-o factură de energie electrică
articolul 5: pierderi de umbră pentru sistemele fotovoltaice și tehnici de atenuare a acestora
Articolul 6: Principiile de bază care ghidează costurile sistemului fotovoltaic

Christian Brown