sistem fotovoltaic Solar legat de rețea (PV)

majoritatea sistemelor fotovoltaice sunt sisteme legate de rețea care funcționează împreună cu energia furnizată de compania electrică. Un sistem solar legat de rețea are un invertor special care poate primi energie de la rețea sau poate trimite energie AC de calitate a rețelei la rețeaua de utilități atunci când există un exces de energie din Sistemul solar.

sistem fotovoltaic Solar legat de rețea

în plus, compania de utilități poate produce energie de la fermele solare și poate trimite energie direct la rețea.

sisteme fotovoltaice rezidențiale și mici legate de rețea

sistemele fotovoltaice legate de rețea pot fi configurate cu sau fără o baterie de rezervă. Cel mai simplu sistem fotovoltaic legat de rețea nu folosește backup-ul bateriei, ci oferă o modalitate de a suplimenta o parte din puterea utilității. Componentele majore ale acestui sistem sunt modulele fotovoltaice și un invertor.

sistem fotovoltaic legat la rețea rezidențială (Sursa: Wikipedia)

modulele pot fi conectate în serie la invertor dacă limitele de tensiune nu sunt depășite sau poate fi utilizată o cutie combinatoare separată pentru a combina ieșirile diferitelor module în paralel.

invertorul trebuie să fie un tip special care poate fi conectat direct la cutia întrerupătorului de curent alternativ, deci trebuie să transforme DC-ul din modulele fotovoltaice în ac compatibil cu rețeaua și să se potrivească cu faza valului sinusoidal utilitar.

De asemenea, trebuie să poată deconecta sistemul fotovoltaic (folosind un comutator de transfer automat) atunci când grila este în jos, deci trebuie să fie un invertor aprobat care respectă standardul UL 1741. Un comutator de transfer este un comutator automat care poate comuta sarcini între surse alternative de alimentare fără a întrerupe curentul.

o diagramă bloc de bază a unui sistem fotovoltaic legat de rețea cu module fotovoltaice de serie este prezentată în Figura 1.

comparativ cu un sistem cu baterie de rezervă, un sistem fără baterie ca acesta este mai puțin costisitor, mai ușor de instalat și aproape fără întreținere. Ea are avantajul de a nu avea de a furniza toate puterea necesară pentru acasă sau de afaceri; se poate compensa orice fracțiune de putere și au utilitate face diferența.

dacă rețeaua este fiabilă, așa cum este în majoritatea zonelor urbane, atunci un sistem fără baterii oferă cea mai bună performanță pe dolar cheltuit.

pentru multe clădiri comerciale de birouri, magazine și clădiri industriale, un sistem fără baterii are sens. Aceste tipuri de clădiri sunt ocupate în mod normal în timpul zilei, corespunzând timpilor în care este disponibilă resursa solară.

de obicei, modulele pot fi instalate pe acoperișul clădirii sau pe o structură de parcare, astfel încât terenul nu este sacrificat pentru matrice. Sistemul poate fi configurat astfel încât orice exces de energie să fie vândut înapoi utilității, atenuând orice îngrijorare cu privire la capacitatea neutilizată de weekend sau de vacanță.

Figura 1 sistem fotovoltaic Solar simplificat legat de rețea fără baterii

UL standard 1741

Underwriters Laboratories Irak (UL) este o organizație independentă de certificare a siguranței produselor care scrie standarde pentru siguranță și testează produsele pentru conformitate.

UL standard 1741 enumeră cerințele pentru invertoare, convertoare, controlere de încărcare și echipamente de sistem de interconectare atât pentru sistemele de alimentare interactive (legate de rețea), cât și pentru sistemele care nu sunt legate de rețea.

alte standarde UL sunt scrise pentru module fotovoltaice și cutii de joncțiune, cablare, conectori, Baterii și sisteme de montare. De exemplu, standardul UL 1703 specifică standarde pentru sistemele fotovoltaice de până la 1.000 V.

companiilor care primesc certificare UL li se permite să afișeze marca UL pe produs(e).

sistem fotovoltaic rezidențial și mic legat de rețea cu baterie de rezervă

sistemele fotovoltaice legate de rețea cu baterie de rezervă pot continua să furnizeze energie oricând rețeaua coboară. Sistemul poate comuta fără probleme la alimentarea de rezervă atunci când apare o întrerupere electrică. În același timp, deconectează sistemul de la rețea, astfel încât să nu trimită energie atunci când rețeaua este în jos.

sarcini de rezervă

un sistem mic cu capacitate de rezervă completă a bateriei este mult mai scump decât un sistem fără baterie.

o modalitate de a reduce costurile este împărțirea sistemului în sarcini de rezervă și sarcini fără rezervă, reducând astfel numărul de baterii necesare, economisind costul inițial și reducând cerințele de întreținere și spațiu.

această opțiune necesită recablarea panoului de service și plasarea încărcărilor fără backup pe un panou dedicat separat de cele care sunt salvate. În esență, această opțiune este echivalentă cu a avea două sisteme, dar recablarea unui panou poate fi o opțiune mai ieftină decât un sistem complet susținut.

un sistem cu sarcini de rezervă și sarcini fără rezervă este prezentat în diagrama bloc din Figura 2. Panourile sunt afișate mergând într-o cutie combinatoare, dar un aranjament în serie este o altă opțiune pentru conectarea modulelor.

o cutie de combinare este o cutie de conectare electrică pentru combinarea ieșirilor mai multor panouri solare într-o singură ieșire DC.

Figura 2 sistem simplificat de rezervă a bateriei pentru o parte din sarcina de curent alternativ

când sistemul se află în modul interactiv grilă, invertorul preia energie din surse și o trimite la sarcinile de rezervă. Sarcinile principale sunt alimentate direct din rețea.

dacă există mai multă energie din modulele fotovoltaice decât este necesară pentru sarcinile susținute, excesul este pus pe rețea printr-un comutator de transfer intern, rezultând un credit pentru proprietarul casei (contorizare netă).

când rețeaua este în jos sau în afara specificațiilor, comutatorul de transfer se deschide și numai sarcinile de rezervă primesc energie de la invertor. Sarcinile principale depind exclusiv de rețea, astfel încât acestea vor fi oprite până la restabilirea alimentării.

dimensionarea invertorului PV

dimensiunea invertorului și a bateriei de rezervă necesare pentru un sistem parțial de rezervă necesită o analiză a sarcinilor care vor fi puse pe sistemul de rezervă.

pentru a estima necesarul de energie pentru sarcinile de rezervă, puterea fiecărei sarcini poate fi rezumată pe o foaie de calcul. Motoarele au nevoie de mai multă putere în timpul pornirii decât în timpul funcționării, astfel încât sistemul trebuie să fie dimensionat în funcție de puterea de pornire. Din rezultatele acestei analize, invertorul, inclusiv diverse opțiuni, poate fi selectat. O opțiune este utilizarea invertoarelor care pot fi stivuite.

termenul stivuire se referă la conectarea a două invertoare pentru a furniza ieșiri 120/240 V în fază divizată. O altă opțiune disponibilă pe unele invertoare este furnizarea unei intrări de generator de motor de rezervă.

Baterie pentru sistemul fotovoltaic

bateria este dimensionată în funcție de numărul de zile de autonomie necesare. Dimensiunea se poate baza pe modele istorice de timp în care grila este în jos.

în general, un sistem care face backup pentru rețea este ciclat numai atunci când rețeaua este în jos, astfel încât considerațiile de dimensionare sunt diferite decât în sistemul fără rețea, care circulă zilnic.

o adâncime de descărcare de 80% este adecvată pentru un sistem care este ciclat rar, iar numărul de zile de autonomie se bazează mai degrabă pe performanța rețelei decât pe modelele meteorologice.

ciclismul rar înseamnă că bateriile sigilate pot fi o alegere bună pentru un sistem de rezervă, deoarece necesită mai puțină întreținere decât tipurile inundate.

dezavantajul bateriilor sigilate este că acestea sunt mai scumpe și au o speranță de viață mai scurtă decât tipurile inundate.

pentru sistemele de backup pentru baterii, contoarele de baterii care pot raporta starea de încărcare sunt utile. Aceste contoare arată tensiunea, curentul și procentul de încărcare completă.

o altă opțiune este un contor de putere care monitorizează performanța sistemului și avertizează utilizatorul cu privire la condițiile de defecțiune.

studiile au arătat că sistemele de monitorizare încurajează conservarea energiei și că informațiile mai detaliate conduc la o conservare mai mare.

sisteme fotovoltaice mici cu microinvertoare

sistemele prezentate anterior duc DC la un invertor central și îl convertesc în AC în acel moment. O altă opțiune care crește în popularitate este utilizarea unui microinvertor la fiecare modul.

un microinvertor este un convertor DC-AC care este dimensionat pentru a funcționa cu un singur modul solar. Astfel, poate oferi urmărirea maximă a punctului de putere pentru modul și o eficiență mai mare, în special pentru situații precum un singur modul umbrit care a redus puterea. Un sistem de bază este ilustrat în Figura 3.

fiecare invertor pune în rețea compatibil AC care este sincronizat cu alte microinvertoare în sistem. Microinvertoarele sunt instalate în paralel unul cu celălalt pentru a forma un circuit de ramificație.

circuitele ramificate sunt adesea combinate la un subpanel. Rezultatul este un sistem mai modularizat; dacă un modul sau microinvertor eșuează, restul sistemului continuă să funcționeze (la ieșire redusă), deoarece celelalte microinvertoare sunt conectate în paralel și o sursă deschisă nu afectează funcționarea celorlalte.

modulul sau microinvertorul defect pot fi reparate fără a deconecta restul sistemului; cu toate acestea, modulul defect poate fi îndepărtat pentru întreținere.

unele module sunt echipate cu un microinvertor încorporat și circuite pentru a optimiza ieșirea.

micro invertoarele încorporate nu au acces la circuitele DC din modulul fotovoltaic, dar elimină cablajul DC, conectorii, cutiile de combinare și așa mai departe. Acest lucru simplifică instalarea, făcând sistemul global eficient și rentabil. De asemenea, elimină circuitele DC de înaltă tensiune (până la 600 V), astfel încât sistemul Micro inverter este mai sigur decât sistemele de înaltă tensiune cu invertor central.

Figura 3 Sistem de bază micro invertor. DC de la fiecare modul este convertit în ac unde este conectat la alte micro invertoare din sistem.

sisteme fotovoltaice comerciale și instituționale

sistemele fotovoltaice solare comerciale și instituționale pot oferi economii de scară și au adesea avantajul unei cereri relativ mai mici de energie electrică pe timp de noapte.

majoritatea acestor sisteme sunt concepute pentru a reduce cererea de energie electrică pentru un utilizator mai mare, cum ar fi o afacere, o școală sau o unitate de producție, astfel încât sistemul este conceput pentru a fi un sistem fotovoltaic legat de rețea.

câteva sisteme sunt concepute ca sisteme off-grid pentru aplicații la distanță, cum ar fi un sistem fotovoltaic care a fost instalat pentru un sanctuar marin pe Insulele Farallones.

sanctuarul marin importase anterior motorină pentru a rula generatoare pentru electricitate. În plus față de suplimentarea puterii de utilitate, o altă aplicație pentru unitățile comerciale și instituționale este de a oferi o stație de combustibil solar pentru angajații lor sau pentru public.

panourile solare sunt montate deasupra unei zone de parcare și furnizează energie de încărcare vehiculelor electrice, o potrivire excelentă a resurselor disponibile cu nevoia (încărcarea vehiculelor electrice). Figura 4 prezintă o stație de combustibil solar.

multe comunități și entități guvernamentale furnizează aceste stații la parcările publice pentru a încuraja utilizarea vehiculelor electrice și pentru a reduce emisiile.

Figura 4 Stație De Alimentare Solară. Modulele solare ale acestei stații de alimentare sunt utilizate pentru încărcarea vehiculelor electrice.

sisteme fotovoltaice legate de rețeaua de utilități

în unele zone, utilitățile au construit rețele fotovoltaice mari care sunt concepute pentru a alimenta rețeaua. Utilitatile au multe considerente diferite pentru implementarea sistemelor fotovoltaice solare, deoarece furnizeaza energie mai degraba decat o consuma.

când o companie de utilități are în vedere adăugarea de energie solară, sistemul este mai întâi analizat și modelat pentru a determina efectele, echilibrarea sarcinii, încărcarea echipamentelor și problemele de calitate a energiei.

se evaluează costul total, cum ar fi orice sisteme noi de transport și distribuție necesare, și impactul asupra instalațiilor existente, cum ar fi costurile reduse ale combustibilului.

în unele cazuri, poate fi mai economic să se dezvolte sisteme distribuite folosind rețele solare mai mici desfășurate pe alimentatoare specifice pentru a gestiona sarcina suplimentară și a reduce costurile de capital.

sistemele distribuite pot reduce, de asemenea, costurile legate de linie datorită puterii disipate în liniile de transmisie.

întrebări de revizuire

1. care este cerința pentru invertoarele fotovoltaice legate de rețea?
2. care sunt două motive pentru a avea un sistem fotovoltaic legat de rețea care nu este susținut?
3. cum diferă dimensionarea unei matrice de baterii într-un sistem fotovoltaic legat de rețea de dimensionarea unei matrice de baterii într-un sistem fără rețea?
4. de ce este utilă monitorizarea constantă a sistemului pentru un sistem fotovoltaic legat de rețea?
5. ce factori de cost ar trebui să ia în considerare utilitățile pentru adăugarea resurselor fotovoltaice solare pe care un proprietar nu trebuie să le ia în considerare?

răspunsuri:

1. invertoarele fotovoltaice legate de rețea trebuie să-și sincronizeze ieșirea cu utilitarul și să poată deconecta sistemul solar dacă rețeaua coboară.
2. (1) un sistem care este proiectat pentru a suplimenta puterea de rețea și nu-l înlocuiască în orice moment nu are nevoie de backup, astfel încât instalarea este simplificată. (2) bateria de rezervă este scumpă, ocupă spațiu și necesită întreținere regulată.
3. într-un sistem fotovoltaic legat de rețea, bateria trebuie să înlocuiască rețeaua numai în timpul întreruperilor, astfel încât probabilitatea și durata întreruperilor sunt factorul cheie în determinarea dimensiunii bateriei. Într-un sistem autonom, factorul cheie în determinarea dimensiunii bateriei este vremea la locație și perspectivele pentru perioade lungi de nori sau ploaie care ar împiedica sistemul să funcționeze la maximum.
4. monitorizarea sistemului poate furniza date de performanță de bază pentru sistem și poate ajuta la identificarea problemelor cu sistemul.
5. unii factori pe care utilitățile trebuie să-i ia în considerare sunt echilibrarea sarcinii; încărcarea echipamentelor; probleme de calitate a energiei electrice; costul total, inclusiv orice sisteme noi de transport și distribuție; precum și mulți alți factori.