Dai pannelli fotovoltaici agli inverter: una spiegazione dettagliata della composizione di un sistema di generazione di energia solare completa

Sullo sfondo della difesa globale dell'energia sostenibile, l'energia solare, come fonte di energia pulita e rinnovabile, sta gradualmente entrando nella nostra vita. I sistemi di generazione di energia solare hanno attirato sempre più attenzione per la loro protezione ambientale, risparmio energetico e molti altri vantaggi. Quindi, come è composto un sistema completo di generazione di energia solare? Cominciamo con il componente più elementare: i pannelli fotovoltaici.

I pannelli fotovoltaici, noti anche come pannelli solari, sono uno dei componenti principali dei sistemi di generazione di energia solare. Si comportano come una "cattura" efficiente responsabile della conversione della luce solare in energia elettrica. Il suo principio di lavoro si basa sul famoso "effetto fotovoltaico". Quando la luce solare brilla su un pannello fotovoltaico, i fotoni interagiscono con il materiale a semiconduttore nel pannello fotovoltaico per stimolare le coppie di buchi elettronici. Questi elettroni e fori si muovono in diverse direzioni sotto l'azione del campo elettrico all'interno del materiale a semiconduttore, formando una corrente elettrica.

I pannelli fotovoltaici sono generalmente composti da più unità di celle solari. La maggior parte di queste unità cellulari sono realizzate con materiali di silicio, di cui le cellule di silicio monocristalline e le cellule di silicio policristalline sono le più comuni. Le celle di silicio monocristalline hanno un'elevata efficienza di conversione, raggiungendo generalmente il 20% - 25%, il che significa che può convertire il 20% - 25% dell'energia solare in energia elettrica. Il suo processo di produzione è relativamente complesso e il costo è relativamente elevato, ma ha prestazioni di generazione di energia stabili e una lunga durata di servizio fino a 25 - 30 anni. L'efficienza di conversione delle cellule di silicio policristallino è leggermente inferiore, circa il 15% - 20%, ma il suo costo di produzione è relativamente basso e ha alcuni vantaggi in termini di efficacia in termini di applicazioni su larga scala e la sua durata di servizio può anche raggiungere circa 20 - 25 anni.

Oltre al silicio monocristallino e alle cellule di silicio policristalline, esistono altri tipi di pannelli fotovoltaici come silicio amorfo, cadmio tenello di gallio indio di rame. I pannelli fotovoltaici di silicio amorfo hanno i vantaggi di una buona flessibilità e possono essere trasformati in film sottili. Sono spesso utilizzati in alcune scene con requisiti speciali per lo spazio di aspetto o installazione, ma la loro efficienza di conversione è relativamente bassa, generalmente il 6% - 12%. I pannelli fotovoltaici del cadmio Telluride e del rame in indio al gallio hanno un certo potenziale nell'efficienza e nei costi di conversione e si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni, ma la loro quota di mercato è ancora inferiore a quella del silicio monocristallino e dei pannelli fotovoltaici in silicio policristallino.

L'energia generata dai pannelli fotovoltaici è DC, mentre la maggior parte degli elettrodomestici elettrici che utilizziamo nella nostra vita quotidiana richiedono che l'AC funzioni correttamente. In questo momento, l'inverter svolge un ruolo chiave. È come un magico "convertitore" responsabile della conversione dell'uscita DC dei pannelli fotovoltaici in AC per soddisfare le esigenze di potenza di diversi utenti come famiglie e imprese.

Esistono molti tipi di inverter e quelli comuni sono inverter centralizzati, inverter di corde e micro inverter. Gli inverter centralizzati hanno un'alta potenza e sono generalmente adatti per grandi centrali solari. Raccoglie il DC generato da più gruppi di pannelli fotovoltaici e li converte. Il vantaggio è che il costo è relativamente basso ed è facile gestire e mantenere centralmente, ma una volta che si verifica un errore, può influire sul funzionamento dell'intero sistema di generazione di energia. L'inverter di stringa converte DC in AC separatamente per diversi gruppi di pannelli fotovoltaici, quindi aggrega questi AC. Ha una maggiore flessibilità. Anche se una determinata stringa ha problemi, non influirà sul normale funzionamento di altre stringhe. Inoltre, può eseguire meglio i suoi vantaggi delle prestazioni negli scenari di installazione dei pannelli fotovoltaici con schermatura parziale o diversi orientamenti. Attualmente è ampiamente utilizzato nei progetti distribuiti di generazione di energia fotovoltaica. Il micro inverter viene installato direttamente sul retro di ciascun pannello fotovoltaico per convertire separatamente l'uscita di alimentazione CC di ciascun pannello fotovoltaico. La sua più grande caratteristica è che può realizzare un monitoraggio indipendente e il massimo tracciamento dei punti di alimentazione di ciascun pannello fotovoltaico. Anche se un pannello fotovoltaico è bloccato o fallisce, altri pannelli fotovoltaici possono comunque funzionare normalmente, il che migliora notevolmente l'efficienza e la stabilità della generazione di energia dell'intero sistema di generazione di energia. Tuttavia, poiché ogni micro inverter corrisponde solo a un pannello fotovoltaico, il suo costo è relativamente elevato.

Nel processo di conversione dell'energia elettrica, l'inverter ha anche altre importanti funzioni. Ad esempio, la funzione di tracciamento del punto di alimentazione massimo (MPPT) può monitorare la potenza di uscita del pannello fotovoltaico in tempo reale e regolare automaticamente i parametri di lavoro in modo che il pannello fotovoltaico funzioni sempre vicino al punto di alimentazione massimo, migliorando così l'efficienza della generazione di energia. Inoltre, l'inverter ha anche funzioni di protezione della sicurezza come protezione da sovratensione, protezione da sovracorrente e protezione delle perdite per garantire il funzionamento stabile del sistema di generazione di energia e la sicurezza del personale e delle attrezzature.

Affinché i pannelli fotovoltaici ricevano meglio la luce solare, è necessaria una struttura di supporto stabile, che è il sistema di staffa. Il sistema di staffa è come un "supporto solido" per i pannelli fotovoltaici. Non solo porta il peso dei pannelli fotovoltaici stessi, ma resiste anche a vari fattori ambientali naturali, come vento, pioggia, neve, ecc.

I sistemi di staffa possono essere divisi in due tipi: fisso e monitoraggio. Le staffe fisse sono semplici da installare e a basso costo. Riparano i pannelli fotovoltaici a terra, il tetto o altri edifici con un certo angolo e orientamento. L'angolo di installazione di questa parentesi è generalmente ottimizzato in base alle condizioni locali di latitudine e radiazione solare per garantire che i pannelli fotovoltaici possano ricevere una luce solare sufficiente per la maggior parte dell'anno. Le staffe di monitoraggio sono più intelligenti. Possono regolare automaticamente l'angolo dei pannelli fotovoltaici in base ai cambiamenti nella posizione del sole, in modo che i pannelli fotovoltaici rimangono sempre perpendicolari o quasi perpendicolari alla luce solare, massimizzando così l'efficienza dei pannelli fotovoltaici che ricevono la luce solare. Le staffe di monitoraggio sono generalmente divise in due tipi: monitoraggio ad asse singolo e tracciamento a doppio asse. Le staffe di tracciamento ad asse singolo possono ruotare lungo un asse (di solito l'asse orizzontale nella direzione est-ovest o l'asse inclinato nella direzione nord-sud), mentre le staffe di tracciamento a doppio asse possono ruotare simultaneamente in due assi, con una maggiore accuratezza del monitoraggio, ma costi relativamente più alti.

Quando si sceglie un sistema di parentesi, è necessario essere considerati molti fattori in modo completo. Ad esempio, la topografia del sito di installazione, l'area disponibile, le condizioni climatiche locali e il budget. Per i piccoli progetti di generazione di energia fotovoltaica distribuita, come i sistemi fotovoltaici sul tetto della casa, le staffe fisse sono generalmente selezionate a causa dell'area di installazione limitata e della sensibilità dei costi. Nelle grandi centrali fotovoltaiche a terra, se le condizioni del sito consentono e si richiede una maggiore efficienza di generazione di energia, le staffe di monitoraggio possono essere una scelta migliore.

Nei sistemi di generazione di energia solare, i pacchi batteria svolgono il ruolo di "magazzino di stoccaggio" di energia elettrica. Quando c'è una luce solare sufficiente, l'elettricità generata dai pannelli fotovoltaici può essere utilizzata immediatamente dagli utenti e l'elettricità in eccesso può essere immagazzinata nel pacco batteria. Nel caso di insufficiente luce solare di notte o nei giorni nuvolosi, il pacco batteria rilascia l'elettricità immagazzinata per fornire agli utenti un alimentatore continuo e stabile.

I tipi comuni di batterie includono batterie al acido di piombo, batterie a idruro di nichel-metallo e batterie agli ioni di litio. Le batterie al piombo-acido sono una delle batterie di accumulo di energia più utilizzate. Hanno i vantaggi della tecnologia a basso costo, maturo e una facile manutenzione. Tuttavia, la loro densità di energia è relativamente bassa, il loro volume e peso sono grandi e la loro durata del ciclo di carica e scarico è generalmente intorno a 300-500 volte. Le prestazioni delle batterie a idruro di nichel-metallo sono migliori di quelle delle batterie al piombo-acido. Hanno una maggiore densità energetica, una durata di carica e ciclo di scarica più lunga (fino a circa 1, 000) ​​e sono rispettosi dell'ambiente, ma anche il loro costo è relativamente elevato. Le batterie agli ioni di litio hanno vantaggi significativi come alta densità di energia, piccolo volume, peso leggero, alta carica e efficienza di scarica e durata del ciclo lungo (di solito fino a 1, 500-3, 000 volte), ma il loro costo è relativamente alto al momento. In alcuni scenari di applicazione sensibili ai costi, la loro promozione è soggetta a determinate restrizioni.

Durante la progettazione e la configurazione di pacchi batteria, è necessario considerare in modo completo fattori come la domanda di potenza effettiva del sistema di generazione di energia solare, la capacità di generazione di energia dei pannelli fotovoltaici e le condizioni di luce locale. Ad esempio, è necessario determinare la capacità della batteria appropriata per garantire che la domanda di elettricità di base degli utenti possa essere soddisfatta nel caso di giorni nuvolosi continui. Allo stesso tempo, è anche necessario prestare attenzione alla gestione della batteria di addebito e scarico, adottare una ragionevole strategia di addebito e scarico, estendere la durata della batteria e ridurre il costo di accumulo di energia.

Il controller è la "governante intelligente" del sistema di generazione di energia solare. È responsabile del monitoraggio e del controllo dell'intero sistema di generazione di energia per garantire il funzionamento sicuro e stabile del sistema. Il controller ha principalmente le seguenti funzioni importanti:

Il primo è la funzione di controllo di carica e scarico. Può monitorare la tensione, la corrente e altri parametri del gruppo della batteria in tempo reale e controllare automaticamente il processo di ricarica del pannello fotovoltaico sulla batteria in base allo stato di ricarica della batteria e alle condizioni di lavoro del sistema di generazione di energia per evitare che la batteria venga sovraccaricata o sovraccaricata. Quando la batteria è completamente carica, il controller interromperà automaticamente il circuito di ricarica per evitare danni alla batteria causata dalla sovraccarico; E quando l'energia della batteria è troppo bassa, il controller controllerà per interrompere lo scarico per proteggere la durata della batteria.

Il secondo è la funzione di controllo del monitoraggio dei punti di potenza massima. Il controller può regolare lo stato di lavoro del pannello fotovoltaico in tempo reale lavorando in combinazione con l'inverter, in modo che funzioni sempre vicino al punto di potenza massimo, migliorando così l'efficienza della generazione di energia del pannello fotovoltaico.

Inoltre, il controller ha anche la diagnosi dei guasti del sistema e le funzioni di protezione. Può monitorare ciascun componente nel sistema di generazione di energia in tempo reale. Una volta rilevato un guasto, ad esempio un corto circuito nel pannello fotovoltaico, surriscaldamento dell'inverter, perdita della batteria, ecc., Il controller adotterà immediatamente misure di protezione corrispondenti, come tagliare il circuito di guasto e emettere un segnale di allarme, per garantire un segnale di allarme sicuro.

Anche i controller utilizzati nei sistemi di generazione di energia solare di diversi tipi e dimensioni sono diversi. Nei piccoli sistemi di generazione di energia solare, viene generalmente utilizzato un controller integrato relativamente semplice. Integra funzioni di base come il controllo di carica e scarica e il massimo controllo del monitoraggio dei punti di alimentazione. È di dimensioni ridotte e a basso costo ed è adatto a piccoli scenari di applicazione come i sistemi fotovoltaici del tetto domestico. Nelle grandi centrali solari, è richiesto un controller centralizzato più potente e intelligente. Può monitorare e gestire uniformemente molti pannelli fotovoltaici, inverter, pacchi batteria e altre attrezzature nell'intera stampante di alimentazione per ottenere un controllo del sistema più efficiente e accurato.

Un sistema completo di generazione di energia solare è costituito da più componenti come pannelli fotovoltaici, inverter, sistemi di staffa, pacchetti di batterie e controller che lavorano insieme. Ogni componente svolge un ruolo indispensabile. Lavorano insieme per convertire l'energia solare in elettricità che possiamo usare, contribuendo alla realizzazione dello sviluppo energetico sostenibile. Con il continuo avanzamento della tecnologia e la graduale riduzione dei costi, le prospettive delle applicazioni dei sistemi di generazione di energia solare saranno più ampie e dovrebbero occupare una posizione più importante nel futuro campo energetico.