Фотоэлектрическая система: Фотоэлектрические системы

Фотоэлектрические системы

Солнечная энергетика является одним из видов нетрадиционной энергетики. Принцип заключается в использовании солнечного излучения для получения тепла и электричества. Экологическая чистота и отсутствие вредных отходов одно из преимуществ солнечной энергетики.

Солнечная энергетика является одним из видов нетрадиционной энергетики. Принцип заключается в использовании солнечного излучения для получения тепла и электричества. Экологическая чистота и отсутствие вредных отходов одно из преимуществ солнечной энергетики.

Фотоэлектрическая система – это совокупность специальных элементов, с помощью которых происходит преобразование потока солнечного излучения в электричество. Итак, типовая автономная фотоэлектрическая система может иметь такие структурные элементы:

• Фотоэлектрический преобразователь – это основной элемент. Он является полупроводниковым прибором и преобразует энергию Солнца (энергию фотонов) в электрическую.
• Солнечные панели. Все фотоэлементы между собой соединяются в фотоэлектрический модуль (иными словами, солнечную панель). Как правило, мощность солнечной панели может составлять 10-250 Ватт. Дальше солнечные панели соединяются между собой в солнечные батареи (последовательно и параллельно), тем самым, могут образовывать фотоэлектрические системы большей мощности (до нескольких кВатт).
• Инвертор. Солнечные вырабатывают только постоянный ток. Для питания электроприборов необходим переменный. За преобразование постоянного тока в переменный отвечает инвертор. И хотя потребителей постоянного тока много (например, радиоаппаратура или зарядка аккумуляторов), приборов, работающих от переменного тока (напряжение 220В), не меньше.
• Коллектор. Пультом управления энергетической системы является солнечный коллектор, который не допускает обратного тока ночью или перегрузки всей системы.
• Устройство автоматического ввода резерва. Если энергия солнца отсутствует или аккумуляторы разряжены полностью, это устройство автоматически переключает питание объекта на электросеть.
• Электросчетчик солнечной электростанции. Прибор показывает, сколько электроэнергии подается в общую сеть, при необходимости – сколько потребляется (в зимнее время, к примеру).
• Аккумулятор (один или несколько) — необходим системе для того, чтобы сохранять энергию, которую выработал солнечный модуль.

Виды фотоэлектрических систем

В зависимости от области применения и исполнения различают такие типы фотоэлектрических систем:

• автономные или системы, соединенные с сетью;
• стационарные или мобильные;
• с аккумуляторным питанием или без.

Естественно, каждая конкретная фотоэлектрическая система может по этим же признакам отличаться.

Что может влиять на выбор фотоэлектрической системы?

Схем работы солнечных электростанций может быть много, ведь в каждом отдельном случае для решения поставленной задачи составляется индивидуальный проект. Несколько самых популярных схем:

• Автономное обеспечение объекта с использованием аккумуляторов, при котором объект питается исключительно от солнечных батарей.
• Автономная система-гибрид «Солнце-ветер». К системе солнечной электростанции через гибридный контроллер (или через отдельный контроллер для ветроустановок) можно подключить ветрогенератор.

Работу всей системы определяют три основные величины:

• Пиковая выходная мощность (ед. изм. кВт). Эта величина определяется только мощностью инвертора, она не зависит от количества солнечных дней или емкости аккумуляторов. Пиковую выходную мощность еще называют «пиковой нагрузкой». Исходя из этого параметра, можно определить количество электроприборов, которые могут быть одновременно к системе. Нельзя потреблять электроэнергии больше, чем позволяет мощность инвертора. К примеру, если вы потребляете электроэнергию редко, но в то же время в больших количествах – нужно обратить внимание на более мощные инверторы. Увеличить выходную мощность можно также, если одновременно подключить несколько инверторов (внимание: элементы должны иметь функцию согласования, иначе придется делить сеть потребления).
• Время непрерывной работы при отсутствии солнца (А*ч). Этот параметр определяется исходя из емкости аккумуляторных батарей, зависит от мощности включенных электроприборов в сеть и длительности потребления ими электроэнергии. Если вам приходится потреблять электроэнергию часто и в больших количествах – следует выбирать аккумуляторы большей емкости. Примите к сведению, что если солнечная батарея является единственным источником энергии, следует помнить, что общая емкость аккумуляторов ограничивается — батарея большой емкости быстро выйдет из строя в состоянии постоянного «недозаряда».
• Скорость заряда солнечной батареи (кВТ/час) – этот параметр зависит от мощности солнечной батареи. Чем выше мощность солнечной батареи, тем больше требуется места для ее установки. Поскольку освещение батареи солнцем ограничивается временем суток, возможно, следует задуматься об использовании солнечной батареи, которая имеет ускоренный зарядный ток. Величина этого параметра находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов системы. Если солнечная батарея производит ток, величина которого ниже номинального зарядного тока (меньше 0,08 от емкости аккумуляторов), в таком случае речь идет лишь о подзарядке аккумуляторов. Чтобы обеспечить полный заряд аккумуляторов солнечные элементы в батарее должны обеспечивать напряжение больше на 50% чем рабочее напряжение аккумуляторной станции.

То есть, чтобы подобрать солнечные батареи и вспомогательное оборудование, нужно знать:



• Количество электроэнергии, которое необходимо вашему объекту в месяц (кВт).
• Необходимое время автономной работы в пасмурные (без солнечные) дни или когда потребление энергии будет превышать скорость зарядки аккумуляторов солнечными батареями.
• Максимальную нагрузку сети в пиковые моменты.

Сегодня фотоэлектрические системы нашли свое широкое применение среди дачников, владельцев удаленных объектов, а также на метрологических станциях. То есть там, где не представляется возможность подключения к центральным сетям электроснабжения.

Фотоэлектрические системы — Полезная информация — ВАРМА

Для того, чтобы фотоэлектрические модули были надежным источником электроэнергии, необходимы дополнительные элементы в системе: кабели, поддерживающая структура и, в зависимости от типа системы (соединенная с сетью, автономная или резервная), еще и электронный инвертор и контроллер заряда с аккумуляторной батареей. Такая система в целом называется солнечной фотоэлектрической системой, или солнечной станцией.

Есть три основных типа солнечных фотоэлектрических систем:

• Автономные системы, обычно применяемые для электроснабжения отдельных домов
• Соединенные с сетью системы
• Резервные системы

Автономные фотоэлектрические системы

Автономные фотоэлектрические системы используются там, где нет сетей централизованного электроснабжения. Для обепечения энергией в темное время суток или в периоды без яркого солнечного света необходима аккумуляторная батарея.

АФС часто используются для электроснабжения отдельных домов. Малые системы позволяют питать базовую нагрузку (освещение и иногда телевизор или радио). Более мощные системы могут также питать водяной насос, радиостанцию, холодильник, электроинструмент и т.п. Система состоит из солнечной панели, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, электрической нагрузки и поддерживающей структуры.

1.солнечные панели 3.АБ 2.контроллер 4.нагрузка

Конфигурация автономной фотоэлектрической системы

На нашем сайте есть простая форма, которая может быть использована для расчета автономной фотоэлектрической системы: для подсчета количества необходимых модулей, емкости батареи и т.д.

Хотя умелый человек может сделать большую часть работы по установке системы, электрические соединения должны быть сделаны квалифицированным персоналом.

Соединенные с сетью солнечные фотоэлектрические системы

Когда есть сеть централизованного электроснабжения, но есть желание иметь электроэнергию от чистого источника (солнца), солнечные панели могут быть соединены с сетью. При условии подключения достаточного количества фотоэлектрических модулей, определенная часть нагрузки в доме может питаться от солнечного электричества. Соединенные с сетью фотоэлектрические системы обычно состоят из одного или многих модулей, инвертора, кабелей, поддерживающей структуры и электрической нагрузки.

Конфигурация соединенной с сетью фотоэлектрической системы

Инвертор используется для соединения фотоэлектрических панелей с сетью. Существуют также так называемые AC-модули, в которых инвертор встроен на задней части модуля. Солнечные панели могут быть установлены на крыше здания под оптимальным углом наглона с помощью поддерживающей структуры или алюминиевой рамы. Простые системы с AC-модулями и заводскими поддерживающими структурами выпускаются все в более крупных масштабах.

Пример соединенной с сетью системы:

1.солнечные панели 3.сеть 2.инвертор 4.нагрузка

Резервные системы

Резервные солнечные системы используются там, где есть соединение с сетью централизованного электроснабжения, но сеть ненадежна. Резервные системы могут использоваться для электроснабжения в периоды, когда нет напряжения в сети. Малые резервные солнечные системы электроснабжения наиболее важной нагрузки — освещение, компьютер и средства связи (телефон, радио, факс и т.п.). Более крупные системы могут также снабжать энергией и холодильник во время отключения сети. Чем больше мощность необходимая для питания ответственной нагрузки, и чем дольше периоды отключения сети, тем большая мощность фотоэлектрической системы необходима.

Хотя умелый человек может сделать большую часть работы по установке системы, электрические соединения должны быть сделаны квалифицированным персоналом.

Конфигурация резервной фотоэлектрической системы

1.солнечные панели 4.сеть 2.инвертор 5.нагрузка 3.батарея

Система состоит из фотоэлектрических модулей, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, инвертора, нагрузки и поддерживающей структуры.

Фотоэлектрические модули на крыше дома

Фотоэлектрическая система на доме

 

 

 

Фотогальваническая система — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Фотоэлектрическая система, состоящая из массива солнечных панелей, инвертора и другого электрического оборудования. ^[1]

Фотоэлектрическая (PV) система состоит из одной или нескольких солнечных панелей в сочетании с инвертором и другим электрическим и механическим оборудованием, которое использует энергию Солнца для выработки электроэнергии. Фотоэлектрические системы могут сильно различаться по размеру: от небольших крышных или портативных систем до крупных электростанций коммунального масштаба. Хотя фотоэлектрические системы могут работать сами по себе как автономные фотоэлектрические системы, в этой статье основное внимание уделяется системам, подключенным к коммунальной сети, или связанным с сетью фотоэлектрическим системам.

Как работают эти системы?

Солнечный свет, состоящий из пакетов энергии, называемых фотонами, падает на солнечную панель и создает электрический ток посредством процесса, называемого фотогальваническим эффектом. Каждая панель производит относительно небольшое количество энергии, но может быть соединена с другими панелями для производства большего количества энергии в виде солнечной батареи . Электричество, производимое солнечной панелью (или массивом), имеет форму постоянного тока (DC). Хотя многие электронные устройства, в том числе ваш телефон или ноутбук, используют электричество постоянного тока, они предназначены для работы от электрической сети, которая обеспечивает (и требует) переменный ток (AC). Следовательно, чтобы солнечная энергия была полезной, ее необходимо сначала преобразовать из постоянного тока в переменный с помощью инвертор . Это электричество переменного тока от инвертора затем можно использовать для питания электроники на месте или отправить в электрическую сеть для использования в другом месте.

Рисунок 2. Схема солнечной фотоэлектрической системы, подключенной к сети. ^[2]

Компоненты системы

В дополнение к солнечным панелям существуют другие важные компоненты фотогальванической системы, которые обычно называют «балансом системы» или BOS. ^[3] Эти компоненты (на долю которых обычно приходится более половины стоимости системы и большая часть затрат на техническое обслуживание) могут включать инверторы, стеллажи, электропроводку, сумматоры, разъединители, автоматические выключатели и электросчетчики.

Солнечная панель

основной артикул

Рисунок 3. Солнечная панель, состоящая из множества фотогальванических элементов. ^[4]

Солнечная панель состоит из множества солнечных элементов с полупроводниковыми свойствами, заключенных в материал для защиты от окружающей среды. Эти свойства позволяют клетке улавливать свет или, точнее, фотоны солнца и преобразовывать их энергию в полезное электричество посредством процесса, называемого фотогальваническим эффектом. По обе стороны от полупроводника находится слой проводящего материала, который «собирает» произведенное электричество. Освещаемая сторона панели также имеет антибликовое покрытие для минимизации потерь из-за отражения. Большинство солнечных панелей, производимых во всем мире, изготовлены из кристаллического кремния, теоретический предел эффективности которого составляет 33% для преобразования солнечной энергии в электричество. Были разработаны многие другие полупроводниковые материалы и технологии солнечных элементов, которые работают с более высокой эффективностью, но их производство требует более высоких затрат.

Инверторы

основной артикул

Инвертор — это электрическое устройство, которое принимает электрический ток в виде постоянного тока (DC) и преобразует его в переменный ток (AC). Для систем солнечной энергии это означает, что постоянный ток от солнечной батареи подается через инвертор, который преобразует его в переменный. Это преобразование необходимо для работы большинства электрических устройств или интерфейса с электрической сетью. Инверторы важны почти для всех систем солнечной энергии и, как правило, являются самым дорогим компонентом после самих солнечных панелей.

Рис. 4. Солнечный инвертор (желтый), установленный на стеллаже для солнечных батарей, преобразует электричество постоянного тока от солнечной батареи в полезное электричество переменного тока. ^[5]

Большинство инверторов имеют КПД преобразования 90% или выше и содержат важные функции безопасности, включая прерывание цепи замыкания на землю и защиту от изолирования. Они отключают фотоэлектрическую систему, когда происходит потеря мощности в сети. ^[3]

Стеллаж

Стеллаж относится к монтажному устройству, которое крепит солнечную батарею к земле или крыше. Эти устройства, обычно изготовленные из стали или алюминия, механически фиксируют солнечные панели на месте с высокой точностью. Стеллажные системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать экстремальные погодные явления, такие как ураган или торнадо, скорость ветра и/или сильное скопление снега. Еще одной важной особенностью стеллажных систем является электрическое соединение и заземление солнечной батареи для предотвращения поражения электрическим током. Стеллажные системы на крыше обычно бывают двух видов, включая системы с плоской крышей и системы скатной крыши. Для плоских крыш стеллажная система обычно включает утяжеленный балласт, чтобы удерживать массив на крыше под действием силы тяжести. На скатных крышах стеллажная система должна быть механически прикреплена к конструкции крыши. Наземные фотоэлектрические системы, как показано на рисунке 4, также могут использовать балласт или механические анкеры для крепления массива к земле. Некоторые наземные стеллажные системы также включают в себя системы слежения, в которых используются двигатели и датчики для отслеживания Солнца по небу, что увеличивает количество энергии, вырабатываемой при более высоких затратах на оборудование и техническое обслуживание.

Другие компоненты

Остальные компоненты типичной солнечной фотоэлектрической системы включают сумматоры, разъединители, выключатели, счетчики и проводку. Солнечный объединитель , как следует из названия, объединяет два или более электрических кабеля в один больший. Комбинаторы обычно включают в себя предохранители для защиты и используются на всех солнечных батареях среднего и крупного масштаба, а также на коммунальных предприятиях. Разъединители — это электрические затворы или выключатели, которые позволяют вручную отсоединять электрический провод. Обычно используемые с обеих сторон инвертора, а именно «отключение постоянного тока» и «отключение переменного тока», эти устройства обеспечивают электрическую изоляцию, когда инвертор необходимо установить или заменить. Автоматические выключатели или 9Автоматические выключатели 0019 защищают электрические системы от перегрузки по току или скачков напряжения. Разработанные для автоматического срабатывания, когда ток достигает заданного значения, выключатели также могут управляться вручную, выступая в качестве дополнительного отключения. Электрический счетчик измеряет количество энергии, проходящей через него, и обычно используется электроэнергетическими компаниями для измерения и выставления счетов потребителям. Для солнечных фотоэлектрических систем используется специальный двунаправленный электросчетчик для измерения как входящей энергии от коммунального предприятия, так и исходящей энергии из солнечной фотоэлектрической системы. Наконец, проводка или электрические кабели передают электрическую энергию от каждого компонента и между ними и должны иметь надлежащее сечение для пропускания тока. Проводка, подвергающаяся воздействию солнечного света, должна иметь защиту от ультрафиолетового излучения, а провода постоянного тока иногда требуют металлической оболочки для дополнительной защиты.

Для дополнительной информации

• Панель солнечных батарей
• Фотоэлектрический эффект
• Инверторы
• Постоянный ток против переменного тока
• Полупроводник
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ flickr. (10 мая 2018 г.). Huston-Bursaw_000032_153515_492994_4578 [В сети]. Доступно: https://www. flickr.com/photos/departmentofenergy/35941357930
2. ↑ Викисклад. (11 мая 2018 г.). Как работает солнечная энергия [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:How_Solar_Power_Works.png
3. ↑ ^{3,0 3,1} Р. Фостер и др. Солнечная энергия Возобновляемые источники энергии и окружающая среда , 1-е изд. Бока-Ратон, Флорида, США: Taylor & Francis Group, 2010.
4. ↑ «20110504-RD-LSC-0621 — Flickr — USDAgov» Министерства сельского хозяйства США. Лицензия CC BY 2.0 через Wikimedia Commons — http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg#/media/File:20110504-RD-LSC-0621_- _Flickr_-_USDAgov.jpg
5. ↑ Викисклад. (17 мая 2018 г.). Мюльберг Шпейер — 2 [онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:M%C3%BCllberg_Speyer_-_2.JPG

Основы проектирования солнечных фотоэлектрических систем

Офис технологий солнечной энергии

Солнечные фотоэлектрические модули — это место, где вырабатывается электричество, но они являются лишь одной из многих частей полной фотоэлектрической (PV) системы. Чтобы вырабатываемая электроэнергия пригодилась для дома или бизнеса, необходимо наличие ряда других технологий.

Монтажные конструкции 

Солнечные батареи должны быть установлены на устойчивой, прочной конструкции, которая может поддерживать группу и противостоять ветру, дождю, граду и коррозии в течение десятилетий. Эти конструкции наклоняют массив фотоэлектрических модулей под фиксированным углом, определяемым местной широтой, ориентацией конструкции и требованиями к электрической нагрузке. Для получения наибольшей годовой выработки энергии модули в северном полушарии направлены точно на юг и наклонены под углом, равным местной широте. Монтаж в стойку в настоящее время является наиболее распространенным методом, поскольку он надежен, универсален и прост в изготовлении и установке. Продолжают разрабатываться более сложные и менее дорогие методы.

Для фотоэлектрических массивов, установленных на земле, механизмы слежения автоматически перемещают панели, следуя за солнцем по небу, что обеспечивает больше энергии и более высокую отдачу от инвестиций. Одноосевые трекеры обычно предназначены для отслеживания солнца с востока на запад. Двухосевые трекеры позволяют модулям оставаться направленными прямо на солнце в течение дня. Естественно, отслеживание связано с большими первоначальными затратами, а сложные системы стоят дороже и требуют большего обслуживания. По мере совершенствования систем анализ затрат и выгод все чаще отдает предпочтение наземным системам слежения.

Солнечные панели, интегрированные в здание

Хотя большинство солнечных модулей размещаются в специальных монтажных конструкциях, их также можно интегрировать непосредственно в строительные материалы, такие как кровля, окна или фасады. Эти системы известны как интегрированные в здание фотоэлектрические системы (BIPV). Интеграция солнечной энергии в здания может повысить эффективность материалов и цепочки поставок за счет объединения избыточных частей и снизить стоимость системы за счет использования существующих строительных систем и опорных конструкций. Системы BIPV могут обеспечивать питание для приложений постоянного тока (DC) в зданиях, таких как светодиодное освещение, компьютеры, датчики и двигатели, а также поддерживать интегрированные в сеть эффективные приложения для зданий, такие как зарядка электромобилей. Системы BIPV все еще сталкиваются с техническими и коммерческими препятствиями для широкого использования, но их уникальная ценность делает их многообещающей альтернативой традиционным монтажным конструкциям и строительным материалам.

Инверторы 

Инверторы используются для преобразования электроэнергии постоянного тока (DC), вырабатываемой солнечными фотоэлектрическими модулями, в электроэнергию переменного тока (AC), которая используется для локальной передачи электроэнергии, а также для большинства бытовых приборов в наших домах. Фотоэлектрические системы имеют либо один инвертор, который преобразует электроэнергию, вырабатываемую всеми модулями, либо микроинверторы, подключенные к каждому отдельному модулю. Один инвертор, как правило, дешевле, его легче охлаждать и обслуживать при необходимости. Микроинвертор обеспечивает независимую работу каждой панели, что полезно, например, если некоторые модули могут быть затемнены. Ожидается, что инверторы необходимо будет заменить как минимум один раз за 25-летний срок службы фотоэлектрической батареи.

Усовершенствованные инверторы, или «умные инверторы», обеспечивают двустороннюю связь между инвертором и электросетью. Это может помочь сбалансировать спрос и предложение либо автоматически, либо посредством удаленной связи с операторами коммунальных служб. Предоставление коммунальным предприятиям такого понимания (и возможного контроля) спроса и предложения позволяет им сократить расходы, обеспечить стабильность сети и снизить вероятность перебоев в подаче электроэнергии.

Хранение

Аккумуляторы позволяют хранить солнечную фотоэлектрическую энергию, поэтому мы можем использовать ее для питания наших домов ночью или когда погодные условия не позволяют солнечному свету достигать фотоэлектрических панелей.