Aurinkosähköjärjestelmät (PV) ovat yksi maailman energiamuutoksen olennaisista osista, mikä mahdollistaa auringonvalon suoran muuntamisen sähköksi erityisellä ja nopeasti kasvavalla tehokkuudella. Kaikille, jotka osallistuvat toimiin, jotka vaihtelevat asennuksesta investointeihin tai uusiutuvan energian päätöksentekoon, tietämys näiden järjestelmien toiminnasta eri tasoilla, mukaan lukien atomitason tuntemus puolijohdemateriaaleista ja verkkoon{2}}kytketyistä inverttereistä, on erittäin tärkeää.
Aurinkosähköefekti: ydinperiaate
Aurinkosähkövaikutus, joka on aurinkopaneelin peruskäsite, on hämmentävä fysikaalinen ilmiö, joka on kirjattu ranskalaisen tiedemiehen Edmond Becquerelin tutkimukseen vuonna 1839. Ilmiöön liittyy fotonien, auringonvalon hiukkasten, panos, jotka välittävät energiansa puolijohdemateriaaleihin ja aiheuttavat viritystä elektroneissa.
Aurinkopaneelit valmistetaan yleensä tietystä puolijohtavasta materiaalista, jota kutsutaan kiteiseksi piiksi. Aurinkopaneeleihin sopivan piin valmistusprosessi sisältää useita vaiheita, mukaan lukien sen "doping" epäpuhtauksilla kahden eri kerroksen luomiseksi. Yhtä kerrosta kutsutaan n--tyypin kerrokseksi ja siinä on ylimääräisiä elektroneja, kun taas toinen kerros on p--tyyppinen kerros, joka tuottaa elektronipuutteita (reikiä). Kahden kerroksen kohtaamiskohtaa kutsutaan p-n-liitokseksi, ja siinä on sisäiset sähkökentät johtuen energian aiheuttamasta elektronin liikkeestä ja sitä seuraavasta varausten muodostumisesta, missä n--tyypin kerroksessa on enemmän elektroneja ja p--tyypin kerroksessa on reikiä. Siksi, kun aurinkopaneelit valaistaan, syntyy jännite-eroa ja sen seurauksena huomattava määrä tasavirtasähköjännitettä.
Vaikka yksi aurinkopaneeli tuottaa vähän energiaa (vaihtelee 0,5-0,6 volttia ja vain useita watteja), on siksi useita paneeleja kytkettävä toisiinsa, jotta sähköntuotanto olisi suurempi.
Tasavirtasta vaihtovirtaan: Invertterin ratkaiseva rooli
Aurinkopaneelit tuottavat tasavirtasähköä, mutta useimmat kodinkoneet ja sähköverkko käyttävät vaihtovirtaa. Tasasähkön muuntamiseksi vaihtovirtasähköksi tarvitaan invertteri. Invertteri tunnetaan aurinkokunnan "aivoina", koska se suorittaa muunnoksen.
Nykymaailmassa invertterit tekevät muutakin kuin vain muunnoksen. Invertterit hyödyntävät uusinta maksimitehopisteen seurantateknologiaa (MPPT), joka on suunniteltu auttamaan sähkökuorman jatkuvassa säätämisessä. Se takaa suurimman mahdollisen sähköenergian sääolosuhteista riippumatta.
Invertterit tarjoavat tärkeitä valvonta- ja turvallisuusominaisuuksia. He voivat havaita sähkökatkokset ja ottaa itsensä pois päältä (anti-saarisuojaus), mikä estää sähkön lähettämisen takaisin voimalinjoihin ja varmistaa siten työntekijöiden turvallisuuden. Lukuisat uudet invertterit sisältävät sisäänrakennettuja-valvontatyökaluja, jotka auttavat käyttäjiä mittaamaan järjestelmän tilaa, löytämään vikoja ja hallitsemaan sähkönkulutusta reaaliajassa-mobiilisovellusten tai verkkojärjestelmien avulla.
Järjestelmän ja muiden komponenttien tasapaino
Täysi aurinkoenergiajärjestelmä sisältää invertterien ja paneelien lisäksi erilaisia tasapaino{0}}järjestelmän-komponentteja (BOS). Tällaisia komponentteja ovat kiinnitysjärjestelmät (kattotelineet, maatuen kehykset tai auringonpaisteen seurantajärjestelmät), sähköjohdot ja -putket, kytkentärasiat, erottimet, ylikuormitussuojalaitteet ja tietyissä tilanteissa valvonta- ja viestintälaitteet.
Katon aurinkosähköjärjestelmissä on tärkeää varmistaa oikea asennus, jotta rakenne pysyy vakaana, vuotoja ei esiinny ja paneelit pysyvät optimaalisessa asennossa ja kallistumassa. Maapallon pohjoisosassa aurinkopaneelit sijoitetaan etelään kallistuskulmaan lähellä leveysastetta, jotta sähköntuotanto saadaan mahdollisimman paljon. Yksi- ja kaksiakselisia-seurantalaitteita voidaan käyttää maahan-asennettavissa järjestelmissä, jotka auttavat lisäämään sähköntuotantoa 15–25 %, koska aurinkosähköjärjestelmät saavat auringonsäteitä pitkin päivää. Tällaisten järjestelmien käytössä on kuitenkin myös huonot puolensa.
Suorituskyky, heikkeneminen ja tehokkuus
Yleensä aurinkojärjestelmän suorituskykyä arvioidaan sen kapasiteettikertoimella, joka on luku, joka heijastaa tietyn ajanjakson aikana tuotetun energian määrää verrattuna enimmäisenergiaan, joka voidaan tuottaa, jos aurinkojärjestelmä toimisi täydellä kapasiteetilla 100 % ajasta. Kiinteiden-kallistuvien aurinkosähköjärjestelmien kapasiteettikerroin on 10 % - 20 % riippuen tekijöistä, kuten sijainnista; Seurantajärjestelmien kapasiteettikerroin on kuitenkin hieman korkeampi kuin kiinteiden -kallistuvien aurinkosähköjärjestelmien, ja se vaihtelee 20–30 %.
Kaikki aurinkopaneelit menettävät tehonsa vähitellen ajan myötä, ja niiden tehokkuus laskee 0,5 % - 1 % vuodessa. Melkein kaikki valmistajat myöntävät aurinkopaneeleilleen 25-30 vuoden takuun, mikä varmistaa, että aurinkopaneelin hyötysuhde ei putoa alle 80-85 % alkuperäisestä tehokkuudestaan tämän ajanjakson päätyttyä.
Järjestelmän tehokkuus riippuu myös lämpötilasta: aurinkokennot ovat vähemmän tehokkaita korkeammissa lämpötiloissa-tämä ilmiö tunnetaan lämpötilakertoimena. Tyypilliset kiteiset piikennot menettävät noin 0,3–0,5 prosenttia tuotannostaan yli 25 asteen celsiusastetta kohden. Asianmukainen ilmanvaihto ja asennus, joka mahdollistaa ilmavirran paneelien takana, voivat auttaa lieventämään tätä vaikutusta.
Matka auringonvalosta pistorasiaan
Mitä tulee tyypilliseen verkkoon sidottuun kotitalouksien aurinkosähköjärjestelmään, se toimii näin: Ensinnäkin auringonvalo osuu paneeleihin, jotka luovat tasavirtasähköä. Virta saavuttaa invertterin, joka muuttaa sen vaihtovirtasähköksi. Invertteri tarkkailee jatkuvasti sähköverkon parametreja, jotta se saavuttaa tasaisen taajuuden ja jännitteen. Sen jälkeen sähkö lähetetään talon pääpaneeliin, joka toimittaa sen eri laitteisiin. On syytä mainita, että sähkön tuotantohuippujen aikana (kun aurinkosähköä syntyy eniten) sähkö viedään takaisin verkkoon asianmukaisesti toimivan mittarin ansiosta, joka saattaa pyöriä nettomittauksen suhteen toisin päin. Yöllä prosessi on päinvastoin siten, että talo alkaa kuluttaa sähköä verkosta normaalissa mielessä, mikä ei johda muuhun kuin säännölliseen mittarin pyörimiseen eteenpäin.
Älykkäitä järjestelmiä voidaan käyttää talon älykkäiden energianhallintaratkaisujen kanssa, koska ne mahdollistavat paljon energiaa kuluttavien laitteiden (kuten astianpesukoneiden ja sähköajoneuvojen latausyksiköiden) siirtämisen suurimman aurinkotuotannon hetkiin.
Johtopäätös
Aurinkoenergiajärjestelmä on puolijohdefysiikan, tehoelektroniikan, rakennesuunnittelun ja ohjelmistoälyn kehittynyt yhdistelmä. Elektronien kvantti-tason liikkeestä piissä saumattomaan synkronointiin sähköverkon kanssa, jokainen komponentti toimii harmoniassa muuntaen runsaan, ilmaisen ja puhtaan resurssin-auringonvalon-luotettavaksi, tarpeenmukaiseksi sähköksi, joka on nykyajan elämän voimavara. Kun ala jatkaa innovointia tehokkaampien-kennojen, älykkäämpien invertterien ja edullisempien tallennusratkaisujen avulla, perustoimintaperiaatteet pohjautuvat edelleen aurinkosähkövaikutukseen, sata vuotta vanhaan{7}}löytöön, joka muuttaa nyt globaalia energiamaisemaa. Näiden periaatteiden ymmärtäminen ei ole vain akateemista harjoitusta; se on perusta, jolle rakennetaan kestävää energian tulevaisuutta.
