De painéis fotovoltaicos a inversores: uma explicação detalhada da composição de um sistema completo de geração de energia solar

No contexto da defesa global da energia sustentável, a energia solar, como fonte de energia limpa e renovável, está gradualmente entrando em nossas vidas. Os sistemas de geração de energia solar atraíram cada vez mais atenção para sua proteção ambiental, economia de energia e muitas outras vantagens. Então, como é composto um sistema completo de geração de energia solar? Vamos começar com o componente mais básico - painéis fotovoltaicos.

Os painéis fotovoltaicos, também conhecidos como painéis solares, são um dos componentes principais dos sistemas de geração de energia solar. Eles agem como uma "captura" eficiente responsável por converter a luz solar em energia elétrica. Seu princípio de trabalho é baseado no famoso "efeito fotovoltaico". Quando a luz solar brilha em um painel fotovoltaico, os fótons interagem com o material semicondutor no painel fotovoltaico para estimular os pares de orifícios de elétrons. Esses elétrons e orifícios se movem em diferentes direções sob a ação do campo elétrico dentro do material semicondutor, formando uma corrente elétrica.

Os painéis fotovoltaicos são geralmente compostos por múltiplas unidades de células solares. A maioria dessas unidades celulares é feita de materiais de silício, dos quais as células monocristalinas de silício e as células de silício policristalino são as mais comuns. As células monocristalinas de silício têm uma alta eficiência de conversão, geralmente atingindo 20% - 25%, o que significa que ele pode converter 20% - 25% da energia solar em energia elétrica. Seu processo de fabricação é relativamente complexo e o custo é relativamente alto, mas possui desempenho estável de geração de energia e uma longa vida útil de até 25 - 30. A eficiência de conversão das células de silício policristalino é ligeiramente menor, cerca de 15% - 20%, mas seu custo de produção é relativamente baixo e tem certas vantagens de custo-efetividade em aplicações em larga escala, e sua vida útil também pode atingir 20 - 25}.

Além das células monocristalinas de silício e silício policristalino, existem outros tipos de painéis fotovoltaicos, como silício amorfo, telurido de cádmio e seleneto de gálio de índio de cobre. Os painéis fotovoltaicos de silício amorfos têm as vantagens de boa flexibilidade e podem ser transformados em filmes finos. Eles são frequentemente usados ​​em algumas cenas com requisitos especiais para o espaço de aparência ou instalação, mas sua eficiência de conversão é relativamente baixa, geralmente 6% - 12%. Os telurida de cádmio e os painéis fotovoltaicos de seleneto de gálio de gálio de cobre têm um certo potencial na eficiência e custo da conversão e se desenvolveram rapidamente nos últimos anos, mas sua participação de mercado ainda é menor que a dos painéis fotovoltaicos de silício monocristalino e policristalina.

A energia gerada por painéis fotovoltaicos é DC, enquanto a maioria dos aparelhos elétricos que usamos em nossas vidas diárias exige que o AC funcione corretamente. Neste momento, o inversor desempenha um papel fundamental. É como um "conversor" mágico responsável por converter a saída DC de painéis fotovoltaicos em AC para atender às necessidades de energia de diferentes usuários, como famílias e empresas.

Existem muitos tipos de inversores, e os comuns são inversores centralizados, inversores de cordas e micro inversores. Os inversores centralizados têm alta potência e geralmente são adequados para grandes usinas solares. Ele coleta o DC gerado por vários grupos de painéis fotovoltaicos e os converte. A vantagem é que o custo é relativamente baixo e é fácil gerenciar e manter centralmente, mas uma vez que ocorre uma falha, isso pode afetar a operação de todo o sistema de geração de energia. O inversor de cordas converte DC em CA separadamente para diferentes grupos de painéis fotovoltaicos e depois agrega esses CA. Tem maior flexibilidade. Mesmo que uma certa string tenha problemas, ela não afetará a operação normal de outras seqüências. Além disso, ele pode reproduzir melhor suas vantagens de desempenho nos cenários de instalação de painéis fotovoltaicos com blindagem parcial ou orientações diferentes. Atualmente, é amplamente utilizado em projetos distribuídos de geração de energia fotovoltaica. O inversor micro é instalado diretamente na parte traseira de cada painel fotovoltaico para converter a saída de energia CC de cada painel fotovoltaico separadamente. Sua maior característica é que ele pode realizar o monitoramento independente e o rastreamento máximo de pontos de energia de cada painel fotovoltaico. Mesmo que um painel fotovoltaico seja bloqueado ou falhe, outros painéis fotovoltaicos ainda podem funcionar normalmente, o que melhora muito a eficiência da geração de energia e a estabilidade de todo o sistema de geração de energia. No entanto, como cada inversor micro corresponde apenas a um painel fotovoltaico, seu custo é relativamente alto.

No processo de conversão de energia elétrica, o inversor também possui outras funções importantes. Por exemplo, a função máxima de rastreamento de ponto de energia (MPPT) pode monitorar a potência de saída do painel fotovoltaico em tempo real e ajustar automaticamente os parâmetros de trabalho para que o painel fotovoltaico sempre funcione próximo ao ponto de energia máxima, melhorando assim a eficiência da geração de energia. Além disso, o inversor também possui funções de proteção de segurança, como proteção de sobretensão, proteção contra sobrecorrente e proteção contra vazamentos para garantir a operação estável do sistema de geração de energia e a segurança do pessoal e do equipamento.

Para que os painéis fotovoltaicos recebam melhor a luz solar, é necessária uma estrutura de suporte estável, que é o sistema de suporte. O sistema de suporte é como um "apoio sólido" para painéis fotovoltaicos. Não apenas leva o peso dos próprios painéis fotovoltaicos, mas também resiste a vários fatores ambientais naturais, como vento, chuva, neve, etc.

Os sistemas de suporte podem ser divididos em dois tipos: fixos e rastreamentos. Os suportes fixos são simples de instalar e com baixo custo. Eles fixam painéis fotovoltaicos no chão, teto ou outros edifícios em um certo ângulo e orientação. O ângulo de instalação deste suporte é geralmente otimizado de acordo com as condições locais de latitude e radiação solar para garantir que os painéis fotovoltaicos possam receber luz solar suficientes durante a maior parte do ano. Os suportes de rastreamento são mais inteligentes. Eles podem ajustar automaticamente o ângulo dos painéis fotovoltaicos de acordo com as mudanças na posição do sol, de modo que os painéis fotovoltaicos sempre permanecem perpendiculares ou quase perpendiculares à luz solar, maximizando assim a eficiência dos painéis fotovoltaicos que recebem luz solar. Os suportes de rastreamento geralmente são divididos em dois tipos: rastreamento de eixo único e rastreamento de eixo duplo. Os suportes de rastreamento de eixo único podem girar ao longo de um eixo (geralmente o eixo horizontal na direção leste-oeste ou o eixo inclinado na direção norte-sul), enquanto os suportes de rastreamento de eixo duplo podem girar simultaneamente em dois eixos, com maior precisão, mas custos relativamente mais altos.

Ao escolher um sistema de suporte, muitos fatores precisam ser considerados de forma abrangente. Por exemplo, a topografia do local de instalação, a área disponível, as condições climáticas locais e o orçamento. Para pequenos projetos de geração de energia fotovoltaica distribuída, como sistemas fotovoltaicos na cobertura doméstica, os suportes fixos são geralmente selecionados devido à área de instalação limitada e sensibilidade ao custo. Em grandes usinas fotovoltaicas de solo, se as condições do local permitirem e a maior eficiência de geração de energia for procurada, os suportes de rastreamento podem ser uma escolha melhor.

Nos sistemas de geração de energia solar, as baterias desempenham o papel de "armazém de armazenamento" da energia elétrica. Quando há luz solar suficiente, a eletricidade gerada por painéis fotovoltaicos pode ser usada pelos usuários imediatamente, e o excesso de eletricidade pode ser armazenado na bateria. No caso de luz solar insuficiente à noite ou em dias nublados, a bateria libera a eletricidade armazenada para fornecer aos usuários uma fonte de alimentação contínua e estável.

Os tipos comuns de baterias incluem baterias de chumbo-ácido, baterias de hidreto de níquel-metal e baterias de íons de lítio. As baterias de chumbo-ácido são uma das baterias de armazenamento de energia mais usadas. Eles têm as vantagens de baixo custo, tecnologia madura e fácil manutenção. No entanto, sua densidade de energia é relativamente baixa, seu volume e peso são grandes e a vida útil do ciclo de carga e descarga geralmente está em torno de 300-500 tempos. O desempenho das baterias de hidreto de níquel-metal é melhor que o de baterias de chumbo-ácido. Eles têm maior densidade de energia, vida útil mais longa e ciclo de descarga (até cerca de 1, 000 vezes) e são ambientalmente amigáveis, mas seu custo também é relativamente alto. As baterias de íons de lítio têm vantagens significativas, como alta densidade de energia, pequeno volume, peso leve, alta eficiência de carga e descarga e vida útil longa (geralmente até 1, 500-3, 000 vezes), mas seu custo é relativamente alto no momento. Em alguns cenários de aplicação sensíveis ao custo, sua promoção está sujeita a certas restrições.

Ao projetar e configurar as baterias, é necessário considerar de maneira abrangente fatores como a demanda real de energia do sistema de geração de energia solar, a capacidade de geração de energia dos painéis fotovoltaicos e as condições de luz local. Por exemplo, é necessário determinar a capacidade apropriada da bateria para garantir que a demanda básica de eletricidade dos usuários possa ser atendida no caso de dias nublados contínuos. Ao mesmo tempo, também é necessário prestar atenção ao gerenciamento de cobrança e alta da bateria, adotar uma estratégia razoável de cobrança e descarga, prolongar a vida útil da bateria e reduzir o custo do armazenamento de energia.

O controlador é a "casa inteligente" do sistema de geração de energia solar. É responsável pelo monitoramento e controle de todo o sistema de geração de energia para garantir a operação segura e estável do sistema. O controlador tem principalmente as seguintes funções importantes:

O primeiro é a função de controle de carga e descarga. Ele pode monitorar a tensão, a corrente e outros parâmetros do grupo de bateria em tempo real e controlar automaticamente o processo de carregamento do painel fotovoltaico para a bateria de acordo com o status de carregamento da bateria e as condições de trabalho do sistema de geração de energia para impedir que a bateria seja sobrecarregada ou desarrumada em excesso. Quando a bateria estiver totalmente carregada, o controlador cortará automaticamente o circuito de carregamento para evitar danos à bateria causada pela sobrecarga; E quando a energia da bateria estiver muito baixa, o controlador controla para parar de descarregar para proteger a vida útil da bateria.

O segundo é a função máxima de controle de rastreamento de ponto de energia. O controlador pode ajustar o estado de trabalho do painel fotovoltaico em tempo real, trabalhando em conjunto com o inversor, para que ele sempre funcione perto do ponto de energia máxima, melhorando assim a eficiência da geração de energia do painel fotovoltaico.

Além disso, o controlador também possui funções de diagnóstico e proteção de falhas do sistema. Ele pode monitorar cada componente no sistema de geração de energia em tempo real. Depois que uma falha é detectada, como um curto -circuito no painel fotovoltaico, superaquecimento do inversor, vazamento da bateria etc., o controlador tomará imediatamente medidas de proteção correspondentes, como cortar o circuito de falhas e emitir um sinal de alarme, para garantir a operação segura de todo o sistema de energia e facilitar a manutenção de manutenção para perturbar as falhas e reparar o limite de tempo para reparar o timiro e reparar as falhas de um timbro e reparar o limite.

Os controladores usados ​​em sistemas de geração de energia solar de diferentes tipos e tamanhos também são diferentes. Em pequenos sistemas de geração de energia solar, um controlador integrado relativamente simples é geralmente usado. Ele integra funções básicas como controle de carga e descarga e controle máximo de rastreamento de pontos de energia. É pequeno em tamanho e baixo custo e é adequado para pequenos cenários de aplicação, como sistemas fotovoltaicos de telhado. Em grandes usinas solares, é necessário um controlador centralizado mais poderoso e inteligente. Ele pode monitorar e gerenciar uniformemente muitos painéis fotovoltaicos, inversores, baterias e outros equipamentos em toda a usina para obter um controle mais eficiente e preciso do sistema.

Um sistema completo de geração de energia solar consiste em vários componentes, como painéis fotovoltaicos, inversores, sistemas de suporte, baterias e controladores que trabalham juntos. Cada componente desempenha um papel indispensável. Eles trabalham juntos para converter energia solar em eletricidade que podemos usar, contribuindo para a realização do desenvolvimento sustentável de energia. Com o avanço contínuo da tecnologia e a redução gradual dos custos, as perspectivas de aplicação dos sistemas de geração de energia solar serão mais amplas e devem ocupar uma posição mais importante no futuro campo energético.