Componentes y principio de funcionamiento de los sistemas de generación de energía fotovoltaica

Los sistemas fotovoltaicos consisten en módulos fotovoltaicos, controladores, inversores, baterías y otros accesorios (los sistemas conectados a la red no requieren baterías). Hay dos tipos de sistemas fotovoltaicos, aislados y conectados a la red, dependiendo de si dependen o no de la red pública. Los sistemas fotovoltaicos fuera de la red están equipados con baterías de almacenamiento para garantizar que la energía del sistema sea estable y se pueda usar para suministrar cargas cuando el sistema fotovoltaico no genera electricidad por la noche o cuando no genera suficiente electricidad en días lluviosos.

Independientemente de la forma, el principio de funcionamiento es que el módulo fotovoltaico convierte la energía luminosa en corriente continua, que luego es transformada en corriente alterna por el inversor, logrando finalmente la función de consumo de electricidad y acceso a la red.

1. Módulos fotovoltaicos

El módulo fotovoltaico es la parte central de todo el sistema de generación de energía y consiste en una hoja de módulo fotovoltaico o una combinación de diferentes tamaños de módulos fotovoltaicos cortados por una máquina de corte por láser o un cortador de alambre de acero. Como la corriente y el voltaje de una sola celda fotovoltaica son muy pequeños, se conectan en serie para obtener un voltaje alto y luego en paralelo para obtener una corriente alta, que se emite a través de un diodo (para evitar el retorno de corriente) y luego se encapsula en un marco de acero inoxidable, aluminio u otro no metálico, equipado con el vidrio en la parte superior y la lámina posterior en la parte posterior, lleno de nitrógeno y sellado. Los módulos fotovoltaicos se combinan en serie y en paralelo para formar un módulo fotovoltaico cuadrado, también llamado matriz fotovoltaica.

Cómo funciona: la luz del sol incide sobre una unión pn semiconductora, formando un nuevo par hueco-electrón, y bajo la acción del campo eléctrico de la unión pn, los huecos fluyen desde la zona p a la zona n, y los electrones fluyen desde la zona n a la zona p, formando una corriente cuando se conecta el circuito. La función es convertir la energía solar en energía eléctrica y enviarla a la batería para su almacenamiento o para impulsar la carga.

Tipos de módulos:

① Silicio monocristalino: tasa de conversión fotoeléctrica ≈ 18 por ciento, hasta 24 por ciento, es la tasa de conversión más alta de todos los módulos fotovoltaicos, generalmente utilizando vidrio templado y encapsulación de resina resistente al agua, robusta y duradera, vida útil generalmente hasta 25 años.

②Silicio policristalino: tasa de conversión fotoeléctrica ≈ 14 por ciento, similar al proceso de producción de silicio monocristalino, la diferencia del silicio policristalino es una tasa de conversión fotoeléctrica más baja, un precio más bajo y una vida útil más corta, pero el material de silicio policristalino es fácil de fabricar, ahorra consumo de electricidad, bajo costo de producción, por lo que se desarrolla vigorosamente.

3. Silicio amorfo: con una tasa de conversión fotovoltaica de ≈10 por ciento, es una celda solar de película delgada hecha de una manera completamente diferente al silicio monocristalino y policristalino, con un proceso muy simplificado, poco consumo de material de silicio y mucho menor consumo de electricidad. ; su principal ventaja es que puede generar electricidad incluso en condiciones de poca luz.

2. Controlador (para sistemas aislados)

El controlador PV es un dispositivo de control automático que puede evitar automáticamente que la batería se sobrecargue o descargue. Adoptando un microprocesador de CPU de alta velocidad y un convertidor analógico a digital A/D de alta precisión, es un sistema de control de monitoreo y adquisición de datos de microcomputadora, que no solo puede recopilar rápidamente el estado de funcionamiento actual del sistema fotovoltaico en tiempo real y obtenga la información de trabajo de la estación fotovoltaica en cualquier momento, pero también acumule los datos históricos de la estación fotovoltaica en detalle, lo que proporciona una base precisa y suficiente para evaluar la racionalidad del diseño del sistema fotovoltaico y probar la confiabilidad de la calidad de los componentes del sistema, y ​​también tiene La función de transmisión de datos de comunicación en serie permite la gestión centralizada y el control remoto de múltiples subestaciones del sistema fotovoltaico.

3. Inversor

Un inversor es un dispositivo que convierte la corriente continua generada por energía fotovoltaica en corriente alterna. Un inversor fotovoltaico es uno de los equilibrios importantes de los sistemas en un sistema de matriz fotovoltaica y se puede usar junto con equipos generales alimentados por CA. Los inversores solares tienen funciones especiales para adaptarse a la matriz fotovoltaica, como el seguimiento del punto de máxima potencia y la protección contra el efecto isla.

 Los inversores solares se pueden dividir en las siguientes tres categorías:

1. Inversores autónomos: se utilizan en sistemas autónomos, en los que el conjunto fotovoltaico carga las baterías y el inversor utiliza la tensión de CC de las baterías como fuente de energía. Muchos inversores independientes también integran un cargador de batería y pueden cargar las baterías con alimentación de CA. Generalmente, estos inversores no entran en contacto con la red y, por lo tanto, no requieren protección de isla.

2. Inversores conectados a la red: el voltaje de salida del inversor se puede realimentar al suministro de CA comercial, por lo que la onda sinusoidal de salida debe tener la misma fase, frecuencia y voltaje que el suministro. El inversor conectado a la red tendrá un diseño de seguridad que apagará automáticamente la salida si no está conectado a la red eléctrica. Si el suministro de energía de la red se dispara, el inversor conectado a la red no tiene la capacidad de respaldar el suministro de energía.

3. Inversor de respaldo de batería: un tipo especial de inversor en el que la batería se usa como fuente de energía, junto con el cargador de batería para cargar la batería, y si hay un exceso de energía, se volverá a alimentar a la fuente de alimentación de CA . Este tipo de inversor puede proporcionar alimentación de CA a una carga específica cuando se desconecta la fuente de alimentación de la red y, por lo tanto, debe tener una función de protección de efecto isla.

4. Batería (no necesaria para sistemas conectados a la red)

La batería es el equipo de almacenamiento de electricidad en el sistema de generación de energía fotovoltaica. En la actualidad, se utilizan cuatro tipos de baterías: baterías de plomo-ácido sin mantenimiento, baterías de plomo-ácido ordinarias, baterías coloidales y baterías alcalinas de níquel-cadmio, y las baterías de plomo-ácido sin mantenimiento y las baterías coloidales son ampliamente utilizadas.

Principio de funcionamiento: la luz del sol brilla en el módulo fotovoltaico durante el día, genera voltaje de CC, convierte la energía de la luz en electricidad y luego la transmite al controlador, después de la protección contra sobrecarga del controlador, la electricidad del módulo fotovoltaico se transfiere a la batería para su almacenamiento , para usar cuando sea necesario.

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