A fotovoltaica está en aumento en EE. Este artigo explica como funciona un sistema fotovoltaico e de que compoñentes está formado.
Como funciona a fotovoltaica?
Un sistema fotovoltaico converte a luz solar en enerxía eléctrica. Para este fin utilízanse módulos solares formados por células solares. A luz solar pon en movemento os electróns das células solares e xera corrente continua. Esta é convertida en corrente alterna polo inversor e está a disposición do fogar.
O funcionamento dun sistema fotovoltaico é algo máis complexo do descrito anteriormente. Un sistema fotovoltaico consta de varios compoñentes que son esenciais para un funcionamento eficiente.
Que compoñentes son necesarios para producir electricidade?
Un sistema fotovoltaico consta de só algúns compoñentes. Os máis importantes son
*Módulos solares
*Cable solar
*Contador solar e contador de alimentación
*inversores
Alternativamente, tamén se utiliza unha unidade de almacenamento de enerxía eléctrica e un xestor de enerxía. Os compoñentes individuais descríbense con máis detalle a continuación.
Módulos solares e células solares
Os módulos solares conteñen células solares que converten a luz solar en enerxía eléctrica. As células solares están conectadas en serie para que a súa tensión se sume. Como regra xeral, un módulo solar consta de 60 ou 72 células ou de 120 a 144 medias células. Acadan unha potencia de 300 a 400 Wp, aínda que xa están dispoñibles no mercado módulos solares con máis de 600 Wp.
As células solares están feitas principalmente de silicio. O silicio é un material semicondutor con propiedades fotovoltaicas. Cando a luz solar incide na célula solar, excita os electróns. O seu movemento xera electricidade. Son necesarias dúas capas dopadas de forma diferente para que a célula solar xere electricidade:
1、A capa superior chámase capa dopada n. Contén silicio e fósforo. O silicio ten catro electróns unidos, mentres que o fósforo ten cinco electróns. Este electrón adicional está libre na capa;
2、A capa inferior de silicio está dopada con boro p. O boro ten un electrón menos que o silicio, creando un burato;
3、Os electróns libres da capa de silicio-fósforo dopada con n migran á capa dopada con p e enchen os buratos. Isto forma unha capa límite de átomos de boro con catro electróns. Estes átomos quedan estacionarios xa que xa non teñen buratos;
4、A migración de electróns crea polos eléctricos. Cando os electróns migran, a capa superior carga positivamente e a inferior carga negativamente. A luz solar libera electróns dos átomos de boro das células solares. Os electróns son atraídos polo polo positivo e migran á capa superior. Este proceso ten lugar en todas as células solares que están expostas á luz solar.
Os electróns excitados descárganse da capa superior da célula solar. Isto ocorre a través dun condutor eléctrico, normalmente unha reixa metálica na parte traseira do módulo solar. Cando brilla o sol, cada vez máis electróns son empuxados a través dos contactos metálicos e conducidos a través dos cables solares.
Hai un contacto metálico na parte inferior do módulo solar que está conectado aos cables solares. Os electróns flúen polo cable e reaparecen na capa inferior. Ao permanecer en constante movemento, xeran unha tensión eléctrica.
Cable solar
Os cables solares conectan os módulos dun sistema solar. Son resistentes á intemperie e aos UV e transportan a electricidade entre os módulos fotovoltaicos. Hai varias formas de conectar ou cambiar estes cables. Isto ten un efecto sobre a tensión actual, a intensidade da corrente e a saída global:
1 、 Cando están conectados en serie, os módulos solares están conectados en serie. O cable positivo está conectado ao cable negativo. A tensión de todos os módulos suma, mentres que o amperaje segue sendo o mesmo. Ao final, o primeiro e o último módulo teñen cada un un cable que está conectado ao inversor. Este é o tipo de circuíto máis común e o que ten menos cables.
2、En conexión paralela, os cables negativos están conectados a cables negativos e os cables positivos a cables positivos. Isto aumenta a corrente mentres a tensión do módulo segue sendo a mesma. Ao final, aínda quedan dous cables conectados ao inversor. A vantaxe é que o sombreado dun módulo non ten influencia no rendemento actual dos outros. A desvantaxe é que hai que colocar máis cables e a instalación é máis complexa.
Contador solar
O contador solar mide a electricidade total xerada polo sistema fotovoltaico. Isto é crucial para determinando o rendemento xerado e a rendibilidade do sistema fotovoltaico. O contador solar está instalado no lado de corrente continua, é dicir, antes do inversor.
cruce
A inversor de enerxía solar permite aproveitar a enerxía solar xerada no fogar. A enerxía solar é de corrente continua, mentres que os fogares e a rede pública utilizan corrente alterna:
1、A corrente continua flúe constantemente nunha dirección, de negativo a positivo. A forza da corrente mantense constante no tempo;
2、Con corrente alterna, o fluxo de corrente cambia regularmente de dirección. A frecuencia, medida en Hercios (Hz), indica a frecuencia con que se produce este cambio por segundo. En Europa, as redes eléctricas funcionan a 50 Hz, o que significa que a dirección cambia 50 veces por segundo.
Os inversores fotovoltaicos usan circuítos sofisticados para xerar unha onda sinusoidal para dispositivos electrónicos. Os interruptores abren e pechan liñas eléctricas rapidamente, cambiando así a dirección da corrente. Para conseguir unha onda sinusoidal uniforme, a frecuencia de conmutación divídese en segmentos máis pequenos con diferentes intensidades de corrente.
Para supervisar e optimizar os sistemas fotovoltaicos, os inversores modernos conteñen MPPT (Maximum Power Point Tracking). Inflúen na corrente eléctrica e na tensión para facer funcionar o sistema solar preto do seu punto de máxima potencia.
Almacenamento de enerxía eléctrica
Debido aos altos prezos da electricidade, hoxe en día paga a pena almacenar o excedente de electricidade en lugar de alimentalo na rede. Para este fin, incorpórase ao sistema fotovoltaico un sistema de almacenamento de enerxía eléctrica. Isto fai posible utilizar a enerxía solar autoxerada fóra dos tempos de xeración. Isto á súa vez aumenta o autoconsumo e a rendibilidade do sistema.
Un sistema de almacenamento de electricidade consta dun electrodo positivo (ánodo), un electrodo negativo (cátodo) e un electrólito como líquido condutor. O electrólito rodea os dous electrodos. Se o sistema solar xera electricidade en exceso, os electróns móvense a través do electrólito desde o cátodo ata o ánodo. O ánodo está totalmente cargado de electróns. No ánodo, os electróns reaccionan e forman átomos. Deste xeito, o exceso de electricidade almacénase en forma de enerxía química.
Durante a descarga, os átomos volven ao cátodo. Alí convértense de novo en electróns. Os electróns están dispoñibles como corrente eléctrica e son alimentados ao circuíto doméstico.
Para que un sistema de almacenamento de enerxía valga especialmente a pena, combínao cun sistema de xestión da enerxía.
Sistema de xestión da enerxía
A tarefa dun xestor de enerxía para sistemas fotovoltaicos é aumentar o autoconsumo de enerxía solar no fogar e reducir os custos da electricidade. O sistema de xestión enerxética identifica e utiliza o potencial de aforro enerxético. Rexistra e analiza os fluxos e fontes de enerxía, desenvolve ideas de mellora, avalía a rendibilidade e aplicalas. A maioría dos sistemas de xestión de enerxía contrólanse mediante unha aplicación ou software.
Contadores de consumo e contadores de alimentación
Se conecta un sistema fotovoltaico á rede pública, necesitará un contador de consumo e un contador de alimentación:
1 、 O contador de alimentación mide a electricidade introducida na rede;
2、O contador de consumo mide a electricidade consumida no fogar.
O contador de consumo adoita estar xa presente. O contador de alimentación só se instala cando se pon en marcha a instalación fotovoltaica, tan pronto como rexistras o sistema co operador da rede e este é aprobado por este. Hoxe en día adoitan instalarse contadores bidireccionais, que combinan contadores de consumo e de alimentación.
