Jak funguje fotovoltaika? Jednoduše vysvětleno.

Jak funguje fotovoltaika? Jednoduše vysvětleno.

Fotovoltaika je v USA na vzestupu. Tento článek vysvětluje, jak funguje fotovoltaický systém a z jakých komponent se skládá.

Jak funguje fotovoltaika?

Fotovoltaický systém přeměňuje sluneční záření na elektrickou energii. K tomuto účelu se používají solární moduly sestávající ze solárních článků. Sluneční záření uvádí do pohybu elektrony v solárních článcích a generuje stejnosměrný proud. Ten je ve střídači přeměněn na střídavý proud a zpřístupněn domácnosti.

Způsob fungování fotovoltaického systému je poněkud složitější, než je popsáno výše. FV systém se skládá z několika komponent, které jsou nezbytné pro efektivní provoz.

 

Které komponenty jsou potřeba k výrobě elektřiny?

FV systém se skládá pouze z několika komponent. Nejdůležitější jsou

*Solární moduly
* Solární kabel
*Solární měřič a měřič napájení
* měniče

Alternativně se používá také zásobník elektřiny a energetický manažer. Jednotlivé komponenty jsou podrobněji popsány níže.

Solární moduly a solární články

Solární moduly obsahují solární články, které přeměňují sluneční světlo na elektrickou energii. Solární články jsou zapojeny do série, takže jejich napětí se sčítá. Solární modul sestává zpravidla z 60 nebo 72 článků nebo 120 až 144 polovičních článků. Dosahují výkonu 300 až 400 Wp, i když na trhu jsou již dostupné solární moduly s výkonem přes 600 Wp.

Solární články jsou vyrobeny převážně z křemíku. Křemík je polovodičový materiál s fotovoltaickými vlastnostmi. Když sluneční světlo dopadne na solární článek, excituje elektrony. Jejich pohyb generuje elektřinu. Aby solární článek vyráběl elektřinu, jsou potřeba dvě různě dopované vrstvy:

1、Svrchní vrstva se nazývá n-dopovaná vrstva. Obsahuje křemík a fosfor. Křemík má čtyři vázané elektrony, zatímco fosfor má pět elektronů. Tento další elektron je ve vrstvě volný;

2、Spodní vrstva křemíku je p-dopovaná borem. Bor má o jeden elektron méně než křemík, čímž vzniká díra;

3、Volné elektrony z n-dopované křemíko-fosforové vrstvy migrují do p-dopované vrstvy a vyplňují díry. To tvoří hraniční vrstvu atomů boru se čtyřmi elektrony. Tyto atomy se stanou stacionárními, protože již nemají žádné díry;

4、Migrace elektronů vytváří elektrické póly. Když elektrony migrují, horní vrstva se nabije kladně a spodní vrstva záporně. Sluneční světlo uvolňuje elektrony z atomů boru v solárních článcích. Elektrony jsou přitahovány ke kladnému pólu a migrují do horní vrstvy. Tento proces probíhá ve všech solárních článcích, které jsou vystaveny slunečnímu záření.

Vybuzené elektrony jsou vybíjeny z horní vrstvy solárního článku. To se děje přes elektrický vodič, obvykle kovovou mřížku na zadní straně solárního modulu. Když svítí slunce, stále více elektronů je protlačováno kovovými kontakty a vedeno přes solární kabely.

Na spodní straně solárního modulu je kovový kontakt, který je připojen k solárním kabelům. Elektrony protékají kabelem a znovu se objevují ve spodní vrstvě. Tím, že zůstávají v neustálém pohybu, generují elektrické napětí.

Solární kabel

Solární kabely spojují moduly solárního systému. Jsou odolné proti povětrnostním vlivům a UV záření a přenášejí elektřinu mezi FV moduly. Existují různé způsoby, jak tyto kabely připojit nebo přepnout. To má vliv na aktuální napětí, sílu proudu a celkový výstup:

1、Při sériovém zapojení jsou solární moduly zapojeny do série. Kladný kabel je připojen k zápornému kabelu. Napětí všech modulů se sčítá, přičemž proud zůstává stejný. Na konci má první a poslední modul každý kabel, který je připojen ke střídači. Toto je nejběžnější typ obvodu a obvod s nejmenším počtem kabelů.

2、V paralelním zapojení jsou záporné kabely připojeny k záporným kabelům a kladné kabely ke kladným kabelům. Tím se zvýší proud, zatímco napětí modulu zůstane stejné. Ke střídači jsou nakonec ještě připojeny dva kabely. Výhodou je, že zastínění jednoho modulu nemá vliv na aktuální vydatnost ostatních. Nevýhodou je, že se musí položit více kabelů a instalace je složitější.

Solární měřič

Solární měřič měří celkovou elektřinu vyrobenou fotovoltaickým systémem. To je zásadní pro určení generovaného výnosu a nákladovou efektivitu FV systému. Solární měřič se instaluje na stejnosměrnou stranu, tj. před střídač.

Měnič

A solární střídač umožňuje využít solární energii generovanou v domácnosti. Solární energie je stejnosměrný proud, zatímco domácnosti a veřejná síť používají střídavý proud:

1、Směrný proud teče neustále v jednom směru, od záporného k kladnému. Síla proudu zůstává v průběhu času konstantní;

2、U střídavého proudu tok proudu pravidelně mění směr. Frekvence měřená v Hertzech (Hz) udává, jak často k této změně za sekundu dochází. V Evropě fungují elektrické sítě s frekvencí 50 Hz, což znamená, že směr se mění 50krát za sekundu.

FV střídače používají sofistikované obvody pro generování sinusové vlny pro elektronická zařízení. Spínače rychle otevírají a zavírají elektrické vedení a tím mění směr proudu. Aby bylo dosaženo jednotné sinusovky, je spínací frekvence rozdělena na menší segmenty s různou intenzitou proudu.

Pro monitorování a optimalizaci FV systémů obsahují moderní střídače MPPT (Maximum Power Point Tracking). Ovlivňují elektrický proud a napětí, aby provozoval solární systém v blízkosti jeho maximálního výkonu.

Skladování elektřiny

Kvůli vysokým cenám elektřiny se v dnešní době vyplatí přebytečnou elektřinu skladovat místo jejího dodávání do sítě. K tomuto účelu je do FV systému integrován systém akumulace elektřiny. To umožňuje využívat solární energii z vlastní výroby mimo dobu výroby. To následně zvyšuje vlastní spotřebu a ziskovost systému.

Systém akumulace elektřiny se skládá z kladné elektrody (anody), záporné elektrody (katody) a elektrolytu jako vodivé kapaliny. Elektrolyt obklopuje dvě elektrody. Pokud solární systém generuje přebytek elektřiny, elektrony se pohybují elektrolytem od katody k anodě. Anoda je plně nabitá elektrony. Na anodě elektrony reagují a tvoří atomy. Tímto způsobem se přebytečná elektřina ukládá ve formě chemické energie.

Během výboje se atomy přesunou zpět ke katodě. Tam jsou přeměněny zpět na elektrony. Elektrony jsou dostupné jako elektrický proud a jsou přiváděny do okruhu domácnosti.

Aby se systém skladování energie obzvlášť vyplatil, zkombinujte jej se systémem řízení energie.

Systém energetického managementu

Úkolem energetického manažera pro FV systémy je zvýšit vlastní spotřebu solární energie v domácnosti a snížit náklady na elektřinu. Systém energetického managementu identifikuje a využívá potenciální úspory energie. Zaznamenává a analyzuje energetické toky a zdroje, rozvíjí nápady na zlepšení, vyhodnocuje nákladovou efektivitu a realizuje je. Většina systémů řízení energie je řízena pomocí aplikace nebo softwaru.

Měřiče spotřeby a napájení

Pokud připojíte FV systém k veřejné síti, potřebujete měřič spotřeby a měřič napájení:

1、Měřič napájení měří elektřinu dodávanou do sítě;
2、Měřič spotřeby měří elektřinu spotřebovanou v domácnosti.

Měřič spotřeby je obvykle již přítomen. Měřič napájení se instaluje až při uvedení FV systému do provozu, jakmile systém zaregistrujete u provozovatele sítě a provozovatel jej schválí. V dnešní době se obvykle instalují obousměrná měřidla, která kombinují měřiče spotřeby a napájení.

Životnost fotovoltaiky: Jak dlouho vydrží solární systémy?

Životnost fotovoltaiky: Jak dlouho vydrží solární systémy?

Solární systém: výhody a nevýhody solární energie

Solární systém: výhody a nevýhody solární energie

Prázdný obsah. Vyberte článek pro náhled

Získejte bezplatné řešení

Pro Váš Projekt

Můžeme vám zdarma přizpůsobit vaše vlastní řešení

kontaktujte nás