A fotovoltaikus energiaforrások mögött álló főbb elképzelések áttekintése
Szisztematikus csoportokba rendezés
Kétféle fotovoltaikus rendszer létezik: az egyik hálózatra való csatlakozás nélkül, a másik pedig rá van kötve.
1. A független fotovoltaikus rendszert hálózaton kívüli opciónak is nevezik. A rendszer fő részei egy napelemmodul, egy motor és egy akkumulátor. A váltakozó áramot (AC) használó terhelés táplálásához váltakozó áramú átalakítót kell beállítani. Az önálló fotovoltaikus erőművek közé tartoznak az önellátó energiaellátó rendszerek, például a napelemes otthoni energiaellátó rendszerek, a vidéki falvak energiaellátó rendszerei és az akkumulátorokkal működő fotovoltaikus energiaellátó rendszerek. Ezek a rendszerek önállóan is működhetnek, és sok mindenre használják őket, például kontaktjelek táplálására, katódok elleni védelemre és az utcák napenergiával történő megvilágítására.
2. A hálózatra kapcsolt energiaellátási opció a napelemek által termelt egyenáramot váltakozó árammá alakítja, amely a város elektromos hálózatával működik. Ez lehetővé teszi a közvetlen csatlakozást a közüzemi hálózathoz. Ezeket "hálózatra csatlakoztatott" egységeknek nevezhetjük, és lehetnek akkumulátoraik, de előfordulhat, hogy nem. A hálózatra csatlakoztatott és akkumulátorokkal rendelkező energiarendszer könnyen programozható úgy, hogy szükség szerint csatlakozzon vagy leváljon a hálózatról. Az otthoni hálózatra csatlakoztatott fotovoltaikus rendszerek általában akkumulátorokkal rendelkeznek. A nagyobb rendszerek ezzel szemben általában akkumulátorok nélküli, hálózatra csatlakoztatott fotovoltaikus rendszerekkel rendelkeznek, amelyek nem ütemezhetők, és nem rendelkeznek tartalék áramellátással. A nemzeti elektromos hálózatra csatlakoztatott nagy fotovoltaikus erőműveket hálózatra csatlakoztatott napenergia előállítására használják. Ezekből az erőművekből származó energia a hálózaton keresztül közvetlenül az otthonokhoz és a vállalkozásokhoz jut. Az ilyen típusú erőműbe fektetni viszont sokba kerül, sokáig tart a megépítése, sok helyet foglal el, és az utóbbi időben nem tapasztalható nagy előrelépés. A legtöbb hálózatra csatlakoztatott fotovoltaikus rendszer kisméretű, szétszórt, hálózatra csatlakoztatott fotovoltaikus, mint például az épületekbe épített napelemek. Ez azért van, mert kevés pénzt igényel a megépítése, gyorsan elvégezhető, csekély hatást gyakorol, és erős politikai támogatottsággal rendelkezik.
Hardver alkatrészek
Egy fotovoltaikus energiaellátó rendszer tartalmaz egy napelemtáblát, egy akkumulátort, egy töltés- és kisütés-vezérlőt, egy invertert, egy váltakozó áramú elosztódobozt, egy napkövető vezérlőrendszert és egyéb fontos alkatrészeket.
Bizonyos eszközök a következőképpen működnek:
Napelemes eszköz
A fény, akárcsak a napból vagy más fényforrásokból származó fény, energiát vesz fel, és mindkét végén furcsa töltést hoz létre. Ennek a neve "fotogenerált feszültség". Sokan ezt a hatást fotoelektromos hatásnak nevezik. Ahhoz, hogy a fény elektromossággá váljon, elektromotoros erőnek kell jelen lennie a napelem két vége között. Ennek a neve napeffektus. A napelemek segítségével könnyebb energiát valami mássá alakítani. A napelemek három különböző típusú szilíciumcellából állnak: amorf szilícium napelemekből, polikristályos szilícium napelemekből és monokristályos szilícium napelemekből.
Egy akkumulátor, ami energiát tárol
Amikor a napelemrendszer be van kapcsolva, a hasznos modell tárolhatja az általa termelt energiát, és a nap bármely szakában elküldheti azt a terhelésnek. Ahhoz, hogy a napelemek energiát termeljenek, olcsóknak, hosszú ideig tartóknak kell lenniük, jól kell viselniük a nagy kisüléseket, gyorsan fel kell tölteniük, és kevés vagy semmilyen karbantartást nem kell igényelniük. Emellett széles hőmérsékleti tartományban kell működniük.
Töltés és kisütés vezérlése
Segítség nélkül is megakadályozhatja, hogy az akkumulátorok túl gyorsan töltődjenek vagy lemerüljenek. Az akkumulátor lemerülésének gyakorisága és mélysége határozza meg az élettartamát. Ezért nagyon fontos egy töltés- és kisütésfigyelő, amely megakadályozza, hogy az akkumulátor túl sok vagy túl kevés energiával rendelkezzen.
A váltóáram (AC) az egyenáram (DC) ellentéte, és egy generátor az egyenáramot váltóárammá (AC) alakítja.
Valami, ami az egyenáramot váltakozó árammá alakítja. A terhelés AC, de a napelemek és az akkumulátorok DC, tehát kell egy kapcsoló. Működésük alapján az inverter két csoportra osztható: egy önállóan működő napelemes inverterre és egy olyanra, amely az elektromos hálózathoz van csatlakoztatva. Ha csak napelemeket használsz áramtermelésre, akkor egy másik terhelést is meghajthatsz egy önálló generátorral. Az elektromos hálózathoz csatlakoztatott napelemes transzformátor az, ami a napelemes rendszert a hálózattal működteti. Az inverterek kétféle típusúak: szinusz inverterek és négyszög inverterek. Egyszerű és olcsó elkészíteni egy négyszög átalakító áramkört, de nagy a harmonikus összetevője. Általában néhány száz watt vagy annál kisebb harmonikus igényekre használják. A szinusz inverterek drágák, de sokféle feladatot képesek ellátni árammal.
Egy kütyü, ami a napkövetést vezérli
A nap fényének szöge egész évben változik, ahogy a nap felkel és lenyugszik tavasszal, nyáron, ősszel és télen. Ez azért van, mert a rendszerek rögzített helyen vannak. Ahhoz, hogy a legjobban működjenek, a napelemeknek mindig a nap felé kell nézniük. Jelenleg a napkövető eszköznek a hosszúsági és szélességi fokát kell használnia, hogy kitalálja, milyen szögben áll a Nap az év különböző időpontjaiban. A PLC, a mikrokontroller vagy a számítógépes szoftver az év minden szakaszában megőrzi a Nap helyzetét. Ezt a Nap helyzetének kiszámításával érik el a követés eléréséhez. A számítógépes adatelméletet alkalmazzák, és ehhez szükség van a Föld hosszúsági és szélességi adataira és beállításaira. Miután beállították, nem könnyű mozgatni vagy szétszerelni; az adatokat és a paramétereket minden alkalommal újra kell állítani. Az elvek, az áramkörök, a technológia és a berendezések bonyolultak, és a nem szakemberek nem tudják könnyen megváltoztatni őket. Az intelligens napkövetők gyors autókra és vonatokra, valamint hajókra, haditengerészetre, kommunikációs mentőjárművekre és különleges háborús járművekre is felszerelhetők. Az intelligens napkövető biztosítja, hogy a rendszer a Nap mozgásának irányába haladjon, függetlenül attól, hogy az merre tart vagy hogyan fordul.
Mit tehetsz a napenergiával
A fotovoltaikus (PV) energiatermelés lényege a félvezetők kölcsönhatásának fotovoltaikus hatása. Ez a hatás a fényt elektromos árammá alakítja. A napelem a legfontosabb alkatrész. Nagy felületű napelemek készíthetők a napelemek sorba helyezésével és védelmével. Ezeket a modulokat aztán teljesítményszabályozókkal és más alkatrészekkel együtt lehet fotovoltaikus energiatermelő eszközzé tenni. A PV azért jobb, mert több helyen használható, mivel a nap mindenhová süt. A PV rendszer további előnyei, hogy biztonságos és megbízható, nem zajos és nem szennyez, nem használ üzemanyagot, és a helyszínen kábelvezetékek is telepíthetők, ami felgyorsítja az építési folyamatot. A fotovoltaikus energiatermelés napelemeket használ a napfény közvetlen elektromos árammá alakítására, a fotovoltaikus hatás elmélete alapján. A fotovoltaikus energiarendszer többnyire napelemekből (más néven modulokból), vezérlőkből és inverterekből áll. Önmagában vagy az elektromos hálózathoz csatlakoztatva is használható. Mivel ezek az alkatrészek többnyire elektromosak és nem mechanikusak, a fotovoltaikus berendezések nagyon jól elkészítettek, megbízhatóak, tartósak, és egyszerűen beállíthatók és karbantarthatók. A fotovoltaikus technológia bármire felhasználható, az űrhajók energiaellátásától az otthonokig, a játékoktól a megawattos erőművekig és sok másra.
A napelemek, amelyek lapkák formájában kaphatók, mint például monokristályos szilícium, polikristályos szilícium, amorf szilícium és vékonyréteg-cellák, a napelemes fotovoltaikus rendszerek legalapvetőbb részei. Jelenleg az egykristályos és polikristályos akkumulátorok a legnépszerűbb amorf akkumulátorok kis rendszerekhez és számítógépes tartalék áramellátáshoz.
