La fotovoltaica està en augment als EUA. En aquest article s'explica com funciona un sistema fotovoltaic i de quins components està format.
Com funciona la fotovoltaica?
Un sistema fotovoltaic converteix la llum solar en energia elèctrica. Amb aquesta finalitat s'utilitzen mòduls solars formats per cèl·lules solars. La llum solar posa en moviment els electrons de les cèl·lules solars i genera corrent continu. Aquest és convertit en corrent altern per l'inversor i posat a disposició de la llar.
El funcionament d'un sistema fotovoltaic és una mica més complex del que s'ha descrit anteriorment. Un sistema fotovoltaic consta de diversos components que són essencials per a un funcionament eficient.
Quins components es necessiten per produir electricitat?
Un sistema fotovoltaic consta només d'uns quants components. Els més importants són
*Mòduls solars
*Cable solar
*Comptador solar i comptador d'alimentació
*inversors
Alternativament, també s'utilitza una unitat d'emmagatzematge d'electricitat i un gestor d'energia. Els components individuals es descriuen amb més detall a continuació.
Mòduls solars i cèl·lules solars
Els mòduls solars contenen cèl·lules solars que converteixen la llum solar en energia elèctrica. Les cèl·lules solars estan connectades en sèrie de manera que la seva tensió s'acumula. Per regla general, un mòdul solar consta de 60 o 72 cèl·lules o de 120 a 144 mitges cèl·lules. Aconsegueixen una potència de 300 a 400 Wp, tot i que ja estan disponibles al mercat mòduls solars amb més de 600 Wp.
Les cèl·lules solars estan fetes principalment de silici. El silici és un material semiconductor amb propietats fotovoltaiques. Quan la llum solar arriba a la cèl·lula solar, excita els electrons. El seu moviment genera electricitat. Es necessiten dues capes dopades de manera diferent perquè la cèl·lula solar generi electricitat:
1、La capa superior s'anomena capa n-dopada. Conté silici i fòsfor. El silici té quatre electrons units, mentre que el fòsfor té cinc electrons. Aquest electró addicional està lliure a la capa;
2 、 La capa inferior de silici està dopada amb bor. El bor té un electró menys que el silici, creant un forat;
3、Els electrons lliures de la capa de silici-fòsfor dopada amb n migren a la capa dopada amb p i omplen els forats. Això forma una capa límit d'àtoms de bor amb quatre electrons. Aquests àtoms es tornen estacionaris ja que ja no tenen forats;
4, la migració d'electrons crea pols elèctrics. Quan els electrons migren, la capa superior es carrega positivament i la capa inferior es carrega negativament. La llum solar allibera electrons dels àtoms de bor de les cèl·lules solars. Els electrons són atrets pel pol positiu i migren cap a la capa superior. Aquest procés té lloc a totes les cèl·lules solars que estan exposades a la llum solar.
Els electrons excitats es descarreguen des de la capa superior de la cèl·lula solar. Això té lloc a través d'un conductor elèctric, normalment una reixeta metàl·lica a la part posterior del mòdul solar. Quan brilla el sol, cada cop més electrons són empès a través dels contactes metàl·lics i es condueixen a través dels cables solars.
Hi ha un contacte metàl·lic a la part inferior del mòdul solar que està connectat als cables solars. Els electrons flueixen pel cable i tornen a aparèixer a la capa inferior. En romandre en constant moviment, generen una tensió elèctrica.
Cable solar
Els cables solars connecten els mòduls d'un sistema solar. Són resistents a la intempèrie i als raigs UV i transporten l'electricitat entre els mòduls fotovoltaics. Hi ha diverses maneres de connectar o canviar aquests cables. Això té un efecte sobre la tensió actual, la intensitat del corrent i la sortida total:
1 、 Quan es connecten en sèrie, els mòduls solars es connecten en sèrie. El cable positiu està connectat al cable negatiu. La tensió de tots els mòduls es suma, mentre que l'amperatge segueix sent el mateix. Al final, el primer i l'últim mòdul tenen cadascun un cable connectat a l'inversor. Aquest és el tipus de circuit més comú i el que té menys cables.
2 、 En connexió paral·lel, els cables negatius es connecten a cables negatius i els cables positius a cables positius. Això augmenta el corrent mentre la tensió del mòdul segueix sent la mateixa. Al final, encara queden dos cables connectats a l'inversor. L'avantatge és que l'ombrejat d'un mòdul no influeix en el rendiment actual dels altres. El desavantatge és que s'han de col·locar més cables i la instal·lació és més complexa.
Comptador solar
El comptador solar mesura l'electricitat total generada pel sistema fotovoltaic. Això és crucial per determinant el rendiment generat i la rendibilitat del sistema fotovoltaic. El comptador solar s'instal·la al costat de corrent continu, és a dir, abans de l'inversor.
inversor
A inversor d'energia solar permet aprofitar l'energia solar generada a la llar. L'energia solar és de corrent continu, mentre que les llars i la xarxa pública utilitzen corrent altern:
1、El corrent continu flueix constantment en una direcció, de negatiu a positiu. La força del corrent es manté constant al llarg del temps;
2、Amb corrent altern, el flux de corrent canvia de direcció regularment. La freqüència, mesurada en Hertz (Hz), indica amb quina freqüència es produeix aquest canvi per segon. A Europa, les xarxes elèctriques funcionen a 50 Hz, la qual cosa significa que la direcció canvia 50 vegades per segon.
Els inversors fotovoltaics utilitzen circuits sofisticats per generar una ona sinusoïdal per a dispositius electrònics. Els interruptors obren i tanquen les línies elèctriques ràpidament, canviant així la direcció del corrent. Per aconseguir una ona sinusoïdal uniforme, la freqüència de commutació es divideix en segments més petits amb diferents intensitats de corrent.
Per controlar i optimitzar els sistemes fotovoltaics, els inversors moderns contenen MPPT (Maximum Power Point Tracking). Influeixen en el corrent elèctric i la tensió per tal de fer funcionar el sistema solar a prop del seu punt de màxima potència.
Emmagatzematge d'electricitat
A causa dels alts preus de l'electricitat, avui dia val la pena emmagatzemar l'electricitat sobrant en lloc d'alimentar-la a la xarxa. Amb aquesta finalitat, s'integra un sistema d'emmagatzematge d'electricitat al sistema fotovoltaic. Això fa possible utilitzar l'energia solar autogenerada fora dels temps de generació. Això al seu torn augmenta l'autoconsum i la rendibilitat del sistema.
Un sistema d'emmagatzematge d'electricitat consta d'un elèctrode positiu (ànode), un elèctrode negatiu (càtode) i un electròlit com a líquid conductor. L'electròlit envolta els dos elèctrodes. Si el sistema solar genera un excés d'electricitat, els electrons es mouen a través de l'electròlit des del càtode fins a l'ànode. L'ànode està totalment carregat d'electrons. A l'ànode, els electrons reaccionen i formen àtoms. D'aquesta manera, l'excés d'electricitat s'emmagatzema en forma d'energia química.
Durant la descàrrega, els àtoms tornen al càtode. Allà es tornen a convertir en electrons. Els electrons estan disponibles com a corrent elèctric i s'alimenten al circuit domèstic.
Perquè valgui la pena un sistema d'emmagatzematge d'energia, combineu-lo amb un sistema de gestió de l'energia.
Sistema de gestió energètica
La tasca d'un gestor d'energia per a sistemes fotovoltaics és augmentar l'autoconsum d'energia solar a la llar i reduir els costos d'electricitat. El sistema de gestió energètica identifica i utilitza els possibles estalvis energètics. Registra i analitza els fluxos i les fonts d'energia, desenvolupa idees de millora, avalua la rendibilitat i les implementa. La majoria dels sistemes de gestió d'energia es controlen mitjançant una aplicació o programari.
Comptadors de consum i comptadors d'alimentació
Si connecteu un sistema fotovoltaic a la xarxa pública, necessiteu un comptador de consum i un comptador d'alimentació:
1, el comptador d'alimentació mesura l'electricitat que s'introdueix a la xarxa;
2、El comptador de consum mesura l'electricitat consumida a la llar.
El comptador de consum normalment ja està present. El comptador d'alimentació només s'instal·la quan es posa en funcionament el sistema fotovoltaic, tan bon punt es registra el sistema amb l'operador de la xarxa i és aprovat per aquest. Actualment s'hi solen instal·lar comptadors bidireccionals, que combinen comptadors de consum i d'alimentació.
