Informazioni sull'energia solare : Panoramica dei sistemi di energia solare

Panoramica del funzionamento di un sistema di energia solare

I sistemi di energia solare hanno collettori che convertono la luce solare in calore in fluido, unità di alimentazione di riserva destinate a raccogliere energia quando è disponibile e distribuirla quando richiesto, dispositivi per trasmettere energia dall'accumulo a un carico e le pompe, i controlli necessari, ecc.

Il processo di estrazione diretta dell'energia dalla luce solare è indicato come processo fotovoltaico.

Una cella fotovoltaica è un tipo di rilevatore fotovoltaico che converte il flusso radiante direttamente in corrente elettrica.

Inoltre, l'energia può essere prodotta dal calore attraverso le celle fotovoltaiche perché è necessaria la luce solare.

Quando la luce solare colpisce, il pannello genera una tensione maggiore della batteria, consentendo alla batteria di caricarsi.

Molti pannelli avranno un diodo di blocco (un elemento elettrico che consente all'elettricità di fluire solo in una direzione), assicurando che la batteria non si scarichi attraverso il pannello quando non c'è luce solare inadeguata.

È possibile effettuare un collegamento alla batteria per fornire una corrente continua a bassa tensione per l'uso.

Il silicio è un semiconduttore, il che indica che ha le proprietà sia di un isolante che di un metallo.

Lo strato apicale contiene fosforo o arsenico usati per drogare il silicio, mentre lo strato inferiore contiene boro o gallio.

Il fosforo ha 5 elettroni di mantovana, il che spiega la chimica.

Trasferisce quattro elettroni al silicio, che poi forma il legame rilasciando il suo quinto elettrone.

Quando molti atomi di fosforo vengono sostituiti nel cristallo di silicio, sono presenti molti elettroni liberi, con conseguente silicio di tipo n.

Il tipo n di silicio indica che è presente la maggior parte degli elettroni.

Nel caso del drogaggio con boro-silicio, il reticolo cristallino di silicio perde un elettrone.

Di conseguenza, è silicio di tipo p con una maggioranza di lacune e una minoranza di elettroni.

Quando le particelle di luce solare, o fotoni, cadono direttamente su un pannello solare, gli elettroni vengono liberati.

Il lavoro non è ancora finito.

Per generare elettricità bisogna creare uno squilibrio.

Quando il silicio di tipo p e di tipo n sono saldamente strutturati insieme, questo è possibile.

Elettroni extra dal silicio di tipo n si muovono nei fori presenti nel silicio di tipo p, creando un campo elettrico in tutta la cella.

Inoltre, il silicio è un semiconduttore, il che significa che è un isolante e può mantenere efficacemente lo squilibrio.

Materiali utilizzati nella fabbricazione di pannelli solari

Tipicamente, il silicio è drogato con fosforo, arsenico, boro o gallio.

Recentemente, i ricercatori hanno sviluppato il nuovo elemento Argonne III, che è molto più economico, più efficiente e più affidabile.

Inoltre, rispetto al silicio, richiede tempi di produzione inferiori.

Ciò renderà i pannelli solari più accessibili a molte persone che non sono state in grado di installarli nelle loro case a causa dei costi elevati.

Pertanto, è un'invenzione molto importante per lo sviluppo a lungo termine dell'ambiente in modo conveniente.

Ci sono vari tipi di pannelli solari che le persone usano in base alla loro utilità.

Quando si acquista un pannello solare, è necessario considerare diversi fattori, tra cui dove verrà installato, la sua destinazione d'uso (residenziale o aziendale) e il costo.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di pannelli solari:

Pannello solare in silicio policristallino

Si basa su polisilicio e silicio multicristallino.

Il silicio grezzo viene prima fuso, poi versato in uno stampo quadrato, raffreddato e tagliato in cialde perfettamente quadrate.

Inoltre, è stato introdotto per la prima volta sul mercato nel 1981.

I pannelli policristallini hanno una lunga durata.

Si è scoperto che i pannelli installati 25 anni fa sono ancora perfettamente funzionanti.

Hanno una resa da 120 a 150 Watt metri quadrati.

È possibile un'eccezione dal 12% al 15%.

Poiché i limiti di guadagno del cristallo possono intrappolare gli elettroni, l'efficienza è significativamente bassa.

I pannelli policristallini hanno un coefficiente termico ridotto, il che implica che i loro livelli di temperatura elevata sono leggermente inferiori.

Anche se richiedono poco spazio per l'installazione e sono ampiamente disponibili, sono meno produttivi dei pannelli solari in silicio monocristallino.

Pannello solare in silicio monocristallino

Il pannello solare in silicio monocristallino è tagliato da leghe, conferendo al pannello un layout coerente.

Questi cristalli di dimensioni astronomiche sono difficili da produrre perché sono rari e il processo di ricristallizzazione è incredibilmente costoso.

Ha un ottimo rapporto potenza-dimensioni, con un'efficienza di 135-170 Watt per metro quadrato.

Inoltre, alcune delle unità hanno ora una conversione di efficienza del 18%.

Lo svantaggio principale è che è sensibile all'ombra e alla polvere.

Anche se solo una cella del pannello solare è all'ombra, le sue prestazioni diminuiranno al 20%.

Pannello solare amorfo o a film sottile

Attraverso la deposizione da vapore, il silicone viene spruzzato sul substrato.

L'acqua di silicio ha uno strato spesso 1 micron, il che indica che richiede meno energia per essere generata ed è meno efficiente dell'acqua mono o policristallina.

Funziona in modo eccellente in ambienti più caldi rispetto agli altri due pannelli, ma occupa più spazio.

Poiché utilizza meno silicio e non ha un telaio in alluminio, l'efficienza complessiva viene automaticamente ridotta.

L'effetto Staebler-Wronski riduce l'efficienza del modulo e la ragione fondamentale è che l'esposizione prolungata alla luce solare provoca una deformità nella densità del silicio amorfo.

Qual è lo scopo di un inverter per sistemi di energia solare?

L'inverter è il componente più laborioso del vostro impianto solare.

La sua funzione principale è convertire la corrente continua (DC) che fluisce dai tuoi pannelli solari nella corrente alternata (AC) utilizzata dalla tua casa.

Oltre a questa funzione primaria, gli inverter solari svolgono tre attività aggiuntive: monitoraggio della tensione, comunicazione di rete e spegnimento di emergenza.

Gli inverter per pannelli solari hanno il compito di monitorare continuamente la tensione del tuo sistema solare per determinare la potenza ottimale alla quale i tuoi pannelli solari possono funzionare, assicurando che i pannelli generino la massima e più pulita energia in tutto.

Gli inverter off-grid generalmente utilizzano la tecnologia a onda sinusoidale modificata meno costosa.

Al contrario, gli inverter solari domestici collegati alla rete generano un'onda sinusoidale pura di elettricità CA, garantendo che i tuoi elettrodomestici sensibili funzionino in modo fluido ed efficiente.

Gli inverter solari devono comunicare con la rete elettrica.

Gli inverter assicurano che nessuna energia dai pannelli solari raggiunga le linee di trasmissione fuori casa in caso di interruzione di corrente a breve termine.

Ciò garantisce che gli esperti che eseguono riparazioni sui cablaggi non vengano ostacolati.

Quando la tua casa non richiede energia o le batterie sono cariche, i tuoi inverter alimentano i carichi di energia nella rete (se li hai collegati al tuo sistema solare).

Gli inverter sono anche necessari per spegnersi se rilevano un arco elettrico pericoloso, provocato dall'invecchiamento del sistema e dal degrado dei materiali all'interno del cablaggio e dei pannelli solari della tua casa.

Alcuni inverter superano gli altri quando si tratta di spegnimento di sicurezza.

Opzioni di inverter per il tuo sistema di energia solare

Una delle decisioni più importanti da prendere quando si installa un sistema di pannelli solari per la propria casa è il tipo di inverter da utilizzare.

Gli inverter sono fondamentali per le prestazioni continue del tuo sistema di energia solare a causa della complessa elettronica di potenza e del software contenuti all'interno.

Ci sono 4 principali tipi di inverter solari tra cui scegliere:

Inverter di stringa

Un inverter di stringa è progettato per funzionare con pannelli che sono essenzialmente messi insieme in gruppi.

Tutta l'elettricità CC generata dai pannelli viene inviata immediatamente lungo la linea all'inverter per la conversione in CA.

Gli inverter di stringa possono gestire più set di stringhe e potrebbe essere necessario più di uno, a seconda delle dimensioni dell'impianto solare.

Supponiamo che uno dei pannelli sia ombreggiato da alberi a una certa ora del giorno.

In tal caso, l'efficienza dell'intero set si deteriora poiché l'output di produzione dipende dalle prestazioni del pannello solare con le prestazioni peggiori.

Gli inverter di stringa in genere durano dai 10 ai 15 anni.

Alcuni possono anche durare fino a 20 anni se installati in un luogo fresco e ben ventilato, lontano dalla luce solare diretta.

Microinverter

Quando alcuni pannelli sono stati compromessi da ombra, danni o troppe feci di uccelli, alcuni abili ingegneri hanno ideato il concetto di microinverter solari per risolvere i problemi di prestazioni del sistema.

I microinverter svolgono il compito di convertire la corrente continua in corrente alternata sul retro di ogni singolo pannello.

Anche in condizioni di ombreggiamento variabile, i livelli massimi di corrente alternata (CA) fluiscono dai pannelli solari alla casa e alla rete elettrica La ricerca rivela che l'uso di microinverter invece di inverter di stringa si traduce in un aumento del 27% dell'efficienza negli impianti solari parzialmente ombreggiati.

Avere un componente su ogni pannello consente anche il monitoraggio del singolo pannello, che ti avvisa di eventuali problemi di prestazioni imprevisti.

Ottimizzatori di potenza

Gli ottimizzatori di potenza, simili ai microinverter, sono fissati sul retro di ciascun pannello solare e consentono il monitoraggio dei singoli pannelli.

Tuttavia, non convertono l'elettricità da CC a CA.

Piuttosto, monitorano la tensione e lo stato della corrente CC che scorre attraverso le stringhe dei tuoi pannelli solari per garantire che la massima quantità di energia venga inviata al tuo inverter.

L'elettricità CC ottimizzata e condizionata viene indirizzata a un inverter più piccolo modificato, che converte la potenza CC in corrente alternata (CA).

Le configurazioni degli ottimizzatori di potenza sono meno costose dei microinverter, più affidabili e consentono una semplice espansione del sistema.

Poiché batterie e pannelli solari dialogano nella stessa lingua CC, gli ottimizzatori di potenza sono la soluzione ideale per i sistemi di backup a batteria.

L'energia dei tuoi pannelli solari può caricare direttamente le tue batterie, prevenendo le perdite del sistema causate dalla conversione da CC a CA e di nuovo a CC.

Inverter ibridi

Con la crescente enfasi sull'affidabilità e l'indipendenza energetica, è importante notare che gli inverter ibridi completano anche i sistemi di backup delle batterie domestiche.

Gli inverter ibridi possono convertire l'elettricità CC dai tuoi pannelli solari in CA per la tua casa, così come l'elettricità CA dalla rete in CC per caricare la tua batteria.

Includono anche un controller di carica, che rileva in modo intelligente quando dirigere l'elettricità verso le batterie, i circuiti domestici o la rete o quando prelevare elettricità dalla rete per caricare la batteria.

Alcuni inverter ibridi hanno varie modalità che possono essere installate per alimentare i circuiti domestici critici quando la rete non funziona.

Strumentazione e misuratori del sistema di energia solare

Sono disponibili per l'acquisto pannelli solari pre-ingegnerizzati con tutti i componenti necessari, compresi i dadi e i bulloni.

Considerando una descrizione della tua posizione e delle tue esigenze, qualsiasi buon fornitore può dimensionare e specificare i sistemi per te.

Fondamentale è comunque la conoscenza delle parti del sistema, delle varie tipologie disponibili e dei criteri di selezione.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni impediscono al sistema i picchi di tensione che possono verificarsi se un fulmine colpisce i pannelli solari o le reti elettriche vicine.

Una sovratensione è un aumento sostanziale della tensione al di sopra della tensione di progetto.

I pannelli solari utilizzano principalmente due tipi di contatori:

Utilità Kilowattora Meter

Un contatore di kilowattora misura la quantità di elettricità fornita o ricevuta dalla rete.

Le società di servizi pubblici normalmente utilizzano contatori bidirezionali con display digitale nelle case con sistemi elettrici solari per tenere traccia separata dell'elettricità in entrambe le direzioni.

Alcune compagnie elettriche ti permetteranno di usare un misuratore standard che può girare all'indietro.

In questo caso, il contatore delle utenze ruota in avanti quando si preleva energia dalla rete e all'indietro quando il sistema fornisce o "spinge" energia sulla rete.

Misuratore di sistema

Il misuratore di sistema monitora e visualizza le condizioni e l'efficacia del sistema.

La generazione di energia per moduli, l'energia utilizzata e la carica della batteria sono esempi di punti monitorati.

È possibile far funzionare un sistema senza un contatore di sistema, ma i contatori sono fortemente consigliati.

Poiché i moderni regolatori di carica includono funzioni di monitoraggio del sistema, potrebbe non essere necessario un contatore di sistema separato.

Il sistema di energia solare si disconnette

I sezionatori di sicurezza, sia automatici che manuali, salvaguardano il cablaggio e i moduli da picchi di tensione e altri guasti del sistema.

Garantiscono inoltre che il sistema possa essere spento in modo sicuro e che le parti possano essere rimosse per la riparazione e la manutenzione.

Per i sistemi connessi alla rete, le disconnessioni di sicurezza assicurano che l'apparecchiatura di generazione sia isolata dalla rete, il che è fondamentale per la sicurezza del personale delle utenze.

nel complesso, ogni fonte di alimentazione o dispositivo di accumulo di energia nel sistema richiede una disconnessione.

Non è sempre necessario avere una disconnessione diversa per ciascuna delle funzioni del sistema.

Ad esempio, se un inverter è posizionato all'esterno, un sezionatore CC può funzionare sia come sezionatore CC dell'array che come sezionatore CC dell'inverter.

Durante la manutenzione di qualsiasi componente, considerare se trascurare una disconnessione separata contribuirà a creare una condizione pericolosa.

Considera anche la posizione della disconnessione.

Una disconnessione posizionata in modo scomodo può indurre la propensione a lasciare l'alimentazione accesa durante la manutenzione, ponendo un rischio per la sicurezza.

La disconnessione CC del componente aiuta a fermare in modo sicuro il flusso di corrente elettrica dal pannello solare durante l'esecuzione della manutenzione o il rilevamento dei guasti.

Per proteggersi dai picchi di tensione, il sezionatore CC dell'array può includere anche interruttori automatici o fusibili integrati.

Il sezionatore CC dell'inverter, insieme al sezionatore CA dell'inverter, viene utilizzato per scollegare in modo sicuro l'inverter dall'intero sistema.

Nella maggior parte dei casi, il sezionatore CC dell'inverter funziona anche come sezionatore CC dell'array.

Il sezionatore CA dell'inverter stacca i pannelli solari dal cablaggio della casa e dalla rete.

Il sezionatore AC è normalmente installato all'interno del quadro elettrico principale della casa.

Supponiamo che l'inverter non sia vicino alle aziende elettriche.

In tal caso, di solito richiede un sezionatore CA esterno che sia sicuro, abbia lame visibili e sia installato vicino alla rete pubblica per un facile accesso.

Un sezionatore CA situato all'interno del quadro elettrico o come parte dell'inverter non soddisferebbe queste specifiche.

La rimozione del contatore stesso è un'opzione applicabile ad alcune società di servizi pubblici come una disconnessione CA accessibile, ma non è lo standard.

Visita la società di servizi per accertare le specifiche di connessione alla rete prima di acquistare l'attrezzatura.

Il quadro elettrico, un sezionatore AC aggiuntivo dovrebbe essere installato vicino all'inverter.

Moduli del sistema di energia solare

Il modulo solare è il cuore di un sistema di energia solare.

Il produttore collega molte celle solari per creare un modulo solare.

Quando i moduli solari sono installati in un locale, sono collegati in serie per formare stringhe.

Il collegamento di stringhe di moduli in parallelo forma un array.

I sistemi fotovoltaici residenziali connessi alla rete utilizzano moduli con potenze nominali che vanno da 100 a 300 watt.

La potenza nominale è l'energia ottimale che un pannello può generare con 1.000 watt di raggi solari per metro quadrato in aria calma a una temperatura delle celle di 25° C.

Le realtà pratiche raramente integrano l'efficacia commercializzata, quindi la produzione reale di energia è spesso inferiore.

I sistemi complessi che non utilizzano batterie sono generalmente cablati per generare un 235V a 600V.

Nei sistemi basati su batteria vengono utilizzate anche tensioni di array più elevate, sebbene la maggior parte dei controller di carica richieda ancora tensioni inferiori di 12 V, 24 V o 48 V per integrare la tensione della stringa della batteria.

Poiché i prezzi e le capacità dei moduli cambiano costantemente man mano che la tecnologia e le tecniche di produzione migliorano, è difficile formulare raccomandazioni che saranno vere in futuro, ad esempio quale tipo di modulo è il meno costoso o l'opzione migliore in generale.

I confronti dovrebbero essere basati sui dettagli attuali forniti dai produttori e sulle rigide linee guida del tuo utilizzo.

I moduli ad alte prestazioni avranno un rapporto watt-area maggiore.

Maggiore è l'efficienza, minore è l'area (cioè, meno moduli) necessaria per ottenere la stessa produzione di energia di un pannello.

Moduli più efficienti ridurranno i costi di installazione, ma questo deve essere bilanciato con il maggior costo dei moduli.