Fluxo de energia solar PV e componentes

Conceito central

O sistema fotovoltaico converte energia luminosa (energia solar) em eletricidade de corrente direta (CC) através de painéis fotovoltaicos e depois a converte em eletricidade de corrente alternada (AC) por meio de um inversor, finalmente entregando -o à grade ou para uso de carga local. A estrutura de montagem e os acessórios (caixas de junção, conectores, cabos etc.) são suporte estrutural essencial e componentes de conexão elétrica que permitem esse processo de conversão e transmissão de energia.

Componentes principais e seu papel no fluxo elétrico

1. Painéis fotovoltaicos (módulos):

• Função: o ponto de partida do sistema, a unidade de geração de energia principal. Usa o efeito fotovoltaico para converter a luz solar diretamente em corrente direta (DC).

• Características elétricas: Um único painel produz tensão limitada (por exemplo, 30-50V DC), corrente (por exemplo, 8-12a) e potência (por exemplo, 300W-600W+).

2. Caixa de junção:

• Coleção e saída atuais: coleta a corrente das células conectadas em série dentro do painel fotovoltaico e a produz por meio de leads positivos (+) e negativos (-).

• Diodo de desvio: componente elétrico crítico! Se um painel estiver sombreado ou danificado, reduzindo sua saída, ele pode se tornar um 'gargalo ' na sequência da série, não apenas falhando em gerar energia, mas também aquecer (efeito quente). O diodo de desvio permite que a corrente flua ao redor do painel de baixo desempenho através do próprio diodo, garantindo que a corrente dos outros painéis saudáveis possa passar. Isso protege o módulo e aumenta a eficiência geral do sistema.

• Ponto de conexão: fornece interfaces padronizadas (geralmente soquetes MC4) para facilitar a conexão com outros painéis ou cabos usando cabos e conectores.

• Localização: normalmente montado na parte traseira de cada painel fotovoltaico.

• Papel:

3. Acessórios - Cabos e conectores:

• Conexão entre painéis: usa cabos curtos pré-fabricados com plugues MC4 ( 'Jumpers ') para conectar o terminal positivo (+) da caixa de junção de um painel ao terminal negativo (-) do próximo painel, alcançando a conexão da série (aumenta a tensão). Também pode ser usado para conexão paralela (aumenta a corrente), mas requer métodos de combinação adequados.

• Saída da string: rotas as saídas positivas (+) e negativas (-) de uma string conectada a séries de painéis fotovoltaicos (chamados A 'String ') através de cabos PV mais longos em direção a uma caixa de combinador CC ou diretamente para o inversor (para pequenos sistemas ou inversores de cordas). Esses cabos mais longos são 'String Cables '.

• Cabos PV DC: especialmente projetados para ambientes fotovoltaicos externos: resistentes a altas temperaturas (90 ° C), radiação UV, intemperismo e retardador de chama (cabos PV específicos normalmente certificados como TUV Pv1-F). Inclui cabo positivo (+) e cabo negativo (-).

• Conectores PV: mais comumente MC4 ou tipos compatíveis. Projetado como conectores de travamento à prova de toques e à prova de toque.

• Tipos:

• Papel:

4. Acessórios - caixa de combinadores DC:

• Combinação de string: combina as saídas CC de múltiplas cadeias PV (por exemplo, 4, 6, 8, 10, 12, 16 strings) conectando -as em paralelo.

• Proteção: um ponto de proteção chave no lado CC.

• Saídas: as saídas combinadas CC positivas (+) e negativas (-) são roteadas por meio de cabos DC mais pesados para o inversor.

• Fusíveis/disjuntores CC: Forneça proteção de sobrecorrente para cada sequência de entrada. Evita a corrente de falha de outras strings 'BackFeeding ' e danifica os painéis fotovoltaicos em uma sequência de falhas, se ela curta.

• Dispositivos de proteção de surto (SPDs): protege contra surtos induzidos por raios nas linhas CC, danificando o equipamento a jusante como o inversor.

• Desconecte o comutador/isolador: permite uma desconexão segura do lado CC para manutenção ou emergências.

• Localização: em sistemas de inversor de cordas, normalmente instalados perto da matriz PV e do inversor (por exemplo, no telhado, ao lado das montagens do solo ou em uma sala de chave).

• Papel:

5. Inversor:

• Conversão de CC para CA: converte a eletricidade CC gerada pelos painéis fotovoltaicos em eletricidade CA compatível com a grade ou cargas locais (por exemplo, 220V/380V, 50Hz).

• Rastreamento máximo de ponto de energia (MPPT): monitora continuamente e ajusta o ponto de operação de entrada CC para manter a matriz PV operando em sua potência máxima de saída, maximizando a colheita de energia.

• Interação da grade (para a grade amarrada): monitora a tensão e a frequência da grade para sistemas amarrados na grade, garantindo que a corrente de saída seja sincronizada com a grade para atender aos requisitos de interconexão. Desconecta automaticamente da grade se uma falha de grade for detectada (proteção anti-ilhandação).

• Monitoramento e comunicação: geralmente possui um registrador de dados interno, geração de gravação, status, etc. e transmite dados via Wired (RS485, Ethernet) ou sem fio (WiFi, 4G) significa para uma plataforma de monitoramento.

• Funções de proteção: fornece múltiplas proteções: sobre/menos/menos de tensão, sobre/sob frequência, sobrecurrent, superatura, polaridade reversa, falhas de isolamento, etc.

• Função: o 'coração ' do sistema, a unidade de conversão de energia principal.

• Entrada: recebe eletricidade DC da caixa de combinadores DC (ou diretamente das strings).

• Saída: produz eletricidade CA.

6. Acessórios - Cabos AC:

• Função: transmite a saída CA do inversor para a placa de distribuição CA (ACDB) ou diretamente ao ponto de interconexão (POI) com as cargas da grade / local.

• Requisitos: Cabos de energia CA padrão compatíveis com códigos elétricos locais (por exemplo, thhn/thwn, xhhw em conduíte ou use-2/rhw-2 para enterro direto).

7. Placa de distribuição CA (ACDB) / Centro de Carga:

• Proteção e distribuição: contém disjuntores que fornecem proteção (sobrecarga e curto-circuito) para a saída CA do inversor.

• Medição: abriga um medidor de eletricidade (medidor de kWh) para medir a produção de energia do sistema fotovoltaico (energia alimentada na grade ou autoconsumida).

• Ponto de interconexão da grade: o ponto de conexão final entre o sistema e a grade ou o painel elétrico principal do usuário. O medidor de utilitário é normalmente instalado aqui ou por perto.

• Proteção de surto: SPDS lateral CA.

• Isolamento: fornece uma chave de isolamento para manutenção.

• Papel:

8. Grade / cargas:

• Sistema amarrado na grade: a eletricidade CA convertida é alimentada na grade para uso por outras pessoas. A energia do sistema é usada pela primeira vez por cargas locais; O excesso é exportado para a grade; O déficit é importado da grade.

• Sistema fora da grade: a energia CA é fornecida diretamente às cargas locais (geralmente exigindo armazenamento de bateria).

• Papel:

Papel da estrutura de montagem (núcleo não elétrico, mas vital para o desempenho elétrico)

• Suporte estrutural: esta é a função principal. Fixia com segurança os painéis fotovoltaicos no telhado, no solo ou em outra estrutura, apoiando o vento, a neve, a chuva e as cargas mortas, garantindo que os painéis operem a longo prazo no ângulo e na posição ideais.

• Otimização do ângulo: as montagens podem ser de inclinação fixa ou usar sistemas de rastreamento para maximizar a irradiância solar recebida pelos painéis, impactando diretamente o rendimento de energia (a saída final do sistema elétrico).

• Ventilação e resfriamento: o projeto de montagem adequado (por exemplo, instalação elevada) fornece fluxo de ar atrás dos painéis, ajudando o resfriamento. Temperaturas mais altas reduzem a eficiência do painel fotovoltaico.

• Caminho de aterramento: a estrutura de montagem de metal é uma parte vital de todo o sistema de aterramento da matriz PV. Ele fornece um caminho de baixa impedância para o solo da terra para quadros de painéis, trilhos e outros componentes de metal, conduzindo com segurança correntes potenciais de falha ou correntes de raios para a Terra, protegendo o equipamento e o pessoal. Os condutores de aterramento se conectam aos trilhos de montagem e à estrutura da matriz.

Resumo completo do fluxo elétrico

1. Energia luminosa -> Eletricidade DC: A luz solar atinge os painéis fotovoltaicos, gerando eletricidade DC.

2. Coleção e proteção intra-painel: a corrente é coletada e saída através da caixa de junção; O diodo de desvio fornece proteção, se necessário.

3. Formação da String: Os cabos e conectores fotovoltantes conectam vários painéis em série, formando A 'String ' com maior tensão de saída.

4. Combinação e proteção de strings: as saídas CC de várias strings são conectadas via cabos de string à caixa de combinadores DC. A caixa do combinador conecta strings em paralelo, aumentando a corrente de saída e fornece proteção por meio de fusíveis/disjuntores internos e SPDs.

5. Transmissão CC: A energia CC combinada é transmitida pelos cabos DC principais para o inversor.

6. DC -> Conversão e otimização CA: O inversor converte CC em CA e maximiza a potência de entrada via MPPT.

7. Saída e proteção CA: A saída CA do inversor é transmitida via cabos CA para a placa de distribuição CA (ACDB).

8. Conexão de medição e grade: No ACDB, após proteção por disjuntores CA, a energia é medida pelo medidor e, finalmente, interconectada com a grade no ponto de interconexão (POI) ou fornecida a cargas locais.

9. Consumo de energia/exportação: A eletricidade CA é consumida por cargas ou exportada para a grade.

A estrutura de montagem fornece suporte físico, otimização de ângulo, ambiente de refrigeração e base de aterramento para os painéis fotovoltaicos, caixas de junção, conectores e cabos (dentro da matriz) envolvidos nas etapas 1-4. É a infraestrutura que garante que o processo elétrico opere com segurança, de forma de forma eficiente.

Resumo dos acessórios: Caixas de junção, conectores, cabos (DC + AC), caixas de combinador, disjuntores/medidores no ACDB, etc., são todos indispensáveis 'partes ' que formam a via elétrica completa, permitem a transmissão de energia e fornecem proteção de segurança.

Compreender esse fluxo e o papel de cada componente mostra claramente como a energia solar é passo a passo transformada em eletricidade utilizável.