Автономни соларни системи

Самостоятелните, несвързани с електрическата мрежа енергодоставящи системи за потребители със средно потребление от няколко вата до няколко хиляди вата се състояха от електрохимична акумулираща система или от машини захранвани от изкопаеми горива, задвижващи генератор. Краткият живот на подобни системи, влиянието върху околната среда и скъпо струващата употреба на първични батерии направиха електрохимичното акумулиране на енергия непривлекателно. Недостатъците на използване на двигатели с вътрешно горене обикновено включва употребата на изкопаеми горива, шум и токсични емисии, необходимост от доставка на гориво и скъпо струващи разходи за поддръжка. Недостатъците на класическите самостоятелни електрозахранващи системи вече дадоха на фотоволтаика (PV) стабилна пазарна позиция за търговско ориентирано доставяне на енергия извън електрическата мрежа, а именно автономните фотоволтаични системи. Една автономна система се състои от следните компоненти: Фотоволтаичен панел, заряден регулатор, акумулаторна батерия, автономен инвертор.
В тази статия ще бъдат разгледани основните компоненти съставляващи една автономна система, както и функцията на всеки един от тях.

1.   Фотоволтаичен модул (панел) – представлява последователно и паралелно свързани фотоволтаични клетки. Слънчевите панели използват светлинната енергия  от слънцето (фотоните), за да генерират електричество. Сред най-широко използваните материали за генериране на електрическа енергия от слънцето, е кристалният силиций. За момента това е водещият материал, от който се произвеждат фотоволтаичните клетки. Използва се в няколко форми: монокристален силиций, поликристален силиций и тънкослоен силиций.

Тъй като, производството на електричество от фотоволтаични модули е пряко свързано с количеството слънчева светлина, която попада върху тях, може да се каже, че изходните параметри –  ток и напрежение са доста непостоянни и техните стойности непрекъснато се изменят. Затова в една автономна фотоволтаична система е необходимо използването на устройство, което да регулира тези параметри и да ги поддържа в сравнително постоянни граници. Това е така нареченото зарядно устройство (регулатор) или контролер.

2.   Заряден регулатор – Основните функции на регулатора (контролера) са да регулира заряда в определени стойности, следи текущото състояние на акумулаторната батерия и съответно да я защитава. Чрез изчисляване на запасената енергия регулатора управлява избора на метода за заряд. Най-често регулаторите в автономните фотоволтаични системи са оборудвани със следните защити:

  • Защита срещу късо съединение при входа на акумулатора
  • Защита срещу късо съединение при изхода на консуматора
  • Защита срещу прекалено голям заряден ток
  • Защита срещу твърде високо/ниско напрежение
  • Защита срещу пренапрежение
  • Защита от преразреждане

Някои контролери имат функцията директно да захранват постоянно токови консуматори. Например светодиодна крушка, която работи с постоянен ток и напрежение от 12V.

3.   Акумулаторна батерия – служат за съхраняване на произведената електрическа енергия от фотоволтаичните модули. Акумулаторните батерии в автономните фотоволтаични системи е необходимо да имат дълъг живот при условия на ежедневно зареждане и разреждане. Най-често в автономните фотоволтаични системи се използват оловно-киселинни (гелови) батерии. Сред предимствата на този тип батерии могат да се посочат:

  • Сравнително ниска производствена и експлоатационна цена
  • Малък саморазряд в сравнение с останалите типове акумулаторни батерии ( от порядъка на 3{18b930206fb8741672039334017dec2b823161146f64d8f62486d9c298f1db75} на месец)
  • Допустими високи токове на разряд.

Като недостатък може да се посочи, че при ниски температури капацитетът им значително намалява ( с около 1{18b930206fb8741672039334017dec2b823161146f64d8f62486d9c298f1db75} за всеки температурен градус). Температури под 00 C могат да повредят оловно киселинните батерии, тъй като при тези стойности има вероятност електролита да замръзне.

4.   Инвертори за автономни фотоволтаични системи – Инверторите са необходими да преобразуват постояннотоковата мощност в променливотокова и да захранват всички уреди, които работят с променлив ток. Те използват за входно напрежение, напрежението на акумулаторната батерия и го преобразуват в напрежение 230V. При някои автономни инвертори формата на изходното напрежение е възможно да бъде чиста синусоида, докато при други е възможно да бъде модифицирана синусоида. Всички по-качествени инвертори са със чиста синусоида, като по този начин осигуряват пълна съвместимост с всички променливотокови консуматори. При устройствата с модифицирана синусоида, не всички променливотокови консуматори работят в нормален режим, дори може да се каже, че въобще не работят.

img

Принципна схема на свързване на една автономна фотоволтаична система.

В съответствие с оценките на европейския съюз, около няколко милиарда души по света нямат достъп до обществената електроразпределителна мрежа и половината от тях живеят в области изцяло без електрическа енергия. Високите цени за инвестиции, съчетани с ниски енергийни потребности (по-малко от 1 kWh на ден) правят неефективно развитието на мрежата за покриване на толкова рядко населени места във вътрешните райони. Дори в Европа, ЕС отчита, че 300 000 ферми и домове не са свързани към мрежата. В тези случаи основно се консумират от 3 до 20 kWh всеки ден. Фотоволтаичните автономни системи са едни от най-интересните технически решения за решаване на този енергиен проблем.
Надяваме се, че сме Ви били полезни с тази информация.
Ако имате още въпроси или искате да се консултирате с нас, не се колебайте да ни потърсите.