Введение в электричество для солнечных фотоэлектрических систем

В этой статье будут рассмотрены некоторые ключевые электрические концепции, которые вам необходимо понять, если вы надеетесь спроектировать собственную солнечную фотоэлектрическую систему.Другие статьи на этом веб-сайте предполагают, что вы хорошо разбираетесь в этих темах.

Сила

Электроэнергия — это скорость, с которой электричество передается или используется. измеряется в Вт (Вт).

Единица киловатт (кВт) часто используется, когда речь идет о мощности. Это равно одной тысяче ватт.

Одна тысяча ватт = 1000 Вт = 1 кВт = один киловатт

Солнечные панели продаются с определенной номинальной мощностью. Например, вы можете купить панель на 250 Вт или панель на 300 Вт. Однако это не то количество энергии, которое они будут производить всегда. Вместо этого, это максимальная мощность, которую они могут производить при стандартные условия испытаний (СТЦ).

Стандартные условия испытаний (STC)
Освещенность: 1000 Вт/м2
Температура ячейки: 25°C
Масса воздуха: 1,5

На самом деле вырабатываемая мощность варьируется в зависимости от того, сколько солнечного света падает на панели, какова температура окружающей среды и несколько других переменных. В прохладный день с высокой освещенностью панель может фактически производить больше, чем ее «максимальная» мощность.

Энергия

Энергия – это количество потребляемой электроэнергии. Измеряется в ватт-часах (Втч).

Как и в случае с мощностью, принято говорить о киловатт-часах (кВтч). Где:

Одна тысяча ватт-часов = 1000 Втч = 1 кВтч = один киловатт-час.

Энергия может быть рассчитана путем умножения количества произведенной или использованной энергии на количество времени, в течение которого она производится или используется.

Энергия = мощность х время

Например:
Предположим, у вас есть три устройства, каждое из которых потребляет 100 Вт, и что вы обычно используете эти три устройства в течение 10 часов каждый день. В обычный день общая энергия, которую они будут использовать, составляет:

3 x 100Вт x 10 ÷ 1000 = 3000Втч в день (или 3кВтч в день)

При определении размера солнечной фотоэлектрической системы, подключенной к сети, вам необходимо сначала рассчитать годовое потребление энергии, а затем спроектировать систему, которая будет производить это количество энергии. (Дополнительную информацию см. в нашей статье «Как определить размер солнечной фотоэлектрической системы с сеткой»).

В автономных системах, а также с учетом вашего использования и солнечной генерации, вы также должны правильно подобрать размер своей аккумуляторной системы, чтобы она могла хранить достаточно энергии, когда солнце не светит.

Электричество переменного и постоянного тока

переменный ток (Короче для Переменный ток) — это то, что обеспечивается сетью и подается в электрические розетки в наших домах. Он используется, потому что легко перейти к более высоким напряжениям, которые необходимы для передачи электроэнергии на большие расстояния без больших потерь.

ОКРУГ КОЛУМБИЯ (Короче для Постоянный ток) используется во многих электрических устройствах, таких как компьютеры и мобильные телефоны. Поскольку бытовые розетки обеспечивают переменный ток, большинству электронных устройств для работы требуется преобразователь переменного тока в постоянный.

Солнечные панели и батареи производят электричество постоянного тока. Вот почему в обычном домашнем хозяйстве нам необходимо установить инверторы в солнечной фотоэлектрической системе для преобразования постоянного тока в переменный. Затем его можно подключить к существующему щиту переменного тока в доме, чтобы его можно было использовать в домашнем хозяйстве или экспортировать в электрическую сеть.

Некоторые автономные солнечные фотоэлектрические системы могут быть настроены только на подачу и использование постоянного тока. Преимущество этого заключается в том, что инвертор не требуется, что снижает расходы и потери электроэнергии. Можно приобрести множество различных приборов, работающих от источника постоянного тока, таких как светильники, компьютеры, холодильники и морозильники, вентиляторы, насосы и зарядные устройства для мобильных телефонов.

Напряжение

Напряжение – это разница электрических потенциалов между двумя точками. измеряется в вольт (V), а его символ в электрических уравнениях и таблицах данных — В (или иногда U, в зависимости от страны).

Это количество потенциальной энергии, доступной на единицу заряда для перемещения зарядов по проводнику. Обычная аналогия, используемая для понимания этой концепции, состоит в том, чтобы думать об электрическом проводе как о воде в шланге. Напряжение можно рассматривать как давление воды.

Напряжение панели солнечных батарей

Напряжение солнечной панели не является фиксированным и зависит от интенсивности солнечного света, попадающего на панель.Также на него сильно влияет температура. По мере увеличения температуры ячеек в панели напряжение уменьшается. Это также приводит к снижению выходной мощности модуля. Величина, на которую изменяется напряжение при изменении температуры на каждый градус, называется температурный коэффициент, и его можно найти в техническом описании солнечной панели.

Спецификация солнечной панели даст несколько различных значений напряжения. Два основных:

Вок (в STC) – Напряжение холостого хода солнечной панели на STC. Это напряжение, которое солнечная панель может показывать на своих клеммах, когда она не подключена к какому-либо другому устройству, в стандартных условиях испытаний (STC). Это значение используется при расчете длины строки.

Вмпп (в STC). Напряжение солнечной панели в точке максимальной мощности. Максимальное напряжение, которое панель будет производить на STC при подключении к инвертору с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT).

Напряжение солнечной батареи

При подключении солнечных батарей серии в то, что называется струны, их напряжения складываются. Когда они соединены в параллельно, напряжение остается прежним.

Общее напряжение цепочки не должно превышать максимально допустимое напряжение на входе используемого инвертора или контроллера заряда. Сами солнечные панели также имеют максимальное системное напряжение, которое нельзя превышать. Обычно максимальное напряжение системы составляет 600 В или 1000 В (или 1500 В в системах коммунального масштаба). Как правило, жилые системы будут иметь напряжение 600 В, и в США NEC устанавливает это как юридический предел для домов с 1-2 семьями.

Дополнительную информацию см. в нашей статье о расчете размера цепочки солнечных фотоэлектрических модулей.

Обратите внимание, что солнечные панели на 1000 В все еще можно использовать в системе на 600 В. Это максимальное напряжение, на которое они рассчитаны, поэтому система на 600 В останется значительно ниже их максимального значения.

Текущий

Ток – это скорость протекания электрического заряда. измеряется в ампер (А) или ампер для краткости, и его символ в электрических уравнениях и таблицах данных — «I».

Когда солнечные панели подключены к инвертору или контроллеру заряда и подвергаются воздействию солнечного света, по ним будет течь ток. Чем выше излучение, падающее на модуль, тем выше ток, который он будет производить.

Когда солнечные панели соединены последовательно, ток не меняется при добавлении дополнительных панелей. Однако при параллельном соединении они складываются. Это противоположно напряжению.

В солнечных (и других электрических цепях) ток важен для определения размеров кабелей и защитного оборудования (предохранителей и автоматических выключателей). Когда электричество подается по кабелям, они нагреваются. Если по кабелю подается больший ток, чем он рассчитан, возможно, из-за неисправности, он может перегреться и повредиться или вызвать пожар. Чтобы предотвратить это, используются предохранители или автоматические выключатели, которые разрывают цепь до того, как ток превысит пределы кабеля.

Два важных тока солнечной панели, о которых следует знать, — это Isc и Impp.

Isc (в STC) – Ток короткого замыкания в STC. Это ожидаемая величина тока, когда положительный и отрицательный выводы панели соединены вместе в стандартных условиях испытаний. Это максимальный ток, который можно ожидать от панели при STC.

Импп (в STC) – Максимальный ток, который солнечная панель будет производить в STC при подключении к инвертору с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT).

Есть ли какие-либо другие основные концепции солнечной активности, которые вы хотели бы здесь осветить? Пожалуйста, дайте нам знать в комментариях ниже.