Composición y principio del sistema fotovoltaico

Composición y principio del sistema fotovoltaico El sistema fotovoltaico consta de las tres partes siguientes: módulos de células solares; equipos electrónicos de potencia como controladores de carga y descarga, inversores, instrumentos de prueba y monitoreo por computadora y baterías u otros equipos de almacenamiento de energía y generación de energía auxiliar. Los sistemas fotovoltaicos tienen las siguientes características:

Sin partes móviles, sin ruido;

Sin contaminación del aire, sin vertidos de aguas residuales;

No hay proceso de combustión y no se requiere combustible;

Mantenimiento sencillo y bajo coste de mantenimiento;

Buena confiabilidad y estabilidad de funcionamiento;

Como componente clave, las células solares tienen una larga vida útil y la vida útil de las células solares de silicio cristalino puede alcanzar más de 25 años;

Es fácil ampliar la escala de generación de energía según sea necesario. Los sistemas fotovoltaicos se utilizan ampliamente y las formas básicas de aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos se pueden dividir en dos categorías: sistemas de generación de energía independientes y sistemas de generación de energía conectados a la red. Las principales áreas de aplicación son las naves espaciales, los sistemas de comunicación, las estaciones repetidoras de microondas, las estaciones repetidoras de TV, las bombas de agua fotovoltaicas y el suministro de energía eléctrica a hogares en zonas sin electricidad. Con el desarrollo de la tecnología y la necesidad de un desarrollo sostenible de la economía mundial, los países desarrollados han comenzado a promover la generación de energía fotovoltaica urbana conectada a la red de manera planificada, principalmente mediante la construcción de sistemas de generación de energía fotovoltaica en azoteas de viviendas y sistemas de generación de energía centralizados a gran escala conectados a la red a nivel de MW, etc. Al mismo tiempo, promueven vigorosamente la aplicación de sistemas solares fotovoltaicos en el transporte y la iluminación urbana.

La escala y las formas de aplicación de los sistemas fotovoltaicos varían. Por ejemplo, la escala del sistema abarca un amplio rango, desde luces solares para jardín de 0,3 a 2 W hasta centrales eléctricas solares fotovoltaicas de nivel MW. Sus formas de aplicación también son diversas y se puede utilizar ampliamente en muchos campos, como el hogar, el transporte, las comunicaciones y las aplicaciones espaciales. Aunque los sistemas fotovoltaicos varían en tamaño, su composición, estructura y principios de funcionamiento son básicamente los mismos. La figura 1-1 es un diagrama esquemático de un sistema fotovoltaico típico que suministra una carga de CC. Incluye varios componentes principales en el sistema fotovoltaico:

Conjunto de módulos fotovoltaicos: está compuesto por módulos de células solares (también llamados módulos de células fotovoltaicas) conectados en serie y en paralelo según los requisitos del sistema. Convierte la energía solar en energía eléctrica bajo la luz del sol. Es el componente principal del sistema solar fotovoltaico.

Batería: Almacena la electricidad generada por el módulo de células solares. Cuando no hay suficiente luz solar o durante la noche, o la demanda de carga es mayor que la cantidad de electricidad generada por el módulo de células solares, la electricidad almacenada se libera para satisfacer la demanda de energía de la carga. Es el componente de almacenamiento de energía del sistema solar fotovoltaico. En la actualidad, las baterías de plomo-ácido se utilizan comúnmente en sistemas solares fotovoltaicos. Para sistemas con mayores requisitos, se suelen utilizar baterías de plomo-ácido selladas reguladas por válvula de descarga profunda, baterías de plomo-ácido de absorción de líquido de descarga profunda, etc.

Controlador: Regula y controla las condiciones de carga y descarga de la batería, y controla la potencia de salida del módulo de células solares y de la batería a la carga según la demanda de potencia de la carga. Es la parte de control central de todo el sistema. Con el desarrollo de la industria solar fotovoltaica, las funciones de los controladores se están volviendo cada vez más potentes y existe una tendencia a integrar partes de control tradicionales, inversores y sistemas de monitoreo. Por ejemplo, los controladores de las series SPP y SMD de AES integran las tres funciones anteriores.

Inversor: En un sistema de suministro de energía solar fotovoltaica, si hay una carga de CA, se debe utilizar un dispositivo inversor para convertir la energía de CC generada por el módulo de celda solar o la energía de CC liberada por la batería en la energía de CA requerida por la carga.

El principio básico de funcionamiento del sistema de suministro de energía solar fotovoltaica es que, bajo la irradiación de la luz solar, la energía eléctrica generada por el módulo de células solares es controlada por el controlador para cargar la batería o suministrar energía directamente a la carga cuando se satisface la demanda de carga. Si la luz solar es insuficiente o durante la noche, la batería suministrará energía a la carga de CC bajo el control del controlador. Para los sistemas fotovoltaicos con cargas de CA, se requiere un inversor para convertir la energía de CC en energía de CA. Los sistemas fotovoltaicos se aplican de muchas formas, pero sus principios básicos son similares. Para otros tipos de sistemas fotovoltaicos, las únicas diferencias están en los mecanismos de control y los componentes del sistema en función de las necesidades reales.

Figura 1-1 Sistema solar fotovoltaico con carga de CC