Güneş Enerjisi Besleme Sisteminin Bileşimi ve Prensibi
1) Fotovoltaik paneller: Işık enerjisi dönüşümünün ana gücü
Güneş enerjisi besleme sistemindeki fotovoltaik paneller genellikle monokristal silikon, polikristal silikon, amorf silikon, galyum arsenit, bakır indiyum galyum selenit vb. malzemelerden yapılır. Örneğin, monokristal silikon, temel olarak eksiksiz bir kafes yapısına sahip tek bir silikon kristalidir. Yaklaşık %24'e kadar ulaşabilen nispeten yüksek bir fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahip iyi bir yarı iletken malzemedir; polikristal silikonun üretim süreci monokristal silikona benzer, ancak fotoelektrik dönüşüm verimliliği biraz daha düşüktür; amorf silikon, düşük saflıkta kahverengi-siyah veya gri-siyah mikrokristaller olan amorf silikona aittir, ancak zayıf ışık performansı iyidir; galyum arsenit de fotovoltaik panellerde önemli bir yarı iletken malzeme olarak kullanılır; bakır indiyum galyum selenit ise çoğunlukla ikinci nesil güneş pilleri gibi bileşik ince film güneş pillerinde kullanılır.
Aynı zamanda, fotovoltaik panellerin yüzeyinde genellikle güneş ışığı yansımasını azaltmak, mümkün olduğunca fazla ışık enerjisi emmek ve ışık enerjisinin kullanım verimliliğini artırmak için kullanılan özel bir kaplama bulunur. Güneş ışığına maruz kaldığında, fotovoltaik panellerdeki yarı iletken malzemeler önemli bir rol oynar. Örneğin, silikon malzemelerden yapılmış fotovoltaik panellerde, güneş ışığındaki foton enerjisi yarı iletkene çarptığında, yarı iletkendeki elektronları uyararak değerlik bandından iletim bandına atlamasına neden olur ve böylece elektron-boşluk çiftleri oluşur. Yarı iletkenin iç elektrik alanının etkisi altında, elektronlar ve boşluklar sırasıyla iki uca hareket eder ve böylece fotoindüklenmiş bir elektromotor kuvveti oluşur. Fotovoltaik panelin iki ucuna harici devre bağlandığı sürece, akım üretebilir, güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürebilir ve tüm güneş enerjisi besleme sistemi için bir güç kaynağı sağlayabilir.
2) Pil: Elektrik Enerjisinin "Depolama Deposu"
Piller, güneş enerjisi besleme sisteminde son derece önemli bir rol oynar ve elektrik enerjisinin "depolama deposu" olarak adlandırılabilir. Yeterli güneş ışığı olduğunda, fotovoltaik panellerin ürettiği elektrik sadece mevcut yük için kullanılmaz, aynı zamanda fazla elektrik de vardır. Bu noktada, pil depolama işlevini yerine getirmeye başlar ve bu fazla elektriği depolar. Bulutlu günler veya geceler gibi yetersiz güneş ışığı olduğunda, fotovoltaik paneller yeterli elektrik üretemediğinde veya hatta elektrik üretemediğinde, pil daha önce depolanan elektriği serbest bırakarak sistemin yüke sürekli ve istikrarlı bir şekilde güç sağlamasını sağlar, böylece tüm güneş enerjisi besleme sistemi, aydınlatma koşullarındaki değişiklikler nedeniyle güç kesintileri gibi istikrarsız durumlar yaşamayacak ve sistemin istikrarlı çalışmasını sağlayacaktır.
3) Kontrolör: Sistem İşleminin "Akıllı Uşağı"
Kontrolör, güneş enerjisi besleme sisteminin "akıllı uşağıdır". Güneş panelinin voltajını ve akım çıkışını her zaman izler. Bir yandan, elektrik enerjisinin dağıtımını ve depolanmasını akıllıca ayarlayabilir. Örneğin, pilin güç durumuna göre, güneş panelinin pile şarj işlemini makul bir şekilde kontrol edebilir. Pil neredeyse dolduğunda, kontrolör aşırı şarjı önlemek için şarj akımını ve diğer parametreleri ayarlayacaktır. Pilin yükü beslemek için deşarj olması gerektiğinde, yükün gerçek güç talebine göre güç çıkışını da doğru bir şekilde kontrol edecektir.
Öte yandan, kontrolör, sistemin güvenliğini ve istikrarını sağlamak için çeşitli koruma fonksiyonlarına sahiptir. Elektrik koruması gibi fonksiyonlar, devredeki anormal akım ve voltajın sisteme zarar vermesini önleyebilir; ters bağlantı koruma fonksiyonu, ister fotovoltaik panel ister pil olsun, kutupların tersine bağlanmasında bir kablolama hatası varsa, kontrolörün zarar görmemesini ve kablolamayı düzelttikten sonra normal çalışmaya devam edebilmesini sağlayabilir; kısa devre koruma fonksiyonu, devrede kısa devre meydana geldiğinde, kontrolör kısa devrenin neden olduğu bir dizi güvenlik tehlikesini önlemek için devreyi zamanında kesecektir; ayrıca aşırı akım koruması, aşırı şarj koruması, aşırı deşarj koruması vb. vardır. Aşırı şarj, pildeki elektrolitin buharlaşmasına ve arızalara neden olabilir, pilin aşırı deşarjı pilin erken arızalanmasına neden olur ve aşırı şarj ve aşırı deşarj yükte hasara neden olabilir. Bu koruma fonksiyonları sayesinde, kontrolör güneş enerjisi besleme sisteminin normal çalışmasını her yönden korur, böylece uzun süre istikrarlı bir şekilde çalışabilir.
IV) İnverter ve yük: güç dönüşümü ve tüketim terminali
İnverterin temel işlevi, DC gücü yük tarafından kullanılmak üzere AC güce dönüştürmektir. Özellikle, güneş panelleri DC güç üretir, ancak günlük hayatımızda ve birçok endüstriyel ve ticari senaryoda kullanılan gücün çoğu AC güçtür. İnverter, karmaşık bir inverter devresine ve diğer yapılara sahiptir. Yaygın olarak kullanılan tam kontrollü inverteri örnek olarak alırsak, AC elemanı IGBT tüpü kullanır ve IGBT tüpünün iletimi veya kesilmesi PWM darbe genişliği modülasyonu ile kontrol edilir. DC güç kaynağı bağlandığında, IGBT tüpünün farklı iletim ve kesme kombinasyonları aracılığıyla transformatörün birincil sargısında pozitif ve negatif alternatif kare dalgalar oluşur. LC AC filtresinin yardımıyla, çıkış ucu nihayet bir sinüzoidal AC voltaj oluşturur ve böylece DC'den AC'ye dönüşüm tamamlanır.
Yük, elektrik enerjisinin kullanıcısı ve tüm güneş enerjisi besleme sisteminin elektrik enerjisi tüketim terminalidir. Evdeki elektrik lambaları, televizyonlar, buzdolapları ve diğer elektrikli cihazlar, endüstrideki motorlar ve üretim ekipmanları, ticari yerlerdeki aydınlatma ve ekran ekipmanları vb. gibi çeşitli elektrikli ekipmanlar olabilir. Bu yükler, aydınlatma işlevlerini gerçekleştirmek için elektrik lambaları, makineleri çalıştırmak için motorlar vb. gibi, kendi işlevlerini gerçekleştirmek için inverter tarafından dönüştürülen alternatif akıma bağlıdır. Farklı yükler, gerçek ihtiyaçlara göre elektrik enerjisi tüketir ve birlikte güneş enerjisi besleme sisteminin elektrik enerjisi tüketim bağlantısını oluşturur.
Güneş Enerjisi Besleme Sisteminin Bileşimi ve Prensibi
1) Fotovoltaik paneller: Işık enerjisi dönüşümünün ana gücü
Güneş enerjisi besleme sistemindeki fotovoltaik paneller genellikle monokristal silikon, polikristal silikon, amorf silikon, galyum arsenit, bakır indiyum galyum selenit vb. malzemelerden yapılır. Örneğin, monokristal silikon, temel olarak eksiksiz bir kafes yapısına sahip tek bir silikon kristalidir. Yaklaşık %24'e kadar ulaşabilen nispeten yüksek bir fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahip iyi bir yarı iletken malzemedir; polikristal silikonun üretim süreci monokristal silikona benzer, ancak fotoelektrik dönüşüm verimliliği biraz daha düşüktür; amorf silikon, düşük saflıkta kahverengi-siyah veya gri-siyah mikrokristaller olan amorf silikona aittir, ancak zayıf ışık performansı iyidir; galyum arsenit de fotovoltaik panellerde önemli bir yarı iletken malzeme olarak kullanılır; bakır indiyum galyum selenit ise çoğunlukla ikinci nesil güneş pilleri gibi bileşik ince film güneş pillerinde kullanılır.
Aynı zamanda, fotovoltaik panellerin yüzeyinde genellikle güneş ışığı yansımasını azaltmak, mümkün olduğunca fazla ışık enerjisi emmek ve ışık enerjisinin kullanım verimliliğini artırmak için kullanılan özel bir kaplama bulunur. Güneş ışığına maruz kaldığında, fotovoltaik panellerdeki yarı iletken malzemeler önemli bir rol oynar. Örneğin, silikon malzemelerden yapılmış fotovoltaik panellerde, güneş ışığındaki foton enerjisi yarı iletkene çarptığında, yarı iletkendeki elektronları uyararak değerlik bandından iletim bandına atlamasına neden olur ve böylece elektron-boşluk çiftleri oluşur. Yarı iletkenin iç elektrik alanının etkisi altında, elektronlar ve boşluklar sırasıyla iki uca hareket eder ve böylece fotoindüklenmiş bir elektromotor kuvveti oluşur. Fotovoltaik panelin iki ucuna harici devre bağlandığı sürece, akım üretebilir, güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürebilir ve tüm güneş enerjisi besleme sistemi için bir güç kaynağı sağlayabilir.
2) Pil: Elektrik Enerjisinin "Depolama Deposu"
Piller, güneş enerjisi besleme sisteminde son derece önemli bir rol oynar ve elektrik enerjisinin "depolama deposu" olarak adlandırılabilir. Yeterli güneş ışığı olduğunda, fotovoltaik panellerin ürettiği elektrik sadece mevcut yük için kullanılmaz, aynı zamanda fazla elektrik de vardır. Bu noktada, pil depolama işlevini yerine getirmeye başlar ve bu fazla elektriği depolar. Bulutlu günler veya geceler gibi yetersiz güneş ışığı olduğunda, fotovoltaik paneller yeterli elektrik üretemediğinde veya hatta elektrik üretemediğinde, pil daha önce depolanan elektriği serbest bırakarak sistemin yüke sürekli ve istikrarlı bir şekilde güç sağlamasını sağlar, böylece tüm güneş enerjisi besleme sistemi, aydınlatma koşullarındaki değişiklikler nedeniyle güç kesintileri gibi istikrarsız durumlar yaşamayacak ve sistemin istikrarlı çalışmasını sağlayacaktır.
3) Kontrolör: Sistem İşleminin "Akıllı Uşağı"
Kontrolör, güneş enerjisi besleme sisteminin "akıllı uşağıdır". Güneş panelinin voltajını ve akım çıkışını her zaman izler. Bir yandan, elektrik enerjisinin dağıtımını ve depolanmasını akıllıca ayarlayabilir. Örneğin, pilin güç durumuna göre, güneş panelinin pile şarj işlemini makul bir şekilde kontrol edebilir. Pil neredeyse dolduğunda, kontrolör aşırı şarjı önlemek için şarj akımını ve diğer parametreleri ayarlayacaktır. Pilin yükü beslemek için deşarj olması gerektiğinde, yükün gerçek güç talebine göre güç çıkışını da doğru bir şekilde kontrol edecektir.
Öte yandan, kontrolör, sistemin güvenliğini ve istikrarını sağlamak için çeşitli koruma fonksiyonlarına sahiptir. Elektrik koruması gibi fonksiyonlar, devredeki anormal akım ve voltajın sisteme zarar vermesini önleyebilir; ters bağlantı koruma fonksiyonu, ister fotovoltaik panel ister pil olsun, kutupların tersine bağlanmasında bir kablolama hatası varsa, kontrolörün zarar görmemesini ve kablolamayı düzelttikten sonra normal çalışmaya devam edebilmesini sağlayabilir; kısa devre koruma fonksiyonu, devrede kısa devre meydana geldiğinde, kontrolör kısa devrenin neden olduğu bir dizi güvenlik tehlikesini önlemek için devreyi zamanında kesecektir; ayrıca aşırı akım koruması, aşırı şarj koruması, aşırı deşarj koruması vb. vardır. Aşırı şarj, pildeki elektrolitin buharlaşmasına ve arızalara neden olabilir, pilin aşırı deşarjı pilin erken arızalanmasına neden olur ve aşırı şarj ve aşırı deşarj yükte hasara neden olabilir. Bu koruma fonksiyonları sayesinde, kontrolör güneş enerjisi besleme sisteminin normal çalışmasını her yönden korur, böylece uzun süre istikrarlı bir şekilde çalışabilir.
IV) İnverter ve yük: güç dönüşümü ve tüketim terminali
İnverterin temel işlevi, DC gücü yük tarafından kullanılmak üzere AC güce dönüştürmektir. Özellikle, güneş panelleri DC güç üretir, ancak günlük hayatımızda ve birçok endüstriyel ve ticari senaryoda kullanılan gücün çoğu AC güçtür. İnverter, karmaşık bir inverter devresine ve diğer yapılara sahiptir. Yaygın olarak kullanılan tam kontrollü inverteri örnek olarak alırsak, AC elemanı IGBT tüpü kullanır ve IGBT tüpünün iletimi veya kesilmesi PWM darbe genişliği modülasyonu ile kontrol edilir. DC güç kaynağı bağlandığında, IGBT tüpünün farklı iletim ve kesme kombinasyonları aracılığıyla transformatörün birincil sargısında pozitif ve negatif alternatif kare dalgalar oluşur. LC AC filtresinin yardımıyla, çıkış ucu nihayet bir sinüzoidal AC voltaj oluşturur ve böylece DC'den AC'ye dönüşüm tamamlanır.
Yük, elektrik enerjisinin kullanıcısı ve tüm güneş enerjisi besleme sisteminin elektrik enerjisi tüketim terminalidir. Evdeki elektrik lambaları, televizyonlar, buzdolapları ve diğer elektrikli cihazlar, endüstrideki motorlar ve üretim ekipmanları, ticari yerlerdeki aydınlatma ve ekran ekipmanları vb. gibi çeşitli elektrikli ekipmanlar olabilir. Bu yükler, aydınlatma işlevlerini gerçekleştirmek için elektrik lambaları, makineleri çalıştırmak için motorlar vb. gibi, kendi işlevlerini gerçekleştirmek için inverter tarafından dönüştürülen alternatif akıma bağlıdır. Farklı yükler, gerçek ihtiyaçlara göre elektrik enerjisi tüketir ve birlikte güneş enerjisi besleme sisteminin elektrik enerjisi tüketim bağlantısını oluşturur.