Photovoltaikanlage

Photovoltaikanlagen werden im Allgemeinen in unabhängige Systeme, netzgekoppelte Systeme und Hybridsysteme unterteilt. Je nach Anwendungsform, Anwendungsumfang und Lasttyp der Photovoltaikanlage kann diese in sechs Typen unterteilt werden.

Systemeinführung

Je nach Anwendungsform, Anwendungsumfang und Lasttyp der Photovoltaikanlage sollte das Photovoltaik-Stromversorgungssystem detaillierter unterteilt werden. Photovoltaikanlagen lassen sich in die folgenden sechs Typen unterteilen: Kleine Solarstromversorgungssysteme (Small DC); Einfache Gleichstromsysteme (Simple DC); Große Solarstromversorgungssysteme (Large DC); Wechselstrom- und Gleichstromversorgungssysteme (AC/DC); Netzgekoppelte Systeme (Utility Grid Connect); Hybridstromversorgungssysteme (Hybrid); Netzgekoppelte Hybridsysteme. Funktionsprinzip und Eigenschaften der einzelnen Systeme werden nachfolgend beschrieben.

Stromversorgungssystem

Die Besonderheiten des kleinen Solarstromversorgungssystems liegen darin, dass es nur eine Gleichstromlast im System gibt und die Lastleistung relativ gering ist. Das gesamte System ist einfach aufgebaut und leicht zu bedienen. Seine Hauptanwendungen sind allgemeine Haushaltssysteme, verschiedene zivile Gleichstromprodukte und entsprechende Unterhaltungsgeräte. Im Westen meines Landes ist diese Art von Photovoltaikanlage beispielsweise weit verbreitet. Als Last dient eine Gleichstromlampe, die das Problem der Haushaltsbeleuchtung in Gebieten ohne Strom löst.

Gleichstromsystem

Charakteristisch für dieses System ist die Gleichstromlast, für die keine besonderen Anforderungen an die Nutzungsdauer gelten. Die Last wird hauptsächlich tagsüber genutzt, sodass weder eine Batterie noch ein Controller benötigt wird. Das System ist einfach aufgebaut und kann direkt verwendet werden. Das Photovoltaikmodul versorgt die Last mit Strom. Dadurch entfallen Speicherung und Abgabe von Energie in der Batterie sowie Energieverluste im Controller, was die Energieeffizienz verbessert. Das System wird häufig in PV-Wasserpumpensystemen, der temporären Stromversorgung einiger Geräte und touristischen Einrichtungen eingesetzt. Abbildung 1 zeigt ein einfaches DC-PV-Pumpensystem. Dieses System wird häufig in Entwicklungsländern eingesetzt, in denen es kein sauberes Leitungswasser zum Trinken gibt, und hat einen positiven sozialen Nutzen gebracht.

Große Solarstromanlage

Verglichen mit den beiden oben genannten Photovoltaiksystemen eignet sich das großflächige solarbetriebene Photovoltaiksystem zwar auch für Gleichstromsysteme, weist jedoch üblicherweise eine hohe Lastleistung auf. Um eine stabile Stromversorgung der Last zu gewährleisten, ist das entsprechende System ebenfalls groß und muss mit einer größeren Anzahl von Photovoltaikmodulen und einem größeren Akkupack ausgestattet sein. Typische Anwendungsgebiete sind Kommunikation, Telemetrie, Stromversorgung von Überwachungsgeräten, zentrale Stromversorgung in ländlichen Gebieten, Leuchttürme, Straßenlaternen usw. Dieses System wird in einigen ländlichen Photovoltaikkraftwerken in stromlosen Gebieten im Westen Chinas verwendet. Auch die von China Mobile und China Unicom in abgelegenen Gebieten ohne Stromnetz errichteten Kommunikationsbasisstationen nutzen dieses Photovoltaiksystem zur Stromversorgung, wie beispielsweise das Kommunikationsbasisstationsprojekt in Wanjiazhai, Shanxi.

AC- und DC-Stromversorgungssystem

Im Unterschied zu den drei oben genannten Photovoltaikanlagen kann diese Photovoltaikanlage sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromlasten gleichzeitig versorgen. Sie verfügt über mehr Wechselrichter als die drei oben genannten Systeme, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, um den Bedarf der Wechselstromlast zu decken. Der Stromverbrauch einer solchen Anlage ist in der Regel relativ hoch, daher ist auch der Anlagenumfang relativ groß. Sie wird in einigen Kommunikationsbasisstationen mit Wechselstrom- und Gleichstromlasten sowie in anderen Photovoltaikkraftwerken mit Wechselstrom- und Gleichstromlasten eingesetzt.

Netzgekoppeltes System

Das größte Merkmal dieser Photovoltaikanlage besteht darin, dass der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom über den netzgekoppelten Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird, der den Anforderungen des Stromnetzes entspricht, und direkt an das Stromnetz angeschlossen wird. Überschüssiger Strom wird außerhalb der Last ins Netz zurückgespeist. An regnerischen Tagen oder nachts, wenn die Photovoltaikanlage keinen Strom erzeugt oder der erzeugte Strom den Bedarf der Last nicht decken kann, wird sie über das Netz versorgt. Durch die direkte Einspeisung ins Stromnetz entfällt der Aufbau einer Batterie, und das Ein- und Auslagern der Batterie entfällt. Allerdings ist ein dedizierter netzgekoppelter Wechselrichter erforderlich, um sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung den Anforderungen des Netzes hinsichtlich Spannung, Frequenz und anderen Parametern entspricht. Aufgrund des Wirkungsgradproblems des Wechselrichters kommt es dennoch zu Energieverlusten. Solche Systeme können häufig Netzstrom und eine Reihe von Solarmodulen parallel zur Stromversorgung lokaler Wechselstromverbraucher nutzen. Dadurch wird die Ausfallrate der Last im gesamten System reduziert. Darüber hinaus kann die netzgekoppelte Photovoltaikanlage zur Spitzenlastregulierung im öffentlichen Stromnetz beitragen. Entsprechend den Eigenschaften netzgekoppelter Systeme hat Soying Electric vor einigen Jahren erfolgreich einen netzgekoppelten Solarwechselrichter entwickelt, der speziell für die Rückgewinnung elektrischer Energie mit unterschiedlichen Gewinnen und Verlusten konzipiert ist. Große Fortschritte wurden erzielt, und eine Reihe technischer Schwierigkeiten konnten bei der netzgekoppelten Anlage überwunden werden.

Gemischtes Versorgungssystem

Zusätzlich zu den in dieser Photovoltaikanlage verwendeten Solarmodulen dient ein Ölgenerator als Notstromquelle. Ziel eines hybriden Stromversorgungssystems ist es, die Vorteile verschiedener Stromerzeugungstechnologien umfassend zu nutzen und deren jeweilige Nachteile zu vermeiden. Die Vorteile der oben genannten unabhängigen Photovoltaikanlagen liegen beispielsweise im geringeren Wartungsaufwand, während die Energieabgabe wetterabhängig und instabil ist.

Ein Hybrid-Stromversorgungssystem, das eine Kombination aus Dieselgeneratoren und Photovoltaikanlagen nutzt, kann im Vergleich zu einem Inselsystem mit nur einer Energiequelle wetterunabhängige Energie liefern.

Netzgekoppeltes Mischversorgungssystem

Mit der Entwicklung der Solar-Optoelektronik-Industrie ist ein netzgekoppeltes Hybrid-Stromversorgungssystem entstanden, das Photovoltaik-Module, Netzstrom und Öl-Notstromgeneratoren umfassend nutzen kann. Dieses System integriert üblicherweise Controller und Wechselrichter und nutzt einen Computerchip zur vollständigen Steuerung des gesamten Systems. Verschiedene Energiequellen werden optimal genutzt, um optimale Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Batterien können die garantierte Versorgungssicherheit des Systems weiter verbessern, beispielsweise das SMD-Wechselrichtersystem von AES. Das System kann lokale Verbraucher mit qualifiziertem Strom versorgen und als Online-USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) fungieren. Strom kann auch ins Netz eingespeist oder aus dem Netz bezogen werden. Das System arbeitet üblicherweise parallel zum Netzstrom und zur Solarstromversorgung. Reicht der von den Photovoltaikmodulen erzeugte Strom für den lokalen Verbraucher aus, wird dieser direkt zur Versorgung genutzt. Wenn der von den Photovoltaikmodulen erzeugte Strom den Bedarf der unmittelbaren Last übersteigt, kann der überschüssige Strom auch ins Netz zurückgespeist werden. Wenn der von den Photovoltaikmodulen erzeugte Strom nicht ausreicht, wird der Netzstrom automatisch aktiviert und der Netzstrom wird verwendet, um den Bedarf der lokalen Last zu decken. Wenn der Stromverbrauch der Last weniger als 60 % der Netznennkapazität des SMD-Wechselrichters beträgt, lädt das Netz die Batterie automatisch auf, um sicherzustellen, dass die Batterie lange Zeit in einem schwebenden Zustand ist. Wenn das Netz ausfällt, d. h. der Netzstromausfall oder die Netzqualität nicht dem Standard entspricht, trennt das System automatisch die Netzstromversorgung und wechselt in den unabhängigen Arbeitsmodus, und der von der Last benötigte Wechselstrom wird von der Batterie und dem Wechselrichter bereitgestellt. Sobald das Netz wieder normal ist, d. h. wenn Spannung und Frequenz zum oben genannten Normalzustand zurückkehren, trennt das System die Batterie, wechselt in den netzgekoppelten Modus und liefert Strom aus dem Netz. In einigen netzgekoppelten Hybridstromversorgungssystemen können Systemüberwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungsfunktionen auch in den Steuerchip integriert werden. Die Kernkomponenten eines solchen Systems sind der Controller und der Wechselrichter.

Off-Grid-Photovoltaiksystem

Das netzunabhängige Photovoltaik-Stromerzeugungssystem ist eine neuartige Stromquelle, die Strom aus Photovoltaikmodulen erzeugt, das Laden und Entladen der Batterie über den Controller steuert und über den Wechselrichter Gleichstrom- oder Wechselstromverbraucher mit elektrischer Energie versorgt. Es wird häufig in Hochebenen, auf Inseln, in abgelegenen Bergregionen und bei Feldarbeiten unter rauen Bedingungen eingesetzt. Es kann auch zur Stromversorgung von Kommunikationsbasisstationen, Werbeleuchtkästen, Straßenlaternen usw. verwendet werden. Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme nutzen unerschöpfliche natürliche Energie, um den Bedarfskonflikt in Gebieten mit Stromknappheit wirksam zu entschärfen und die Probleme des Lebens und der Kommunikation in abgelegenen Gebieten zu lösen. Sie verbessern die globale ökologische Umwelt und fördern eine nachhaltige menschliche Entwicklung.

Systemfunktionen

Photovoltaikmodule sind Stromerzeugungskomponenten. Der Photovoltaik-Controller regelt und steuert die erzeugte elektrische Energie. Die so erzeugte Energie wird an die Gleich- oder Wechselstromlast weitergeleitet, die überschüssige Energie wird zur Speicherung im Akkupack gespeichert. Wenn die erzeugte Energie den Bedarf der Last nicht deckt, leitet der Controller den Strom aus der Batterie an die Last weiter. Nach dem vollständigen Laden der Batterie sollte der Controller eine Überladung verhindern. Bei Entladung der gespeicherten elektrischen Energie sollte der Controller eine Tiefentladung verhindern, um die Batterie zu schützen. Eine unzureichende Leistung des Controllers beeinträchtigt die Lebensdauer der Batterie und damit die Zuverlässigkeit des Systems. Die Batterie speichert Energie, um die Last nachts oder bei Regen mit Strom zu versorgen. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom für die Wechselstromlast um.