Στοιχεία ενός φωτοβολταϊκού συστήματος παραγωγής ενέργειας: βασικά εξαρτήματα και βοηθητικές εγκαταστάσεις

Τα φωτοβολταϊκά (PV) πάνελ είναι το βασικό συστατικό ενός φωτοβολταϊκού (PV) συστήματος παραγωγής ενέργειας, επιτυγχάνοντας φωτοηλεκτρική μετατροπή και αντιπροσωπεύουν το στοιχείο υψηλότερης αξίας ολόκληρου του συστήματος. Η κύρια λειτουργία τους είναι να απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία και να τη μετατρέπουν απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος (DC), παρέχοντας την αρχική πηγή ενέργειας για ολόκληρο το σύστημα. Τα ακραία καλύμματα σωλήνων ορείχαλκου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της δομικής στεγανοποίησης εξαρτημάτων όπως το πλαίσιο της φωτοβολταϊκής μονάδας. Μια φωτοβολταϊκή μονάδα αποτελείται από πολλαπλές φωτοβολταϊκές κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά και παράλληλα, ενθυλακωμένες μεταξύ γυαλιού και οπίσθιου φύλλου. Διαθέτει χαρακτηριστικά όπως αντοχή στον άνεμο, τη βροχή, την υπεριώδη ακτινοβολία και τις υψηλές θερμοκρασίες, επιτρέποντας μακροχρόνια σταθερή λειτουργία σε εξωτερικούς χώρους. Η απόδοση μετατροπής του καθορίζει άμεσα την ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ολόκληρου του συστήματος παραγωγής ενέργειας ΦΒ.

Ο φωτοβολταϊκός μετατροπέας είναι το βασικό στοιχείο πυρήνα ενός συστήματος παραγωγής ενέργειας ΦΒ, υπεύθυνος για τη μετατροπή ισχύος και συχνά αναφέρεται ως η «καρδιά» του συστήματος. Δεδομένου ότι οι φωτοβολταϊκές μονάδες εξάγουν ηλεκτρισμό συνεχούς ρεύματος, ενώ ο καθημερινός ηλεκτρικός εξοπλισμός και το ηλεκτρικό δίκτυο απαιτούν ηλεκτρισμό εναλλασσόμενου ρεύματος, η βασική λειτουργία του φωτοβολταϊκού μετατροπέα είναι να μετατρέπει αποτελεσματικά την ηλεκτρική έξοδο συνεχούς ρεύματος από τις φωτοβολταϊκές μονάδες σε εναλλασσόμενο ρεύμα, μεγιστοποιώντας τη χρήση ενέργειας. Τα ορειχάλκινα καλύμματα ακροδεκτών χρησιμοποιούνται εσωτερικά για να διασφαλιστεί η ασφάλεια της καλωδίωσης. Με βάση τον τρόπο λειτουργίας, οι φωτοβολταϊκοί (Φ/Β) μετατροπείς μπορούν να ταξινομηθούν σε μετατροπείς-συνδεδεμένους στο δίκτυο και σε μετατροπείς εκτός δικτύου-. Οι συνδεδεμένοι-μετατροπείς δικτύου χρησιμοποιούνται σε συστήματα παραγωγής ενέργειας Φ/Β που είναι συνδεδεμένα στο δημόσιο δίκτυο, ενώ οι μετατροπείς εκτός δικτύου χρησιμοποιούνται σε συστήματα που λειτουργούν ανεξάρτητα και δεν είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο, προσαρμοσμένα σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογών.

Τα κιβώτια συνδυασμού συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεσαίας έως μεγάλης κλίμακας-συστήματα παραγωγής ενέργειας Φ/Β αρκετών εκατοντάδων κιλοβάτ ή περισσότερο και αποτελούν βασικά στοιχεία για τη συλλογή και την προστασία DC ισχύος. Σε συστήματα μεσαίας έως μεγάλης-κλίμακας, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χωρίζονται σε πολλαπλές συστοιχίες, καθεμία από τις οποίες εξάγει ένα καλώδιο DC. Η λειτουργία του κιβωτίου συνδυασμού DC είναι να συνδέει κεντρικά αυτά τα πολλαπλά καλώδια DC και μέσω εσωτερικών-συγκεκριμένων ασφαλειών Φ/Β, διακοπτών κυκλώματος DC και άλλων εξαρτημάτων, για την προστασία και την ανίχνευση της ισχύος συνεχούς ρεύματος πριν από το συνδυασμό και την έξοδο της στον φωτοβολταϊκό μετατροπέα. Η προστασία του περιβλήματος μπορεί να βελτιωθεί με ορειχάλκινο καπάκι ασφάλειας για βελτιωμένη ασφάλεια. Η χρήση ενός κιβωτίου συνδυασμού DC απλοποιεί σημαντικά την καλωδίωση μεταξύ των φωτοβολταϊκών μονάδων και του μετατροπέα, καθιστώντας τη διάταξη καλωδίωσης πιο οργανωμένη και διευκολύνοντας την ομαδική επιθεώρηση και συντήρηση. Όταν παρουσιαστεί σφάλμα σε μία συστοιχία, μπορεί να απομονωθεί για επισκευή χωρίς να επηρεαστεί η συνεχής παραγωγή ενέργειας ολόκληρου του συστήματος.

Για συστήματα παραγωγής ενέργειας-μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκών (PV), τα κιβώτια συνδυασμού DC από μόνα τους δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες συλλογής ενέργειας. Τα ερμάρια διανομής DC απαιτούνται επίσης ως δευτερεύουσες και τριτογενείς συσκευές συνδυασμού. Η βασική λειτουργία ενός πίνακα διανομής DC είναι να-συλλέγει εκ νέου την έξοδο των καλωδίων DC από πολλαπλά κουτιά συνδυασμού DC, να εκτελεί ενοποιημένη προστασία και διανομή και στη συνέχεια να τα συνδέει στον φωτοβολταϊκό μετατροπέα. Οι εσωτερικές διεπαφές χρησιμοποιούν εσωτερικά ακραία καλύμματα για τη βελτίωση της απόδοσης προστασίας. Η διαμόρφωση των ντουλαπιών διανομής DC βελτιστοποιεί περαιτέρω τη διάταξη καλωδίωσης του συστήματος, μειώνει τις απώλειες γραμμής και διευκολύνει την εγκατάσταση, τη λειτουργία και την επακόλουθη συντήρηση του συστήματος, βελτιώνοντας τη λειτουργική σταθερότητα και τη λειτουργικότητα-μεγάλης κλίμακας συστημάτων παραγωγής ενέργειας Φ/Β.

Τα ερμάρια διανομής εναλλασσόμενου ρεύματος και τα κιβώτια συνδυασμού εναλλασσόμενου ρεύματος είναι βασικά εξαρτήματα για τη μετάδοση και τη διανομή εναλλασσόμενου ρεύματος σε συστήματα παραγωγής ενέργειας Φ/Β, που συνδέουν τον μετατροπέα με το φορτίο ή το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Η κύρια λειτουργία των ντουλαπιών διανομής εναλλασσόμενου ρεύματος είναι να λαμβάνουν έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος από τον μετατροπέα, να πραγματοποιούν προγραμματισμό, διανομή και μέτρηση, ενώ παρακολουθούν τις παραμέτρους ισχύος, την αντιμετώπιση προβλημάτων και διασφαλίζουν την ασφάλεια της τροφοδοσίας. Τα εσωτερικά εξαρτήματα χρησιμοποιούν ορειχάλκινα εσωτερικά καπάκια για ενίσχυση της εσωτερικής προστασίας. Τα κιβώτια συνδυασμού AC χρησιμοποιούνται κυρίως σε συστήματα μετατροπέων στοιχειοσειρών. Η λειτουργία τους είναι να συνδυάζουν την ισχύ εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος από πολλαπλούς μετατροπείς σε μια δευτερεύουσα κεντρική φόρμα πριν την αποστολή στον πίνακα διανομής AC, απλοποιώντας τη διαδικασία καλωδίωσης και βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση λειτουργίας του συστήματος.