องค์ประกอบและการประยุกต์ใช้ระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบโฟโตโวลตาอิก

ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสเพื่อแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวควบคุม อินเวอร์เตอร์ DC/AC อุปกรณ์ช่วยเสริมของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (ระบบจ่ายไฟฟ้า DC ระบบจ่ายไฟฟ้า AC ระบบตรวจสอบและควบคุมการทำงาน ระบบป้องกันฟ้าผ่าและระบบสายดิน) และส่วนประกอบอื่นๆ

ปัจจุบันมีเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนที่จำหน่ายในเชิงพาณิชย์อยู่ 3 แบบทั่วโลก ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ และเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอะมอร์ฟัส

ประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้าเป็นโฟโตอิเล็กทริกของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ค่อนข้างสูง อยู่ระหว่าง 13% ถึง 15% แต่ต้นทุนการใช้งานค่อนข้างสูง ประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้าเป็นโฟโตอิเล็กทริกของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์อยู่ที่ 11% ถึง 13% ซึ่งเป็นรูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอะมอร์ฟัสเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย แบตเตอรี่เป็นแบตเตอรี่แบบฟิล์มบางที่มีต้นทุนต่ำ แต่ประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้าเป็นโฟโตอิเล็กทริกค่อนข้างต่ำ และความเสถียรของแบตเตอรี่ยังไม่ดีเท่าเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก ปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ส่วนใหญ่ใช้ในแหล่งพลังงานแสงน้อย เช่น นาฬิกาและเครื่องคิดเลข

เซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้เพียง 0.5 โวลต์เท่านั้น ซึ่งต่ำกว่าค่าที่จำเป็นสำหรับการใช้งานจริงมาก

เพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานจริง เซลล์แสงอาทิตย์ควรเชื่อมต่อเข้ากับโมดูลต่างๆ โดยทั่วไปแล้ว จำนวนเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานต่อโมดูลหนึ่งโมดูลคือ 36 ชิ้น

หน่วยทางกายภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อด้วยสายไฟเรียกว่าโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน ทนลม และทนฝนได้ในระดับหนึ่ง ด้านหน้าของโมดูลนี้เป็นแผ่นกระจก และด้านหลังเป็นชั้นของเกล็ดโลหะผสม ฝังอยู่ในชั้นโพลิเมอร์

ในโมดูลโซลาร์เซลล์นี้ แบตเตอรี่และกล่องรวมสายสามารถเชื่อมต่อกันได้โดยตรง และปัญหาคุณภาพที่อาจเกิดขึ้นได้คือการปิดผนึกที่ขอบและกล่องรวมสายที่ด้านหลังของโมดูล

ชิ้นส่วนจะร้อนขึ้นอย่างรุนแรง นี่คือ “ปรากฏการณ์จุดร้อน”

เพื่อป้องกันไม่ให้โมดูลแบตเตอรี่ได้รับความเสียหายเนื่องจากเอฟเฟกต์จุดร้อน จำเป็นต้องเชื่อมต่อไดโอดบายพาสแบบขนานระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของโมดูลแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้พลังงานที่สร้างโดยโมดูลแสงถูกใช้โดยโมดูลที่ได้รับการป้องกัน

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ปล่อยไฟฟ้ากระแสตรง และระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขั้นสุดท้ายจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับโหลดไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) อินเวอร์เตอร์จึงเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้

อินเวอร์เตอร์สามารถแบ่งตามโหมดการทำงานได้เป็นอินเวอร์เตอร์แบบทำงานอิสระและอินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อกับกริด อินเวอร์เตอร์แบบสแตนด์อโลนถูกใช้ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบสแตนด์อโลนเพื่อจ่ายพลังงานให้กับโหลดแบบสแตนด์อโลน อินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อกับกริดใช้สำหรับระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบเชื่อมต่อกับกริด และป้อนพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้เข้าสู่ระบบกริดเพื่อการทำงาน อินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อกับกริดจะแปลงไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตโดยแผงโซลาร์เซลล์เป็นไฟฟ้ากระแสสลับในเฟสเดียวกับระบบกริด เมื่อระบบกริดขัดข้อง อินเวอร์เตอร์จะหยุดทำงานและตัดการเชื่อมต่อโหลดของอินเวอร์เตอร์เพื่อป้องกัน "ปรากฏการณ์เกาะ"

ปรากฏการณ์เกาะหมายถึงปรากฏการณ์ที่อุปกรณ์ส่งออกไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับกริดที่เชื่อมต่ออยู่ทำให้ไฟฟ้าดับ อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่เมื่อสายไฟฟ้าบางเส้นของกริดเสียหายหรือมีการบำรุงรักษา และรวมกับโหลดโดยรอบจนเกิดเป็นเกาะที่สามารถพึ่งพาตนเองได้

ก่อนที่จะเชื่อมต่อระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เข้ากับกริด ให้เลือกหม้อแปลงบูสเตอร์ที่เหมาะสมตามแรงดันไฟฟ้าของสายหลักที่เชื่อมต่อกับกริด และเพิ่มเอาต์พุต 400V AC จากอินเวอร์เตอร์ไปที่ระดับแรงดันไฟฟ้า 10kV, 35kV หรือ 110kV ที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อกริด เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขสำหรับการเชื่อมต่อกริด

เมื่อไฟฟ้าที่ผลิตได้จากระบบโซลาร์เซลล์มีเพียงพอ ก็จะส่งไฟฟ้าเข้าสู่ระบบไฟฟ้า ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า “การขายไฟฟ้า” และเมื่อไฟฟ้าที่ผลิตได้จากระบบโซลาร์เซลล์มีไม่เพียงพอ ก็จะดูดซับไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้า ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า “การซื้อไฟฟ้า”

ระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะไม่จ่ายไฟฟ้าให้กับโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะเมื่อการผลิตไฟฟ้ามีเพียงพอ แต่เมื่อระบบจ่ายไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีไม่เพียงพอ โครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะจะจ่ายไฟฟ้าให้กับโหลด

ระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยตัวควบคุมและแบตเตอรี่ แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายออกจากโมดูลโซลาร์เซลล์ได้บางส่วน เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ ตัวควบคุมทำหน้าที่ตรวจจับการคายประจุเกิน การชาร์จเกิน กระแสโหลดเกิน และการชาร์จแบตเตอรี่แบบย้อนกลับ ระบบควบคุมนี้มีหน้าที่จัดการการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ รวมถึงควบคุมการชาร์จให้เหมาะสมที่สุด

พื้นที่การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ก็กว้างขวางเช่นกัน ด้วยทรัพยากรแสงอาทิตย์ที่อุดมสมบูรณ์ หากทะเลทรายโกบีถูกนำมาใช้ติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า ก็จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณมหาศาล

ในพื้นที่ห่างไกลหรือเกาะบางแห่งที่ไม่มีระบบโครงข่ายไฟฟ้าแห่งชาติ สามารถติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระได้โดยไม่ต้องติดตั้งสายส่งไฟฟ้า วงจรการผลิตไฟฟ้าสั้นและต้นทุนรวมต่ำ ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ