Sonnestroomstasies: Tipes, Komponente en Werkprinsipes

Sonne-energieplantes is stelsels wat sonenergie gebruik om elektrisiteit te genereer. Hulle kan in twee hoof tipes geklassifiseer word: fotovoltaiese (PV) energieplantes en geconcentreerde son-energie (CSP) plantes. Fotovoltaiese energieplantes verander sonlig direk in elektrisiteit deur sonseelle te gebruik, terwyl geconcentreerde son-energie plantes spieëls of lenzen gebruik om sonlig te konsentreer en 'n vloeistof te verhit wat 'n turbine of motor aanstuur. In hierdie artikel sal ons die komponente, indeling en werking van albei tipes son-energieplantes, sowel as hul voor- en nadele, verduidelik.

Wat is 'n Fotovoltaiese Energieplaas?

'n Fotovoltaiese energieplaas is 'n grootmaat PV-stelsel wat met die netwerk verbonden is en ontwerp is om groothandelselektrisiteit uit sonstraling te produseer. 'n Fotovoltaiese energieplaas bestaan uit verskeie komponente, soos:

• Sonpaneelmodules: Hierdie is die basiese eenhede van 'n PV-stelsel. Hulle bestaan uit sonseelle wat lig in elektrisiteit omskep. Sonseelle word gewoonlik gemaak van silikon, wat 'n halwegeleier materiaal is wat fotonne kan absorbeer en elektrone kan vrylaat. Die elektrone vloei deur die sirkel en skep 'n elektriese stroom. Sonpaneelmodules kan in verskillende konfigurasies gerangskik word, soos reeks, parallel, of reeks-paralel, afhangende van die spanning en stroomvereistes van die stelsel.

• Monteerstrukture: Hierdie is die raamwerke of rakke wat die sonpaneelmodules ondersteun en oriënteer. Hulle kan vas of verstelbaar wees, afhangende van die ligging en klimaat van die standplaas. Vas monteerstrukture is goedkoper en eenvoudiger, maar hulle volg nie die son se beweging nie en kan die uitset van die stelsel verminder. Verstelbare monteerstrukture kan die sonpaneelmodules draai of roteer om die son se posisie te volg en energieproduksie te optimaliseer. Hulle kan handmatig of outomaties wees, afhangende van die graad van beheer en akkuraatheid wat nodig is.

• Inverteerders: Hierdie is toestelle wat die direkte stroom (DC) wat deur die sonpaneelmodules geproduseer word, omskep na wisselstroom (AC) wat in die netwerk gevoed kan word of deur AC-lae gebruik kan word.

  

• Inverteerders kan in twee tipes geklassifiseer word: sentrale inverteerders en mikro-inverteerders. Sentrale inverteerders is groot eenhede wat verskeie sonpaneelmodules of -arrays verbind en 'n enkele AC-uitset verskaf. Mikro-inverteerders is klein eenhede wat aan elke sonpaneelmodule of -paneel verbind word en individuele AC-uitsette verskaf. Sentrale inverteerders is meer koste-effektief en doeltreffend vir grootmaatstelsels, terwyl mikro-inverteerders meer buigsam en betroubaar is vir kleinmaatstelsels.

• Laadjakkies: Hierdie is toestelle wat die spanning en stroom van die sonpaneelmodules of -arrays reguleer om oorlaaiing of oor-ontlaaiing van die batterye te voorkom. Laadjakkies kan in twee tipes geklassifiseer word: pulswydte-modulasie (PWM) jakkies en maksimum-kragpunt-navolging (MPPT) jakkies. PWM-jakkies is eenvoudiger en goedkoper, maar hulle verspil sommige energie deur die laaistroom aan en af te skakel. MPPT-jakkies is meer kompleks en duur, maar hulle optimaliseer die energie-uitset deur die spanning en stroom aan te pas om die maksimum kragpunt van die sonpaneelmodules of -arrays te match.

• Batterye: Hierdie is toestelle wat oormaatse elektrisiteit wat deur die sonpaneelmodules of -arrays gegenereer word, opberg vir later gebruik wanneer daar geen sonlig is nie of wanneer die netwerk neer is. Batterye kan in twee tipes geklassifiseer word: lood-suur-batterye en lithium-ion-batterye. Lood-suur-batterye is goedkoper en wyer gebruik, maar hulle het 'n laer energiedigtheid, korter lewenstyl, en vereis meer instandhouding. Lithium-ion-batterye is meer duur en minder algemeen, maar hulle het 'n hoër energiedigtheid, langer lewenstyl, en vereis minder instandhouding.

• Skakele: Hierdie is toestelle wat verskillende dele van die stelsel, soos sonpaneelmodules, inverteerders, batterye, lae, of netwerke, verbind of ontkoppel. Skakele kan handmatig of outomaties wees, afhangende van die vlak van veiligheid en beheer wat nodig is. Handmatige skakele vereis menslike intervensie om hulle te bedien, terwyl outomatiese skakele op voorafgedefinieerde toestande of signale gebaseerd werk.

• Meters: Hierdie is toestelle wat verskeie parameters van die stelsel meet en wys, soos spanning, stroom, krag, energie, temperatuur, of straling. Meters kan analoog of digitaal wees, afhangende van die tipe vertoning en akkuraatheid wat nodig is. Analoge meters gebruik naaldjies of wijzers om waardes te wys, terwyl digitale meters getalle of grafieke gebruik om waardes te wys.

• Kable: Hierdie is drade wat elektrisiteit tussen verskillende komponente van die stelsel oordra. Kable kan in twee tipes geklassifiseer word: DC-kable en AC-kable. DC-kable dra direkte stroom van die sonpaneelmodules na die inverteerders of batterye, terwyl AC-kable wisselstroom van die inverteerders na die netwerk of lae dra.

Die indeling van 'n fotovoltaiese energieplaas hang af van verskeie faktore, soos standplaas-toestande, stelselgrootte, ontwerp-doelwitte, en netwerkvereistes. Tog bestaan 'n tipiese indeling uit drie hoofdele: generasie-deel, oordrag-deel, en distribusie-deel.

Die generasie-deel sluit sonpaneelmodules, monteerstrukture, en inverteerders in wat elektrisiteit uit sonlig produseer.

Die oordrag-deel sluit die kable, skakele, en meters in wat elektrisiteit van die generasie-deel na die distribusie-deel oordra.

Die distribusie-deel sluit die batterye, laadjakkies, en lae in wat elektrisiteit stoor of verbruik.

Die volgende diagram wys 'n voorbeeld van 'n fotovoltaiese energieplaas-indeling:

Die werking van 'n fotovoltaiese energieplaas hang af van verskeie faktore, soos weerstoestande, laevraag, en netwerkstatus. Tog bestaan 'n tipiese werking uit drie hoofmodusse: laaimodus, aflaaimodus, en netwerk-verbindmodus.

Die laaimodus vind plaas wanneer daar oormaatse sonlig en lae laevraag is. In hierdie modus, genereer die sonpaneelmodules meer elektrisiteit as wat deur die lae benodig word. Die oormaatse elektrisiteit word gebruik om die batterye deur die laadjakkies te laai.

Die aflaaimodus vind plaas wanneer daar geen sonlig is of hoë laevraag is. In hierdie modus, genereer die sonpaneelmodules minder elektrisiteit as wat deur die lae benodig word. Die tekort aan elektrisiteit word deur die batterye deur die inverteerders verskaf.

Die netwerk-verbindmodus vind plaas wanneer daar netwerkbeskikbaarheid en gunstige tariefkoerse is. In hierdie modus, genereer die sonpaneelmodules elektrisiteit wat deur die inverteerders in die netwerk gevoed kan word.

Die netwerk-verbindmodus kan ook plaasvind wanneer daar 'n netwerkonderbreking is, en rugsteunkrags behoef is. In hierdie modus, genereer die sonpaneelmodules elektrisiteit wat deur die lae deur die inverteerders gebruik kan word.

Wat is 'n Geconcentreerde Son-energieplaas?

'n Geconcentreerde son-energieplaas is 'n grootmaat CSP-stelsel wat spieëls of lenzen gebruik om sonlig te konsentreer op 'n ontvanger wat 'n vloeistof verhit wat 'n turbine of motor aanstuur om elektrisiteit te genereer. 'n Geconcentreerde son-energieplaas bestaan uit verskeie komponente, soos:

• Verzamelaars: Hierdie is toestelle wat sonlig reflekteer of refrakteer op 'n ontvanger. Verzamelaars kan in vier tipes geklassifiseer word: paraboliese trokke, paraboliese disse, lineêre Fresnel-reflektors en sentrale ontvangers. Paraboliese trokke is gekromde spieëls wat sonlig fokus op 'n lineêre ontvangerbuishouer wat langs hul brandpuntloop. Paraboliese disse is konkawe spieëls wat sonlig fokus op 'n puntontvanger by hul brandpunt. Lineêre Fresnel-reflektors is plat spieëls wat sonlig reflekteer op 'n lineêre ontvangerbuishouer bo hulle. Sentrale ontvangers is towere omring deur 'n array van plat spieëls, bekend as heliostats, wat sonlig reflekteer op 'n puntontvanger by hul top.

• Ontvangers: Hierdie is toestelle wat gekoncentreerde sonlig absorbeer en dit oorgedraan 'n hitte-oordragvloeistof (HTF). Ontvangers kan in twee tipes geklassifiseer word: eksterne ontvangers en interne ontvangers. Eksterne ontvangers is blootgestel aan die atmosfeer en het hoë hitteverliese as gevolg van konveksie en straling. Interne ontvangers is ingesluit in 'n vakuumkamer en het lae hitteverliese as gevolg van isolering en evacuering.

• Hitte-oordragvloeistowwe: Hierdie is vloeistowwe wat deur die ontvangers sirkuleer en hitte van die verzamelaars na die kragblok oordra. Hitte-oordragvloeistowwe kan in twee tipes geklassifiseer word: termiese vloeistowwe en gesmolte sole. Termiese vloeistowwe is organiese vloeistowwe soos sintetiese olies of koolwaterstowwe wat hoë kookpunte en lae vriespunte het. Gesmolte sole is anorganiese verbindingsoortlik natriumnitraat of kaliumnitraat wat 'n hoë hittekapasiteit en lae dampdruk het.

• Kragblok: Hier word elektrisiteit van hitte gegenereer deur 'n turbine of motor gekoppel aan 'n generator. Kragblok kan in twee tipes geklassifiseer word: stoomsiklus en Brayton-siklus. Die stoomsiklus gebruik water as HTF en produseer stoom wat 'n stoomturbine aanstuur wat aan 'n elektriese generator gekoppel is. Brayton-siklus gebruik lug as HTF en produseer warm lug wat 'n gas-turbine aanstuur wat aan 'n elektriese generator gekoppel is.

• Stoorstelsel: Hier word oormaatse hitte gestoor vir later gebruik wanneer daar geen sonlig is nie of wanneer daar hoë laevraag is. Stoorstelsels kan in twee tipes geklassifiseer word: sensoriese hitte-stoor en latente hitte-stoor. Sensoriese hitte-stoor gebruik materiaal soos klippe, water, of gesmolte sole wat hitte stoor deur hul temperatuur te verhoog sonder om hul fase te verander. Latente hitte-stoor gebruik materiaal soos faseverandering-materiaal (PCMs) of termokemiese materiaal (TCMs) wat hitte stoor deur hul fase of chemiese toestand te verander sonder om hul temperatuur te verander.