Güneş Enerjisi İstasyonları: Türleri, Bileşenleri ve Çalışma Prensipleri

Güneş enerjisi istifadə edərək elektrik enerjisi yaradan sistemlər olan güneş enerjisi istismar məntəqələri iki asılı tipə bölünə bilər: fotovoltaik (PV) enerji məntəqələri və qoşulmuş güneş enerjisi (CSP) məntəqələri. Fotovoltaik enerji məntəqələri güneş pilləri ilə doğrudan günəş işıqını elektrik enerjisine çevirir, qoşulmuş güneş enerjisi məntəqələri isə aynalar və ya lenslər vasitəsilə günəş işığını toplayır və bir sıvını ısılara gətirir ki, bu sıvı turbin və ya motoru sürəyir. Bu məqalədə hər ikisi də türün komponentləri, düzən və işləməsi, əlavə olaraq onların üstünlükləri və zəiflikləri izah ediləcək.

Fotovoltaik Enerji Məntəqəsi Nədir?

Fotovoltaik enerji məntəqəsi, şəbəkəyə birləşdirilmiş və güneş radiasiyasından böyük miqdarlarda elektrik enerjisi yaratmaq üçün dizayn edilmiş geniş ölçülü PV sistemidir. Fotovoltaik enerji məntəqəsi aşağıdakı komponentlərdən ibarətdir:

• Güneş modulları: Bu PV sisteminin əsas birlikləridir. Onlar günəş pillərlərinin ışığın elektrik enerjisini çevirən birimlərdir. Günəş pillələri adətən silisiumdan hazırlanır, bu da fotonları qəbul edə və elektronları buraxa bilən yarıiletken materialdır. Elektronlar devirdən keçir və elektrik akımı yaradır. Günəş modulları, sistemın gerilim və akım tələblərinə görə, ardıcıl, paralel və ya ardıcıl-paralel konfiqurasiyalarda yerləşdirilə bilər.

• Quraşdırma strukturları: Bu, güneş modullarını dəstəkləyən və oriyentasiya edən çərçivə və ya rafidlərdir. Onlar sabit və ya ayarlanabilir olmaqla, saytın məkan və iklim şəraitinə əsaslanır. Sabit quraşdırma strukturları ucuzdur və sadədir, lakin onlar günəşin hərəkətini izləmir və sistemin çıxışını azalda bilər. Ayarlanabilir quraşdırma strukturları, güneş modullarını günəş pozisiyasına uyğunlaşdırarak ən yaxşı enerji istehsalını təmin edə bilər. Onlar əl ilə və ya avtomatik olaraq, nəzarət və dəqiqliyin tələb olunan dərəcəsinə əsaslanaraq işləyə bilər.

• Inverterlər: Bu cihazlar, güneş modullarının tərəfindən istehsal olunan doğru akımı (DC) şəbəkəyə və ya AC yükünə qoyula bilən deyişən akıma (AC) çevirmək üçün istifadə olunur.

  

• Inverterlər iki tiplərə bölünə bilər: mərkəzi inverterlər və mikro-inverterlər. Mərkəzi inverterlər, bir neçə güneş modulunu və ya massivləni birləşdirən və tək AC çıxışı verən böyük birimlərdir. Mikro-inverterlər, hər bir güneş modulu və ya panelə birləşən və ayrı-ayrı AC çıxışları verən kiçik birimlərdir. Mərkəzi inverterlər geniş ölçülü sistemlər üçün daha effektiv və ucuzdur, mikro-inverterlər isə kiçik ölçülü sistemlər üçün daha esassız və etibarlıdır.

• Zarflama idarəedici: Bu, güneş modullarının və ya massivlərin gerilim və akımını idarə edərək, bataryaların aşırı şarjlanmasını və ya aşırı boşalmasını önleyən cihazlardır. Zarflama idarəedicilər iki tiplərə bölünə bilər: impuls eni modulyasiya (PWM) idarəediciləri və maksimum gücü izləyen (MPPT) idarəediciləri. PWM idarəediciləri sadədir və ucuzdur, amma şarj akımını açmaq və bağlamaqla bir qədər enerji itirir. MPPT idarəediciləri daha mürəkkəb və bahalıdır, amma güneş modullarının və ya massivlərin maksimum gücü ilə gerilim və akımı uyğunlaşdırmalı kimi enerjinin çıxışını optimize edir.

• Bataryalar: Bu, güneş modullarının və ya massivlərin tərəfindən istehsal olunan artıq elektrik enerjisini sonradan istifadə üçün saxlayan cihazlardır. Bataryalar iki tiplərə bölünə bilər: kurşun-keramid bataryalar və litium-ion bataryalar. Kurşun-keramid bataryalar ucuzdur və daha çox istifadə olunur, amma enerji sıxlığı aşağı, ömrü qısa və daha çox qaynaqlı xidmət tələb edir. Litium-ion bataryalar daha bahalıdır və daha az yayılmışdır, amma enerji sıxlığı yüksəkdir, ömrü uzundur və daha az qaynaqlı xidmət tələb edir.

• Kontaktlar: Bu, sistemdəki müxtəlif hissələri, məsələn, güneş modullarını, inverterləri, bataryaları, yükü və şəbəkəni birləşdirən və ya ayıracaq cihazlardır. Kontaktlar əl ilə və ya avtomatik olaraq, təhlükəsizlik və nəzarət səviyyəsinə əsaslanaraq işləyə bilər. Əl ilə kontaktlar onların işləməsi üçün insan təsiri tələb edir, avtomatik kontaktlar isə müəyyən şərtlərə və ya signalara əsaslanaraq işləyir.

• Sayaçlar: Bu, sistemdəki müxtəlif parametrləri, məsələn, gerilim, akım, enerji, temperatur və ya işığın şiddətini ölçən və göstərən cihazlardır. Sayaçlar analog və ya digital olaraq, göstəricinin növünə və dəqiqliyinə əsaslanaraq bölünə bilər. Analog sayaçlar qiymətləri göstərmək üçün iğnələr və ya diyalamlar istifadə edir, digital sayaçlar isə qiymətləri göstərmək üçün rəqəmlər və ya qrafiklər istifadə edir.

• Kabellər: Bu, sistemdəki müxtəlif komponentlər arasında elektrik enerjisini nəql edən telərdir. Kabellər iki tiplərə bölünə bilər: DC kabelləri və AC kabelləri. DC kabelləri, güneş modullarından inverterlərə və ya bataryalara doğru akımı daşıyır, AC kabelləri isə inverterlərdən şəbəkəyə və ya yükə doğru akımı daşıyır.

Fotovoltaik enerji məntəqəsinin düzənində sayt şəraitləri, sistem ölçüsü, dizayn məqsədləri və şəbəkə tələbləri kimi bir sıra faktorlar əsas alınır. Amma, tipik bir düzən üç əsas hissədən ibarətdir: istehsal hissəsi, nəqliyyat hissəsi və paylaşma hissəsi.

İstehsal hissəsi, günəş işıqından elektrik enerjisi istehsal edən güneş modullarını, quraşdırma strukturlarını və inverterləri əhatə edir.

Nəqliyyat hissəsi, istehsal hissəsindən paylaşma hissəsinə elektrik enerjisini nəql edən kabelləri, kontaktları və sayaçları əhatə edir.

Paylaşma hissəsi, elektrik enerjisini saxlayandan və ya istifadə edən bataryaları, zarflama idarəediciləri və yükü əhatə edir.

Aşağıdaki diaqram, fotovoltaik enerji məntəqəsinin düzənin bir nümunəsini göstərir:

Fotovoltaik enerji məntəqəsinin işləmi, hava şəraitləri, yük tələbi və şəbəkə statusuna əsaslanır. Amma, tipik bir işləm üç əsas rejimdən ibarətdir: şarj rejimi, boşalma rejimi və şəbəkəyə birləşmə rejimi.

Şarj rejimi, artıq günəş işığı və aşağı yük tələbi var olduqda baş verir. Bu rejimdə, güneş modulları yük tələbindən daha çox elektrik enerjisi istehsal edir. Artıq elektrik enerjisi, zarflama idarəediciləri vasitəsilə bataryaları şarj etmək üçün istifadə olunur.

Boşalma rejimi, günəş işığı yoxdur və ya yük tələbi yüksəkdir. Bu rejimdə, güneş modulları yük tələbindən daha az elektrik enerjisi istehsal edir. Azalma elektrik enerjisi, inverterlər vasitəsilə bataryalardan yükə təmin olunur.

Şəbəkəyə birləşmə rejimi, şəbəkə mövcuddur və tarif dərəcələri müsbətdür. Bu rejimdə, güneş modulları, inverterlər vasitəsilə şəbəkəyə elektrik enerjisi vermək üçün istehsal edir.

Şəbəkəyə birləşmə rejimi, şəbəkədə problem var və rezerv enerji tələb olunduqda da baş verə bilər. Bu rejimdə, güneş modulları, inverterlər vasitəsilə yükə elektrik enerjisi vermək üçün istehsal edir.

Qoşulmuş Güneş Enerji Məntəqəsi Nədir?

Qoşulmuş güneş enerji məntəqəsi, aynalar və ya lenslər vasitəsilə günəş işığını bir alıcıya toplayan və bu alıcıya ısılara gətirən sıvı ilə turbin və ya motora güc verən geniş ölçülü CSP sistemidir. Qoşulmuş güneş enerji məntəqəsi aşağıdakı komponentlərdən ibarətdir:

• Toplayıcılar: Bu, günəş işığını bir alıcıya çevirdiyi və ya refrakt etdiyi cihazlardır. Toplayıcılar dörd tiplərə bölünə bilər: parabolik kanallar, parabolik disklər, linear Fresnel aynaları və mərkəzi alıcılar. Parabolik kanallar, fokal xəttinə uzanan lineer alıcı boruyuna günəş işığını toplayan eğri aynalardır. Parabolik disklər, fokal nöqtəsinə günəş işığını toplayan konkav aynalardır. Linear Fresnel aynaları, üstündəki lineer alıcı boruya günəş işığını çevirdiyi düz aynalardır. Mərkəzi alıcılar, onların üstündə bir nöqtə alıcısı olan düz aynaların massivi olan heliostatlarla ətrafında qurulmuş qüllələrdir.

• Alıcılar: Bu, toplanmış günəş işığını qəbul edən və onu ısıl transfer sıvısına (HTF) köçürən cihazlardır. Alıcılar iki tiplərə bölünə bilər: xarici alıcılar və daxili alıcılar. Xarici alıcılar atmosferə maraq və radiasiya səbəbindən yüksək ısıl zərərə malikdir. Daxili alıcılar vakuum kamerasında qapalıdır və isolasiya və evacuasiya səbəbindən aşağı ısıl zərərə malikdir.