Слънчеви електроцентрали: Типове, Компоненти и Принципи на Действие

Слънчевите електроцентрали са системи, които използват слънчева енергия за производство на електричество. Те могат да бъдат класифицирани в два основни типа: фотovoltaични (PV) централи и концентриращи слънчеви енергии (CSP) централи. Фотovoltaичните централи преобразуват директно слънчевата светлина в електричество, използвайки слънчеви клетки, докато концентриращите слънчеви енергии централи използват огледала или лещи, за да концентрират слънчевата светлина и затоплят течност, която привежда в действие турбина или двигател. В тази статия ще обясним компонентите, разположението и функционирането на двете вида слънчеви електроцентрали, както и техните предимства и недостатъци.

Какво е фотovoltaична електроцентрала?

Фотovoltaичната електроцентрала е голяма PV система, свързана с мрежата и проектирана да произвежда масово електричество от слънчева радиация. Фотovoltaичната електроцентрала се състои от няколко компонента, като:

• Слънчеви модули: Това са основните единици на PV система. Те са съставени от слънчеви клетки, които преобразуват светлината в електричество. Слънчевите клетки обикновено са направени от кремик, който е полупроводник, който може да поглъща фотони и да освобождава електрони. Електроните протичат през контура и създават електрическа тока. Слънчевите модули могат да бъдат подредени в различни конфигурации, като редове, паралелни или редове-паралелни, в зависимост от напрежението и потребността от ток на системата.

• Монтажни конструкции: Това са рамките или раците, които поддържат и ориентират слънчевите модули. Те могат да бъдат фиксирани или регулируеми, в зависимост от местоположението и климата на обекта. Фиксираните монтажни конструкции са по-евтини и по-прости, но те не следват движението на слънцето и може да намалят продукцията на системата. Регулируемите монтажни конструкции могат да наклонят или завъртят слънчевите модули, за да следят позицията на слънцето и да оптимизират производството на енергия. Те могат да бъдат ръчни или автоматични, в зависимост от степента на контрол и точност, необходима.

• Инвертори: Това са устройства, които преобразуват постоянния ток (DC), произведен от слънчевите модули, в периодичен ток (AC), който може да бъде подаден в мрежата или използван от AC потребител.

  

• Инверторите могат да бъдат класифицирани в два типа: централни инвертори и микроинвертори. Централните инвертори са големи единици, които свързват няколко слънчеви модула или масиви и предоставят единично AC изход. Микроинверторите са малки единици, които се свързват с всеки слънчев модул или панел и предоставят индивидуални AC изходи. Централните инвертори са по-ефективни и икономически изгодни за голям мащаб системи, докато микроинверторите са по-гъвкави и надеждни за малки мащаб системи.

• Контролери на зарядване: Това са устройства, които регулират напрежението и тока на слънчевите модули или масиви, за да предотвратят прекомерно зареждане или прекомерно разряждане на батерията. Контролерите на зарядване могат да бъдат класифицирани в два типа: контролери с импулсна ширина модулация (PWM) и контролери с максимална точка на мощност (MPPT). PWM контролерите са по-прости и евтини, но те губят част от енергията, като включват и изключват зареждащия ток. MPPT контролерите са по-сложни и скъпи, но те оптимизират енергийния изход, като коригират напрежението и тока, за да съответстват на максималната точка на мощност на слънчевите модули или масиви.

• Батерии: Това са устройства, които съхраняват излишната електрическа енергия, произведена от слънчевите модули или масиви, за по-късно използване, когато няма слънце или когато мрежата е изключена. Батериите могат да бъдат класифицирани в два типа: свинцови-киселинни батерии и литий-ионни батерии. Свинцовите-киселинни батерии са по-евтини и по-широко използвани, но те имат по-ниска енергийна гъстота, по-кратък жизнен цикъл и изискват повече поддръжка. Литий-ионните батерии са по-скъпи и по-рядко срещани, но те имат по-висока енергийна гъстота, по-дълъг жизнен цикъл и изискват по-малко поддръжка.

• Превключители: Това са устройства, които свързват или разединяват различни части на системата, като слънчеви модули, инвертори, батерии, потребителски нагрузки или мрежи. Превключителите могат да бъдат ръчни или автоматични, в зависимост от равнището на безопасност и контрол, необходимо. Ръчните превключители изискват човешко вмешателство, за да бъдат използвани, докато автоматичните превключители работят на базата на предварително дефинирани условия или сигнали.

• Метри: Това са устройства, които измерват и показват различни параметри на системата, като напрежение, ток, мощност, енергия, температура или осветеност. Метрите могат да бъдат аналогови или цифрови, в зависимост от типа на дисплея и необходимата точност. Аналоговите метри използват стрелки или кръгове, за да покажат стойности, докато цифровите метри използват числа или графики, за да покажат стойности.

• Кабели: Това са жици, които пренасят електричество между различни компоненти на системата. Кабелите могат да бъдат класифицирани в два типа: DC кабели и AC кабели. DC кабелите пренасят постоянен ток от слънчевите модули до инверторите или батериите, докато AC кабелите пренасят периодичен ток от инверторите до мрежата или потребителите.

Разположението на фотovoltaичната електроцентрала зависи от няколко фактора, като условията на обекта, размера на системата, дизайнът и изискванията на мрежата. Но типично разположение се състои от три основни части: генерираща част, преносна част и разпределителна част.

Генериращата част включва слънчеви модули, монтажни конструкции и инвертори, които произвеждат електричество от слънчевата светлина.

Преносната част включва кабели, превключители и метри, които пренасят електричество от генериращата част до разпределителната част.

Разпределителната част включва батерии, контролери на зарядване и потребителски нагрузки, които съхраняват или използват електричество.

Приложената диаграма показва пример за разположение на фотovoltaична електроцентрала:

Функционирането на фотovoltaична електроцентрала зависи от няколко фактора, като климатични условия, потребността от електричество и състоянието на мрежата. Но типично функциониране се състои от три основни режими: режим на зареждане, режим на разряждане и режим на свързване с мрежата.

Режимът на зареждане настъпва, когато има излишен слънчев светлинен поток и ниска потребност от електричество. В този режим слънчевите модули генерират повече електричество, отколкото е нужно за потребителите. Излишното електричество се използва за зареждане на батериите чрез контролери на зарядване.

Режимът на разряждане настъпва, когато няма слънчев светлинен поток или има висока потребност от електричество. В този режим слънчевите модули генерират по-малко електричество, отколкото е нужно за потребителите. Недостигащото електричество се доставя от батериите чрез инвертори.

Режимът на свързване с мрежата настъпва, когато има наличност на мрежата и благоприятни тарифи. В този режим слънчевите модули генерират електричество, което може да бъде подадено в мрежата чрез инвертори.

Режимът на свързване с мрежата може да настъпи и когато има прекъсване на мрежата, и е нужна резервна енергия. В този режим слънчевите модули генерират електричество, което може да бъде използвано от потребителите чрез инвертори.

Какво е концентрираща слънчева електроцентрала?

Концентриращата слънчева електроцентрала е голяма CSP система, която използва огледала или лещи, за да концентрира слънчевата светлина върху приемник, който затопля течност, която привежда в действие турбина или двигател, за да произведе електричество. Концентриращата слънчева електроцентрала се състои от няколко компонента, като:

• Колектори: Това са устройства, които отразяват или пречупват слънчевата светлина върху приемник. Колекторите могат да бъдат класифицирани в четири типа: параболични желоба, параболични тигани, линейни френелови рефлектори и централни приемници. Параболичните желоба са изкривени огледала, които фокусират слънчевата светлина върху линейна приемника, която се движи във фокусната линия. Параболичните тигани са вдлъбнати огледала, които фокусират слънчевата светлина върху точков приемник във фокусната точка. Линейните френелови рефлектори са плоски огледала, които отразяват слънчевата светлина върху линейна приемника над тях. Централните приемници са кули, обкръжени от масив от плоски огледала, наречени хелиостати, които отразяват слънчевата светлина върху точков приемник във върха им.

• Приемници: Това са устройства, които абсорбират концентрираната слънчева светлина и я прехвърлят къ