Sluneční elektrárny: Typy, komponenty a principy fungování
Sluneční elektrárny jsou systémy, které využívají sluneční energii k výrobě elektřiny. Lze je rozdělit do dvou hlavních typů: fotovoltaické (PV) elektrárny a soustředěné sluneční elektrárny (CSP). Fotovoltaické elektrárny převádějí sluneční světlo přímo na elektrickou energii pomocí slunečních článků, zatímco soustředěné sluneční elektrárny používají zrcadla nebo čočky k soustřeďování slunečního světla a ohřívání tekutiny, která pohání turbínu nebo motor. V tomto článku vysvětlíme komponenty, rozvržení a funkci obou typů slunečních elektráren, stejně jako jejich výhody a nevýhody.
Co je fotovoltaická elektrárna?
Fotovoltaická elektrárna je velká PV soustava, která je propojena s elektrickou sítí a navržena tak, aby produkovala velké množství elektrické energie ze slunečního záření. Fotovoltaická elektrárna se skládá z několika komponent, jako jsou:
Sluneční moduly: Jsou to základní jednotky PV systému. Skládají se ze slunečních článků, které převádějí světlo na elektrickou energii. Sluneční články jsou obvykle vyrobeny z křemíku, který je polovodičový materiál schopný absorbovat fotony a uvolnit elektrony. Elektrony proudí skrz obvod a vytvářejí elektrický proud. Sluneční moduly lze uspořádat různými konfiguracemi, jako jsou série, paralela nebo série-paralela, v závislosti na napětí a proudu systému.
Montážní struktury: Jsou to rámy nebo stojany, které podporují a orientují sluneční moduly. Mohou být pevné nebo nastavitelné, v závislosti na umístění a klimatu lokality. Pevné montážní struktury jsou levnější a jednodušší, ale nesledují pohyb slunce a mohou snížit výkon systému. Nastavitelné montážní struktury mohou naklonit nebo otočit sluneční moduly, aby sledovaly polohu slunce a optimalizovaly produkci energie. Mohou být ruční nebo automatické, v závislosti na stupni kontroly a přesnosti potřebné.
Inverzory: Jsou to zařízení, která převádějí proud přímý (DC) vyrobený slunečními moduly na střídavý proud (AC), který může být přiveden do sítě nebo použit pro spotřebiče s AC.
Inverzory lze rozdělit do dvou typů: centrální inverzory a mikroinverzory. Centrální inverzory jsou velké jednotky, které propojují několik slunečních modulů nebo pole a poskytují jedno AC výstup. Mikroinverzory jsou malé jednotky, které se připojují k každému slunečnímu modulu nebo panelu a poskytují individuální AC výstupy. Centrální inverzory jsou efektivnější a ekonomičtější pro velké systémy, zatímco mikroinverzory jsou flexibilnější a spolehlivější pro malé systémy.
Regulátory nabíjení: Jsou to zařízení, která regulují napětí a proud slunečních modulů nebo polí, aby zabránily přetížení nebo přetížení baterií. Regulátory nabíjení lze rozdělit do dvou typů: pulzní šířková modulace (PWM) a maximalizační stopování maximálního bodu (MPPT). PWM regulátory jsou jednodušší a levnější, ale trácí nějakou energii přepínáním nabíjení. MPPT regulátory jsou složitější a drahé, ale optimalizují výstup energie tím, že upravují napětí a proud, aby odpovídaly maximálnímu bodu slunečních modulů nebo polí.
Baterie: Jsou to zařízení, která ukládají přebytečnou elektrickou energii vyrobenou slunečními moduly nebo poli pro pozdější použití, kdy není slunce nebo kdy je síť vypnutá. Baterie lze rozdělit do dvou typů: olověné baterie a lithiové baterie. Olověné baterie jsou levnější a více používané, ale mají nižší hustotu energie, krátkou životnost a vyžadují více údržby. Lithiové baterie jsou dražší a méně běžné, ale mají vyšší hustotu energie, delší životnost a vyžadují méně údržby.
Spínací prvky: Jsou to zařízení, která spojují nebo odpojují různé části systému, jako jsou sluneční moduly, inverzory, baterie, spotřebiče nebo sítě. Spínací prvky mohou být manuální nebo automatické, v závislosti na úrovni bezpečnosti a kontroly potřebné. Manuální spínací prvky vyžadují lidskou intervenci, zatímco automatické spínací prvky fungují na základě předdefinovaných podmínek nebo signálů.
Měřicí přístroje: Jsou to zařízení, která měří a zobrazují různé parametry systému, jako jsou napětí, proud, výkon, energie, teplota nebo ozáření. Měřicí přístroje mohou být analogové nebo digitální, v závislosti na typu zobrazení a přesnosti potřebné. Analogové měřicí přístroje používají ukazatele nebo ciferníky k zobrazení hodnot, zatímco digitální měřicí přístroje používají čísla nebo grafy k zobrazení hodnot.
Kabely: Jsou to dráty, které přenášejí elektrickou energii mezi různými komponentami systému. Kabely lze rozdělit do dvou typů: DC kabely a AC kabely. DC kabely přenášejí proud přímý ze slunečních modulů na inverzory nebo baterie, zatímco AC kabely přenášejí střídavý proud z inverzorů do sítě nebo spotřebičů.
Rozvržení fotovoltaické elektrárny závisí na několika faktorech, jako jsou podmínky lokality, velikost systému, návrhové cíle a požadavky sítě. Nicméně, typické rozvržení se skládá ze tří hlavních částí: část generace, část přenosu a část distribuce.
Část generace zahrnuje sluneční moduly, montážní struktury a inverzory, které produkují elektřinu ze slunečního světla.
Část přenosu zahrnuje kabely, spínací prvky a měřicí přístroje, které přenášejí elektřinu z části generace do části distribuce.
Část distribuce zahrnuje baterie, regulátory nabíjení a spotřebiče, které ukládají nebo spotřebovávají elektřinu.
Následující diagram znázorňuje příklad rozvržení fotovoltaické elektrárny:
Funkce fotovoltaické elektrárny závisí na několika faktorech, jako jsou povětrnostní podmínky, poptávka po spotřebě a stav sítě. Nicméně, typická funkce se skládá ze tří hlavních režimů: nabíjecí režim, výbojový režim a režim propojení s sítí.
Nabíjecí režim nastává, když je přebytečné sluneční světlo a nízká poptávka po spotřebě. V tomto režimu sluneční moduly generují více elektřiny, než je potřeba pro spotřebiče. Přebytečná elektřina se používá k nabíjení baterií prostřednictvím regulátorů nabíjení.
Výbojový režim nastává, když není sluneční světlo nebo je vysoká poptávka po spotřebě. V tomto režimu sluneční moduly generují méně elektřiny, než je potřeba pro spotřebiče. Schod elektrické energie je poskytován bateriemi prostřednictvím inverzorů.
Režim propojení s sítí nastává, když je dostupná síť a příznivé tarifní sazby. V tomto režimu sluneční moduly generují elektřinu, která může být přivedena do sítě prostřednictvím inverzorů.
Režim propojení s sítí může nastat i v případě výpadku sítě, kdy je potřeba záložní energie. V tomto režimu sluneční moduly generují elektřinu, která může být použita pro spotřebiče prostřednictvím inverzorů.
Co je soustředěná sluneční elektrárna?
Soustředěná sluneční elektrárna je velká CSP soustava, která používá zrcadla nebo čočky k soustřeďování slunečního světla na přijímač, který ohřívá tekutinu, která pohání turbínu nebo motor k výrobě elektřiny. Soustředěná sluneční elektrárna se skládá z několika komponent, jako jsou:
Zběrače: Jsou to zařízení, která odrážejí nebo lomí sluneční světlo na přijímač. Zběrače lze rozdělit do čtyř typů: parabolické hranice, parabolické disky, lineární Fresnelovy reflektory a centrální přijímače. Parabolické hranice jsou zakřivená zrcadla, která soustřeďují sluneční světlo na lineární přijímačovou trubku, která běží podél jejich ohniskové čáry. Parabolické disky jsou konkávní zrcadla, která soustřeďují sluneční světlo na bodový přijímač v jejich ohniskovém bodě. Lineární Fresnelovy reflektory jsou rovné zrcadla, která odrážejí sluneční světlo na lineární přijímačovou trubku nad nimi. Centrální přijímače jsou věže obklopené polem rovných zrcadel nazývaných heliostaty, která odrážejí sluneční světlo na bodový přijímač na jejich vrcholu.
Přijímače: Jsou to zařízení, která absorbují soustředěné sluneční světlo a převádí ho na tepelnou přenosnou tekutinu (TPT). Přijímače lze rozdělit do dvou typů: externí přijímače a interní přijímače. Externí přijímače jsou expozovány atmosféře a mají vysoké tepelné ztráty kvůli konvekci a radiaci. Interní přijímače jsou uzavřeny v vakuumové komoře a mají nízké tepelné ztráty kvůli izolaci a evakuaci.
Tepelné přenosné tekutiny: Jsou to tekut
