Päikeseenergia elektrijaamad: tüübid komponendid ja tööprintsiibid
Päikeseenergia elektrijaamad on süsteemid, mis kasutavad päikeseenergiat elektri tootmiseks. Neid saab jagada kahe peamise tüübi: fotodelektrilised (PV) elektrijaamad ja konsentratsioonipõhine päikeseenergia (CSP) elektrijaamad. Fotodelektrilised elektrijaamad teisendavad päikesevalgust otse elektriks päikeseakkude abil, samas kui konsentratsioonipõhised päikeseenergia elektrijaamad kasutavad peegleid või linnseid, et konsentreerida päikesevalgust ja soojendada vedelikut, mis käivitab turbina või mootori. Selles artiklis selgitatakse mõlemate tüübide päikeseenergia elektrijaamade komponente, paigutust ja tööpõhimõtet, samuti nende eeliseid ja puudusi.
Mis on fotodelektriline elektrijaam?
Fotodelektriline elektrijaam on suur-skaalne PV-süsteem, mis on ühendatud võrguga ja mille eesmärk on toota massiliselt elekteri päikesevalgusest. Fotodelektrilises elektrijaamas on mitmeid komponente, näiteks:
Päikeseakkude moodulid: Need on PV-süsteemi põhielemendid. Nad koosnevad päikeseakkudest, mis teisendavad valgust elektriks. Päikeseakud on tavaliselt silikoonist, mis on pooljuhtiv materjal, mis saab absorbeerida fotonid ja vabastada elektronid. Elektronid liiguvad ringkonnas ja loovad elektrivoolu. Päikeseakkude moodulid saavad olla erinevates konfiguratsioonides, nagu rida, paralleel või rida-paralleel, sõltuvalt süsteemi pinge ja voolu nõuetest.
Paigaldusstruktuurid: Need on raamid või ristikud, mis toetavad ja orienteerivad päikeseakkude mooduleid. Nad võivad olla kas staatilised või reguleeritavad, sõltuvalt asukoha ja kliima tingimustest. Staatilised paigaldusstruktuurid on odavamad ja lihtsamad, kuid need ei jälgi päikese liikumist ja võivad vähendada süsteemi väljundit. Reguleeritavad paigaldusstruktuurid võivad kallendada või keerata päikeseakkude mooduleid, et jälgida päikese asukohta ja optimiseerida energia tootmist. Nad võivad olla manuaalsed või automatiseeritud, sõltuvalt kontrolli ja täpsuse tasemest.
Inverteerid: Need on seadmed, mis teisendavad päikeseakkude moodulite poolt toodetud ohtlikku voolu (DC) vahelduva voolu (AC), mida saab edastada võrgu või kasutada AC-kasutajate poolt.
Inverteerid võivad olla kaks tüüpi: keskused inverteerid ja mikroinverteerid. Keskused inverteerid on suured ühikud, mis ühendavad mitu päikeseakku või masrepa ja pakuvad ühte AC-väljundit. Mikroinverteerid on väikesed ühikud, mis ühenduvad iga päikeseakuga või paneeliga ja pakuvad individuaalseid AC-väljundeid. Keskused inverteerid on suuremahuliste süsteemide jaoks kõige tõhusamad ja majanduslikud, samas kui mikroinverteerid on paindlikumad ja usaldusväärsemad väikese-mahuliste süsteemide jaoks.
Laadimiskontrollerid: Need on seadmed, mis reguleerivad päikeseakkude moodulite või masrepade pinget ja voolu, et vältida akuide ülelaadimist või üle-lahendamist. Laadimiskontrollerid võivad olla kaks tüüpi: pulssilaiuse modulatsiooni (PWM) kontrollerid ja maksimaalse energiapoole jälgijad (MPPT). PWM-kontrollerid on lihtsamad ja odavamad, kuid nad raiskavad mõnda energiat, kui nad sisse ja välja lülitavad laadimisvoolu. MPPT-kontrollerid on keerulisemad ja kallimad, kuid need optimeerivad energiaväljundit, korrigeerides pinget ja voolu, et vastata päikeseakkude moodulite või masrepade maksimaalse energiapoole.
Akud: Need on seadmed, mis säilitavad päikeseakkude moodulite või masrepade poolt ülejäänud elektri hilisema kasutamiseks, kui ei ole päikset või kui võrk on väljas. Akud võivad olla kaks tüüpi: bleib-akud ja liitiump-akud. Bleib-akud on odavamad ja laiemalt kasutatavad, kuid neil on madalam energiateheline tihedus, lühem eluajad ja nendega on rohkem hooldust. Liitiump-akud on kallimad ja vähem levinud, kuid neil on kõrge energiateheline tihedus, pikem eluajad ja nendega on vähem hooldust.
Lülited: Need on seadmed, mis ühendavad või lahutavad süsteemi erinevaid osi, nagu päikeseakkude moodulid, inverteerid, akud, kasutajad või võrgud. Lülited võivad olla manuaalsed või automatiseeritud, sõltuvalt ohutuse ja kontrolli tasemest. Manuaalsed lülitid nõuavad inimese sekkumist, et neid kasutada, samas kui automatiseeritud lülitid töötavad eelmääratletud tingimuste või signaalide alusel.
Mõõturid: Need on seadmed, mis mõõdlevad ja näitavad süsteemi erinevaid parameetreid, nagu pinge, vool, energia, temperatuur või kiirgamine. Mõõturid võivad olla analoogilised või digitaalsed, sõltuvalt näituse tüübist ja täpsusest. Analoogilised mõõturid kasutavad naale või skaalasid, et näidata väärtusi, samas kui digitaalsed mõõturid kasutavad numbreid või graafikuid, et näidata väärtusi.
Juhtmed: Need on jooned, mis edastavad elektri süsteemi erinevate komponentide vahel. Juhtmed võivad olla kaks tüüpi: DC-juhed ja AC-juhed. DC-juhed edastavad ohtlikku voolu päikeseakkude moodulidest inverteeride või akudeni, samas kui AC-juhed edastavad vahelduvat voolu inverteeridest võrgu või kasutajatele.
Fotodelektrilise elektrijaama paigutus sõltub mitmetest teguritest, nagu asukoha tingimused, süsteemi suurus, disainieesmärgid ja võrgunõuded. Kuid tavaline paigutus koosneb kolmest peamisest osast: tootmisosa, edastamisosast ja jaotamisosast.
Tootmisosa hõlmab päikeseakkude mooduleid, paigaldusstruktuure ja inverteere, mis toodavad elektri päikesevalgusest.
Edastamisosast hõlmavad juhtmed, lülited ja mõõturid, mis edastavad elektri tootmisosast jaotamisosasse.
Jaotamisosast hõlmavad akud, laadimiskontrollerid ja kasutajad, mis säilitavad või tarbivad elektri.
Järgmine diagramm näitab fotodelektrilise elektrijaama paigutuse näidet:
Fotodelektrilise elektrijaama töö sõltub mitmetest teguritest, nagu ilmastikutingimused, kasutajate nõuded ja võrgu staatus. Kuid tavaline töö koosneb kolmest peamisest režiimist: laadimisrežiim, lahutamisrežiim ja võrguühendusrežiim.
Laadimisrežiim toimub siis, kui on ülejäänud päikesevalgust ja madal kasutaja nõue. Selles režiimis toodavad päikeseakkude moodulid rohkem elektri, kui seda kasutajatele vaja. Ülejäänud elekter kasutatakse akude laadimiseks laadimiskontrollerite kaudu.
Lahutamisrežiim toimub siis, kui ei ole päikset või on kõrge kasutaja nõue. Selles režiimis toodavad päikeseakkude moodulid vähem elektri, kui seda kasutajatele vaja. Defitsiit elektri tarnitakse akude kaudu inverteeridega.
Võrguühendusrežiim toimub siis, kui on võrgu saadaval ja soodsad tarifid. Selles režiimis toodavad päikeseakkude moodulid elektri, mida saab edastada võrgu inverteeride kaudu.
Võrguühendusrežiim võib toimuda ka siis, kui on võrgu katkis ja on vaja varunduskütust. Selles režiimis toodavad päikeseakkude moodulid elektri, mida kasutajad saavad kasutada inverteeride kaudu.
Mis on konsentratsioonipõhine päikeseenergia elektrijaam?
Konsentratsioonipõhine päikeseenergia elektrijaam on suur-skaalne CSP-süsteem, mis kasutab peegleid või linnseid, et konsentreerida päikesevalgust vastuvõtjale, mis soojendab vedelikut, mis käivitab turbina või mootori, et toota elektri. Konsentratsioonipõhine päikeseenergia elektrijaam koosneb mitmeid komponente, näiteks:
Kollektorid: Need on seadmed, mis heitavad või prillivad päikesevalgust vastuvõtjale. Kollektorid võivad olla nelja tüübi: paraboolilised ahelad, paraboolilised taldrikud, lineaarsed Fresneli prillid ja keskpunktid. Paraboolilised ahelad on kõverad peeglid, mis konsentreerivad päikesevalgust lineaarse vastuvõtja ahela, mis kulgeb nende fookuspunkti kohal. Paraboolilised taldrikud on konkavi peeglid, mis konsentreerivad päikesevalgust punktvastuvõtjale nende fookuspunktis. Lineaarsed Fresneli prillid on tasakülgsete peeglite, mis heitavad päikesevalgust lineaarse vastuvõtja ahela kohale nende üleval. Keskpunktid on tornid, mille ümbritseb tasapinnalisi pegleid, mida nimetatakse heliostatideks, mis heitavad päikesevalgust punktvastuvõtjale nende tipus.
Vastuvõtjad: Need on seadmed, mis absorbivad konsentreeritud päikesevalgust ja edastavad selle soojusevedeliku (HTF) kaudu. Vastuvõtjad võivad olla kaks tüüpi: välised vastuvõtjad ja sisemised vastuvõtjad. Välised vastuvõtjad on atmosfääri avatud ja neil on kõrge soojuse kadumine konvektsiooni ja radiatsiooni tõttu. Sisemised vastuvõtjad on evacueeritud vakuumkammeri sees ja neil on madal soojuse kadumine insuleerimise ja evacueerimise tõttu.
Soojusevedelikud: Need on vedelikud, mis tsirkuleerivad vastuvõtjate kaudu ja transportivad soojust kollektoridest võimsusblokkile. Soojusevedelikud võivad olla kaks tüüpi: termilised vedelikud ja keevunud soolad. Termilised vedelikud on orgaanilised vedelikud, nagu sünteetilised ölid või hiilgased, millel on kõrge keeverdamispunkt ja madal külmumispunkt. Keevunud soolad on anorgaanilised kompleksid, nagu natriumnitraat või kaliumnitraat, millel on kõrge soojusekapasiteet ja madal auruvõime.
