Mga Pabrika ng Solar Power: Uri, mga Bahagi at mga Prinsipyo ng Paggana

Ang mga solar power plants ay mga sistema na gumagamit ng enerhiya ng araw upang bumuo ng kuryente. Ito ay maaaring ikategorya sa dalawang pangunahing uri: photovoltaic (PV) power plants at concentrated solar power (CSP) plants. Ang mga photovoltaic power plants ay nagko-convert ng direktang liwanag ng araw sa kuryente gamit ang solar cells, samantalang ang mga concentrated solar power plants ay gumagamit ng salamin o lens upang koncentrasyonin ang liwanag ng araw at initin ang isang fluid na nagdudugtong sa turbine o engine. Sa artikulong ito, ipapaliwanag namin ang mga komponente, layout, at operasyon ng parehong uri ng solar power plants, pati na rin ang kanilang mga benepisyo at di-benepisyo.

Ano ang Photovoltaic Power Plant?

Ang photovoltaic power plant ay isang malaking PV system na konektado sa grid at disenyo upang bumuo ng bulk electrical power mula sa solar radiation. Ang photovoltaic power plant ay binubuo ng ilang komponente, tulad ng:

• Solar modules: Ito ang mga basic units ng PV system. Binubuo sila ng mga solar cells na nagco-convert ng liwanag sa kuryente. Ang mga solar cells ay karaniwang gawa sa silicon, na isang semiconductor material na maaaring i-absorb ang photons at irelease ang electrons. Ang mga electrons ay lumilipad sa circuit at lumilikha ng electric current. Maaaring ihanda ang mga solar modules sa iba't ibang configuration, tulad ng series, parallel, o series-parallel, depende sa voltage at current requirements ng sistema.

• Mounting structures: Ito ang mga frames o racks na sumusuporta at oryenta ang mga solar modules. Maaari silang maging fixed o adjustable, depende sa lokasyon at climate ng site. Mas murang at simpler ang fixed mounting structures, ngunit hindi sila sumusunod sa paggalaw ng araw at maaaring bawasan ang output ng sistema. Ang adjustable mounting structures ay maaaring itilt o i-rotate ang mga solar modules upang sundin ang posisyon ng araw at optimize ang energy production. Maaari silang manual o automatic, depende sa degree ng control at accuracy na kailangan.

• Inverters: Ito ang mga device na nagco-convert ng direct current (DC) na nabuo ng mga solar modules sa alternating current (AC) na maaaring ipakilala sa grid o gamitin ng AC loads.

  

• Maaaring ikategorya ang mga inverter sa dalawang uri: central inverters at micro-inverters. Ang central inverters ay malalaking units na konektado sa ilang solar modules o arrays at nagbibigay ng single AC output. Ang micro-inverters naman ay maliliit na units na konektado sa bawat solar module o panel at nagbibigay ng individual AC outputs. Mas cost-effective at efficient ang central inverters para sa large-scale systems, samantalang mas flexible at reliable ang micro-inverters para sa small-scale systems.

• Charge controllers: Ito ang mga device na nagsasama-sama ng voltage at current ng mga solar modules o arrays upang maiwasan ang overcharging o over-discharging ng mga batteries. Maaaring ikategorya ang charge controllers sa dalawang uri: pulse width modulation (PWM) controllers at maximum power point tracking (MPPT) controllers. Mas simple at murang ang PWM controllers, ngunit mayroon silang pagkakawala ng ilang enerhiya sa pamamagitan ng pagswitch on at off ng charging current. Mas komplikado at mahal ang MPPT controllers, ngunit nag-o-optimize sila ng energy output sa pamamagitan ng pag-adjust ng voltage at current upang tugma sa maximum power point ng mga solar modules o arrays.

• Batteries: Ito ang mga device na nag-iimbak ng excess electricity na nabuo ng mga solar modules o arrays para sa huling paggamit kapag walang liwanag ng araw o kapag ang grid ay nasa down. Maaaring ikategorya ang mga batteries sa dalawang uri: lead-acid batteries at lithium-ion batteries. Mas mura at mas malaganap ang lead-acid batteries, ngunit may mas mababang energy density, mas maikling lifespan, at nangangailangan ng mas maraming maintenance. Mas mahal at mas kaunti ang lithium-ion batteries, ngunit may mas mataas na energy density, mas matagal na lifespan, at nangangailangan ng mas kaunti na maintenance.

• Switches: Ito ang mga device na konekta o disconnect ang iba't ibang bahagi ng sistema, tulad ng solar modules, inverters, batteries, loads, o grids. Maaaring manual o automatic ang mga switches, depende sa lebel ng safety at control na kailangan. Kailangan ng tao ang manual switches upang operasyonan sila, samantalang automatic switches ay gumagana batay sa predefined conditions o signals.

• Meters: Ito ang mga device na sumusukat at nagpapakita ng iba't ibang parameters ng sistema, tulad ng voltage, current, power, energy, temperature, o irradiance. Maaaring analog o digital ang mga meters, depende sa tipo ng display at accuracy na kailangan. Gumagamit ng needles o dials ang mga analog meters upang ipakita ang values, samantalang gumagamit ng numbers o graphs ang mga digital meters upang ipakita ang values.

• Cables: Ito ang mga wires na nagpapadala ng kuryente sa pagitan ng iba't ibang komponente ng sistema. Maaaring ikategorya ang mga cables sa dalawang uri: DC cables at AC cables. Nagdadala ng direct current ang DC cables mula sa mga solar modules papunta sa inverters o batteries, samantalang nagdadala ng alternating current ang AC cables mula sa inverters papunta sa grid o loads.

Ang layout ng photovoltaic power plant ay depende sa iba't ibang factors, tulad ng site conditions, system size, design objectives, at grid requirements. Gayunpaman, ang typical layout ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: generation part, transmission part, at distribution part.

Ang generation part ay kasama ang solar modules, mounting structures, at inverters na bumubuo ng kuryente mula sa liwanag ng araw.

Ang transmission part ay kasama ang mga cables, switches, at meters na nagpapadala ng kuryente mula sa generation part papunta sa distribution part.

Ang distribution part ay kasama ang mga batteries, charge controllers, at loads na iminumulan o nakokonsumo ang kuryente.

Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng isang halimbawa ng photovoltaic power plant layout:

Ang operasyon ng photovoltaic power plant ay depende sa iba't ibang factors, tulad ng weather conditions, load demand, at grid status. Gayunpaman, ang typical operation ay binubuo ng tatlong pangunahing modes: charging mode, discharging mode, at grid-tie mode.

Ang charging mode ay nangyayari kapag may sobrang liwanag ng araw at mababa ang load demand. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay bumubuo ng higit pa sa kuryente kaysa sa kinakailangan ng mga loads. Ang excess electricity ay ginagamit upang i-charge ang mga batteries sa pamamagitan ng charge controllers.

Ang discharging mode ay nangyayari kapag walang liwanag ng araw o mataas ang load demand. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay bumubuo ng mas kaunti kaysa sa kuryente na kinakailangan ng mga loads. Ang deficit electricity ay ipinapadala ng mga batteries sa pamamagitan ng inverters.

Ang grid-tie mode ay nangyayari kapag may grid availability at favorable tariff rates. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay bumubuo ng kuryente na maaaring ipakilala sa grid sa pamamagitan ng inverters.

Ang grid-tie mode ay maaari ring mangyari kapag may grid outage, at kailangan ng backup power. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay bumubuo ng kuryente na maaaring gamitin ng mga loads sa pamamagitan ng inverters.

Ano ang Concentrated Solar Power Plant?

Ang concentrated solar power plant ay isang malaking CSP system na gumagamit ng mirrors o lenses upang koncentrasyonin ang liwanag ng araw sa receiver na initin ang fluid na nagdudugtong sa turbine o engine upang bumuo ng kuryente. Ang concentrated solar power plant ay binubuo ng ilang komponente, tulad ng:

• Collectors: Ito ang mga device na reflect o refract ang liwanag ng araw sa receiver. Maaaring ikategorya ang collectors sa apat na uri: parabolic troughs, parabolic dishes, linear Fresnel reflectors, at central receivers. Ang parabolic troughs ay curved mirrors na focus ang liwanag ng araw sa linear receiver tube na tumatakbo sa kanilang focal line. Ang parabolic dishes ay concave mirrors na focus ang liwanag ng araw sa point receiver sa kanilang focal point. Ang linear Fresnel reflectors ay flat mirrors na reflect ang liwanag ng araw sa linear receiver tube sa itaas nila. Ang central receivers ay towers na surrounded ng array ng flat mirrors na tinatawag na heliostats na reflect ang liwanag ng araw sa point receiver sa kanilang top.

• Receivers: Ito ang mga device na absorb ang concentrated sunlight at transfer ito sa heat transfer fluid (HTF). Maaaring ikategorya ang receivers sa dalawang uri: external receivers at internal receivers. Exposed sa atmosphere ang external receivers at may mataas na heat losses dahil sa convection at radiation. Enclosed sa vacuum chamber ang internal receivers at may mababang heat losses dahil sa insulation at evacuation.

• Heat transfer fluids: Ito ang mga fluids na circulate sa receivers at transport heat mula sa collectors papunta sa power block. Maaaring ikategorya ang heat transfer fluids sa dalawang uri: thermal fluids at molten salts. Organic liquids ang thermal fluids tulad ng synthetic oils o hydrocarbons na may mataas na boiling points at mababang freezing points. Inorganic compounds naman ang molten salts tulad ng sodium nitrate o potassium nitrate na may mataas na heat capacity at mababang vapor pressure.

• Power block: Dito nabubuo ang kuryente mula sa heat gamit ang turbine o engine na coupled sa generator. Maaaring ikategorya ang power block sa dalawang uri: steam cycle at Brayton cycle. Gumagamit ng tubig bilang HTF ang steam cycle at bumubuo ng steam na nagdudugtong sa steam turbine na connected sa electric generator. Gumagamit ng hangin bilang HTF ang Brayton cycle at bumubuo ng mainit na hangin na nagdudugtong sa gas turbine na connected sa electric generator.

• Storage system: Dito iminumulan ang excess heat para sa huling paggamit kapag walang liwanag ng araw o kapag mataas ang load demand. Maaaring ikategorya ang storage systems sa dalawang uri: sensible heat storage at latent heat storage. Gumagamit ng materials tulad ng rocks, water, o molten salts ang sensible heat storage na iminumulan ang heat sa pamamagitan ng pag-increase ng kanilang temperature nang hindi nagbabago ang kanilang phase. Gumagamit ng materials tulad ng phase change materials (PCMs) o thermochemical materials (TCMs) ang latent heat storage na iminumulan ang heat sa pamamagitan ng pag-change ng kanilang phase o chemical state nang hindi nagbabago ang kanilang temperature.

Ang layout ng concentrated solar power plant ay depende sa iba't ibang factors, tulad ng site conditions, system size, design objectives, at grid requirements. Gayunpaman, ang typical layout ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: collection field, power block, at storage system.

Ang collection field ay kasama ang mga collectors, receivers, at HTFs na collect at transport heat mula sa liwanag ng araw.

Ang power block ay kasama ang turbines, engines,