Centrais eléctricas solares: Tipos componentes e principios de funcionamento

As plantas de enerxía solar son sistemas que usan a enerxía solar para xerar electricidade. Poden clasificarse en dous tipos principais: plantas de enerxía solar fotovoltaica (PV) e plantas de enerxía solar concentrada (CSP). As plantas de enerxía solar fotovoltaica converten a luz solar directamente en electricidade usando células solares, mentres que as plantas de enerxía solar concentrada usan espejos ou lentes para concentrar a luz solar e calentar un fluido que impulsa unha turbina ou motor. Neste artigo, explicaremos os compoñentes, a disposición e o funcionamento dos dous tipos de plantas de enerxía solar, así como as súas vantaxes e desvantaxes.

Que é unha planta de enerxía solar fotovoltaica?

Unha planta de enerxía solar fotovoltaica é un sistema PV de gran escala que está conectado á rede e deseñado para producir enerxía eléctrica a granel a partir da radiación solar. Unha planta de enerxía solar fotovoltaica consta de varios compoñentes, como:

• Módulos solares: Son as unidades básicas dun sistema PV. Están compostos por células solares que convierten a luz en electricidade. As células solares adoitan estar feitas de silicio, que é un material semiconductor que pode absorber fótons e liberar electróns. Os electróns fluír a través do circuito e crean unha corrente eléctrica. Os módulos solares poden disporse en diferentes configuracións, como en serie, en paralelo ou en serie-paralelo, dependendo das necesidades de voltaxe e corrente do sistema.

• Estruturas de montaxe: Son os marcos ou estantes que soportan e orientan os módulos solares. Poden ser fixas ou axustables, dependendo da localización e do clima do lugar. As estruturas de montaxe fixas son máis baratas e simples, pero non seguen o movemento do sol e poden reducir a saída do sistema. As estruturas de montaxe axustables poden inclinar ou rotar os módulos solares para seguir a posición do sol e optimizar a produción de enerxía. Poden ser manuais ou automáticas, dependendo do grao de control e precisión necesario.

• Inversores: Son dispositivos que convierten a corrente continua (CC) producida polos módulos solares en corrente alternativa (CA) que pode alimentar a rede ou ser usada por cargas de CA.

  

• Os inversores poden clasificarse en dous tipos: inversores centrais e microinversores. Os inversores centrais son unidades grandes que conectan varios módulos solares ou matrices e proporcionan unha única saída de CA. Os microinversores son unidades pequenas que se conectan a cada módulo solar ou panel e proporcionan salidas de CA individuais. Os inversores centrais son máis económicos e eficientes para sistemas de gran escala, mentres que os microinversores son máis flexibles e fiables para sistemas de pequena escala.

• Controladores de carga: Son dispositivos que regulan o voltaxe e a corrente dos módulos solares ou matrices para evitar a sobrecarga ou a descarga excessiva das baterías. Os controladores de carga poden clasificarse en dous tipos: controladores de modulación de ancho de pulso (PWM) e controladores de seguimento do punto de máxima potencia (MPPT). Os controladores PWM son máis simples e baratos, pero desperdician algúns enerxía ao cambiar o estado de carga. Os controladores MPPT son máis complexos e caros, pero optimizan a saída de enerxía ao axustar o voltaxe e a corrente para coincidir co punto de máxima potencia dos módulos solares ou matrices.

• Baterías: Son dispositivos que almacenan a electricidade excedente xerada polos módulos solares ou matrices para uso posterior cando non hai luz solar ou cando a rede está caída. As baterías poden clasificarse en dous tipos: baterías de chumbo-ácido e baterías de ión-litio. As baterías de chumbo-ácido son máis baratas e máis utilizadas, pero teñen unha densidade de enerxía menor, unha vida útil máis curta e requiren máis manutención. As baterías de ión-litio son máis caras e menos comúns, pero teñen unha densidade de enerxía maior, unha vida útil máis longa e requiren menos manutención.

• Interruptores: Son dispositivos que conectan ou desconectan diferentes partes do sistema, como módulos solares, inversores, baterías, cargas ou redes. Os interruptores poden ser manuais ou automáticos, dependendo do nivel de seguridade e control necesario. Os interruptores manuais requiren a intervención humana para operalos, mentres que os interruptores automáticos funcionan baseados en condicións predefinidas ou sinais.

• Contadores: Son dispositivos que miden e mostran diversos parámetros do sistema, como voltaxe, corrente, potencia, enerxía, temperatura ou irradiación. Os contadores poden ser analóxicos ou dixitais, dependiendo do tipo de visualización e precisión necesaria. Os contadores analóxicos usan agullas ou discos para amosar valores, mentres que os contadores dixitais usan números ou gráficos para amosar valores.

• Cables: Son fios que transmiten electricidade entre diferentes compoñentes do sistema. Os cables poden clasificarse en dous tipos: cables de CC e cables de CA. Os cables de CC transportan corrente directa dende os módulos solares aos inversores ou baterías, mentres que os cables de CA transportan corrente alternativa dende os inversores á rede ou cargas.

A disposición dunha planta de enerxía solar fotovoltaica depende de varios factores, como as condicións do lugar, o tamaño do sistema, os obxectivos de deseño e os requisitos da rede. No entanto, unha disposición típica consta de tres partes principais: parte de xeración, parte de transmisión e parte de distribución.

A parte de xeración inclúe módulos solares, estruturas de montaxe e inversores que xeran electricidade a partir da luz solar.

A parte de transmisión inclúe os cables, interruptores e contadores que transmiten electricidade dende a parte de xeración á parte de distribución.

A parte de distribución inclúe as baterías, controladores de carga e cargas que almacenan ou consumen electricidade.

O seguinte diagrama mostra un exemplo de disposición dunha planta de enerxía solar fotovoltaica:

O funcionamento dunha planta de enerxía solar fotovoltaica depende de varios factores, como as condicións meteorolóxicas, a demanda de carga e o estado da rede. No entanto, un funcionamento típico consta de tres modos principais: modo de carga, modo de descarga e modo de conexión á rede.

O modo de carga ocorre cando hai exceso de luz solar e baixa demanda de carga. Neste modo, os módulos solares xeran máis electricidade do que é necesario para as cargas. A electricidade excedente úsase para cargar as baterías a través dos controladores de carga.

O modo de descarga ocorre cando non hai luz solar ou hai alta demanda de carga. Neste modo, os módulos solares xeran menos electricidade do que é necesario para as cargas. A electricidade deficitária fornécese polas baterías a través dos inversores.

O modo de conexión á rede ocorre cando hai disponibilidade de rede e tarifas favorables. Neste modo, os módulos solares xeran electricidade que pode inxectar na rede a través dos inversores.

O modo de conexión á rede tamén pode ocorrer cando hai un corte de rede e é necesaria enerxía de apoio. Neste modo, os módulos solares xeran electricidade que pode ser usada polas cargas a través dos inversores.

Que é unha planta de enerxía solar concentrada?

Unha planta de enerxía solar concentrada é un sistema CSP de gran escala que usa espejos ou lentes para concentrar a luz solar nun receptor que calenta un fluido que impulsa unha turbina ou motor para xerar electricidade. Unha planta de enerxía solar concentrada consta de varios compoñentes, como:

• Colectores: Son dispositivos que reflejan ou refractan a luz solar nun receptor. Os colectores poden clasificarse en catro tipos: canal parabólico, plato parabólico, reflector linear Fresnel e receptor central. Os canais parabólicos son espejos curvos que focalizan a luz solar nun tubo receptor linear que corre ao longo da súa liña focal. Os pratos parabólicos son espejos cóncavos que focalizan a luz solar nun receptor puntual no seu punto focal. Os reflectores lineares Fresnel son espejos planos que reflejan a luz solar nun tubo receptor linear sobre eles. Os receptores centrais son torres rodeadas por un conxunto de espejos planos chamados helióstatos que reflejan a luz solar nun receptor puntual no seu topo.

• Receptores: Son dispositivos que absorben a luz solar concentrada e a transfiren a un fluido de transferencia de calor (HTF). Os receptores poden clasificarse en dous tipos: receptores externos e receptores internos. Os receptores externos están expostos á atmosfera e teñen altas perdas de calor debido á convección e radiación. Os receptores internos están encerrados nunha cámara de vacío e teñen baixas perdas de calor debido á aislación e evacuación.

• Fluidos de transferencia de calor: Son fluidos que circulan a través dos receptores e transportan calor dende os colectores ao bloque de potencia. Os fluidos de transferencia de calor poden clasificarse en dous tipos: fluidos térmicos e sales fundidas. Os fluidos térmicos son líquidos orgánicos como óleos sintéticos ou hidrocarburos que teñen puntos de ebullición altos e puntos de conxelación baixos. As sales fundidas son compoñentes inorgánicos como nitrato de sodio ou nitrato de potasio que teñen unha capacidade de calor alta e unha presión de vapor baixa.

• Bloque de potencia: É onde se xera electricidade a partir do calor usando unha turbina ou motor acoplado a un xerador. O bloque de potencia pode clasificarse en dous tipos: ciclo de vapor e ciclo Brayton. O ciclo de vapor usa auga como HTF e produce vapor que impulsa unha turbina de vapor conectada a un xerador eléctrico. O ciclo Brayton usa aire como HTF e produce aire quente que impulsa unha turbina de gas conectada a un xerador eléctrico.

• Sistema de almacenamento: É onde se almacena o calor excedente para uso posterior cando non hai luz solar ou cando hai alta demanda de carga. Os sistemas de almacenamento poden clasificarse en dous tipos: almacenamento de calor sensible e almacenamento de calor latente. O almacenamento de calor sensible usa materiais como rochas, auga ou sales fundidas que almacenan calor aumentando a súa temperatura sen cambiar a súa fase. O almacenamento de calor latente usa materiais como materiais de cambio de fase (PCMs) ou materiais termoquímicos (TCMs) que almacenan calor cambiando a súa fase ou estado químico sen cambiar a súa temperatura.

A disposición dunha planta de enerxía solar concentrada depende de varios factores, como as condicións do lugar, o tamaño do sistema, os obxectivos de deseño e os requisitos da rede. No entanto, unha disposición típica consta de tres partes principais: campo de recolexión, bloque de potencia e sistema de almacenamento.

O campo de recolexión inclúe os colectores, receptores e HTFs que recolexan e transportan calor a partir da luz solar.

O bloque de potencia inclúe as turbinas, motores,

xeradores e outro equipamento que converte o calor en electricidade.

O sistema de almacenamento incl