Saules enerģijas elektrādas: veidi komponenti un darbības principi
Saules enerģijas elektrostacijas ir sistēmas, kas izmanto saules enerģiju, lai ģenerētu elektroenerģiju. Tās var sadalīt divos galvenajos veidos: fotovoltaiskās (PV) elektrostacijas un koncentrētas saules enerģijas (CSP) elektrostacijas. Fotovoltaiskās elektrostacijas tieši pārvērš gaismu elektrībā, izmantojot saules čūlu, savukārt koncentrētās saules enerģijas elektrostacijas izmanto spogulis vai lēcas, lai koncentrētu gaismu un sildītu šķidrumu, kas palaista tūrbīnu vai dzinēju. Šajā rakstā mēs izskaidrosim abu veidu saules enerģijas elektrostaciju komponentes, izkārtojumu un darbību, kā arī to priekšrocības un trūkumi.
Kas ir fotovoltaiska elektrostacija?
Fotovoltaiska elektrostacija ir lielmaizeņa PV sistēma, kas pieslēgta tīklam un ir izstrādāta, lai ražotu masveida elektroenerģiju no saules radiācijas. Fotovoltaiska elektrostacija sastāv no vairākiem komponentiem, piemēram:
Saules moduļi: Tas ir PV sistēmas pamatelementi. Tie sastāv no saules čūlām, kas pārvērš gaismu elektrībā. Saules čūlas parasti ir izgatavotas no silīcija, kas ir poluvalents materiāls, kas var absorbt fotonus un atbrīvot elektronus. Elektronu plūsme caur šķērsgriezumu rada elektrisku strāvu. Saules moduļus var ierakstīt dažādos variantos, piemēram, virknē, paralēli vai virknes-paralēli, atkarībā no sistēmas sprieguma un strāvas prasībām.
Montāžas struktūras: Tas ir rāmis vai stende, kas atbalsta un orientē saules moduļus. Tās var būt fiksētas vai pielāgojamās, atkarībā no vietas un klimata apstākļiem. Fiksētas montāžas struktūras ir lētākas un vienkāršākas, bet tās nespēj sekot saules kustībai un var samazināt sistēmas produkciju. Pielāgojamās montāžas struktūras var nolikt vai pagriezt saules moduļus, lai sekotu saules pozīcijai un optimizētu enerģijas ražošanu. Tās var būt manuālas vai automātiskas, atkarībā no kontroles un precizitātes grāda, kas nepieciešams.
Inverteri: Tas ir ierīces, kas pārveido tiešo strāvu (DC), ko ražo saules moduļi, maiņas strāvā (AC), ko var uzsūtīt tīklā vai izmantot AC slodēm.
Inverteri var sadalīt divos veidos: centrālie inverteri un mikroinverteri. Centrālie inverteri ir lieli vienības, kas savienojas ar vairākiem saules moduļiem vai masīviem un sniedz vienu AC iznākumu. Mikroinverteri ir mazi vienības, kas savienojas ar katru saules moduli vai paneļu un sniedz individuālus AC iznākumus. Centrālie inverteri ir efektīvāki un efektīvāki lielmaizeņu sistēmām, savukārt mikroinverteri ir elastīgāki un uzticīgāki mazmaizeņu sistēmām.
Lādišanas regulatori: Tas ir ierīces, kas regulē saules moduļu vai masīvu spriegumu un strāvu, lai novērstu pārlādēšanu vai pār-atlādēšanu akumulatoriem. Lādišanas regulatori var sadalīt divos veidos: impulsu platuma modulācijas (PWM) regulatori un maksimālo jaudas punkta izsekotāji (MPPT). PWM regulatori ir vienkāršāki un lētāki, bet tie zaudē dažu enerģiju, piekļūstot un atslēdzot lādišanas strāvu. MPPT regulatori ir sarežģītāki un dārgāki, bet tie optimizē enerģijas iznākumu, pielāgojot spriegumu un strāvu, lai atbilstu saules moduļu vai masīvu maksimālam jaudas punktam.
Akumulatori: Tas ir ierīces, kas uzglabā lieko elektroenerģiju, ko ražo saules moduļi vai masīvi, lai to izmantotu vēlāk, kad nav gaismas vai kad tīkls ir nederīgs. Akumulatori var sadalīt divos veidos: svinplumbijas akumulatori un litija jonu akumulatori. Svinplumbijas akumulatori ir lētāki un plašāk izmantoti, bet tiem ir zemāka enerģijas blīvums, īssāka izmantošanas ilgums un prasa vairāk apkopes. Litija jonu akumulatori ir dārgāki un retāk sastopami, bet tiem ir augstāks enerģijas blīvums, ilgāks izmantošanas ilgums un prasa mazāk apkopes.
Slēdzieni: Tas ir ierīces, kas savieno vai atseko sistēmas dažādas daļas, piemēram, saules moduļus, inverterus, akumulatorus, slodes vai tīklus. Slēdzieni var būt manuāli vai automātiski, atkarībā no drošības un kontroles līmeņa, kas nepieciešams. Manuālie slēdzieni prasa cilvēka iejaukšanos, lai tos darbotu, savukārt automātiskie slēdzieni darbojas balstoties uz definētiem nosacījumiem vai signāliem.
Rādītāji: Tas ir ierīces, kas mēra un attēlo sistēmas dažādus parametrus, piemēram, spriegumu, strāvu, jaudu, enerģiju, temperatūru vai apgaismojumu. Rādītāji var būt analoģiski vai digitāli, atkarībā no attēlošanas veida un nepieciešamās precizitātes. Analoģiskie rādītāji izmanto skaldes vai cirkulus, lai parādītu vērtības, savukārt digitālie rādītāji izmanto ciparus vai diagrammas, lai parādītu vērtības.
Kabeļi: Tas ir drātas, kas pārraida elektroenerģiju starp sistēmas dažādām daļām. Kabeļi var sadalīt divos veidos: DC kabeļi un AC kabeļi. DC kabeļi pārnese tiešo strāvu no saules moduļiem uz inverteriem vai akumulatoriem, savukārt AC kabeļi pārnese maiņas strāvu no inverteriem uz tīklu vai slodes.
Fotovoltaiskās elektrostacijas izkārtojums atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, vietas apstākļiem, sistēmas izmēriem, dizaina mērķiem un tīkla prasībām. Tomēr tipisks izkārtojums sastāv no trim galvenajām daļām: ražošanas daļa, pārnešanas daļa un sadalīšanas daļa.
Ražošanas daļa ietver saules moduļus, montāžas struktūras un inverterus, kas ražo elektroenerģiju no gaismas.
Pārnešanas daļa ietver kabeļus, slēdzienus un rādītājus, kas pārnese elektroenerģiju no ražošanas daļas uz sadalīšanas daļu.
Sadalīšanas daļa ietver akumulatorus, lādišanas regulatorus un slodes, kas uzglabā vai patērē elektroenerģiju.
Šeit ir norādīts piemērs fotovoltaiskās elektrostacijas izkārtojumam:
Fotovoltaiskās elektrostacijas darbība atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, laika apstākļiem, slodzes prasībām un tīkla statusa. Tomēr tipiska darbība sastāv no trim galvenajām režīmiem: lādēšanas režīms, atlādēšanas režīms un tīkla savienojuma režīms.
Lādēšanas režīms notiek, kad ir pārējā gaismas daudzums un zema slodzes prasība. Šajā režīmā saules moduļi ražo vairāk elektroenerģijas, nekā nepieciešams slodzei. Lieko elektroenerģiju izmanto, lai uzlādētu akumulatorus caur lādišanas regulatoriem.
Atlādēšanas režīms notiek, kad nav gaismas vai ir augsta slodzes prasība. Šajā režīmā saules moduļi ražo mazāk elektroenerģijas, nekā nepieciešams slodzei. Deficīta elektroenerģiju nodrošina akumulatori caur inverteriem.
Tīkla savienojuma režīms notiek, kad ir tīkla pieejamība un labvēlīgi tarifi. Šajā režīmā saules moduļi ražo elektroenerģiju, ko var uzsūtīt tīklā caur inverteriem.
Tīkla savienojuma režīms var notikt arī tad, kad ir tīkla traucējums un nepieciešama rezerves enerģija. Šajā režīmā saules moduļi ražo elektroenerģiju, ko var izmantot slodzei caur inverteriem.
Kas ir koncentrētās saules enerģijas elektrostacija?
Koncentrētās saules enerģijas elektrostacija ir lielmaizeņa CSP sistēma, kas izmanto spogulis vai lēcas, lai koncentrētu gaismu uz saņēmēju, kas sildīt šķidrumu, kas palaista tūrbīnu vai dzinēju, lai ģenerētu elektroenerģiju. Koncentrētās saules enerģijas elektrostacija sastāv no vairākiem komponentiem, piemēram:
Saugētāji: Tas ir ierīces, kas atstaro vai refrazē gaismu uz saņēmēju. Saugētāji var sadalīt četros veidos: paraboliskas rožas, paraboliskas tauriņi, lineārie Fresnela atstarošanas spogulis un centraļie saņēmēji. Paraboliskas rožas ir izliekti spogulis, kas fokusē gaismu uz lineāro saņēmēja trubu, kas gāj pa to fokālo līniju. Paraboliskas tauriņi ir konkāvi spogulis, kas fokusē gaismu uz punktveida saņēmēja to fokālā punktā. Lineārie Fresnela atstarošanas spogulis ir plati spogulis, kas atstaro gaismu uz lineāro saņēmēja trubu virs tiem. Centraļie saņēmēji ir torņi, kas apkārt aptikti ar plāno spogulis, kas sauc par heliostati, kas atstaro gaismu uz punktveida saņēmēja to augšpusē.
Saņēmēji: Tas ir ierīces, kas absorbē koncentrēto gaismu un pārnes to siltuma pārnesuma šķidrumam (HTF). Saņēmēji var sadalīt divos veidos: ārējie saņēmēji un iekšējie saņēmēji. Ārējie saņēmēji ir atklāti atmosfērai un ir augsts siltuma zudumi dēļ konvekcijas un radiācijas. Iekšējie saņēmēji ir ievietoti vakuumā un ir zems siltuma zudumi dēļ izolācijas un evakuācijas.
