Сончеви електрански: Типови, Компоненти и Принципи на Функционирање

Сончевите електрани се системи кои користат сончева енергија за производство на електричество. Тие можат да се класифицираат во две главни типови: фотovoltaic (PV) електрани и концентрисани сончеви електрани (CSP). Фотovoltaic електраните директно претворуваат сончевата светлина во електричество со помош на сончеви ќелии, додека концентрисаните сончеви електрани користат оглесала или линзи за концентрирање на сончевата светлина и загревање на течност која го движи турбината или моторот. Во оваа статија, ќе ги објасниме компонентите, распоредот и функционирањето на обата типа сончеви електрани, како и нивните предности и недостатоци.

Што е фотovoltaic електрана?

Фотovoltaic електраната е голем масивен PV систем кој е поврзан со мрежата и дизајниран да произведе големина електрична мощност од сончевата радијација. Фотovoltaic електраната се состои од неколку компоненти, како:

• Сончеви модули: Тоа се основните единици на PV систем. Состојат од сончеви ќелии кои претворуваат светлината во електричество. Сончевите ќелии обично се направени од кремик, кој е полупроводник материјал што може да ги апсорбира фотовони и да ги отфрли електрони. Електроните протичаат низ колецото и создаваат електрична струја. Сончевите модули можат да се подредат во различни конфигурации, како серија, паралела, или серија-паралела, в зависност од напон и потребите за струја на системот.

• Монтажни структури: Тоа се рамки или раците кои поддржуваат и ориентираат сончевите модули. Можат да бидат фиксирани или приспособливи, в зависност од локацијата и климатот на локацијата. Фиксирани монтажни структури се евтини и поедноставни, но не следат движењето на сонцето и може да намалат излезот на системот. Приспособливите монтажни структури можат да наклонат или ротираат сончевите модули за да го следат положбата на сонцето и да оптимизираат производството на енергија. Можат да бидат рачни или автоматски, в зависност од степенот на контрола и точност која е потребна.

• Инвертори: Тоа се уреди кои претворуваат директната струја (DC) произведен од сончевите модули во променлива струја (AC) која може да се поднесе во мрежата или да се користи од AC награди.

  

• Инверторите можат да се класифицираат во два типа: централни инвертори и микро-инвертори. Централните инвертори се големи единици кои се поврзуваат со неколку сончеви модули или низи и даваат еден AC излез. Микро-инверторите се малки единици кои се поврзуваат со секој сончев модул или панел и даваат индивидуални AC излези. Централните инвертори се повеќе економски и ефикасни за големи системи, додека микро-инверторите се повеќе флексибилни и надежни за мали системи.

• Уреди за регулирање на напон: Тоа се уреди кои регулираат напонот и струјата на сончевите модули или низи за да предотвратат прекомерно зареждање или прекомерно разрядување на батериите. Уредите за регулирање на напонот можат да се класифицираат во два типа: импулсни широчини на модулација (PWM) контролери и контролери за следење на максималната точка на моќ (MPPT). PWM контролерите се поедноставни и евтини, но губат некоја енергија со преклопување на зареждањето. MPPT контролерите се покомплексни и скапи, но оптимизираат излезот на енергија со прилагодување на напонот и струјата за да се совпаѓаат со максималната точка на моќ на сончевите модули или низи.

• Батерија: Тоа се уреди кои чуваат излишна електрична енергија генерирана од сончевите модули или низи за постоечна употреба кога нема сонце или кога мрежата е исключена. Батериите можат да се класифицираат во два типа: свинцо-кисели батерија и литиум-ион батерија. Свинцо-киселите батерија се евтини и повеќе користени, но имаат нижата енергијска густина, краток живот и бараат повеќе одржување. Литиум-ион батериите се скапи и помалку заеднички, но имаат висока енергијска густина, долг живее и бараат помалку одржување.

• Прекинувачи: Тоа се уреди кои поврзуваат или прекинуваат различни делови од системот, како сончеви модули, инвертори, батерија, награди, или мрежи. Прекинувачите можат да бидат рачни или автоматски, в зависност од нивото на безбедност и контрола што е потребно. Рачните прекинувачи бараат лична интервенција за нив работата, додека автоматските прекинувачи работат на основа на преддефинирани услови или сигнали.

• Мерачи: Тоа се уреди кои мерат и прикажуваат различни параметри на системот, како напон, струја, моќ, енергија, температура, или осветлување. Мерачите можат да бидат аналогни или цифирни, в зависност од типот на приказ и точноста што е потребна. Аналогните мерачи користат игли или дијалети за прикажување на вредности, додека цифирните мерачи користат броеви или графици за прикажување на вредности.

• Кабели: Тоа се жице кои пренесуваат електричество меѓу различни компоненти на системот. Кабелите можат да се класифицираат во два типа: DC кабели и AC кабели. DC кабелите носат директна струја од сончевите модули до инверторите или батериите, додека AC кабелите носат променлива струја од инверторите до мрежата или награди.

Распоредот на фотovoltaic електраната зависи од неколку фактори, како услови на локацијата, големина на системот, дизајн цели, и мрежни барања. Меѓутоа, типичен распоред се состои од три главни дела: дел за генерирање, дел за пренесување, и дел за дистрибуција.

Делот за генерирање вклучува сончеви модули, монтажни структури, и инвертори кои произведуваат електричество од сончевата светлина.

Делот за пренесување вклучува кабели, прекинувачи, и мерачи кои пренесуваат електричество од делот за генерирање до делот за дистрибуција.

Делот за дистрибуција вклучува батерија, уреди за регулирање на напон, и награди кои чуваат или потрошат електричество.

Следниот дијаграм покажува пример на распоред на фотovoltaic електрана:

Функционирањето на фотovoltaic електраната зависи од неколку фактори, како временски услови, барање на награди, и статус на мрежата. Меѓутоа, типичното функционирање се состои од три главни режими: режим на зареждање, режим на разрядување, и режим на поврзување со мрежата.

Режимот на зареждање се случува кога има излишна сончева светлина и ниско барање на награди. Во овој режим, сончевите модули генерираат повеќе електричество од што е потребно за наградите. Излишното електричество се користи за зареждање на батериите преку уредите за регулирање на напон.

Режимот на разрядување се случува кога нема сонце или има високо барање на награди. Во овој режим, сончевите модули генерираат помалку електричество од што е потребно за наградите. Недостатокот на електричество се доставува од батериите преку инверторите.

Режимот на поврзување со мрежата се случува кога има доступност на мрежата и благоприятни тарифни ставки. Во овој режим, сончевите модули генерираат електричество што може да се поднесе во мрежата преку инверторите.

Режимот на поврзување со мрежата исто така може да се случи кога има прекин на мрежата, и е потребна резервна енергија. Во овој режим, сончевите модули генерираат електричество што може да се користи од наградите преку инверторите.

Што е концентрисана сончева електрана?

Концентрисаната сончева електрана е голем масивен CSP систем кој користи оглесала или линзи за концентрирање на сончевата светлина на примач кој загрева течност која го движи турбината или моторот за да генерира електричество. Концентрисаната сончева електрана се состои од неколку компоненти, како:

• Збирачи: Тоа се уреди кои рефлектираат или рефрактираат сончевата светлина на примач. Збирачите можат да се класифицираат во четири типа: параболични канали, параболични тениски, линеарни Фреснелови рефлектори и централни примачи. Параболичните канали се извити оглесала кои фокусираат сончевата светлина на линеарен примачен цилиндар кој се движи по нивната фокусна линија. Параболичните тениски се конкавни оглесала кои фокусираат сончевата светлина на точен примач на нивната фокусна точка. Линеарните Фреснелови рефлектори се равни оглесала кои рефлектираат сончевата светлина на линеарен примачен цилиндар над нив. Централните примачи се кули окружени со низа равни оглесала наречени хелиостати кои рефлектираат сончевата светлина на точен примач на нивната врв.

• Примачи: Тоа се уреди кои апсорбираат концентрисаната сончева светлина и ја пренесуваат на тополошка трансферна течност (HTF). Примачите можат да се класифицираат во два типа: екстерни примачи и интерни примачи. Екстерните примачи се изложени на атмосферата и имаат високи губитоци на топлина поради конвекција и радијациј