Viwango vya Umeme wa Jua: Aina, Vifaa na Sifa za Kufanya Kazi

Viwanja vya umeme kutoka kwa jua ni mifumo yanayotumia nishati ya jua kutoa umeme. Zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili muhimu: viwanja vya umeme kutoka kwa jua (PV) na viwanja vya umeme kutoka kwa jua zinazofanikisha (CSP). Viwanja vya umeme kutoka kwa jua (PV) huhamisha nuru ya jua moja kwa moja kwenye umeme kutumia kivuli cha jua, hasa viwanja vya umeme kutoka kwa jua zinazofanikisha (CSP) huchukua nuru ya jua na kufanikisha kwa kutumia magamba au nguo za kufanikisha ili kuosha madini ambayo huchakata turubaini au enjinio. Katika makala hii, tutaelezea komponenti, muundo, na uendeshaji wa viwanja vyote viwili vya umeme kutoka kwa jua, pamoja na faida na hatari zao.

Nini Viwanja vya Umeme Kutoka Kwa Jua (PV)?

Viwanja vya umeme kutoka kwa jua ni mifumo inayotumia nishati ya jua kutoa umeme kwa ukubwa. Viwanja vya umeme kutoka kwa jua vinajumuisha viungo vingineko kama:

• Moduli ya jua: Hii ni viungo msingi vya mfumo wa PV. Vinajumuisha vituvinu vya jua vilivyovuviwa kwa kutumia nuru ya jua. Vituvinu vya jua mara nyingi yavuliwa kwa silicon, ambayo ni chombo chenye utaratibu unaoeleweka photons na kukurusha electrons. Electrons hutoka kwa mzunguko na kutengeneza mkondo wa umeme. Moduli ya jua zinaweza kurathminiwa kwa njia mbalimbali, kama series, parallel, au series-parallel, kulingana na voltage na maombi ya mkondo wa mfumo.

• Mazingira ya kupanda: Hizi ni rangi au shambani zinazopitisha na kutekeleza moduli ya jua. Zinaweza kuwa stakabadhi au zinazoweza kubadilishwa, kulingana na mahali na hali ya tabia. Mazingira ya kupanda stakabadhi ni rahisi na rahisi, lakini hayawezi kusonga kwa mzunguko wa jua na inaweza kupunguza tofauti ya mfumo. Mazingira ya kupanda zinazoweza kubadilishwa zinaweza kupiga au kurekebisha moduli ya jua kusonga kwa mzunguko wa jua na kukusanya nishati. Zinaweza kuwa ya mkono au ya awali, kulingana na kiwango cha utaratibu na usahihi unachohitajika.

• Inverters: Hizi ni vifaa vinavyokubadilisha mkondo wa umeme wa moja kwa moja (DC) uliyotengenezwa na moduli ya jua kwa mkondo wa umeme wa mzunguko (AC) ambayo inaweza kutumika kwa grid au kutumika na wateja wa AC.

  

• Inverters zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: inverters ya kati na micro-inverters. Inverters ya kati ni vifaa vikubwa vinavyohusiana na moduli mengi ya jua au arrays na kutumia AC moja tu. Micro-inverters ni vifaa vidogo vinavyohusiana na kila moduli ya jua au panel na kutumia AC zenye nyuzi. Inverters ya kati ni zaidi ya faida na ya uwiano kwa mifano miwili, hasa micro-inverters ni zaidi ya upanu na ya imani kwa mifano midogo.

• Mawasilishi ya kuongeza: Hizi ni vifaa vinavyohusisha voltage na mkondo wa moduli ya jua au arrays ili kupunguza overcharging au over-discharging ya batiliasi. Mawasilishi ya kuongeza zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: pulse width modulation (PWM) controllers na maximum power point tracking (MPPT) controllers. PWM controllers ni rahisi na rahisi, lakini zinapoteza baadhi ya nishati kwa kutumia current ya charging. MPPT controllers ni zaidi ya ngumu na gharama, lakini zinaweza kuboresha output ya nishati kwa kubadilisha voltage na mkondo ili kuhusisha na maximum power point ya moduli ya jua au arrays.

• Batiliasi: Hizi ni vifaa vinavyohifadhi nishati ya zaidi iliyotengenezwa na moduli ya jua au arrays kwa kutumia baada ya kukosa nuru ya jua au wakati grid iko chini. Batiliasi zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: batiliasi za lead-acid na batiliasi za lithium-ion. Batiliasi za lead-acid ni rahisi na zaidi ya matumizi, lakini zina energy density chache, uzito mdogo, na inahitaji huduma zaidi. Batiliasi za lithium-ion ni gharama na chache, lakini zina energy density zaidi, uzito mkubwa, na inahitaji huduma chache.

• Vifaa vya kubadilisha: Hizi ni vifaa vinavyohusisha au kutoa sehemu tofauti za mfumo, kama moduli ya jua, inverters, batiliasi, wateja, au grids. Vifaa vya kubadilisha vinaweza kuwa ya mkono au ya awali, kulingana na kiwango cha afya na utaratibu unachohitajika. Vifaa vya kubadilisha vya mkono vinahitaji msaada wa binadamu kufanya, hasa vifaa vya kubadilisha vya awali vinafanya kulingana na masharti au ishara iliyomdhibitiwa.

• Mipaka: Hizi ni vifaa vinavyomaliza na kutunjuliza parameter mbalimbali za mfumo, kama voltage, mkondo, nguvu, nishati, joto, au irradiance. Mipaka vinaweza kuwa analog au digital, kulingana na aina ya tayarisho na usahihi unachohitajika. Mipaka analog yanatumia saruni au dials kutunjuliza values, hasa mipaka digital yanatumia namba au grafu kutunjuliza values.

• Kabeli: Hizi ni mitundu yanayotumia nishati kati ya sehemu mbalimbali za mfumo. Kabeli zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: DC cables na AC cables. DC cables yanatengeneza mkondo wa umeme wa moja kwa moja kutoka kwa moduli ya jua hadi inverters au batiliasi, hasa AC cables yanatengeneza mkondo wa umeme wa mzunguko kutoka kwa inverters hadi grid au wateja.

Muundo wa viwanja vya umeme kutoka kwa jua unategemea kwa sababu kadhaa, kama hali ya mahali, ukubwa wa mfumo, malengo ya muundo, na matarajio ya grid. Lakini, muundo wa kawaida una sehemu tatu muhimu: sehemu ya kujenga, sehemu ya kutumia, na sehemu ya kutumia.

Sehemu ya kujenga inajumuisha moduli ya jua, mazingira ya kupanda, na inverters zinazotengeneza umeme kutoka kwa nuru ya jua.

Sehemu ya kutumia inajumuisha kabeli, vifaa vya kubadilisha, na mipaka yanayotumia umeme kutoka kwa sehemu ya kujenga hadi sehemu ya kutumia.

Sehemu ya kutumia inajumuisha batiliasi, mawasilishi ya kuongeza, na wateja yanayohifadhi au kutumia umeme.

Raisi ifuatayo inaelezea mfano wa muundo wa viwanja vya umeme kutoka kwa jua:

Uendeshaji wa viwanja vya umeme kutoka kwa jua unategemea kwa sababu kadhaa, kama hali ya hewa, malipo ya wateja, na hali ya grid. Lakini, uendeshaji wa kawaida una taratibu tatu muhimu: taratibu ya kuongeza, taratibu ya kutumia, na taratibu ya kutumia.

Taratibu ya kuongeza inatokea wakati kunawa nuru ya jua na malipo ya wateja ni chache. Katika taratibu hii, moduli ya jua hutengeneza umeme zaidi kuliko kinachohitajika na wateja. Umeme wa zaidi unatumika kukuongeza batiliasi kwa kutumia mawasilishi ya kuongeza.

Taratibu ya kutumia inatokea wakati hakuna nuru ya jua au malipo ya wateja ni zaidi. Katika taratibu hii, moduli ya jua hutengeneza umeme chache kuliko kinachohitajika na wateja. Umeme wa chache unatumika kutoka kwa batiliasi kwa kutumia inverters.

Taratibu ya kutumia inatokea wakati grid inapatikana na viwango vya fedha vinavyobora. Katika taratibu hii, moduli ya jua hutengeneza umeme unaweza kutumika kwa grid kwa kutumia inverters.

Taratibu ya kutumia inaweza pia kutokea wakati grid imekuwa chini, na inahitaji nishati ya kudumu. Katika taratibu hii, moduli ya jua hutengeneza umeme unaweza kutumika na wateja kwa kutumia inverters.

Nini Viwanja vya Umeme Kutoka Kwa Jua Vinazofanikisha (CSP)?

Viwanja vya umeme kutoka kwa jua vinazofanikisha ni mifumo inayotumia magamba au nguo za kufanikisha nuru ya jua kwenye receiver ambaye huchakata madini ambayo huchakata turubaini au enjinio kutengeneza umeme. Viwanja vya umeme kutoka kwa jua vinazofanikisha vinajumuisha viungo vingineko kama:

• Wakulima: Hizi ni vifaa vinavyoweka au kurekebisha nuru ya jua kwenye receiver. Wakulima zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: parabolic troughs, parabolic dishes, linear Fresnel reflectors na central receivers. Parabolic troughs ni magamba yenye mzunguko wanayofanikisha nuru ya jua kwenye receiver tube lenye mzunguko. Parabolic dishes ni magamba yenye mzunguko wanayofanikisha nuru ya jua kwenye receiver point. Linear Fresnel reflectors ni magamba yenye mzunguko wanayofanikisha nuru ya jua kwenye receiver tube yenye mzunguko. Central receivers ni migongo yenye magamba yenye mzunguko yanayofanikisha nuru ya jua kwenye receiver point.

• Receivers: Hizi ni vifaa vinavyoweka nuru ya jua fanikiwa na kutumia kwa heat transfer fluid (HTF). Receivers zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: external receivers na internal receivers. External receivers ni yenye mzunguko wanayoweza kusoma kwenye hewa na kunaweza kupunguza heat losses kwa convection na radiation. Internal receivers ni yenye mzunguko wanayoweza kusoma kwenye vacuum chamber na kunaweza kupunguza heat losses kwa insulation na evacuation.

• Heat transfer fluids: Hizi ni madini yanayotumika kwenye receivers na kutengeneza heat kutoka kwa collectors kwenye power block. Heat transfer fluids zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: thermal fluids na molten salts. Thermal fluids ni madini organic liquids kama synthetic oils au hydrocarbons yanayoweza kusoma kwenye high boiling points na low freezing points. Molten salts ni inorganic compounds kama sodium nitrate au potassium nitrate yanayoweza kusoma kwenye high heat capacity na low vapor pressure.

• Power block: Hapa ndipo umeme hutengenezwa kutoka kwa heat kwa kutumia turbine au engine wenye generator. Power block zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: steam cycle na Brayton cycle. Steam cycle hutumia maji kama HTF na hutengeneza steam unayochakata steam turbine wenye electric generator. Brayton cycle hutumia air kama HTF na hutengeneza hot air unayochakata gas turbine wenye electric generator.

• Mfumo wa kuhifadhi: Hapa ndipo heat zaidi hutengenezwa kwa kutumia baada ya kukosa nuru ya jua au wakati malipo ya wateja ni zaidi. Mfumo wa kuhifadhi zinaweza kugawanyika kwenye vipimo viwili: sensible heat storage na latent