โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์: ประเภท ส่วนประกอบ และหลักการทำงาน

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการผลิตไฟฟ้า สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักคือ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) และโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง (CSP) โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าโดยตรงโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงใช้กระจกหรือเลนส์เพื่อรวมแสงแดดและทำให้ของเหลวร้อนขึ้นซึ่งจะขับเคลื่อนกังหันหรือเครื่องยนต์ ในบทความนี้ เราจะอธิบายเกี่ยวกับส่วนประกอบ การจัดวาง และการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งสองประเภท รวมถึงข้อดีและข้อเสียของแต่ละประเภท

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์คืออะไร?

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์เป็นระบบ PV ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับระบบสายส่งและออกแบบมาเพื่อผลิตไฟฟ้าปริมาณมากจากรังสีแสงอาทิตย์ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง เช่น:

• โมดูลแสงอาทิตย์: นี่คือหน่วยพื้นฐานของระบบ PV ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่แปลงแสงเป็นไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์มักทำจากซิลิกอน ซึ่งเป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่สามารถดูดซับโฟตอนและปล่อยอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรและสร้างกระแสไฟฟ้า โมดูลแสงอาทิตย์สามารถเรียงรายได้ในรูปแบบต่างๆ เช่น อนุกรม ขนาน หรืออนุกรม-ขนาน ขึ้นอยู่กับความต้องการแรงดันและกระแสของระบบ

• โครงสร้างติดตั้ง: นี่คือกรอบหรือแร็คที่รองรับและกำหนดทิศทางของโมดูลแสงอาทิตย์ สามารถเป็นแบบคงที่หรือปรับได้ ขึ้นอยู่กับสถานที่และสภาพภูมิอากาศของไซต์ โครงสร้างติดตั้งแบบคงที่ราคาถูกและง่าย แต่ไม่สามารถติดตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์และอาจลดผลผลิตของระบบ โครงสร้างติดตั้งแบบปรับได้สามารถเอียงหรือหมุนโมดูลแสงอาทิตย์เพื่อติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน สามารถเป็นแบบมือหรืออัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับระดับการควบคุมและความแม่นยำที่ต้องการ

• อินเวอร์เตอร์: นี่คืออุปกรณ์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าตรง (DC) ที่ผลิตโดยโมดูลแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ที่สามารถส่งเข้าสู่ระบบสายส่งหรือใช้โดยโหลด AC

  

• อินเวอร์เตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: อินเวอร์เตอร์กลางและอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก อินเวอร์เตอร์กลางเป็นหน่วยขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อโมดูลแสงอาทิตย์หรืออาร์เรย์หลายชุดและให้เอาต์พุต AC แบบเดียว อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กเป็นหน่วยขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกับโมดูลแสงอาทิตย์หรือแผงแต่ละชุดและให้เอาต์พุต AC แบบแยก อินเวอร์เตอร์กลางมีประสิทธิภาพและประหยัดสำหรับระบบขนาดใหญ่ ในขณะที่อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กมีความยืดหยุ่นและเชื่อถือได้สำหรับระบบขนาดเล็ก

• ตัวควบคุมประจุ: นี่คืออุปกรณ์ที่ควบคุมแรงดันและกระแสของโมดูลแสงอาทิตย์หรืออาร์เรย์เพื่อป้องกันการชาร์จเกินหรือการปล่อยประจุเกินของแบตเตอรี่ ตัวควบคุมประจุสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ตัวควบคุม PWM และตัวควบคุม MPPT ตัวควบคุม PWM ง่ายและราคาถูก แต่สิ้นเปลืองพลังงานจากการเปิด-ปิดกระแสชาร์จ ตัวควบคุม MPPT ซับซ้อนและแพงกว่า แต่เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานโดยปรับแรงดันและกระแสให้ตรงกับจุดกำลังสูงสุดของโมดูลแสงอาทิตย์หรืออาร์เรย์

• แบตเตอรี่: นี่คืออุปกรณ์ที่เก็บไฟฟ้าเกินที่ผลิตโดยโมดูลแสงอาทิตย์หรืออาร์เรย์ไว้ใช้ในภายหลังเมื่อไม่มีแสงอาทิตย์หรือเมื่อระบบสายส่งเสีย แบตเตอรี่สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดและแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดราคาถูกและใช้แพร่หลาย แต่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำ มีอายุการใช้งานสั้น และต้องการการบำรุงรักษามาก แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมีราคาแพงและพบน้อย แต่มีความหนาแน่นพลังงานสูง มีอายุการใช้งานยาวนาน และต้องการการบำรุงรักษาน้อย

• สวิทช์: นี่คืออุปกรณ์ที่เชื่อมหรือตัดส่วนต่างๆ ของระบบ เช่น โมดูลแสงอาทิตย์ อินเวอร์เตอร์ แบตเตอรี่ โหลด หรือระบบสายส่ง สวิทช์สามารถเป็นแบบมือหรืออัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับระดับความปลอดภัยและการควบคุมที่ต้องการ สวิทช์แบบมือต้องการการแทรกแซงของมนุษย์ในการทำงาน ในขณะที่สวิทช์แบบอัตโนมัติทำงานตามเงื่อนไขหรือสัญญาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

• มิเตอร์: นี่คืออุปกรณ์ที่วัดและแสดงพารามิเตอร์ต่างๆ ของระบบ เช่น แรงดัน กระแส กำลัง พลังงาน ความร้อน หรือความเข้มรังสี มิเตอร์สามารถเป็นแบบอะนาล็อกหรือดิจิทัล ขึ้นอยู่กับประเภทของจอแสดงผลและความแม่นยำที่ต้องการ มิเตอร์แบบอะนาล็อกใช้เข็มหรือดิสเพลย์เพื่อแสดงค่า ในขณะที่มิเตอร์แบบดิจิทัลใช้ตัวเลขหรือกราฟเพื่อแสดงค่า

• สายเคเบิล: นี่คือสายที่ส่งไฟฟ้าระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบ สายเคเบิลสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: สาย DC และสาย AC สาย DC นำกระแสไฟฟ้าตรงจากโมดูลแสงอาทิตย์ไปยังอินเวอร์เตอร์หรือแบตเตอรี่ ในขณะที่สาย AC นำกระแสไฟฟ้าสลับจากอินเวอร์เตอร์ไปยังระบบสายส่งหรือโหลด

การจัดวางของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น สภาพไซต์ ขนาดระบบ เป้าหมายการออกแบบ และความต้องการของระบบสายส่ง อย่างไรก็ตาม การจัดวางทั่วไปประกอบด้วยสามส่วนหลัก: ส่วนการผลิต ส่วนการส่ง และส่วนการกระจาย

ส่วนการผลิตประกอบด้วยโมดูลแสงอาทิตย์ โครงสร้างติดตั้ง และอินเวอร์เตอร์ที่ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์

ส่วนการส่งประกอบด้วยสายเคเบิล สวิทช์ และมิเตอร์ที่ส่งไฟฟ้าจากส่วนการผลิตไปยังส่วนการกระจาย

ส่วนการกระจายประกอบด้วยแบตเตอรี่ ตัวควบคุมประจุ และโหลดที่เก็บหรือใช้ไฟฟ้า

แผนภาพต่อไปนี้แสดงตัวอย่างการจัดวางของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์:

การทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น สภาพอากาศ ความต้องการโหลด และสถานะของระบบสายส่ง อย่างไรก็ตาม การทำงานทั่วไปประกอบด้วยสามโหมดหลัก: โหมดชาร์จ โหมดปล่อยประจุ และโหมดเชื่อมต่อระบบสายส่ง

โหมดชาร์จเกิดขึ้นเมื่อมีแสงอาทิตย์เกินและมีความต้องการโหลดต่ำ ในโหมดนี้ โมดูลแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ามากกว่าที่โหลดต้องการ ไฟฟ้าส่วนเกินใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ผ่านตัวควบคุมประจุ

โหมดปล่อยประจุเกิดขึ้นเมื่อไม่มีแสงอาทิตย์หรือมีความต้องการโหลดสูง ในโหมดนี้ โมดูลแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าน้อยกว่าที่โหลดต้องการ ไฟฟ้าที่ขาดหายไปได้รับจากแบตเตอรี่ผ่านอินเวอร์เตอร์

โหมดเชื่อมต่อระบบสายส่งเกิดขึ้นเมื่อมีระบบสายส่งและอัตราค่าไฟฟ้าที่เหมาะสม ในโหมดนี้ โมดูลแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าที่สามารถส่งเข้าสู่ระบบสายส่งผ่านอินเวอร์เตอร์

โหมดเชื่อมต่อระบบสายส่งยังสามารถเกิดขึ้นเมื่อมีการหยุดชะงักของระบบสายส่งและต้องการไฟฟ้าสำรอง ในโหมดนี้ โมดูลแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าที่สามารถใช้โดยโหลดผ่านอินเวอร์เตอร์

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงคืออะไร?

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงเป็นระบบ CSP ขนาดใหญ่ที่ใช้กระจกหรือเลนส์เพื่อรวมแสงอาทิตย์ลงบนตัวรับที่ทำให้ของเหลวร้อนขึ้น ซึ่งขับเคลื่อนกังหันหรือเครื่องยนต์เพื่อผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง เช่น:

• ตัวรวบรวม: นี่คืออุปกรณ์ที่สะท้อนหรือหักเหแสงอาทิตย์ลงบนตัวรับ ตัวรวบรวมสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: รางพาราโบลา จานพาราโบลา ตัวสะท้อนเฟรสเนลเชิงเส้น และตัวรับกลาง รางพาราโบลาเป็นกระจกโค้งที่รวมแสงอาทิตย์ลงบนท่อรับที่วิ่งตามเส้นโฟกัสของมัน จานพาราโบลาเป็นกระจกเว้าที่รวมแสงอาทิตย์ลงบนตัวรับจุดที่โฟกัสของมัน ตัวสะท้อนเฟรสเนลเชิงเส้นเป็นกระจกแบนที่สะท้อนแสงอาทิตย์ลงบนท่อรับที่อยู่เหนือมัน ตัวรับกลางเป็นหอคอยที่รายล้อมด้วยกระจกแบนเรียกว่าเฮลิโอสตัทที่สะท้อนแสงอาทิตย์ลงบนตัวรับจุดที่ยอดของมัน

• ตัวรับ: นี่คืออุปกรณ์ที่ดูดซับแสงอาทิตย์ที่รวมแล้วและส่งผ่านไปยังของเหลวที่ถ่ายเทความร้อน (HTF) ตัวรับสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ตัวรับภายนอกและตัวรับภายใน ตัวรับภายนอกสัมผัสกับบรรยากาศและมีความสูญเสียความร้อนสูงจากการพาความร้อนและการแผ่รังสี ตัวรับภายในถูกห่อหุ้มในห้องสุญญากาศและมีความสูญเสียความร้อนต่ำจากการฉนวนและการทำให้สุญญากาศ

• ของเหลวที่ถ่ายเทความร้อน: นี่คือของเหลวที่ไหลผ่านตัวรับและขนส่งความร้อนจากตัวรวบรวมไปยังบล็อกกำลัง ของเหลวที่ถ่ายเทความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ของเหลวความร้อนและเกลือหลอมละลาย ของเหลวความร้อนเป็นของเหลวอินทรีย์เช่นน้ำมันสังเคราะห์หรือไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูงและจุดแข็งต่ำ เกลือหลอมละลายเป็นสารอนินทรีย์เช่นไนเตรตโซเดียมหรือไนเตรตโพแทสเซียมที่มีความจุความร้อนสูงและแรงดันไอต่ำ

• บล็อกกำลัง: นี่คือที่ที่ผลิตไฟฟ้าจากความร้อนโดยใช้กังหันหรือ