Mga Planta ng Pwersa ng Araw: Mga Uri, Komponente at mga Prinsipyong Paggamit

Ang mga solar power plant ay mga sistema na gumagamit ng enerhiya ng araw upang bumuo ng kuryente. Maaari silang maklasipika sa dalawang pangunahing uri: photovoltaic (PV) power plants at concentrated solar power (CSP) plants. Ang mga photovoltaic power plant ay nagbabago ng tuwid ang liwanag ng araw sa kuryente gamit ang solar cells, samantalang ang mga concentrated solar power plant ay gumagamit ng salamin o lens upang mag-concentrate ng liwanag ng araw at i-heat ang isang fluid na nagpapatakbo ng turbine o engine. Sa artikulong ito, ipapaliwanag namin ang mga komponente, layout, at operasyon ng parehong uri ng solar power plants, kasama ang kanilang mga benepisyo at di-benepisyo.

Ano ang Photovoltaic Power Plant?

Ang photovoltaic power plant ay isang malaking PV system na konektado sa grid at disenyo upang bumuo ng bulk electrical power mula sa solar radiation. Ang photovoltaic power plant ay binubuo ng ilang komponente, tulad ng:

• Solar modules: Ito ang mga basic units ng PV system. Binubuo sila ng mga solar cells na nagco-convert ng liwanag sa kuryente. Karaniwang gawa ang solar cells ng silicon, na isang semiconductor material na maaaring i-absorb ang photons at i-release ang electrons. Ang mga electrons ay lumilipad sa circuit at lumilikha ng isang electric current. Maaaring i-arrange ang mga solar modules sa iba't ibang configurations, tulad ng series, parallel, o series-parallel, depende sa voltage at current requirements ng sistema.

• Mounting structures: Ito ang mga frames o racks na sumusuporta at orient ang mga solar modules. Maaaring fixed o adjustable ang mga mounting structures, depende sa lokasyon at klima ng site. Mas mura at simple ang fixed mounting structures, ngunit hindi sila sumusunod sa paggalaw ng araw at maaaring bawasan ang output ng sistema. Ang adjustable mounting structures ay maaaring itilt o i-rotate ang mga solar modules upang sundin ang posisyon ng araw at i-optimize ang energy production. Maaaring manual o automatic ang mga ito, depende sa degree ng control at accuracy na kinakailangan.

• Inverters: Ito ang mga device na nagco-convert ng direct current (DC) na nabuo ng mga solar modules sa alternating current (AC) na maaaring ifeed sa grid o gamitin ng AC loads.

  

• Maaaring iklasipika ang inverters sa dalawang uri: central inverters at micro-inverters. Ang central inverters ay malalaking units na konekta ng ilang solar modules o arrays at nagbibigay ng single AC output. Ang micro-inverters ay maliliit na units na konekta sa bawat solar module o panel at nagbibigay ng individual AC outputs. Mas cost-effective at efficient ang central inverters para sa large-scale systems, samantalang mas flexible at reliable ang micro-inverters para sa small-scale systems.

• Charge controllers: Ito ang mga device na nagregulate ng voltage at current ng mga solar modules o arrays upang i-prevent ang overcharging o over-discharging ng mga batteries. Maaaring iklasipika ang charge controllers sa dalawang uri: pulse width modulation (PWM) controllers at maximum power point tracking (MPPT) controllers. Mas simple at mura ang PWM controllers, ngunit mawawala ang ilang enerhiya dahil sa pag-switch on at off ng charging current. Mas complex at mahal ang MPPT controllers, ngunit ino-optimize nila ang energy output sa pamamagitan ng pag-adjust ng voltage at current upang tumugon sa maximum power point ng mga solar modules o arrays.

• Batteries: Ito ang mga device na nagsasave ng excess electricity na nabuo ng mga solar modules o arrays para sa huling paggamit kapag walang liwanag ng araw o kapag down ang grid. Maaaring iklasipika ang batteries sa dalawang uri: lead-acid batteries at lithium-ion batteries. Mas mura at mas malawak ang paggamit ng lead-acid batteries, ngunit may mas mababang energy density, mas maikling lifespan, at nangangailangan ng mas maraming maintenance. Mas mahal at mas kaunti ang lithium-ion batteries, ngunit may mas mataas na energy density, mas matagal na lifespan, at nangangailangan ng mas kaunting maintenance.

• Switches: Ito ang mga device na konekta o disconnect ang iba't ibang bahagi ng sistema, tulad ng solar modules, inverters, batteries, loads, o grids. Maaaring manual o automatic ang switches, depende sa level ng safety at control na kinakailangan. Kailangan ng tao ang manual switches upang i-operate sila, samantalang automatic switches ay nag-ooperate batay sa predefined conditions o signals.

• Meters: Ito ang mga device na sinusukat at ipinapakita ang iba't ibang parameters ng sistema, tulad ng voltage, current, power, energy, temperature, o irradiance. Maaaring analog o digital ang meters, depende sa type ng display at accuracy na kinakailangan. Gumagamit ang analog meters ng needles o dials upang ipakita ang values, samantalang gumagamit ang digital meters ng numbers o graphs upang ipakita ang values.

• Cables: Ito ang mga wires na nagsasend ng kuryente sa pagitan ng iba't ibang komponente ng sistema. Maaaring iklasipika ang cables sa dalawang uri: DC cables at AC cables. Nagdadala ng direct current ang DC cables mula sa mga solar modules patungo sa inverters o batteries, samantalang nagdadala ng alternating current ang AC cables mula sa inverters patungo sa grid o loads.

Ang layout ng photovoltaic power plant ay depende sa ilang factors, tulad ng site conditions, system size, design objectives, at grid requirements. Gayunpaman, ang typical layout ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: generation part, transmission part, at distribution part.

Ang generation part ay kasama ang solar modules, mounting structures, at inverters na bumubuo ng kuryente mula sa liwanag ng araw.

Ang transmission part ay kasama ang cables, switches, at meters na nagtransmit ng kuryente mula sa generation part patungo sa distribution part.

Ang distribution part ay kasama ang batteries, charge controllers, at loads na nagsasave o nakokonsumo ng kuryente.

Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng isang halimbawa ng photovoltaic power plant layout:

Ang operasyon ng photovoltaic power plant ay depende sa ilang factors, tulad ng weather conditions, load demand, at grid status. Gayunpaman, ang typical operation ay binubuo ng tatlong pangunahing modes: charging mode, discharging mode, at grid-tie mode.

Ang charging mode ay nangyayari kapag may excess sunlight at mababang load demand. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay nagbubuo ng higit sa kailangan ng mga loads. Ang excess electricity ay ginagamit upang icharge ang batteries sa pamamagitan ng charge controllers.

Ang discharging mode ay nangyayari kapag walang liwanag ng araw o mataas ang load demand. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay nagbubuo ng mas kaunti kaysa sa kailangan ng mga loads. Ang deficit electricity ay ibinibigay ng batteries sa pamamagitan ng inverters.

Ang grid-tie mode ay nangyayari kapag may grid availability at favorable tariff rates. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay nagbubuo ng kuryente na maaaring ifeed sa grid sa pamamagitan ng inverters.

Ang grid-tie mode ay maaari ring nangyari kapag may grid outage, at kailangan ng backup power. Sa mode na ito, ang mga solar modules ay nagbubuo ng kuryente na maaaring gamitin ng mga loads sa pamamagitan ng inverters.

Ano ang Concentrated Solar Power Plant?

Ang concentrated solar power plant ay isang malaking CSP system na gumagamit ng mirrors o lenses upang mag-concentrate ng liwanag ng araw sa receiver na naghe-heat ng isang fluid na nagpapatakbo ng turbine o engine upang bumuo ng kuryente. Ang concentrated solar power plant ay binubuo ng ilang komponente, tulad ng:

• Collectors: Ito ang mga device na nare-reflect o narefract ang liwanag ng araw sa receiver. Maaaring iklasipika ang collectors sa apat na uri: parabolic troughs, parabolic dishes, linear Fresnel reflectors, at central receivers. Ang parabolic troughs ay curved mirrors na nagfo-focus ng liwanag ng araw sa linear receiver tube na tumatakbong sa kanilang focal line. Ang parabolic dishes ay concave mirrors na nagfo-focus ng liwanag ng araw sa point receiver sa kanilang focal point. Ang linear Fresnel reflectors ay flat mirrors na nare-reflect ng liwanag ng araw sa linear receiver tube sa itaas nila. Ang central receivers ay towers na paligid ng array ng flat mirrors na tinatawag na heliostats na nare-reflect ng liwanag ng araw sa point receiver sa kanilang top.

• Receivers: Ito ang mga device na nagsasabsorb ng concentrated sunlight at inililipat ito sa heat transfer fluid (HTF). Maaaring iklasipika ang receivers sa dalawang uri: external receivers at internal receivers. Ang external receivers ay exposed sa atmosphere at may mataas na heat losses dahil sa convection at radiation. Ang internal receivers ay enclosed sa vacuum chamber at may mababang heat losses dahil sa insulation at evacuation.

• Heat transfer fluids: Ito ang mga fluids na umiikot sa receivers at nagtransport ng heat mula sa collectors patungo sa power block. Maaaring iklasipika ang heat transfer fluids sa dalawang uri: thermal fluids at molten salts. Ang thermal fluids ay organic liquids tulad ng synthetic oils o hydrocarbons na may mataas na boiling points at mababang freezing points. Ang molten salts ay inorganic compounds tulad ng sodium nitrate o potassium nitrate na may mataas na heat capacity at mababang vapor pressure.

• Power block: Dito lumilikha ng kuryente mula sa heat gamit ang turbine o engine na coupled sa generator. Maaaring iklasipika ang power block sa dalawang uri: steam cycle at Brayton cycle. Ang steam cycle ay gumagamit ng tubig bilang HTF at nagpapagawa ng steam na nagdradrive ng steam turbine na konektado sa electric generator. Ang Brayton cycle ay gumagamit ng hangin bilang HTF at nagpapagawa ng mainit na hangin na nagdradrive ng gas turbine na konektado sa electric generator.

• Storage system: Dito naisimpan ang excess heat para sa huling paggamit kapag walang liwanag ng araw o kapag mataas ang load demand. Maaaring iklasipika ang storage systems sa dalawang uri: sensible heat storage at latent heat storage. Ang sensible heat storage ay gumagamit ng materials tulad ng rocks, water, o molten salts na nagsasave ng heat sa pamamagitan ng pag-increase ng kanilang temperature nang hindi nagbabago ang kanilang phase. Ang latent heat storage ay gumagamit ng materials tulad ng phase change materials (PCMs) o thermochemical materials (TCMs) na nagsasave ng heat sa pamamagitan ng pag-change ng kanilang phase o chemical state nang hindi nagbabago ang kanilang temperature.

Ang layout ng concentrated solar power plant ay depende sa ilang factors, tulad ng site conditions, system size, design objectives, at grid requirements. Gayunpaman, ang typical layout ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: collection field, power block, at storage system.

Ang collection field ay kasama ang collectors, receivers, at HTFs na nagsasave at nagtransport ng heat mula sa liwanag ng araw.

Ang power block ay kasama ang turbines, engines,

generators at iba pang equipment na nagco-convert ng heat sa kuryente.

Ang storage system ay kasama ang tanks, vessels, at iba pang devices na nagsasave ng heat para sa huling paggamit.