Сонячні електростанції: типи компоненти та принципи роботи

Сонячні електростанції - це системи, які використовують сонячну енергію для генерації електроенергії. Вони можуть бути розподілені на два основні типи: фотovoltaic (PV) електростанції та концентрувальні сонячні електростанції (CSP). Фотovoltaic електростанції перетворюють сонячне світло безпосередньо на електроенергію за допомогою сонячних клітин, тоді як концентрувальні сонячні електростанції використовують дзеркала або лінзи для концентрації сонячного світла і нагріву рідини, яка приводить в рух турбіну або двигун. У цій статті ми пояснимо компоненти, розташування та функціонування обох типів сонячних електростанцій, а також їх переваги та недоліки.

Що таке фотovoltaic електростанція?

Фотovoltaic електростанція - це велика PV система, яка підʼєднана до мережі і призначена для виробництва масової електроенергії з сонячної радіації. Фотovoltaic електростанція складається з кількох компонентів, таких як:

• Сонячні модулі: Це базові одиниці PV системи. Вони складаються з сонячних клітин, які перетворюють світло на електрику. Сонячні клітини зазвичай виготовляються з кремнію, який є напівпровідниковим матеріалом, який може поглинати фотони та виділяти електрони. Електрони рухаються через контур і створюють електричний струм. Сонячні модулі можна розташувати у різних конфігураціях, таких як послідовне, паралельне або послідовно-паралельне, залежно від напруги та поточних вимог системи.

• Монтажні конструкції: Це рами або рейки, які підтримують та орієнтують сонячні модулі. Вони можуть бути фіксовані або регульовані, залежно від місцезнаходження та клімату місця. Фіксовані монтажні конструкції є дешевшими та простішими, але вони не слідять за рухом сонця і можуть зменшити продуктивність системи. Регульовані монтажні конструкції можуть нахиляти або обертати сонячні модулі, щоб слідкувати за положенням сонця та оптимізувати виробництво енергії. Вони можуть бути механічними або автоматичними, залежно від ступеня контролю та точності, яка потрібна.

• Інвертори: Це пристрої, які перетворюють постійний струм (DC), вироблений сонячними модулями, на перемінний струм (AC), який може бути підʼєднаний до мережі або використаний для AC навантажень.

  

• Інвертори можна розподілити на два типи: центральні інвертори та мікро-інвертори. Центральні інвертори - це великі блоки, які зʼєднують декілька сонячних модулів або масивів і надають одне AC виведення. Мікро-інвертори - це маленькі блоки, які зʼєднуються з кожним сонячним модулем або панеллю і надають окремі AC виведення. Центральні інвертори є більш економічно ефективними та ефективними для великомасштабних систем, тоді як мікро-інвертори є більш гнучкими та надійними для малих систем.

• Керуючі зарядом: Це пристрої, які регулюють напругу та струм сонячних модулів або масивів, щоб запобігти перезарядженню або перерозрядженню акумуляторів. Керуючі зарядом можна розподілити на два типи: імпульсні широтно-імпульсні модуляції (PWM) та трекінг максимальної точки потужності (MPPT). PWM контролери є простішими та дешевшими, але вони втрачають деяку енергію, переключаючи струм заряджання. MPPT контролери є більш складними та дорогими, але вони оптимізують виведення енергії, налаштовуючи напругу та струм, щоб відповідати максимальної точки потужності сонячних модулів або масивів.

• Акумулятори: Це пристрої, які зберігають надлишкову електроенергію, вироблену сонячними модулями або масивами, для подальшого використання, коли немає сонячного світла або коли мережа відсутня. Акумулятори можна розподілити на два типи: свинцево-кислотні акумулятори та літіє-іонні акумулятори. Свинцево-кислотні акумулятори є дешевшими та більш поширеними, але вони мають нижчу енергетичну щільність, коротший термін служби та потребують більше обслуговування. Літіє-іонні акумулятори є дорожчими та менш поширеними, але вони мають вищу енергетичну щільність, довший термін служби та потребують менше обслуговування.

• Перемикачі: Це пристрої, які зʼєднують або відʼєднують різні частини системи, такі як сонячні модулі, інвертори, акумулятори, навантаження або мережі. Перемикачі можуть бути механічними або автоматичними, залежно від рівня безпеки та контролю, який потрібен. Механічні перемикачі потребують людської інтервенції для їх управління, тоді як автоматичні перемикачі працюють на основі передвизначених умов або сигналів.

• Лічильники: Це пристрої, які вимірюють та відображають різні параметри системи, такі як напруга, струм, потужність, енергія, температура або освітленість. Лічильники можуть бути аналоговими або цифровими, залежно від типу відображення та потрібної точності. Аналогові лічильники використовують стрілки або шкали для показу значень, тоді як цифрові лічильники використовують числа або графіки для показу значень.

• Кабелі: Це дроти, які передають електрику між різними компонентами системи. Кабелі можна розподілити на два типи: DC кабелі та AC кабелі. DC кабелі переносять постійний струм від сонячних модулів до інверторів або акумуляторів, тоді як AC кабелі переносять перемінний струм від інверторів до мережі або навантажень.

Розташування фотovoltaic електростанції залежить від ряду факторів, таких як умови місця, розмір системи, проектні цілі та вимоги мережі. Однак, типове розташування складається з трьох основних частин: частина генерації, частина передачі та частина розподілу.

Частина генерації включає сонячні модулі, монтажні конструкції та інвертори, які виробляють електроенергію з сонячного світла.

Частина передачі включає кабелі, перемикачі та лічильники, які передають електроенергію від частини генерації до частини розподілу.

Частина розподілу включає акумулятори, керуючі зарядом та навантаження, які зберігають або споживають електроенергію.

Наступна діаграма показує приклад розташування фотovoltaic електростанції:

Функціонування фотovoltaic електростанції залежить від ряду факторів, таких як погодні умови, вимоги до навантаження та стан мережі. Однак, типове функціонування складається з трьох основних режимів: режим заряджання, режим розряджання та режим зʼєднання з мережею.

Режим заряджання відбувається, коли є надлишок сонячного світла та низькі вимоги до навантаження. У цьому режимі сонячні модулі виробляють більше електроенергії, ніж потрібно для навантажень. Надлишкова електроенергія використовується для заряджання акумуляторів через керуючі зарядом.

Режим розряджання відбувається, коли немає сонячного світла або високі вимоги до навантаження. У цьому режимі сонячні модулі виробляють менше електроенергії, ніж потрібно для навантажень. Дефіцит електроенергії забезпечується акумуляторами через інвертори.

Режим зʼєднання з мережею відбувається, коли є доступ до мережі та сприятливі тарифні ставки. У цьому режимі сонячні модулі виробляють електроенергію, яка може бути підʼєднана до мережі через інвертори.

Режим зʼєднання з мережею також може відбуватися, коли є відмова мережі, і потрібна резервна енергія. У цьому режимі сонячні модулі виробляють електроенергію, яка може бути використана для навантажень через інвертори.

Що таке концентрувальна сонячна електростанція?

Концентрувальна сонячна електростанція - це велика CSP система, яка використовує дзеркала або лінзи для концентрації сонячного світла на приймач, який нагріває рідину, яка приводить в рух турбіну або двигун, щоб виробляти електроенергію. Концентрувальна сонячна електростанція складається з кількох компонентів, таких як:

• Збирачі: Це пристрої, які відбивають або пропускають сонячне світло на приймач. Збирачі можна розподілити на чотири типи: параб