Nhà máy điện mặt trời: Các loại, thành phần và nguyên lý hoạt động
Nhà máy điện mặt trời là hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện. Chúng có thể được phân loại thành hai loại chính: nhà máy điện quang điện (PV) và nhà máy điện mặt trời tập trung (CSP). Nhà máy điện quang điện chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện bằng cách sử dụng tấm pin mặt trời, trong khi đó, nhà máy điện mặt trời tập trung sử dụng gương hoặc thấu kính để tập trung ánh sáng mặt trời và làm nóng một chất lỏng để điều khiển tua-bin hoặc động cơ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích các thành phần, bố cục và hoạt động của cả hai loại nhà máy điện mặt trời, cũng như ưu điểm và nhược điểm của chúng.
Điều gì là Nhà máy Điện Quang Điện?
Nhà máy điện quang điện là một hệ thống PV quy mô lớn được kết nối với lưới điện và được thiết kế để sản xuất điện từ bức xạ mặt trời. Một nhà máy điện quang điện bao gồm nhiều thành phần, chẳng hạn như:
Mô-đun mặt trời: Đây là đơn vị cơ bản của hệ thống PV. Chúng được tạo thành từ các tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng thành điện. Các tế bào quang điện thường được làm từ silicon, là vật liệu bán dẫn có thể hấp thụ photon và giải phóng electron. Các electron di chuyển qua mạch và tạo ra dòng điện. Mô-đun mặt trời có thể được sắp xếp theo nhiều cấu hình khác nhau, như串联还是并联，取决于系统的电压和电流需求。
安装结构: 这些是支撑和定向太阳能模块的框架或支架。它们可以是固定的或可调节的，具体取决于站点的位置和气候条件。固定安装结构更便宜和简单，但它们不会跟踪太阳的移动，可能会降低系统的输出。可调节安装结构可以倾斜或旋转太阳能模块以跟随太阳的位置并优化能源生产。根据所需的控制程度和精度，它们可以是手动或自动的。
逆变器: 这些设备将太阳能模块产生的直流电（DC）转换为可以馈入电网或用于交流负载的交流电（AC）。
逆变器可以分为两种类型：集中式逆变器和微型逆变器。集中式逆变器是大型单元，连接多个太阳能模块或阵列，并提供单个交流输出。微型逆变器是小型单元，连接到每个太阳能模块或面板，并提供单独的交流输出。对于大规模系统，集中式逆变器更具成本效益和效率，而对于小规模系统，微型逆变器则更加灵活和可靠。
充电控制器: 这些设备调节太阳能模块或阵列的电压和电流，以防止电池过充或过放电。充电控制器可以分为两种类型：脉冲宽度调制（PWM）控制器和最大功率点跟踪（MPPT）控制器。PWM控制器更简单和便宜，但通过切换充电电流会浪费一些能量。MPPT控制器更复杂和昂贵，但通过调整电压和电流以匹配太阳能模块或阵列的最大功率点来优化能量输出。
电池: 这些设备存储由太阳能模块或阵列产生的多余电力，以备在没有阳光或电网断电时使用。电池可以分为两种类型：铅酸电池和锂离子电池。铅酸电池更便宜且使用更广泛，但其能量密度较低，寿命较短，需要更多的维护。锂离子电池更昂贵且不常见，但其能量密度更高，寿命更长，维护要求更低。
开关: 这些设备连接或断开系统的不同部分，如太阳能模块、逆变器、电池、负载或电网。开关可以是手动或自动的，具体取决于所需的安全性和控制水平。手动开关需要人工干预才能操作，而自动开关基于预定义的条件或信号进行操作。
仪表: 这些设备测量并显示系统的各种参数，如电压、电流、功率、能量、温度或辐照度。仪表可以是模拟或数字的，具体取决于显示类型和所需的精度。模拟仪表使用指针或刻度盘显示值，而数字仪表使用数字或图表显示值。
电缆: 这些电线在系统的不同组件之间传输电力。电缆可以分为两种类型：直流电缆和交流电缆。直流电缆从太阳能模块传输直流电到逆变器或电池，而交流电缆从逆变器传输交流电到电网或负载。
光伏电站的布局取决于多种因素，如现场条件、系统规模、设计目标和电网要求。然而，典型的布局包括三个主要部分：发电部分、传输部分和分配部分。
发电部分包括太阳能模块、安装结构和逆变器，这些设备从阳光中产生电力。
传输部分包括电缆、开关和仪表，这些设备将电力从发电部分传输到分配部分。
分配部分包括电池、充电控制器和负载，这些设备存储或消耗电力。
以下图示展示了光伏电站的一个布局示例：
光伏电站的运行取决于多种因素，如天气条件、负载需求和电网状态。然而，典型的运行包括三种主要模式：充电模式、放电模式和并网模式。
当阳光充足且负载需求低时，进入充电模式。在这种模式下，太阳能模块产生的电力超过了负载的需求。多余的电力通过充电控制器为电池充电。
当没有阳光或负载需求高时，进入放电模式。在这种模式下，太阳能模块产生的电力少于负载的需求。不足的电力通过逆变器由电池供应。
当电网可用且电价有利时，进入并网模式。在这种模式下，太阳能模块产生的电力可以通过逆变器馈入电网。
当电网中断且需要备用电源时，并网模式也可以发生。在这种模式下，太阳能模块产生的电力可以通过逆变器供负载使用。
什么是聚光太阳能电站？
聚光太阳能电站是一种大规模的CSP系统，它使用镜子或透镜将阳光集中到接收器上，加热流体以驱动涡轮机或发动机发电。一个聚光太阳能电站包括几个组成部分，例如：
集热器: 这些设备反射或折射阳光到接收器上。集热器可以分为四种类型：抛物槽、抛物碟、线性菲涅尔反射器和中央接收器。抛物槽是弯曲的镜子，将阳光聚焦到沿着焦点线的线性接收管上。抛物碟是凹面镜，将阳光聚焦到焦点上的点接收器。线性菲涅尔反射器是平面镜，将阳光反射到上方的线性接收管上。中央接收器是被一组称为定日镜的平面镜包围的塔，这些镜子将阳光反射到顶部的点接收器上。
接收器: 这些设备吸收集中阳光并将热量传递给传热流体（HTF）。接收器可以分为两种类型：外部接收器和内部接收器。外部接收器暴露在大气中，由于对流和辐射导致热量损失较高。内部接收器封闭在真空室内，由于绝缘和抽真空导致热量损失较低。
传热流体: 这些流体在接收器中循环，并将热量从集热器传输到动力块。传热流体可以分为两种类型：热流体和熔盐。热流体是合成油或碳氢化合物等有机液体，具有高沸点和低冰点。熔盐是硝酸钠或硝酸钾等无机化合物，具有高热容量和低蒸汽压。
动力块: 在这里，使用与发电机耦合的涡轮机或发动机将热量转化为电能。动力块可以分为两种类型：蒸汽循环和布雷顿循环。蒸汽循环使用水作为HTF，产生驱动连接到发电机的蒸汽涡轮机的蒸汽。布雷顿循环使用空气作为HTF，产生驱动连接到发电机的燃气涡轮机的热空气。
储能系统: 在这里，多余的热量被储存起来，以备在没有阳光或负载需求高时使用。储能系统可以分为两种类型：显热储能和潜热储能。显热储能使用岩石、水或熔盐等材料，通过增加温度而不改变相位来储存热量。潜热储能使用相变材料（PCMs）或热化学材料（TCMs）等材料，通过改变相位或化学状态而不改变温度来储存热量。
聚光太阳能电站的布局取决于多种因素，如现场条件、系统规模、设计目标和电网要求。然而，典型的布局包括三个主要部分：集热场、动力块和储能系统。
集热场包括收集和传输来自阳光的热量的集热器、接收器和HTF。
动力块包括涡轮机、发动机、发电机和其他将热量转化为电能的设备。
储能系统包括储罐、容器和其他储存热量以备后用的设备。
聚光太阳能电站的运行取决于多种因素，如天气条件、负载需求和电网状态。然而，典型的运行包括三种主要模式：充电模式、放电模式和并网模式。
当阳光充足且负载需求低时，进入充电模式。在这种模式下，集热器将阳光集中到接收器上，使HTF受热。HTF然后流向动力块或储能系统，具体取决于系统配置和控制策略。
当没有阳光或负载需求高时，进入放电模式。在这种模式下，HTF从储能系统流向动力块，在那里产生蒸汽或热空气，驱动涡轮机或发动机发电。
当电网可用且电价有利时，进入并网模式。在这种模式下，动力块产生的电力可以通过变压器和开关馈入电网。当电网中断且需要备用电源时，并网模式也可以发生。在这种模式下，动力块产生的电力可以通过逆变器和开关供负载使用。
太阳能电站的优势和劣势
