Фотоелектрически електроцентрали

Дефиниция на слънчевите електроцентрали

Слънчевите електроцентрали произвеждат електричество, използвайки слънчева енергия, и се класифицират като фотоелектрически (PV) и концентриращи слънчева енергия (CSP) централи.

Фотоелектрически електроцентрали

Преобразуват слънчевата светлина директно в електричество, използвайки фотоелектрически клетки, и включват компоненти като фотоелектрически модули, инвертори и батерии.

Фотоелектрическата електроцентрала е голяма PV система, свързана с мрежата и предназначена да произвежда масово електричество от слънчевата радиация. Фотоелектрическата електроцентрала се състои от няколко компонента, такива като:

• Фотоелектрически модули: Основните единици на PV системата, съставени от фотоелектрически клетки, които преобразуват светлината в електричество. Фотоелектрическите клетки, обикновено направени от кремик, поглъщат фотони и освобождават електрони, създавайки електрическа тока. Фотоелектрическите модули могат да се подредят в сериен, паралелен или сериен-паралелен конфигурации, в зависимост от нуждите на системата по напрежение и ток.

• Монтажни конструкции: Могат да бъдат фиксирани или регулируеми. Фиксираните конструкции са по-евтини, но не следват движението на слънцето, което може да намали продукцията. Регулируемите конструкции се наклоняват или въртят, за да следят слънцето, увеличавайки производството на енергия. Те могат да бъдат ръчни или автоматични, в зависимост от необходимия контрол.

• Инвертори: Това са устройства, които преобразуват постоянната тока (DC), произведена от фотоелектрическите модули, в променливата тока (AC), която може да се подава в мрежата или да се използва от AC потребителски апарати.

• Инверторите могат да бъдат класифицирани в два типа: централни инвертори и микроИнвертори. Централните инвертори са големи единици, които свързват няколко фотоелектрически модула или масиви и предоставят единичен AC изход. МикроИнверторите са малки единици, които се свързват към всеки фотоелектрически модул или панел и предоставят индивидуални AC изходи. Централните инвертори са по-ефективни и икономически за големи системи, докато микроИнверторите са по-гъвкави и надеждни за малки системи.

• Контролери на заряд: Регулират напрежението и тока от фотоелектрическите модули, за да предотвратят прекомерна заредка или разрядка на батерията. Те се предлагат в два типа: импулсна ширина на модулация (PWM) и максимална точка на мощност (MPPT). Контролерите PWM са по-прости и евтини, но губят част от енергията. MPPT контролерите са по-ефективни и оптимизират изхода на енергия, като съвпадат с максималната точка на мощност на фотоелектрическите модули.

• Батерии: Това са устройства, които съхраняват излишната електрическа енергия, произведена от фотоелектрическите модули или масиви, за по-късна употреба, когато няма слънце или когато мрежата е изключена. Батериите могат да бъдат класифицирани в два типа: свинцови-киселинови батерии и литий-ионни батерии. Свинцовите-киселинови батерии са по-евтини и по-широко използвани, но имат по-ниска енергийна плътност, по-кратък срок на използване и изискват повече поддръжка. Литий-ионните батерии са по-скъпи и по-рядко срещани, но имат по-висока енергийна плътност, по-дълъг срок на използване и изискват по-малко поддръжка.

• Ключове: Свързват или разединяват части от системата, като фотоелектрически модули, инвертори и батерии. Те могат да бъдат ръчни или автоматични. Ръчните ключове изискват човешко управление, докато автоматичните ключове работят на основата на предварително дефинирани условия или сигнали.

• Метри: Това са устройства, които измерват и показват различни параметри на системата, такива като напрежение, ток, мощност, енергия, температура или радиация. Метрите могат да бъдат аналогови или цифрови, в зависимост от типа на дисплея и необходимата точност. Аналоговите метри използват игли или кръгове, за да покажат стойности, докато цифровите метри използват числа или графики, за да покажат стойности.

• Кабели: Това са жици, които пренасят електричество между различните компоненти на системата. Кабелите могат да бъдат класифицирани в два типа: DC кабели и AC кабели. DC кабелите пренасят постоянна тока от фотоелектрическите модули към инверторите или батериите, докато AC кабелите пренасят променлива тока от инверторите към мрежата или потребителите.

Частта за генериране включва фотоелектрически модули, монтажни конструкции и инвертори, които произвеждат електричество от слънчевата светлина.Частта за пренос включва кабели, ключове и метри, които пренасят електричество от частта за генериране до частта за разпределение.

Частта за разпределение включва батерии, контролери на заряд и потребителски апарати, които съхраняват или използват електричество.Следващата диаграма показва пример за разположение на фотоелектрическа електроцентрала:

Работата на фотоелектрическата електроцентрала зависи от няколко фактора, такива като метеорологични условия, потребността в ток и състоянието на мрежата. Но типичната работа включва три основни режима: режим на зареждане, режим на разряждане и режим на свързване с мрежата.

Режим на зареждане се случва, когато има излишък слънце и ниска потребност. В този режим фотоелектрическите модули произвеждат повече електричество, отколкото е необходимо. Излишното електричество зарежда батериите чрез контролерите на заряд.

Режим на разряждане се случва, когато няма слънце или има висока потребност. В този режим фотоелектрическите модули произвеждат по-малко електричество, отколкото е необходимо за потребителите. Дефицитът от електричество се доставя от батериите чрез инверторите.

Режим на свързване с мрежата може да се случи, когато има прекъсване на мрежата и е необходима резервна енергия. В този режим фотоелектрическите модули произвеждат електричество, което може да се използва от потребителите чрез инверторите.

Преимущества

• Слънчевите електроцентрали използват възобновяема и чиста енергия, която не излъчва парникови газове или замърсители.

• Слънчевите електроцентрали могат да намалят зависимостта от fosil fuels и да подобрят енергийната сигурност и разнообразие.

• Слънчевите електроцентрали могат да предоставят електричество в отдалечени области, където връзката с мрежата не е възможна или надеждна.

• Слънчевите електроцентрали могат да създадат местни работни места и икономически ползи за общностите и регионите.

• Слънчевите електроцентрали могат да се възползват от различни стимули и политики, които подкрепят развитието и разпространението на възобновяемата енергия.

Недостатъци

• Слънчевите електроцентрали изискват големи площи и може да имат околната среда върху дивата природа, растителността и водните ресурси.

• Слънчевите електроцентрали имат високи начални капталови разходи и дълги периоди на възвръщаемост в сравнение с традиционните електроцентрали.

• Слънчевите електроцентрали имат ниски фактори на капацитет и зависят от метеорологичните условия и дневните цикли, които влияят на техния изход и надеждност.

• Слънчевите електроцентрали изискват резервни или съхранителни системи, за да гарантират непрекъснато снабдяване с електричество по време на периоди на ниска или без слънчева светлина.

• Слънчевите електроцентрали се сблъскват с технически предизвикателства, такива като интеграция в мрежата, връзки, пренос и разпределение.