Plantes de generació fotovoltaica

Definició de les plantes solars

Les plantes solars generen electricitat utilitzant l'energia solar, i es classifiquen en plantes fotovoltaiques (PV) i plantes de concentració solar (CSP).

Plantes fotovoltaiques

Converteixen la llum solar directament en electricitat utilitzant cèl·lules solars i inclouen components com mòduls solars, inversors i bateries.

Una planta fotovoltaica és un sistema PV a gran escala que està connectat a la xarxa i està dissenyat per produir electricitat a grans volums a partir de la radiació solar. Una planta fotovoltaica consta de diversos components, com:

• Mòduls solars: Són les unitats bàsiques d'un sistema PV, compostes per cèl·lules solars que converteixen la llum en electricitat. Les cèl·lules solars, típicament fabricades amb silici, absorbeixen fòtons i alliberen electrons, creant una corrent elèctrica. Els mòduls solars es poden disposar en sèrie, paral·lel o sèrie-paral·lel, depenent de les necessitats de tensió i corrent del sistema.

• Estructures de muntatge: Poden ser fixes o ajustables. Les estructures fixes són més barates però no segueixen el moviment del sol, cosa que pot reduir la producció. Les estructures ajustables es giran o roten per seguir el sol, augmentant la producció d'energia. Poden ser manuals o automàtiques, depenent del control necessari.

• Inversors: Són dispositius que converteixen la corrent contínua (CC) produïda pels mòduls solars en corrent alternada (CA) que es pot alimentar a la xarxa o utilitzar per càrregues CA.

• Els inversors es poden classificar en dos tipus: inversors centrals i microinversors. Els inversors centrals són unitats grans que connecten diversos mòduls solars o arregles i proporcionen una única sortida CA. Els microinversors són unitats petites que es connecten a cada mòdul solar o panell i proporcionen sortides CA individuals. Els inversors centrals són més econòmics i eficients per a sistemes a gran escala, mentre que els microinversors són més flexibles i fiables per a sistemes a petita escala.

• Controladors de càrrega: Regulen la tensió i corrent dels mòduls solars per evitar la sobrecàrrega o descàrrega excessiva de les bateries. Existeixen dos tipus: modulació de l'amplada del pols (PWM) i seguiment del punt de màxima potència (MPPT). Els controladors PWM són més simples i barats però desperdicien una mica d'energia. Els controladors MPPT són més eficients i optimitzen la producció d'energia adaptant-se al punt de màxima potència dels mòduls solars.

• Bateries: Són dispositius que emmagatzemen l'electricitat excedent generada pels mòduls solars o arregles per a un ús posterior quan no hi ha llum solar o quan la xarxa està fora de servei. Les bateries es poden classificar en dos tipus: bateries de plom-àcid i bateries de lítium-ion. Les bateries de plom-àcid són més barates i més utilitzades, però tenen una densitat d'energia més baixa, una vida útil més curta i requereixen més manteniment. Les bateries de lítium-ion són més careres i menys comunes, però tenen una densitat d'energia més alta, una vida útil més llarga i requereixen menys manteniment.

• Interruptors: Connecten o desconecten parts del sistema, com mòduls solars, inversors i bateries. Poden ser manuals o automàtics. Els interruptors manuals necessiten operació humana, mentre que els automàtics funcionen basant-se en condicions o senyals predefinits.

• Contadors: Són dispositius que mesuren i mostren diversos paràmetres del sistema, com la tensió, corrent, potència, energia, temperatura o irradiància. Els comptadors poden ser analògics o digitals, depenent del tipus de visualització i precisió necessària. Els comptadors analògics utilitzen agulles o quadrants per mostrar valors, mentre que els digitals utilitzen números o gràfics per mostrar valors.

• Cables: Són fils que transmeten electricitat entre diferents components del sistema. Els cables es poden classificar en dos tipus: cables CC i cables CA. Els cables CC porten corrent contínua dels mòduls solars als inversors o bateries, mentre que els cables CA porten corrent alternada dels inversors a la xarxa o càrregues.

La part de generació inclou mòduls solars, estructures de muntatge i inversors que produeixen electricitat a partir de la llum solar.La part de transmissió inclou els cables, interruptors i comptadors que transmeten electricitat de la part de generació a la part de distribució.

La part de distribució inclou les bateries, controladors de càrrega i càrregues que emmagatzemen o consumeixen electricitat.El següent diagrama mostra un exemple de la disposició d'una planta fotovoltaica:

L'operació d'una planta fotovoltaica depèn de diversos factors, com les condicions meteorològiques, la demanda de càrrega i l'estat de la xarxa. No obstant això, una operació típica consta de tres modes principals: mode de càrrega, mode de descàrrega i mode de connexió a la xarxa.

El mode de càrrega ocorre quan hi ha excés de llum solar i baixa demanda. En aquest mode, els mòduls solars generen més electricitat del que es necessita. L'electricitat extra carrega les bateries a través dels controladors de càrrega.

El mode de descàrrega ocorre quan no hi ha llum solar o hi ha una alta demanda de càrrega. En aquest mode, els mòduls solars generen menys electricitat del que es necessita per a les càrregues. La electricitat deficitària es subministra per les bateries a través dels inversors.

El mode de connexió a la xarxa també pot ocorre quan hi ha un tall de la xarxa i es necessita energia de suport. En aquest mode, els mòduls solars generen electricitat que es pot utilitzar per a les càrregues a través dels inversors.

Avantatges

• Les plantes solars utilitzen energia renovable i neta que no emet gasos d’efecte hivernacle ni contaminants.

• Les plantes solars poden reduir la dependència dels combustibles fòssils i millorar la seguretat i diversitat energètica.

• Les plantes solars poden proporcionar electricitat en àrees remotes on la connexió a la xarxa no és factible o fiable.

• Les plantes solars poden crear llocs de treball locals i beneficis econòmics per a les comunitats i regions.

• Les plantes solars poden beneficiar-se de diversos incentius i polítiques que suporten el desenvolupament i implementació d'energies renovables.

Desavantatges

• Les plantes solars requereixen grans extensions de terra i poden tenir impacts ambientals sobre la fauna, la flora i els recursos hídrics.

• Les plantes solars tenen costos inicials de capital elevats i períodes de retorn llargs en comparació amb les plantes convencionals.

• Les plantes solars tenen factors de capacitat baixos i depenen de les condicions meteorològiques i els cicles diurns que afecten la seva producció i fiabilitat.

• Les plantes solars necessiten sistemes de suport o emmagatzematge per assegurar un subministrament continu d'electricitat durant períodes de baixa o cap llum solar.

• Les plantes solars encaraen reptes tècnics com la integració a la xarxa, la interconnexió, la transmissió i la distribució.