Fotovoltaické elektrárny

Definice solárních elektráren

Solární elektrárny vyrábějí elektřinu pomocí solární energie a dělí se na fotovoltaické (PV) a koncentrované solární elektrárny (CSP).

Fotovoltaické elektrárny

Převádějí sluneční svit přímo na elektřinu pomocí solárních článků a zahrnují komponenty jako jsou solární moduly, invertory a baterie.

Fotovoltaická elektrárna je velká PV systém, který je připojen k síti a navržen tak, aby produkoval velké množství elektrické energie z solárního záření. Fotovoltaická elektrárna se skládá z několika komponent, jako jsou:

• Solární moduly: Základní jednotky PV systému, složené ze solárních článků, které převádějí světlo na elektřinu. Solární články, obvykle vyrobené z křemíku, pohlcují fotony a uvolňují elektrony, což vytváří elektrický proud. Solární moduly lze uspořádat v sériových, paralelních nebo sériově-paralelních konfiguracích, v závislosti na potřebách napětí a proudu systému.

• Montážní struktury: Mohou být pevné nebo nastavitelné. Pevné struktury jsou levnější, ale nesledují pohyb slunce, což může snížit výkon. Nastavitelné struktury se naklání nebo otáčejí, aby sledovaly slunce a zvyšovaly produkci energie. Mohou být ruční nebo automatické, v závislosti na požadované kontrole.

• Invertory: Jsou zařízení, která převádějí stejnosměrný proud (DC) vyrobený solárními moduly na střídavý proud (AC), který lze přiveden do sítě nebo použit pro AC spotřebiče.

• Invertory lze rozdělit do dvou typů: centrální invertory a mikroinvertory. Centrální invertory jsou velké jednotky, které spojují několik solárních modulů nebo polí a poskytují jediný AC výstup. Mikroinvertory jsou malé jednotky, které se připojují k každému solárnímu modulu nebo panelu a poskytují individuální AC výstupy. Centrální invertory jsou ekonomičtější a efektivnější pro velké systémy, zatímco mikroinvertory jsou flexibilnější a spolehlivější pro malé systémy.

• Regulační čidlo nabití: Regulují napětí a proud z solárních modulů, aby zabránily přetížení nebo přerušení baterie. Existují ve dvou typech: šířková modulace pulzu (PWM) a sledování bodu maximálního výkonu (MPPT). PWM regulační čidlo jsou jednodušší a levnější, ale ztrácí nějakou energii. MPPT regulační čidlo jsou efektivnější a optimalizují výstup energie tím, že odpovídají bodu maximálního výkonu solárních modulů.

• Baterie: Jsou zařízení, která ukládají nadbytečnou elektřinu vyrobenou solárními moduly nebo poli pro pozdější použití, kdy není sluneční svit nebo když je síť vypnutá. Baterie lze rozdělit do dvou typů: olověné baterie a lithiové baterie. Olověné baterie jsou levnější a širší používány, ale mají nižší energetickou hustotu, kratší životnost a vyžadují více údržby. Lithiové baterie jsou dražší a méně běžné, ale mají vyšší energetickou hustotu, delší životnost a vyžadují méně údržby.

• Spínací prvky: Spojují nebo odpojují části systému, jako jsou solární moduly, invertory a baterie. Mohou být ruční nebo automatické. Ruční spínací prvky vyžadují lidskou operaci, zatímco automatické spínací prvky fungují na základě předdefinovaných podmínek nebo signálů.

• Měřicí přístroje: Jsou zařízení, která měří a zobrazují různé parametry systému, jako jsou napětí, proud, výkon, energie, teplota nebo ozáření. Měřicí přístroje mohou být analogové nebo digitální, v závislosti na typu zobrazení a potřebné přesnosti. Analogové měřicí přístroje používají jehly nebo ukazatele k zobrazení hodnot, zatímco digitální měřicí přístroje používají čísla nebo grafy k zobrazení hodnot.

• Kabely: Jsou dráty, které přenášejí elektřinu mezi různými komponentami systému. Kabely lze rozdělit do dvou typů: DC kabely a AC kabely. DC kabely přenášejí stejnosměrný proud ze solárních modulů k invertorům nebo bateriím, zatímco AC kabely přenášejí střídavý proud z invertorů do sítě nebo spotřebičů.

Část generace zahrnuje solární moduly, montážní struktury a invertory, které vyrábějí elektřinu ze slunečního svitu. Část přenosu zahrnuje kabely, spínací prvky a měřicí přístroje, které přenášejí elektřinu z části generace do části distribuce.

Část distribuce zahrnuje baterie, regulační čidlo nabití a spotřebiče, které ukládají nebo spotřebovávají elektřinu. Následující diagram ukazuje příklad rozvržení fotovoltaické elektrárny:

Provoz fotovoltaické elektrárny závisí na několika faktorech, jako jsou počasí, poptávka po spotřebě a stav sítě. Nicméně, typický provoz zahrnuje tři hlavní režimy: nabíjecí režim, výběrový režim a režim propojení se sítí.

Nabíjecí režim nastává, když je nadbytek slunečního svitu a nízká poptávka. V tomto režimu solární moduly vyrobí více elektřiny, než je potřeba. Tato nadbytečná elektřina nabije baterie prostřednictvím regulačních čidel nabití.

Výběrový režim nastává, když není sluneční svit nebo když je vysoká poptávka. V tomto režimu solární moduly vyrobí méně elektřiny, než je potřeba pro spotřebiče. Tento deficit elektřiny zajišťují baterie prostřednictvím invertorů.

Režim propojení se sítí může nastat také, když dojde k výpadku sítě a je potřeba záložního zdroje. V tomto režimu solární moduly vyrobí elektřinu, kterou mohou spotřebiče použít prostřednictvím invertorů.

Výhody

• Solární elektrárny využívají obnovitelnou a čistou energii, která nevydává skleníkové plyny nebo znečištění.

• Solární elektrárny mohou snížit závislost na fosilních palivech a zlepšit energetickou bezpečnost a diverzifikaci.

• Solární elektrárny mohou poskytovat elektřinu v odlehlých oblastech, kde spojení se sítí není možné nebo spolehlivé.

• Solární elektrárny mohou vytvářet místní pracovní místa a ekonomické výhody pro komunity a regiony.

• Solární elektrárny mohou využívat různé pobídky a politiky, které podporují vývoj a nasazení obnovitelných zdrojů energie.

Nevýhody

• Solární elektrárny vyžadují velké plochy půdy a mohou mít environmentální dopad na zvěř, vegetaci a vodní zdroje.

• Solární elektrárny mají vysoké počáteční investiční náklady a dlouhé období návratnosti v porovnání s tradičními elektrárnami.

• Solární elektrárny mají nízké kapacitní faktory a závisí na počasí a denních cyklech, což ovlivňuje jejich výkon a spolehlivost.

• Solární elektrárny vyžadují záložní nebo úložné systémy, aby zajistily nepřetržitý přísun elektřiny během období nízkého nebo žádného slunečního svitu.

• Solární elektrárny čelí technickým výzvám, jako je integrace do sítě, interkonexe, přenos a distribuce.