Fotovoltaiske kraftværker

Definition af solceller

Solcelleanlæg producerer elektricitet ved hjælp af solenergi og er inddelede i fotovoltaiske (PV) og koncentrerede solkraftværker (CSP).

Fotovoltaiske kraftværker

Omvandler sollys direkte til elektricitet ved hjælp af solceller og inkluderer komponenter som solmodulet, invertere og batterier.

Et fotovoltaisk kraftværk er et stort PV-system, der er forbundet til nettet og designet til at producere bulk elektricitet fra solstråling. Et fotovoltaisk kraftværk består af flere komponenter, såsom:

• Solmodulet: De grundlæggende enheder i et PV-system, sammensat af solceller, der omdanner lys til elektricitet. Solceller, typisk lavet af silicium, absorberer fotoner og frigør elektroner, hvilket skaber en elektrisk strøm. Solmodulet kan arrangeres i serie, parallel eller serie-parallell konfigurationer, afhængigt af systemets spændings- og strømnedsbehov.

• Montagestrukturer: De kan være faste eller justerbare. Faste strukturer er billigere, men følger ikke solens bevægelse, hvilket muligvis reducerer udbyttet. Justerbare strukturer tilter eller roterer for at spore solen, hvilket forbedrer energiproduktionen. De kan være manuelle eller automatiske, afhængigt af den kontrole, der er nødvendig.

• Invertere: Disse er enheder, der omdanner den direkte strøm (DC), der produceres af solmodulet, til vekslende strøm (AC), der kan fødes ind i nettet eller bruges af AC-laste.

• Invertere kan inddeles i to typer: centrale invertere og mikroinvertere. Centrale invertere er store enheder, der forbinder flere solmodulet eller -arrangementer og giver en enkelt AC-udgang. Mikroinvertere er små enheder, der forbinder hvert solmodulet eller -panel og giver individuelle AC-udgange. Centrale invertere er mere kosteffektive og effektive for store systemer, mens mikroinvertere er mere fleksible og pålidelige for små systemer.

• Laderegulering: Regulerer spændingen og strømmen fra solmodulet for at forhindre overladning eller overudladning af batterier. De findes i to typer: pulsbreddeberegning (PWM) og maksimal effektpunktsporing (MPPT). PWM-reguleringer er enklere og billigere, men spilder nogle energi. MPPT-reguleringer er mere effektive og optimerer energiudbyttet ved at matche solmodulets maksimale effektpunkt.

• Batterier: Disse er enheder, der gemmer overskydende elektricitet, der produceres af solmodulet eller -arrangementer, til senere brug, når der ikke er sollys eller når nettet er nede. Batterier kan inddeles i to typer: blybatterier og lithium-ion-batterier. Blybatterier er billigere og mere udbredte, men har en lavere energitæthed, kortere levetid og kræver mere vedligeholdelse. Lithium-ion-batterier er dyrere og mindre almindelige, men har en højere energitæthed, længere levetid og kræver mindre vedligeholdelse.

• Kontakter: Forbinder eller afbryder dele af systemet, som solmodulet, invertere og batterier. De kan være manuelle eller automatiske. Manuelle kontakter skal styres af mennesker, mens automatiske kontakter fungerer baseret på foruddefinerede betingelser eller signaler.

• Målere: Disse er enheder, der måler og viser forskellige parametre i systemet, såsom spænding, strøm, effekt, energi, temperatur eller stråling. Målere kan være analoge eller digitale, afhængigt af displaytypen og nødvendig præcision. Analoge målere bruger nåle eller urvise til at vise værdier, mens digitale målere bruger tal eller grafer til at vise værdier.

• Kabler: Disse er ledninger, der transmitterer elektricitet mellem forskellige komponenter i systemet. Kabler kan inddeles i to typer: DC-kabler og AC-kabler. DC-kabler transmitterer direkte strøm fra solmodulet til invertere eller batterier, mens AC-kabler transmitterer vekslende strøm fra invertere til nettet eller laste.

Genereringsdelen inkluderer solmodulet, montagestrukturer og invertere, der producerer elektricitet fra sollys. Overførselsdelen inkluderer kabler, kontakter og målere, der transmitterer elektricitet fra genereringsdelen til distributionsdelen.

Distributionsdelen inkluderer batterier, laderegulering og laste, der gemmer eller forbruger elektricitet. Nedenstående diagram viser et eksempel på en layout for et fotovoltaisk kraftværk:

Driften af et fotovoltaisk kraftværk afhænger af flere faktorer, såsom vejrforhold, lastefordring og netstatus. Imidlertid består en typisk drift af tre hovedtilstande: opladningsmode, afladningsmode og nettielement-mode.

Opladningsmode sker, når der er overskydende sollys og lav efterspørgsel. I denne mode producerer solmodulet mere elektricitet end det, der er nødvendigt. Den ekstra elektricitet oplader batterierne via ladereguleringen.

Afladningsmode opstår, når der ikke er sollys eller høj lastefordring. I denne mode producerer solmodulet mindre elektricitet end det, der er nødvendigt for laste. Det manglende elektricitet leveres af batterierne gennem invertere.

Nettielement-mode kan også opstå, når der er en netudslukning, og backup-strøm er nødvendig. I denne mode producerer solmodulet elektricitet, der kan bruges af laste gennem invertere.

Fordel

• Solcelleanlæg bruger fornyelig og ren energi, der ikke emitterer drivhusgasser eller forurenende stoffer.

• Solcelleanlæg kan reducere afhængigheden af fossile brændstoffer og forbedre energisikkerhed og diversitet.

• Solcelleanlæg kan give elektricitet i afsides beliggende områder, hvor netforbindelse ikke er mulig eller pålidelig.

• Solcelleanlæg kan skabe lokale job og økonomiske fordele for samfund og regioner.

• Solcelleanlæg kan nyde godt af forskellige incitamenter og politikker, der understøtter udviklingen og implementeringen af fornyelig energi.

Ulemper

• Solcelleanlæg kræver store arealer og kan have miljømæssige indvirkninger på vilde dyr, vegetation og vandressourcer.

• Solcelleanlæg har høje initiale kapitalomkostninger og lange tilbagebetalesperioder sammenlignet med konventionelle kraftværker.

• Solcelleanlæg har lave kapacitetsfaktorer og afhænger af vejrforhold og døgnrhythmer, der påvirker deres udbytte og pålidelighed.

• Solcelleanlæg har brug for backup- eller lagringssystemer for at sikre en kontinuerlig levering af elektricitet under perioder med lavt eller intet sollys.

• Solcelleanlæg står over for tekniske udfordringer som netintegration, forbindelse, transmission og distribution.