Φωτοβολταϊκά Σταθμοί Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Ορισμός Φωτοβολταϊκών Σταθμών Παραγωγής

Οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια και κατατάσσονται σε φωτοβολταϊκούς (PV) και συγκεντρωτικούς ηλιακούς σταθμούς (CSP).

Φωτοβολταϊκοί Σταθμοί Παραγωγής

Μετατρέπουν άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά κύτταρα και περιλαμβάνουν συσταδικά στοιχεία όπως φωτοβολταϊκά μόντουλ, ενεργειακά μετατροπείς και μπαταρίες.

Ένας φωτοβολταϊκός σταθμός παραγωγής είναι ένα μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκό σύστημα που είναι συνδεδεμένο με το δίκτυο και σχεδιάζεται για να παράγει μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία. Ένας φωτοβολταϊκός σταθμός παραγωγής αποτελείται από διάφορα συσταδικά στοιχεία, όπως:

• Φωτοβολταϊκά μόντουλ: Τα βασικά μονάδες ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, αποτελούμενα από φωτοβολταϊκά κύτταρα που μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα, συνήθως κατασκευασμένα από πυρίτιο, απορροφούν φωτόνια και απελευθερώνουν ηλεκτρόνια, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φωτοβολταϊκά μόντουλ μπορούν να διατεταχθούν σε σειριακές, παράλληλες ή σειριακές-παράλληλες διατάξεις, ανάλογα με τις ανάγκες τάσης και ρεύματος του συστήματος.

• Δομές στήριξης: Μπορούν να είναι σταθερές ή προσαρμοστικές. Οι σταθερές δομές είναι φθηνότερες, αλλά δεν ακολουθούν την κίνηση του ήλιου, με δυνατή μείωση της παραγωγής. Οι προσαρμοστικές δομές κλίνονται ή περιστρέφονται για να ακολουθούν τον ήλιο, ενισχύοντας την παραγωγή ενέργειας. Μπορούν να είναι χειροκίνητες ή αυτόματες, ανάλογα με τον απαραίτητο έλεγχο.

• Ενεργειακοί μετατροπείς: Αυτά είναι συσκευές που μετατρέπουν το έμμεσο ρεύμα (DC) που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) που μπορεί να εισαχθεί στο δίκτυο ή να χρησιμοποιηθεί από AC φορτία.

• Οι ενεργειακοί μετατροπείς μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: κεντρικοί μετατροπείς και μικρομετατροπείς. Οι κεντρικοί μετατροπείς είναι μεγάλες μονάδες που συνδέουν αρκετά φωτοβολταϊκά μόντουλ ή σειρές και παρέχουν ένα ενιαίο AC εξέλιξη. Οι μικρομετατροπείς είναι μικρές μονάδες που συνδέονται σε κάθε φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πάνελ και παρέχουν ξεχωριστές AC εξελίξεις. Οι κεντρικοί μετατροπείς είναι πιο κατάλληλοι και αποδοτικοί για μεγάλης κλίμακας συστήματα, ενώ οι μικρομετατροπείς είναι πιο ευέλικτοι και αξιόπιστοι για μικρής κλίμακας συστήματα.

• Ρυθμιστές φόρτισης: Ρυθμίζουν την τάση και το ρεύμα από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ για να προλάβουν την υπερφόρτιση ή την υποφόρτιση των μπαταριών. Υπάρχουν δύο τύποι: ρυθμιστές πλάτους παλμού (PWM) και ρυθμιστές επιτήρησης μέγιστου σημείου ισχύος (MPPT). Οι PWM ρυθμιστές είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, αλλά απορρίπτουν μερική ενέργεια. Οι MPPT ρυθμιστές είναι πιο αποδοτικοί και βελτιώνουν την εξόδο ενέργειας, ταιριάζοντας το μέγιστο σημείο ισχύος των φωτοβολταϊκών μοντούλ.

• Μπαταρίες: Αυτές είναι συσκευές που αποθηκεύουν την υπεράνω της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ ή σειρές για μεταγενέστερη χρήση όταν δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία ή όταν το δίκτυο είναι έξω. Οι μπαταρίες μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: μολυβδανικές μπαταρίες και λιθιοϊονικές μπαταρίες. Οι μολυβδανικές μπαταρίες είναι φθηνότερες και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες, αλλά έχουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, μικρότερη διάρκεια ζωής και απαιτούν περισσότερη συντήρηση. Οι λιθιοϊονικές μπαταρίες είναι πιο ακριβές και λιγότερο κοινές, αλλά έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και απαιτούν λιγότερη συντήρηση.

• Κλειδώματα: Συνδέουν ή αποσυνδέουν μέρη του συστήματος, όπως φωτοβολταϊκά μόντουλ, ενεργειακοί μετατροπείς και μπαταρίες. Μπορούν να είναι χειροκίνητα ή αυτόματα. Τα χειροκίνητα κλειδώματα χρειάζονται ανθρώπινη λειτουργία, ενώ τα αυτόματα κλειδώματα λειτουργούν με βάση προκαθορισμένες συνθήκες ή σήματα.

• Μετρητές: Αυτές είναι συσκευές που μετρούν και εμφανίζουν διάφορους παραμέτρους του συστήματος, όπως τάση, ρεύμα, ισχύ, ενέργεια, θερμοκρασία ή ακτινοβολία. Οι μετρητές μπορούν να είναι αναλογικοί ή ψηφιακοί, ανάλογα με τον τύπο εμφάνισης και την ακρίβεια που απαιτείται. Οι αναλογικοί μετρητές χρησιμοποιούν ανάδες ή διαλέξεις για να εμφανίσουν τιμές, ενώ οι ψηφιακοί μετρητές χρησιμοποιούν αριθμούς ή γραφήματα για να εμφανίσουν τιμές.

• Καλώδια: Αυτά είναι τα σύρματα που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ διαφόρων συσταδικών στοιχείων του συστήματος. Τα καλώδια μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: DC καλώδια και AC καλώδια. Τα DC καλώδια μεταφέρουν έμμεσο ρεύμα από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ στους ενεργειακούς μετατροπείς ή τις μπαταρίες, ενώ τα AC καλώδια μεταφέρουν εναλλασσόμενο ρεύμα από τους ενεργειακούς μετατροπείς στο δίκτυο ή τα φορτία.

Η παραγωγική ενότητα περιλαμβάνει φωτοβολταϊκά μόντουλ, δομές στήριξης και ενεργειακούς μετατροπείς που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία. Η μεταφορική ενότητα περιλαμβάνει τα καλώδια, τα κλειδώματα και τους μετρητές που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια από την παραγωγική ενότητα στην ενεργειακή διανομή.

Η ενεργειακή διανομή περιλαμβάνει τις μπαταρίες, τους ρυθμιστές φόρτισης και τα φορτία που αποθηκεύουν ή καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα διάταξης φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής:

Η λειτουργία ενός φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως τις κλιματολογικές συνθήκες, τη ζήτηση φορτίου και την κατάσταση του δικτύου. Ωστόσο, μια τυπική λειτουργία αποτελείται από τρεις κύριες λειτουργίες: λειτουργία φόρτισης, λειτουργία απόφορτισης και λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο.

Η λειτουργία φόρτισης συμβαίνει όταν υπάρχει υπεράνω ηλιακή ακτινοβολία και χαμηλή ζήτηση. Σε αυτή τη λειτουργία, τα φωτοβολταϊκά μόντουλ παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από ό,τι απαιτείται. Η επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια φορτίζει τις μπαταρίες μέσω των ρυθμιστών φόρτισης.

Η λειτουργία απόφορτισης συμβαίνει όταν δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία ή υπάρχει υψηλή ζήτηση φορτίου. Σε αυτή τη λειτουργία, τα φωτοβολταϊκά μόντουλ παράγουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από ό,τι απαιτείται από τα φορτία. Η ελλείψη ηλεκτρικής ενέργειας εφοδιάζεται από τις μπαταρίες μέσω των ενεργειακών μετατροπέων.

Η λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο μπορεί επίσης να συμβεί όταν υπάρχει έκπτωση του δικτύου και απαιτείται εφεδρική ενέργεια. Σε αυτή τη λειτουργία, τα φωτοβολταϊκά μόντουλ παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα φορτία μέσω των ενεργειακών μετατροπέων.

Πλεονεκτήματα

• Οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας χρησιμοποιούν αν