Fotovoltaične elektrane

Definicija solarnih elektranama

Solarni elektrane proizvode struju koristeći sunčevu energiju, klasičene u fotovoltaičke (PV) i koncentrirane solarno-toplotne (CSP) elektrane.

Fotovoltaičke elektrane

Pretvaraju sunčevu svjetlost direktno u električnu energiju koristeći solarni čelije i uključuju komponente poput solarnih modula, invertera i baterija.

Fotovoltaička elektrana je velika PV sustav povezan s mrežom i dizajniran za proizvodnju masovne električne snage iz sunčeve radijacije. Fotovoltaička elektrana sastoji se od nekoliko komponenti, poput:

• Solarni moduli: Osnovne jedinice PV sustava, sastavljene od solarnih čelija koje pretvaraju svjetlost u električnu energiju. Solarni čelije, obično izrađeni od silicijuma, apsorbiraju fotonima i oslobađaju elektrone, stvarajući električni tok. Solarni moduli mogu biti raspoređeni u seriji, paralelno ili serija-paralelno, ovisno o potrebama napona i toka sustava.

• Montažne konstrukcije: Mogu biti fiksne ili prilagodljive. Fiksne konstrukcije su jeftinije ali ne prate kretanje Sunca, što može smanjiti proizvodnju. Prilagodljive konstrukcije nagibaju se ili rotiraju kako bi pratili Sunce, poboljšavajući proizvodnju energije. Mogu biti ručne ili automatske, ovisno o potrebama kontrole.

• Inverteri: To su uređaji koji pretvaraju jednosmjerni tok (DC) proizveden od solarnih modula u izmjenični tok (AC) koji se može isporučiti u mrežu ili koristiti od AC opterećenja.

• Inverteri se mogu klasificirati u dvije vrste: centralni inverteri i mikroinverteri. Centralni inverteri su veliki jedinice koje spajaju nekoliko solarnih modula ili polja i pružaju jedan AC izlaz. Mikroinverteri su male jedinice koje se spajaju na svaki solarni modul ili panel i pružaju pojedinačne AC izlaze. Centralni inverteri su jeftiniji i učinkovitiji za velike sustave, dok su mikroinverteri fleksibilniji i pouzdaniji za male sustave.

• Upravljači nabijanjem: Reguliraju napon i tok iz solarnih modula kako bi se spriječilo preopterećenje ili nadiskorijentacija baterija. Dolaze u dvije vrste: širinsko-modulacijski (PWM) i praćenje maksimalne točke snage (MPPT). PWM upravljači su jednostavniji i jeftiniji, ali troše neku energiju. MPPT upravljači su učinkovitiji i optimiziraju izlaznu energiju usklađivanjem s maksimalnom točkom snage solarnih modula.

• Baterije: To su uređaji koji pohranjuju višak električne energije generirane od solarnih modula ili polja za kasniju upotrebu kada nema sunčeve svjetlosti ili kada je mreža isključena. Baterije se mogu klasificirati u dvije vrste: olovne baterije i litij-ionske baterije. Olovne baterije su jeftinije i šire korištene, ali imaju nižu energetsku gustoću, kraće životno vrijeme i zahtijevaju više održavanja. Litij-ionske baterije su skuplje i manje uobičajene, ali imaju veću energetsku gustoću, duže životno vrijeme i zahtijevaju manje održavanja.

• Prekidači: Spajaju ili odspajaju dijelove sustava, poput solarnih modula, invertera i baterija. Mogu biti ručni ili automatski. Ručni prekidači zahtijevaju ljudski rad, dok automatski prekidači rade na temelju preddefiniranih uvjeta ili signala.

• Brojila: To su uređaji koji mjere i prikazuju razne parametre sustava, poput napona, toka, snage, energije, temperature ili zračenja. Brojila mogu biti analogna ili digitalna, ovisno o vrsti prikaza i potrebnoj preciznosti. Analogna brojila koriste igle ili pokazivače za prikaz vrijednosti, dok digitalna brojila koriste brojeve ili grafikone za prikaz vrijednosti.

• Kabeli: To su žice koje prenose struju između različitih komponenti sustava. Kabeli se mogu klasificirati u dvije vrste: DC kabeli i AC kabeli. DC kabeli prenose jednosmjerni tok od solarnih modula do invertera ili baterija, dok AC kabeli prenose izmjenični tok od invertera do mreže ili opterećenja.

Generacijski dio uključuje solarni module, montažne konstrukcije i invertere koji proizvode struju iz sunčeve svjetlosti.Transmisivni dio uključuje kable, prekidače i brojila koji prenose struju od generacijskog dijela do distribucijskog dijela.

Distribucijski dio uključuje baterije, upravljače nabijanjem i opterećenja koja pohranjuju ili potroše struju.Sljedeća dijagrama prikazuje primjer rasporeda fotovoltaičke elektrane:

Rad fotovoltaičke elektrane ovisi o nekoliko faktora, poput vremenskih uvjeta, potreba za opterećenjem i statusa mreže. Međutim, tipični rad sastoji se od tri glavna režima: režim nabijanja, režim ispraznjenja i režim vezanosti na mrežu.

Režim nabijanja događa se kada postoji višak sunčeve svjetlosti i niska potreba. U ovom režimu, solarni moduli generiraju više struje nego što je potrebno. Višak struje nabija baterije putem upravljača nabijanjem.

Režim ispraznjenja događa se kada nema sunčeve svjetlosti ili kada je visoka potreba za opterećenjem. U ovom režimu, solarni moduli generiraju manje struje nego što je potrebno za opterećenje. Deficit struje isporučuju baterije putem invertera.

Režim vezanosti na mrežu također može dogoditi kada dođe do pada mreže i potrebna je rezervna struja. U ovom režimu, solarni moduli generiraju struju koja se može koristiti od opterećenja putem invertera.

Prednosti

• Solarni elektrane koriste obnovljivu i čistu energiju koja ne emitira stakleničke plinove ili zagađivače.

• Solarni elektrane mogu smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima i unaprijediti energetske sigurnost i raznolikost.

• Solarni elektrane mogu osigurati struju u udaljenim područjima gdje je vezanje na mrežu nepraktično ili nesigurno.

• Solarni elektrane mogu stvoriti lokalne poslove i ekonomske prednosti za zajednice i regije.

• Solarni elektrane mogu koristiti razne poticaje i politike koje podržavaju razvoj i implementaciju obnovljivih izvora energije.

Nedostaci

• Solarni elektrane zahtijevaju velike površine zemljišta i mogu imati utjecaj na okoliš, štete na životinjskoj fauni, vegetaciji i vodnim resursima.

• Solarni elektrane imaju visoke početne kapitalne troškove i dugačke periodi povratka ulaganja u usporedbi s konvencionalnim elektranama.

• Solarni elektrane imaju niske faktore kapaciteta i ovisne su o vremenskim uvjetima i dnevno-noćnim ciklusima koji utječu na njihov izlaz i pouzdanost.

• Solarni elektrane trebaju rezervne ili pohranjivačke sustave kako bi osigurali neprekidnu isporuku struje tijekom razdoblja niske ili bez sunčeve svjetlosti.

• Solarni elektrane suočavaju se s tehničkim izazovima poput integracije u mrežu, spojeva, prenosa i distribucije.