Napelemes erőművek

Napelemi erőművek definíciója

A napelemi erőművek napelemből termelnek áramot, amelyek fotovoltaikus (PV) és koncentrált napsugárzású (CSP) erőművekre oszthatók.

Fotovoltaikus erőművek

A fotovoltaikus erőművek közvetlenül napelemből termelnek áramot napelemelelmével, és tartalmaznak olyan komponenseket, mint napelemmodulok, inverterek és akkumulátorok.

Egy fotovoltaikus erőmű egy nagy léptékű PV rendszer, amely hálózatra van csatlakoztatva, és szabványosan napelemből termel nagy mennyiségű villamos energiát. Egy fotovoltaikus erőmű több komponensből áll, mint például:

• Napelemmodulok: A PV rendszer alapvető egységei, amelyek napelemelelmékből állnak, amelyek fényt átalakítanak árammá. A napelemelelmék, amelyek tipikusan készültek silíciumból, fotonokat fogadnak el, és elektronokat bocsátanak ki, így elektromos áramot hoznak létre. A napelemmodulok sorban, párhuzamosan vagy sor-párhuzamos konfigurációban lehetnek elrendezve, a rendszer feszültségi és áramerősség igényeitől függően.

• Rögzítő szerkezetek: Rögzített vagy beállítható lehetnek. A rögzített szerkezetek olcsóbbak, de nem követik a nap mozgását, ami lecsökkentheti a teljesítményt. A beállítható szerkezetek döntik vagy forgatják, hogy kövessék a napot, ezzel javítva az energia-termelést. Manuálisan vagy automatikusan működhetnek, a szükséges iránymódolástól függően.

• Inverterek: Ezek eszközök, amelyek a napelemmodulok által termelt egyirányú áramot (DC) váltanó áramra (AC) alakítják, amelyet a hálózatra vagy AC terhelésekre lehet továbbítani.

• Az inverterek két típusba oszthatók: központi inverterek és mikroinverterek. A központi inverterek nagy egységek, amelyek több napelemmodult vagy tömböt csatlakoztatnak, és egyetlen AC kimenetet biztosítanak. A mikroinverterek kisebb egységek, amelyek mindegyik napelemmodulhoz vagy panelehez csatlakoztatottak, és egyenkénti AC kimenetet biztosítanak. A központi inverterek hatékonyabbak és költséghatékonyabbak nagy léptékű rendszerekben, míg a mikroinverterek rugalmasabbak és megbízhatóbbak kis léptékű rendszerekben.

• Tölthetőség-ellenőrők: Szabályozzák a napelemmodulokból származó feszültséget és áramerősséget, hogy megakadályozzák az akkumulátor túltöltését vagy túlsulyosságát. Két típusa van: impulzusszélesség-moduláció (PWM) és maximumteljesítmény-pont követés (MPPT). A PWM ellenőrök egyszerűbbek és olcsóbbak, de némi energiát veszítenek. Az MPPT ellenőrök hatékonyabbak, és optimalizálják az energia-kimenetet a napelemmodulok maximumteljesítmény-pontjával való egyeztetéssel.

• Akkumulátorok: Ezek eszközök, amelyek tárolják a napelemmodulok vagy tömbök által generált felesleges elektromosságot későbbi használatra, amikor nincs napsugárzás vagy amikor a hálózat leáll. Az akkumulátorok két típusba oszthatók: ólom-acid akkumulátorok és litium-ion akkumulátorok. Az ólom-acid akkumulátorok olcsóbbak és szélesebben használtak, de alacsonyabb energia-sűrűséggel, rövidebb élettartammal rendelkeznek, és több karbantartást igényelnek. A litium-ion akkumulátorok drágábbak és kevésbé gyakoriak, de magasabb energia-sűrűséggel, hosszabb élettartammal rendelkeznek, és kevesebb karbantartást igényelnek.

• Kapcsolók: Összekötik vagy szakítják a rendszer részeit, mint például a napelemmodulokat, invertereket és akkumulátorokat. Manuális vagy automatikus is lehetnek. A manuális kapcsolók emberi műveletre várnak, míg az automatikus kapcsolók előre meghatározott feltételek vagy jelzések alapján működnek.

• Mérők: Ezek eszközök, amelyek különböző paramétereket mérnek és megjelenítik a rendszerben, mint például a feszültséget, áramerősségét, teljesítményét, energiáját, hőmérsékletét vagy sugárzását. A mérők analóg vagy digitális lehetnek, a megjelenítés típusától és a szükséges pontosságtól függően. Az analóg mérők szükségletekkel vagy skálákkal mutatják a méréseket, míg a digitális mérők számokkal vagy grafikonokkal jelenítik meg a méréseket.

• Kábelek: Ezek vezetékek, amelyek áramot továbbítanak a rendszer különböző komponensei között. A kábelek két típusba oszthatók: DC kábelek és AC kábelek. A DC kábelek egyirányú áramot visznek a napelemmoduloktól az inverterekig vagy akkumulátorokig, míg az AC kábelek váltanó áramot visznek az inverterektől a hálózatig vagy a terhelésekig.

A termelési rész napelemmodulokat, rögzítő szerkezeteket és invertereket tartalmaz, amelyek áramot termelnek a napsugárzásból.A továbbítási rész kábeleket, kapcsolókat és mérőket tartalmaz, amelyek áramot továbbítanak a termelési részből a disztribúciós részbe.

A disztribúciós rész akkumulátorokat, tölthetőség-ellenőrőket és terheléseket tartalmaz, amelyek tárolják vagy fogyasztják az áramot.A következő diagram egy példát mutat egy fotovoltaikus erőmű elrendezésére:

Egy fotovoltaikus erőmű működése számos tényezőtől függ, mint például az időjárási körülmények, a terhelési igény és a hálózati állapot. Ugyanakkor egy tipikus működés három fő módban történik: töltési mód, üresítési mód és hálózattal összekapcsolt mód.

A töltési mód bekövetkezik, amikor túl sok napsugárzás van, és alacsony a kereslet. Ebben a módban a napelemmodulok több áramot termelnek, mint amennyire szükség van. A felesleges áram az akkumulátorokon keresztül a tölthetőség-ellenőrök révén tölti fel az akkumulátorokat.

Az üresítési mód bekövetkezik, amikor nincs napsugárzás vagy magas a terhelési igény. Ebben a módban a napelemmodulok kevesebb áramot termelnek, mint amennyire a terhelések szükségük van. A hiányzó áram az akkumulátorokon keresztül az inverterek révén szolgáltatja a terheléseket.

A hálózattal összekapcsolt mód bekövetkezik, amikor hálózati kiesés van, és biztonsági energia szükséges. Ebben a módban a napelemmodulok áramot termelnek, amelyet a terhelések az inverterek révén fogyasztanak.

Előnyök

• A napelemi erőművek megújuló és tiszta energiát használnak, amely nem bocsát ki üvegházhatású gázokat vagy szennyező anyagokat.

• A napelemi erőművek csökkenthetik a fosszilis üzemanyagoktól való függőséget, és javíthatják az energiabiztonságot és diverzitását.

• A napelemi erőművek áramot szolgáltathatnak olyan távoli területeken, ahol a hálózatkapcsolat nem megfelelő vagy megbízható.

• A napelemi erőművek helyi munkahelyeket és gazdasági előnyöket teremthetnek közösségek és régiók számára.

• A napelemi erőművek különböző kedvezményekből és politikákból profitálhatnak, amelyek támogatják a megújuló energia fejlesztését és telepítését.

Hátrányok

• A napelemi erőművek nagy területeket igényelnek, és környezeti hatásuk lehet a vadon élő állatokra, növényzetekre és vízforrásokra.

• A napelemi erőművek magas kezdeti tőkefelhasználást és hosszú visszafizetési időt igényelnek a hagyományos erőművekhez képest.

• A napelemi erőművek alacsony kapacitási faktort mutatnak, és az időjárási körülményekre és napi ciklusokra támaszkodnak, ami befolyásolja a kimenetüket és megbízhatóságukat.

• A napelemi erőművek szükségük van hálózati integrációra, kapcsolódásra, továbbításra és disztribúcióra vonatkozó technikai kihívásokkal szemben.