Fotovoltāiskās elektrostacijas

Saules enerģijas elektrostaciju definīcija

Saules enerģijas elektrostacijas ražo elektroenerģiju, izmantojot saules enerģiju, un tās ir klasificētas kā fotovoltaiskas (PV) un koncentrētās saules enerģijas (CSP) elektrostacijas.

Fotovoltaiskās elektrostacijas

Tiek pārveidota gaismas enerģija tieši uz elektroenerģiju, izmantojot saules čūdas un ietver komponentes, piemēram, saules moduļus, invertorus un akumulatorus.

Fotovoltaiska elektrostacija ir liela mēroga PV sistēma, kas savienota ar tīklu un ir izstrādāta, lai no saules starojuma ražotu masveida elektrisko enerģiju. Fotovoltaiska elektrostacija sastāv no vairākiem komponentiem, piemēram:

• Saules moduļi: PV sistēmas pamatkomponenti, kas veidoti no saules čūdām, kas pārvērš gaismu elektroenerģijā. Saules čūdas, parasti izgatavotas no silīcija, absorbu šķidruma daļiņas un atbrīvo elektronus, radot strāvu. Saules moduļi var tikt sakārtoti serijā, paralēli vai serijparalēlā konfigurācijā, atkarībā no sistēmas sprieguma un strāvas vajadzībām.

• Montāžas struktūras: Tās var būt fiksētas vai pielāgojamās. Fiksētas struktūras ir lētākas, bet tās nesekos saules kustībai, iespējams, samazinot produkciju. Pielāgojamās struktūras piekļūst vai rotē, sekot saulei, palielinot enerģijas ražošanu. Tās var būt manuālas vai automātiskas, atkarībā no nepieciešamās kontroles.

• Invertori: Ir ierīces, kas pārveido tiešo strāvu (DC), ko ražo saules moduļi, par maiņstrāvu (AC), ko var pievienot tīklam vai izmantot AC slodēm.

• Invertori var tikt sadalīti divos veidos: centrālie invertori un mikroinvertori. Centrālie invertori ir lieli vienības, kas savieno vairākus saules moduļus vai masīvus un nodrošina vienu AC izvadi. Mikroinvertori ir mazi vienības, kas savienojas ar katru saules moduli vai paneļu un nodrošina individuālas AC izvades. Centrālie invertori ir efektīvāki un ekonomiskāki liela mēroga sistēmām, kamēr mikroinvertori ir elastīgāki un uzticīgāki maza mēroga sistēmām.

• Lādes kontrolētāji: Regulē spriegumu un strāvu no saules moduļiem, lai novērstu akumulatoru pārlādi vai pārmērīgu atlādi. Tie ir divos veidos: impulssirgas regulēšana (PWM) un maksimālā jaudas punkta sekošana (MPPT). PWM kontrolētāji ir vienkāršāki un lētāki, bet zaudē daļu enerģijas. MPPT kontrolētāji ir efektīvāki un optimizē enerģijas iznākumu, pielāgojot saules moduļu maksimālo jaudas punktu.

• Akumulatori: Ir ierīces, kas glabā pārpalikusī elektroenerģiju, ko ražo saules moduļi vai masīvi, lai to izmantotu vēlāk, kad nav gaismas vai kad tīkls ir apgūts. Akumulatori var tikt sadalīti divos veidos: svinskābe un litija jonu akumulatori. Svinskābes akumulatori ir lētāki un plašāk izmantoti, bet tiem ir zemāka enerģijas blīvums, īssāks dzīveslaikums un vajadzīga lielāka uzturēšana. Litija jonu akumulatori ir dārgāki un mazāk izplatīti, bet tiem ir augstāks enerģijas blīvums, ilgāks dzīveslaikums un mazāka uzturēšanas vajadzība.

• Slēdzis: Savieno vai atslēdz sistēmas daļas, piemēram, saules moduļus, invertorus un akumulatorus. Tie var būt manuāli vai automātiski. Manuālie slēdzēji prasa cilvēka darbību, savukārt automātiskie slēdzēji darbojas atkarībā no iepriekš noteiktām nosacījumiem vai signāliem.

• Skaitītāji: Ir ierīces, kas mēra un rāda dažādas sistēmas parametrus, piemēram, spriegumu, strāvu, jaudu, enerģiju, temperatūru vai starojumu. Skaitītāji var būt analoģiski vai digitāli, atkarībā no rādījuma veida un nepieciešamās precizitātes. Analoģiskie skaitītāji izmanto naļas vai skalas, lai rādītu vērtības, savukārt digitālie skaitītāji izmanto ciparus vai diagrammas, lai rādītu vērtības.

• Kabēles: Ir drātas, kas transmite elektroenerģiju starp dažādiem sistēmas komponentiem. Kabēles var tikt sadalītas divos veidos: DC kabēles un AC kabēles. DC kabēles pārnese tiešo strāvu no saules moduļiem uz invertoriem vai akumulatoriem, savukārt AC kabēles pārnese maiņstrāvu no invertoriem uz tīklu vai slodes.

Elektroenerģijas ražošanas daļa ietver saules moduļus, montāžas struktūras un invertorus, kas ražo elektroenerģiju no gaismas. Transmise daļa ietver kabēles, slēdzējus un skaitītājus, kas transmite elektroenerģiju no ražošanas daļas uz sadalīšanas daļu.

Sadalīšanas daļa ietver akumulatorus, lādes kontrolētājus un slodes, kas glabā vai patērē elektroenerģiju. Šeit redzama fotovoltaiska elektrostacijas shēma:

Fotovoltaiska elektrostacijas darbība atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, laika apstākļiem, slodzes pieprasījuma un tīkla stāvokli. Tomēr tipiska darbība sastāv no trim galvenajiem režīmiem: lādes režīms, atlādes režīms un tīkla savienojuma režīms.

Lādes režīms notiek, kad ir pārpalikusī gaismas enerģija un zema pieprasījuma. Šajā režīmā saules moduļi ražo vairāk elektroenerģijas, nekā nepieciešams. Papildus elektroenerģija uzlādē akumulatorus caur lādes kontrolētājiem.

Atlādes režīms notiek, kad nav gaismas vai ir augsts slodzes pieprasījums. Šajā režīmā saules moduļi ražo mazāk elektroenerģijas, nekā nepieciešams slodzes. Deficīta elektroenerģija tiek sniegta no akumulatoriem caur invertoriem.

Tīkla savienojuma režīms var notikt arī tad, ja tīkls ir apgūts, un nepieciešama rezervējuma enerģija. Šajā režīmā saules moduļi ražo elektroenerģiju, ko var izmantot slodzes caur invertoriem.

Priekšrocības

• Saules enerģijas elektrostacijas izmanto atjaunojamu un tīru enerģiju, kas neatdala siltumnīcefekta gāzes vai piesārņojumus.

• Saules enerģijas elektrostacijas var samazināt atkarību no fosilajiem kurieniem un palielināt enerģijas drošību un daudzveidību.

• Saules enerģijas elektrostacijas var nodrošināt elektroenerģiju attālinātās teritorijās, kur tīkla savienojums nav iespējams vai uzticīgs.

• Saules enerģijas elektrostacijas var radīt vietējas darba vietas un ekonomiskus labumus kopienām un reģioniem.

• Saules enerģijas elektrostacijas var izmantot dažādus stimuli un politiku, kas atbalsta atjaunojamās enerģijas attīstību un izmantošanu.

Trūkumi

• Saules enerģijas elektrostacijas prasa lielu zemes platību un var radīt vides ietekmi uz dzīvnieku, augu un ūdens resursiem.

• Saules enerģijas elektrostacijas ir ar augstu sākotnējo kapitāla izmaksām un ilgu atmaksas periodu salīdzinājumā ar tradicionālajām elektrostacijām.

• Saules enerģijas elektrostacijas ir ar zemu jaudas koeficientu un atkarīgas no laika apstākļiem un dienvidienēm, kas ietekmē to iznākumu un uzticamību.

• Saules enerģijas elektrostacijas nepieciešami rezervējuma vai glabāšanas sistēmas, lai nodrošinātu nepārtrauktu elektroenerģijas piegādi laikā, kad gaismas daudzums ir zems vai nav vispār.

• Saules enerģijas elektrostacijas saskaras ar tehniskiem izaicinājumiem, piemēram, tīkla integrācija, savienojums, transmisija un sadalīšana.