Fotovoltaïsche energiecentrales

Definitie van zonneparken

Zonneparken genereren elektriciteit met behulp van zonne-energie en worden ingedeeld in fotovoltaïsche (PV) en geconcentreerde zonne-energie (CSP) parken.

Fotovoltaïsche energiecentrales

Omzetten zonlicht direct in elektriciteit met behulp van zonnecellen en omvatten componenten zoals zonnepanelen, omvormers en batterijen.

Een fotovoltaïsche energiecentrale is een grootschalig PV-systeem dat is verbonden met het netwerk en ontworpen is om bulk-elektrische energie te produceren uit zonne-straling. Een fotovoltaïsche energiecentrale bestaat uit verschillende componenten, zoals:

• Zonnepanelen: De basis-eenheden van een PV-systeem, bestaande uit zonnecellen die licht omzetten in elektriciteit. Zonnecellen, meestal gemaakt van silicium, absorberen fotonen en laten elektronen vrij, waardoor er een elektrische stroom ontstaat. Zonnepanelen kunnen in serie, parallel of series-parallel zijn geschakeld, afhankelijk van de spanning en stroombehoefte van het systeem.

• Montageconstructies: Deze kunnen vast of verstelbaar zijn. Vaste constructies zijn goedkoper, maar volgen niet de beweging van de zon, wat de output mogelijk kan verlagen. Verstelbare constructies kantelen of roteren om de zon te volgen, waardoor de energieproductie wordt verhoogd. Ze kunnen handmatig of automatisch zijn, afhankelijk van de benodigde controle.

• Omvormers: Dit zijn apparaten die de gelijkstroom (DC) die door de zonnepanelen wordt geproduceerd, omzetten in wisselstroom (AC) die kan worden ingevoerd in het netwerk of gebruikt door AC-afnemers.

• Omvormers kunnen worden ingedeeld in twee types: centrale omvormers en micro-omvormers. Centrale omvormers zijn grote eenheden die meerdere zonnepanelen of -arrays verbinden en één AC-uitgang bieden. Micro-omvormers zijn kleine eenheden die aan elk zonnepaneel of paneel worden verbonden en individuele AC-uitgangen bieden. Centrale omvormers zijn kosteneffectiever en efficiënter voor grootschalige systemen, terwijl micro-omvormers flexibeler en betrouwbaarder zijn voor kleinschalige systemen.

• Ladingscontrollers: Reguleren de spanning en stroom van zonnepanelen om overladen of leeglopen van de batterijen te voorkomen. Ze komen in twee types voor: pulsbreedtemodulatie (PWM) en maximum power point tracking (MPPT). PWM-controllers zijn eenvoudiger en goedkoper, maar verspillen enige energie. MPPT-controllers zijn efficiënter en optimaliseren de energieoutput door de maximale krachtstroom van de zonnepanelen te matchen.

• Batterijen: Dit zijn apparaten die overtollige elektriciteit die door de zonnepanelen of -arrays wordt gegenereerd, opslaan voor later gebruik wanneer er geen zonlicht is of wanneer het netwerk is uitgevallen. Batterijen kunnen worden ingedeeld in twee types: lood-acid batterijen en lithium-ion batterijen. Lood-acid batterijen zijn goedkoper en worden meer gebruikt, maar hebben een lagere energiedichtheid, kortere levensduur en vereisen meer onderhoud. Lithium-ion batterijen zijn duurder en minder gebruikelijk, maar hebben een hogere energiedichtheid, langere levensduur en vereisen minder onderhoud.

• Schakelaars: Verbinden of ontkoppelen delen van het systeem, zoals zonnepanelen, omvormers en batterijen. Ze kunnen handmatig of automatisch zijn. Handmatige schakelaars vereisen menselijke bediening, terwijl automatische schakelaars werken op basis van vooraf gedefinieerde condities of signalen.

• Meters: Dit zijn apparaten die verschillende parameters van het systeem meten en weergeven, zoals spanning, stroom, vermogen, energie, temperatuur of straling. Meters kunnen analoog of digitaal zijn, afhankelijk van het type display en de gewenste nauwkeurigheid. Analoge meters gebruiken naalden of wijzers om waarden weer te geven, terwijl digitale meters cijfers of grafieken gebruiken om waarden weer te geven.

• Kabels: Dit zijn draden die elektriciteit tussen verschillende componenten van het systeem overbrengen. Kabels kunnen worden ingedeeld in twee types: DC-kabels en AC-kabels. DC-kabels dragen gelijkstroom van de zonnepanelen naar de omvormers of batterijen, terwijl AC-kabels wisselstroom van de omvormers naar het netwerk of afnemers dragen.

Het generatiedeel omvat zonnepanelen, montageconstructies en omvormers die elektriciteit genereren uit zonlicht.Het transmissiedeel omvat de kabels, schakelaars en meters die elektriciteit van het generatiedeel naar het distributiedeel overbrengen.

Het distributiedeel omvat de batterijen, ladingscontrollers en afnemers die elektriciteit opslaan of consumeren.De volgende diagram toont een voorbeeld van een fotovoltaïsche energiecentrale lay-out:

De werking van een fotovoltaïsche energiecentrale hangt af van verschillende factoren, zoals weersomstandigheden, belastingseis en netstatus. Echter, een typische werking bestaat uit drie hoofdmodi: oplademodus, ontlademodus en grid-tie modus.

De oplademodus vindt plaats wanneer er overmatig zonlicht is en lage vraag. In deze modus genereren de zonnepanelen meer elektriciteit dan nodig is. De extra elektriciteit laadt de batterijen via de ladingscontrollers.

De ontlademodus treedt op wanneer er geen zonlicht is of hoge belastingsvraag. In deze modus genereren de zonnepanelen minder elektriciteit dan nodig is voor de afnemers. Het tekort aan elektriciteit wordt geleverd door de batterijen via de omvormers.

De grid-tie modus kan ook optreden wanneer er een netuitval is en noodzakelijke back-up energie is. In deze modus genereren de zonnepanelen elektriciteit die kan worden gebruikt door de afnemers via de omvormers.

Voordelen

• Zonneparken gebruiken hernieuwbare en schone energie die geen broeikasgassen of vervuilende stoffen uitstoot.

• Zonneparken kunnen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen en de energiezekerheid en diversiteit versterken.

• Zonneparken kunnen elektriciteit leveren in afgelegen gebieden waar een netwerkverbinding niet haalbaar of betrouwbaar is.

• Zonneparken kunnen lokale banen en economische voordelen creëren voor gemeenschappen en regio's.

• Zonneparken kunnen profiteren van verschillende stimuleringsmaatregelen en beleidslijnen die de ontwikkeling en implementatie van hernieuwbare energie ondersteunen.

Nadelen

• Zonneparken vereisen grote landoppervlakken en kunnen milieueffecten hebben op wilde dieren, vegetatie en waterbronnen.

• Zonneparken hebben hoge initiële kapitaalkosten en lange terugverdientijd vergeleken met conventionele energiecentrales.

• Zonneparken hebben lage capaciteitsfactoren en zijn afhankelijk van weersomstandigheden en dagelijkse cycli die hun output en betrouwbaarheid beïnvloeden.

• Zonneparken hebben back-up of opslagsystemen nodig om een continue elektriciteitsvoorziening te garanderen tijdens periodes van weinig of geen zonlicht.

• Zonneparken staan voor technische uitdagingen zoals netintegratie, aansluiting, transmissie en distributie.