Elektrownie fotowoltaiczne

Definicja elektrowni słonecznych

Elektrownie słoneczne wykorzystują energię słoneczną do generowania prądu elektrycznego, podzielone są na elektrownie fotowoltaiczne (FV) i elektrownie koncentrujące energię słoneczną (CSP).

Elektrownie fotowoltaiczne

Konwertują światło słoneczne bezpośrednio na prąd elektryczny za pomocą komórek fotowoltaicznych i zawierają komponenty takie jak moduły słoneczne, inwertery i baterie.

Elektrownia fotowoltaiczna to duża skala systemu FV, który jest podłączony do sieci i zaprojektowany do produkcji masywnych ilości energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Elektrownia fotowoltaiczna składa się z kilku komponentów, takich jak:

• Moduły słoneczne: Podstawowe jednostki systemu FV, składające się z komórek fotowoltaicznych, które zamieniają światło w prąd elektryczny. Komórki fotowoltaiczne, zwykle wykonane z krzemu, absorbują fotony i uwalniają elektrony, tworząc prąd elektryczny. Moduły słoneczne mogą być ułożone szeregowo, równolegle lub w kombinacji, w zależności od potrzeb napięcia i prądu systemu.

• Konstrukcje montażowe: Mogą być stałe lub regulowane. Konstrukcje stałe są tańsze, ale nie śledzą ruchu Słońca, co może obniżyć wydajność. Konstrukcje regulowane mogą obracać się lub nachylać, aby śledzić Słońce, zwiększając produkcję energii. Mogą być ręczne lub automatyczne, w zależności od potrzeb kontroli.

• Inwertery: To urządzenia, które przekształcają prąd stały (DC) produkowany przez moduły słoneczne w prąd zmienny (AC), który może być podawany do sieci lub używany przez obciążenia AC.

• Inwertery można podzielić na dwa typy: inwertery centralne i mikroinwertery. Inwertery centralne to duże jednostki, które łączą wiele modułów słonecznych lub tablic i dostarczają pojedynczy sygnał AC. Mikroinwertery to małe jednostki, które łączą się z każdym modułem słonecznym lub panelem i dostarczają indywidualne sygnały AC. Inwertery centralne są bardziej ekonomiczne i efektywne dla dużych systemów, podczas gdy mikroinwertery są bardziej elastyczne i niezawodne dla małych systemów.

• Regulatory ładowania: Regulują napięcie i prąd z modułów słonecznych, aby zapobiec nadładowaniu lub nadrozładowi baterii. Istnieją dwa typy: modulacja szerokości impulsu (PWM) i śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT). Regulator PWM jest prostszy i tańszy, ale traci część energii. Regulator MPPT jest bardziej efektywny i optymalizuje wydajność energii, dopasowując maksymalny punkt mocy modułów słonecznych.

• Baterie: Są urządzeniami, które przechowują nadmiar energii elektrycznej generowanej przez moduły słoneczne lub tablice do późniejszego użytku, gdy nie ma światła słonecznego lub gdy sieć jest niedostępna. Baterie można podzielić na dwa typy: baterie ołowiane i litowo-jonowe. Baterie ołowiane są tańsze i szerzej stosowane, ale mają niższą gęstość energii, krótszy czas życia i wymagają więcej konserwacji. Baterie litowo-jonowe są droższe i rzadziej spotykane, ale mają wyższą gęstość energii, dłuższy czas życia i wymagają mniej konserwacji.

• Przełączniki: Łączą lub rozłączają części systemu, takie jak moduły słoneczne, inwertery i baterie. Mogą być ręczne lub automatyczne. Przełączniki ręczne wymagają obsługi człowieka, podczas gdy przełączniki automatyczne działają na podstawie predefiniowanych warunków lub sygnałów.

• Liczniki: To urządzenia, które mierzą i wyświetlają różne parametry systemu, takie jak napięcie, prąd, moc, energia, temperatura lub natężenie promieniowania. Liczniki mogą być analogowe lub cyfrowe, w zależności od typu wyświetlacza i potrzebnej dokładności. Liczniki analogowe używają igieł lub tarcz do pokazywania wartości, podczas gdy liczniki cyfrowe używają liczb lub wykresów do pokazywania wartości.

• Kable: To przewody, które przesyłają prąd elektryczny między różnymi komponentami systemu. Kable można podzielić na dwa typy: kable DC i kable AC. Kable DC przesyłają prąd stały z modułów słonecznych do inwerterów lub baterii, podczas gdy kable AC przesyłają prąd zmienny z inwerterów do sieci lub obciążeń.

Część generacyjna obejmuje moduły słoneczne, konstrukcje montażowe i inwertery, które produkują prąd elektryczny ze światła słonecznego.Część transmisyjna obejmuje kabla, przełączniki i liczniki, które przesyłają prąd elektryczny z części generacyjnej do części dystrybucyjnej.

Część dystrybucyjna obejmuje baterie, regulatory ładowania i obciążenia, które przechowują lub zużywają prąd elektryczny.Poniższy diagram przedstawia przykład układu elektrowni fotowoltaicznej:

Działanie elektrowni fotowoltaicznej zależy od wielu czynników, takich jak warunki pogodowe, popyt na obciążenia i status sieci. Jednak typowe działanie składa się z trzech głównych trybów: tryb ładowania, tryb rozładowania i tryb podłączenia do sieci.

Tryb ładowania występuje, gdy jest nadmiar światła słonecznego i niski popyt. W tym trybie moduły słoneczne generują więcej prądu niż potrzebne. Nadmiarowy prąd ładuje baterie poprzez regulatory ładowania.

Tryb rozładowania występuje, gdy nie ma światła słonecznego lub wysoki popyt na obciążenia. W tym trybie moduły słoneczne generują mniej prądu niż potrzebne obciążenia. Brakujący prąd jest dostarczany przez baterie poprzez inwertery.

Tryb podłączenia do sieci może również wystąpić, gdy wystąpi awaria sieci, a potrzebna jest rezerwowa energia. W tym trybie moduły słoneczne generują prąd, który może być używany przez obciążenia poprzez inwertery.

Zalety

• Elektrownie słoneczne wykorzystują odnawialną i czystą energię, która nie emituje gazów cieplarnianych ani zanieczyszczeń.

• Elektrownie słoneczne mogą zmniejszyć uzależnienie od paliw kopalnych i wzmacniać bezpieczeństwo energetyczne i różnorodność.

• Elektrownie słoneczne mogą dostarczać prąd elektryczny w odległych obszarach, gdzie połączenie z siecią nie jest możliwe lub niezawodne.

• Elektrownie słoneczne mogą tworzyć lokalne miejsca pracy i korzyści ekonomiczne dla społeczności i regionów.

• Elektrownie słoneczne mogą korzystać z różnych stymulłów i polityk wspierających rozwój i wdrożenie odnawialnych źródeł energii.

Wady

• Elektrownie słoneczne wymagają dużych powierzchni gruntowych i mogą mieć wpływ na środowisko, takie jak dzikie zwierzęta, roślinność i zasoby wodne.

• Elektrownie słoneczne mają wysokie początkowe koszty kapitałowe i długie okresy zwrotu inwestycji w porównaniu do konwencjonalnych elektrowni.

• Elektrownie słoneczne mają niskie współczynniki wykorzystania i zależą od warunków pogodowych oraz cyklów dobowych, co wpływa na ich wydajność i niezawodność.

• Elektrownie słoneczne potrzebują systemów rezerwowych lub magazynujących, aby zapewnić ciągłe dostarczanie prądu elektrycznego w okresach niskiego lub braku światła słonecznego.

• Elektrownie słoneczne stoją przed technicznymi wyzwaniami, takimi jak integracja z siecią, łączenie, transmisja i dystrybucja.