Фотогальванические электростанции

Определение солнечных электростанций

Солнечные электростанции производят электроэнергию, используя солнечную энергию, и делятся на фотоэлектрические (ФЭ) и концентрирующие солнечные электростанции (КСЭ).

Фотоэлектрические электростанции

Преобразуют солнечный свет непосредственно в электроэнергию с помощью солнечных элементов и включают компоненты, такие как солнечные модули, инверторы и аккумуляторы.

Фотоэлектрическая электростанция — это крупномасштабная ФЭ система, подключенная к сети и предназначенная для производства значительного количества электроэнергии из солнечного излучения. Фотоэлектрическая электростанция состоит из нескольких компонентов, таких как:

• Солнечные модули: Базовые единицы ФЭ системы, состоящие из солнечных элементов, которые преобразуют свет в электроэнергию. Солнечные элементы, обычно изготовленные из кремния, поглощают фотоны и высвобождают электроны, создавая электрический ток. Солнечные модули могут быть соединены последовательно, параллельно или в комбинации, в зависимости от потребностей системы в напряжении и токе.

• Монтажные конструкции: Они могут быть фиксированными или регулируемыми. Фиксированные конструкции дешевле, но не следуют за движением солнца, что может уменьшить выход. Регулируемые конструкции наклоняются или вращаются, чтобы следить за солнцем, повышая производство энергии. Они могут быть ручными или автоматическими, в зависимости от требуемого управления.

• Инверторы: Это устройства, которые преобразуют постоянный ток (DC), произведенный солнечными модулями, в переменный ток (AC), который может быть подан в сеть или использован нагрузками AC.

• Инверторы можно разделить на два типа: центральные инверторы и микроинверторы. Центральные инверторы — это большие блоки, которые подключают несколько солнечных модулей или массивов и обеспечивают один выход AC. Микроинверторы — это маленькие блоки, которые подключаются к каждому солнечному модулю или панели и обеспечивают индивидуальные выходы AC. Центральные инверторы более экономически эффективны и эффективны для крупномасштабных систем, тогда как микроинверторы более гибки и надежны для маломасштабных систем.

• Регуляторы заряда: Регулируют напряжение и ток от солнечных модулей, чтобы предотвратить перезарядку или разрядку аккумуляторов. Они бывают двух типов: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и максимальное точное отслеживание мощности (MPPT). Регуляторы ШИМ проще и дешевле, но теряют некоторую энергию. Регуляторы MPPT более эффективны и оптимизируют выход энергии, совмещая максимальную точку мощности солнечных модулей.

• Аккумуляторы: Это устройства, которые хранят избыток электроэнергии, произведенной солнечными модулями или массивами, для использования в случае отсутствия солнечного света или при отключении сети. Аккумуляторы можно разделить на два типа: свинцово-кислотные аккумуляторы и литий-ионные аккумуляторы. Свинцово-кислотные аккумуляторы дешевле и более широко используются, но имеют меньшую удельную энергию, короткий срок службы и требуют больше обслуживания. Литий-ионные аккумуляторы дороже и менее распространены, но имеют большую удельную энергию, более длительный срок службы и требуют меньше обслуживания.

• Выключатели: Подключают или отключают части системы, такие как солнечные модули, инверторы и аккумуляторы. Они могут быть ручными или автоматическими. Ручные выключатели требуют человеческого вмешательства, тогда как автоматические выключатели работают на основе предопределенных условий или сигналов.

• Счетчики: Это устройства, которые измеряют и отображают различные параметры системы, такие как напряжение, ток, мощность, энергия, температура или излучение. Счетчики могут быть аналоговыми или цифровыми, в зависимости от типа отображения и необходимой точности. Аналоговые счетчики используют стрелки или шкалы для показа значений, тогда как цифровые счетчики используют числа или графики для отображения значений.

• Кабели: Это провода, которые передают электроэнергию между различными компонентами системы. Кабели можно разделить на два типа: DC-кабели и AC-кабели. DC-кабели передают постоянный ток от солнечных модулей к инверторам или аккумуляторам, тогда как AC-кабели передают переменный ток от инверторов к сети или нагрузкам.

Часть генерации включает солнечные модули, монтажные конструкции и инверторы, которые производят электроэнергию из солнечного света. Часть передачи включает кабели, выключатели и счетчики, которые передают электроэнергию от части генерации к части распределения.

Часть распределения включает аккумуляторы, регуляторы заряда и нагрузки, которые хранят или потребляют электроэнергию. На следующей диаграмме показан пример схемы фотоэлектрической электростанции:

Работа фотоэлектрической электростанции зависит от нескольких факторов, таких как погодные условия, спрос на нагрузку и состояние сети. Однако типичная работа состоит из трех основных режимов: режим зарядки, режим разрядки и режим привязки к сети.

Режим зарядки происходит, когда есть избыток солнечного света и низкий спрос. В этом режиме солнечные модули генерируют больше электроэнергии, чем требуется. Избыточная электроэнергия заряжает аккумуляторы через регуляторы заряда.

Режим разрядки возникает, когда нет солнечного света или высокий спрос на нагрузку. В этом режиме солнечные модули генерируют меньше электроэнергии, чем требуется нагрузкам. Недостающая электроэнергия поступает из аккумуляторов через инверторы.

Режим привязки к сети также может происходить, когда есть отключение сети, и требуется резервное питание. В этом режиме солнечные модули генерируют электроэнергию, которую можно использовать нагрузками через инверторы.

Преимущества

• Солнечные электростанции используют возобновляемую и чистую энергию, которая не выделяет парниковых газов или загрязняющих веществ.

• Солнечные электростанции могут снизить зависимость от ископаемых видов топлива и повысить энергетическую безопасность и разнообразие.

• Солнечные электростанции могут обеспечивать электроэнергией удаленные районы, где подключение к сети не является возможным или надежным.

• Солнечные электростанции могут создавать местные рабочие места и экономические выгоды для сообществ и регионов.

• Солнечные электростанции могут воспользоваться различными стимулами и политиками, поддерживающими развитие и внедрение возобновляемой энергии.

Недостатки

• Солнечные электростанции требуют больших площадей земли и могут иметь экологическое воздействие на дикую природу, растительность и водные ресурсы.

• Солнечные электростанции имеют высокие первоначальные капитальные затраты и длительные сроки окупаемости по сравнению с традиционными электростанциями.

• Солнечные электростанции имеют низкие коэффициенты использования мощности и зависят от погодных условий и суточных циклов, что влияет на их выход и надежность.

• Солнечные электростанции нуждаются в резервных или системах хранения, чтобы обеспечить непрерывное снабжение электроэнергией во время периодов низкой или отсутствующей солнечной активности.

• Солнечные электростанции сталкиваются с техническими проблемами, такими как интеграция в сеть, подключение, передача и распределение.