Fotovoltaične elektrarne

Definicija sončnih elektrarn

Sončne elektrarne generirajo električno energijo z uporabo sončne energije in so razdeljene na fotovoltaične (PV) in koncentrirane sončne elektrarne (CSP).

Fotovoltaične elektrarne

Neposredno pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo z uporabo fotocelik in vključujejo komponente, kot so sončni moduli, inverterji in baterije.

Fotovoltaična elektrarna je velikomerna PV sistema, povezana z omrežjem in zasnovana za proizvodnjo masivne električne energije iz sončnega sevanja. Fotovoltaična elektrarna sestoji iz več komponent, kot so:

• Sončni moduli: Osnovne enote PV sistema, sestavljene iz fotocelik, ki pretvarjajo svetlobo v električno energijo. Fotocelike, običajno izdelane iz silicija, absorbirajo fotone in izpuščajo elektrone, kar ustvari električni tok. Sončne module lahko postavimo v seriji, vzporedno ali serijno-vzporedno, odvisno od potreb sistemskih napetosti in tokov.

• Montažne strukture: Lahko so fiksne ali prilagodljive. Fiksne strukture so cenejše, toda ne sledijo gibanju Sonca, kar lahko zmanjša izhod. Prilagodljive strukture nagnjajo ali vrtejo, da bi sledile Soncu, kar poveča proizvodnjo energije. Lahko so ročne ali avtomatske, odvisno od potrebnega nadzora.

• Inverterji: To so naprave, ki pretvarjajo enosmeren tok (DC), ki ga proizvajajo sončni moduli, v izmenični tok (AC), ki ga lahko vklopimo v omrežje ali uporabimo za AC obremenitve.

• Inverterji se lahko razdelijo na dva tipa: centralni inverterji in mikroinverterji. Centralni inverterji so veliki enoti, ki povezujejo več sončnih modulov ali polj in zagotavljajo en sam izmenični izhod. Mikroinverterji so majhne enote, ki se povežejo z vsakim sončnim modulom ali panelom in zagotavljajo posamezne izmenične izhode. Centralni inverterji so učinkovitejši in bolj ekonomični za velikomerne sisteme, medtem ko so mikroinverterji bolj prilagodljivi in zanesljivi za manjše sisteme.

• Regulatorji nabiranja: Upravljajo napetost in tok iz sončnih modulov, da preprečijo prekomerno nabiranje ali razražanje baterij. Obstajata dva tipa: širinsko-modulacijski (PWM) in sledenje maksimalni točki moči (MPPT). PWM regulatorji so preprostejši in cenejši, toda nekatere energije zapravijo. MPPT regulatorji so učinkovitejši in optimizirajo izhod energije tako, da se ujemajo z maksimalno točko moči sončnih modulov.

• Baterije: To so naprave, ki shranjujejo presežek električne energije, ki jo generirajo sončni moduli ali polja, za kasnejšo uporabo, kadar ni sončnega svetla ali ko je omrežje odpotočeno. Baterije se lahko razdelijo na dva tipa: olovinske baterije in litij-ionske baterije. Olovinske baterije so cenejše in lašje uporabljane, toda imajo manjšo gostoto energije, krajšo življenjsko dobo in zahtevajo več vzdrževanja. Litij-ionske baterije so dražje in manj pogosto uporabljane, toda imajo višjo gostoto energije, daljšo življenjsko dobo in zahtevajo manj vzdrževanja.

• Preklopniki: Povezujejo ali odvezujejo dele sistema, kot so sončni moduli, inverterji in baterije. Lahko so ročni ali avtomatski. Ročni preklopniki zahtevajo človeško delovanje, medtem ko avtomatski preklopniki delujejo glede na predopredeljene pogoje ali signale.

• Merilci: To so naprave, ki merit in prikažejo različne parametre sistema, kot so napetost, tok, moč, energija, temperatura ali osvetlitev. Merilci lahko biti analogni ali digitalni, odvisno od vrste prikaza in potrebne natančnosti. Analogni merilci uporabljajo igle ali kazalce za prikaz vrednosti, medtem ko digitalni merilci uporabljajo številke ali grafe za prikaz vrednosti.

• Kabeli: To so žice, ki prenašajo električno energijo med različnimi komponentami sistema. Kabeli se lahko razdelijo na dva tipa: DC kabeli in AC kabeli. DC kabeli prenašajo enosmeren tok od sončnih modulov do inverterjev ali baterij, medtem ko AC kabeli prenašajo izmenični tok od inverterjev do omrežja ali obremenitev.

Del generiranja vključuje sončne module, montažne strukture in inverterje, ki proizvajajo električno energijo iz sončnega sevanja. Del prenosa vključuje kable, preklopnike in merilce, ki prenašajo električno energijo od dela generiranja do dela distribucije.

Del distribucije vključuje baterije, regulatorje nabiranja in obremenitve, ki shranjujejo ali porabljajo električno energijo. Slednji diagram prikazuje primer razporeditve fotovoltaične elektrarne:

Delovanje fotovoltaične elektrarne odvisno je od več dejavnikov, kot so vremenski pogoji, zahteva po obremenitvi in stanje omrežja. Vendar pa tipično delovanje sestoji iz treh glavnih načinov: način nabiranja, način razražanja in način povezave z omrežjem.

Način nabiranja nastopa, ko je presežek sončnega svetla in nizka zahteva. V tem načinu sončni moduli proizvajajo več električne energije, kot je potrebno. Presežna energija nabira baterije preko regulatorjev nabiranja.

Način razražanja nastopa, ko ni sončnega svetla ali je visoka zahteva po obremenitvi. V tem načinu sončni moduli proizvajajo manj električne energije, kot jo potrebujejo obremenitve. Manjkajoča energija se zagotavlja iz baterij preko inverterjev.

Način povezave z omrežjem lahko nastopi tudi, ko je odpotočeno omrežje in potrebna je rezervna moč. V tem načinu sončni moduli proizvajajo električno energijo, ki jo lahko uporabijo obremenitve preko inverterjev.

Prednosti

• Sončne elektrarne uporabljajo obnovljivo in čisto energijo, ki ne izpušča toplogrednih plinov ali onesnaževal.

• Sončne elektrarne lahko zmanjšajo odvisnost od fosilnih goriv in povečajo energetsko varnost in raznolikost.

• Sončne elektrarne lahko zagotavljajo električno energijo v oddaljenih območjih, kjer povezava z omrežjem ni mogoča ali zanesljiva.

• Sončne elektrarne lahko ustvarijo lokalna delovna mesta in gospodarske koristi za skupnosti in regije.

• Sončne elektrarne lahko izkoriščajo različne spodbude in politike, ki podpirajo razvoj in uporabo obnovljive energije.

Nedostatki

• Sončne elektrarne zahtevajo velike površine in lahko imajo vpliv na okolje, živalstvo, rastlinstvo in vodne vire.

• Sončne elektrarne imajo visoke začetne kapitalske stroške in dolge obdobja vračila investicij v primerjavi s konvencionalnimi elektrarnami.

• Sončne elektrarne imajo nizke faktorji kapacitete in odvisnost od vremenskih pogojev in diurnalnih ciklov, ki vplivajo na njihov izhod in zanesljivost.

• Sončne elektrarne potrebujejo rezervne ali shrambne sisteme, da bi zagotovile neprekinjen oskrbovalni vir električne energije ob nizkih ali brez sončnega sevanja.

• Sončne elektrarne soočajo z tehničnimi izzivi, kot so integracija v omrežje, povezava, prenos in distribucija.