Fotovoltaične elektrane

Definicija solarnih elektrana

Solarni elektrane proizvode električnu energiju koristeći sunčevu energiju, i dele se na fotovoltaične (PV) i koncentrisane solarno-toplotne (CSP) elektrane.

Fotovoltaične elektrane

Konvertuju sunčevu svetlost direktno u električnu energiju korišćenjem solarnih celija i uključuju komponente kao što su solarni moduli, inverterni i baterije.

Fotovoltaična elektrana je velika PV sistema koja je povezana sa mrežom i dizajnirana da proizvede masovnu električnu snagu iz solarnog zračenja. Fotovoltaična elektrana sastoji se od nekoliko komponenti, poput:

• Solarni moduli: Osnovne jedinice PV sistema, sastavljene od solarnih celija koje pretvaraju svetlost u električnu energiju. Solarni elementi, obično izrađeni od silicijuma, apsorbiraju fotonima i oslobađaju elektrone, stvarajući električni tok. Solarni moduli mogu biti raspoređeni u seriji, paralelno ili serijalno-paralelno, u zavisnosti od potreba sistema za naponom i strujom.

• Montažne strukture: Mogu biti fiksne ili prilagođive. Fiksne strukture su jeftinije ali ne prate kretanje Sunca, što može smanjiti proizvodnju. Prilagođive strukture nagibaju se ili rotiraju kako bi pratile Sunce, unapređujući proizvodnju energije. Mogu biti ručne ili automatske, u zavisnosti od potrebe za kontrolom.

• Inverteri: Ovo su uređaji koji pretvaraju direktnu struju (DC) proizvedenu od solarnih modula u izmeničnu struju (AC) koja može biti isporučena u mrežu ili korišćena od AC opterećenja.

• Inverteri se mogu klasifikovati u dva tipa: centralni inverteri i mikroinverteri. Centralni inverteri su veliki jedinice koje povezuju nekoliko solarnih modula ili nizova i pružaju jedan AC izlaz. Mikroinverteri su male jedinice koje se povezuju sa svakim solarnim modulom ili panelom i pružaju pojedinačne AC izlaze. Centralni inverteri su efikasniji i ekonomičniji za velike sisteme, dok su mikroinverteri fleksibilniji i pouzdaniji za male sisteme.

• Regulatori napona: Reguliraju napon i struju od solarnih modula kako bi sprečili preopterećenje ili ispraznjenje baterija. Postoje dva tipa: širina impulsa modulacija (PWM) i praćenje maksimalne tačke snage (MPPT). PWM regulatori su jednostavniji i jeftiniji ali gube neku energiju. MPPT regulatori su efikasniji i optimizuju proizvodnju energije tako što se poklapaju sa maksimalnom tačkom snage solarnih modula.

• Baterije: Ovo su uređaji koji čuvaju prekomernu električnu energiju generisanu od solarnih modula ili nizova za kasniju upotrebu kada nema sunca ili kada mreža ne radi. Baterije se mogu klasifikovati u dva tipa: olovne baterije i litijum-ion baterije. Olovne baterije su jeftinije i šire korišćene, ali imaju nižu gustinu energije, kraće vreme trajanja i zahtevaju više održavanja. Litijum-ion baterije su skuplje i manje uobičajene, ali imaju veću gustinu energije, duže vreme trajanja i zahtevaju manje održavanja.

• Prekidači: Povezuju ili isključuju delove sistema, poput solarnih modula, invertera i baterija. Mogu biti ručni ili automatski. Ručni prekidači zahtevaju ljudsko operiranje, dok automatski prekidači rade na osnovu predefinisanih uslova ili signala.

• Merila: Ovo su uređaji koji mere i prikazuju razne parametre sistema, poput napona, struje, snage, energije, temperature ili zračenja. Merila mogu biti analogni ili digitalni, u zavisnosti od tipa displeja i potrebne preciznosti. Analogni merili koriste igle ili kazaljke da pokažu vrednosti, dok digitalni merili koriste brojeve ili grafikone da pokažu vrednosti.

• Kabli: Ovo su žice koje prenose električnu energiju između različitih komponenti sistema. Kablove se mogu klasifikovati u dva tipa: DC kablove i AC kablove. DC kablove prenose direktnu struju od solarnih modula do invertera ili baterija, dok AC kablove prenose izmeničnu struju od invertera do mreže ili opterećenja.

Generacioni deo uključuje solarni module, montažne strukture i invertere koji proizvode električnu energiju iz sunčeve svetlosti.Transmisioni deo uključuje kablove, prekidače i merila koji prenose električnu energiju iz generacionog dela do distribucijskog dela.

Distribucijski deo uključuje baterije, regulatori napona i opterećenja koji čuvaju ili potrošač električnu energiju.Sledeći dijagram pokazuje primer rasporeda fotovoltaične elektrane:

Rad fotovoltaične elektrane zavisi od nekoliko faktora, poput vremenskih uslova, potreba za opterećenjem i statusa mreže. Međutim, tipičan rad sastoji se od tri glavna režima: režim punjenja, režim ispraznjenja i režim vezivanja na mrežu.

Režim punjenja se dešava kada ima prekomerne sunčeve svetlosti i niske potrebe. U ovom režimu, solarni moduli generišu više električne energije nego što je potrebno. Prekomerna električna energija puni baterije preko regulatora napona.

Režim ispraznjenja se dešava kada nema sunčeve svetlosti ili kada je potreba za opterećenjem visoka. U ovom režimu, solarni moduli generišu manje električne energije nego što je potrebno za opterećenje. Deficit električne energije dostavlja baterije preko invertera.

Režim vezivanja na mrežu može se dogoditi i kada dođe do prekida mreže i potrebno je rezervno snabdevanje. U ovom režimu, solarni moduli generišu električnu energiju koja može biti iskorišćena od strane opterećenja preko invertera.

Prednosti

• Solarni elektrane koriste obnovljivu i čistu energiju koja ne emituje stakleničke gasove ili zagađivače.

• Solarni elektrane mogu smanjiti zavisnost od fosilnih goriva i poboljšati energetske sigurnost i raznolikost.

• Solarni elektrane mogu pružiti električnu energiju u udaljenim područjima gde veza sa mrežom nije moguća ili pouzdana.

• Solarni elektrane mogu stvoriti lokalne poslove i ekonomske prednosti za zajednice i regione.

• Solarni elektrane mogu koristiti razne poticaje i politike koje podržavaju razvoj i primenu obnovljivih izvora energije.

Nedostaci

• Solarni elektrane zahtevaju velike površine zemljišta i mogu imati ekološke uticaje na životinje, vegetaciju i vodne resurse.

• Solarni elektrane imaju visoke početne kapitalne troškove i dugi periodi povratka investicija u poređenju sa konvencionalnim elektranama.

• Solarni elektrane imaju niske faktore kapaciteta i zavise od vremenskih uslova i dijurnalnih ciklusa koji utiču na njihov izlaz i pouzdanost.

• Solarni elektrane trebaju rezervne ili skladišne sisteme kako bi obezbedile kontinuiranu snabdevanje električnom energijom tokom perioda niske ili bez sunčeve svetlosti.

• Solarni elektrane suoče se sa tehničkim izazovima kao što su integracija u mrežu, povezivanje, prenos i distribucija.