Сонячні електростанції

Визначення сонячних електростанцій

Сонячні електростанції генерують електроенергію за допомогою сонячної енергії і поділяються на фотovoltaic (PV) та концентрувальні сонячні електростанції (CSP).

Фотоелектричні електростанції

Перетворюють сонячне світло безпосередньо в електроенергію за допомогою сонячних клітин та включають компоненти, такі як сонячні модулі, інвертори та акумулятори.

Фотоелектрична електростанція — це велика PV-система, підключена до мережі, призначена для виробництва масової електроенергії з сонячного випромінювання. Фотоелектрична електростанція складається з кількох компонентів, таких як:

• Сонячні модулі: основні одиниці PV-системи, складені з сонячних клітин, які перетворюють світло в електроенергію. Сонячні клітини, зазвичай виготовлені з кремнію, поглинають фотони та виділяють електрони, створюючи електричний струм. Сонячні модулі можуть бути розташовані послідовно, паралельно або у послідовно-паралельних конфігураціях, залежно від потреб напруги та струму системи.

• Монтажні конструкції: можуть бути фіксовані або регульовані. Фіксовані конструкції дешевші, але не слідять за рухом сонця, що може зменшити продуктивність. Регульовані конструкції нахиляються або обертаються, щоб слідкувати за сонцем, підвищуючи виробництво енергії. Вони можуть бути механічними або автоматичними, залежно від потреб управління.

• Інвертори: це пристрої, які перетворюють постійний струм (DC), вироблений сонячними модулями, в перемінний струм (AC), який може бути підключений до мережі або використаний для AC-навантажень.

• Інвертори можна поділити на два типи: центральні інвертори та мікроінвертори. Центральні інвертори — це великі пристрої, які підключають кілька сонячних модулів або масивів та надають єдиний AC-вихід. Мікроінвертори — це маленькі пристрої, які підключаються до кожного сонячного модуля або панелі та надають окремі AC-виходи. Центральні інвертори більш економічні та ефективні для великомасштабних систем, тоді як мікроінвертори більш гнучкі та надійні для малої шкали.

• Керуючі пристрої заряду: регулюють напругу та струм від сонячних модулів, щоб запобігти перевантаженню або розрядженню акумуляторів. Вони поділяються на два типи: широтно-імпульсна модуляція (PWM) та відстеження максимальної точки потужності (MPPT). Керуючі пристрої PWM простіші та дешевші, але витрачають деяку енергію. Керуючі пристрої MPPT більш ефективні та оптимізують вивід енергії, співвідносячи максимальну точку потужності сонячних модулів.

• Акумулятори: це пристрої, які зберігають надлишкову електроенергію, вироблену сонячними модулями або масивами, для подальшого використання, коли немає сонячного світла або коли мережа відсутня. Акумулятори можна поділити на два типи: свинцево-кислотні батареї та літій-іонні батареї. Свинцево-кислотні батареї дешевші та більш широко використовуються, але мають нижчу енергетичну густину, коротший термін служби та потребують більше обслуговування. Літій-іонні батареї дорожчі та менш поширений, але мають вищу енергетичну густину, довший термін служби та потребують менше обслуговування.

• Переключачі: підключають або відключають частини системи, такі як сонячні модулі, інвертори та акумулятори. Вони можуть бути механічними або автоматичними. Механічні переключачі потребують людського управління, тоді як автоматичні переключачі працюють на основі передвизначених умов або сигналів.

• Лічильники: це пристрої, які вимірюють та відображають різні параметри системи, такі як напруга, струм, потужність, енергія, температура або опромінення. Лічильники можуть бути аналоговими або цифровими, залежно від типу відображення та необхідної точності. Аналогові лічильники використовують стрілки або циферблати для показу значень, тоді як цифрові лічильники використовують числа або графіки для показу значень.

• Кабелі: це дроти, які передають електроенергію між різними компонентами системи. Кабелі можна поділити на два типи: DC-кабелі та AC-кабелі. DC-кабелі передають постійний струм від сонячних модулів до інверторів або акумуляторів, тоді як AC-кабелі передають перемінний струм від інверторів до мережі або навантажень.

Частина виробництва включає сонячні модулі, монтажні конструкції та інвертори, які виробляють електроенергію з сонячного світла. Частина передачі включає кабелі, переключачі та лічильники, які передають електроенергію від частина виробництва до частина розподілу.

Частина розподілу включає акумулятори, керуючі пристрої заряду та навантаження, які зберігають або споживають електроенергію. Наступна діаграма показує приклад розташування фотоелектричної електростанції:

Робота фотоелектричної електростанції залежить від кількох факторів, таких як погодні умови, потреби навантаження та стан мережі. Однак, типова робота складається з трьох основних режимів: заряджання, розряджання та підключення до мережі.

Режим заряджання відбувається, коли є надлишок сонячного світла та низький попит. У цьому режимі сонячні модулі виробляють більше електроенергії, ніж потрібно. Додаткова електроенергія заряджає акумулятори через керуючі пристрої заряду.

Режим розряджання відбувається, коли немає сонячного світла або високий попит. У цьому режимі сонячні модулі виробляють менше електроенергії, ніж потрібно для навантажень. Дифіцит електроенергії забезпечується акумуляторами через інвертори.

Режим підключення до мережі може також відбуватися, коли відбувається аварія мережі, і потрібна резервна енергія. У цьому режимі сонячні модулі виробляють електроенергію, яку можна використовувати для навантажень через інвертори.

Переваги

• Сонячні електростанції використовують відновлювану та чисту енергію, яка не викидає парникових газів або забруднюючих речовин.

• Сонячні електростанції можуть знизити залежність від вуглеводневих палив та підвищити енергетичну безпеку та різноманіття.

• Сонячні електростанції можуть надавати електроенергію в віддалених районах, де підключення до мережі неможливе або ненадійне.

• Сонячні електростанції можуть створювати місцеві робочі місця та економічні переваги для спільнот та регіонів.

• Сонячні електростанції можуть отримувати вигоди від різних стимулів та політик, які підтримують розвиток та впровадження відновлюваної енергії.

Недоліки

• Сонячні електростанції потребують великої площі землі та можуть мати вплив на дику природу, рослинність та водні ресурси.

• Сонячні електростанції мають високі початкові капіталовкладення та довгі періоди окупності порівняно з традиційними електростанціями.

• Сонячні електростанції мають низькі коефіцієнти використання та залежать від погодних умов та добових циклів, що впливає на їх продуктивність та надійність.

• Сонячні електростанції потребують резервних або систем зберігання, щоб забезпечити неперервне надходження електроенергії під час періодів низького або відсутнього сонячного світла.

• Сонячні електростанції стикаються з технічними проблемами, такими як інтеграція в мережу, з'єднання, передача та розподіл.