Солнечная электростанция (СЭС) — это инженерное сооружение, преобразующее солнечный свет в электрическую энергию. Каким образом это происходит и как работает солнечная электростанция — читайте в этой статье.
Для производства электричества из энергии Солнца существуют следующие технологии:
- Фотоэлектрическая технология — позволяет преобразовывать энергию Солнца непосредственно в электричество. Фотоэлектрические системы (они же солнечные электростанции) получили наибольшее распространение для электроснабжения частных домохозяйств, квартир, различных заведений, промышленных и сельскохозяйственных объектов. Такие системы быстро окупаются и требуют минимального технического обслуживания.
- Концентрирующие технологии — тепло Солнца используется для нагрева воды до состояния пара высокого давления с дальнейшей подачей его в турбину (механическая энергия трансформируется в электрическую). Для увеличения интенсивности солнечного света используются системы фокусировки — зеркала и линзы. СЭС такого типа (параболические, башенные, тарельчатые) обеспечивают большие мощности и применяются для электроснабжения городов и крупных предприятий.
Применение экологически чистого, альтернативного источника энергии экономически выгодно как для обеспечения собственного энергопотребления, так и для продажи электричества в сеть по зеленому тарифу.
В этой статье детально рассматривается, как работает солнечная электростанция с фотоэлектрической технологией и что для этого нужно.
Содержание статьи:
Составляющие солнечной электростанции: основное и дополнительное оборудование
Для производства электричества солнечной электростанцией, необходимо качественное и надежное оборудование. В первую очередь — это солнечные батареи и инверторы. В зависимости от назначения и типа электростанции, ее составляющими могут быть аккумуляторные батареи и контроллеры заряда-разряда. Важной частью является поддерживающая конструкция, кабели, узел учета со специальным счетчиком, система мониторинга и др. Основной ассортимент составляющих солнечной электростанции включает в себя:
- Солнечные (фотоэлектрические) батареи состоят из элементов, которые изготовлены в основном из полупроводниковых материалов — обычно из кремния. От их типа зависит производительность, цена и долговечность системы:
-
- монокристаллические элементы обеспечивают самый высокий (до 22%) КПД, хороший температурный коэффициент и длительный срок эксплуатации при незначительном снижении производительности. Они имеют самую высокую цену из-за дороговизны сырья — высокоочищенного кристаллического кремния;
- поликристаллические элементы обеспечивают КПД в пределах 14-17%, имеют меньшую стоимость за Ватт при хороших характеристиках;
- элементы на основе аморфного кремния (тонкопленочные) имеют самую низкую эффективность, которая к тому же сравнительно быстро снижается в процессе эксплуатации. К преимуществам относится наилучший температурный коэффициент, возможность их расположения на неровной поверхности и невысокая цена.
- Инвертор необходим для преобразования постоянного тока в переменный (AC) — для возможности его использования потребителями или передачи в электрическую сеть. Инверторы бывают различной мощности, функциональности и тип их выбирается в зависимости от назначения. Автономные инверторы для СЭС применяются для изолированных систем электроснабжения при отсутствии внешней электросети или если сеть ненадежна. Современные качественные инверторы обеспечивают измерения, безопасную работу системы, эффективное управление энергией и нагрузкой.
- Аккумуляторы для солнечных батарей применяются в СЭС автономного и гибридного типа для накопления энергии, выработанной в течение дня. Они обеспечивают питание потребителей электроэнергией ночью или при перебоях снабжения от централизованной сети.
- Контроллеры заряда — подключаются между солнечной панелью и аккумулятором для регулирования процесса его зарядки и обеспечения правильного заряда или, что более важно, для защиты от чрезмерного перезаряда. Функционально они делятся на:
-
- простейшие контроллеры — просто отключают источник при достижении определенного уровня напряжения на АБ, при этом заряженность составляет 60-70%, что резко сокращает их срок службы;
- ШИМ контроллер — на окончательном этапе заряда использует широтно-импульсную модуляцию тока заряда и обеспечивает заряд аккумулятора до 100%;
- MPPT-контроллер — повышает эффективность работы панели путем «вытягивания» максимального количества энергии за счет выбора определенного напряжения и тока.
- Поддерживающая конструкция для панелей — обеспечивает необходимую жесткость системы и правильный угол наклона поверхностей к излучению.
Рациональным решение является установка системы мониторинга, которая отслеживает в режиме реального времени производство э/э и может указать на неисправность.
Принцип работы солнечной электростанции: физика процесса
Принцип работы СЭС основан на фотоэлектрическом эффекте. Фотоэлектрический элемент (он же солнечный элемент) использует технологию преобразования солнечной энергии непосредственно в электричество. Фотоэлектрический элемент обычно изготавливается из кремниевых сплавов. Когда фотоны солнечного света попадают на полупроводниковый материал, генерируются свободные электроны, которые могут течь через материал, создавая постоянный электрический ток.
Кремний широко известный полупроводник, обладающий свойствами как проводников, так и диэлектриков. Полупроводники проявляют свойство, известное как фотоэлектрический эффект, которое заставляет их поглощать фотоны и высвобождать электроны. Чтобы сделать солнечную панель, кремниевые пластины легируют акцепторными и донорными примесями для его преобразования в кремний p-типа и n-типа.
Полупроводник p-типа (положительный заряд) имеет избыток основных носителей заряда — дырок. А n-тип (отрицательный заряд) имеет избыток электронов. Они соединяются друг с другом до атомарного уровня. Из-за их контакта и наличия противоположного заряда, электроны текут от n-типа к p-типу, а дырки перемещаются от p-типа к n-типу — в результате движения зарядов генерируется ток.
В результате фотоэффекта солнечная батарея вырабатывает постоянный электрический ток (DC). Инвертор преобразует постоянный ток в переменный (AC). Другими словами, трансформирует его в такой вид, который подходит для электропитания бытовых и промышленных потребителей, а также для передачи его в энергосистему.
В зависимости от назначения, существуют следующие типы солнечных электростанций:
- Сетевые СЭС. В них вся выработанная электроэнергия передается в энергосистему для продажи по «зеленому» тарифу. Сетевые электростанции состоят из панелей, сетевого инвертора, кабелей и поддерживающей конструкции.
- Автономные СЭС. Обеспечивают питание потребителей, когда отсутствует централизованная сеть или она ненадежна. Автономная система кроме панелей и автономного инвертора, имеет контроллер заряда и аккумуляторную батарею.
- Гибридные (или резервные) СЭС. Применяются потребителями, которые сталкиваются с частыми перебоями энергоснабжения. Совмещает в себе возможности как сетевых, так и автономных систем. В гибридном (интеллектуальном) инверторе доступно программирование режимов потребления, накопления и передачи электроэнергии в энергосистему.
Двунаправленный счетчик устанавливается на гибридных и автономных СЭС для учета выработанной и потребленной домом электроэнергии. Этот счетчик также учитывает количество направленной в энергосистему э/э по «зеленому» тарифу.
Купить солнечную станцию в Украине любого типа — рациональная, экономически выгодная инвестиция. СЭС работает более 25-30 лет и после ее окупаемости, вы будете иметь бесплатную электроэнергию долгие годы.
Делаем правильные выводы
Из этой статьи вы узнали о солнечных технологиях, принципе работы солнечной электростанции и о том, какое оборудование для этого необходимо. А также поняли, насколько важно предусмотреть множество нюансов для продуктивной и долговечной работы всей системы в целом.
При выборе оборудования необходимо оценить его качество, эффективность и надежность. С другой стороны, комплект оборудования должен соответствовать назначению/типу СЭС — обеспечивать определенный набор функций и характеристик. Учет всех возможных факторов требует специфических, практических знаний.
Для выбора наиболее оптимального варианта комплектации СЭС целесообразно воспользоваться услугами специалистов профильных компаний. Вы можете обратиться за консультацией к профессионалам в области солнечной энергетики — компании Solar Garden. Большой опыт реализации различных проектов СЭС и штат собственных специалистов позволяет предложить Вам лучшие услуги и оборудование.
В Solar Garden помогут рассчитать мощность всей системы, определиться с количеством и типом солнечных батарей, выбрать характеристики оборудования с учетом назначения и конкретных условий. Разработают проект, рассчитают срок окупаемости системы. Профессиональные установщики выполнят весь комплекс работ по монтажу электростанции с учетом особенностей расположения объекта.
