ЯК ПРАЦЮЄ СОНЯЧНА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ?

Сонячна електростанція (СЕС) – це інженерна споруда, що перетворює сонячне світло в електричну енергію. Яким чином це відбувається і як працює сонячна електростанція – читайте в цій статті.

Для виробництва електрики з енергії Сонця існують такі технології:

1. Фотоелектрична технологія – дозволяє перетворювати енергію Сонця безпосередньо в електрику. Фотоелектричні системи (вони ж сонячні електростанції) набули найбільшого поширення для електропостачання приватних домогосподарств, квартир, різних закладів, промислових і сільськогосподарських об’єктів. Такі системи швидко окупаються і вимагають мінімального технічного обслуговування.
2. Концентруючі технології – тепло Сонця використовується для нагріву води до стану пари високого тиску з подальшою подачею його в турбіну (механічна енергія трансформується в електричну). Для збільшення інтенсивності сонячного світла використовуються системи фокусування – дзеркала і лінзи. СЕС такого типу (параболічні, баштові, тарілчасті) забезпечують великі потужності і застосовуються для електропостачання міст і великих підприємств.

Застосування екологічно чистого, альтернативного джерела енергії економічно вигідно як для забезпечення власного енергоспоживання, так і для продажу електрики в мережу за зеленим тарифом.

У цій статті детально розглядається, як працює сонячна електростанція з фотоелектричною технологією і що для цього потрібно.

Зміст статті:

• Складові сонячної електростанції: основне і додаткове обладнання
  • • Сонячні батареї
    • Інвертор
    • Акумуляторна батарея
    • Контролери заряду
    • Підтримуюча конструкція
• Принцип роботи сонячної електростанції: фізика процесу
• Робимо правильні висновки

Складові сонячної електростанції: основне і додаткове обладнання

Для виробництва електрики сонячною електростанцією, необхідно якісне та надійне обладнання. В першу чергу – це сонячні батареї і інвертори. Залежно від призначення і типу електростанції, її складовими можуть бути акумуляторні батареї та контролери заряду-розряду. Важливою частиною є підтримуюча конструкція, кабелі, вузол обліку зі спеціальним лічильником, система моніторингу та ін. Основний асортимент складових сонячної електростанції включає в себе:

1. Сонячні (фотоелектричні) батареї складаються з елементів, які виготовлені в основному з напівпровідникових матеріалів – зазвичай з кремнію. Від їх типу залежить продуктивність, ціна і довговічність системи:

• монокристалічні елементи забезпечують найвищий (до 22%) ККД, хороший температурний коефіцієнт і тривалий термін експлуатації при незначному зниженні продуктивності. Вони мають найвищу ціну через дорожнечу сировини – високоочищеного кристалічного кремнію;
• полікристалічні елементи забезпечують ККД в межах 14-17%, мають меншу вартість за Ватт при хороших характеристиках;
• елементи на основі аморфного кремнію (тонкоплівкові) мають найнижчу ефективність, яка до того ж порівняно швидко знижується в процесі експлуатації. До переваг відноситься найкращий температурний коефіцієнт, можливість їх розташування на нерівній поверхні і невисока ціна.

2. Інвертор необхідний для перетворення постійного струму в змінний (AC) – для можливості його використання споживачами або передачі в електричну мережу. Інвертори бувають різної потужності, функціональності і тип їх обирається залежно від призначення. Сучасні якісні інвертори забезпечують вимірювання, безпечну роботу системи, ефективне управління енергією і навантаженням.
3. Акумуляторна батарея застосовується в СЕС автономного і гібридного типу для накопичення енергії, виробленої фотоелектричними панелями протягом дня. Забезпечує живлення споживачів електроенергією вночі або при перебоях постачання від централізованої мережі.
4. Контролери заряду – підключаються між сонячною панеллю і акумулятором для регулювання процесу його зарядки і забезпечення правильного заряду або, що більш важливо, для захисту від надмірного перезарядження. Функціонально вони поділяються на:

• найпростіші контролери – просто відключають джерело при досягненні певного рівня напруги на АКБ, при цьому зарядженість становить 60-70%, що різко скорочує їх термін служби;
• ШІМ контролер – на остаточному етапі заряду використовує широтно-імпульсну модуляцію струму заряду і забезпечує заряд акумулятора до 100%;
• MPPT-контролер – підвищує ефективність роботи панелі шляхом «витягування» максимальної кількості енергії за рахунок вибору певного напруження і струму.

5. Підтримуюча конструкція для панелей – забезпечує необхідну жорсткість системи і правильний кут нахилу поверхонь до випромінювання.

Раціональним рішення є установка системи моніторингу, яка відстежує в режимі реального часу виробництво е/е і може вказати на несправність.

Принцип роботи сонячної електростанції: фізика процесу

Принцип роботи СЕС заснований на фотоелектричному ефекті. Фотоелектричний елемент (він же сонячний елемент) використовує технологію перетворення сонячної енергії безпосередньо в електрику. Фотоелектричний елемент зазвичай виготовляється з кремнієвих сплавів. Коли фотони сонячного світла потрапляють на напівпровідниковий матеріал, генеруються вільні електрони, які можуть текти через матеріал, створюючи постійний електричний струм.

Кремній широко відомий напівпровідник, що володіє властивостями як провідників, так і діелектриків. Напівпровідники виявляють властивість, відомий як фотоелектричний ефект, що змушує їх поглинати фотони і вивільняти електрони. Щоб зробити сонячну панель, кремнієві пластини легують акцепторними і донорними домішками для його перетворення в кремній p-типу і n-типу.

Напівпровідник p-типу (позитивний заряд) має надлишок основних носіїв заряду – дірок. А n-тип (негативний заряд) має надлишок електронів. Вони з’єднуються один з одним до атомарного рівня. Через їх контакт і наявність протилежного заряду, електрони течуть від n-типу до p-типу, а дірки переміщаються від p-типу до n-типу – в результаті руху зарядів генерується струм.

В результаті фотоефекту сонячна батарея виробляє постійний електричний струм (DC). Інвертор перетворює постійний струм в змінний (AC). Іншими словами, трансформує його в такий вид, який підходить для електроживлення побутових і промислових споживачів, а також для передачі його в енергосистему.

Залежно від призначення, існують такі типи сонячних електростанцій:

1. Мережеві СЕС. У них вся вироблена електроенергія передається в енергосистему для продажу за «зеленим» тарифом. Мережеві електростанції складаються з панелей, мережевого інвертора, кабелів і підтримуючої конструкції.
2. Автономні СЕС. Забезпечують харчування споживачів, коли відсутня централізована мережа або вона ненадійна. Автономна система крім панелей і автономного інвертора, має контролер заряду і акумуляторну батарею.
3. Гібридні (або резервні) СЕС. Застосовуються споживачами, які стикаються з частими перебоями енергопостачання. Поєднує в собі можливості як мережевих, так і автономних систем. У гібридному (інтелектуальному) інверторі є програмування режимів споживання, накопичення і передачі електроенергії в енергосистему.

Двонаправлений лічильник встановлюється на гібридних і автономних СЕС для обліку виробленої і спожитої будинком електроенергії. Цей лічильник також враховує кількість спрямованої в енергосистему е/е за «зеленим» тарифом.

Робимо правильні висновки

З цієї статті ви дізналися про сонячні технології, принцип роботи сонячної електростанції і про те, яке обладнання для цього необхідно. А також зрозуміли, наскільки важливо передбачити безліч нюансів для продуктивної і довговічною роботи всієї системи в цілому.

При виборі обладнання необхідно оцінити його якість, ефективність та надійність. З іншого боку, комплект обладнання повинен відповідати призначенню/типу СЕС – забезпечувати певний набір функцій і характеристик. Облік всіх можливих факторів вимагає специфічних, практичних знань.

Для вибору найбільш оптимального варіанту комплектації СЕС доцільно скористатися послугами фахівців профільних компаній. Ви можете звернутися за консультацією до професіоналів в області сонячної енергетики – компанії Solar Garden. Великий досвід реалізації різних проектів СЕС і штат власних фахівців дозволяє запропонувати Вам кращі послуги та обладнання.

В Solar Garden допоможуть розрахувати потужність всієї системи, визначитися з кількістю і типом сонячних батарей, вибрати характеристики обладнання з урахуванням призначення і конкретних умов. Розроблять проект, розрахують термін окупності системи. Професійні установники виконають весь комплекс робіт по монтажу електростанції з урахуванням особливостей розташування об’єкта.