Класифікація систем сонячної енергії

Зараз люди в усьому світі переходять до використання відновлюваних джерел енергії для задоволення своїх енергетичних потреб. У сучасному світі є багато прикладів широкомасштабної-появи та впровадження систем/технологій сонячної енергії в суспільство. Студенти коледжу, які нещодавно закінчили навчання, або особи, які хочуть використовувати сонячні технології для цілей вдома чи на роботі, повинні будуть знати, які типи сонячних систем існують, як вони працюють, а також їхні переваги та недоліки, щоб приймати обґрунтовані рішення про покупку. Системи сонячної енергії можна класифікувати на три типи на основі: 1) способу виведення енергії (технології); 2) як система підключається/працює в поєднанні з електричною мережею (конфігурація); 3) розмір системи порівняно з іншими типами систем. Мета цієї статті — надати вам кілька прикладів того, як ми можемо класифікувати технологічні системи сонячної енергії за цими трьома категоріями, і дати вам детальний опис кожної з них.

Основна класифікація систем сонячної енергії базується на тому, як ми використовуємо енергію сонця для живлення речей. Є лише два способи зробити це: використання фотоелектричної енергії (PV) або використання концентрованої сонячної енергії (CSP); а ще є сонячні теплові системи, які створюють теплову (або тепло-виробницьку) енергію (опалення).

Фотоелектричні (PV) системи

Найбільш поширеним типом використання сонячної енергії є фотоелектричні системи. За допомогою фотоелектричного ефекту сучасні фотоелектричні системи перетворюють сонячне випромінювання в електричну енергію за допомогою напівпровідника, найчастіше кремнію, який є промисловим стандартом. Напівпровідник «збуджується» сонячними променями, що змушує потік електронів рухатися та створювати постійний електричний струм, на відміну від змінного струму, який тече в двох різних напрямках. У більшості домашніх господарств і на робочих місцях це називають постійним струмом (DC). Для застосування в більшості домогосподарств і на робочих місцях потрібен інвертор для перетворення постійного струму (DC) елемента в змінний струм (AC). Враховуючи універсальність і масштабованість фотоелектричних систем, сучасні комерційні панелі розроблені для досягнення ККД до 30%. Ці системи можуть бути невеликими, як кілька фотоелектричних панелей на даху, або такими великими, як великі-масштабні фотоелектричні сонячні ферми.

Системи концентрованої сонячної енергії (CSP).

У процесі CSP (концентрована сонячна енергія) використовуються дзеркала та/або лінзи для збору концентрованої сонячної енергії на великій площі та використовуються ці лінзи та дзеркала для фокусування цієї енергії з великої площі на меншу (наприклад, приймальну вежу чи трубу). Концентрована сонячна енергія нагріває поверхню плоских дзеркал (або лінз), утворюючи таким чином тепло, яке можна використовувати для нагріву теплоносія (я сам, розплавлена ​​сіль, олія тощо). Тепло зберігатиметься в теплоносії до тих пір, поки тепло в теплоносії не використовуватиметься для створення пари, який потім використовуватиметься для обертання турбін, з’єднаних для виробництва електроенергії. Максимальна теплова ефективність технології CSP оцінюється приблизно в 35%, що є чудовим показником у порівнянні з іншими формами генерації електроенергії через їх здатність мати елемент накопичення теплової енергії, який дозволяє розподіляти електроенергію після заходу сонця. Загалом системи CSP є великими за обсягом і складністю; тому вони в першу чергу підходять для широкомасштабних мережевих додатків, розташованих у місцях з високим рівнем прямого сонячного світла, наприклад у пустелях.

Сонячні теплові (опалювальні) системи

На відміну від CSP, сонячна теплова технологія вловлює «теплову» (теплову) енергію для фактичного використання, а не для виробництва електроенергії (як це робить CSP). Приклади широкого використання цих технологій включають підігрів гарячої води для побутових потреб (наприклад, душ) і підігрів басейну. Сонячні теплові системи, як правило, менш складні та економічно ефективніші для задоволення конкретних вимог до опалення порівняно з системами CSP.

З точки зору інсталятора або домовласника, найбільш практична класифікація фотоелектричної системи базується на її електричній конфігурації та зв’язку з комунальною мережею. Існує три основні типи: прив’язані-мережі (у{-мережі), поза-мережею (автономні) та гібридні системи.

У системах-Grid (Grid-Tied).
Системи on-grid підключаються безпосередньо до громадської електромережі та є найпоширенішим типом житлових і комерційних установок у всьому світі.

Як це працює:Сонячні панелі виробляють електроенергію протягом дня. Ця потужність використовується для керування навантаженнями будівлі. Якщо система виробляє більше електроенергії, ніж потрібно, надлишок повертається в комунальну мережу. Вночі або в періоди низької продуктивності будівля отримує електроенергію від мережі.

Ключовий компонент:Для цих систем не потрібні акумуляторні батареї. Сама мережа діє як віртуальна система зберігання надлишкової енергії.

Переваги:Вони є найбільш-економічними та найпростішими для встановлення через відсутність батарей. Вони також дають змогу здійснювати чистий облік, коли власники будинків отримують кредит за надлишкову електроенергію, яку вони постачають до мережі.

Недолік:Основним недоліком є ​​те, що система вимикається під час відключення електроенергії з міркувань безпеки (щоб запобігти зворотній-подачі електроенергії працівникам лінії), тобто вона не може забезпечити резервне живлення.

Off-Grid (автономні) системи

Не-мережеві системи функціонують незалежно від енергосистеми. Вони ідеально підходять для використання у віддалених районах без практичного підключення до електромережі або там, де витрати на підключення до мережі занадто високі.

Операція:Сонячні батареї забезпечують зарядку акумуляторної батареї для використання вночі або коли немає сонця. Інвертор функціонує як шлюз для перетворення постійного струму, який виробляють батареї, на змінний, коли він використовується вдома.

Центральна функція:Акумуляторна батарея, яка може забезпечити достатню потужність для підтримки від-системи від мережі протягом кількох днів без потреби підзаряджати, є головною особливістю від-системи від мережі. Оскільки погодні умови не дозволяють підзаряджати, багато-домівок, які не працюють у електромережі, також матимуть резервний генератор, щоб забезпечити більш ніж достатньо електроенергії протягом тривалих періодів часу.

Переваги:Живуть повністю незалежно від електричної мережі та мають доступ до електроенергії у віддаленому районі, який не отримує електроенергію з електричної мережі.

Недоліки:Ці системи значно дорожчі через вартість акумуляторів. Вони також вимагають складнішої конструкції та ретельного управління енергією з боку користувача, щоб уникнути розрядження батарей.

Гібридні системи
Гібридні системи поєднують найкращі елементи підключених-мережевих і не-мережевих технологій.

Що таке гібридна система:Гібридна система під’єднується до електромережі так само, як і мережева-система, але вона також має акумуляторну батарею, включену в систему. Вироблена сонячна енергія використовується спочатку для живлення електричних навантажень будинку, а потім для зарядки акумуляторів. Тільки після того, як батареї будуть повністю заряджені, залишки виробленої сонячної електроенергії будуть відправлені назад в мережу. Під час відключення електроенергії через збій в електромережі гібридна система має можливість відгородитися від мережі та продовжувати подавати електроенергію в будинок через акумуляторну батарею та сонячні батареї.

Ключовий компонент гібридної системи:Гібридний інвертор або інвертор у поєднанні з контролером акумулятора - цей компонент керує багатьма різними компонентами гібридної системи.

Переваги гібридної системи:Надійність резервного живлення, можливість заощаджувати-самогенеровану енергію для використання під час пікових тарифів на електроенергію та, можливо, менший акумулятор порівняно з-програмою, яка працює лише в автономному режимі.

Недоліки гібридної системи:Додаткова вартість батареї робить загальну вартість вищою, ніж стандартна система,-прив’язана до мережі.

Крім типу системи, сонячні установки також класифікуються на основі їх розміру та їх відношення до електричного навантаження, яке вони обслуговують.

Розподілена генерація (DG): Це менші системи, які розташовані найближче до точки споживання. Більшість систем на дахах житлових будинків і комерційних будівель належать до цієї категорії. Зазвичай вони інтегровані в розподільну мережу низької напруги і можуть дозволити споживачам заощадити на рахунках за електроенергію.

Централізована генерація (комунальний-масштаб): це великі сонячні електростанції, які зазвичай розташовані на сотнях гектарів, які виробляють електроенергію, яка потім доставляється високовольтними лініями електропередачі далеким-кінцевим-користувачам. До цієї категорії належать як-великі фотоелектричні сонячні електростанції, так і установки CSP. Загалом, класифікація сонячних енергетичних систем є складною. Незалежно від класифікації за застосованою технологією (PV проти CSP), робочою конфігурацією (в-мережі, поза-мережею чи гібридом) або ступенем розгортання, кожна класифікація виконує важливу функцію у світовій енергетичній системі. Знання цих відмінностей є основою для тих, хто прагне використовувати сонячну енергію.