Коеволюція людини та біосфери. Використання сонячної енергії

реферат

5. Принцип роботи Сонячної електростанції (СЕС)

Сонячна електростанція -- інженерна споруда, що служить для перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Способи перетворення сонячної радіації різні і залежать від конструкції електростанції. Усі сонячні електростанції поділяються на кілька типів: баштового типу, тарілчастого типу, із використанням фотобатарей, із параболічними концентраторами. Із понад 900 МВт виробленої сонячними електростанціями в 2010 році енергії більше 90% належить електростанціям на основі дзеркальних відбивачів параболічної форми.[5].

Розглянемо принцип дії сонячної електростанції, на прикладі мережевої фотоелектричної сонячної електростанції.

Мережеві сонячні фотоелектричні станції -- один з видів електростанцій, що генерує електрику шляхом перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію з наступною її передачею в мережу. Мережеві фотоелектричні системи можуть працювати по «зеленому» тарифу, продаючи електроенергію в централізовану зовнішню мережу, або використовуватися для виробництва електроенергії з метою власного споживання.

Ключові переваги мережевих сонячних електростанцій:

Ш Можливе застосування в місцях, де відсутні централізовані електропостачання.

Ш Для будівництва підходять не тільки вільні від забудови майданчики землі, але й дахи та фасади будівель, що дозволяє економити територію і зазвичай істотно знижує витрати на будівництво.

Ш Для підтримки сонячної електростанції в працездатному стані немає необхідності в проведенні трудомісткого технічного обслуговування.

Ш Можливість підключення за «зеленим» тарифом.

Крім зазначених вище переваг, для мережевих сонячних електростанцій характерні наступні особливості: можливість установки систем різної потужності, що дозволяє максимально ефективно вирішувати різні завдання по електропостачанню; можливість часткового або повного електроживлення обраних споживачів; можливість додаткової комплектації системи акумуляторною батареєю; екологічна безпека роботи; повністю автоматична робота і зміна її режимів. На рисунку 3 показана структурна схема типової мережевої сонячної електростанції.

Рисунок 3 - Структурна схема мережевої сонячної електростанції

До складу мережевої фотоелектричної системи входять наступні елементи:

Ш Сонячні батареї, що виробляють під дією сонячного випромінювання постійний струм;

Ш Мережеві інвертори, що перетворюють постійний струм (DС), що генерується сонячними панелями, в змінний (AC).

Ш Система моніторингу, що дозволяє відстежувати параметри роботи сонячної електростанції.

Ш Лічильники, призначені для моніторингу продуктивності системи та продажу електроенергії за «зеленим» тарифом.

Ш Підтримуючі металоконструкції для розміщення сонячних батарей на земельній ділянці, даху будівлі і т.п.

Ш Централізована лінія електропередач, до якої приєднана електростанція.

Ш Власні споживачі електроенергії (промислові чи побутові електроприлади).

Можливі варіанти додаткової комплектації мережевих сонячних станцій:

Ш встановлення акумуляторних батарей для живлення резервованого навантаження споживача у випадку вимкнення зовнішньої електромережі;

Ш встановлення системи контролю недопустимості перетоків електроенергії, що генерована сонячною електростанцією, в загальну мережу;

Ш рухома система стеження за Сонцем, яка дозволяє утримувати сонячні модулі в оптимальному положенні відносно Сонця, таким чином максимально використовуючи всю доступну сонячну енергію;

Ш системи моніторингу, дистанційної діагностики, зберігання даних і візуалізації. В режимі реального часу відображає повну інформацію та зберігає дані щодо роботи та стану системи. [6]

Розглянемо окремо кожний елемент даної електростанції, почнемо з сонячної батареї, де і відбувається безпосереднє перетворення енергії сонця в електрику.

Сонячні батареї - це джерело електричного струму, яке використовує фотоелектричні перетворювачі. Сонячні батареї (модуль, панель) являють собою послідовне і паралельне з`єднання фотоелектричних перетворювачів для отримання необхідних параметрів по струму та напрузі.

Фотоелектричний перетворювач (ФЕП) -- електричний пристрій, який діє як перетворювач, і служить для перетворення частини світлової енергії (як правило, видимих і інфрачервоних електромагнітних хвиль) у електричну за допомогою фотоелектричного ефекту. На рисунку 4 зображено ФЕП (сонячний елемент).

Рисунок 4 - Сонячний елемент

Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому p-n переході. При поглинанні фотона в області, яка прилягає до p-n переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Одна із цих часток є неосновним зарядом і з великою ймовірністю проникає крізь перехід. В результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі й не можуть рекомбінувати. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. При підєднанні елементу до зовнішнього навантаження у колі протікає струм. На рисунку 5 продемонстровано цей процес.

Рисунок 5 - Процес розподілу зарядів у просторі і виникнення струму

До основних характеристик сонячного елементу відносять напругу холостого ходу і струм короткого замикання сонячного елемента. Напруга холостого ходу (Vvo) -- максимальна напруга (зовнішнє навантаження нескінченне), яку може генерувати елемент. А струм короткого замикання (Isc), це максимальний струм (коли зовнішнє навантаження дорівнює нулю), який може генерувати елемент. У робочому режимі напруга і струм є меншими, і при певних значеннях (Vmax і Imax) елемент має максимальну потужність (Pmax). Напруга будь-якої пластини кремнієвого елементу: без навантаження 0,6 В, під навантаженням 0,5 В (при інсоляції 1 кВт/м2), а струм пропорційний площі елемента і його освітленості.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) сучасних сонячних елементів варіюється від 10% до 20%. Проте у серпні 2009 р. вчені університету Нового Південного Уельсу досягли рекордної ефективності сонячних батарей - 43% (тобто 43% сонячної енергії перетворюється на електричну). Однак, новий рекорд було встановлено в лабораторних умовах. Так, світло перед попаданням на батареї було сфокусовано спеціальними лінзами. Крім того, вартість усього обладнання далека від значень, котрі дозволили б виробляти її в промислових масштабах. Рекорд для однієї сонячної батареї в реальних умовах становить приблизно 25%.[7].

Електроенергія вироблена в сонячній батареї передається в мережевий інвертор, де відбувається перетворення постійного струму в змінний який подається в загальну мережу або використовується для власних потреб.

Інвертор в загальному випадку це пристрій для перетворення постійного струму у змінний струм зі зміною величини частоти, чи напруги. Являє собою силовий генератор періодичної напруги, по формі приближеної до синусоїди чи дискретного сигналу.

Інвертори напруги можуть використовуватись як окремий пристрій, чи входити в склад джерел и систем безперебійного живлення.

В залежності від способу реалізації, інвертори поділяються на:

Ш електромашинні інвертори;

Ш електронні інвертори.

За формою сигналу:

Ш Модифікована синусоїда ;

Ш Чиста синусоїда.

За принципом дії інвертори бувають:

Ш Автономні;

Ш Веденні мережею або мережеві.

Мережевий інвертор синхронізується з мережею, частота, напруга та фаза його залежить від мережі.

Мережевий інвертор дозволяє системі працювати без акумуляторних батарей, але його можна використовувати тільки для виведення електроенергії в громадську електромережу. Їх вартість, зазвичай, у декілька разів перевищує вартість немережевих інверторів.

Далі змінний струм обліковується і може використовуватись для власних потреб або віддаватись у загальну мережу. [8].

Делись добром ;)