Klasifikace solárních energetických systémů

Lidé na celém světě v současné době přecházejí k využívání obnovitelných zdrojů energie ke splnění svých energetických požadavků. V dnešním světě existuje mnoho příkladů-rozsáhlého vzniku a implementace solárních energetických systémů/technologií do společnosti. Vysokoškolští studenti, kteří nedávno promovali, nebo jednotlivci, kteří chtějí využívat solární technologie pro účely doma nebo v práci, se budou muset poučit o tom, jaké typy solárních systémů existují, jak fungují a jejich výhody a nevýhody, aby mohli činit informovaná rozhodnutí o nákupu. Systémy solární energie lze rozdělit do tří typů na základě: 1) způsobu výstupu energie (technologie); 2) jak se systém připojuje/funguje ve spojení s elektrickou sítí (konfigurace); a 3) velikost systému ve srovnání s jinými typy systémů. Cílem tohoto článku je poskytnout vám několik příkladů toho, jak můžeme zařadit systémy technologie solární energie do těchto tří kategorií, a poskytnout vám podrobný popis každé z nich.

Nejzákladnější klasifikace solárních energetických systémů je založena na tom, jak využíváme sluneční energii k napájení věcí. Existují pouze dva způsoby, jak toho dosáhnout: pomocí fotovoltaiky (PV) nebo pomocí koncentrované solární energie (CSP); a pak jsou tu solární termální systémy, které vytvářejí výstup tepelné (neboli teplo-produkující) energie (topení).

Fotovoltaické (PV) systémy

Nejběžnějším typem využití solární energie jsou fotovoltaické systémy. Moderní fotovoltaické systémy pomocí fotovoltaického efektu přeměňují sluneční záření na elektrickou energii pomocí polovodiče, nejčastěji křemíku, což je průmyslový standard. Polovodič je „buzen“ slunečními paprsky, které způsobují pohyb proudu elektronů a vytváření stejnosměrného elektrického proudu, na rozdíl od střídavého proudu, který proudí dvěma různými směry. Ve většině domácností a na pracovištích se tomu říká stejnosměrný proud (DC). Aby byl použitelný ve většině domácností a pracovišť, je nutný invertor pro přeměnu stejnosměrného proudu (DC) článku na střídavý proud (AC). Vzhledem k všestrannosti a škálovatelnosti fotovoltaických systémů jsou moderní komerční panely navrženy tak, aby dosahovaly účinnosti až 30 %. Tyto systémy mohou být malé jako několik fotovoltaických panelů na střeše nebo velké jako velké užitkové -fotovoltaické solární farmy.

Systémy koncentrované solární energie (CSP).

Proces CSP (Concentrated Solar Power) využívá zrcadla a/nebo čočky ke sběru koncentrované sluneční energie v široké oblasti a pomocí těchto čoček a zrcadel soustředí tuto energii dolů z velké oblasti na menší oblast (jako je věž přijímače nebo trubice). Koncentrovaná sluneční energie ohřívá povrch plochých zrcadel (nebo čoček), čímž vzniká teplo, které lze využít k ohřevu teplonosné kapaliny (já, roztavená sůl, olej atd.). Teplo bude akumulováno v teplonosné kapalině, dokud nebude teplo v teplonosné kapalině využito k vytvoření páry, která se pak použije k roztočení turbín, které jsou spojeny pro výrobu elektřiny. Maximální tepelná účinnost technologie CSP se odhaduje na asi 35 %, což je skvělé ve srovnání s jinými formami výroby elektřiny, protože mají akumulační prvek tepelné energie, který umožňuje přenos elektřiny po západu slunce. Obecně platí, že systémy CSP mají velký rozsah a složitost; proto jsou primárně vhodné pro velkoplošné-síťové aplikace umístěné v oblastech s vysokou úrovní přímého slunečního záření, jako jsou pouště.

Solární tepelné (topné) systémy

Na rozdíl od CSP zachycuje solární termální technologie „tepelnou“ (tepelnou) energii pro skutečné využití na rozdíl od výroby elektřiny (jako to dělá CSP). Příklady, kde se tyto technologie běžně používají, zahrnují ohřev teplé užitkové vody (např. sprchy) a ohřev bazénu. Solární termální systémy jsou obecně méně složité a nákladově efektivnější pro splnění specifických požadavků na vytápění ve srovnání se systémy CSP.

Z pohledu instalatéra nebo majitele domu je nejpraktičtější klasifikace FV systému založena na jeho elektrické konfiguraci a vztahu k rozvodné síti. Existují tři hlavní typy: grid-svázaný (on-grid), off-grid (samostatný) a hybridní systémy.

Na-síťových (síťových-svázaných) systémech
On{0}}síťové systémy jsou přímo připojeny k veřejné elektrické síti a jsou celosvětově nejběžnějším typem rezidenčních a komerčních instalací.

Jak to funguje:Solární panely vyrábějí elektřinu během dne. Tento výkon se používá k provozu zátěží budovy. Pokud systém vyrábí více energie, než je potřeba, přebytek se přivádí zpět do veřejné rozvodné sítě. V noci nebo v období nízké výroby odebírá budova elektřinu ze sítě.

Klíčová součást:Tyto systémy nevyžadují bateriové banky. Samotná síť funguje jako virtuální úložný systém pro přebytečnou energii.

výhody:Jsou cenově-nejefektivnější a nejsnáze se instalují kvůli nedostatku baterií. Umožňují také čisté měření, kdy majitelé domů získávají kredit za přebytečnou energii, kterou dodávají do sítě.

Nevýhoda:Primární nevýhodou je, že se systém při výpadku napájení z bezpečnostních důvodů vypne (aby se zabránilo zpětnému{0}}dodávce elektřiny pracovníkům vedení), což znamená, že nemůže poskytnout záložní energii.

Off-Síťové (samostatné) systémy

Off-síťové systémy fungují nezávisle na rozvodné síti. Jsou ideální pro použití v odlehlých oblastech bez praktického připojení k síti nebo tam, kde jsou náklady na připojení k síti příliš vysoké.

Operace:Solární panely zajišťují nabíjení baterie pro použití v noci nebo když není slunečno. Střídač funguje jako brána pro přeměnu stejnosměrného proudu produkovaného bateriemi na střídavý proud, který se používá v domácnosti.

Centrální funkce:Baterie, která dokáže poskytnout dostatek energie pro podporu off{0}}síťového systému po několik dní bez nutnosti dobíjení, je hlavní funkcí off-síťového systému. Když povětrnostní podmínky brání dobíjení, mnoho domů s vypnutou-síťovou sítí bude mít také záložní generátor, který poskytne více než dostatek energie na delší dobu.

výhody:Žít zcela nezávisle na elektrické síti a mít přístup k elektřině v odlehlé oblasti, která nedostává elektřinu z elektrické sítě.

Nevýhody:Tyto systémy jsou výrazně dražší kvůli nákladům na baterie. Vyžadují také složitější design a pečlivé řízení energie ze strany uživatele, aby se zabránilo vybití baterií.

Hybridní systémy
Hybridní systémy kombinují nejlepší prvky technologie on{0}}grid a off{1}}grid.

Co je hybridní systém:Hybridní systém se připojuje k rozvodné síti, stejně jako síť-vázaný systém, ale v systému je zahrnuta také baterie. Vyrobená solární energie se nejprve používá k napájení elektrické zátěže domu a poté k nabíjení baterií. Teprve po úplném nabití baterií bude zbývající vyrobená solární elektřina odeslána zpět do sítě. Během výpadku proudu v důsledku výpadku sítě má hybridní systém schopnost oddělit se od sítě a nadále dodávat energii do domácnosti prostřednictvím bateriové banky a solárních panelů.

Klíčová součást hybridního systému:Hybridní měnič nebo měnič spárovaný s ovladačem baterie - tato součást ovládá mnoho různých součástí hybridního systému.

Výhody hybridního systému:Spolehlivost záložního napájení, schopnost šetřit vlastní -vygenerovanou energii pro použití během špičkových sazeb za elektřinu a možná menší baterie ve srovnání s aplikací pouze s vypnutou-síťovou sítí.

Nevýhody hybridního systému:Díky dodatečným nákladům na baterii jsou celkové náklady vyšší než u standardního{0}}síťového systému.

Kromě typu systému jsou solární instalace také kategorizovány na základě jejich velikosti a vztahu k elektrickému zatížení, které obsluhují.

Distribuovaná výroba (DG): Jedná se o menší systémy, které jsou umístěny nejblíže místu spotřeby. Většina systémů na obytných střechách a na komerčních budovách patří do této kategorie. Obvykle jsou integrovány do distribuční sítě nízkého napětí a mohou spotřebitelům umožnit ušetřit na účtech za elektřinu.

Centralizovaná výroba (utilitní-měřítko): Jedná se o velké solární elektrárny, které se obvykle rozkládají na stovkách akrů a vyrábějí elektřinu, která je následně dodávána vysokonapěťovými přenosovými vedeními k-vzdáleným koncovým-uživatelům. Do této kategorie patří jak velké-fotovoltaické solární farmy, tak elektrárny CSP. Celkově je klasifikace solárních energetických systémů složitá. Ať už jsou klasifikovány podle použité technologie (PV vs. CSP), provozní konfigurace (on-grid, off-grid nebo hybrid) nebo stupně nasazení, každá klasifikace má důležitou funkci ve světovém energetickém systému. Znalost těchto rozdílů je základem pro ty, kteří chtějí využívat solární energii.