Класификация на слънчевите енергийни системи

В момента хората по целия свят се насочват към използване на възобновяеми източници на енергия, за да задоволят енергийните си нужди. В днешния свят има много примери за широкомащабна-поява и внедряване на системи/технологии за слънчева енергия в обществото. Студенти, които наскоро са завършили, или лица, които искат да използват слънчеви технологии за цели у дома или на работа, ще трябва да бъдат обучени за това какви видове слънчеви системи съществуват, как работят и техните предимства и недостатъци, за да вземат информирани решения за покупка. Системите за слънчева енергия могат да бъдат класифицирани в три типа въз основа на: 1) как се извежда енергията (технология); 2) как системата се свързва/работи във връзка с електрическата мрежа (конфигурация); и 3) размерът на системата в сравнение с други видове системи. Целта на тази статия е да ви предостави няколко примера за това как можем да класифицираме технологичните системи за слънчева енергия в тези три категории и да ви даде подробно описание на всяка от тях.

Най-основната класификация на системите за слънчева енергия се основава на това как използваме слънчевата енергия за захранване на нещата. Има само два начина да направите това: използване на фотоволтаици (PV) или използване на концентрирана слънчева енергия (CSP); и след това има слънчеви топлинни системи, които създават изход на топлинна (или топлинна-произвеждаща) енергия (отопление).

Фотоволтаични (PV) системи

Най-разпространеният вид използване на слънчева енергия са фотоволтаичните системи. С помощта на фотоволтаичния ефект съвременните фотоволтаични системи преобразуват слънчевата радиация в електрическа енергия с помощта на полупроводник, най-често силиций, който е индустриален стандарт. Полупроводникът се „възбужда“ от слънчевите лъчи, което предизвиква движение на поток от електрони и създаване на постоянен електрически ток, за разлика от променлив ток, който тече в две различни посоки. В повечето домакинства и работни места това се нарича постоянен ток (DC). За да бъде приложим в повечето домакинства и работни места, е необходим инвертор, който да преобразува постоянния ток (DC) на клетката в променлив ток (AC). Като се има предвид гъвкавостта и мащабируемостта на фотоволтаичните системи, модерните търговски панели са проектирани да постигат ефективност до 30%. Тези системи могат да бъдат толкова малки, колкото няколко фотоволтаични панела на покрива, или големи като големи-мащабни фотоволтаични ферми за слънчева енергия.

Системи за концентрирана слънчева енергия (CSP).

Процесът на CSP (концентрирана слънчева енергия) използва огледала и/или лещи за събиране на концентрирана слънчева енергия в широка област и използва тези лещи и огледала, за да фокусира тази енергия надолу от голяма площ към по-малка площ (като приемна кула или тръба). Концентрираната слънчева енергия загрява повърхността на плоските огледала (или лещи), като по този начин създава топлина, която може да се използва за нагряване на топлопреносна течност (аз, разтопена сол, масло и т.н.). Топлината ще се съхранява в топлопреносния флуид, докато топлината в топлопреносния флуид се използва за създаване на пара, която след това ще се използва за въртене на турбините, които са свързани за генериране на електричество. Максималната топлинна ефективност на технологията CSP се оценява на около 35%, което е страхотно в сравнение с други форми на генериране на електроенергия поради способността им да имат елемент за съхранение на топлинна енергия, който позволява изпращане на електроенергия след залез слънце. Като цяло CSP системите са големи по обхват и сложност; следователно те са предимно подходящи за широкомащабни-мрежови приложения, разположени в райони, получаващи високи нива на пряка слънчева светлина, като пустини.

Слънчеви термални (отоплителни) системи

За разлика от CSP, слънчевата топлинна технология улавя „топлинна“ (топлинна) енергия за действителна употреба, за разлика от генерирането на електричество (както прави CSP). Примери за това, където тези технологии се използват често, включват отопление на битова гореща вода (напр. душове) и отопление на плувен басейн. Слънчевите топлинни системи обикновено са по-малко сложни и по-рентабилни, за да отговорят на специфични изисквания за отопление в сравнение със системите CSP.

От гледна точка на монтажника или собственика на жилище, най-практичната класификация на фотоволтаичната система се основава на нейната електрическа конфигурация и връзката с електрическата мрежа. Има три основни типа: свързани с мрежа-(в-мрежа), извън-мрежа (самостоятелни) и хибридни системи.

На-решетъчни (решетъчни-обвързани) системи
В-мрежовите системи са директно свързани към обществената електрическа мрежа и са най-разпространеният тип жилищни и търговски инсталации в световен мащаб.

Как работи:Слънчевите панели генерират електричество през деня. Тази мощност се използва за управление на товарите на сградата. Ако системата произвежда повече енергия от необходимото, излишъкът се връща обратно в електрическата мрежа. През нощта или в периоди на ниско производство сградата черпи енергия от мрежата.

Ключов компонент:Тези системи не изискват батерии. Самата мрежа действа като виртуална система за съхранение на излишната енергия.

Предимства:Те са най-{0}}рентабилни и най-лесни за инсталиране поради липсата на батерии. Те също така позволяват нетно измерване, при което собствениците на жилища получават кредит за излишната мощност, която доставят на мрежата.

Недостатък:Основният недостатък е, че системата се изключва по време на прекъсване на електрозахранването от съображения за безопасност (за да се предотврати обратно-захранване с електричество на работещите в линията), което означава, че не може да осигури резервно захранване.

Off-Grid (самостоятелни) системи

Системите извън-мрежата функционират независимо от мрежата на енергийната мрежа. Те са идеални за използване в отдалечени райони без практическа връзка с мрежата или където разходите за връзка с мрежата са твърде големи.

Операция:Слънчевите панели осигуряват зареждане на батерия за използване през нощта или когато не е слънчево. Инверторът функционира като шлюз за преобразуване на постоянния ток, произведен от батериите, в променлив ток, когато се използва в дома.

Централна характеристика:Банка батерии, която може да осигури достатъчно енергия за поддържане на извън-мрежовата система за няколко дни без необходимост от презареждане, е основната характеристика на извън-мрежовата система. Когато метеорологичните условия възпрепятстват презареждането, много-домове извън мрежата също ще имат резервен генератор, за да осигурят повече от достатъчно енергия за по-дълги периоди от време.

Предимства:Да живееш напълно независимо от електрическата мрежа и да имаш достъп до електричество в отдалечен район, който не получава електричество от електрическата мрежа.

Недостатъци:Тези системи са значително по-скъпи поради разходите за батерии. Те също така изискват по-сложен дизайн и внимателно управление на енергията от потребителя, за да се избегне изтощаването на батериите.

Хибридни системи
Хибридните системи съчетават най-добрите елементи на on-grid и off-grid технологията.

Какво представлява хибридната система:Хибридната система се свързва към електрическата мрежа, точно като свързаната-мрежова система, но също така има батерия, включена в системата. Произведената слънчева енергия се използва първо за захранване на електрическите товари на дома, след това за зареждане на батериите. Едва след като батериите са напълно заредени, останалата произведена слънчева електроенергия ще бъде изпратена обратно в мрежата. По време на прекъсване на захранването поради прекъсване на мрежата, хибридната система има способността да се изолира от мрежата и да продължи да захранва дома чрез батерията и чрез слънчевите панели.

Ключов компонент на хибридна система:Хибриден инвертор или инвертор, съчетан с контролер на батерията - този компонент управлява много различни компоненти в хибридна система.

Предимства на наличието на хибридна система:Надеждност на резервното захранване, възможност за пестене на-самогенерирана енергия за използване по време на пикови цени на електроенергията и евентуално по-малка батерия в сравнение с-приложение само извън мрежата.

Недостатък на наличието на хибридна система:Допълнителните разходи за батерии правят общата цена по-висока от стандартна система,-свързана с мрежата.

Освен тип система, соларните инсталации се категоризират и въз основа на техния размер и връзката им с електрическия товар, който обслужват.

Разпределено производство (DG): Това са по-малки системи, които са разположени най-близо до точката на потребление. Повечето системи на жилищни покриви и тези на търговски сгради са в тази категория. Те обикновено са интегрирани в разпределителната мрежа за ниско напрежение и могат да позволят на потребителите да спестят от сметките си за електроенергия.

Централизирано производство (комунален-мащаб): Това са големи слънчеви електроцентрали, обикновено разположени на стотици акри, които произвеждат електричество, което след това се доставя по преносни линии с високо напрежение до далечни-крайни-потребители. Както широкомащабните- фотоволтаични слънчеви ферми, така и CSP централите са в тази категория. Като цяло класификацията на слънчевите енергийни системи е сложна. Независимо дали е класифицирана по използваната технология (PV срещу CSP), оперативната конфигурация (в-мрежа, извън-мрежа или хибрид) или степента на разгръщане, всяка класификация има важна функция в световната енергийна система. Познаването на тези разлики е основата за тези, които се стремят да използват слънчевата енергия.