Saulės jėgainė: fotovoltinės ir koncentruotos saulės sistemos

Saulės jėgainė: sužinokite apie fotovoltines ir koncentruotas (CSP) sistemas, technologijas, privalumus, efektyvumą ir didžiausių projektų pavyzdžius.

Saulės elektrinė yra įrenginys, pagrįstas saulės šviesos pavertimu į elektros energiją — tai gali vykti tiesiogiai naudojant fotovoltinę (PV) technologiją arba netiesiogiai per koncentruotą saulės energiją (CSP). Koncentruotose saulės energijos sistemose naudojami lęšiai, veidrodžiai ir sekimo mechanizmai, kad didelis saulės spindulių plotas būtų sutelktas į nedidelį spindulį, kuris šilumą paverčia garu ar kitu šiluminiu šaltiniu elektros gamybai. Fotovoltaika šviesą paverčia elektros srove pasitelkiant fotoelektrinį efektą, o surinkta galia paprastai tiekiama į inverterius ir elektros tinklą arba kaupiklius.

Technologijų tipai ir pagrindiniai komponentai

Fotovoltinės (PV) sistemos:

• Saulės moduliai: monokristaliniai arba polikristaliniai silicio elementai, taip pat plonų sluoksnių (thin-film) moduliai.
• Inverteriai: keičia nuolatinę (DC) srovę į kintamąją (AC) tinklui arba naudotojui.
• Montavimo konstrukcijos: stacionarios arba su sekimo (tracking) mechanizmais, kurie padidina pagamintos energijos kiekį per dieną.
• Energijos kaupimas: baterijos (pvz., Li-ion) arba hibridiniai sprendimai, leidžiantys naudoti elektrą naktį arba debesuotomis dienomis.

Koncentruotos saulės (CSP) sistemos:

• Parabolinių kelnių (parabolic trough), heliostatų (saulės bokštai / solar tower), dish-Stirling ir linear fresnel tipai — kiekvienas turi savo privalumus ir taikymo sritis.
• Šiluminis kaupimas: dažnai naudojamas ištirpusių druskų (molten salt) rezervuaras, leidžiantis gaminti elektros energiją ir po saulės patekimo laikotarpio.
• Sekimo sistemos ir dideli atspindintys paviršiai, kurie koncentracijos dėka pasiekia aukštas temperatūras šilumai gaminti.

Privalumai ir trūkumai

• Privalumai: mažos kintamosios sąnaudos eksploatacijos metu, atsinaujinantis šaltinis, galimybė vietoje gaminti elektros energiją ir sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro. CSP su šiluminiu kaupimu gali tiekti energiją ir po saulės laiko.
• Trūkumai: priklausomybė nuo saulės šviesos ir geografinės padėties, pradinės investicijos (ypač dideliems projektams) ir, CSP atveju, didesnės infrastruktūros bei priežiūros sąnaudos. PV stogeliai užima žemės plotą, o montuojant ant stogų reikia vertinti apkrovas.

Veikimas, našumas ir projektavimas

Saulės elektrinės našumas priklauso nuo saulės spinduliuotės intensyvumo, modulio efektyvumo, montavimo kampo, sekimo sistemos, temperatūros sąlygų ir šešėliavimo. PV įrenginių efektyvumas (komerciniai moduliai) įprastai svyruoja nuo ~15 % iki 23 % ir daugiau, priklausomai nuo technologijos. CSP įrenginiai koncentruoja saulės šviesą ir gali pasiekti aukštesnes temperatūras, todėl yra tinkami didelės galios gamybos ir šiluminio kaupimo sprendimams.

Projektuojant saulės elektrinę svarbu įvertinti:

• Saulės potencialą (metinius saulės spinduliuotės kiekius), geografinę padėtį ir klimato sąlygas.
• Tinklo prijungimo galimybes — ar galima prijungti prie esamo elektros tinklo arba reikalingos investicijos į perdavimo linijas.
• Energijos kaupimo poreikį ir galimybę sistemą derinti su baterijomis arba šiluminiais kaupikliais CSP atveju.

Pasauliniai pavyzdžiai ir istorinė apžvalga

Dideli komerciniai CSP projektai pasirodė jau XX a. paskutinėmis dešimtmečiais. Tarp žinomų objektų dažnai minimos Solar Energy Generating Systems (SEGS) kompleksas Mohavės dykumoje, kuris apjungia kelis blokus ir turi bendrąją įrengtos galios dalį (pvz., 354 MW). Kiti reikšmingi projektai yra 250 MW galios Agua Caliente saulės elektrinės projektas Arizonoje, taip pat didesni Ispanijos CSP projektai kaip Solnova ir Andasol (Ispanijoje), kurie istoriniu požiūriu prisidėjo prie technologijos brandinimo ir šiluminio kaupimo įdiegimo praktikos.

Aplinkos poveikis ir ekonomika

Saulės elektrinės turi mažesnį anglies dioksido pėdsaką palyginti su iškastiniu kuru per visą gyvavimo ciklą, tačiau jų statyba reikalauja medžiagų, žemės ūkio žemės užimtumo ir kartais poveikio vietinėms ekosistemoms. CSP objektai gali turėti didesnį vizualinį ir biologinį poveikį dėl didelių atspindinčių laukų. Dėl to svarbu atlikti poveikio aplinkai vertinimus ir pasirinkti tinkamas vietas, vengiant jautrių buveinių.

Ekonomika: saulės technologijų kaina (ypač PV modulių) pastaraisiais dešimtmečiais smarkiai sumažėjo, todėl PV tapo viena pigiausių elektros gamybos technologijų pagal lėšų sąnaudas per pagamintą kWh. CSP technologijai, ypač su šiluminiu kaupimu, kartais reikalingos didesnės pradinės investicijos, bet ji suteikia pranašumą galimybe tiekti šiluminę energiją vėlai vakare ar naktį.

Priežiūra, ilgaamžiškumas ir ateities tendencijos

• Saulės elementų tarnavimo laikas paprastai yra 20–30 metų su lėtiniu efektyvumo mažėjimu; inverterių ir akumuliatorių komponentus reikia keisti dažniau.
• Technologijos tobulėja: didėja modulio efektyvumas, mažėja gamybos sąnaudos, vystomi nauji kaupimo sprendimai (pvz., didesnės energijos talpos baterijos ir pažangios šiluminės talpyklos).
• Hibridiniai projektai, derinantys PV, CSP, kaupimo sistemas ir tradicinius šaltinius, užtikrina didesnį tinklo stabilumą ir laiko nepriklausomą energijos tiekimą.

Koncentruotos saulės elektrinės pirmą kartą plačiau pasirodė devintajame dešimtmetyje ir nuo to laiko abi technologijos — tiek PV, tiek CSP — sparčiai vystosi. Saulės energija naudojama vis dažniau kaip pagrindinė atsinaujinančios energijos dalis nacionalinėse energetikos strategijose, ypač kai kartu diegiami energijos kaupimo sprendimai ir tinklo modernizacija.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra saulės elektrinė?

K: Kokios yra didžiausios pasaulyje fotovoltinės ir CSP elektrinės?

Klausimas: Kaip veikia koncentruotos saulės energijos sistema?

K: Kodėl pastaruoju metu vis dažniau naudojama saulės energija?

Klausimas: Kokie yra saulės elektrinės įrengimo privalumai?

Klausimas: Kaip fotovoltiniai įrenginiai šviesą paverčia elektros srove?

K: Ar vyriausybės imasi kokių nors iniciatyvų, skatinančių naudoti atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės spinduliai?

Paieška pagal raidę