Saulės elektrinių veikimo principai: prijungtos / neprijungtos prie skirstomųjų tinklų, bei hibridinės saulės elektrinės

Visos saulės energijos sistemos veikia pagal tuos pačius pagrindinius principus. Pirmiausia saulės baterijų plokštės konvertuoja elektros energiją (ar saulės šviesą) į nuolatinės srovės energiją naudodamos fotovoltinį efektą. Tada nuolatinės srovės energija gali būti saugoma akumuliatoriuje arba saulės energijos inverterio paverčiama kintamosios srovės energija, kurią galima naudoti buitiniams prietaisams. Priklausomai nuo sistemos tipo, saulės energijos perteklius gali būti tiekiamas į elektros tinklą arba kaupiamas įvairiose skirtingose akumuliatorių sistemose.

Trys pagrindiniai saulės elektrinių tipai:

1. Prie skirstomųjų tinklų prijungta saulės elektrinė - tiekianti elektros energiją tinklui.
2. Autonominė (prie skirstomųjų tinklų neprijungta) saulės elektrinė - veikianti atskirai nuo tinklo.
3. Hibridinė saulės elektrinė – prie skirstomųjų tinklų prijungta saulės elektrinė su akumuliatoriumi.

Žemiau pateikiame visų šių saulės elektrinių supaprastintų išdėstymų vizualizacijas.

Prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės supaprastintas išdėstymas

Autonominės saulės elektrinės supaprastintas išdėstymas

Hibridinės saulės elektrinės supaprastintas išdėstymas

1. Pagrindiniai saulės elektrinių komponentai

Pagrindiniai saulės elektrinių komponentai yra:

• Saulės baterijų plokštės (moduliai).
• Saulės energijos inverteriai.
• Baterijos / akumuliatoriai.
• Elektros skirstomieji skydai.

1.1. Saulės baterijų plokštės

Dauguma šiuolaikinių saulės baterijų plokščių yra sudarytos iš daugybės silicio fotovoltinių elementų, kurie generuoja nuolatinės srovės (DC) elektros energiją iš saulės spindulių. Fotovoltiniai elementai yra sujungti su saulės baterijų plokšte ir prijungti prie gretimų plokščių kabeliais. Pastaba. Ne šiluma, o saulės šviesa ar spinduliuotė gamina elektros energiją fotovoltiniuose elementuose. Saulės baterijų plokštės, taip pat žinomos kaip saulės moduliai, paprastai sujungiamos į „eilutes“, kad būtų sukurtas vadinamasis saulės baterijų modulynas. Gaminamos saulės energijos kiekis priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant saulės baterijų plokščių orientaciją ir pasvirimo kampą, saulės baterijų plokščių našumą ir bet kokius dėl pavėsio, purvo, ar net aplinkos temperatūros, atsiradusius nuostolius. Rinkoje yra daug skirtingų saulės baterijų plokščių gamintojų, todėl verta žinoti, kurios saulės baterijų plokštės yra geriausios ir kodėl.

Skirtingų saulės baterijų plokščių tipų pavyzdžiai

Saulės baterijų plokštės gali generuoti energiją debesuotu ir apsiniaukusiu oru, tačiau energijos kiekis priklauso nuo debesų tankumo ir aukščio, nes tai lemia, kiek šviesos per juos gali pereiti. Šviesos energijos kiekis yra žinomas kaip saulės spinduliuotė ir paprastai apskaičiuojamas kaip visos dienos vidurkis, naudojant terminą „Peak Sun Hours“ (liet. pikinės saulės valandos). PSH (arba vidutinė dienos saulės šviesos valandų vertė) daugiausia priklauso nuo vietos ir metų laiko.

1.2. Saulės energijos inverteriai

Inverterių pavyzdžiai

Saulės baterijų plokštės gamina nuolatinės srovės elektros energiją, kuri turi būti konvertuojama į kintamosios srovės (AC) elektrą, kurią galima naudoti namuose ir įmonėse. Tai yra pagrindinė saulės energijos inverterio funkcija. Į eilutes nuosekliai sujungtų plokščių inverterio sistemoje nuolatinės srovės elektros energija tiekiama inverteriui, kuris nuolatinės srovės elektros energiją paverčia kintamosios srovės elektros energija.

Mikroinverterių sistemoje kiekviena plokštė turi savo mikroinverterį, pritvirtintą prie galinės plokštės pusės. Plokštė gamina nuolatinę srovę, bet ant stogo ji paverčiama kintamąja srove ir tiekiama tiesiai į elektros skirstomąjį skydą.

Taip pat yra ir pažangesnių į eilutes nuosekliai sujungtų plokščių inverterių sistemų, kuriose naudojami nedideli galios optimizatoriai, pritvirtinti prie kiekvienos saulės baterijų plokštės galinės dalies. Galios optimizatoriai gali stebėti ir valdyti kiekvieną plokštę atskirai ir užtikrinti, kad kiekviena plokštė veiktų didžiausiu našumu bet kokiomis sąlygomis.

1.3. Akumuliatoriai

Saulės energijos akumuliatoriai yra dviejų pagrindinių tipų: rūgštinis (AGM ir gelio) ir ličio jonų. Yra keletas kitų tipų, pvz., redokso srauto ir natrio jonų akumuliatoriai, tačiau mes sutelksime dėmesį į du dažniausiai pasitaikančius. Daugumoje šiuolaikinių energijos kaupimo sistemų naudojami įkraunami ličio jonų akumuliatoriai, kurie gali būti įvairios formos ir dydžio bei kuriuos galima sukonfigūruoti keliais būdais.

Akumuliatorių / baterijų pavyzdžiai

Akumuliatoriaus talpa paprastai matuojama ampervalandėmis (Ah) rūgštiniams akumuliatoriams arba kilovatvalandėmis (kWh) ličio jonų akumuliatoriams. Tačiau ne visa talpa yra naudingoji. Ličio jonų akumuliatoriai paprastai gali tiekti iki 90 proc. turimos talpos per dieną, o rūgštiniai akumuliatoriai paprastai tiekia tik 30–40 proc. bendros talpos per dieną, kad akumuliatoriaus eksploatavimo trukmė būtų ilgesnė. Rūgštinius akumuliatorius galima visiškai iškrauti, tačiau tai turėtų būti daroma tik esant atsarginiam elektros energijos šaltiniui.

Prie skirstomųjų tinklų neprijungtoms (t.y. autonominėms) saulės elektrinėms reikalingi specialūs prie skirstomųjų tinklų neprijungti inverteriai ir akumuliatorių sistemos, kurios yra pakankamai didelės, kad galėtų kaupti energiją 2 ar daugiau dienų. Prie skirstomųjų tinklų prijungtose hibridinėse sistemose naudojami pigesni hibridiniai inverteriai (su akumuliatoriumi) ir jiems reikia pakankamai didelio akumuliatoriaus, kad energija būtų tiekiama 5–10 valandų (per naktį), priklausomai nuo paskirties.

1.4. Elektros skirstomasis skydas

Įprastoje, prie skirstomųjų tinklų prijungtoje, saulės elektrinėje kintamosios srovės elektros energija saulės energijos inverterio siunčiama į skirstomąjį skydą, kur ji pernešama į įvairias jūsų namų grandines ir prietaisus. Tai žinoma kaip skaičiavimas iš gauto energijos kiekio atimant į tinklą patiektą energiją, kai bet koks saulės elektrinės pagamintas elektros energijos perteklius siunčiamas į elektros tinklą per energijos skaitiklį arba kaupiamas akumuliatorių sistemoje, jei tai hibridinė sistema. Tačiau kai kuriose šalyse naudojamas bendro pagaminto energijos kiekio skaičiavimo metodas, kai visa saulės energija eksportuojama į elektros tinklą.

Hibridinės sistemos gali eksportuoti perteklinę elektros energiją ir kaupti energijos perteklių akumuliatoriuje. Kai kurie hibridiniai inverteriai taip pat gali būti prijungti prie tam skirto atsarginio skirstomojo skydo, kuris leidžia tiekti elektros energiją kai kurioms „esminėms grandinėms“ ar kritinėms apkrovoms, nutrūkus tinklo veiklai arba elektros energijos tiekimui.

2. Prie skirstomųjų tinklų prijungta elektrinė (On-Grid)

Prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės yra labiausiai paplitusios ir plačiausiai naudojamos namuose ir įmonėse. Šioms elektrinėms nereikia akumuliatorių, jose naudojami saulės energijos inverteriai arba mikroinverteriai ir jos yra prijungtos prie viešųjų elektros skirstomųjų tinklų. Bet kokia perteklinė saulės energija, kurią pagaminate, eksportuojama į elektros tinklą, o už eksportuotą energiją paprastai jums sumokamas supirkimo tarifas arba suteikiami taškai.

Skirtingai nuo hibridinių sistemų, prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės negali veikti arba generuoti elektros energijos nutrūkus elektros tiekimui dėl saugumo sumetimų. Kadangi dažniausiai elektros tiekimas nutrūksta, kai pažeidžiamas elektros tinklas, jei saulės energijos inverteris vis dar tiektų elektros energiją pažeistam tinklui, kiltų pavojus žmonių, taisančių tinklo gedimus, saugumui. Dauguma hibridinių saulės elektrinių su akumuliatoriais gali automatiškai atsiskirti nuo tinklo (tai vadinama izoliavimu) ir toliau tiekti tam tikro kiekio energijos nutrūkus elektros energijos tiekimui.

Prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės supaprastinta schema

Štai kas nutinka prie skirstomųjų tinklų prijungtoje elektrinėje, kai elektros energija pasiekia skirstomąjį skydą:

• Skaitiklis. Perteklinė saulės energija teka per skaitiklį, kuris apskaičiuoja, kiek energijos eksportuojama arba importuojama (perkama).
• Daugelyje valstijų ir pasaulio valstybių skaičiavimo sistemos veikia skirtingai. Šiame aprašyme daroma prielaidą, kad skaitiklis skaičiuoja tik į tinklą eksportuojamą elektros energiją, kaip yra daugumoje Australijos valstijų. Kai kuriose valstijose skaitikliai skaičiuoja visą elektrinės pagamintą saulės elektros energiją, todėl elektra tekės per skaitiklį prieš pasiekdama skirstomąjį skydą, o ne pasiekusi jį. Kai kuriuose regionuose (šiuo metu Kalifornijoje) skaitiklis skaičiuoja tiek pagaminamos, tiek eksportuojamos energijos kiekius, o vartotojas apmokestinamas (arba nuimami jo taškai) už per mėnesį ar metus suvartotą elektros energiją, apskaičiuotą iš gauto energijos kiekio atimant į tinklą patiektą energiją. Daugiau apie skaičiavimą paaiškinsiu vėlesniame tinklaraštyje.
• Elektros tinklas. Tada elektrą, kuri į tinklą siunčiama iš jūsų saulės elektrinės, galės vartoti kiti tinklo vartotojai (jūsų kaimynai). Kai jūsų saulės elektrinė neveikia arba suvartojate daugiau elektros energijos nei jūsų elektrinė pagamina, elektros energija bus importuojama iš tinklo.

SVARBU! Lietuvoje šiuo metu yra taip: prie tinklo prijungiama saulės elektrinė – patys gaminate elektros energiją, o nesunaudotą jos kiekį, atiduodate pasaugojimui į ESO tinklą (https://www.eso.lt/lt/namams/elektra/paslaugos_1723/gaminantis-vartotojas.html). ESO tinklu pasinaudojate tarytum baterija. Šis būdas yra vienas populiariausių, tarp klientų, kurie nusprendžia įsirengti saulės elektrinę. Jei Jūsų elektrinė dėl nepakankamos apšvitos, galios ar montavimo būdo nepagamintų užtektinai elektros energijos ar nebūsite iš anksčiau šios sukaupę, trūkstamas kiekis bus perkamas įprasta elektros kaina. Elektra, kurią sukaupsite per periodą – kainuos tik pasaugojimo mokestį, priklausomai nuo to, kurį gaminančio vartotojo planą pasirinksite. Turėdami saulės elektrinę prijungtą prie tinklo būsite nepriklausomas, mažasis elektros energijos gamintojas – gaminantis vartotojas.

3. Autonominė (prie skirstomųjų tinklų neprijungta saulės elektrinė) (OFF-Grid)

Prie skirstomųjų tinklų neprijungtai elektrinei būtinas akumuliatorius. Prie tinklo neprijungtos saulės elektrinės turi būti tinkamai suprojektuotos, kad gamintų pakankamai energijos ištisus metus ir turėtų namų poreikiams patenkinti pakankamos talpos akumuliatorių, net ir viduržiemį, kai saulės šviesos paprastai būna daug mažiau.

Dėl didelės akumuliatorių ir prie skirstomųjų tinklų neprijungtų inverterių kainos ir visos prie skirstomųjų tinklų neprijungtos elektrinės yra daug brangesnės nei prie skirstomųjų tinklų prijungtos elektrinės, todėl dažniausiai jų iš tiesų reikia tik atokesnėse vietose, kurios yra toli nuo elektros tinklo. Tačiau akumuliatorių kainos šiuo metu stipriai mažėja, todėl net miestuose ir miesteliuose augs prie skirstomųjų tinklų neprijungtų saulės elektrinių su akumuliatoriais paklausa.

Autonominė saulės elektrinė yra sudaryta iš keturių komponentų: galios keitiklio (inverterio), įkrovimo valdiklio, saulės modulių bei baterijos. Šios sistemos sandara yra panaši į standartinę saulės elektrinę, esminis skirtumas yra, jog turėsite Jums priklausančia kaupiamąją bateriją ir į tinklą elektros neatiduosite. Svarbu paminėti tai, kad ši elektrinė negalės būti prijungta prie tinklo, jei šis atsirastų – negalėsite tapti ir gaminančiu vartotoju. Jei planuojate, verta pagalvoti apie hibridinę saulės elektrinę.

• Saulės moduliai – įrengti saulės moduliai ant Jūsų stogo ar kito eksploatuojamo objekto. Gamina energiją, ją perduoda į galios keitiklį.
• Įkrovimo valdiklis – veikia kaip reguliatorius, tarp gautos saulės energijos ir baterijos. Valdiklis užtikrina, kad kaupiamoji baterija nebūtų perpildyta, bet tuo pačiu pasirūpina jos pilnu pakrovimu/tinkamu iškrovimu. Sugeneruota saulės energija, gali būti nukreipiama elektros pasaugojimui ar buitiniams prietaisams, kurie tuo metu naudoja energiją.
• Kaupiamoji baterija – nepanaudota energija yra siunčiama į kaupiamąją bateriją pasaugojimui. Sukaupta energija bus panaudota kada jos negamina saulės elektrinė.
• Galios keitiklis – pritaiko pagaminamą elektros energiją buitiniams prietaisams, namų vartojimui.

Autonominės saulės elektrinės schema

Šaltinis: „Clean Energy“

Autonominės saulės elektrinės veikimo principas yra paprastas. Saulės elektrinės moduliai turi būti sumontuoti palankia kryptimi, kad užtikrintų maksimalų jos efektyvumą. Gauta energija gali būti iškart naudojama buitinėms reikmėms, o jei nesunaudosite ji bus nukreipta į bateriją ir ją galėsite panaudoti vėliau – vakare, naktį, ryte. Žiemą Lietuvoje veikimo principas yra komplikuotas, nes generuojamas elektros energijos kiekis yra menkas, todėl tikėtina, jog neužteks pakankamai elektros energijos (dėl apsnigtų saulės modulių, didelio debesuotumo, sąlyginai mažos apšvitos).

Įsirengiant autonominę saulės elektrinę yra labai svarbu pasirinkti tinkamo galingumo saulės modulius ir baterijos talpą, nes būsite nepriklausomas elektros energijos gamintojas. Lietuvos geografinė padėtis nėra palanki ištisus metus, todėl žiemos metu tikėtina, kad nepakaks pagaminamos energijos.

Jei energija reikalinga ir žiemą – vertėtų pagalvoti apie alternatyvių šaltinį, pavyzdžiui – elektros generatorių. Turėkite mintyje ir tai, kad žiemą baterijos turėtų būti reguliariai įkraunamos, jų negalima pilnai iškrauti.

Dažnu atveju autonominės jėgainės įrengimas nėra ekonomiškai naudingas, bet yra tam tikrų išimčių. Viena iš jų yra kuomet aplink Jūsų sodybą arba kitą pastatą nėra ESO tinklo arba tinklo prijungimo kaštai yra neracionalūs. Tokiu atveju autonominė saulės elektrinė yra finansinis išsigelbėjimas, nes turėsite pastovią elektros energiją, kurią gaminsite patys. Taip pat elektrinę su baterijomis verta rinktis montuojant ją ant kemperių, laikinųjų objektų, jachtų ir pan., kur visiškai nėra elektros energijos.

Žiemos laikotarpiams verta apsvarstyti atsarginio generatoriaus įsigijimą. Generatorius užtikrins elektros energiją, jei jos neliktų kaupiamojoje baterijoje, todėl neliksite visiškai be elektros tam tikrą laikotarpį.

4. Hibridinė saulės elektrinė

Šiuolaikinės hibridinės sistemos tai saulės elektrinės ir akumuliatorių derinys. Hibridinės sistemos būna įvairių formų ir konfigūracijų. Dėl mažėjančios akumuliatorių kainos sistemos, kurios jau yra prijungtos prie elektros skirstomųjų tinklų, taip pat gali pradėti naudotis ir akumuliatorių siūlomomis galimybėmis. Tai reiškia, kad galima kaupti dieną generuojamą saulės energiją ir naudoti ją naktį. Kai sukaupta energija išeikvojama, elektra imama iš atsarginio elektros energijos šaltinio – tinklo, todėl vartotojai gali pasinaudoti visais abejų sistemų privalumais. Hibridinės sistemos taip pat gali įkrauti akumuliatorius naudodamos pigią elektrą ne piko metu (paprastai nuo vidurnakčio iki 6 val. ryto).

Supaprastintas hibridinės saulės elektrinės išdėstymas

Jeigu hibridinę saulės elektrinę norėsite įsirengti būtent Lietuvoje, tai galime išskirti tokius privalumus ir trūkumus:

• Hibridinės saulės elektrinės privalumai:
  • Ženkliai mažesnės išlaidos elektros energijai
  • Gali veikti kaip UPS – tieks energiją, jeigu dings elektra ESO tinkle
  • Pavasario ir vasaros laikotarpiu tikėtina, kad visiškai nenaudosite energijos iš ESO tinklo (teisingai parinkus sistemą – visa elektra būtų nemokama).
  • Galimybė naudoti kaip autonominę jėgainę vietose, kur nėra galimybės prisijungti prie elektros tinklo.
• Hibridinės saulės elektrinės trūkumai:
  • Būtina turėti pakankamai laisvos vietos baterijoms montuoti.
  • Didelė pirminė investicija, ilgesnis atsipirkimo laikotarpis.
  • Baterijų eksploatacijos laikotarpis yra 7-15 metų, baterijų talpa, bėgant metams, vis mažėja.

Daugiau naudingos informacijos apie SAULĖS ELEKTRINES rasite ČIA >>>

Informaciją kopijuoti ir platinti be UAB "SPgrupe"  sutikimo griežtai draudžiama! | © statybapigiau.lt 2022