Saules elektrostacija — PV un CSP tehnoloģijas, vēsture un piemēri

Saules elektrostacijas — PV un CSP tehnoloģijas, to vēsture un pasaules piemēri. Iegūsti zināšanas par efektīvu saules enerģijas ražošanu un inovācijām.

Saules spēkstacijas pamatā ir saules gaismas pārvēršana elektroenerģijā. To var darīt divos galvenajos veidos: tieši, izmantojot fotogalvaniku (PV), vai netieši, izmantojot koncentrētu saules enerģiju (CSP). Koncentrētās saules enerģijas sistēmās izmanto lēcas, spoguļus un sekošanas ierīces, lai koncentrētu lielu saules gaismas laukumu nelielā staru kūlī. Fotogalvanika pārvērš gaismu elektriskā strāvā, izmantojot fotoelektrisko efektu, parasti ar pusvadītāju saules šūnu palīdzību (silīcija monokristāla, polikristāla vai plānslāņa tehnoloģijas).

PV (fotogalvanika)

Fotogalvaniskās iekārtas sastāv no saules šūnu moduļiem, inverteriem (lai pārvērstu līdzstrāvu maiņstrāvā), montāžas konstrukcijām un elektroinstalācijas komponentēm. PV rūpnieciski tiek izvietotas kā:

• vietas uz zemes (lielas saules fermas),
• uz ēku jumtiem (komerciālas un dzīvojamās),
• plūdmaiņu vai ūdens virsmas uzstādījumi.

Papildu tehnoloģijas ir fiksēts leņķis un sekojošās sistēmas, kas palielina ražību. PV ražotspēja ir atkarīga no saules spīduma, temperatūras un modulju efektivitātes; tipiski saules parkos gada vidējais izmantošanas koeficients ir 10–25% (atkarībā no reģiona). Bateriju vai cita veida uzglabāšanas sistēmas (piem., li-ion akumulatori) arvien biežāk tiek kombinēti ar PV, lai nodrošinātu stabilāku elektroenerģijas piegādi.

CSP (koncentrētā saules enerģija)

CSP iekārtas koncentrē saules siltumu un pārvērš to siltumenerģijā, ko var izmantot tvaika turbīnām vai speciālām Stirlinga motoru iekārtām. Galvenie CSP veidi:

• Paraboliskie kanāli (parabolic trough) — spoguļu rindu sistēma, kas koncentrē siltumu uz cauruli ar siltumnesēju;
• Centrālā saišu tornis (solar tower / central receiver) — daudzi spoguļi (heliostati) koncentrē starus uz augstu torni, kur atrodas saņemšanas vienība;
• Lineārā Fresnela sistēma — plakani spoguļi, kas koncentrē uz garenu kolektoru;
• Dish-Stirling — koncentrēta nazobiskā dish ierīce, kas darbina Stirlinga motoru.

Viens no CSP galvenajiem plusiem ir iespēja kombinēt to ar termisko enerģijas uzglabāšanu (piem., šķidrināts sāls), kas ļauj piegādāt elektrību arī pēc saules rietēšanas un padara CSP daļēji izsaukto par iespējami izvietojamu stacionāro avotu.

Vēsture un attīstība

Fotogalvanikas pamatprincipi datējas ar 20. gadsimta vidu (piem., silīcija saules šūnu izstrāde 1950. gados), taču PV masveida izplatība paātrinājās pēc 1970. gadu enerģētikas krīzēm un pēdējo desmitgažu laikā, pateicoties ražošanas apjomiem, tehnoloģiju uzlabojumiem un izmaksu kritumam. Koncentrētās saules spēkstacijas plašāk sāka parādīties 1980. gados; labi zināms piemērs ir SEGS (Solar Energy Generating Systems) komplekss Mojavas tuksnesī — CSP iekārtas, kas izveidotas 1980. gados un 1990. gadu sākumā, ar kopējo jaudu ap 354 MW.

Piemēri un lielākās stacijas

Dažas labi zināmas un lielas saules iekārtas:

• SEGS (Mojave) — plaši pazīstams CSP komplekss Kalifornijā, ~354 MW;
• Agua Caliente Solar Project (ASV) — ~250 MW, kas ir liela PV iekārta Arizonā (šī projekta tehnoloģija ir fotogalvaniska, nevis CSP);
• Solnova Solar Power Station (Spānija) — CSP projekts ar pabeigšanas posmiem, sākotnējā jauda ap 150 MW (mērķis paplašināt līdz 250 MW);
• Andasol saules spēkstacija (Spānija) — ap 150 MW CSP ar termisko uzglabāšanu, ļauj strādāt pēc saulrieta; Spānijā ir bijusi nozīmīga loma CSP attīstībā.
• Lielākie PV saules parki pasaulē (piem., Bhadla Solar Park Indijā, Pavagada un Tengger Desert projekti Ķīnā) sasniedz vairākus simtus līdz vairākus tūkstošus MW kopējās jaudas; to izplatība strauji pieaug.

Priekšrocības un izaicinājumi

• Priekšrocības: atjaunojams enerģijas avots, zemas ekspluatācijas izmaksas pēc uzstādīšanas, samazinātas siltumnīcefekta gāzu emisijas salīdzinājumā ar fosilajiem avotiem; CSP ar uzglabāšanu var nodrošināt noteiktu pakalpojumu stabilitāti.
• Izaicinājumi: saules ģenerācija ir mainīga (diennakts un sezonālas svārstības), lauksaimniecības/zemes izmantošana plašām saules fermām, nepieciešamība pēc uzglabāšanas vai rezerves jaudas, sākotnējās investīciju izmaksas. CSP efektivitāte ir atkarīga no saules intensitātes un skaidrām debesīm.

Nākotnes tendences

Saules enerģijas izmaksas turpina samazināties, PV moduļu efektivitāte pieaug, un kombinācijas ar uzglabāšanu (akumulatori, termiskā uzglabāšana) padara saules radīto elektroenerģiju arvien konkurētspējīgāku. Integrācija ar tīklu, gudrie vadības risinājumi un hibrīdprojekti (PV+CSP vai PV+akumulatori) veicina stabilāku elektroapgādi un plašāku saules enerģijas izmantošanu.

Saules enerģiju izmanto arvien vairāk gan mājsaimniecībās, gan uzņēmumos, un tā ir viens no galvenajiem atjaunojamo energoresursu virzītājiem pārejai uz zemu oglekļa emisiju enerģētiku.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir saules spēkstacija?

J: Kādas ir dažas no lielākajām fotogalvaniskajām un CSP spēkstacijām pasaulē?

J: Kā darbojas koncentrētas saules enerģijas sistēma?

J: Kāpēc pēdējā laikā saules enerģijas izmantošana ir palielinājusies?

J: Kādas ir dažas priekšrocības, uzstādot saules elektrostaciju?

J: Kā fotogalvaniskie elementi pārvērš gaismu elektriskā strāvā?

J: Vai valdības veic kādas iniciatīvas, lai veicinātu atjaunojamo enerģijas avotu, piemēram, saules staru, izmantošanu?

Meklēt pēc burta