Päikeseelektrijaam: PV ja CSP — kuidas päikeseenergia töötab

Avasta PV ja CSP erinevused: kuidas fotogalvaanika ja kontsentreeritud päikeseenergia toodavad elektrit, tehnoloogia, näited ja tulevikuperspektiivid.

Päikeseelektrijaam põhineb päikesevalguse muundamisel elektrienergiaks kas otse fotogalvaanika (PV) või kaudselt kontsentreeritud päikeseenergia (CSP) abil. Kontsentreeritud päikeseenergia süsteemid kasutavad läätsi, peegleid ja jälgimissüsteeme, et koondada päikesevalgus suurest piirkonnast väikeseks valgusvihuks. Fotogalvaanika muudab valguse elektrivooluks fotoelektrilise efekti abil. Mõlemad tehnoloogiad nõuavad lisaks päikesekogujatele ka elektrisüsteemi komponente nagu inverterid, juhtimisseadmed ja sageli salvestussüsteemid, et tagada stabiilne elektritarnimine.

Kuidas PV töötab

Fotogalvaanilised (PV) moodulid koosnevad pooljuhtmaterjalidest (nt ränist), mis genereerivad elektrivoolu, kui valgusneutronid (fotod) löövad laengukandjate vabanemise. Tähtsamad komponendid ja tunnused:

• PV-moodulid: monokristalne ja polükristalne ränipõhised paneelid ning erinevad õhuke-kile (thin-film) lahendused.
• Inverterid: teisendavad alalisvoolu (DC) vahelduvvooluks (AC), mida kasutatakse võrgus või koduses tarbimises.
• Jälgimissüsteemid: lühendavad päikeseasendi erinevusi ja tõstavad tootmist, eriti suurematel parkidel.
• Tõhusus: tänapäevased tööstuslikud moodulid saavutavad tüüpiliselt ~15–22% mooduli kasulikkuse; süsteemi tootlikkus sõltub asukohast, suunast ja varjutusest.

Kuidas CSP töötab

CSP-süsteemid koguvad päikeseenergiat soojusena ja kasutavad seda auruturbiinide või muude generaatorite käitamiseks. Levinumad CSP-tüübid:

• Parabooltrough (parabolic trough): kurvitud peeglid koondavad päikesevalguse torusse voolava soojusjuhi peale.
• Kolonn- või tornisüsteem (power tower): palju peegleid suunavad kiired kesktorni vastuvõtjale, kus kuumutatakse näiteks sulametalli või soolapõhist kandjat.
• Lineaarne Fresnel: lihtsamad tasapinnapeeglid, mis on odavamad, kuid mõnevõrra väiksema efektiivsusega.
• Salvestus: CSP võimaldab soojuse salvestamist (nt sulasoolaga), mis muudab elektritootmise juhitavamaks ja on soodne pikkade tootmishäirete katmiseks.

Eelised ja väljakutsed

• Eelised: päikesepõhised tehnoloogiad vähendavad CO2-heidet, neil pole kütusekulu ja tehnoloogia kulud on viimastel aastatel märkimisväärselt langenud. CSP-i eelis on võime pakkuda ühtlasemat ja päevajärgset tootmist salvestuse abil.
• Väljakutsed: päikeseenergia on ilmast sõltuv ja vajab salvestust või tasakaalustamist teistest allikatest. CSP võib nõuda märgatavalt vett jahutuseks ning suurt pinnapinda; PV-l on samuti suur maajalanõue suure võimsuse puhul.
• Maksumus: PV-hind on langenud tugevamalt ja kiiremini kui CSP-hind, mistõttu suured PV-pargid on laialdasemad. CSP säilitab siiski konkurentsieelist seal, kus on vaja suurt öist võimsust ilma akude kasutamata.

Salvestamine ja võrku sidumine

Päikeseelektrijaamade tõhusaks kasutamiseks on sageli vajalik energiasalvestus ja arukas võrguhaldussüsteem. Võimalused:

• Akud: liitiumiooni ja muud akud stabiliseerivad tootmist lühiajaliselt (tunnid).
• Thermal storage (CSP puhul): näiteks sulasool võimaldab varustada elektrit ka pimedatel tundidel ja suurendab süsteemi kasutegurit.
• Hübriidsüsteemid: kombineerivad PV või CSP koos maagaasi, tuule või akusüsteemidega, et vähendada kõikumisi ja parandada tööaega.
• Võrguhaldus: prognoosid, nõudluse juhtimine ja paindlikud allikad (nt kiire reagentsusega generaatorid) on vajalikud sujuvaks integreerimiseks.

Keskkonnamõjud ja elutsüklianalüüs

Päikeseenergia elutsükliga seotud CO2-heide on oluliselt madalam kui fossiilkütustel põhineval tootmisel. Samas tuleb arvestada:

• maa- ja elupaikade kasutus, eriti suurte parkide puhul;
• veevarustus ja jahutus CSP-süsteemides;
• materjalide ja moodulite taaskasutus või ringlus, mis muutub tähtsamaks suurema võimsuse juures.

Tuntud suured päikeseelektrijaamad

Maailma üks varasemaid ja suurimaid kontsentreeritud päikeseelektrijaamu oli Californias Mojave'i kõrbes asuv 354-megavatine Solar Energy Generating Systems (SEGS) CSP-elektrijaam (Californias). Suuremad kaasaegsed parkide näited hõlmavad nii PV- kui CSP-projekte: 250-megavatine Agua Caliente Solar Project Arizonas (peamiselt PV), samuti Solnova Solar Power Station (150 MW, 250 MW pärast valmimist) ja Andasoli päikeseelektrijaam (150 MW), mõlemad Hispaanias. Need näited illustreerivad, kuidas erinevad tehnoloogiad ja mahud sobituvad erinevate geograafiliste ja majanduslike tingimustega.

Tulevikusuundumused: päikeseenergia osakaal elektritootmises kasvab kiiresti tänu langenuvatele kuludele, tehnoloogia täiustustele (nt paremad moodulid, salvestuslahendused) ja poliitilisele toetusele. Kombinatsioon PV, CSP ning salvestuse ja intelligentsete võrkudega aitab suurendada elektrisüsteemide vastupidavust ja vähendada kasvuhoonegaaside emissioone.

Küsimused ja vastused

K: Mis on päikeseelektrijaam?

K: Millised on maailma suurimad fotogalvaanilised ja CSP-elektrijaamad?

K: Kuidas kontsentreeritud päikeseenergia süsteem töötab?

K: Miks on päikeseenergia kasutamine viimasel ajal suurenenud?

K: Millised on päikeseelektrijaama paigaldamise eelised?

K: Kuidas muundab fotogalvaanika valgust elektrivooluks?

K: Kas valitsused teevad algatusi taastuvate energiaallikate, näiteks päikesekiirte kasutamise edendamiseks?

Otsing