Mi az a mikrohálózat és hogyan működik?

A modern világban az elektromosság a mindennapi életünk legfontosabb szükségletévé vált. Mégis, az elsődleges elektromos hálózat nem mindig megbízható. Viharok, áramszünetek vagy technikai problémák esetén meghibásodhat. Ilyen pillanatokban a mikrohálózat tökéletes megoldást kínál. De elgondolkodott már azon: Mi is az a mikrohálózat és hogyan működik? A mikrohálózat működésének megértése elengedhetetlen. 

Segít megérteni, miért válik ez ilyen hatékony megoldássá a megbízható és tiszta energiatermelésben. A mikrohálózat lényegében a hagyományos villamosenergia-hálózat kisebb változata. Nagyobb rugalmasságot és függetlenséget kínál. Ha még új a mikrohálózati rendszerben, ne aggódjon! Ez az útmutató közelebbről megvizsgálja a mikrohálózatokat, azok alkotóelemeit és működését. Kezdjük is!

Mi az a mikrohálózat?

 

Először is értsük meg a mikrohálózat definícióját egyszerűen!

A mikrohálózat egy kis energiarendszer. Ez a rendszer előállítja és helyi szinten szállítja az áramot. Működhet az elsődleges villamosenergia-hálózattal együtt, vagy szükség esetén önállóan is. A mikrohálózatok különféle forrásokat használnak, például napelemeket és generátorokat, valamint akkumulátorokat a tároláshoz. 

Hogy jobban megértsük, először gondoljunk az elsődleges villamosenergia-hálózatra, amelyet nap mint nap használunk. Ez hatalmas területeket fed le azáltal, hogy távoli erőművekből szállítja az energiát. Igaz? Egy mikrohálózat azonban kisebb területre összpontosít, és közelebb termeli az áramot a felhasználókhoz. Ez megbízhatóbbá teszi, különösen vészhelyzetekben, amikor a főhálózat meghibásodik.

A mikrohálózat egyik legfontosabb jellemzője a rugalmassága. Csatlakozhat az elsődleges hálózathoz, és szükség esetén igénybe veheti annak támogatását. Ugyanakkor „sziget üzemmódba” is kapcsolhat, és függetlenül működhet. Például, ha egy vihar lekapcsolja a központi hálózatot, a mikrohálózat bekapcsolva tudja tartani a lámpákat és a készülékeket. 

A mikrohálózatok nem korlátozódnak egyetlen energiaforrásra. Használhatnak napelemeket, szélturbinákat, dízelgenerátorokat vagy akár kis vízerőműveket is. Manapság azonban a világ számos részén a napelemes mikrohálózatok válnak a legnépszerűbb választássá. Miért? Azért, mert tiszta, megújuló és költséghatékony energiát biztosítanak. 

 

A mikrohálózat fő alkotóelemei

Egy mikrohálózati rendszer több kulcsfontosságú részből áll, amelyek együttműködve generálnak energiát. Tehát vizsgáljuk meg egy napelemes mikrohálózat főbb részeit.

• Energiatermelő források: Innen származik az áram. Sok modern mikrohálózatban a napelemek az elsődleges források. Azonban más források, például szélturbinák, dízelgenerátorok vagy kis vízerőművek is használhatók. A termelési forrás szerepe, hogy elegendő villamos energiát termeljen a mikrohálózat által kiszolgált terület igényeinek kielégítésére. 

• Energiatároló rendszer: Mint tudják, a nap nem süt mindig. Ezért a mikrohálózatoknak szükségük van egy olyan módszerre, amellyel extra áramot takaríthatnak meg későbbi felhasználásra. Itt jönnek képbe az akkumulátorok. Az akkumulátorok a magas termelési időszakokban tárolják az energiát. Azonban akkor szabadítják fel, amikor nagy a kereslet, vagy amikor alacsony a termelés. Hálózat nélkül... energiatárolási megoldásegy mikrohálózat nem lenne megbízható.

• Elosztóhálózat: A termelt és tárolt villamos energiának el kell jutnia a felhasználókhoz. Ez az elosztórendszeren keresztül történik. Ez magában foglalja a vezetékeket, transzformátorokat és kapcsolókat, amelyek a forrástól a fogyasztókhoz szállítják az áramot. Egy mikrohálózatban az elosztórendszer kisebb és lokalizáltabb. Ezáltal gyorsabban és könnyebben kezelhető.

• Vezérlőrendszer: Egy mikrohálózatnak innovatív rendszerre van szüksége az áramáramlás szabályozásához. A vezérlőrendszer olyan, mint az agy. Ez dönti el, hogy mikor használjon napenergiát, mikor akkumulátorokról merítsen energiát, és mikor váltson át tartalék forrásokra. Segít a mikrohálózatnak abban is, hogy tudja, maradjon-e csatlakozva a fő hálózathoz, vagy függetlenül működjön. 

• Terhelések: Végül, a termelt villamos energiának célt kell szolgálnia. A „terhelések” azok az eszközök és helyek, amelyek felhasználják az áramot. Egy napelemes mikrohálózatban a terhelések lehetnek háztartások, iskolák, kórházak, üzletek vagy iparágak.

Hogyan működik egy mikrohálózat?: Lépésről lépésre útmutató! 

Ahogy fentebb említettem, a napelemes mikrohálózat lokális és rugalmas. Ez a rendszer úgy működik, hogy a rászorulók közelében termel áramot. Ezen feladat miatt a mikrohálózat kissé eltér a hagyományos nagy hálózatoktól. Tehát nézzük meg részletesebben, hogyan is működik valójában egy napelemes mikrohálózat. 

1. lépés: Áramtermelés

A mikrohálózat legelső lépése az áramtermelés. Generálás nélkül a rendszer nem tud működni. Hogyan termelnek akkor áramot? Valójában egy napelemes mikrohálózatban a napfény egy napelemre esik, amely apró energiarészecskéket, fotonokat tartalmaz. Ezek a fotonok a napelem felületére csapódnak. Ez a felület egy speciális anyagból, az úgynevezett félvezetőkből (szilíciumból) készül. 

A napelem belsejében ezek a fotonok gerjesztik a szilíciumban lévő elektronokat, és ezek mozgásba lendülnek. Amint ezek az elektronok mozgásba kezdenek, elektromos áramot hoznak létre. Először egyenáram (DC) keletkezik. De otthonaink és készülékeink többsége váltakozó árammal (AC) működik. Ezért a napelemes mikrohálózat egy mikrohálózati inverternek nevezett eszközt használ az egyenáram váltóárammá alakítására.

2. lépés: Helyi felhasználók áramellátása

Miután a mikrohálózatban megtermelték az áramot, a következő nagy feladat a fogyasztókhoz való biztonságos eljuttatása. Ezt a folyamatot energiaelosztásnak nevezik. Ez a mikrohálózaton belüli kis helyi elosztóvezetékeken keresztül történik. Ezek a vezetékek házakhoz, irodákhoz, kórházakhoz és más helyszínekhez csatlakoznak, attól függően, hogy hol van a mikrohálózat felállítva. A mikrohálózatban az energiának nem kell messzire utaznia.

Ezért kevesebb az energiaveszteség, ami megbízhatóbbá és költséghatékonyabbá teszi a rendszert. További jelentős előny, hogy a mikrohálózat képes kiegyensúlyozni az energiaellátást és -keresletet. HOGYAN? Napközben a napelemek extra áramot termelhetnek. Ezt az energiát a helyi otthonok azonnal felhasználhatják, vagy akkumulátorokban tárolhatják éjszakai használatra.

3. lépés: Extra energia tárolása

Amikor egy mikrohálózat több áramot termel, mint amennyit az emberek abban a pillanatban felhasználnak, a plusz energia nem vész kárba. Ehelyett későbbi felhasználásra tárolja. Ez nagyon fontos, mert az energiaigény a nap folyamán változik. Például nappal a napelemek sok áramot termelhetnek. Éjszaka azonban nincs napfény.

Tehát akkumulátoros tárolás nélkül ez a plusz nappali energia elveszne. A mikrohálózatban az áramtárolás leggyakoribb módja az akkumulátorok használata. Ezek összegyűjtik a plusz energiát, és biztonságban tartják, amíg szükség nem lesz rá. Később, amikor a kereslet megnő, a tárolt áram visszajuttatható a rendszerbe. Ezáltal a teljes napelemes mikrohálózat megbízhatóbbá és stabilabbá válik.

4. lépés: Tárolt energia felhasználása szükség esetén

Miután a plusz energia biztonságosan tárolódott az akkumulátorokban, az bármikor felhasználható tartalék áramforrássá válik. Így amikor a főhálózat meghibásodik, a tárolt energia felszabadítható az igények kielégítésére. HOGYAN? Alapvetően az elektromosság kémiai energia formájában tárolódik az akkumulátorokban. Amikor a tárolt energiára szükség van, az akkumulátor fordított kémiai reakción megy keresztül.

Az elektronok felszabadulnak, és egy külső áramkörön keresztül visszaáramlanak. Ezt az elektronáramlást nevezzük elektromos áramnak. Egyszerűen fogalmazva, az akkumulátor a kémiai energiát elektromos energiává alakítja vissza, így képes működtetni az eszközöket. De ahogy fentebb említettem, ez az áram általában egyenáram (DC). Tehát egy hibrid inverter átalakítja az elektromosságot a megfelelő formába (váltóáram).

5. lépés: Intelligens vezérlés és váltás

A mikrohálózat működésének utolsó lépése a mikrohálózati rendszer kezelése. Ezt egy mikrohálózati vezérlőnek nevezett eszköz végzi. A vezérlő folyamatosan figyeli az áramtermelést, -tárolást és -felhasználást. Például a napelemek sok energiát termelnek a nap folyamán. 

A vezérlő ennek egy részét az akkumulátorok töltésére irányíthatja. Később, éjszaka automatikusan átvált a tárolt akkumulátorenergia használatára. Ez a folyamat zökkenőmentesen és kézi erőfeszítés nélkül zajlik. A vezérlő másik fontos feladata a főhálózat és a mikrohálózat közötti váltás. 

Amikor a fő hálózat normálisan működik, a mikrohálózat gyakran csatlakoztatva marad és megosztja az áramot. Áramszünet esetén azonban a vezérlő gyorsan lekapcsol (ezt „szigetüzemnek” nevezik). Ez biztosítja, hogy a mikrohálózat magától működjön. Amint a fő hálózat helyreáll, a vezérlőrendszer biztonságosan újracsatlakozik. 

A mikrohálózatok előnyei

A mikrohálózatok számos előnnyel járnak a közösségek, sőt az országok számára is. Nemcsak az áramtermelésről szólnak, hanem az energia megbízhatóbbá és megfizethetőbbé tételéről is. Beszéljünk a napelemes mikrohálózatok által kínált néhány gyakori előnyről.

1. Megbízható tápegység

A mikrohálózatok egyik legjelentősebb előnye, hogy akkor is biztosítják az áramot, ha az elsődleges elektromos hálózat meghibásodik. Például áramszünetek, viharok vagy természeti katasztrófák esetén az elsődleges hálózat gyakran leáll. Ilyen esetekben a mikrohálózat lekapcsolódik az elsődleges hálózatról, és önállóan folytatja a működését. Ez különösen hasznossá teszi őket kórházak, iskolák és sürgősségi központok számára.

2- Tiszta és zöld energia

A mikrohálózatok gyakran megújuló energiaforrásokat, például napelemeket vagy szélturbinákat használnak. Ezek a források nem szennyezik a környezetet úgy, mint a fosszilis tüzelőanyagok. A tiszta energiára való nagyobb támaszkodás révén a mikrohálózatok segítenek csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást. Ez tisztábbá teszi a levegőt, ami jót tesz mind a bolygónak, mind a közegészségügynek.

3. Energiafüggetlenség

Egy mikrohálózattal a közösségeknek nem kell kizárólag a központi elektromos hálózatra támaszkodniuk. Helyben is termelhetik és szabályozhatják a saját áramukat. Ez nagyobb függetlenséget és irányítást biztosít számukra az energiajövőjük felett. Távoli falvak, szigetek vagy katonai bázisok számára ez a függetlenség gyökeres változást hozhat.

4- Rugalmasság és skálázhatóság

A rugalmasság azt jelenti, hogy egy mikrohálózat sokféleképpen megtervezhető. Például egy napenergiával működő mikrohálózat csak napelemeket és akkumulátorokat használhat. Egy másik azonban kombinálhat napelemeket, szélenergiát és dízelgenerátorokat. Különböző igényekhez igazítható. Egyszerűen fogalmazva, a mikrohálózat rugalmasan alkalmazkodik a különböző helyzetekhez.

A skálázhatóság azt jelenti, hogy egy mikrohálózat idővel nagyobbá vagy kisebbé válhat. Tegyük fel, hogy egy kis falu mindössze néhány napelemmel és akkumulátorral indul. Ahogy a népesség növekszik vagy az áramigény megnő, a mikrohálózat mérete növelhető. HOGYAN? Hozzáadhatunk több napelemet, több akkumulátort, vagy akár új forrásokat, például szélturbinákat is. 

5- Költségmegtakarítás

Mint tudják, a mikrohálózatok megújuló energiát használnak, és akkumulátorokban tárolnak extra áramot. Ez csökkenti a drága fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget, ami költségeket takarít meg. Sőt, ahogy fentebb említettem, helyben, kis elosztóvezetékekkel használják őket. Ez csökkenti az energiaveszteséget, amely jellemzően a hosszú utazások miatt jelentkezik. Ennek eredményeként a mikrohálózat hatékonyabban termel áramot, és csökkenti a költségeket. 

Következtetés 

A mikrohálózat több, mint egy kis energiaellátó rendszer. Intelligens módja annak, hogy az embereknek közelebb termeljenek, tároljanak és használjanak fel villamos energiát, ahol szükségük van rá. A nagy központi hálózattal ellentétben a helyi közösségek kezébe adja a saját energiájuk feletti irányítást. Ebben a cikkben mindent megvitattam a mikrohálózatokról, a működésüktől az előnyeikig. 

Például a mikrohálózatok lépésről lépésre működnek. Ezek a megújuló energiát hasznosító mikrohálózatok napelemek vagy szélturbinák segítségével termelnek áramot. Ez a mikrohálózati rendszer akkumulátorokban tárol extra energiát. Így áramot juttatnak el a közeli otthonokba és vállalkozásokba. Ráadásul az előnyei egyértelműek. Ahogy a világ a zöldebb megoldások felé halad, stabilitást és fenntarthatóságot is kínálnak.