Czym jest mikrosieć i jak działa?

We współczesnym świecie energia elektryczna stała się najważniejszą potrzebą w naszym codziennym życiu. Jednak podstawowa sieć energetyczna nie zawsze jest niezawodna. Może ulec awarii podczas burz, przerw w dostawie prądu lub problemów technicznych. W takich sytuacjach mikrosieć stanowi idealne rozwiązanie. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś: czym jest mikrosieć i jak działa? Zrozumienie, jak działa mikrosieć, jest niezbędne. 

Pomaga nam zrozumieć, dlaczego staje się tak potężnym rozwiązaniem dla niezawodnej i czystej energii. Mikrosieć to w zasadzie mniejsza wersja tradycyjnej sieci energetycznej. Oferuje większą elastyczność i niezależność. Jeśli jesteś nowy w temacie mikrosieci, nie musisz się martwić! Ten przewodnik przyjrzy się bliżej mikrosieciom, ich komponentom i sposobowi ich działania. Zaczynajmy!

Czym jest mikrosieć?

 

Najpierw wyjaśnijmy definicję mikrosieci w prostych słowach!

Mikrosieć to mały system energetyczny. System ten wytwarza i dostarcza energię elektryczną do lokalnego obszaru. Może współpracować z główną siecią energetyczną lub działać samodzielnie w razie potrzeby. Mikrosieci wykorzystują różne źródła energii, takie jak panele słoneczne i generatory, a także akumulatory do magazynowania energii. 

Aby to lepiej zrozumieć, pomyślmy najpierw o głównej sieci elektroenergetycznej, z której korzystasz każdego dnia. Obejmuje ona rozległe obszary, dostarczając energię z odległych elektrowni. Prawda? Jednak mikrosieć koncentruje się na mniejszym obszarze i wytwarza energię elektryczną bliżej użytkowników. Dzięki temu jest bardziej niezawodna, zwłaszcza w sytuacjach awaryjnych, gdy główna sieć ulegnie awarii.

Jedną z kluczowych cech mikrosieci jest jej elastyczność. Może ona łączyć się z siecią podstawową i korzystać z jej wsparcia w razie potrzeby. Może jednak również przełączyć się w „tryb wyspowy” i działać niezależnie. Na przykład, jeśli burza odetnie centralną sieć energetyczną, mikrosieć może utrzymać włączone oświetlenie i urządzenia. 

Mikrosieci nie ograniczają się do jednego źródła energii. Mogą wykorzystywać kombinację paneli słonecznych, turbin wiatrowych, generatorów diesla, a nawet małych systemów hydroenergetycznych. Jednak w wielu częściach świata mikrosieci słoneczne stają się obecnie najpopularniejszym wyborem. Dlaczego? Ponieważ dostarczają czystą, odnawialną i ekonomiczną energię. 

 

Główne elementy mikrosieci

System mikrosieci składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują ze sobą, aby generować energię. Przyjrzyjmy się zatem podstawowym elementom mikrosieci słonecznej.

• Źródła wytwarzania energii: To właśnie stamtąd pochodzi energia elektryczna. W wielu nowoczesnych mikrosieciach głównym źródłem energii są panele słoneczne. Można jednak również wykorzystać inne źródła, takie jak turbiny wiatrowe, generatory diesla czy małe elektrownie wodne. Rolą źródła wytwarzania jest wytworzenie wystarczającej ilości energii elektrycznej, aby zaspokoić potrzeby obszaru obsługiwanego przez mikrosieć. 

• System magazynowania energii: Jak wiadomo, słońce nie świeci cały czas. Dlatego mikrosieci potrzebują sposobu na oszczędzanie dodatkowej energii elektrycznej do późniejszego wykorzystania. Właśnie tutaj pojawiają się baterie. Baterie przechowują energię w okresach wzmożonej produkcji. Uwalniają ją jednak, gdy zapotrzebowanie jest wysokie lub gdy produkcja jest niska. Bez rozwiązanie do magazynowania energii, mikrosieć nie będzie niezawodna.

• Sieć dystrybucji: Wytworzona i magazynowana energia elektryczna musi dotrzeć do użytkowników. Odbywa się to poprzez system dystrybucji. Obejmuje on przewody, transformatory i przełączniki, które przesyłają energię elektryczną od źródła do odbiorców. W mikrosieci system dystrybucji jest mniejszy i bardziej zlokalizowany. Dzięki temu jest szybszy i łatwiejszy w zarządzaniu.

• System sterowania: Mikrosieć potrzebuje innowacyjnego systemu do zarządzania przepływem energii elektrycznej. System sterowania jest jak mózg. Decyduje, kiedy korzystać z energii słonecznej, kiedy pobierać z akumulatorów i kiedy przełączyć się na źródła zapasowe. Pomaga również mikrosieci określić, czy pozostać podłączona do sieci głównej, czy działać niezależnie. 

• Masa: Wreszcie, wytworzona energia elektryczna musi służyć jakiemuś celowi. „Obciążenia” to urządzenia i miejsca, które z niej korzystają. W mikrosieci słonecznej obciążenia mogą obejmować gospodarstwa domowe, szkoły, szpitale, sklepy lub zakłady przemysłowe.

Jak działa mikrosieć?: Przewodnik krok po kroku! 

Jak wspomniałem powyżej, mikrosieć słoneczna jest lokalna i elastyczna. System ten działa poprzez wytwarzanie energii elektrycznej w pobliżu osób, które jej potrzebują. Z tego powodu mikrosieć działa nieco inaczej niż tradycyjne, duże sieci. Przyjrzyjmy się więc bliżej, jak działa mikrosieć słoneczna. 

Krok 1: Wytwarzanie energii elektrycznej

Pierwszym krokiem w mikrosieci jest produkcja energii elektrycznej. Bez generatora system nie może funkcjonować. Jak więc wytwarzają energię elektryczną? W rzeczywistości w mikrosieci słonecznej światło słoneczne pada na panel słoneczny, który zawiera maleńkie cząsteczki energii zwane fotonami. Te fotony uderzają w powierzchnię panelu słonecznego. Powierzchnia ta jest wykonana ze specjalnego materiału zwanego półprzewodnikami (krzemem). 

Wewnątrz panelu słonecznego fotony te wzbudzają elektrony w krzemie i zaczynają się poruszać. Gdy elektrony zaczną się poruszać, wytwarzają prąd elektryczny. Początkowo wytwarzany prąd jest prądem stałym (DC). Jednak większość naszych domów i urządzeń działa na prądzie przemiennym (AC). Dlatego mikrosieć słoneczna wykorzystuje urządzenie zwane inwerterem mikrosieci, które przekształca prąd stały w prąd przemienny (AC).

Krok 2: Dostarczanie energii elektrycznej lokalnym użytkownikom

Po wyprodukowaniu energii elektrycznej w mikrosieci, kolejnym ważnym zadaniem jest jej bezpieczne dostarczenie do odbiorców. Proces ten nazywa się dystrybucją energii. Odbywa się to za pośrednictwem małych lokalnych linii dystrybucyjnych wewnątrz mikrosieci. Linie te łączą się z domami, biurami, szpitalami i innymi lokalizacjami, w zależności od lokalizacji mikrosieci. Energia w mikrosieci nie musi pokonywać dużych odległości.

W rezultacie straty energii są mniejsze, co zwiększa niezawodność i opłacalność systemu. Kolejną istotną zaletą jest to, że mikrosieć może równoważyć podaż i popyt na energię. JAK? W ciągu dnia panele słoneczne mogą wytwarzać dodatkową energię elektryczną. Energia ta może być natychmiast wykorzystana przez lokalne gospodarstwa domowe lub magazynowana w akumulatorach do użytku nocnego.

Krok 3: Magazynowanie dodatkowej energii

Kiedy mikrosieć generuje więcej energii elektrycznej niż ludzie zużywają w danym momencie, nadwyżka energii nie marnuje się. Zamiast tego jest magazynowana do późniejszego wykorzystania. Jest to bardzo ważne, ponieważ zapotrzebowanie na energię zmienia się w ciągu dnia. Na przykład, w ciągu dnia panele słoneczne mogą wytwarzać dużo energii elektrycznej. Jednak w nocy nie ma światła słonecznego.

Zatem bez akumulatorów ta dodatkowa energia w ciągu dnia zostałaby utracona. Najczęstszym sposobem magazynowania energii elektrycznej w mikrosieci są akumulatory. Gromadzą one dodatkową energię i przechowują ją do momentu, aż będzie potrzebna. Później, gdy zapotrzebowanie wzrośnie, zmagazynowana energia elektryczna może zostać ponownie oddana do systemu. Dzięki temu cała mikrosieć słoneczna jest bardziej niezawodna i stabilna.

Krok 4: Wykorzystanie zmagazynowanej energii w razie potrzeby

Gdy nadwyżka energii zostanie bezpiecznie zmagazynowana w akumulatorach, staje się ona zapasowym źródłem energii, z którego można korzystać w dowolnym momencie. Dzięki temu, w przypadku awarii sieci, zmagazynowana energia może zostać uwolniona w celu zaspokojenia zapotrzebowania. JAK? Zasadniczo energia elektryczna jest magazynowana w akumulatorach w postaci energii chemicznej. Gdy zmagazynowana energia jest potrzebna, w akumulatorze zachodzi odwrotna reakcja chemiczna.

Elektrony są uwalniane i wracają przez obwód zewnętrzny. Ten przepływ elektronów nazywamy prądem elektrycznym. Mówiąc prościej, bateria zamienia energię chemiczną z powrotem w energię elektryczną, aby mogła zasilać urządzenia. Jednak, jak wspomniałem powyżej, ten prąd jest zazwyczaj prądem stałym (DC). Zatem falownik hybrydowy Zamienia energię elektryczną w odpowiednią postać (prąd przemienny).

Krok 5: Inteligentne sterowanie i przełączanie

Ostatnim etapem działania mikrosieci jest zarządzanie nią. Odbywa się to za pomocą kontrolera mikrosieci. Kontroler stale monitoruje produkcję, magazynowanie i zużycie energii elektrycznej. Na przykład panele słoneczne wytwarzają dużo energii w ciągu dnia. 

Kontroler może przekierować część energii do ładowania akumulatorów. Później, w nocy, automatycznie przełącza się na korzystanie z energii zgromadzonej w akumulatorach. Proces ten przebiega płynnie i bez konieczności ręcznego wykonywania czynności. Kolejnym ważnym zadaniem kontrolera jest przełączanie między siecią główną a mikrosiecią. 

Gdy sieć główna działa normalnie, mikrosieć często pozostaje podłączona i dzieli się energią elektryczną. Jednak w przypadku awarii zasilania kontroler szybko się odłącza (nazywa się to „pracą wyspową”). Dzięki temu mikrosieć działa samodzielnie. Po przywróceniu zasilania sieci głównej system sterowania bezpiecznie się łączy. 

Zalety mikrosieci

Mikrosieci przynoszą liczne korzyści społecznościom, a nawet krajom. Nie służą one tylko do produkcji energii elektrycznej, ale także do zwiększania jej niezawodności i przystępności cenowej. Omówmy kilka typowych zalet mikrosieci fotowoltaicznych.

1- Niezawodne zasilanie

Jedną z najważniejszych zalet mikrosieci jest to, że dostarczają one energię elektryczną nawet w przypadku awarii głównej sieci energetycznej. Na przykład podczas przerw w dostawie prądu, burz lub klęsk żywiołowych, sieć podstawowa często ulega wyłączeniu. W takich przypadkach mikrosieć odłącza się od sieci podstawowej i kontynuuje pracę samodzielnie. To czyni je szczególnie przydatnymi w szpitalach, szkołach i centrach ratunkowych.

2- Czysta i zielona energia

Mikrosieci często wykorzystują odnawialne źródła energii, takie jak panele słoneczne czy turbiny wiatrowe. Źródła te nie zanieczyszczają środowiska tak jak paliwa kopalne. Dzięki większemu wykorzystaniu czystej energii, mikrosieci pomagają zmniejszyć emisję dwutlenku węgla. Dzięki temu powietrze staje się czystsze, co jest korzystne zarówno dla planety, jak i zdrowia publicznego.

3- Niezależność energetyczna

Dzięki mikrosieci społeczności nie muszą polegać wyłącznie na centralnej sieci energetycznej. Mogą lokalnie wytwarzać i kontrolować własną energię elektryczną. To daje im większą niezależność i kontrolę nad przyszłością energetyczną. Dla odległych wiosek, wysp czy baz wojskowych ta niezależność może być przełomowa.

4- Elastyczność i skalowalność

Elastyczność oznacza, że mikrosieć można zaprojektować na wiele różnych sposobów. Na przykład, jedna mikrosieć zasilana energią słoneczną może wykorzystywać wyłącznie panele słoneczne i akumulatory. Natomiast inna może łączyć energię słoneczną, wiatrową i generatory diesla. Można ją dostosować do różnych potrzeb. Innymi słowy, mikrosieć dostosowuje się do różnych sytuacji.

Skalowalność oznacza, że mikrosieć może z czasem rosnąć lub maleć. Załóżmy, że mała wioska zaczyna od zaledwie kilku paneli słonecznych i akumulatorów. Wraz ze wzrostem liczby ludności lub zapotrzebowania na energię elektryczną, mikrosieć można skalować. JAK? Można dodać więcej paneli słonecznych, akumulatorów, a nawet nowe źródła, takie jak turbiny wiatrowe. 

5- Oszczędności kosztów

Jak wiadomo, mikrosieci wykorzystują energię odnawialną i magazynują nadmiar energii w akumulatorach. Zmniejsza to zależność od drogich paliw kopalnych, co przekłada się na niższe koszty. Co więcej, jak wspomniałem powyżej, są one wykorzystywane lokalnie, za pomocą małych linii dystrybucyjnych. Zmniejsza to straty energii, które zazwyczaj występują podczas długich podróży. W rezultacie mikrosieci generują energię elektryczną wydajniej i obniżają koszty. 

Wniosek 

Mikrosieć to coś więcej niż tylko mały system energetyczny. To inteligentny sposób na produkcję, magazynowanie i zużycie energii elektrycznej bliżej miejsc, w których jest ona potrzebna. W przeciwieństwie do dużej sieci centralnej, daje ona lokalnym społecznościom kontrolę nad własną energią. W tym artykule omówiłem wszystko na temat mikrosieci – od ich działania po korzyści. 

Na przykład mikrosieci działają krok po kroku. Te mikrosieci energii odnawialnej wytwarzają energię elektryczną za pomocą paneli słonecznych lub turbin wiatrowych. System mikrosieci magazynuje nadmiar energii w akumulatorach. Dystrybuuje on energię do pobliskich domów i firm. Co więcej, korzyści z tego płynące są oczywiste. W miarę jak świat zmierza w kierunku bardziej ekologicznych rozwiązań, mikrosieci oferują zarówno stabilność, jak i zrównoważony rozwój.