Солнечные электростанции

По данным 2017 г. солнечная генерация в мире превысила 400 ГВт, обойдя таким образом суммарную мировая мощность атомных электростанций. Пиковая мощность самой мощной эксплуатируемой китайской солнечной электростанции Tengger Desert Solar Park составляет 1,5 ГВт при требуемой площади для размещения солнечных батарей и другой инфраструктуры станции 43 км2.

В России суммарная установленная мощность солнечных электростанции на начало 2019 г. по данным ЕЭС России составляла 834 МВт или 0,34% от суммарной мощности объединённой энергосистемы. Примеры крупных солнечных электростанций в РФ: Перовская СЭС АР Крым — 105 МВт, Николаевская СЭС АР Крым — 69 МВт, Самарская СЭС — 75 МВт, Фунтовская СЭС Астраханская область — 60 МВт, Орская СЭС — 40 МВт. Как правило, фотоэлектрические модули мощных солнечных электростанций объединяются инверторами 10 кВ с последующим повышением напряжения до 110 кВ и выдачей мощности в сеть.

Монтаж солнечной станции

Все фотоэлектрические модули генерируют постоянное напряжение, которое может быть преобразовано в переменное только при наличии инвертора.

Считается, что электроэнергия, генерируемая солнечными электростанциями, стоит в 2-4 раза дороже, чем выработанная тепловыми электростанциями, работающими на газовом топливе. При этом солнечная генерация в мировом масштабе является быстрорастущей отраслью с увеличением установленной мощности свыше 30% ежегодно.

Существует большое количество частных солнечных электростанций небольшой мощности, не подключенных к объединенной энергосистеме и не учитываемых в доле генерирующих мощностей, работающих на общую электрическую сеть. Небольшие солнечные электростанции устанавливаются, как правило, при отсутствии подключения к местным электрическим сетям, либо для получения экономии за счет собственной выработки электроэнергии.

Фотоэлектрический модуль

Солнечные батареи испытываются при стандартных условиях. Это величина освещенности и спектр излучения:
• — освещенность 1000 Вт/м2;
• — температура 25°С;
• — спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на географической широте 45°).

Солнечные элементы проходят испытания при температуре 25 ͦС, при которой снимается вольт-амперная характеристика элементов. КПД современных кремниевых солнечных модулей составляет около 20% при температуре 25 ͦС.
Оставшиеся 80% энергии солнца не могут быть преобразованы в постоянное напряжение и идут на нагрев солнечных панелей. В летний период солнечные фотоэлементы могут нагреваться до 55-60 ˚С, что необходимо учитывать при их размещении на крыше и боковых стенах зданий.

При увеличении температуры солнечного модуля на 1 ͦС происходит снижение КПД модуля на 0,35 %, температурная зависимость кпд фотоэлемента от температуры нелинейная. Для снижения температуры солнечных батарей на крышах и фасадах зданий при монтаже необходимо предусматривать воздушный зазор между батареей и боковой стеной / фасадом.

Крупные солнечные электростанции мощностью более 5 МВт устанавливаются на земной поверхности на специальных металлоконструкциях с собственным фундаментом.

Солнечная электрическая станция большой мощности

Энергия, вырабатываемая солнечными батареями, зависит от широты, на которой они установлены.

Освещенность на широте 55,7° (широта Москвы) 21 июня и 21 декабря отличается примерно в 8,5 раз, соответственно, выработка электрической энергии солнечными панелями на эти даты будет также отличаться в 8,5 раз. Основная годовая выработка электроэнергии будет происходить в дневное время летом. Т.к. угол Солнца над горизонтом в Москве составляет примерно 55°, оптимальным будет размещение фотоэлектрических модулей под углом 35° к горизонту.

В январе в Москве угол Солнца над горизонтом будет 13°, поэтому в зимнее время более эффективным является размещение солнечных панелей на вертикальных стенах зданий. Однако с учетом большой разницы в длительности светового дня и генерируемой мощности по отношению лето / зима ~ 8,5 раз вертикальные панели будут гораздо менее эффективны, чем размещаемые горизонтально на крышах зданий или под оптимальным углом 35°.

Крышные фотоэлектрические панели

Для максимальной выработки электроэнергии солнечные панели должны располагаться перпендикулярно углу падения солнечного света к поверхности земли и ориентированы на южную сторону.

На широте Москвы реальная выработка электроэнергии при КПД фотоэлектрических модулей 20% будет около 130 кВт*ч с 1 м2 солнечных панелей в год. Сообщалось, в летний период основная генерация мощности солнечными модулями, ориентированными на юг и не имеющими системы слежения за солнцем на широте Москвы будет происходить в течение 7 дневных часов, когда солнце находится достаточно высоко над горизонтом. С учетом длительности светового дня в июле эффективная длительность работы солнечных панелей составит 7/17=0,41.

В отличие от ветряных, солнечные электростанции не требуют сложного монтажа и высотного технического обслуживания. Если на начальном этапе проекта заложить возможность расширения с подключением дополнительных фотоэлектрических модулей, можно увеличивать площадь элементов и мощность поэтапно.

Крышная солнечная электрическая станция

Солнечные электростанции являются гибким решением и позволяют в случае их строительства организациями проводить самостоятельный монтаж. Мощность фотоэлектрических элементов должна быть подобрана таким образом, чтобы компенсировать базовую нагрузку объекта так, чтобы обеспечить максимально полное использование мощности солнечной электростанции. В противном случае будет наблюдаться неполное использование мощности, что увеличит срок окупаемости фотоэлектрических модулей и вспомогательного оборудования.

В системах малой мощности до 15 кВт отсутствие генерации в ночное время и при плохих погодных условиях может быть частично компенсирован установкой аккумуляторных батарей с зарядными устройствами.
Создание системы автономного электроснабжения с аккумуляторами представляется нам эффективным только в случае невозможности подключения к электрическим сетям. В случае параллельной работы с сетью можно импортировать недостающую разницу потребляемой и генерируемой мощности из сети.

Если электрическая сеть достаточно надежна, нет необходимости устанавливать систему автономного электроснабжения с аккумуляторами. При наличии электрических сетей и параллельной работе с сетью система хранения электроэнергии с аккумуляторами нецелесообразна с точки зрения окупаемости инвестиций.

Крышная солнечная электростанция большой мощности

Такая система может быть эффективна только при невозможности подключения к электрической сети. Но и в этом случае представляется более эффективной установка резервной бензиновой или дизель-генераторной установки в зависимости от требуемой мощности. Для автономной системы электроснабжения классические генераторные установки также будут необходимы для компенсации генерируемой мощности в ночное время, зимний период и при неблагоприятных погодных условиях.

Следует учитывать, что при работе фотоэлектрических панелей в параллель с сетью может происходить отдача электроэнергии в сеть. Также при наличии обычного счетчика электроэнергии мощность, переданная в сеть, также будет учитываться как потребленная из сети, за нее придется платить. Счетчики, учитывающие направление передачи энергии, как правило, трехфазные, и стоят значительно дороже стандартных.
Для исключения передачи энергии в сеть система управления выработкой электроэнергии солнечных батарей должна автоматически ограничивать текущую мощность, генерируемую фотоэлектрическими модулями.

Недостатки солнечной электростанции: отсутствие генерируемой мощности в пасмурную погоду и ночное время, сильное снижение генерируемой мощности в зимнее время, особенно выше 45 ° северной широты, большая площадь, необходимая для строительства солнечной генерации большой мощности.

Преимущества солнечной генерации: отсутствие затрат на покупку топлива, простота монтажа, технического обслуживания и ремонта, большая гибкость при выборе конфигурации, возможность увеличения мощности в процессе эксплуатации.

Монтаж крышной солнечной электростанции

При строительстве ветряных и солнечных электростанций в частности следует учитывать эффект масштаба. Относительная стоимость инверторов, электрических распределительных шкафов, кабелей, контроллеров снижается с ростом установленной мощности солнечной электростанции.

WhyTrinaPro_SPI Sep2019 — pdf

 

DS_YLM72CELL -36b_40mm_EU_EN_20190101_V04 — pdf