Questions and answers

How do solar power plants work on photovoltaic panels?

Сонячна електростанція (СЕС) – інженерна споруда, що перетворює сонячну радіацію в електричну енергію. Залежно від типу конструкції розрізняються і способи перетворення енергії випромінювання сонця.

В даному розділі ми розглянемо СЕС, використовують фотоелектричні модулі (сонячні батареї).

Components of industrial SPP and their functions:

  • опорні конструкції (ферми) – основа для фіксації панелей (сонячних батарей);
  • фотоелектричні модулі – перетворюють випромінювання Сонця в постійний струм;
  • grid tie inverters convert direct current from modules to alternating current, with industrial frequency;
  • система управління і моніторингу контролює роботу СЕС і параметри;
  • система лічильників веде облік кількості надходить в зовнішню мережу електроенергії.

 

  1. Опорні конструкції (ферми) – основа для фіксації фотоелектричних панелей (сонячних батарей)

Комплект металевих кріплень (столів) для наземної сонячної електростанції призначається для створення опорної системи під батареї. Проектується комплект залежно від геодезії ділянки, орієнтації землі відносно сторін світу. На готової фермі фотоелектричні модулі розміщуються вертикально під певним кутом, що забезпечує максимальне потрапляння сонячного світла. 

Кріплення для сонячних панелей можуть бути виготовлені з:

  • Оцинкована сталь – бюджетний варіант, покриття цинком дозволяє сталі краще переносити вологість.
  • Нержавіюча сталь – коштує дорожче оцинкованої, тому що хром в сплаві робить такі конструкції більш міцними і довговічними.
  • Анодований алюміній – стіл має невелику вагу, високу міцність. Стійкість до вологи і ультрафіолету.

2.  Фотоелектричні модулі – перетворюють випромінювання Сонця в постійний струм

Фотоелектричний модуль (сонячна батарея) – це поновлюване джерело електроенергії, що перетворює світлову енергію сонця в електроенергію за допомогою фотоелектричного ефекту. Незалежні від палива, не виділяють шкідливих речовин, не забруднюють навколишнє середовище і не справляють ніякого шуму при роботі. Є найбільш екологічно чистими джерелами електроенергії.

У фотоелектричних панелях немає рухомих елементів, завдяки чому вони стабільні, надійні і мають тривалий термін служби.

Фотоелектричні модулі (сонячні батареї) діляться на кілька видів залежно від способу виготовлення:

  • Монокристалічні сонячні модулі – елементи з монокристалічного кремнію. Мають найкращі показники ефективності (термін їх служби складає більше 30 років). ККД фотоелектричної панелі на основі монокристалічного кремнію становить 14-17%.
  • Полікристалічні сонячні модулі – елементи з полікристалічного кремнію. Термін служби більше 25 років. ККД сонячної батареї на цій основі складає 10-12%. Є найпоширенішим типом модулів для сонячних батарей.
  • Сонячні модулі з аморфного кремнію – елементи не мають структурованого положення атомів, тому у аморфного кремнію гірше напівпровідникові властивості. ККД = 8%. З плюсів – такі панелі вимагають менше кремнію у виробництві і наноситься він на будь-які поверхні (скло, метал або інший матеріал).

3. Мережеві інвертори перетворюють постійний струм від модулів в змінний, з промисловою частотою

Мережевий (grid-tie) інвертор – це пристрій, що перетворює постійний (DC) напруга від поновлюваних джерел енергії (фотомодулів) в змінну (AC) напруга, і передають його безпосередньо в мережу. Інвертор синхронізує вихідна напруга струму з напругою у зовнішній мережі.

Таким чином, мережевий інвертор перетворює постійний струм від сонячних батарей з потрібними значеннями частоти і фази для сполучення зі стаціонарною мережею. Як правило, перетворення здійснюється за допомогою PWM – широтно-імпульсної модуляції.

Інвертори обладнані вбудованою системою відстеження точки максимальної потужності сонячних батарей. Це дозволяє отримувати максимум енергії при будь-яких зовнішніх змінах погоди і генерація в мережу здійснюється навіть у похмуру погоду.

Мережеві сонячні інвертори промислового призначення використовують для передачі енергії від поновлюваних джерел енергії в 3-х фазну мережу. Потужність таких інверторів досягає декількох сотень кВт. Подібні інверторні черги будують за модульним принципом.

4. Система управління і моніторингу контролює роботу СЕС і параметри

Моніторинг роботи СЕС – процес, що дозволяє відстежувати роботу станції в реальному часі. Параметри, які потрібно перевіряти, – потужність, напруга, струм, частота, стан перемикачів і обладнання. Прогнозування навантажень на кілька днів вперед також входить у функції моніторингу.

5. Система лічильників веде облік електроенергії, що надходить в зовнішню мережу 

Автоматизована система комерційного обліку електроенергії – це технологічне рішення, яке забезпечує: дистанційний збір даних з інтелектуальних приладів обліку, передачу отриманої інформації в особистий кабінет оператора, обробку переданих даних з подальшим вивантаженням в інформаційні системи – 1С або інші.

Це набір організаційно-технічних інструментів, що дозволяють вимірювати кількість спожитої і відпущеної електричної енергії при взаєморозрахунках між виробником і покупцем. Він включає в себе збір, зберігання, обробку та передачу даних, отриманих з індивідуальних і колективних приладів обліку.

How useful are solar power plants?

 

Чим корисна сонячна енергія: з усіх джерел енергії вона найбільш екологічна і на 100% невичерпна. Користь сонячних електростанцій: позитивний вплив на екологію, загальнодоступність і невичерпність джерела.

Людство потребує енергії і активно використовує поновлювані джерела – нафта, вугілля, газ і торф. Природним шляхом, тобто дуже повільно, в надрах землі продовжують утворюватися їх запаси. Ця швидкість не відповідає швидкості їх використання і, безумовно, видобуток корисних копалин погіршує екологічну ситуацію.

Найкращий вихід – перехід до використання поновлюваних джерел енергії – сонця, вітру, біогазу. Активніше інших розвивається сонячна енергетика, географія використання різних типів сонячних електростанцій охоплює майже весь світ.

Кожна СЕС уповільнює негативні екологічні процеси. СЕС потужністю в 1 МВт скорочує обсяг викидів вуглекислого газу на 1,3 тисячі тонн на рік. Надлишкові виділення вуглекислого газу – ключовий фактор кліматичних змін на планеті. Чим ширше буде застосовуватися сонячна енергія для задоволення потреб людства в енергії, тим більше у нього шансів врятувати планету від руйнування.

 

Що являє собою сонячна енергія?

Сонячна енергія – найпотужніший постачальник відновлюваної енергії. Сонце освітлює планету мільярди років і для всіх форм життя на планеті з усього спектра сонячного випромінювання найбільш важливі світло і тепло.

Кожен квадратний метр Землі отримує в середньому 342 ват енергії. Це середнє значення, яке включає в себе день і ніч.

земля и солнце

 

Використання сонячної енергії

Сонячна енергія – найбільш екологічно чиста. Застосування її не вимагає значних капітальних вкладень, вона є фактично безкоштовною, загальнодоступною і невичерпною. Недоліком сонячного енергопостачання є залежність потужності енергоустановок від географічної широти місця їх установки, пори року, часу доби, хмарності, ступеня забруднення атмосфери. Але там, де сонячна енергетика успішно впроваджена, сонячні промені нагрівають воду, поставляють в будинки і офіси тепло і електрику. Сфера застосування недорогої енергії тільки розширюється в міру розвитку і сучасні технології дозволяють ефективно використовувати будь-яку її кількість.

Існує пасивне використання енергії сонця або активне. Пасивне включає в себе: будівництво об’єктів з урахуванням клімату, підбір будівельних матеріалів для застосування енергії Сонця для освітлення, постачання тепла, циркулювання повітря в приміщеннях. А ось активне використання передбачає установку фотоелектричних сонячних панелей, СЕС баштового типу, СЕС тарельчатого типу і сонячних колекторів.

 

З усіх відновлюваних джерел енергії сонячна – найбільш широко використовуваний і надійне джерело. Ось ще кілька цікавих фактів:

 

  • Існує і можливість покривати сонячною енергією тимчасові потреби. Наприклад, захисний чохол смартфона з сонячними елементами повністю забезпечує його енергетичні потреби, існують рюкзаки з сонячними батареями, сонячні навушники з можливостями бездротовим зв’язком Bluetooth. Через USB-вихід подібні пристрої дозволяють зарядити безліч електронних пристроїв.

 

  • Космічна галузь неможлива без використання сонячного випромінювання. Завдяки сонцю працює апаратура штучних супутників, космічних кораблів і автоматичних міжпланетних станцій.

 

  • В майбутньому ефективність (або коефіцієнт корисної дії) сонячних перетворювачів буде тільки збільшуватися внаслідок застосування нанотехнологій, впровадження сучасних розробок і результатів наукових досліджень.

 

  • У перспективі сонячна енергія стане основним джерелом постачання енергією земної біосфери.

 

З усіх доступних способів отримання альтернативної енергії найбільш поширений – вироблення її на сонячних електростанціях. Найбільша на Землі сонячна електростанція «Айванпа» площею 13 кв.км. розташовується в Каліфорнії в пустелі Мохаве. На цій станції проводиться 30% всієї виробленої в США термальною енергії.

Айванпа

Why solar power plants are useful for business:

  • free energy source;
  • для отримання сонячної енергії потрібні лише початкові витрати на придбання обладнання. Багато держав заохочують використання сонячної енергії, приймаючи різні державні програми;
  • термін експлуатації сонячних панелей – 25 років і більше;
  • сонячні панелі і батареї практично не потребують технічного обслуговування;
  • industrial SPPs are automated and require a minimum of maintenance staff;
  • при використанні сонячної енергії виключаються проблеми транспортування паливних ресурсів, зникають витрати на їх придбання, при цьому сонячна енергія ніколи не вичерпується і загальнодоступна;
  • будувати СЕС можна на малоефективних вільних площах: наприклад, полях з грунтом, що не відповідає під с/г потреби;
  • return on investment rate is higher than in the oil and gas industry.

More than 2 thousand of industrial SPP are operating in Ukraine. Their total capacity is approaching 2.4 GW. Major solar power plants are:

  • "Pokrovskaya" (240 MW) in Dnipropetrovsk oblast;
  • "Energo-Star" (120 MW) in Kherson oblast;
  • "Voskhod Solar" (52.9 MW) in Nikolayev oblast;
  • “Dunaiskaya” (43.14 MW) and “Limanskaya” (43.4 MW) in Odessa oblast.

EDS Group has built and commissioned in Ukraine the following SPP:

  1. “Solar Park Shirokoye” (19.9 MW), Zaporizhia oblast.
  2. “Solen Energy” (19.9 MW), Zaporizhia oblast.
  3. “Belozerka” (19.5 MW), Zaporizhia oblast.
  4. “Solar Park Veseloe” (16 MW), Zaporizhia oblast.
  5. “Foton Energy” (15 MW), Zaporizhia oblast.
  6. “Makov-1” (9 MW), Khmelnytskyi oblast.
  7. “Sun Energy Mezhyrich” (7 MW), Dnipropetrovsk oblast.
  8. Other power plants in different areas.

Large solar power plants in Ukraine are also located in Zaporizhia, Ivano-Frankivsk, and Zakarpattia regions

Solar energy — radiation and light emitted by the Sun. They affect the climate of planet Earth and create conditions for life. What is solar power? This is one of the areas of alternative energy, based on the use of solar radiation to produce energy in some form. The volumes of use are growing: in 1985, the total capacity of the world SPP was 0.021 GW. In 2019, it exceeded 500 GW (3% of global electricity production).

Ukraine is favorably located in terms of solar radiation activity. The territory has indicators from 1400 kW per year per 1 square meter in Kherson region to 1180 KW per year per 1 square meter in Lviv and other western regions. Where are solar power plants being built in Ukraine? In all regions. The highest concentration — in Dnipropetrovsk, Odessa, Nikolayev, Kherson, Zaporizhia regions. The conditional difference in the generation volume between south SPP (in Nikolayev region) and north (in Kyiv or Chernihiv) does not exceed 10%.

Stages of the construction of industrial SPP:

  1. Registration of the enterprise.
  2. Feasibility study development.
  3. Obtaining land titles.
  4. Project development.
  5. SPP construction.
  6. Connection of SPP to external power grids.
  7. Commissioning.

The process takes 0.5-1.5 years, depending on the conditions. How are solar power plants arranged? The main elements of industrial SPP are: photo panels (convert the energy of the sun into direct current) and grid tie inverters connected to them (convert direct current to alternating). Inverters are connected to the common grid through a transformer.

There is no concept of an “average check” for the construction of an industrial SPP. The sum of investment depends on the declared capacity, size of the land, other factors. The conditional level of total costs is $1000 per 1 kW of power. The use of equipment of Ukrainian manufacturers is an opportunity to receive additional state benefits. Where to buy solar power plants? In Ukraine, you can buy ready-made SPP of various capacities that already generate energy. You can buy (rent) a land plot and, with the help of companies providing general contracting services (turnkey construction), build a solar power plant from scratch.

Fields of application:

  • thermal collectors (water heating);
  • solar panels for electrical engineering, electronics;
  • SPP: industrial and residential;
  • electric transport.

Advantages of solar energy:

  • Renewability. The activity resource of the Sun is 6.5 billion years (NASA data).
  • Potential. The power of solar radiation is 120 thousand TW. This is 20 times more than the global energy demand.
  • Accessibility for almost all latitudes of the planet.
  • Environmental friendliness.
  • High resource, low operating costs.
  • Extensive application. Energy supply in regions where centralized ETL are not available.

Disadvantages of solar energy:

  • High costs at the stage of development and implementation.
  • Instability: loss in productivity in bad weather, in winter.
  • Production of photovoltaic modules is accompanied by emissions of sulfur hexafluoride, nitrogen trifluoride.
  • Average power density – 170 W/m2. It is lower than equivalent one for nuclear energy, coal, gas and oil.

Until 2020, Ukraine had one of the highest "green tariffs" in Europe. Investments in SPP paid off on average in 3.5-6 years. Under the new conditions, it is necessary to win the auction for allocation of quotas for guaranteed purchase of energy by the state. The payback period under such conditions will be longer, but the overall profitability will increase: the winners of the auctions receive a 20 year guarantee of the purchase of energy at a fixed price.

Wind turbine (WPP) - engineering construction that converts kinetic energy of wind into mechanical energy of rotor rotation with further conversion into electrical energy. The main types of wind turbines - horizontal impeller wind turbine and vertical carousel-type wind turbines.

What is the land area required for placement of wind plant?

For a 1 MW WPP, 30-50 ares of land will be required.

Windmills require a small area, but along the wide perimeter there should be no forest plantations and other obstacles to the wind.

Solar power plant (SPP) - engineering construction that converts solar radiation into electrical energy. Depending on the type of construction, the methods for converting the energy of solar radiation differ.

What is the land area required for placement of solar plant?

For a 1 MW SPP, a minimum of 200 ares of land will be required.

They require a larger installation area than a WPP, and there should be no objects shadowing the panels along the perimeter. It is necessary to take into account the orientation of the land plot, the best arrangement of rackings with PV panels will be on the southern slope.

Hybrid WPP/SPP systems - a wind turbine equipped with solar panels with accumulators. Mutual "insurance" of alternative energy sources is provided (the wind at night and in daytime, sun in daytime, accumulator – at any time). The controller regulates the degree of charge of the accumulators and controls the processes of system interaction.

To locate the hybrid plant, depending on the capacity, an amount of land equal to the sum, respectively, of the area for the photovoltaic panels and the area for the wind turbines will be required. The requirements for the landscape are the same: do not shadow the sun and do not obstruct the wind.

Let's compare the features of the earth’s vibra under a power plant in more detail in article