Вопросы и ответы

Как работают солнечные электростанции на фотоэлектрических панелях?

Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. В зависимости от типа конструкции различаются и способы преобразования энергии излучения солнца.

В данном разделе мы рассмотрим СЭС, использующие фотоэлектрические модули (солнечные батареи).

Составляющие промышленной СЭС и их функции:

  • опорные конструкции (фермы) — основа для фиксации панелей (солнечных батарей);
  • фотоэлектрические модули — преобразуют излучение Солнца в постоянный ток;
  • сетевые инверторы преобразуют постоянный ток от модулей в переменный, с промышленной частотой;
  • система управления и мониторинга контролирует работу СЭС и параметры;
  • система счетчиков ведет учет количества поступающей во внешнюю сеть электроэнергии;

 

  1. Опорные конструкции (фермы) — основа для фиксации фотоэлектрических панелей (солнечных батарей).

Комплект металлических креплений (столов) для наземной солнечной электростанции предназначается для создания опорной системы под батареи. Проектируется комплект в зависимости от геодезии участка, ориентации земли относительно сторон света. На готовой ферме фотоэлектрические модули размещаются вертикально под определенным углом, обеспечивающем максимальное попадание солнечного света. 

Крепления для солнечных панелей могут быть изготовлены из:

  • Оцинкованная сталь - бюджетный вариант, покрытие цинком позволяет стали лучше переносить влажность.
  • Нержавеющая сталь - стоит дороже оцинкованной, хром в сплаве делает такие конструкции более прочными и долговечными.
  • Анодированный алюминий - стол имеет небольшой вес, высокую прочность. Устойчивость к влаге и ультрафиолету.

2. Фотоэлектрические модули — преобразуют излучение Солнца в постоянный ток

Фотоэлектрический модуль (солнечная батарея) – это возобновляемый источник электроэнергии, который преобразует световую энергию солнца в электроэнергию с помощью фотоэлектрического эффекта. Независимы от топлива, не выделяют вредных веществ, не загрязняют окружающую среду и не производят никакого шума при работе. Являются самыми экологически чистыми источниками электроэнергии.

В фотоэлектрических панелях нет подвижных элементов, благодаря чему они стабильны, надежны и имеют длительный срок службы.

Фотоэлектрические модули (солнечные батареи) делятся на несколько видов в зависимости от способа изготовления:

  • Монокристаллические солнечные модули - элементы из монокристаллического кремния. Имеют наилучшие показатели эффективности (срок их службы составляет более 30 лет). КПД фотоэлектрической панели на основе монокристаллического кремния составляет 14-17%.
  • Поликристаллические солнечные модули - элементы из поликристаллического кремния. Срок службы более 25 лет. КПД солнечной батареи на этой основе составляет 10-12%. Является самым распространенным типом модулей для солнечных батарей.
  • Солнечные модули из аморфного кремния - элементы не имеют структурированного положения атомов, поэтому у аморфного кремния хуже полупроводниковые свойства. КПД = 8%. Из плюсов - такие панели требуют меньше кремния в производстве и наносится он на любые поверхности (стекло, металл или другой материал).

3. Сетевые инверторы преобразуют постоянный ток от модулей в переменный, с промышленной частотой

Сетевой (grid-tie) инвертор - это устройство, преобразующее постоянное (DC) напряжение от возобновляемых источников энергии (фотомодулей) в переменное (AC) напряжение, и передающие его напрямую в сеть. Инвертор синхронизирует выходное напряжение тока с напряжением во внешней сети.

Таким образом, сетевой инвертор преобразует постоянный ток от солнечных батарей с нужными значениями частоты и фазы для сопряжения со стационарной сетью. Как правило, преобразование осуществляется с помощью PWM - широтно-импульсной модуляции.

Инверторы оборудованы встроенной системой отслеживания точки максимальной мощности солнечных батарей. Это позволяет получать максимум энергии при любых внешних изменениях погоды и генерация в сеть осуществляется даже в пасмурную погоду.

Сетевые солнечные инверторы промышленного назначения используют для передачи энергии от возобновляемых источников энергии в 3-х фазную сеть. Мощность таких инверторов достигает нескольких сотен кВт. Подобные инверторы (преобразовательные станции) строят по модульному принципу.

4. Система управления и мониторинга контролирует работу СЭС и параметры

Мониторинг работы СЭС — процесс, позволяющий отслеживать работу станции в реальном времени. Параметры, которые нужно проверять, — мощность, напряжение, ток, частота, состояние переключателей и оборудования. Прогнозирование нагрузок на несколько дней вперед также входит в функции мониторинга.

5. Система счетчиков ведет учет количества поступающей во внешнюю сеть электроэнергии 

Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии — это технологическое решение, которое обеспечивает: дистанционный сбор данных с интеллектуальных приборов учета, передачу полученной информации в личный кабинет оператора, обработку переданных данных с последующей выгрузкой в информационные системы — 1С или другие.

Это набор организационно-технических инструментов, позволяющих измерять количество потребленной и отпущенной электрической энергии при взаиморасчётах между производителем и покупателем. Он включает в себя сбор, хранение, обработку и передачу данных, полученных с индивидуальных и коллективных приборов учёта.

Чем полезны солнечные электростанции?

 

Чем полезна солнечная энергия: из всех источников энергии она наиболее экологичная и на 100% неисчерпаемая. Польза солнечных электростанций: положительное влияние на экологию, общедоступность и неисчерпаемость источника.

Человечество нуждается в энергии и активно использует невозобновляемые источники – нефть, уголь, газ и торф. Естественным путем, т.е. очень медленно, в недрах земли продолжают образовываться их запасы. Эта скорость не соответствует скорости их использования и, безусловно, добыча полезных ископаемых ухудшает экологическую ситуацию.

Наилучший выход – переход к использованию возобновляемых источников энергии – солнца, ветра, биогаза. Активней других развивается солнечная энергетика, география использования различных типов солнечных электростанций охватывает почти весь мир.

Каждая СЭС замедляет негативные экологические процессы. СЭС мощностью в 1 МВт сокращает объем выбросов углекислого газа на 1,3 тысяч тонн в год. Избыточные выделения углекислого газа — ключевой фактор климатических изменений на планете. Чем шире будет применяться солнечная энергия для удовлетворения потребностей человечества в энергии, тем больше у него шансов спасти планету от разрушения.

 

Что представляет собой солнечная энергия?

Солнечная энергия – самый мощный поставщик возобновляемой энергии. Солнце освещает планету миллиарды лет и для всех форм жизни на планете из всего спектра солнечного излучения наиболее важны свет и тепло.

Каждый квадратный метр Земли получает в среднем 342 ватт энергии. Это среднее значение, которое включает в себя день и ночь.

земля и солнце

 

Использование солнечной энергии

Солнечная энергия – самая экологически чистая. Применение ее не требует значимых капитальных вложений, она является фактически бесплатной, общедоступной и неисчерпаемой. Недостатком солнечного энергоснабжения является зависимость отдаваемой мощности энергоустановок от географической широты места их установки, времени года, времени суток, облачности, степени загрязнения атмосферы. Но там, где солнечная энергетика успешно внедрена, солнечные лучи нагревают воду, поставляют в дома и офисы тепло и электричество. Сфера применения недорогой энергии только расширяется по мере развития и современные технологии позволяют эффективно использовать любое ее количество.

Существует пассивное использование энергии солнца или активное. Пассивное включает в себя: строительство объектов с учетом климата, подбор строительных материалов для применения энергии Солнца для освещения, поставки тепла, циркулирования воздуха в помещениях. А вот активное использование предполагает установку фотоэлектрических солнечных панелей, СЭС башенного типа, СЭС тарельчатого типа и солнечных коллекторов.

 

Из всех возобновляемых источников энергии солнечная – наиболее широко используемый и надежный источник. Вот еще несколько интересных фактов:

 

  • Существует и возможность покрывать солнечной энергией временные потребности. Так, защитный чехол смартфона с солнечными элементами полностью обеспечивает его энергетические потребности, существуют рюкзаки с солнечными батареями, солнечные наушники с возможностями беспроводной связью Bluetooth. Через USB-выход подобные устройства позволяют зарядить множество электронных устройств.

 

  • Космическая отрасль невозможна без использования солнечного излучения. Благодаря солнцу работает аппаратура искусственных спутников, космических кораблей и автоматических межпланетных станций.

 

  • В будущем эффективность (или коэффициент полезного действия) солнечных преобразователей будет только увеличиваться вследствие применения нанотехнологий, внедрения современных разработок и результатов научных исследований.

 

  • В перспективе солнечная энергия станет основным источником снабжения энергией земной биосферы.

 

Из всех доступных способов получения альтернативной энергии наиболее распространенный – выработка ее на солнечных электростанциях. Самая крупная на Земле солнечная электростанция «Айванпа» площадью 13 кв. км. располагается в Калифорнии в пустыне Мохава. На этой станции производится 30% всей производимой в США термальной энергии.

Айванпа

Чем полезны солнечные электростанции для бизнеса:

  • бесплатный источник энергии;
  • для получения солнечной энергии требуются лишь первоначальные затраты на приобретение оборудования. Многие государства поощряют использование солнечной энергии, принимая различные государственные программы;.
  • срок эксплуатации солнечных панелей — 25 лет и больше;
  • солнечные панели и батареи практически не нуждаются в техническом обслуживании;
  • промышленные СЭС автоматизированы, нуждаются в минимуме обслуживающего персонала;
  • при использовании солнечной энергии исключаются проблемы транспортировки топливных ресурсов, исчезают расходы на их приобретение, при этом солнечная энергия никогда не иссякает и общедоступна;
  • строить СЭС можно на малоэффективных свободных площадях: например, полях с грунтом, не подходящим под с/х нужды;
  • скорость возврата инвестиций выше, чем в нефтегазовой отрасли.

В Украине работает больше 2 тыс. промышленных СЭС. Их суммарная мощность приближается к 2,4 ГВт. Крупные солнечные электростанции:

  • «Покровская» (240 МВт) в Днепропетровской области;
  • «Энерго-Стар» (120 МВт) в Херсонской области;
  • «Восход Солар» (52,9 МВт) в Николаевской области;
  • «Дунайская» (43,14 МВт) и «Лиманская» (43,4 МВт) в Одесской области.

Группа EDS построила и ввела в эксплуатацию в Украине СЭС:

  1. «Солар Парк Широкое» (19,9 МВт), Запорожская область.
  2. «Солен Энерджи» (19,9 МВт), Запорожская область.
  3. «Белозерка» (19,5 МВт), Запорожская область.
  4. «Солар Парк Веселое» (16 МВт), Запорожская область.
  5. «Фотон Энерджи» (15 МВт), Запорожская область.
  6. «Маков-1» (9 МВт), Хмельницкая область.
  7. «Сан Энерджи Межирич» (7 МВт), Днепропетровская область.
  8. Другие электростанции в разных областях.

Крупные солнечные электростанции в Украине расположены также в Запорожской, Ивано-Франковской, Закарпатской областях.

Солнечная энергия — радиация и свет, излучаемые Солнцем. Они влияют на климат планеты Земля и создают условия для жизни. Что такое солнечная энергетика? Это одно из направлений альтернативной энергетики, основанное на использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Объемы использования растут: в 1985 году суммарная мощность мировых СЭС составляла 0,021 ГВт. В 2019 она превысила 500 ГВт (3% от мирового производства электроэнергии).

Украина выгодно расположена с точки зрения активности солнечного излучения. Территория имеет показатели от 1400 кВт в год на 1 кв.м в Херсонской обл до 1180 кВт в год на 1 кв.м во Львовской и других западных областях. Где строят солнечные электростанции в Украине? Во всех областях. Наибольшая концентрация — в Днепропетровской, Одесской, Николаевской, Херсонской, Запорожской областях. Условная разница объема генерации между южной СЭС (в Николаевской области) и северной (в Киевской или Черниговской), не превышает 10%.

Этапы строительства промышленной СЭС:

  1. Регистрация предприятия.
  2. Разработка технико-экономического обоснования (ТЭО);
  3. Получение прав на земельный участок.
  4. Составление проекта.
  5. Строительство СЭС.
  6. Подключение СЭС к внешним электросетям.
  7. Ввод в эксплуатацию.

Процесс занимает 0,5-1,5 года, в зависимости от условий. Как устроены солнечные электростанции? Основные элементы промышленных СЭС: фотопанели (преобразуют энергию солнца в постоянный ток) и подключенные к ним сетевые инверторы (преобразуют постоянный ток в переменный). Инверторы подключены к общей сети через трансформатор.

Не существует понятия «среднего чека» для строительства промышленной СЭС. Сумма инвестиций зависит от заявленной мощности, размера земельного участка, прочих факторов. Условный уровень общих затрат — $1000 на 1 кВт мощности. Применение оборудования украинских производителей — возможность получить дополнительные государственные льготы. Где купить солнечные электростанции? В Украине можно приобрести готовые СЭС различной мощности, которые уже генерируют энергию. Можно купить (арендовать) земельный участок и с помощью компаний, предоставляющих услуги генподряда (строительство “под ключ”), построить солнечную электростанцию с нуля.

Сферы применения:

  • тепловые коллекторы (нагрев воды);
  • солнечные батареи для электротехники, электроники;
  • СЭС: промышленные и бытовые;
  • электротранспорт.

Достоинства солнечной энергетики:

  • Возобновляемость. Ресурс активности Солнца — 6,5 млрд лет (данные NASA).
  • Потенциал. Мощность солнечного излучения — 120 тыс. ТВт. Это в 20 раз больше общемировой потребности в энергии.
  • Доступность почти для всех широт планеты.
  • Экологичность.
  • Высокий ресурс, низкие эксплуатационные расходы.
  • Обширное применение. Снабжение энергией регионов, где недоступны централизованные ЛЭП.

Недостатки солнечной энергетики:

  • Высокие затраты на этапе разработки и внедрения.
  • Непостоянство: снижение производительности в непогоду, зимой.
  • Производство фотоэлектрических модулей сопровождается выбросами гексафторида серы, трифторида азота.
  • Средняя плотность мощности — 170 Вт/м2. Она ниже аналогичного показателя для атомной энергии, угля, газа и нефти.

До 2020 года в Украине действовал один из самых высоких «зеленых тарифов» в Европе. Инвестиции в СЭС окупались в среднем за 3,5-6 лет. По новым условиям, для гарантированного выкупа энергии государством, необходимо победить в аукционе по распределению квот. Срок окупаемости на таких условиях будет дольше, однако увеличится общая доходность: победители аукционов получают 20 лет гарантии выкупа энергии по фиксированной цене.

Ветрогенератор (ВЭС) - инженерное сооружение, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения ротора с дальнейшим преобразованием в электрическую энергию. Основные виды ветрогенераторов - горизонтальные “крыльчатые” и вертикальные генераторы карусельного типа.

Какая площадь земли требуется под размещение ветряной станции?

Для ВЭС мощностью 1 МВт понадобится 30-50 соток земли.

Ветряки требуют малую площадь, но по широкому периметру не должно быть лесопосадок и других препятствий ветру.

Солнечная электростанция (СЭС) - инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. В зависимости от типа конструкции различаются и способы преобразования энергии излучения солнца.

Какая площадь земли требуется под размещение солнечной станции?

Для СЭС мощностью 1 МВт понадобится min 200 соток земли.

Требуют бОльшую площадь размещения, чем ВЭС, по периметру не должно быть объектов, затеняющих панели. Необходимо учитывать ориентацию земельного участка, лучшее расположение столов с фотопанелями будет по южному склону.

Гибридные системы ВЭС/СЭС - ветрогенератор, укомплектованный солнечными батареями с аккумуляторами. Обеспечивается взаимная «подстраховка» альтернативных источников энергии (ветер ночью и днем, солнце днем, накопитель - в любое время). Контроллер регулирует степень зарядки аккумуляторов и управляет процессами взаимодействия системы.

Для размещения гибридных станций, в зависимости от мощности, потребуется количество земли равное сумме соответственно площади под фотоэлектрические панели и площади под ветрогенераторы. Требования к ландшафту все те же: не затеняем от солнца и не препятствуем ветру.

Давайте сравним особенности выбора земли под электростанции более детально в статье