Технология использования солнечной энергии стремительно набирает популярность.
Украина имеет все возможности для получения выгоды от успешного развития солнечной энергетики. Мы надеемся, что эта статья будет способствовать тому, что разработчики проектов и финансисты Украины и других страна будут внедрять передовые отраслевые методы разработки, строительства, эксплуатации и финансирования солнечных проектов. Предоставленная информация является пособием по лучшей практике для солнечных электростанций коммунального назначения в Украине.
Здесь основное внимание уделяется наземным фотоэлектрическим проектам с фиксированным углом наклона, а также рассматриваются технологии систем слежения за солнечной энергией. Задуманное как практическое пособие, руководство включает приложение, в котором рассматривается технология концентрированной солнечной энергии (CSP) и освещаются аспекты процесса разработки проекта CSP, которые отличаются от аналогичного процесса для PV. В нем также имеются приложения по условиям контрактов на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.
Несмотря на то, что справочник ориентирован на проекты по использованию солнечной энергии в коммунальном секторе, подключенные к электросети, большая часть технического содержания в равной степени относится и к автономному использованию солнечной энергии и, вероятно, будет полезна читателям, желающим углубить свое понимание этого интересного сектора.
Чтобы проиллюстрировать различные аспекты разработки, строительства и эксплуатации проектов, был включен ряд тематических исследований. Все тематические исследования основаны на одном и том же проекте: реальной тонкопленочной электростанции мощностью 5 МВт, расположенной в Украине. В следующем разделе обобщены различные аспекты процесса разработки, эксплуатации и финансирования солнечных электростанций коммунального масштаба в Украине.
Каждая тема подробно рассматривается в этой книге. Мы надеемся, что вы найдете эту статью полезной.
Солнечная фотоэлектрическая технология
По назначению солнечных фотоэлектрических систем, их можно разделить на четыре основные категории: автономные бытовые; автономные не бытовые; подключенные к сети распределенные; и подключенные к сети централизованные. Данная статья ориентирована на сетевые солнечные станции.
Основными компонентами фотоэлектрической электростанции являются фотоэлектрические модули, системы крепления (или слежения), инверторы, трансформаторы и подключение к сети.
Солнечные фотоэлектрические модули состоят из фотоэлементов, которые чаще всего изготавливаются из кремния, но существуют и другие материалы. Элементы могут быть основаны либо на пластинах (изготовленных путем вырезания пластин из цельного слитка материала), либо на "тонкопленочном" осаждении материала на недорогих подложках. В целом, кристаллические пластины на основе кремния обеспечивают высокую эффективность солнечных батарей, но являются относительно дорогими в производстве, в то время как тонкопленочные элементы являются более дешевой альтернативой, но менее эффективны.
Поскольку различные типы фотоэлектрических модулей имеют различные характеристики (с точки зрения эффективности, стоимости, работы при низких уровнях инсоляции, скорости деградации), ни один тип не является предпочтительным для всех проектов. В целом, фотоэлектрические модули хорошего качества составит от 25 до 30 лет, хотя их характеристики будут постоянно ухудшаться в течение этого периода.
На рынке фотоэлектрических модулей доминируют несколько крупных производителей, расположенных преимущественно в Европе, Северной Америке и Китае.
Выбор правильного модуля имеет фундаментальное значение для фотоэлектрического проекта, учитывая многочисленные международное признанные стандарты. При оценке качества модуля для конкретного проекта важно оценить его спецификации, сертификаты и эксплуатационные характеристики, а также послужной список производителя.
Фотоэлектрические модули должны быть установлены на конструкции. Это дает возможность ориентировать их в правильном направлении и обеспечивает им структурную поддержку и защиту.
Крепежные конструкции могут быть как фиксированными, так и следящими. Поскольку монтажные системы с фиксированным наклоном проще, дешевле и имеют более низкие требования к обслуживанию, чем треккерные системы, они являются предпочтительным вариантом для стран с зарождающимся рынком солнечной энергии и с ограниченным количеством местных производителей технологий слежения. Хотя системы слежения дороже и сложнее, они могут быть экономически эффективными в местах с высокой долей прямого излучения.
Фотоэлектрические модули обычно последовательно соединяются друг с другом для получения цепочек модулей с более высоким напряжением. Затем эти модули могут быть соединены параллельно для получения постоянного тока большей силы, поступающего на инверторы. Инверторы - это твердотельные электронные устройства, которые преобразуют постоянное электричество, вырабатываемое фотоэлектрическими модулями, в переменное электричество, пригодное для подачи в сеть. Кроме того, инверторы могут выполнять ряд функций для максимизации производительности фотоэлектрической установки. В целом, существует два основных класса инверторов: центральные инверторы и стринговые инверторы. Центральные инверторы подключаются к нескольким параллельным цепочкам модулей. Стринговые инверторы подключаются к одной или нескольким последовательным линиям. В то время как для крупной установки требуется множество стринговых инверторов, отдельные инверторы меньше и легче обслуживаются, чем центральный инвертор. Хотя центральные инверторы остаются предпочтительной конфигурацией для большинства фотоэлектрических проектов коммунального масштаба, обе конфигурации имеют свои плюсы и минусы. Центральные инверторы отличаются высокой надежностью и простотой установки. Стринговые инверторы, с другой стороны, дешевле в производстве, проще в обслуживании и могут обеспечить более высокую производительность электростанции на некоторых объектах.
Ресурс солнечной энергии
Эффективность предлагаемых инверторов должна быть тщательно рассмотрена в процессе разработки. Хотя общепризнанного метода количественной оценки эффективности инверторов не существует, есть ряд установленных методов, которые могут помочь в принятии обоснованного решения. Почти половину рынка инверторов занимает компания SMA Solar Technology AG, доля которой на рынке выше, чем совокупная доля следующих четырех крупнейших поставщиков. После глобального дефицита инверторов в 2010 году на рынок солнечных инверторов начинают выходить некоторые известные игроки. Ключевым параметром является коэффициент эффективности (PR) фотоэлектрической станции, который определяет общее влияние потерь на номинальную мощность. PR, обычно выражаемый в процентах, может использоваться для сравнения фотоэлектрических систем независимо от размера и солнечных ресурсов. PR, изменяющийся от ≅ 77% летом до ≅ 82% зимой (со среднегодовым PR 80%), не будет необычным для хорошо спроектированной солнечной фотоэлектрической установки, в зависимости от условий окружающей среды. Также важно учитывать коэффициент мощности фотоэлектрической электростанции. Этот коэффициент (обычно выражаемый в процентах) представляет собой отношение фактической мощности за период в один год к теоретической мощности, если бы станция работала на номинальной мощности в течение всего года. Коэффициент мощности фотоэлектрической установки с фиксированным наклоном на юге Испании обычно составляет около 16%. Ожидается, что установки в Украине, работающие в надежной сети, будут иметь аналогичный коэффициент мощности.
Кроме того, "удельный выход" (общий годовой объем энергии, вырабатываемой на установленный кВт) часто используется для определения финансовой стоимости установки и сравнения результатов эксплуатации различных технологий и систем.
Надежные данные о солнечных ресурсах необходимы для разработки фотоэлектрического проекта. Хотя эти данные на участке могут быть определены различными способами, глобальная горизонтальная иррадиация (общая солнечная энергия, получаемая на единицу площади горизонтальной поверхности) обычно представляет наибольший интерес для разработчиков. В частности, желателен высокий долгосрочный среднегодовой показатель GHI.
Существует два основных источника данных о солнечных ресурсах: данные, полученные со спутника, и наземные измерения. Поскольку оба источника имеют определенные достоинства, выбор будет зависеть от конкретного участка. Измерения на местности могут быть использованы для калибровки данных о ресурсах из других источников (спутников или метеорологических станций) с целью повышения точности и достоверности.
Поскольку солнечные ресурсы по своей природе непостоянны, важно понимание межгодовой изменчивости. Обычно требуется, по крайней мере, 10 лет данных, чтобы дать вариацию с разумной степенью достоверности.
В Украине данные о солнечных ресурсах доступны из различных источников. К ним относятся Украинский метеорологический департамент, набор данных НАСА по поверхностной метеорологии и солнечной энергии, глобальная климатологическая база данных METEONORM и геопространственные данные о солнечной энергии, полученные со спутника Национальной лабораторией возобновляемой энергии США. Эти источники имеют различное качество и разрешение. Для интерпретации данных необходимы соответствующие знания.
Разработка проектов
