Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



2 сучасні технології використання сонячних батарей

Скачати 249.08 Kb.

2 сучасні технології використання сонячних батарей




Скачати 249.08 Kb.
Дата конвертації11.05.2017
Розмір249.08 Kb.


2 СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ
2.1 Сонячні батареї. Загальна інформація
Сонячні батареї, як джерело електроенергії, сьогодні вже важко назвати чимось незвичним. Уперше їх почали застосовувати для енергозабезпечення космічних станцій більше 40 років тому, сьогодні сонячні батареї міцно ввійшли в побут як джерело екологічно чистої й безкоштовної енергії.
Фотоелектрична комірка, також сонячна комірка, со́нячний елеме́нт, фотогальванічний елемент, фотоелемент, фотоелектричний перетворювач (ФЕП) - електричний пристрій, який діє як перетворювач, і служить для перетворення частини світлової енергії (як правило, видимих і інфрачервоних електромагнітних хвиль) у електричну за допомогою фотоелектричного ефекту.
У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна. Докладніше - на сторінці Мир (значення).
Років тому - шкала часу, що широко використовується в археології, геології та інших науках для датування подій в минулому. Оскільки час відрахунку змінюється, стандартна практика пропонує використання 1950 року як еталонної точки «сучасності».

Сонце завжди посилало й посилає на землю мільярди кіловат променевої енергії й це джерело буде існувати ще багато мільйонів років. Здавалось би, навіщо будувати атомні, теплові й гідроелектростанції? Бери й користуйся сонячною енергією. Однак сонячні батареї, про які піде мова, поки застосовуються в Україні досить обмежено.

Сонячні батареї, фотоелектричні модулі, сонячні панелі. Сонячна електростанція - це система, яка складається з набору однієї чи більше сонячних панелей,  контролера заряду-розряду акумуляторів, інвертора, набору акумуляторних батарей та опорної конструкції (або без інвертора та АКБ).

Електри́чний акумуля́тор (від лат. accumulare - «нагромаджувати»), а також, у випадку послідовного чи паралельного включення групи електричних акумуляторів, як електричних елементів живлення - електрична батарея, - акумуляторна батарея (послідовно з'єднані акумуляторні електрохімічні комірки) - хімічне джерело електричного струму багаторазової дії, основна специфіка якого полягає в зворотності внутрішніх хімічних процесів, що забезпечує його багаторазове циклічне використання (через заряд-розряд) для накопичення електричної енергії та автономного електроживлення різноманітних електротехнічних пристроїв та систем. Електричний акумулятор належить до категорії вторинних хімічних джерел струму.
  Сонячні панелі розміщуються  під оптимальним для падаючого сонячного проміння кутом на даху чи стіні будинку, споруди або на  опорній конструкції  на виділеній ділянці землі. В сонячних фотоелектричних модулях  енергія сонячного випромінювання перетворюється  в електричну енергію, необхідну для живлення електроприладів-споживачів.  Сонячні електростанції  використовують для резервного, автономного енергопостачання чи в системах для економії електроенергії, а також для побутового (до 10кВт) і промислового виробництва електроенергії за "зеленим" тарифом.
Інсол́яція (рос. инсоляция, англ. insolation, нім. Insolation f, Sonneneinstrahlung f, Einstrahlung f, Bestrahlung f) - притік сонячної радіації (в калоріях) на одиницю площі горизонтальної поверхні (1 см²) за одиницю часу (1 хвилина).
Електрична ене́ргія, або електроенергія - вид енергії, що існує у вигляді потенціальної енергії електричного й магнітного полів та енергії електричного струму. Завдяки зручній технології виробництва, розподілу й споживання, електрична енергія займає чільне місце серед інших видів енергії, що їх споживає людство.
Сонячна енергія - енергія від Сонця в формі радіації та світла. Ця енергія значною мірою керує кліматом та погодою, та є основою життя. Технологія, що контролює сонячну енергію називається сонячною енергетикою.
Промисло́вість - технічно найдосконаліша галузь матеріального виробництва, основа індустріалізації економіки, яка має вирішальний вплив на розвиток продуктивних сил; сукупність підприємств з виробництва електроенергії, знарядь праці для галузей економіки, видобутку сировини, палива, заготівлі лісу, переробки продукції, випущеної промисловістю або виробленої сільським господарством, видобуток і переробка сировини, виробництво товарів і послуг.
Використовуючи блочний принцип будови сонячної електростанції, існує можливість поступового нарощування потужності під потреби замовника.
Сонячна електростанція - інженерна споруда, що перетворює енергію сонячного випромінювання на електричну енергію

Сонячна електростанція  дає  можливість постачати електроенергію при аварійних ситуаціях, забезпечує стабільне за характеристиками енергопостачання, скорочує витрати на електроенерію, забезпечує дачу, будинок чи комерційний об'єкт електрикою.

Аварійна ситуація - стан потенційно небезпечного об'єкта, що характеризується порушенням меж та (чи) умов безпечної експлуатації, але не перейшов у аварію, і за якого всі несприятливі впливи джерел небезпеки на персонал, населення та довкілля утримуються у прийнятних межах за допомогою відповідних технічних засобів, передбачених проектом.
 Компактні переносні сонячні системи дозволять заряджати акумулятори, працювати з ноутбуком, дивитися телевізор, освітлювати кемпінг або яхту, якщо ви любите подорожувати.

Купити і встановити сонячні батареї - побудувати власну сонячну електростанцію - це інвестиції в майбутнє, які на довгі роки забезпечать комфорт і добробут.

2.2 Принцип роботи сонячних батарей

За принципом роботи сонячна батарея являє собою фотоелектричний генератор постійного струму, який використовує ефект перетворення променевої енергії в електричну.

Сонячна енергетика - використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.
Генера́тор пості́йного стру́му - електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну. Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили в обмотці ротора (якоря), при його обертанні в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах.
Точніше, у сонячних батареях використана властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла, потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із зовнішньої орбіти атома даного хімічного елементу, що створює достатню кількість вільних електронів для виникнення електричного струму.
Фото́н (від дав.-гр. φῶς, род. відм. φωτός, «світло») - квант електромагнітного випромінювання (у вузькому сенсі - світла), елементарна частинка, що є носієм електромагнітної взаємодії.
Електри́чний струм (англ. electric current) - упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок у просторі.
Хімі́чний елеме́нт (заст. первень) - тип атомів з однаковим зарядом атомних ядер (тобто однаковою кількістю протонів в ядрі атому) і певною сукупністю властивостей. Маса ядра атома хімічного елементу може бути різною, в залежності від кількості нейтронів у ньому.
Однак для того, щоб напруги й потужності такого джерела було достатньо для застосування в побутових цілях, одного або двох кремнієвих елементів недостатньо. Тому їх збирають у цілі панелі, де з’єднують паралельно або послідовно. При цьому площа таких панелей може становити від декількох квадратних сантиметрів до декількох квадратних метрів. Збільшуючи кількість панелей можна добитися більшої генерованої потужності сонячною батареєю. Однак продуктивність сонячної батареї залежить не тільки від площі, але також від інтенсивності сонячного світла й кута падіння променів. Отже, продуктивність сонячної батареї залежить від місцевості й географічної широти, де розташований будинок, від погоди й пори року, від часу доби.
Приро́дне осві́тлення - це освітлення приміщень світлом неба (природним або денним світлом) та сонячними променями, які проникають крізь світлові отвори в зовнішніх загороджувальних конструкціях. Денне (природне) світло - теплове випромінювання Сонця, що пройшло крізь атмосферу.
Квадра́тний ме́тр - одиниця площі, площа квадрату зі стороною в один метр. Квадратний метр складається з 10 тисяч квадратних сантиметрів.
Широта́ (лат. Latitudo geographica) - одна з координат у ряді систем сферичних координат, що визначають розташування точок на земній поверхні (див. Географічні координати, Координати в геодезії), на небесній сфері (див. Небесні координати)

Наприклад, оптимальний кут для отримання сонячної максимальної енергії в центральних районах нашої країни становить від 30 до 45 градусів.

Крім того, щоб система із сонячних батарей працювала й подавала енергію в мережу, потрібно встановити ряд додаткових електроприладів, зокрема:


  • інвертор, що перетворить постійний струм у премінний;

  • акумуляторну батарею, роль якої накопичувати енергію й згладжувати перепади напруги через зміну освітленості;

  • контролер заряду акумулятора, який не дозволяє акумулятору перезарядитися або розрядитися завчасно. Усе це в комплексі називається автономною системою енергопостачання на основі сонячних батарей.

  Усе це в комплексі називається «автономною системою енергопостачання». У той же час у системі, яка працює на постачання енергії в загальну мережу, акумулятори й контролери не потрібні. Необхідний тільки мережевий інвертор.
2.3 Технічні характеристики сонячних батарей

Як і будь-який технічний пристрій, сонячна батарея має свої експлуатаційні й технічні характеристики, які відрізняються для різних моделей, різних виробників, але з досить невеликою різницею.

При площі сонячної батареї приблизно 0,2м2 потужність модуля становить приблизно 10Вт. Напруга при максимальному навантаженні – близько 25В. Струм короткого замикання становить близько 500мкА. Вага такого модуля близько 2кг. Приблизний ККД сонячної батареї – від 14 до 18%. Термін служби такої пластини не менше 25 років.
2.4 Переваги й ефективність батарей

Незважаючи на порівняно низький ККД сонячна батарея є найбільш ефективним джерелом електрики серед альтернативних і автономних джерел енергії. Однак через досить високу вартість сонячної батареї, а головне залежності від погодних умов, їх у більшості випадків позиціонують не як основне, а як додаткове джерело енергії.

Пого́да - стан нижнього шару атмосфери в конкретній місцевості в конкретний час, або протягом тривалого часу (година, доба, декада, місяць). Характеризується рядом метеорологічних елементів, таких як вітер, температура, тиск, вологість, видимість та ін.
Це зумовлено двома причинами, досить високою вартістю самих сонячних батарей, і порівняно невеликим виходом енергії з одиниці площі.

У ясний сонячний день із одного квадратного метра площі сонячної батареї можна зняти максимум 120Вт потужності. Цього недостатньо навіть для роботи комп’ютера.

Тому для отримання більш істотної потужності сонячні панелі поєднують у міні-електростанції. Із сонячної батареї площею 10м2, можна отримувати вже більш 1кВт енергії, що може забезпечити роботу комп’ютера, телевізора, кількох лампочок. У цілому, для будинку, де живе 3-4 людини (необхідна потужність 200-300кВт на місяць), у світлий час доби й теплу пору року буде достатньо сонячних батарей площі 20м2. Як правило, вистачає орієнтованої на південь сторони даху для установки такої сонячної батареї вистачає. Якщо ж площа сторони даху орієнтованого на південь складає 40м2, то це може при 18-20 сонячних днях дати до 500кВт на місяць.

Сонячна батарея взимку буде неефективна. У той же час не можна не помітити й очевидні переваги:

тривалий термін служби;

незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації;

низька імовірність поломки сонячної батареї;

немає необхідності постійно її обслуговувати

безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були вкладені чималі кошти).


2.5 Недоліки сонячних батарей

Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже і багато, але вони, на жаль, досить переконливі й конкретні:

- висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності;

- залежність від погодних умов;

- низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії;

- неможливо використання для приладів, що споживають велику потужність.

Панелі сонячних батарей бувають різного розміру й потужності. В європейських країнах сонячні батареї зустрічаються значно частіше, ніж у нас, оскільки там вища купівельна спроможність населення.

Ва́ртість гро́шей або Купіве́льна спромо́жність- кількість товарів і послуг, що можуть бути придбані за одиницю грошей, величина, обернена до рівня цін.
Крім того, при встановленні сонячних батарей треба вибрати в будинку підходяще приміщення для установки акумуляторів, обладнати схему синхронізації напруги з тією, яка надходить від місцевої трансформаторної підстанції.
Трансформа́торна підста́нція (ТП) - електрична підстанція, яка призначена для трансформування електричної енергії в мережі змінного струму та для розподілу електроенергії.

Крім того, на Заході будь-який приватний домовласник може скинути  генеровану його сонячною станцією енергію в регіональну мережу. Таким чином, його система може не комплектуватися акумулятором і контролером, що значно знижує вартість системи. А енергія, яка скидається в загальну мережу, держава викуповує по «зеленому» тарифу, який значно перевищує звичайні тарифи на звичайну електроенергію. Таким чином, система є економічно вигідною для власника будинку.


2.6 Доцільність використання сонячних батарей

Одним з випадків, коли сонячні батареї себе виправдовують, є ситуація, коли в будинку або на іншому обєкті обмежено споживання енергії через брак потужностей. Місцева підстанція й обленерго не можуть змінити ліміт споживання, а ціна питання може навіть перевищувати вартість сонячних батарей. Виправдане застосування сонячних батарей у випадках, коли будинок настільки віддалений від трансформаторної підстанції (більше 10-15км), що протягання до нього кабелів або проводів виявиться співвідносною по вартості із самостійним джерелом енергії. Має сенс застосування сонячної електростанції й у тому випадку, коли необхідно забезпечити безперебійне живлення якої-небудь системи, наприклад, охоронної сигнализація або комп’ютерної мережі.

В Данії за рахунок сонячної енергії, яка, в основному, використовується для вироблення тепла в приватному секторі, покривається від 1/3 до 3/4 потреби в кожному житловому будинку, а ціна на електроенергію регулюється Міністерством енергетики, і, станом на 2005 рік, становила по курсу до російського рубля 11руб./кВт-г.
Звичайно, рентабельність і окупність систем на основі сонячних батарей тим вище, чим більше сонячних днів у році в певній місцевості, наприклад, у південних районах, у Криму, на високогірних плато й курортах, де небо більшу частину дня чисте від хмар.


2.7 Матеріали з яких виготовляються сонячні батареї

Сонячні панелі з полікристалічних фотоелектричних елементів найбільш поширені у зв'язку з оптимальним співвідношенням ціни і ККД серед всіх різновидів панелей. Їх ККД становить 12-14%. У елементів, які утворюють панель, характерний синій колір і кристалічна структура.

Кристалі́чна структу́ра - структура матеріалів, яка характеризується неповторним (унікальним) розташуванням атомів в кристалі.



http://www.eco-live.com.ua/sites/default/files/u3/solar-panels-1.jpg

Рисунок 2.1 - Полікристалічна сонячна панель


Сонячні панелі з монокристалічних фотоелектричних елементів більш ефективні, але і більш дорогі в перерахунку на ват потужності. Їх ККД, як правило, в діапазоні 14-16%.

http://www.eco-live.com.ua/sites/default/files/u3/solar-panels-2.jpg

Рисунок 2.2 - Монокристалічна сонячна панель


Зазвичай монокристалічні елементи мають форму багатокутників, якими важко заповнити всю площу панелі без залишку. В результаті питома потужність сонячної батареї трохи нижча, ніж питома потужність окремого її елемента.
Пито́ма поту́жність - відношення потужності двигуна до його маси або іншого параметру. Потужність поршневого двигуна, віднесена до літражу двигуна, називається літровою потужністю; віднесена до сумарної площі його поршнів - поршневою потужністю і так далі Зростання питомої потужності досягається застосуванням легких сплавів, вдосконаленням конструкцій та форсуванням (збільшенням швидкохідності і ступеня стискування, використанням наддуву тощо).

Сонячні батареї з аморфного кремнію мають один з найбільш низьких ККД. Зазвичай його значення в межах 6-8%. Однак серед усіх кремнієвих технологій фотоелектричних перетворювачів вони виробляють найдешевшу електроенергію.



http://www.eco-live.com.ua/sites/default/files/u3/solar-panels-3.jpg

Рисунок 2.3 - Сонячна панель на основі аморфного кремнію


Сонячні панелі з телуриду кадмію (CdTe) виготовляються на основі плівкової технології.
Телури́д ка́дмію (CdTe) - кристалічна речовина із кристалічною ґраткою типу цинкової обманки (ZnS). Напівпровідник. Належить до групи сполук типу AIIBVI. Використання ґрунтується на напівпровідникових властивостях речовини.
Напівпровідникову плівку наносять тонким шаром у кілька сотень мікрометрів. Ефективність елементів з телуриду кадмію невелика, ККД близько 11%. Проте, в порівнянні з кремнієвими панелями, ват потужності цих батарей обходиться на кілька десятків відсотків дешевше.

http://www.eco-live.com.ua/sites/default/files/u3/solar-panels-4.jpg

Рисунок 2.4 - Сонячна панель на основі телуриду кадмію

Сонячні панелі на основі CIGS. CIGS - це напівпровідник, який складається з міді, індію, галію та селену. Цей тип сонячних батарей теж виконаний за плівковою технологією, але в порівнянні з панелями з телуриду кадмію має більш високу ефективність, його ККД сягає 15%.

http://www.eco-live.com.ua/sites/default/files/u3/solar-panels-5.jpg

Рисунок 2.5 - Сонячна панель на основі CIGS


Потенційні покупці сонячних батарей часто задають собі питання, чи зможе той чи інший тип фотоелектричних перетворювачів забезпечити необхідну потужність всієї системи. Тут треба розуміти, що ефективність сонячних батарей безпосередньо не впливає на кількість виробленої установкою енергії.

Однакову потужність всієї установки можна отримати за допомогою будь-яких типів сонячних батарей, однак більш ефективні фотоелектричні перетворювачі займуть менше місця, для їх розміщення знадобиться менша площа. Наприклад, якщо для отримання одного кіловата електроенергії буде потрібно близько 8 кв.м. поверхні сонячної батареї на основі монокристалічного кремнію, то панелі з аморфного кремнію займуть вже близько 20 кв.м.

Наведений приклад, звичайно ж, не є абсолютним. На виробництво електроенергії фотоелектричними перетворювачами впливає не лише загальна площа сонячних панелей.

Площа - фізична величина, що визначає розмір поверхні, одна з основних властивостей геометричних фігур, у математиці розглядається як міра множини точок, які займають поверхню або якусь її частину. Історично, обчислення площі називалося квадратурою.
Електроенерге́тика (англ. power engineering) - провідна галузь енергетики, що охоплює виробництво, передачу та розподіл електроенергії.
Електричні параметри будь-якої сонячної батареї визначаються в так званих стандартних умовах тестування, а саме при інтенсивності сонячного випромінювання 1000 Вт/кв.м. і робочій температурі панелі 25°C.

В країнах Центральної та Східної Європи інтенсивність сонячного випромінювання рідко досягає номінального значення, тому навіть в сонячні дні фотоелектричні панелі працюють з недовантаженням.

Станда́ртний стан - сукупність термодинамічних умов, які застовуються для оцінки термодинамічних величин.
Східна Європа - політичний та історико-географічний регіон Європи.
Може здатись, що і температура 25°C теж зустрічається не так вже й часто. Однак мова йде про температуру сонячної панелі, а не про температуру повітря.


В рамках загальної тенденції зниження виробленої потужності зі зростанням робочої температури, кожен тип сонячних батарей веде себе по-різному. Так у кремнієвих елементів номінальна потужність падає з кожним градусом перевищення номінальної температури на 0,43-0,47%. У той же час елементи з телуриду кадмію втрачають всього 0,25%.

2.8 Використання електроенергії по "Зеленому тарифу"


Використання енергії сонця дозволяє економити дорогу електроенергію, яка постачається в будинки енергетичними компаніями, і навіть заробляти на поставках енергії в електричну мережу, якщо останнє передбачено місцевим законодавством.
Електрична мережа (мережа живлення, електромережа) - взаємозв'язана мережа, призначена для постачання та розподілу електричної енергії від постачальників до кінцевих споживачів. Вона складається з генеруючих станцій, високовольтних ліній електропередач та розподільчих ліній, які доставляють енергію до розподільчих пристроїв підстанцій, ввідних пристроїв, ввідно-розподільчих пристроїв, та головних розподільчих щитів.
З цією метою все більше власників приватних будинків монтують на дахах індивідуальні сонячні електростанції. Та прогрес не стоїть на місці, сьогодні ринок пропонує далеко не одне рішення цієї проблеми. У зв'язку з цим, розглянемо основні типи сонячних батарей для індивідуальної енергетичної установки та їх особливості.

Згідно закону України № 5485-17 Про внесення змін до Закону України "Про електроенергетику" щодо стимулювання виробництва електроенергії з альтернативних джерел енергії Встановлюється "зелений" тариф - це спеціальний тариф, за яким закуповується електрична енергія, вироблена на об'єктах електроенергетики, з альтернативних джерел енергії.

Закон України - нормативно-правовий акт, який приймається Верховною Радою України більшістю голосів (для законів, що стосуються внесення змін до конституції, - конституційною більшістю голосів).
Зако́н (англ. law, англ. act, нім. Gesetz n) - нормативно-правовий акт вищої юридичної сили, що регулює найважливіші суспільні відносини шляхом встановлення загальнообов'язкових правил, прийнятий в особливому порядку (законодавчим), або безпосередньо народом.
Альтернати́вні джере́ла ене́ргії - будь-яке джерело енергії, яке є альтернативою викопному паливу.

"Зелений" тариф на електричну енергію, вироблену генеруючими установками приватних домогосподарств, встановлюється єдиним. Електрична енергія, вироблена з енергії сонячного випромінювання об'єктами електроенергетики (генеруючими установками) приватних домогосподарств, величина встановленої потужності яких не перевищує 10 кВт, купується енергопостачальниками, які здійснюють постачання електричної енергії за регульованим тарифом на території ведення ліцензійної діяльності, за "зеленим" тарифом, в обсязі, що перевищує місячне споживання електроенергії такими приватними домогосподарствами.

Встано́влена поту́жність (англ. nameplate capacity; installed capacity) - сума номінальних потужностей сукупності елементів об'єкта, який розглядається. Дане поняття знайшло застосування у таких галузях, як електроенергетика, хімічна промисловість, паливна промисловість, металургія, гірнича промисловість тощо.
Електропостача́ння (постачання електричної енергії, енергопостачання) - це комплекс технічних засобів і організаційних заходів для забезпечення споживача електроенергією; надання електричної енергії споживачу за допомогою технічних засобів передачі та розподілу електричної енергії на підставі договору.
Виробництво електроенергії з енергії сонячного випромінювання приватними домогосподарствами здійснюється без відповідної ліцензії.

Величина "зеленого" тарифу для електроенергії, виробленої з використанням альтернативних джерел енергії, для електроенергії, виробленої з енергії сонячного випромінювання, об'єктами електроенергетики, які вмонтовані (встановлені) на дахах і / або фасадах приватних домогосподарств (будинків, будівель і споруд), величина встановленої потужності яких не перевищує 10 кВт встановлюється на рівні:

з 01.04.2013 до 31.12.2014 - 389,34 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2015 до 31.12.2019 - 350,41 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2020 до 31.12.2024 - 311,47 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2025 до 31.12.2029 - 272,54 коп/кВт-год (без ПДВ)

Для суб'єктів господарювання та приватних домогосподарств, які виробляють електричну енергію з використанням альтернативних джерел енергії, «зелений» тариф встановлюється до 1 січня 2030 року.

Вимога про дотримання розміру місцевої складової не поширюється на генеруючі установки приватних домогосподарств.


2.9 Схеми організації сонячних електростанцій
2.9.1 Автономна станція для споживачів постійного струму

Рисунок 2.6 - Автономна станція для споживачів постійного струмуsxema1

Станція подібної конфігурації складається з фотомодулів (1) , контролера заряду (2), акумулятора (3) і споживача (4). Подібні станції є основним джерелом енергії і, як правило, застосовуються для електропостачання систем освітлення або спеціальної побутової техніки працює на постійному струмі для пересувних будинків.

Побутова техніка - техніка, що використовується в побуті. Призначається для полегшення домашніх робіт, для створення комфорту в повсякденному житті людини. Класифікується за значимістю (необхідна, бажана, можна обійтися), за розміром (мала побутова техніка і велика побутова техніка), цільовим призначенням тощо.
Потужність таких систем не перевищує 1кВт. Навантаження необхідно підключати до АКБ через контролер розряду. Компанія Атмосфера пропонує контролери заряду EPSolar з інтегрованим контролером розряду.

Фотомодулі (1) перетворять сонячну енергію в електричну, акумулятор (3) накопичує енергію, контролер заряду (2) захищає АКБ від позаштатних режимів роботи.

У Німеччині до 70 % витрат на «соляризацію» будинків компенсує держава. Крім того, воно купує у власників «сонячних дахів» електрику за цінами, що сильно перевищують ринкові. Тобто, коли вдень будинок виробляє енергії багато, а споживає мало, її надлишки йдуть в міську мережу і господар отримує 80 центів за кожен зданий кВт-год. Вночі ж він сам купує електрику в тій же самій мережі, але вже по 20 центів за кВт год. У країні обладнають сонячними елементами по 0,5 млн квадратних метрів дахів в рік.

2.9.2 Автономна станція для споживачів змінного струму
sxema2

Рисунок 2.7 - Автономна сонячна електростанція

Автономна сонячна електростанція – основне або додаткове джерело електроенергії. Основними елементами сонячної системи є: фотопанелі (1), контролер заряду (2), акумуляторні батареї (3) і інвертор (4).

Со́нячна систе́ма - планетна система, що включає в себе центральну зорю - Сонце, і всі природні космічні об'єкти, що обертаються навколо нього.

Сонячне випромінювання непостійно в часі, тому вироблення фотопанелей (1) не завжди відповідає споживанню енергії. Для накопичення надлишкової електроенергії та використанні її у випадках коли споживання перевищує вироблення використовують акумуляторні батареї (3).

Підключення фотопанелей (1) безпосередньо до акумуляторних батарей (3) для їх заряду неприпустимо, оскільки це може призвести до їх пошкоджень, які потягнуть за собою вихід з ладу. Саме для захисту акумуляторних батарей від перезарядження і для підтримки оптимальної роботи АКБ (3) використовують контролер заряду (2).

Оскільки більшість споживачів електроенергії використовують змінний струм, а фотопанелі (1) та акумуляторні батареї (3) видають постійний, виникає необхідність у перетворенні струму із змінного в постійний.

Змі́нний струм - електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.
Цю функцію виконує інвертор (4).

У разі необхідності підключення навантаження постійного струму – її можна безпосередньо підключити до вихідних клем контролера заряду (2).
2.9.3 Мережева станція

sxema3

Рисунок 2.7 - Мережева сонячна електростанція


Мережева сонячна електростанція призначена для часткового електропостачання споживачів або вироблення енергії за зеленим тарифом. Основними елементами сонячної системи є фотопанелі (1) і інвертор (2).

Фотопанелі (1) безпосередньо підключаються до инвертору (2), який перетворює постійний струм з фотопанелей в змінний струм для генерації електроенергії в мережу (4). Підключення інвертора до загальної мережі (4) виконується через розподільний щит споживача (3).

Обов’язковою умовою генерації електроенергії в мережу (4) є наявність напруги в мережі.
2.10 Можливості використання сонячних електростанцій
2.10.1 Продаж електроенергії в мережу за зеленим тарифом

Встановлення мережевої станції – самий простий і практичний спосіб використання сонячної електроенергії. Для роботи такої станції не потрібні ні дорогі акумулятори, ні складні пристрої керування. Ви просто встановлюєте фотомодулі, підключаєте їх до мережевого инвертору, а інвертор – до мережі через пристрій обліку електричної енергії.

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.
При цьому не потрібно піклується про безпеку та відповідно характеристик інвертора характеристикам мережі. Автоматика інвертора синхронізує його з мережею і забезпечить відключення станції в разі аварійного режиму роботи мережі. Також цей спосіб використання дуже швидко окупається завдяки високій ставці зеленого тарифу в Україну.


2.10.2 Часткове заміщення споживання електроенергії з мережі

Якщо Ви прийняли всі необхідні заходи щодо зниження споживання електроенергії з мережі, але рахунки за електрику все ще вражають – кращим рішенням буде встановлення мережевої сонячної електростанції. Така станція проста в установці і практично не потребує обслуговування. Для цього способу використання рекомендується встановлювати станції на об’єктах з основним споживанням енергії днем (офісні будівлі, магазини і т.д.). Подібна установка здатна влітку повністю компенсувати енергоспоживання, а взимку дозволить економити на електроенергії до 80 %!


2.10.3 Електропостачання віддалених об'єктів
Електропостачання віддалених об'єктів комбінованими електросистемамиВстановлення автономної станції – ідеальне рішення, якщо підключення споживачів до загальної електромережі утруднено. Такі станції відрізняються від мережевих наявністю акумуляторів і контролерів заряду. Для споживачів, що працюють тільки влітку, немає необхідності в установці дублюючих джерел електроенергії. Для цілий рік працюють споживачів рекомендується використання дублюючих джерел (бензиновий генератор, вітрогенератор і т.д.).

2.10.4 Електропостачання торгових точок


Автономні станції на постійному струмі – відмінне рішення для енергопостачання торгових точок. Для установки такої станції Вам не потрібно погоджувати об’єкт з постачальником електроенергії та підписувати договори, просто купуєте обладнання і встановлюєте його. А використання систем постійного струму знизить втрати на перетворенні.
2.10.5 Освітлення та відеоспостереження
Існують готові рішення для вуличного освітлення і систем відеоспостереження, так і комплектуючі для цих систем. З використанням таких систем більше немає необхідності в прокладанні довгих кабельних ліній і підключенні об’єктів до мережі.
2.10.6 Електротранспорт
Якщо ж у Вас є бажання зібрати самохідний транспортний засіб, що приводиться в рух енергією Сонця, фахівці нашої компанії укомплектують Вашу розробку фотоелектричними панелями та комплектуючими, необхідними для її роботи всі залежності від типу транспорту та принципу його дії.
Зовнішнє освітлення (ЗО) - освітлення вулично-дорожньої мережі, житлових кварталів та масивів, парків, або територій будь-яких інших об'єктів за допомогою штучних джерел світла, перетворюючи електричну енергію у світлову.
Тра́нспортний за́сіб - пристрій, призначений для перевезення людей і вантажу.

2.11 Стан виробництва сонячної енергетики в Світі
За даними Європейської фотоелектричної асоціації EPIA сумарна потужність встановлених по всьому світу сонячних електростанцій зросла за останні 12 років з 1,5 до більш ніж 100 ГВт. До кінця 2012 року в одній тільки Європі було встановлено більше 70 ГВт сонячних батарей, з яких на Україну припало 373 МВт. Нижче наведена діаграма з більш детальними даними по роках і регіонам, яка ілюструє бурхливий розвиток галузі, не забарився навіть під час світової фінансової кризи.

установленная мощность солнечных электростанций в 2000-2012 годах

Рисунок 2.8 - Встановлена потужність сонячних електростанцій

На графіку нижче показано дані для США: встановлену потужність сонячних електростанцій в залежності від сегменту, а також середню ціну укомплектованої системи сонячних батарей.

graph chart-solar in the usa2

Рисунок 2.9 – Середня ціна системи соняхних панелей


2.12 Стан виробництва сонячної енергетики в Україні
В Україні річне надходження сонячного випромінювання перебуває на одному рівні з країнами, які активно використовують сьогодні сонячні колектори (Швеція, Німеччина, США тощо). Уся територія України придатна для розвитку систем теплопостачання з використанням сонячної енергії. Найперспективнішими регіонами країни для розвитку сонячної енергетики є Кримський півострів та степова Україна.
Український степ - степова природна зона в Україні, розташована на півдні, центрі й сході країни. Західна й центральна частина Чорноморсько-Каспійського степу, складової великого Євразійського степу. Простягається із заходу на схід від дельти Дунаю до південних відрогів Середньоросійської височини на 1000 км, а на південь до Азово-Чорноморського узбережжя та Кримських гір майже на 500 км.
Со́нячний коле́ктор - пристрій для збору енергії випромінювання Сонця у видимому та інфрачервоному спектрі.
Терито́рія України - суша, води, надра і повітряний простір, що знаходяться в межах державного кордону України.
Кри́мський піво́стрів, Крим, також Таврія (крим. Qırım yarımadası, Qırım, Къырым ярымадасы, рос. Крымский полуостров, Крым) - півострів, розташований на півдні України, у межах Автономної Республіки Крим, Севастополя та частково півдня Херсонської області (північ Арабатської стрілки).


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/uk/f/fe/renavable_structure.gif

Рисунок 2.9 - Структура виробництва електроенергії в Україні з відновлювальних джерел в 2014 році.


solar_statistics_for_ukraine.jpg

Рисунок 2.9 – Динаміка розвитку альтернативної енергетики в Україні

2.13 Період окупності сонячних батарей

З наведених вище цифр зрозуміло, що сонячна енергетика — це не тільки відбулася індустрія, а й галузь економіки, яку чекає бурхливий розвиток у найближчі десятиліття.

Пері́од оку́пності (англ. Payback Period, Pay-Back Period; акр. PBP) - кількість часу, необхідна для покриття витрат на той чи інший проект або для повернення коштів, вкладених підприємством за рахунок коштів, одержаних в результаті основної діяльності по даному проекту.
Однією з найважливіших причин цього є той факт, що вартість сонячних електростанцій постійно зменшується, приводячи до постійного здешевлення виробленої ними електроенергії та зниження термінів окупності подібних проектів. На сьогоднішній день у багатьох країнах світу, в тому числі — в Україні, вже настав паритет цін між «сонячними» кіловат-годинами і кіловат-годинами, отриманими з розетки. З іншого боку, незважаючи на те, що в Україні вартість сонячної електроенергії для деяких проектів вже опустилася нижче 50 копійок, у багатьох потенційних власників сонячних електростанцій все ще виникають питання щодо того, як швидко окупляться інвестиції в подібні проекти. Відповідь на це питання дана нижче.

При аналізі окупності серед іншого необхідно враховувати тип і цільове призначення сонячної електростанції, а також вартість альтернативних рішень, з якими вона буде порівнюватися. Розглянемо це питання на прикладі мережевих сонячних електростанцій (що працюють за «зеленим тарифом» або таких, що генерують електроенергію для власних потреб), а також немережевих фотоелектричних систем, призначених для резервного або повністю автономного електроживлення.

Як відомо, після останніх змін в українському законодавстві «зелений тариф» для сонячних електростанцій впав до наступних значень: для наземних об’єктів — 0,339 євро/ Вт-год, для дахових об’єктів потужністю більше 100 кВт — 0,349 євро/кВт-год і для дахових об’єктів потужністю до 100 кВт — 0,359 євро/кВт-год. З іншого боку, капітальні інвестиції для дахових і наземних сонячних електростанцій знаходяться в залежності від розміру проекту.

Зако́нода́вство Украї́ни - сукупність чинних в Україні нормативно-правових актів.
Інвести́ція, капіта́льні вкла́дення (від лат. invest, вкладення коштів) - господарська операція, яка передбачає придбання основних фондів, нематеріальних активів, корпоративних прав та цінних паперів в обмін на кошти або майно.
Розрахунки для фотоелектричних станцій потужністю 50, 250 і 1000 кВт при поточному рівні цін на обладнання та будівельно-монтажні роботи показують, що окупність подібних проектів змінюється від 8,5 років для наземних сонячних електростанцій, побудованих на північ України, до 5 років для сонячних електростанцій, розташованих на дахах будівель в південних областях.



окупаемость солнечных электростанций в украине в 2013 году

Рисунок 2.9 - Окупність сонячних електростанцій в Україні в 2014 году

На рисунку вище були використані наступні позначення: FIT-Ground (N) - сонячні електростанції наземного типу, що працюють за "зеленим тарифом" та встановлені у північних областях України;

Область - назва однієї з 24 адміністративних одиниць України. Області поділяються на райони (від 11 до 27 районів в області)/
FIT-Ground (S) - електростанції наземного типу, що працюють за "зеленим тарифом" і побудовані в південних областях України; FIT-Roof (N) - сонячні електростанції, що працюють за "зеленим тарифом" і встановлені на дахах будівель у північних областях України; FIT-Roof (S) - електростанції, що працюють за "зеленим тарифом" і встановлені на дахах будівель в південних областях України; Roof (N) - дахові ФЕС, побудовані в північних областях України з метою генерації електроенергії для власного споживання; Roof (S) - дахові ФЕС, побудовані в південних областях України для власного споживання електроенергії. По вертикальній осі вказано термін окупності в роках, а по горизонтальній осі - встановлена ​​потужність сонячної електростанції.

Мережеві сонячні електростанції, що виробляють електроенергію для власних потреб, зазвичай встановлюються на дахах будівель (виробничі цехи, логістичні, торгово-розважальні та офісні центри і т. д.). Відмова від «зеленого тарифу» дозволяє істотно знизити капітальні витрати за рахунок використання більш дешевих імпортних сонячних модулів.

Капіта́льні вкла́дення - частина інвестицій, спрямована на відтворення основних засобів виробничого і не виробничого призначення, на створення нових, реконструкцію і розвиток наявних основних засобів, включаючи об'єкти соціальної сфери.
При оцінці окупності проектів такого типу необхідно враховувати вартість традиційної електроенергії, яка буде заміщатися за рахунок використання "сонячної". Наприклад, розрахунки для об’єктів, що працюють по трьох-тарифним лічильникам і споживають електроенергію в денний бізнес-час за ціною 1,3 грн. за кВт-год показали, що окупність інвестицій становить від 13 до 8 років залежно від географічного розташування. При цьому в розрахунках окупності не було враховано постійне підвищення тарифів на традиційну електроенергію, яке відбувається останнім часом все частіше і частіше.

Що стосується немережевих сонячних електростанцій, то їх застосування зазвичай виправдане в тих випадках, коли немає можливості підключитися до мережі, спостерігаються регулярні перебої з електропостачанням або ж виділеної потужності не вистачає для роботи в денний час. При цьому використання резервних або повністю автономних сонячних електростанцій стає актуальним, а іноді — навіть єдиним способом забезпечити гарантоване електроживлення об’єкта. Розрахунок окупності в таких випадках повинен проводиться не в порівнянні з вартістю кВт-год традиційної електроенергії, а з урахуванням капітальних витрат на модернізацію ліній електропередач і збільшення потужності трансформаторних підстанцій або ж у порівнянні з вартістю електроенергії, що виробляється із застосуванням інших типів генераторів (наприклад, дизельних генераторів).

Ди́зельна електроста́нція (дизель-генераторна установка, дизель-генератор) - стаціонарна або пересувна енергетична установка, обладнана одним або декількома електричними генераторами з приводом від дизельного двигуна внутрішнього згоряння або з приводом від бензинового двигуна - бензиноелектричний агрегат або бензинова електростанція.
Лінія електропередачі (лінія електропересилання, лінія електропередавання, ЛЕП) - один з компонентів електричної мережі призначена для передачі електричної енергії.
Відповідно, термін окупності немережевих сонячних електростанцій сильно залежить від особливостей конкретного проекту і може змінюватися в дуже широких межах.

З наведених вище даних видно, що в Україні існує досить багато можливостей і передумов для будівництва сонячних електростанцій різного типу з окупністю інвестицій менше 10 років. З урахуванням цього факту та інших відомих переваг сонячних електростанцій можна сміливо стверджувати, що привабливість сонячної енергетики в Україні з кожним днем зростатиме.

Пропонуємо Вам оглядову оцінку проекту сонячної електростанції наземного розташування для середньої смуги України.
Таблиця 2.1 - Опис розрахунків для сонячної електростанції

  Площа ділянки

20 га

  Регіон розташування

Кіровоград-Дніпропетровськ

  Інсоляція

1250 кВт∙год/(м2∙рік)

  Кількість сонячних батарей по 255 Вт

40 000

  Загальна потужність батарей

10,2 МВт

  Електричні втрати

15 %

  Відхилення від південного напрямку

мінімальне

  Генерація електроенергії

12 700 МВт∙год/рік

  Зелений тариф

400 євро/МВт∙год

  Питома вартість проекту

2,1 євро/Вт

  Загальна вартість проекту

21,4 млн євро

  Щорічний прибуток

5,08 млн євро/рік

  Термін повернення інвестицій

до 4,5 року

 

При створенні сонячної електростанції на даху ТРЦ, складу, заводу інвестиції будуть меншими, адже відсутня необхідність геологічних досліджень, отримання певних дозволів. Звісно, потужність Rooftop електростанції буде обмежена площею даху. Також варто зазначити, що чим більша електростанція, тим менших інвестицій потребує кожен ват потужності. 


2.14 Бізнес план. Реалізація проекту сонячної електростанції
Бізнес-план містить такі основні пункти:

— характеристика загальних умов будівництва промислової сонячної електростанції на певній території з урахуванням законодавчих норм;

— загальний аналіз ринку сонячної енергетики, аналіз тарифів і законодавчої бази з урахуванням тенденцій і прогнозів;

Аналіз ринку - комплекс дій, спрямованих на вивчення усіх факторів, умов, ситуацій, які впливають на стан і розвиток ринку, на зміни його обсягів, структури, масштабів.

— розрахунок тарифу для даного об’єкта;

— визначення плану реалізації проекту;

— окреслення кошторису;

— розробка фінансово-економічного плану, визначення терміну повернення інвестицій;

— SWOT–аналіз (сильні та слабкі сторони проекту, перспективи, загрози).

Фінальний документ надасть інвестору всю необхідну інформацію для прийняття рішення щодо будівництва сонячної електростанції.

Алгоритм реалізації проекту

Кожний проект сонячної електростанції, незалежно від того, чи це наземна, чи Rooftop система, проходить приблизно однаковий алгоритм реалізації:

— збір базової інформації про ділянку, дах, бажану потужність, розмір інвестицій;

— створення бізнес-плану;

— збір точних даних, необхідних для технічної розробки;

— створення техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) проекту, отримання технічних умов (ТУ) на приєднання до мережі;

Техні́чні умо́ви (ТУ) - нормативний документ, що встановлює технічні вимоги, яким повинна відповідати продукція, процес або послуга, та визначає процедури, за допомогою яких може бути встановлено, чи дотримані такі вимоги.

— проектні роботи;

— вибір, ввезення, розмитнення, закупівля обладнання;

— будівельно-монтажні роботи, монтаж сонячних модулів;

— пусконалагоджувальні роботи;

— отримання зеленого тарифу.

Звісно, у кожному окремому випадку ці процеси мають відмінності, починаючи від особливостей місцевої влади й закінчуючи віддаленістю від шляхів сполучення, інсоляцією (кількістю сонячного світла) у регіоні.

plan pv farm building ua

Рисунок 2.10 – Реалізація проекту сонячної електростанції


2.16 Ціни на сонячні батареї та країни виробники
Таблиця 2.2 – Характеристики фірми TDC Solar

Тип панелі

Моно/Полікристал

Макс. потужність, Вт

250/300

Ефективність %

15,4

Розміри, мм

1956*992

Вага, кг

25

Країна виробник

Китай

Ціна, $ за 1 Вт

0,90



Тип панелі

Монокристал

Макс. потужність, Вт

250

Ефективність %

15

Розміри, мм

1655*992

Вага, кг

22,5

Країна виробник

Німеччина (Збірка -Китай)

Ціна, $ за 1 Вт

1,25

Таблиця 2.3 – Характеристики фірми Jetion Solar

Таблиця 2.4 – Характеристики фірми Sharp



Тип панелі

Моно/Полікристал

Макс. потужність, Вт

128/240/250

Ефективність %

13,3

Розміри, мм

1652*994

Вага, кг

21

Країна виробник

Англія

Ціна, $ за 1 Вт

1,25

Таблиця 2.5 – Характеристики фірми Schott Solar



Тип панелі

Моно/Полікристал

Макс. потужність, Вт

97/185/225/240

Ефективність %

13,5

Розміри, мм

1685*993

Вага, кг

20

Країна виробник

Німеччина

Ціна, $ за 1 Вт

1,25

Тип панелі



Полікристал

Макс. потужність, Вт

240

Ефективність %

16

Розміри, мм

1662*990

Вага, кг

21

Країна виробник

Чехія

Ціна, $ за 1 Вт

1,25

Таблиця 2.6 – Характеристики фірми Kyocera


Скачати 249.08 Kb.

  • Кванти світла
  • Кримський півострів та степова Україна