Головна Автори Інформація по Надточей Кирилл

Надточей Кирилл

40% эффективности по цене 20% — солнечные панели Insolight и MELA

Теоретически мы можем выжать максимум 34% из поликристаллических панелей. Но это будет очень трудно и дорого. И такая панель никогда не вернет свои деньги, если мы не запустим ее в космос. А это замедляет развитие альтернативной энергетики и лимитирует то, что мы можем выжать из Солнца не покрывая цели областные солнечными батареями.

Но зачем же делать всю солнечную батарею Супертехнологичный, если можно просто фокусировать солнечное излучение на фотоэлектрических элементах небольшого размера? Ведь с высокоэффективный фотоэлемент стоит в сотни раз дешевле большое полотно. И именно идея использования солнечных батарей с малыми фотоэлементами высокой эффективности в сочетании с ловушками для света и линзами привела к появлению солнечных панелей Insolight и других батарей на основе MELA (Multi-Element Lenset Array — Многоэлементный Массив линз).

Зачем это надо?

Сегодня купить поликристаллическую солнечную панель с коэффициентом эффективности в 20% — это очень и очень неплохо. И обычно их эффективность колеблется в рамках 12-18%. А какую именно выбрать уже зависит от вашего участка и площади поверхности крыши. Поэтому владельцы больших участков могут принимать самый дешевый вариант и иметь собственную солнечную электростанцию альтернативной энергетики, по размерам и мощности ограничена только законом. То есть 50 кВт — это не проблема, если есть где поставить.

С другой стороны классические 6 соток с дачей — это слишком маленькая территория даже для солнечной электростанции на 20 кВт, не говоря уже о 30 кВт и 50 кВт. Но совсем другое дело, если иметь солнечные панели с эффективностью в 2-4 раза больше. Таким образом и необходимая площадь сократится в разы.

Как это работает?

Вообще есть несколько концептов. Наименее практичным для рядового украинского является батарея, напоминает обычную спутниковую антенну, но вместо радиосигнала, зеркало фокусирует на фотоэлемент отраженный солнечный свет. К сожалению, такой вариант слишком громоздким для массового использования и не очень эстетичным.

Более прогрессивными являются панели Insolight.В них используются высокоэффективные фотоэлектрические элементы. Они расположены в виде матрицы. Вместо стекла подобная панель имеет массив линз, фокусирующих свет на фотоэлектрических элементах. Стоит отметить, что основа с фотоэлементами и массив линз являются подвижными и постоянно смещаются в течение дня. Таким образом, сфокусированный луч всегда остается на фотоэлектрических элементов.

Сложными, но несколько лучше есть MELA солнечные панели предложены здесь. Их особенность — это использование двух плоскостей с линзами, которые образуют «ловушку» для света и нормализуют угол падения солнечных лучей. То есть решают проблему резкого падения эффективности солнечных панелей

утром и вечером, когда угол падения лучей уже далеко не оптимален. В тестах их панели действительно показали неплохие результаты. А также в них используются обычные аморфные солнечные панели.

Выводы

Стоит уже искать такие солнечные батареи на дачу? Пока еще нет. Эта технология еще тестируется и, к сожалению, не имеет примеров удачного массового коммерческого использования. Поэтому единственное, что мы можем вам посоветовать — это держать руку на пульсе и смотреть в сторону обычных солнечных панелей и максимально использовать преимущества зеленого тарифа по нынешним тарифам.

Авто и лодки на солнечных батареях, которые работают.

Машина не требует ни бензина, ни розетки. Звучит как фантастика, не так ли? На самом деле это и есть фантастика и ездить на джипе, что имеет только солнечную панель и электромотор у вас не получится. Просто максимальная мощность, например, Tesla Model 3 достигает 615 кВт, что позволяет этому автомобилю разогнаться до 100 км / час всего за 2,6 секунды. А это очень хороший результат даже для спорткара.

Tesla Model 3 — Вікіпедія

Обычный легковой автомобиль имеет двигатель мощностью в среднем 100-150 лошадиных сил или 75-107,5 кВт. А вот солнечная панель площадью 2 квадратных метра, как раз примерно площадь крыши автомобиля, в светлый день даст всего 400 Вт мощности. То есть это чуть больше половины лошадиной силы и разогнать автомобиль весом в несколько тонн одним только солнцем не удастся. Тяга будет примерно как от одного атлета вместо 100 лошадей.

Есть ли шанс у солнечных автомобилей?

Устанавливать солнечные панели сами автомобили — это не очень хорошая идея. Угол такой панели будет не оптимальным, а здания и деревья, что стоят вдоль дорог будут срезать еще больший кусок от тех крох энергии. Но есть решение, что точно будет работать. Например та же компания Tesla предлагает использовать грузовики на электрической тяге. Таким образом грузоперевозки станут гораздо дешевле, ведь на автостанциях могут быть размещены солнечные электростанции. И прибывая на автостанцию грузовик будет не только оставлять груз и получать новый, но и подзаряжаться или менять свой аккумулятор на свежий и полностью заряженный.

Startup Neuron EV Unveils New Pickup Concept Before Tesla Truck ...

Могу ли я сделать солнечный электрокар себе сам?

Если коротко, то да! Конечно это не будет автомобиль в привычном для нас смысле. Но сделать малый электрокар, которому не нужна ни заправка, ни розетка — вполне реально. И это доказал своим «Сделай Сам» видео ютубер Марк Хавьер.

Все, что он сделал это установил четыре велосипедных двигателя-колеса мощностью по 1000 Вт на прочную металлическую раму и сделал крышу из солнечных панелей мощностью 200 Вт. Для хранения электроэнергии он использовал обычные 48 вольт аккумуляторы для электробайка емкостью 10 Ампер часов. По его словам его легкий электрокар может проехать до 20 км на одном аккумуляторе, а заряжается этот аккумулятор примерно 2-3 часа в солнечный день.

Конечно это далеко не оптимальный транспорт для города. Но использование подобного транспорта на крупных предприятиях, фермах и в поселках могло бы сохранить немало времени. Или например подобный автомобиль можно использовать как гольф-карт. Преимуществом такого транспорта является отсутствие необходимости его заправлять, отсутствие шума мотора и относительная надежность.

Стоимость проекта составила 2000 евро. Но если использовать более дешевые комплектующие то получится снизить стоимость электрокара минимум в 2 раза. К тому же, надо учесть, что это прототип.

Солнечные яхты

С другой стороны, яхты на электрической тяге, могут также работать от солнечных батарей, уже достаточно давно является реальностью. Даже небольшая яхта имеет достаточно площади палубы и крыши надстроек для размещения солнечной электростанции до 10 кВт. А это уже неплохая мощность. Конечно рассчитывать на прыжки по волнам как на катере не стоит, но разогнаться до 7-10 км / ч вполне реально. И это неплохой результат для обычной яхты.

Сейчас наиболее оптимальным вариантом является использование солнечных батарей и аккумуляторов для питания маневрового двигателя яхты с мачтой. То есть при выходе из гавани, прохождении под мостами и в штиль можно использовать электромотор, а остальное время — силу ветра. Между тем солнечная электростанция даст необходимую энергию для освещения, приготовления пищи, питание приборов навигации, управления и коммуникации.

Другим примером является использование комбинированной системы с мощной солнечной электростанции, аккумулятора высокой емкости, и резервного дизельного генератора. Обычно подобная яхта может двигаться со скоростью 12-14 км / час больше 4:00 на одном аккумуляторе. В солнечную погоду чей время значительно возрастает. А если добавить остановки на отдых и дайвинг, то солнечной энергии вполне хватит на небольшую экскурсию.

Уменьшая масштабы можно вполне эффективно использовать солнечные панели для тяги на малых рыбацких лодках длиной всего в несколько метров. Таким образом можно получить довольно приличный тихий речной транспорт, хотя и не слишком быстрый.

С другой стороны увеличить масштаб и строить танкеры и контейнеровозы на солнечной тяге — уже нереальная задача. Проблема в том, что чем тяжелее корабль, тем больше воды он вытесняет и тем больше воды оказывает ему сопротивление. Таким образом, судно MV TransAtlantic длиной 100 метров, что способно транспортировать 5000 тонн грузов имеет силовую установку мощностью 3,6 МВт или почти 5000 лошадиных сил. Если даже всю площадь палубы накрыть солнечными панелями, то полученная мощность будет лишь 10% от необходимой.

Выводы

Транспорт чисто на солнечной тяге — это практически невозможно. А все потому, что максимальный поток солнечного излучения на уровне моря достигает 1020 Вт / м2. И даже панели со 100% эффективностью позволяли бы получить мощность в 3-4 лошадиных силы для автомобиля. Но даже Ford Model T 1908 имел двигатель на 20 лошадиных сил. Кардинально другое дело, если использовать стационарные солнечные электростанции для подзарядки авто. И это кстати, не просто будет, а уже есть в разы более дешевой альтернативой бензину.

Как сделать солнечные панели на 30% более эффективными? Spark — автоматическая система очистки солнечных батарей.

Многие производители и компании по монтажу малых солнечных электростанций на частных хозяйствах говорят следующее «Поставил и забыл». Но действительно ли солнечную панель можно установить и забыть о ее существовании? Просто получая электроэнергию или даже зарабатывая без надобности ее регулярно обслуживать

Пыльные бури, к сожалению, теперь это суровая реальность.

Пыль, песок и грязь — это враги каждого владельца солнечной электростанции. Ведь именно они срезают большой кусок эффективности панели и могут лишить вас трети номинальной мощности. Или трети дохода. К тому же, ранее пылевая буря была откровенно чудом для Украины. Так же, например, для Киева снежные завалы каждую зиму были нормой. Но зима 2020 изобиловала только дождями и с неба очень редко падал снег.

Коммунальным службам это было в радость, но другая сторона медали не задержался и уже весной в дополнение к пандемии, киевляне столкнулись с воздухом полным дыма, пепла и пыли. Конечно, в первую очередь это угроза здоровью. Но также это потеря ясных солнечных дней из-за уменьшения прозрачности воздуха, и большое количество пыли и пепла, которое оседает на различных поверхностях. В том числе и на солнечных панелях.

Изменение температуры

Повышение температуры зимой свидетельствует ни о чем другом, как о изменении климата. В Украине становится все теплее ежегодно, хотя и угол наклона к солнцу остается неизменным. Но это порождает некоторые проблемы для владельцев солнечных батарей, ведь их эффективность уменьшается с нагревом фотоэлектрических элементов. При холодном ветре солнечные батареи отдавали достаточно тепла без дополнительных систем охлаждения. Но рост среднегодовой температуры в три раза быстрее чем в остальном мире является тревожным сигналом.

Spark — автоматическая система очистки солнечных панелей

Эффективным решением является система Spark, которую для понимания ее принципа работы можно назвать «автоматической системой полива солнечных панелей». Ее особенность в том, что она работает по 15-20 секунд тратя минимальное количество воды максимально эффективно. То есть при минимальном расходе она эффективно очищает поверхность солнечной панели от пепла и пыли. А также охлаждает ее, что поддерживает температуру фотоэлементов на необходимом уровне для максимально продуктивной работы. Для того, чтобы предотвратить излишнюю трату воды мы рекомендуем установить систему стоков и использовать воду, оставшуюся от мойки солнечных панелей для полива.

Площадь солнечных батарей — это отличный сборник воды для полива.

Стоит отметить, что очистка солнечных панелей вручную очень затратная, ведь чистка с садового шланга не такая уже и экономная по расходу воды. А также это очевидная трата времени. Стоит вспомнить что и сухая чистка метлой не является хорошей идеей, ведь микроцарапины гораздо сильнее снижают эффективность солнечных панелей чем пыль.

Еще одним важным преимуществом Spark является совместимость с любой солнечной панелью независимо от формфактора и размера. Поэтому эта система точно подойдет и для вашей частной солнечной электростанции. А сами разбрызгиватели не образуют тени на солнечных панелях. А еще Spark полностью управляется со смартфона. Так что вы можете в любой момент задать необходимый цикл или выключить систему.

Учебный курс. Энергокооперативы: преимущества, перспективы и реальные показатели дохода.

Данный материал разрешено использовать в образовательных целях

Что такое энергетический кооператив?

Определение энергетического кооператива очень простое. Это кооператив, позволяющий гражданам обеспечивать свои потребности (как индивидуальные, так и общие), связанные с потреблением энергии. 

Энергокооперативы могут выполнять следующие задачи:

  1. Общая заготовка энергетического сырья (закупка дров, пеллет; производство брикетов / пеллет из соломы и древесины, выращивание энергетической лозы).
  2. Оптовая закупка услуг, связанных с энергоэффективностью (услуги энергоаудита, термомодернизации жилых и промышленных или офисных объектов).
  3. Финансирование приобретения членами кооператива энергетических установок (котлов, аккумуляторов, солнечных батарей и т.д.).
  4. Производство электроэнергии из альтернативных источников энергии (в частности, установка солнечных и ветроэлектростанций, биоТЭС на соломе и щепе).
  5. Производство тепла (как для членов кооператива, так и для отопления целых улиц или районов в селах и городах): в селе установки по добыче биогаза из отходов животноводства, в городе – котлы на твердом топливе.
  6. Автономный нагрев и снабжение горячей водой от гелиоколлекторов.
  7. Охлаждение и централизованное кондиционирование помещений (например, как в Барселоне).

Стоит отметить, что это лишь простейшие примеры моделей энергетических кооперативов. На самом деле, их намного больше. Так, в Германии существует кооператив «Друзья Прокона”, который занимается управлением проектами по девелопменту в сфере возобновляемых источников энергии, в США сотни кооперативов обеспечивают электроэнергией сельские территории и обладают значительными сетями распределения и генерирующими мощностями. Однако, вернемся к нашим местным возможностям.

Простейший пример энергетического кооператива в наших условиях — это несколько хозяев, которые объединились для того, чтобы купить общими усилиями щеподробилку. Это простое устройство стоит около 1000$, однако далеко не каждый хозяин может позволить себе его приобрести. И простаивать такая щеподробилка будет у индивидуального владельца 90% времени.

Но, сочетание финансовых усилий небольшого микросообщества предоставляет ощутимые преимущества всем ее членам. Щепа прекрасно горит в котлах, а каждый из членов кооператива может использовать Щеподробилку, чтобы обеспечить себя щепой на отопительный сезон. Кроме того, Щеподробилка позволяет превращать в топливо практически любые остатки дерева, которые ранее стали бы мусором. При постоянно растущей цене газа и других энергоносителей, такая совместная инвестиция членов кооператива в Щеподробилку — более, чем оправдана и окупается буквально за один сезон.

Такая модель — это только начало. Энергетические кооперативы могут производить брикеты / пеллеты, выращивать энергетическую вербу, строить биогазовые и солнечные электростанции. Наше законодательство имеет ряд проблем, которые создают ограничения для развития энергетических кооперативов, однако уже сегодня возможности для применения кооперативной модели в энергетике впечатляют.

Зачем нам нужны энергетические кооперативы?

Фридрих Вильгельм Раффайзен, является одним из основателей кооперативного движения в Германии. Он утверждал, что кооператив позволяет консолидировать ресурсы и направить их на решение общих энергетических проблем. Они позволяют решать проблемы, которые не под силу одному человеку, поскольку у него мало ресурсов. Однако, соберите вместе ресурсы хотя бы 10 таких людей — и увидите, что вместе они могут решать существенно большие по масштабу проблемы, чем раньше.

Энергетические кооперативы позволяют обеспечивать большое количество собственных нужд, связанных с энергией без взаимодействия с государством, не дожидаясь очередного постановления правительства или доброй воли монополистов. Доверие и совместное действие позволяют обеспечить себя топливом, получить оптовые скидки на утепление или энергетическое оборудование, наладить совместное производство энергии или энергоресурсов (например, пеллет или брикетов).

В общем, модель работы энергетических кооперативов ограничивается только фантазией тех, кто их создает и законодательством. Несмотря на проблемы с последним уже сегодня их создание имеет потенциал вывести сотни тысяч общин из состояния энергетической бедности и обеспечить надежным снабжением местных энергетических ресурсов.

Мировые практики энергетических кооперативов

Энергетический кооператив — важный участник энергетических рынков развитых стран. Один из первых примеров — Германия. В стране, которая быстрыми темпами движется от ископаемой и атомной энергетики к все более широкому использованию возобновляемых источников энергии, здесь работают более 700 активных энергетических кооперативов. Они созданы с самыми разнообразными целями. Наверное, больше всего среди них тех, которые сочетают финансовые ресурсы граждан для того, чтобы воспользоваться возможностью заработать на «зеленом тарифе». Это создало ситуацию, при которой в 2012 году частные домохозяйства и энергокооперативы владели 47% установленных мощностей в возобновляемой энергетике Германии.

Энергетические кооперативы стали одной из движущих сил немецкого энергетического поворота (Energiewende) и позволили привлечь к зеленой экономике миллиарды евро от обычных граждан Германии еще тогда, когда немецкие энергетические гиганты очень амбивалентно относились к перспективам отказа от ископаемого топлива.

Энергетические кооперативы в Германии работают по очень разным моделям. Кроме зарабатывающих на «зеленом тарифе от солнечной энергии, существуют сотни энергокооперативов, осуществляющих обеспечение местных жителей теплом, электроэнергией, сетевыми услугами. Многие из них созданы жителями одной улицы для того, чтобы устроить на ней централизованное отопление с использованием местного сырья. Однако есть и довольно крупные кооперативы, которые оперируют значительными мощностями по производству электроэнергии.

Значительную популярность энергетические кооперативы получили также в Дании, Нидерландах, Швеции, Австралии, Великобритании. И особой мощности движение энергетических кооперативов набрало в США. По данным ассоциации энергетических кооперативов Touchstone, которая насчитывает 750 членов, энергетические кооперативы находятся в 46 штатах. Совокупно они образуют крупнейшую в США энергетическую сеть, обеспечивая энергией миллионы американцев, которые являются их совладельцами. Большинство из них не имеют представления о том, что где-то у нас единственный вариант получить электроэнергию — это присоединиться к сети облэнерго. История некоторых энергетических кооперативов тянется с 40х, 30х, или даже 20-х годов XX века.

Какие возможности энергетические кооперативы открывают для нас

Энергетические кооперативы точно не могут решить всех проблем энергетического сектора в нашей стране. Однако, они могут стать важным решением для огромного количества людей и сообществ, больших и малых общин, которые смогут без надежды на государство обеспечивать себя и других энергетическими ресурсами и создавать новое качество жизни.

Энергетические кооперативы — хороший механизм, позволяющий превратить доверие друг к другу в действенный механизм перехода от слишком централизованной постсоветской модели энергетики к более локализованной, которая возлагается прежде всего на местные ресурсы и создает рабочие места, новые экономические модели и возможности для жителей общин

В Украине первые простейшие энергокооперативы только начинают создаваться. Самая простая и наиболее перспективная модель энергетического кооператива в условиях украинского села – это совместная заготовка несколькими фермерскими хозяйствами сырья для производства соломенных топливных брикетов/пеллет. Ведь купить такую установку одному хозяину дорого, и сырья у него одного может не хватать для загрузки оборудования. В западных регионах хозяева объединяются, чтобы покупать сообща измельчители для древесины.

Например, несколько хозяйств, специализирующихся на выращивании малины, создали в селе Лосятин Тернопольской области кооператив «Ягідний край», вместе купили холодильники для хранения ягод. Для собственного энергоснабжения купили установку для изготовления топливных брикетов из стеблей малины, вместе ею пользуются.

Под Харьковом 12 фермерских хозяйств объединились в кооператив по производству биотоплива из рапса, который сами же и выращивают. Нужное оборудование было закуплено на грант.

Один фермер не мог бы получить большое финансирование по грантовой программе, а энергокооператив, объединив активы, смог. Произведенный биодизель фермеры используют для заправки собственной сельхозтехники (что позволило снизить себестоимость продукции), а также для школьного автобуса и скорой помощи.

Еще пример из Харьковской области: три частных домохозяйства создали энергокооператив и получили сообща дешевый кредит на постройку мини-СЭС на крышах. Они не только обеспечивают себя, но и, создав юрлицо, продают 2/3 произведенной электроэнергии, зарабатывая около 10 тыс. грн в месяц. Проект окупится за 2,8 года.

На сегодня в Украине построены около 1000 солнечных электростанций на крышах частных домохозяйств. Появляются и первые СЭС на крышах многоэтажек (чему мешают правовые моменты).

Экономика такого солнечного энергокооператива просчитывается для каждого энергокооператива отдельно. Прежде чем строить СЭС, надо узнать в «Укрэнерго», имеются ли у них свободные мощности для подключения.

В Украине перспективно выгодно продавать теплоносители и есть смысл строить котельные на биомассе (солома зерновых, кукурузы, подсолнечника и других культур).

В сельской местности выгодно строительство биоТЭС – когенерационных установок по производству тепла и электроэнергии одновременно на биомассе, что обеспечит им полную энергонезависимость. По подсчетам экспертов, такие проекты окупятся за два отопительных сезона.

Однако бурному развитию энергокооперативов в Украине мешает то, что сложные модели кооперативов по производству тепловой и электрической энергии пока что требуют получения разрешений и лицензий. Именно поэтому активисты подготовили и сейчас требуют принять закон «Про споживчі енергетичні кооперативи», который упростит их деятельность.

Для воплощения в жизнь местных проектов в области альтернативной энергетики жители, организации и предприятия объединяются в так называемые энергокооперативы. Зачастую энергетические кооперативы стремятся к самостоятельному, ни от кого не зависящему экологическому вырабатыванию электроэнергии. Другими словами, это своеобразная форма гражданской активности или общественного участия в процессах, связанных с политикой, принятием законов и решений местного значения – на уровне регионов и коммунальных обществ.

Жители ЕС прекрасно понимают все плюсы перехода на экологические возобновляемые источники энергии. В Европе не только активно воплощают в жизнь использование альтернативных видов энергии, но и постоянно наращивают темпы при помощи организации деятельности в форму кооперативов. В качестве примера, стоит посмотреть на Великобританию, в которой действует около 5000 энергокооперативов, пользующихся солнечной и ветровой энергией.

Энергетические холдинги в Германии в наше время ощущают серьезную конкуренцию от энергокооперативов, поскольку последние производят около 30% электрической энергии благодаря использованию ветровых электростанций. В связи с этим энергетический пакет «Clean Energy for All Europeans» в странах Евросоюза ограничивает право подключения в первую очередь энергетических кооперативов к сети.

Также энергокооперативы сначала обязаны обеспечить собственные потребности в носителях электроэнергии, которую генерируют, а остаток реализовать в сети согласно «зеленому тарифу».

В ближайшие десять лет в ЕС видят временную энергоперспективу в использовании энергетических кооперативов. Согласно исследованиям, проведенным изданием CE Delft: уже в 2030 году домоуправления и кооперативы, являющиеся участниками рынка энергетики, будут занимать около половины населения Евросоюза. А кооперативы, производящие электроэнергию будут вносить свою лепту в размере 20% (сегодня – 9,8%).

В деревенских районах, особенно в обособленных деревнях, где проблема стабильного обеспечения электроэнергией достаточно велика, энергокооперативы, пользующиеся энергией прямой и рассеянной солнечной радиации (солнечного света), имеют отличный шанс стать прибыльными для деревенских общин.

В связи с этим производство объектов генерации электроэнергии в сельских коллективных предприятиях или объединение разных по объему производителей сельхозпродукции в энергокооперативы могут послужить толчком для энергетической независимости в будущем.

В данном случае отличным решением будет создание кредитных спецпакетов от банковских организаций (характерных для подобных проектов) для энергокооперативов в сельском хозяйстве. Расчеты, о которых говорилось выше, велись с учетом украинских кредитных ставок. При привлечении более выгодных в финансовом плане европейских денег, проекты по вырабатывании носителей тепла и когенерации электроэнергии должны окупиться в течении 3 – 4 лет.

Климат и «зеленый» тариф в Украине значительно ускоряет процесс окупаемости и приумножает доход участников кооперативов.

Создавая бизнес-план будущего энергокооператива по обеспечению членов теплом, следует учесть, что в Украине такая деятельность сегодня требует получения следующих разрешительных документов, а именно:

  1. получения лицензий: на производство тепловой энергии; транспортировку тепловой энергии; поставки тепловой энергии. Соответствующие лицензии выдают областные государственные администрации;
  2. соблюдения лицензионных условий по количеству и квалификации персонала, технологическому соответствию процессов, организации бухгалтерского учета и отчетности;
  3. утверждения фиксированных тарифов в органах местного самоуправления;
  4. подтверждения целевого назначения земельных участков, на которых расположены котельные и тепловые сети и др.

Учебный курс. Особенности оформления «зеленого» тарифа на практике.

Зеленый тариф – заработок на возобновляемой энергии

Данный материал разрешено использовать в целях обучения.

Понятие зеленый тариф прописано в законе об электроэнергетике: это тариф, по которому оптовый украинский энергорынок должен приобретать электрическую энергию, которая производится на объектах электроэнергетики с возобновляемых источников энергии (включая солнечную и гидроэнергию). Поставщики электроэнергии должны приобретать ее в случаях, объемах и по ценам, которые определены национальной комиссией регулирования электроэнергетики Украины (НКРЕ). То есть, зеленый тариф в Украине является механизмом для поощрения граждан для производства ими электроэнергии с возобновляемых источников энергии.

Рассмотрим коротко, каким образом можно заработать на частных электростанциях. Законодательство Украины прописывает 2 варианта установки электрогенерирующих фотоэлементов: на территории частных домовладений (до 30 кВт) и в виде бизнес проектов (до тысяч киловатт). Инвестиции на такие проекты существенно отличаются, да и необходимая документация тоже разная. Разумеется, что время на осуществление проектов тоже будет не одинаковым.

Ставки за «зеленый киловатт»

Ставка «зелёных» тарифов в 2016-2019 году согласно постановлению НКРЭКУ от 30 июня 2016 года № 1188.

Частный сектор

Для солнечных батарей

Установлена следующая стоимость одного киловатта солнечной энергии (согласно постановлению НКРЭКУ под номером 1188, вступившему в действие с 16 августа 2016 года):

  • с 1 января 2016 по 31 декабря 2016 — 534,43 коп / кВт • ч (без НДС);
  • с 1 января 2017 по 31 декабря 2019 — 508,69 коп / кВт • ч (без НДС);
  • с 1 января 2020 по 31 декабря 2024 — 457,22 коп / кВт • ч (без НДС);
  • с 1 января 2025 по 31 декабря 2029 — 407,26 коп / кВт • ч (без НДС).

Для ветряных генераторов

  • с 1 июля 2015 по 31 декабря 2019 — 327,02 коп / кВт • ч (без НДС);
  • с 1 января 2020 по 31 декабря 2024 — 293,71 коп / кВт • ч (без НДС);
  • с 1 января 2025 по 31 декабря 2029 — 261,92 коп / кВт • ч (без НДС).

Для юридических лиц и бизнеса

Что касается генерации в промышленных масштабах, то здесь учитывается год постройки и размещение источников альтернативной энергии.

Кроме того, отменено обязательное условие для промышленников, касающееся отечественного оборудования. На сегодняшний день владельцы предприятий вправе использовать устройства от любого иностранного бренда.

При этом установка отечественных батарей или ветряных генераторов сейчас стимулируется на государственном уровне увеличением тарифов на 5-10%.

Чтобы получить более высокую ставку, нужно использовать в установках до 30-50% отечественных узлов. То есть, пользоваться украинскими солнечными батареями или ветряными генераторами экономически выгодно.

Тарификация для солнечных батарей на земле:

  • 2016 год — 0,16 евро;
  • 2017-2019 — 0,15 евро.

Тарификация для солнечных батарей на крыше:

  • 2016 год — 0,172 евро;
  • с 2017 по 2019 год — 0,163 евро.

Важные моменты зеленого тарифа

В расчетах стоимости киловатта энергии, производимой в промышленных масштабах, используются специальные коэффициенты.

Существующая розничная цена умножается на определенный коэффициент — в итоге определяется стоимость киловатта по «зеленому» тарифу.

 Изменения коэффициента в зависимости от источника энергии:

  • объекты альтернативной энергетики наземного типа — 4,8;
  • установки, смонтированные на крышах, мощностью от 100 киловатт — 4,6;
  • установки, смонтированные на крышах и фасадах зданий, мощностью менее 100 киловатт — 4,4.

Для учёта электричества используются счетчики, изготовленные украинскими производителями. Устанавливаются модели реверсивного типа на одну или три фазы.

Следует отметить, что ставка фиксируется один раз — в момент заключения договора с местной энергетической государственной компанией. Дальнейшее снижение тарифов владельцев касаться не будет.

Требования к мощности оборудования производящего электроэнергию

Ограничения по мощности касаются только частных домов и хозяйств. До недавнего времени допустимый максимум составлял 10 киловатт.

С 2016 года владельцам частной недвижимости можно смело приобретать более мощные солнечные батареи – верхний предел для этих устройств составляет 30 киловатт в час. То же касается и ветряных генераторов.

По понятным экономическим причинам никаких ограничений для предприятий нет. Для них решающими станут возможности собственного бюджета, из которого будут произведены инвестиции в систему альтернативного энергетического снабжения.

Порядок получения зеленого тарифа для частных лиц

Любое гражданское лицо имеет право на установку генерирующих мощностей для выработки электроэнергии на территории частного владения. При этом, количество вырабатываемой электроэнергии не должно превышать нормы, установленной договором про использование электрической энергии. Гражданин имеет право продавать энергопоставщикам электричество по зеленому тарифу в объеме, превышающем месячную норму личного потребления. Не нужны никакие лицензии, не нужно исполнять дополнительные «предписания» местных чиновников – вы просто ставите собственные производящие электричество мощности и начинаете зарабатывать на зеленом тарифе. Расчеты за электроэнергию и порядок оформления зеленого тарифа, а также, порядок учета энергии и ее реализации утверждаются НКРЕ.

Чтобы оформить зеленый тариф в Украине в 2018 году, необходимо выполнить ряд действий:

  1. Приобрести и установить электроустановку (ветрогенератор, фотоэлементы или другие) мощностью не более 30 кВт.
  2. Подать заявку и схему подключения в местный офис электро поставщика (облэнерго, райэнерго).
  3. Чтобы получать средства за реализуемую электроэнергию, частное лицо должно открыть банковский счет, реквизиты которого указываются в заявке.
  4. Согласовать схему подключения энергоустановки.
  5. Обустроить узел учета произведенной частным владением электроэнергии.
  6. Подписать дополнительный договор с энергокомпанией о покупке-продаже электроэнергии, произведенной с помощью возобновляемых источников энергии.

Подробнее о порядке получения зеленого тарифа для физических лиц.

Оборудование для выработки электроэнергии с помощью энергии солнца, ветра, воды достаточно дорогое и технологически сложное, его подбором и установкой должны заниматься профессионалы. Например, чтобы установить фотоэлементы для превращения солнечной энергии в электричество, нужно приобрести сами солнечные панели, сетевой инвертор, аппаратуру защиты, металлоконструкции, расходные материалы (кабеля, крепежи, коннекторы).

Выгода подключения зеленого тарифа

С каждым годом количество домовладений, которые зарабатывают с помощью установок возобновляемой электроэнергетики, растет. Некоторые граждане ставят солнечные фотоэлементы, что особенно удобно в южных и восточных областях Украины, где больше солнечных дней. А там, где много ветреных дней, выгоднее использовать ветрогенераторы. 

Для жителей холмистых и гористых местностей, где есть быстрые ручьи и небольшие реки, есть вариант постройки мини-гидроэлектростанции. То есть, каждый вариант может быть реализован в определенных природных зонах. Конечно, стоимость собственной электростанции, хоть и маленькой, достаточно высока: в среднем, установка для выработки 3-5 кВт электроэнергии может обойтись в 4-6 тысяч условных единиц, а более крупные агрегаты будут стоить до 25-28 тысяч у.е. 

Окупаемость солнечных энергоустановок – около 5-6 лет. Это не так мало, но если учесть, что вы сами обеспечиваете себя энергией, не зависите от экономических кризисов и веерных отключений, то преимущества очевидны. Продавая электричество по зеленому тарифу, можно зарабатывать до пяти тысяч у.е. в год, в зависимости от мощности вашей частной электростанции.

В настоящее время зеленый тариф в Украине интересует все больше граждан. Ряд наиболее предприимчивых лиц уже реализуют электроэнергию, выработанную на собственном дворе, уже в нашем регионе, а по всей стране таких установок тысячи. Это выгодная инвестиция и стабильный способ заработка для всех желающих. А с нашими готовыми предложениями по базовой комплектации солнечных станций и помощью в оформлении зеленого тарифа еще и легко!

Зеленый тариф для юридических лиц

Не менее интересен зеленый тариф для юридических лиц. Организация собственных мини-электростанций на несколько сот киловатт – это отличная инвестиция в наше непростое время. Бизнесмен может организовать производство электроэнергии для обеспечения своих производственных мощностей и не зависеть от центрального поставщика, а излишки продавать по привлекательным ценам по зеленому тарифу. Подобные вложения окупаются через 5-7 лет. То есть, доход составит примерно 400%, если исходить из среднего срока службы солнечных панелей 25 лет и современных цен на электричество.

Для того, чтобы юрлицо могло начать работать по зеленому тарифу, необходимо иметь ряд документов. Первое, что нужно сделать – получить технико-экономическое обоснование электростанции для зеленого тарифа. С его помощью можно оценить риски и преимущества. Данный документ содержит основную информацию по реализации бизнес-плана. Кроме обоснования, нужно иметь информацию о пропускной возможности энергосети, через которую вы планируете продавать электроэнергию. 

Учитывается рельеф, наклон участка к солнцу, ветры в течении года, облачность и другие природные особенности. Планируя строить электростанцию, серьезно задумайтесь о регистрации нового юрлица – это избавит вас от ряда сложностей в будущем. Наконец, оборудование, которое вы закупаете, должно иметь сертификаты и соответствовать требованиям украинских органов стандартизации.

Наиболее популярные вопросы относительно «зеленого» тарифа

Как повысить рентабельность домашней солнечной электростанции?

Некоторым кажется, что инвестировать в отечественную солнечную энергетику невыгодно из-за высокой стоимости оборудования и относительной дешевизны сетевой электроэнергии. Но это не так. Повысить доходность установки позволяет feed-in tariff, или «зеленый» тариф: по отзывам владельцев станций, выручка от продажи излишков электричества компенсирует расходы на покупку и установку СЭС в течение 5–8 лет.

Кто может воспользоваться feed-in tariff?

Продавать солнечное электричество энергопоставщикам могут лишь владельцы частных домов, установившие на приусадебном участке, фасаде или крыше здания фотопанели мощностью до 30 кВт. Программа feed-in tariff не распространяется на фотоэлектрические системы многоэтажек. Ею не могут воспользоваться владельцы автономных электростанций, так как такие установки не рассчитаны на подключение к общей сети.

Можно ли получить льготный кредит на строительство СЭС под «зеленый» тариф?

Ссуды на покупку и монтаж солнечных панелей под 0,01% годовых выдает Укргазбанк в рамках программы «ЭКО-энергия». Сумма кредитования – 1 000–1 000 001 грн. Сроки – 1–5 лет. По условиям банка собственный вклад не должен быть меньше 15%. Однако эксперты рекомендуют брать кредит, если на покупку не хватает 30–40%. В таком случае доход от «зеленого» тарифа полностью покрывает выплаты кредитору. Планируется, что с 2018 ситуация с льготным кредитованием в Украине станет еще лучше в связи с началом работы Фонда энергоэффективности.

Сколько времени занимает подключение к «зеленому» тарифу?

По закону после подачи необходимого пакета документов на рассмотрение вопроса отводится трехнедельный срок. По факту оформление собственными силами длится месяц-полтора. Ускорить процесс подключения зачастую помогают компании, реализующие и устанавливающие фотоэлектрическое оборудование.

Отчего зависят выплаты по feed-in tariff?

Ставки привязаны к курсу евро, однако деньги на расчетный счет владельца станции поступают в национальной валюте. Тарифную сетку в гривнах ежеквартально устанавливает НКРЭКУ. На сумму выплат также влияет год ввода СЭС в эксплуатацию, наличие/отсутствие и объем местной составляющей в фотоэлектрической системе (за использование отечественного оборудования полагается надбавка в размере 5–10%).

Снижаются ли ставки выплат со временем?

«Зеленый» тариф в Украине, по отзывам европейских экспертов, один из самых высоких в мире. Однако, как и везде, он является лишь стимулирующим инструментом, то есть по мере увеличения числа СЭС суммы выплат будут снижаться. Объем начислений напрямую зависит от года ввода объекта в эксплуатацию, поэтому, чем раньше построена СЭС, тем она выгоднее.

Возможно ли, что программа будет заморожена?

Feed-in tariff, как стимулирующий механизм для перехода на альтернативные источники энергии, широко используется по всему миру несколько десятилетий. В Украине такая программа закреплена законодательно, гарантирована государством и действует до 2030 года. В некоторых регионах, конечно, существуют задержки по выплатам, однако об отказе от тарифа речь не идет.

Практический курс. Составление прогноза относительно объемов генерируемой электроэнергии СЭС

Составление прогноза относительно объемов генерируемой электроэнергии СЭС

Данный материал разрешено использовать в образовательных целях

Целями технико-экономических расчетов при проектировании электроснабжения являются:

1. Обоснование инвестиций (долгосрочных капиталовложений) в новые или реконструируемые СЭС и последующих эксплуатационных расходов путем сравнения вариантов по принятым критериям эффективности. 

2. Доказательство технических функциональных способностей СЭС, соответствующих обоснованным требованиям потребителей электроэнергии (необходимая пропускная способность элементов, обеспечение надежности электроснабжения, качества электроэнергии и т.д.). При этом проводится выбор и обоснование электрооборудования для выполнения необходимых функций и требований, а также оценка состояния СЭС в нормальных и послеаварийных режимах. 

3. Оценка качественных показателей и народнохозяйственного значения принятого решения. Выбор технико-экономически обоснованной схемы электроснабжения предприятия базируется на рассмотрении и сравнении нескольких возможных вариантов по техническим, эксплуатационным и экономическим показателям.

График генерации электроенергии в течении 48 часов. Зеленым цветом указана реальная генерация. Оранжевый — прогноз.

К техническим показателям СЭС можно отнести число и уровни ступеней напряжения, отклонение и потери напряжения, безотказность работы и устойчивость элементов СЭС в переходных режимах, стабильность работы электроприводов, степень автоматизации и др. К эксплуатационным показателям относятся продолжительность восстановления электроснабжения после локализации или ликвидации повреждения, длительность текущих и капитальных ремонтов, допустимые перегрузки элементов СЭС, величины потерь мощности и электроэнергии, удобство эксплуатации, количество и квалификация обслуживающего персонала. Важнейшими экономическими показателями при сравнении вариантов СЭС являются приведенные годовые затраты и срок окупаемости капиталовложений. Для более детальной экономической оценки вариантов используются дополнительные показатели: капиталовложения в СЭС, стоимость потерь мощности и электроэнергии, ущерб от внезапных перерывов электроснабжения и т.п.

При выполнении технико-экономических расчетов возникают объективные трудности, обусловленные тем, что перебор всех возможных вариантов связан со значительными трудозатратами проектировщиков даже при автоматизированной обработке данных. Кроме того, многие сравниваемые показатели трудно поддаются количественной оценке (например, удобство эксплуатации, гибкость, надежность и др.). В связи с этим правильный подбор для сравнения нескольких вариантов зависит от эрудиции, опыта и квалификации проектировщиков.

ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОЙ ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ 

Площадь сечения проводников является важным параметром воздушных и кабельных линий. С увеличением площади сечения проводников возрастают затраты на сооружение линий электропередачи, но при этом снижаются потери электроэнергии. Уменьшение площади сечения до технически допустимого предела сокращает капиталовложения, однако вызывает увеличение потерь в линии. В связи с этим правильный выбор площади сечения проводников с учетом конкретных условий является важной и ответственной задачей проектирования СЭС.

При проектировании линий электропередачи напряжением до 220 кВ выбор площади сечения проводников проводится не сопоставительным технико-экономическим расчетом в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются значения экономической плотности тока для воздушных и кабельных линий. Экономическая плотность тока устанавливает оптимальное соотношение между отчислениями от капиталовложений и стоимостью потерь электроэнергии в линии. Экономически целесообразная площадь сечения проводников F выбирается из соотношения f,=x, где / — расчетный ток линии в нормальном режиме, A; j — нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2 .

В процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии суммарные потери в генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи различных напряжений, электродвигателях, преобразователях и технологических установках достигают 25—30 % всей вырабатываемой на электростанциях электроэнергии. Из них значительная доля, примерно до 10—15 %, приходится на системы электроснабжения. В связи с этим определение потерь мощности и электроэнергии является важным вопросом проектирования СЭС промышленных предприятий, имеющим существенное значение при технико-экономической оценке вариантов схем, выборе рациональных номинальных напряжений, компенсирующих и регулирующих устройств и т.п. 

Потери активной мощности и электроэнергии в элементах СЭС складываются из потерь холостого хода и нагрузочных потерь. Потери холостого хода не зависят от нагрузки элементов СЭС и возникают из-за перемагничивания сердечников (потери на гистерезис и вихревые токи), ионизации воздуха возле проводов воздушных линий 220 кВ и выше (потери на корону), токов утечки из-за несовершенства изоляции и т.д. Эти потери для различных элементов указываются в виде абсолютных или удельных величин в паспортных данных или в справочниках. Нагрузочные потери являются тепловыми потерями, которые изменяются прямо пропорционально квадрату тока, протекающего через активное сопротивление элемента СЭС.

Потери активной мощности в линии электропередачи (ЛРЛ), идущие на нагревание проводников, рассчитываются по выражению АРл = 3 • Р- R, (3.4) где / — ток линии; R — активное сопротивление провода или жилы кабеля, определяемое как R= r 0 l, (3.5) где т»0 — удельное (погонное) активное сопротивление проводника, Ом/км; / — длина линии, км.

Расчет мощности солнечных батарей

Чтобы рассчитать необходимую мощность солнечных батарей нужно знать, сколько энергии вы потребляете. Например, если ваше потребление энергии составляет 100 кВт*ч в месяц (показания можно посмотреть по счётчику электроэнергии), то соответственно вам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали такое количество энергии. 

Сами солнечные батареи вырабатывают солнечную энергию только в светлое время суток. И выдают свою паспортную мощность только при наличии чистого неба и падении солнечных лучей под прямым углом. При падении солнца под углами мощность и выработка электроэнергии заметно падает, и чем острее угол падения солнечных лучей, тем падение мощности больше. В пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз, даже при легких облачках и дымке мощность солнечных батарей падает в 2-3 раза, и это всё надо учитывать. 



При расчёте лучше брать рабочее время, при котором солнечные батареи работают почти на всю мощность, на протяжении 7 часов, это с 9 утра до 4 часов вечера. Панели, конечно, летом будут работать от рассвета до заката, но утром и вечером выработка будет совсем небольшая, по объёму всего 20-30% от общей дневной выработки, а 70% энергии будет вырабатываться в интервале с 9 до 16 часов. 

Таким образом, массив панелей мощностью 1кВт (1000вт) за летний солнечный день выдаст за период с 9-ти до 16-ти часов 7 кВт*ч электроэнергии, и 210 кВт*ч в месяц. Плюс ещё 3 кВт (30%) за утро и вечер, но пускай это будет запасом, так как возможна переменная облачность. И панели у нас установлены стационарно, и угол падения солнечных лучей изменяется, от этого естественно панели не будут выдавать свою мощность на 100%. Понятно, что если массив панелей будет на 2 кВт, то выработка энергии будет 420 кВт*ч в месяц. А если будет одна панелька на 100 ватт, то в день она будет давать всего 700 ватт*ч энергии, а в месяц 21кВт. 

Неплохо иметь 210 кВт*ч в месяц с массива мощностью всего 1 кВт, но здесь не всё так просто: 

Во-первых, не бывает такого, что все 30 дней в месяце солнечные, поэтому надо посмотреть архив погоды по региону и узнать, сколько примерно пасмурных дней по месяцам. В итоге наверно 5-6 дней точно будут пасмурные, когда солнечные панели и половины электроэнергии не будут вырабатывать. Значит можно смело вычеркнуть 4 дня, и получится уже не 210 кВт*ч, а 186кВт*ч.

Также нужно понимать, что весной и осенью световой день короче и облачных дней значительно больше, поэтому если вы хотите пользоваться солнечной энергией с марта по октябрь, то нужно увеличить массив солнечных батарей на 30-50% в зависимости от конкретного региона. 

Но это ещё не всё, также есть серьёзные потери в аккумуляторах, и в преобразователе (инверторе), которые тоже надо учитывать, об этом далее. 

Про зиму пока говорить не будем, так как это время совсем плачевное по выработке электроэнергии, и тут когда неделями нет солнца, уже никакой массив солнечных батарей не поможет, и нужно будет или питаться от сети в такие периоды, или ставить бензогенератор. Хорошо помогает также установка ветрогенератора, зимой он становится основным источником выработки электроэнергии, но если конечно в вашем регионе ветреные зимы, и ветрогенератор достаточной мощности.

Расчет емкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

Самый минимальный запас ёмкости аккумуляторов, который просто необходим, должен быть такой, чтобы пережить темное время суток. Например, если у вас с вечера и до утра потребляется 3 кВт*ч энергии, то в аккумуляторах должен быть такой запас энергии. 



Если аккумулятор 12 вольт 200 Ач, то энергии в нём поместиться 12*200=2400 ватт (2,4кВт). Но аккумуляторы нельзя разряжать на 100%. Специализированные АКБ можно разряжать максимум до 70%, если больше — то они быстро деградируют. Если вы устанавливаете обычные автомобильные АКБ, то их можно разряжать максимум на 50%. Поэтому, нужно ставить аккумуляторов в два раза больше чем требуется, иначе их придется менять каждый год или даже раньше. 

Оптимальный запас ёмкости АКБ это суточный запас энергии в аккумуляторах. Например, если у вас суточное потребление 10кВт*ч, то рабочая емкость АКБ должна быть именно такой. Тогда вы без проблем сможете переживать 1-2 пасмурных дня, без перебоев. При этом в обычные дни в течение суток аккумуляторы будут разряжаться всего на 20-30%, и это продлит их недолгую жизнь. 

Еще одна немаловажная делать это КПД свинцово-кислотных аккумуляторов, который равен примерно 80%. То есть, аккумулятор при полном заряде берёт на 20% больше энергии, чем потом сможет отдать. КПД зависит от тока заряда и разряда, и чем больше токи заряда и разряда, тем ниже КПД. К примеру,  если у вас аккумулятор на 200Ач, и вы через инвертор подключаете электрический чайник на 2 кВт, то напряжение на АКБ резко упадёт, так как ток разряда АКБ будет около 250 Ампер, и КПД отдачи энергии упадет до 40-50%. Также если заряжать АКБ большим током, то КПД будет резко снижаться. 

Инвертор (преобразователь энергии 12/24/48 в 220в) имеет КПД 70-80%. 

Учитывая потери полученной от солнечных батарей энергии в аккумуляторах, и на преобразовании постоянного напряжения в переменное 220в, общие потери составят порядка 40%. Это значит, что запас ёмкости аккумуляторов нужно увеличивать на 40% и  дополнительно увеличивать массив солнечных батарей на 40%, чтобы компенсировать эти потери. 

Но и это ещё не все потери. Существует два типа контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных батарей, и без них не обойтись. PWM(ШИМ) контроллеры более простые и дешевые, они не могут трансформировать энергию, и потому солнечные панели не могут отдать АКБ всю свою мощность, максимум 80% от паспортной мощности. А вот MPPT контроллеры отслеживают точку максимальной мощности и преобразуют энергию, снижая напряжение и увеличивая ток зарядки, в итоге увеличивают отдачу солнечных батарей до 99%. Поэтому если вы ставите более дешёвый PWM контроллер, то увеличивайте массив солнечных батарей еще на 20%.

Расчет солнечных батарей для частного дома или дачи

Если вы не знаете ваше потребление и только планируете, скажем, запитать дачу от солнечных батарей, то потребление считается достаточно просто. Например, у вас на даче будет работать холодильник, который по паспорту потребляет 370 кВт*ч в год, значит, в месяц он будет потреблять всего 30.8кВт *ч энергии, а в день – 1.02кВт*ч.

Свет. Например, лампочки у вас энергосберегающие, скажем, по 12 ватт каждая, их 5 штук и светят они в среднем по 5 часов в сутки. Это значит что в сутки ваш свет будет потреблять 12*5*5=300 ватт*ч энергии, а за месяц «нагорит» 9кВт*ч. Также можно посчитать потребление насоса, телевизора и всего другого что у вас есть, сложить всё и получится ваше суточное потребление энергии, а там умножить на месяц и получится некая примерная цифра. 

Например, у вас получилось в месяц 70 кВт*ч энергии, прибавляем 40% энергии, которая будет теряться в АКБ, инверторе и пр. Значит, нам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали примерно 100кВт*ч. Это значит 100:30:7=0,476кВт. Получается, нужен массив батарей мощностью 0,5кВт. Но такого массива батарей будет хватать только летом, даже весной и осенью при пасмурных днях будут перебои с электричеством, поэтому надо увеличивать массив батарей в два раза. 

В итоге вышеизложенного в вкратце расчёт количества солнечных батарей выглядит так: 

  • принять что солнечные батареи летом работают всего 7 часов с почти максимальной мощностью
  • посчитать своё потребление электроэнергии в сутки
  • разделить на 7 и получится нужная мощность массива солнечных батарей
  • прибавить 40% на потери в АКБ и инверторе
  • прибавить еще 20% если у вас будет PWM контроллер, если MPPT то не нужно

Пример: Потребление частного дом 300 кВт*ч в месяц, разделим на 30 дней = 7кВт, разделим 10кВт на 7 часов, получится 1,42 кВт. Прибавим к этой цифре 40% потерь на АКБ и в инверторе, 1,42+0,568=1988 ватт. В итоге для питания частного дома в летнее время нужен массив в 2 кВт. Но чтобы даже весной и осенью получать достаточно энергии лучше увеличить массив на 50%, то есть ещё плюс 1 кВт. А зимой в продолжительные пасмурные периоды использовать или бензогенератор, или установить ветрогенератор мощностью не менее 2кВт. Более конкретно можно рассчитать основываясь на данных архива погоды по региону.

Практический курс. Основы программного обеспечения и топологии СЭС.

Основы программного обеспечения и топологии СЭС.

Данный курс разрешено использовать в образовательных целях.

Моделирование производительности

Сложное программное обеспечение моделирования используется для прогнозирования выработки солнечной электростанции. Отчеты прогнозирования должны учитывать факторы, негативно сказывающиеся на производительности станции.

Расчет энергетической выработки. Обзор программного обеспечения. 

Для моделирования солнечной электростанции инженеры должны применять только лицензионное программное обеспечение, что дает возможность работать с самыми актуальными базами данных по климатическим условиям и параметрам оборудования. Использование лицензионного ПО гарантирует, что полученные результаты будут максимально точно прогнозировать результаты работы как промышленной солнечной электростанции, так и домашнего использования. 

Неопределенность в прогнозировании энергетической выработки для моделирования выработанной энергии зависит на каждом этапе моделирования от неопределенности входных параметров. Моделирование программного обеспечения само по себе может допускать неопределенность 2% до 3%.

Факторы снижающие эффективность панелей: 1 — Эстественное отклонение, 2 — грязь, пыль, 3 — температурное снижение эффективности, 4 — потери в кабелях, 5 — КПД инвертора, 6 — потери в кабелях переменного тока после инвертора.

Применение солнечных элементов совпадает с применением других источников электроэнергии, но в отличии от них, солнечные панели зависят от количества света которое падает на их поверхность. Допустим, в пасмурную погоду облака могут заметно снизить выходную мощность фотоэлектрической панели, вплоть до 50%. Также, даже небольшой брак в солнечных элементах может снизить КПД даже у панелей из одной партии. Поэтому, для обеспечения желаемой мощности необходимо сортировать элементы по выходному току. В качестве примера можно привести следующий: если в водопроводную трубу, имеющую довольно большой диаметр, попытаться вставить трубу с меньшим диаметром, естественно, что водоток станет меньше. Такое же и происходит в цепочках солнечных элементов, если их параметры будут неоднородны.

Кремниевые солнечные элементы нельзя описать простым законом Ома, так как это нелинейный элемент. Вместо этого для объяснения характеристик элемента можно использовать несколько простых кривых — вольтамперных характеристик (ВАХ).

Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента. По-иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности. Элемент размером 100*100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 10*10 мм и, следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший. 

Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

Одним из немаловажных аспектов работы солнечного элемента является его температурный режим. Так, при нагреве одного элемента всего на один градус выше нормы (25оС) он может потерять в напряжении около 0,002 В, т.е. 0,4%/градус. На рисунке 5.3 приведена кривая ВАХ для температур 25оС и 60оС.

В достаточно солнечный день различные элементы могут нагреваться вплоть до 60-70оС и терять при этом 0,07-0,09 В каждый. Эта причина является одной из основных при падении напряжения, а как следствия и падения КПД солнечного элемента.

КПД обычного солнечного элемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что элемент размером 100*100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.

Все фотоэлектрические системы можно разделить на два типа: автономные и соединенные с электрической сетью.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда — заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Солнечные модули являются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем. Они могут быть изготовлены с любым выходным напряжением.

При наземном использовании они обычно используются для зарядки аккумуляторных батарей (АКБ) с номинальным напряжением 12 В. В этом случае, как правило, 36 солнечных элементов соединяются последовательно и герметизируются посредством ламинации на стекле, текстолите, алюминии. Элементы при этом находятся между двумя слоями герметизирующей пленки, без воздушного зазора. Технология вакуумной ламинации позволяет выполнить это требование. В случае воздушной прослойки между защитным стеклом и элементом, потери на отражение и поглощение достигли бы 20-30 % по сравнению с 12 % — без воздушной прослойки.

Электрические параметры солнечного элемента представляются как и отдельного солнечного элемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях ( Standart Test Conditions), т.е., при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре — 25оС и солнечном спектре на широте 45о(АМ1,5). 

Среднее значение для рабочего напряжения модуля, который состоит из 36 элементов, будет примерно от 16 до 17 В (это примерно 0,45….0,47 В на один элемент) при стандартной температуре 25о С.

Таким образом, при нагреве в реальных условиях работы, модули разогреваются до температуры 60-70оС, что соответствует смещению точки рабочего напряжения, например, для модуля с рабочим напряжением 17 В — со значения 17 В до 13,7-14,4 В (0,38-0,4 В на элемент).

Исходя из всего выше сказанного и надо подходить к расчету числа последовательно соединенных элементов модуля. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Под расчетом ФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Для начала следует подсчитать общую потребляемую мощность для всех возможных потребителей. Мощность потребителя можно узнать из паспорта изделия. На этом этапе можно подобрать инвертор, для этого достаточно увеличить мощность в 1,3 раза минимум. Но надо иметь в виду, что некоторые устройства потребителя, такие как холодильник, в момент пуска потребляют мощность в 2-3 раза больше паспортной. Для мощных станций (более 3 кВт) напряжение инвертора должно быть не менее 48 В, т.к. инверторы хорошо справляются с большими напряжениями, тем самым снижаются потери.

Расчет мощности потребляемой потребителями. При расчете солнечной электростанции первым делом необходимо составить простой список потребителей электроэнергии. Посчитать сколько мощности потребляет каждый потребитель, сколько напряжения, и соответственно внести в таблицу.

К инвертору подключаются потребители переменного напряжения (в нашем случае это потребители с №1 по №4, и №6 из таблицы), а постоянного (освещение № 5 и некоторые другие потребители № 7 из таблицы) напрямую через контроллер заряда. В данной рассматриваемой системе в качестве основной шины взята шина с напряжением равным 24 В, соответствующим напряжению аккумулятора АСЭ.

После этого необходимо узнать сколько времени в часах работает тот или иной потребитель в сутки. Затем, умножив мощность потребителя на все время его работы, мы определим, сколько ежедневно потребляет данная нагрузка электроэнергии. Таким образом, строят таблицу потребления энергии в сутки.

Таблица суточного энергопотребления

НагрузкаМощность, ВтНапряжение, ВВремя работы, ч/сутПотребление, ВТ·ч/сут
1 Чайник10002200,5500
2 СВЧ-печь13002200,25325
3 Холодильник250220123000
4 Телевизор1002206600
5 Освещение100246600
6 Ноутбук702205350
7 Другие потребители100243300
Итого29205675

Солнечная электростанция может питать множество потребителей энергии с условием, что общая энергия мощность потребителей не будет превышать мощность СЭС. Список потребителей содержит нагрузки, работающие либо постоянно (освещение), либо непостоянно (чайник, телевизор). Но также, нагрузки, которые работают непостоянно, разбиваются на две категории, одни работают с фиксированным интервалом, другие же с плавающим (например, как холодильник из таблицы). 

Поэтому, важно правильно определять суммарную выходную мощность солнечной электростанции. Для снижения стоимости СЭ надо построить также и график изменения потребления нагрузки в день, то есть составить таблицу по времени и вписать туда время работы нагрузки. Важно следить за тем, чтобы не было одновременно включено несколько потребителей с большой мощностью, либо большое количество потребителей с небольшой мощностью. При построении такого графика очень тяжело точно понять, когда включается потребитель с плавающей нагрузкой (холодильник, таблица). Чтобы наверняка обезопасить себя, и не промахнуться, предположим, что такие потребители работают постоянно.

Практический курс. Руководство по установке несущих конструкций.

Практическое руководство по установке несущих конструкций.

Данный материал разрешено использовать в образовательных целях.

Установка солнечных панелей имеет специально разработанную монтажную технологию. Помимо этого, следует обратить внимание на наличие нескольких важных требований относительно процесса установки.

Фотоэлектрические модули должны быть размещены в наиболее освещенном месте. Это может быть кровля объекта, фасад или территория возле дома. Наличие затемнений даже малой части поверхности фотоэлектрического модуля недопустимо.

Солнечные панели должны быть установлены на южной стороне кровли жилого объекта. При этом солнечное излучение, которое попадает на поверхность модуля, будет иметь максимальные показатели.

Во время проведения монтажных работ следует учитывать угол наклона фотоэлектрического модуля. Если панели устанавливаются собственноручно, то угол наклона должен быть приближенным к горизонту. Для различных географических местностей угол наклона панелей применяется разный.  Следует также отметить, что периодическое изменение угла наклона поверхности способно повысить производительность. В летнее время угол следует сделать больше на 12 градусов. В то время как зимой, его следует снизить на те же 12 градусов. Если же проведение таких манипуляций невозможно, то угол установки панелей выбирается оптимальный в соответствии с показателями географической широты региона.

В обслуживании солнечных электростанций немаловажную роль играет расположение солнечных панелей. Когда фотоэлектрические модули устанавливаются на приусадебном участке, то расстояние от поверхности панели до почвы должно составлять не менее полуметра. Это позволит исключить возможность перекрытия поверхности выпавшими осадками в виде снега. Если же солнечные панели планируют использовать только в летнее время, то поднимать их над поверхностью земли необязательно.

Важным моментом в установке крышных солнечных электростанций является учет типа кровли.

Кровля каждого отдельного объекта имеет ряд индивидуальных особенностей, которые способны определять дальнейшую технологию монтажа. Следует обратить внимание, что даже цвет крыши играет важную роль. Если кровля здания темного цвета, то она наиболее подвержена сильному нагреву. Если на такой крыше установить фотоэлектрические модули, то перегрева поверхности не избежать. На таких крышах перед монтажом устанавливается специальное покрытие светлого оттенка.

Установка фотоэлектрических модулей на плоских крышах 

Монтировать солнечные модули на кровле данного типа несложно.  Можно сказать, что данный тип поверхности является наиболее подходящим для установки панелей. Успешный монтаж в таком случае достигается за счёт приобретения специальных опорных рам.  Их следует установить в южном направлении и зафиксировать на их поверхности модули под установленным углом. Если рассчитанная мощность электростанции достаточно высока, а площадь крыши — невелика, то  наилучшим вариантом станут многоярусные опорные рамы.

Произведение монтажа панели на поверхности наклонной крыши

Такой вид поверхности для установки солнечного модуля предполагает монтаж с применением особого вида крепления. Как правило, они поставляются в комплекте с солнечными батареями. Данные установочные работы предполагают обязательный учет материала, из которого выполнена кровля. Это позволит оптимально подобрать крепежные конструкции, которые специально разработаны под различные виды крыш. Их обоюдная замена исключается.

Во время выполнения монтажных работ на поверхности наклонной кровли следует уделить особое внимание тому, что между электрическим модулем и поверхностью крыши должен обязательно быть установленный зазор. Он необходим для обеспечения свободной циркуляции воздуха. Таким образом панель сама сможет охлаждаться природным путем.

Между рядами установленных фотоэлектрических модулей обязательно нужно выдерживать расстояние. Это условие позволяет избежать затенения нижних модулей верхними. В данном расчете следует ориентироваться на размеры ряда, то есть высоту модуля. Междурядный интервал должен быть не меньше 1,7 от  высоты панели.  Кроме того существует необходимость делать зазоры между модулями ряда.  Это позволяет сделать процесс монтажа более удобным и  облегчит процесс подключения станции, и проведения обслуживающих работ в дальнейшем.

Немаловажную роль в установке солнечных панелей играет длина коммутационных кабелей.  Чем длиннее кабель,  тем выше энергетические потери станции.  Это касается как соединения соседних модулей, так и кабелей, которые соединяют массив панелей с остальными устройствами станции. 

Например,  кабель, соединяющий накопитель энергии с контроллером заряда не должен быть длиннее четырех метров.

При проведении монтажных работ следует учитывать, что фотоэлектрический модуль закрепляется в четырех точках. Следует также обратить внимание на то, что чаще всего встречаются несущие конструкции, в которых крепеж осуществляется по длинной стороне модуля. Это означает, что положение панели будет вертикальной.

Зачастую, для прикрепления модуля используют фиксаторы прижимного типа. Помимо этого, для данной цели подойдут и болты, которые фиксируются по краям несущих конструкций. Любой вариант крепления предполагает применение узконаправленного приспособления, которое разработано для определенного вида монтажа. Заменять их по своему усмотрению на другие нельзя.

Совершение ошибок при проведении монтажных работ и установка некачественного фотоэлектрического модуля может спровоцировать возгорание. В зоне доступности, недалеко от массива солнечных модулей, должен располагаться огнетушитель.

Монтаж фотоэлектрических панелей предполагает их надежную и неподвижную установку на несущие конструкции в правильно определённом направлении. Металлоконструкции при этом могут быть либо прочно зафиксированными, либо с применением систем слежения. 

Установка трекерных систем повышает эффективность солнечных модулей на 30%. Такие несущие конструкции представляют собой подвижную раму, которая периодически изменяет угол наклона поверхности солнечной панели для ее следования за солнцем.

На поверхности рамы установлены специальные датчики, которые позволяют отслеживать положение солнца и тем самым повышать уровень производительности солнечной станции.

Финансовые затраты на приобретение трекинговых систем более высокие, чем при покупке фиксированных несущих конструкций. Следует отметить, что повышенные инвестиции дают возможность увеличить доход от реализации электричества за счет повышения объемов генерации.

При выборе оптимальной трекинговой системы важную роль играет индивидуальный подход. Различные регионы предполагают определенный уровень облачности и освещенности поверхности солнечных панелей. В зависимости от данных показателей и осуществляется подбор оптимальных несущих конструкций для фотоэлектрических модулей.

Далее мы рассмотрим чёткий алгоритм установки фотоэлектрических модулей на крышу жилого дома.

Ранее мы уже отметили, что темный цвет кровли дома приводит к перегреву фотоэлектрических панелей. Во избежание этого, прежде чем начать монтажные работы, следует установить на крыше светлую основу. Для этой цели наилучшим вариантом является гидробарьер светлых тонов. Он позволит обеспечить кровле защиту от чрезмерной влажности и устранит вероятность перегрева солнечной панели. Следует отметить, что угол установки фотоэлектрического модуля должен составлять 30 градусов.

Перед непосредственным началом монтажных работ необходимо осуществить разметку кровли. Нанесение отметок позволит сократить время установки опорных конструкций и значительно упростить монтаж. Стойки должны быть расположены параллельно, а расстояние между ними должно составлять не менее 1 м. Крепление кронштейнов непосредственно к кровле  производится анкер-клином или дюбелем. Наиболее подходящий размер его составляет 6х65.

Алгоритм проведения монтажа по данному пункту несложен и достаточно понятен:

  1. Изначально необходимо проделать отверстие  подходящего диаметра.
  2. Отверстия следует наполнить специальной смазкой.  В ее роли может поступать  солидол или схожие с ним соединения.
  3. В качестве следующего шага обозначена установка анкера.

Такой метод фиксации является наиболее надежным, так как анкерный клин применяется с целью установки металлических конструкций на кирпичную или бетонную основу. Соответственно, подобного рода нагрузки этот вид крепления способен выдержать.

Анкерный клин фиксируется на поверхность опорной рейки кровли, которая удерживает металлочерепицу.  Если же кровля сделана из бетона, то установочные работы проводить становится намного проще. Этот тип крыши предполагает установку анкеров в метре от следующего.  Помимо анкера может быть использован дюбель 8х65.

Вероятным вариантом также является применение рубероида. Важным аспектом является наличие в нём стекловолокна, обладающего такими свойствами как: небольшие показатели веса, устойчивость, прочность, пластичность.  Этот материал можно использовать на поверхности кровли различной архитектуры и с разнообразным углом наклона.

Следует обратить внимание на то, что монтаж производится в теплую погоду при отсутствии повышенной влажности.

Кроме того необходимо уделить особое внимание предварительной подготовке поверхности для крепления. Изначально нужно провести очистку от грязи и мусора. Поверхность крыши должна быть выровненной.  На предварительном этапе подготовки проводится обезжиривание материала поверхности. В качестве обезжиривателя можно использовать Уайт Спирит. Кроме того необходимо уделить внимание грунтовке поверхности.

После всех вышеописанных мероприятий необходимо уложить предварительно прогретый рубероид на поверхность кронштейна. Важно отметить, что рубероидное покрытие должно выходить за край детали на 5 или больше сантиметра. Продолжение монтажа  будет возможным только после остывание рубероида. Полного остывания не требуется, но небольшое снижение температуры необходимо.

Далее происходит крепление рейки на кронштейн. Наилучшим вариантом будет применение оцинкованного профиля. Его создание предполагает использование метода горячей оцинковки. Это позволяет создать защитное покрытие, толщина которого от 70 до 150 мкм.  Данный вариант позволяет исключить вероятность появления ржавчины и значительно продлевает срок эксплуатации несущих конструкций.

С целью исключения коррозионных изменений следует отдать предпочтение крепежам из алюминия.

После монтажа основной конструкции можно переходить к монтажу кабельной части солнечных панелей.

Кабель постоянного тока следует уложить под металлоконструкцию. Кабели служат соединением всех солнечных панелей с последующим выходом на коммутатор и инвертор. Провода крепим к тыльной стороне профиля пластиковыми хомутами для простоты монтажа и избежания воздействия внешней среды.

Сама солнечная панель крепиться на оцинкованный профиль типа ‘’ЛС-ПРОФИ’’, который стойко переносит капризы внешней среды и не поддается коррозии, что чрезвычайно важно для данного процесса.

Профиль крепиться кронштейном, причем одной стороной к рейке, а другой – к кровле. Все соединения нужно монтировать оцинкованными болтами (М8 или подобные), используя дрель или перфоратор.

Следует заметить, что при соединении не стоит спешить. Крепить профили между собой необходимо гайкой и болтом М8, создавая при этом прочное и надежное соединение.

Правила эксплуатации фотоэлектрических модулей

Регулярное обслуживание и осуществление технического ухода за фотоэлектрическими модулями и другими компонентами солнечной электростанции является залогом скорого возврата финансовых вложений в монтаж объекта.  К устройствам, требующим повышенного внимания, относятся электрические кабели, контроллеры заряда, инверторные установки, накопители энергии, электротехническое оборудование.

Если к солнечному объекту привязан специалист, который несет ответственность за налаживание работы системы и  проведение мониторинга, то вероятность наиболее продуктивной и долгой работы устройств значительно повышается.

Налаженная система мониторинга электростанции играет важную роль в обслуживании. Если этот процесс произведён комплексно и профессионально, вероятность поломки или сбоя значительно снижается.

Процесс оценивания жизнедеятельности СЭС  характеризуется наличием определенных параметров:

  1. Оценка состояния крепление компонентов системы фотоэлектрических модулей. Если крепежные элементы ослаблены, по какой-то причине отсутствуют или на них имеются следы ржавчины, то это приведет к выходу из строя системы.
  2. Важность текущего состояния отдельного модуля. Строительные работы предполагают проверку каждой отдельной панели на работоспособность. Следует помнить, что поломка одной солнечной панели приводит к ощутимым потерям в генерации.
  3. Проверка инверторных установок на наличие пыли  или чрезмерного повышения их температурных показателей. Если вентиляционная система охлаждения инвертора чистится регулярно, то жизнедеятельность электростанции заметно увеличивается. При этом коэффициент полезного действия объекта не имеет тенденции к снижению. Такие мероприятия должны проводиться с любым инвертором, даже тем, который предназначен для наружной установки в регионах с плохими погодными условиями.
  4. Наличие заземления. Показатели безопасности любого объекта, связанного с электротехническим оборудованием, напрямую зависят от данного параметра. Проверка безопасности контактов и наличия изоляции должна проводиться систематически.
  5. Проверка электрической проводки. Время возврата финансовых вложений и общей продуктивности работы станции имеет прямую зависимость от исправности даже таких мелких элементов, как провода. Их состояние, надежное соединение и отсутствие механического повреждения позволяет поддерживать установленный уровень генерации без энергетических потерь.
  6. Особенности расположения станций. Система солнечных модулей должна быть доступной для проведения обслуживающих мероприятий и ремонтных работ.
  7. Соблюдение чистоты. Фотоэлектрические модули, на которых отсутствуют загрязнение и пыль, способны давать на 20% больше энергии по сравнению с теми, которые не подвергаются надлежащему уходу.

Производители фотоэлектрических модулей в качестве рекомендаций заявляют, что проведение плановых мероприятий по отношению к компонентам системы должно проводиться не реже, чем раз в полгода. В реальных условиях регулярность подобного рода мероприятий напрямую зависит от региона местонахождения СЭС и особенностей ее работы.

Будущий владелец солнечной электростанции должен четко понимать, что своевременное техническое обслуживание станции на регулярной основе позволяет исключить возможность появления дефектов и проведения дорогостоящих ремонтных работ в будущем.

Кроме того, следует обратить внимание на то, что приобретение солнечных панелей сомнительного качества, но по сниженной цене, в скором времени приводит к дополнительным финансовым вложениям. Наиболее экономически целесообразным будет приобретение солнечных панелей, в которых соотношение цена-качество будет оптимальной.

Учебный курс. Часть 3 — Солнечные станции домашнего и коммерческого типа.

Солнечные станции домашнего и коммерческого типа.

Данный материал разрешено использовать в учебных целях.

Солнечная электростанция представляет собой объект по генерации электроэнергии при помощи использования энергии солнца.

Работа электростанций может осуществляться в 3 режимах:

  • автономный режим имеет место быть, когда солнечная электростанция не имеет доступа к другим источникам энергии, кроме как к солнечному излучению;
  • резервный режим солнечной электростанции представляет собой особенность функционирования, при которой центральная сеть является основополагающим источником энергии, а солнечная электростанция — вспомогательным.
  • гибридный режим работы предполагает сочетание использования энергии общей сети в дополнение к энергии, генерируемой солнечной электростанцией. Такой режим работы наиболее уместен, когда центральная сеть претерпевает перенапряжение или в ней наблюдаются сбои.

Производство электричества с использованием солнечных электростанций является на данный момент достаточно популярным направлением в возобновляемой энергетике. Данное производство позволяет обеспечить потребителя электрической энергией без привязки к общей сети, получая энергию от солнечного излучения и трансформируя ее в переменный ток.

К числу составляющих солнечной электростанции относятся:

  • фотоэлектрические модули;
  • контроллер заряда;
  • инверторная установка;
  • энергетический накопительный блок (батарея).

Бесперебойная работа солнечной электростанции обеспечивается при помощи работы всех этих составляющих в качестве единой системы.

Структурные компоненты СЭС

Рассмотрим более подробно составляющие части любой солнечной электростанции.

Солнечный модуль

Объединенный единый массив фотоэлектрических модулей является центром солнечной электростанции. Массив солнечных панелей полностью определяет объем генерируемой солнечной станцией электроэнергии.

Солнечная панель или ФЭМ производит трансформацию энергетического потока солнечных лучей в электрический ток. Коэффициент полезного действия обычного фотоэлектрического модуля находится в пределах 10-35 процентов. Усовершенствованные  модели могут показывать результаты КПД 45% и выше.

Принцип функционирования СЭС, основу которой составляют солнечные батареи, достаточно прост и понятен. Фотоэлектрические модули объединяются в единый массив, управление которого осуществляется социальным блоком СЭС. Солнечная батарея при достаточном количестве излучения генерирует постоянный электрический ток. Благодаря инверторной установке, он трансформируется в переменный и поставляется потребителю. Произведенный сверх нормы объём энергии, накапливается в аккумуляторной батарее. Фотоэлектрические модули подразделяются на несколько видов. Это разделение происходит на основе учета кремниевых соединений в составе панелей.

Выделяют три основных вида:

  •  монокристаллические панели;
  •  модули, состоящие из поликристаллов;
  •  аморфные панели.

Следует отметить, что именно наличие кремниевых соединений в составе фотоэлектрического модуля делает возможным создание «p-n» перехода. Именно этот переход позволяет трансформировать солнечные лучи в электрическую энергию. 

Важным параметром эффективности солнечной панели является материал, из которого она состоит. Монокристаллические модули имеют наиболее продолжительный срок работы и отличаются высоким уровнем стабильности. Мощность такой солнечной панели на протяжении 20 лет работы снижается на 5-10 процентов. Среди минусов такого вида модулей можно выделить повышенную хрупкость и сниженные показатели механической прочности устройства. При этом, стоимость такого фотоэлектрического модуля является наиболее высокой из всех представленных видов.

Поликристаллические модули имеют меньшую стоимость, но при этом отличаются сниженной стабильностью выходной мощности. Коэффициент полезного действия таких модулей не превышает 30 процентов.

Новейшие научные методы дают возможность производить модули из соединений кремния аморфной структуры. Такие модули называются тонкопленочными. Срок эксплуатации таких солнечных панелей — порядка 10 лет. Коэффициент полезного действия при этом составляет 10%. В качестве плюсов аморфных панелей следует отметить низкую цену и небольшой вес модулей.

Контроллер заряда

Контроллером заряда называют одно из важнейших звеньев в составе солнечных электростанций, которое выполняет ряд специальных функций. Во-первых, контролёр производит регулировку напряжения, которое производится массивом фотоэлектрических панелей. Во-вторых, это устройство производит контроль над правильностью и продуктивностью заряда накопителя энергии. Это позволяет избежать повышения или понижения уровня заряда, сохранять его в рамках допустимой нормы.

Это устройство связывает фотоэлектрический модуль с накопителем энергии.

Функции контроллера заряда:

  • осуществление подключения фотоэлектрического модуля для заряда аккумуляторной батареи в автоматическом режиме;
  • произведение заряда накопителя энергии, включающего много стадий;
  • осуществление отключения фотоэлектрического модуля после полного заряда батареи в автоматическом режиме;
  • в случае превышения установленной нормы разряда аккумуляторной батареи, произведение отключения в автоматическом режиме;
  • произведение переподключения нагрузки с целью заряда аккумуляторной батареи.

Все вышеуказанные функциональные особенности играют важную роль в процессе сохранения эффективности накопителя энергии, предотвращении его преждевременной поломки, что значительно снижает затратность обслуживания солнечной электростанции. Если на регулярной основе будет происходить перезаряд аккумуляторной батареи, то это приведет к закипанию электролита. Соответственно, будет происходить вспучивание  герметичной конструкции устройства. 

Противоположный процесс — неумеренно высокий уровень разряда батареи, также является опасным. Этот процесс способен привести к сульфатации пластин накопителя и его полному выходу из строя. Наиболее подвержены поломкам в случае неконтролируемого заряда-разряда аккумуляторные батареи на свинцово-кислотной основе. Они чаще всего и устанавливаются в традиционных солнечных системах.

Разновидности популярных контроллеров заряда:

  • устройство с широтно-импульсной модуляцией;
  • устройство с поиском точки максимальной мощности.

Разновидности контроллеров, которые использовались ранее, имели свойства отключать аккумуляторную батарею от фотоэлектрического модуля вызывая короткое замыкание.  Для фотоэлектрических модулей, которые не переносят закорачивание, применение данного типа контроллера было недопустимо. Это значительно ограничивало сферу их применения. 

Устройство с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) отличается последовательностью процесса, которая позволяет заряжать аккумуляторную батарею на 100%. 

Выделяют четыре основные стадии процесса зарядки при помощи подобного контроллера:

  1. Осуществление основного заряда. На данной стадии происходит передача аккумуляторной батарее всего объема электрического тока от модуля.
  2. Осуществление поглощающего заряда. Эта стадия предполагает поддержание определенного уровня заряда батареи.  Таким образом, контроллер исключает возможность повышения температуры накопителя выше нормы и образования газов внутри конструкции. Количество поступающего электрического тока снижается в зависимости от того, насколько заряжен накопитель.
  3. Осуществление поддерживающего заряда. На этой стадии контроллер позволяет сохранять заряд после того, как аккумуляторная батарея зарядилась на 100%.  Также осуществляется снижение поступающего тока во избежание перегрева.
  4. Осуществление уравновешивающего заряда. Данная стадия становится возможной только для аккумуляторных батарей открытого типа. При заряде происходит выравнивание, сопровождающееся крупным выделением газа. Данный процесс предполагает образование водорода и кислорода. Чтобы аккумуляторная батарея не взорвалась, следует предоставить надлежащий уровень вентиляции и обезопасить устройство, разместив вдали от источника огня.

Большая часть устройств, осуществляющих контроль заряда, запрограммированы таким образом, чтобы использовать стандартные заводские настройки. Именно они и регулируют переключения режимов заряда-разряда. Лучше всего отдать предпочтение контроллерам, которые являются настраиваемыми. В них можно выбрать определённую ёмкость аккумуляторной батареи, показатели напряжения заряда, которые рекомендует производитель накопителя энергии.

Подбор контроллера заряда осуществляется в индивидуальном режиме конкретно для каждой СЭС. При этом учитываются параметры мощности фотоэлектрических панелей и нагрузки в целом. Прежде, чем ввести солнечные панели в эксплуатацию, стоит тщательно ознакомиться с руководством и техническим описанием для максимально удачного подбора контроллера.

Аккумулятор, солнечной электростанции также является очень важным звеном. Его функция заключается в накоплении и сохранении электроэнергии, которая была сгенерирована СЭС. Автономная система солнечных электростанции предполагает использование специальных аккумуляторных батарей, срок эксплуатации которых является наиболее продолжительным. 

АКБ

Накопитель энергии (аккумулятор) играет роль буфера, который аккумулирует электричество с использованием обратимость химических реакций. Циклический режим функционирования накопителя обусловлен происходящими в нём химическими процессами, обеспечивающими заряд и разряд. Процесс заряда подразумевает пропускание электрического тока в противоположном направлении процессу разряда. 

Если накопители объединяются в блоки, то их характеризуют как батареи.

Характеристикой накопители энергии в качестве основного параметра выступает емкость. Данный параметр представляет собой наибольший допустимый уровень заряда, который в состоянии выдержать накопитель определённого вида. С целью измерения емкости накопителя его следует разрядить на протяжении установленного времени до установленного показателя напряжения. 

Накопители энергии, которые применяют в энергосистемах разного вида, имеют ряд специфических отличий относительно:

  • показателей номинального напряжения;
  • размеров;
  • емкостных характеристик;
  • видов электролита;
  • наличия ресурсных показателей;
  • скорости произведения полного заряда;
  • ценовой политики;
  • показателей рабочих температур и т.д.

К накопителям электроэнергии в системах солнечных батарей существуют определенные требования:

  1. Аккумулятор должен иметь высокую цикличность, то есть выдерживать как можно больше циклов заряда-разряда.
  2. Предпочтение отдается устройствам, имеющим малый саморазряд.
  3. Показатели зарядного тока должны быть высокими.
  4. Аккумулятор для фотоэлектрической системы должен обладать достаточно широким диапазоном температурных режимов, в пределах которых осуществляется его эффективная работа.
  5. Немаловажным аспектом является отсутствие специальных требований в обслуживании устройства.

Взяв во внимание все вышеперечисленные требования, были созданы накопители энергии глубокого разряда, которые подходят для разных видов систем электрического снабжения.

Для установки на фотоэлектрических станциях существует специальная модификация таких аккумуляторов под названием солар. Эти устройства имеют высочайшие ресурсные показатели во время работы по циклам.

Стартерный вид накопителя в данном режиме работы не является эффективным. Стартерные аккумуляторы не переносят режима глубокого разряда или заряда малым током. Кроме того, они отличаются повышенным уровнем саморазряда. 

Срок эксплуатации таких устройств сравнительно мал. В качестве штатного режима работы данные устройства используют кратковременный разряд при помощи большого тока с последующим восстановлением уровня заряда. Далее они переводятся в режим ожидания запуска стартера. Заряд аккумулятора в это время максимальный.

Для большей ясности можно сравнить эти виды аккумуляторов со спортсменами-бегунами. В данном случае накопитель стартерного типа является спринтером. Специализированная аккумуляторная батарея сравнима со спортсменом-марафонцем.

Наибольшей популярностью в данный момент пользуются накопители энергии на свинцово-кислотной основе. Их популярность оправдана сниженной удельной ценой 1 кВт/ч по сравнению с аналогичными устройствами. Такие накопители имеют выше коэффициент полезного действия и более широкий диапазон рабочих температур. К примеру, если показатели эффективности свинцово-кислотного накопителя составляют порядка 80%, то щелочной накопитель имеет по данным параметрам не больше 60 процентов. 

Некоторые характеристики щелочных аккумуляторов позволяют им превосходить свинцово-кислотные. Во-первых, щелочные накопители имеют больший ресурс в продолжительности эксплуатации. Во-вторых, существует шанс восстановить  работу такой батареи благодаря смене электролита. В-третьих, щелочные аккумуляторы могут эффективно функционировать при низких температурных показателях. При этом многие параметры этой разновидности накопителей делают их непригодными для использования фотоэлектрическими станциями. Среди них:

  • низкий коэффициент полезного действия;
  • сниженный уровень восприимчивости к зарядке при помощи малого тока.

Заключительным звеном составляющих солнечных электростанций является инверторная установка. Инвертором называют специальное оборудование для солнечной электростанции, которое осуществляет трансформацию постоянного электрического тока в переменный.  При этом происходит изменение параметров величины и частоты напряжения. 

Инвертор воспринимает электроэнергию, поступающую от накопителя через специальный вход.  Также инвертор воспринимает энергию, которая подается через контроллер от фотоэлектрических модулей. Основной функцией инвертора является преобразование постоянного тока в переменный. Именно переменный ток используется в дальнейшем для энергетического обеспечения жилого дома  или другого объекта энергопотребления. Инверторная установка подбирается по мощности, которая востребована бытовыми приборами. Измеряется мощность инвертора в ваттах. Наиболее популярными для использования в домашних солнечных электростанциях являются инверторы с синусоидальной формой выходного сигнала. С целью удовлетворения энергетических потребностей жилого объекта производительность инверторной установки должна быть в пределах 2-4 киловатт.

Чаще всего инвертор представлен в форме генератора периодического напряжения. Форма инверторной установки является приближенной к синусоидальной. В пределах фотоэлектрической станции инвертор выступает в качестве одного из центральных звеньев системы.

С учетом того факта, что коэффициент полезного действия фотоэлектрического модуля находится в пределах 30%, применение инверторной установки, имеющей малый коэффициент полезного действия, существенно уменьшит показатели эффективности солнечной электростанции. Такая комбинация делает работу СЭС экономически нецелесообразной и убыточной.

Инверторная установка в составе солнечной электростанции может работать как единое устройство или же  включаться в состав оборудования систем обеспечения бесперебойного питания.

Далее мы рассмотрим стандартные типы солнечных электростанций в зависимости от способов их функционирования.

Автономная СЭС

Солнечная электростанция, характеризующаяся автономным режимом работы, не имеющая связи с общей электрической сетью, называется автономной. Этот вид электростанций используются в тех случаях, когда возможность присоединения к линии электропередач отсутствует. Автономные солнечные электростанции нашли широкое применение в отдаленных регионах и стали альтернативным способом удовлетворения  энергетических нужд жилых объектов. Среди очевидных преимуществ солнечных электростанций автономного типа существенным недостатком является общая стоимость оборудования и монтажа, сложность в расчетах необходимых нагрузок.

Следует учесть, что в случае перебоев в работе автономной солнечной электростанции возобновить энергопотребление за счет использования общей сети будет невозможно. Мощность солнечной электростанции такого вида следует рассчитывать исходя из энергопотребления бытовых приборов жилого объекта. Это позволит полностью удовлетворить энергетические потребности дома.

Немаловажным является тот факт, что автономная солнечная электростанция должна полностью обеспечивать энергетические потребности жилого дома. То есть весь объем электроэнергии, который будут потреблять бытовые приборы, должен быть сгенерирован фотоэлектрическими панелями. В ночное время и при пасмурных погодных условиях энергопотребление дома будет обеспечиваться за счет работы аккумуляторной батареи.

Количество фотоэлектрических панелей для автономной солнечной электростанции должно рассчитываться с тем условием, что энергии должно полностью хватить на потребляемую мощность жилого дома и полную зарядку аккумуляторной батареи. Помимо энергетического обеспечения жилых объектов, такие солнечные электростанции могут использоваться с целью энергообеспечения мощного оборудования при проведении ремонтных и строительных работ в полевых условиях.

С целью увеличения коэффициента полезного действия и наиболее продуктивного использования электростанции необходимо разработать четкий план работы, позволяющий повысить показатели работоспособности системы. Для этого наиболее тщательно следует проработать такие аспекты:

  • требуемая мощность в определённое время суток;
  • какой объем энергии  может предоставить солнечная электростанция на данное время;
  • какие показатели мощности могут быть предоставлены аккумулятором;
  • какая будет конечная цена электричества, поступающая от всех структурных единиц солнечной электросистемы.

СЭС резервного электропитания

Во многих отдаленных от больших городов населенных пунктах не всегда бывает удовлетворительный уровень энергообеспечения. Частые перебои в работе сети  вынуждают искать альтернативные методы. Одним из таких методов является система электропитания.

Такой режим работы не подразумевает использование фотоэлектрических модулей на постоянной основе. Накопитель энергии (аккумулятор) заряжается на 100% и прибывает в режиме ожидания. Если же в общей сети  случается сбой или напряжение не соответствует требуемым параметрам, происходит подключение резервной системы питания. В этот момент инвертор занимается преобразованием постоянного тока от накопителя энергии в переменный. 

Бесперебойное энергоснабжение становится возможным именно благодаря такой схеме работы.  В качестве ограничения в данном режиме работы выступает ёмкость аккумуляторной батареи. Именно этот параметр определяет время подачи энергии из системы резервного питания. 

Резервная солнечная электростанция функционирует только в экстренных случаях, когда подача электроэнергии из общей сети становится невозможной.  Основным аспектом эффективности резервной системы питания является количество аккумуляторных батарей. 

Существует вариант устройства солнечной электростанции резервного типа, при котором процесс зарядки аккумуляторной батареи осуществляется в то время, когда фотоэлектрический модуль генерирует излишки электроэнергии. Чтобы аккумуляторная батарея не теряла заряд в процессе воздержания от перезарядки устройств системы, существует контроллер заряда. Он занимается регулировкой этих процессов. 

Функцией контроллера является отслеживание процесса обеспечения  установленного уровня заряда накопителя энергии. Это значительно увеличивает срок эксплуатации и продуктивной работы аккумуляторной батареи.

Солнечные электростанции сетевого типа

Сетевая СЭС  в качестве структурных компонентов включает в себя  сетевую инверторную установку и фотоэлектрические модули. Инвертор служит для осуществления процесса прямой трансформации постоянного тока, получаемого от фотоэлектрических модулей, в переменный ток. Следует отметить, что частота переменного тока при этом составляет 50 Гц, а напряжение 220 вольт.  Подключение инвертора производится параллельно общей сети. 

При этом, сгенерированная энергия поступает в электросеть и используется первоочередно. Если же солнечные панели вырабатывают недостаточное количество электричества,то энергетическое обеспечение дома осуществляется за счёт  энергии из сети. 

Сетевая СЭС  использует аккумулятор только в случае перебоев в питании. Это преимущество значительно снижает финансовые вложения потребителя.

Следует также обратить внимание на то, что произведенная фотоэлектрическими модулями электроэнергия поставляется потребителю посредством инвертора сразу после генерации.

Объем производимой энергии прямо пропорционален интенсивности солнечного излучения. Когда сетевая солнечная электростанция работает в тандеме с общей сетью, то в приоритете находится электричество, произведенное фотоэлектрическими панелями. Это означает, то при достаточном количестве инсоляции энергия из общей сети не используется абсолютно. Если же уровень инсоляции является недостаточным для обеспечения энергетических нужд жилого дома, то из сети поступает именно то количество энергии, которого недостает.

Основы застройки электростанции

Строительство солнечной электростанции предполагает предварительное создание программы. Такой подход позволяет создать четкий алгоритм, который будет детализировать каждый основной процесс в строительстве.

Важнейшими пунктами программы будут:

  • территориальное согласование, то есть утверждение той местности, на которой будет располагаться солнечная электростанция;
  • создание безопасных условий для работы  персонала и функционирования объекта в целом;
  • разработка фонда строительства;
  • произведение монтажа фотоэлектрических панелей;
  • проведение монтажных работ по сбору конструкций;
  • строительные работы на подстанциях;
  • проведение электрических работ на указанном участке;
  • подключение электростанции к общей сети;
  • проведение тестирования и начало работы солнечной  электростанции.

Немаловажным аспектом в планировании строительства солнечной электростанции является управления ценой объекта. Проект СЭС будет считаться жизнеспособным, если расходы на его строительство будут продуманными и обоснованными.

Следует также отметить, что владельцы солнечных электростанций чаще всего прибегают к услугам компании-подрядчика, которая проводит работы по инжинирингу для дальнейшей проектировки и постройки объекта. Гарантийные обязательства в пределах соглашения между подрядчиком и владельцем СЭС предоставляются на фотоэлектрические панели, гарантию объема производства энергии, на мощность солнечной электростанции в целом.

Помимо этого, во время проведения монтажа обязательным условием является контроль качества выполненных работ.

Далее мы рассмотрим какой формат солнечной электростанции наиболее подходит для частного домовладения. 

Для энергетического обеспечения жилого дома и для реализации остатков энергии по зеленому тарифу наиболее подходящим типом СЭС будет сетевая.

Часто люди, интересующиеся процессом установки солнечных электростанций на территории частного дома, задаются вопросом о том, какова будет стоимость оборудования для жилого помещения, к примеру, площадью 100 квадратных метров.

Следует отметить, что цена оборудования имеет прямую зависимость не только от жилой площади. В данном случае применяется другой метод расчета.

Прежде чем принять решение об установке солнечной электростанции, место установки должен осмотреть специалист. Только он сможет дать заключение  о том, соответствуют ли технические условия электрических сетей монтажу солнечных модулей. Проводится оценка требуемой мощности в киловаттах на определенный жилой объект.

Максимальная разрешенная мощность домашней солнечной электростанции составляет 50 кВт. Это предельная граница, которая разрешена к покупке в Облэнерго. Если владелец дома решил установить солнечную электростанцию мощностью 50 кВт, то он должен подвести к жилому объекту кабель соответствующей мощности. В соответствии с указанными условиями в дальнейшем производится расчет всех технических параметров.

Следующим шагом в установке солнечной электростанции является монтаж оборудования и ввод в эксплуатацию целостной системы. Только после этого осуществляется документальное подтверждение и составление соглашения относительно поставки и реализации электричества Облэнерго. Затем необходимо открыть счет в банке, на который будут начисляться денежные средства, вырученные от продажи излишков электроэнергии.

Последним шагом в этом алгоритме является подключение зеленого тарифа и получение прибыли от домашней солнечной электростанции.

Процесс установки солнечной электростанции вместе с документальным оформлением может уложиться приблизительно в 30 дней. Сроки могут затягиваться если номинальная мощность энергетической сети частного дома составляет порядка 5-10 кВт. В таком случае владелец частного дома должен посетить РЭС и составить заявление, на основании которого соответствующие органы дадут разрешение на установку более мощного кабеля.

Немаловажным фактором, который интересует будущих владельцев солнечных электростанций, является срок окупаемости их вложений. В Украине, учитывая уровень инсоляции, эти строки могут варьироваться от 5 до 7 лет.  

Если в частном домовладении установить солнечную электростанцию мощностью 10 кВт, то срок окупаемости будет приблизительно 6-6,5 лет, если же мощность электростанции будет 30 кВт, то вложенные средства отобьются за 5-5,5 лет. 

Относительно доходов от солнечной электростанции частного характера, можно сказать, что это сумма находится в пределах 10000 гривен за 1 месяц.

Следует также отметить, что генерировать электроэнергию только с целью энергетического обеспечения своего дома не слишком выгодно. Сегодняшний зелёный тариф позволяет реализовывать остаточную энергию в сеть по цене, которая в 6-7 раз превышает цену потребленной.

Количество солнечного излучения наибольшим образом влияет на объем производимой энергии. К примеру, если Вы являетесь владельцем солнечной электростанцию в Закарпатье, то показатели инсоляции будут в пределах 1100 Вт. Если же солнечную электростанцию установить в частном доме в Одесской области, то эти показатели увеличатся до 1500 Вт. Чем более солнечным является регион, тем быстрее окупится проект.  

Период наибольшей солнечной активности, как правило, начинается с мая месяца и заканчивается в сентябре. Среднее значение объемов выработки электроэнергии солнечной электростанции в течение суток  составляет порядка 90 киловатт-часов.

Сколько же нужно фотоэлектрических модулей для солнечной электростанции мощностью 30 киловатт?

Если  учесть, что один солнечный модуль имеет мощность  250 Ватт, то для такой СЭС потребуется 120 модулей.  

Сейчас популярность набирает установка солнечных модулей  в многоквартирных домах. Единственным условием успешности такого мероприятия является наличие мощной проводки. Помимо этого, при проектировании солнечной станции такого типа учитывается площадь кровли объекта. Неудовлетворительные размеры крыши могут стать ограничивающим фактором. Фотоэлектрические модули имеют различную мощность, поэтому если площадь крыши невелика, отличным выходом будет установка более мощных панелей в меньшем количестве.

На данный момент государство оказывает всяческую поддержку владельцам домашних солнечных электростанций. Государственные банки, в том числе Ощадбанк, предлагает клиентам выгодные условия кредитования для покупки оборудования СЭС. 

Множество факторов в архитектуре жилого дома могут стать барьером для установки солнечной электростанции. Причиной тому может быть сложное построение кровли; ориентация скатов, неподходящая для установки панелей; неудовлетворительный уровень затенения; наличие помех (это может быть дымовая труба, вентиляционный выход или окно). Несмотря на вышеперечисленные факторы, возможность установить 30-киловаттную солнечную электростанцию все же присутствует.

Монтаж становится возможным, если на территории домовладения  присутствует участок, метраж которого позволяет установить фотоэлектрические модули именно на нём.

Повышенный интерес к наземным солнечным электростанциям возникает по причине часто встречающейся ограниченности в площади кровли. Среднестатический частный жилой объект, даже имеющий подходящую крышу, общая площадь которой достигает 100 квадратных метров, позволяет установить до 15 кВт номинальной мощности. 

Если на приусадебном участке установить фотоэлектрические модули, совокупная мощность которых составит 30 киловатт, прибыль от продажи электроэнергии составит порядка 5000 евро за 12 месяцев. Это при условии, что жилой объект будет потреблять порядка 5 сотен киловатт-часов за месяц. Время, за которое инвестиции в домашнюю солнечную электростанцию вернуться ее владельцу, составляет около шести лет.

Монтаж домашней солнечной электростанции не является усложненной задачей с технической точки зрения. Минимизация временных затрат, исключение неправильных расчетов и дефектов работы происходит за счёт привлечения профессиональных солар-инсталляторов. 

Важнейшими условиями, обязательными к соблюдению при монтаже солнечной электростанции на земельном участке, являются южная ориентированность фотоэлектрических модулей и исключения затеняющих объектов. Немаловажным фактором является также размещение фотоэлектрических модулей. Отсутствие возможности установки модулей в один ряд можно нивелировать при помощи внимательного отношения к плану и размещения рядов панелей таким образом, чтобы исключить взаимное затенение. Такой подход хоть и потребует большей площади, зато обеспечит большую продуктивность работы СЭС.

Частная солнечная электростанция, мощность которой составляет 30 кВт, в среднем занимает порядка 500 метров квадратных. Площадь также зависит от угла наклона модулей. 

Сложность монтажа наземной или крышной электростанции определяется  наличием типовых конструкций. Если на предварительном этапе проектирования электростанции, которая в дальнейшем будет располагаться на приусадебном участке, было произведено конструирование и проведены необходимые расчёты определённых нагрузок, то монтаж на местности займёт минимальное время. В этом случае проектирование будет состоять в определении оптимального местонахождения «столов», то есть несущих конструкций, которые будут удерживать непосредственно солнечные модули. Если же монтаж солнечных панелей производится на крыше здания, то расположение фотоэлектрических модулей и процесс составления полной комплектации оборудования занимает максимальное количество времени. 

Когда монтаж наземной солнечной электростанции производится при помощи оборудования, не являющегося типичными, то время строительства затягивается, а сам процесс намного усложняется.

Время монтажа солнечной электростанции на приусадебном участке  определяется рядом факторов:

  • наличие подробного плана территории;
  • особенности рельефа участка;
  • наличие коммуникаций, находящихся под землёй;
  • геологические условия регионов;
  • предварительное согласование установленного местоположения несущих конструкций для фотоэлектрических модулей;
  • установление общей мощности солнечной электростанции.

Если установка типовой конструкции стола невозможна, то некоторое время понадобится на процесс разработки индивидуальной конфигурации.

Типовая конструкция стола для установки солнечной панели представляет собой специальный профиль. Наиболее подходящий материал для создания несущих конструкций — оцинкованное железо или алюминий. Помимо веса фотоэлектрического модуля типовая несущая конструкция должна быть рассчитана на наличие дополнительных нагрузок. В процессе конструирования учитывается вероятность влияния снега, дождя и сильных порывов ветра на поверхность солнечной панели.

Наилучшим вариантом для создания несущего профиля для солнечных панелей является стальная конструкция. Для повышения показателей износостойкости конструкцию лучше обработать при помощи метода горячей оцинковки. Толстый слой цинка при этом не допустит появление ржавчины на протяжении долгих лет. Процесс оцинковки также надежно защитит места срезов конструкции.

Монтаж солнечной электростанции частного порядка осуществляется следующим образом:

  • конструкции и детали транспортируют на приусадебный участок, где и будет происходить установка солнечной  электростанции;
  • производится сборка компонентов по типу конструктора согласно требованиям сертификатов на проект.

Стоимость монтажных работ  по установке солнечной электростанции

 Цена монтажных работ варьируется в пределах 10% от общей сметы  солнечной электростанции. Следует отметить, что качество опорных установок напрямую влияет на продолжительность работы солнечной электростанции и безопасность финансовых вложений в будущее.  Профессиональные проектировщики могут значительно упростить процесс монтажа и сократить сроки строительных работ без ущерба для качества проекта. Таким образом, исполнителю монтажных работ на местности будет намного проще работать по предварительно разработанному плану, нежели импровизировать.

При монтаже наземной солнечной электростанции  ключевым моментом является фундамент. В качестве фундамента могут использоваться:

  • балластные сооружения, состоящие из железобетонных блоков;
  • традиционный фундамент, выполненный из бетона;
  • специальная основа, сделанная посредством  закапывания свай из металла в грунт.

С точки зрения  скорости и технологичности  фундамент из металлических свай является наиболее подходящим.  Чтобы создать такое сооружение, необходимо использовать специальное оборудование и технику, которая обеспечит правильное внедрение свай в землю. Глубина, на которой должна находиться свая, составляет порядка полутора метров.

Создание такого фундамента при наличии необходимого технологического сопровождения может занять несколько часов.  Далее на такой основе может производиться монтаж конструкций.

Если же был выбран вариант с бетонным фундаментом, то монтажные  работы лучше отложить до следующего дня. Бетон требует определенного времени застывания. 

При условии готового фундамента, монтаж может занимать порядка нескольких суток. Такой срок проведения работ возможен при наличии типовых конструкций. Установка опор и монтаж фотоэлектрических модулей осуществляется достаточно быстро. Отдельным сектором работ с повышенной ответственностью является установка инверторов и подключение кабелей. Следует отметить, что эти мероприятия можно проводить одновременно с установкой солнечных панелей.

Монтаж солнечной электростанции, мощностью 30 кВт, можно осуществить при наличии профессионализма у работников на протяжении 4 дней. Этот процесс предполагает полный комплекс строительных работ и проведение настройки оборудования.

Если на предварительном этапе было проведено качественное проектирование, а подготовка к монтажным работам основывалась на наличии опыта и грамотном распределении обязанностей, то установка солнечной электростанции будет происходить в кратчайшие сроки и позволит исключить наличие дефектов.

Важно заметить, что эффективность солнечной электростанции частного дома возможно увеличить до 5% благодаря  креплениям, имеющим переменный угол. Такая особенность конструкции позволяет изменять угол наклона солнечного модуля посезонно. Владелец электростанции может производить эту манипуляцию самостоятельно в зимнее и летнее время.

Следует также выделить системы фасадного монтажа фотоэлектрических панелей. Данный вариант является наиболее подходящим для тех, кто предпочитает грамотное распределение жилой площади дома. Системы фасадного крепления разделяются на два типа: 

  • те, которые монтируются непосредственно в фасад здания;
  • те, которые прикрепляются путем навешивания конструкций.

Солнечные электростанции частного характера отличаются от коммерческих объемами генерируемой электроэнергии. Если солнечная станция, установленная в частном домовладении, имеет основную цель – энергообеспечение дома, то для коммерческой СЭС эта цель заключается в получении прибыли от продажи электроэнергии. Следует отметить, что частная СЭС также производит продажу электроэнергии в общую сеть, только в небольшом количестве.

Учебный курс — Часть 3. Способы генерирования электроэнергии.

Способы генерирования электроэнергии.

Данный материал разрешено использовать в учебных целях.

Поток солнечных лучей, попадающих непосредственно на поверхность Земли, имеет максимальную плотность 1 киловатт на метр квадратный. Диапазон длины волн при этом составляет 0,3-2,5 мкм.

Такое излучение получило название «коротковолновое». Следует отметить, что такой тип излучения состоит из лучей видимого спектра.

Солнечные лучи представляют собой поток энергии, получаемый из общедоступного источника с повышенными температурными показателями (температура Солнца составляет порядка 6 тысяч градусов по Кельвину) по сравнению с привычными энергетическими источниками.

Оборудование, которое использует энергию Солнца с целью генерации электроэнергии, могут быть размещены как на планете Земля, так и за пределами ее атмосферы.

Когда коротковолновое излучение от солнца проходит сквозь атмосферные слои, то оно разделяется по типам осуществления взаимосвязи:

Поглощение энергии. 

Лучи трансформируются в тепло путем возбуждения молекул.

Рассеивание лучей. 

То направление, в котором происходило изначальное движение лучей, изменяется, а угол их попадания на земную поверхность искажается.

Отражение лучей. 

Этот тип взаимодействия не имеет зависимости от того, под каким углом происходит падение лучей. Порядка 30 процентов концентрированного потока лучей Солнца из космического пространства посредством отражения отправляется обратно. Отражение происходит благодаря облакам или снежной поверхности (льду), покрывающим поверхность Земли.

Помимо генерации электроэнергии при помощи гелиосистем, излучение от солнца используется в отопительных целях(в отдаленным районах с низким температурным режимом и недостаточным количеством отопительных ресурсов), а также с целью горячего водоснабжения.

Концентрированный поток солнечной энергии может предоставить диапазон температур от 100 до 700 градусов Цельсия. Этих температурных показателей будет достаточно, чтобы обеспечить функционирование теплового двигателя, имеющего сравнительно высокий коэффициент полезного действия.

Существует технология создания специальных концентраторов параболической конфигурации. Только вот изготовление такого устройства диаметром более 30 метров является проблематичным. Если же учесть мощность подобного оборудования (порядка 700 киловатт, то есть 200 киловатт в час электричества), то финансовые и временные затраты вполне оправданы. Такой мощности концентратора вполне хватит для энергообеспечения малых энергетических систем. Коммунальные сети стационарного вида требуют больших показателей мощности  и продуктивности.

Преобразование солнечной энергии по термодинамическому методу 

Метод преобразования энергии с использованием явления термодинамики позволяет получить электроэнергию из солнечных лучей почти аналогично генерации электричества посредством использования других энергетических источников.

Следует учитывать тот факт, что излучение, попадающее на земную поверхность, имеет определенные особенности:

  • сниженные показатели плотности;
  • наличие цикличности в течение суток;
  • наличие цикла в зависимости от сезона;
  • влияние погодных условий.

Термодинамическое преобразование должно происходить таким образом, чтобы применение различных показателей тепла не влияло на продуктивность функционирования системы. Это значит, что следует обязательно использовать в подобной системе накопители энергии, чтобы исключить вероятные колебания эксплуатационных режимов работы системы. Аккумуляторы позволят обеспечить заданное количество энергии с привязкой ко времени.

Устройство, благодаря которому становится возможным процесс термодинамического преобразования солнечного излучения, обязано иметь в составе такие технические составляющие:

  • система приема, которая занимается преобразованием солнечной энергии в тепловую (тепловая энергия впоследствии переходит к теплоносителю);
  • система, позволяющая переносить тепловой носитель от системы приема к накопителю или теплообменникам (именно в них происходит нагревание рабочего тела);
  • система, позволяющая управлять падающей солнечной радиацией;
  • тепловой накопитель энергии;
  • теплообменники.

Солнечные электростанции, в основе работы которых лежит использование принципа термодинамики в преобразовании энергетического потока, в основе своей работы имеют 2 фундаментальных пути.

Первый путь позволяет использовать малые централизованные станции в отдаленных или труднодоступных регионах.

Второй путь регламентирует использование солнечных установок большого размера (их мощность – порядка 20-30 МВт). Оборудование такого типа применяется в мощных энергосистемах.

Солнечные коллекторы

В своем составе установка, воспринимающая солнечные лучи имеет важную конструктивную составляющую – солнечный коллектор. Это устройство улавливает солнечные лучи. Дальше происходит трансформация энергетического потока от солнца в тепло с последующим нагреванием воды, воздуха и других теплоносителей.

Существуют коллекторы фокусирующие и имеющие плоскую конфигурацию. 

Первый тип коллектора осуществляет поглощение энергетического потока лучей с дальнейшим концентрированием. Другими словами – возрастают показатели плотности потока. Если же говорить о солнечных коллекторах, имеющих плоскую конфигурацию, то тут поглощение происходит без концентрации.

Концентраторы радиации или солнечного потока энергии

Посредством концентратора происходит увеличение показателей плотности радиационного потока солнечных лучей. Концентратор представляет собой специальное оборудование, имеющее вид  набора линз (или зеркальных поверхностей). 

Оптические поверхности в такого рода устройствах бывают плоской формы, параболоцилиндрической или параболоидной. Для изготовления этого компонента используются материалы, имеющие высокие показатели отражения (тонкая металлическая пластина или фольгированный материал).

Выделяют две разновидности СЭС: башенной и модульной конфигурации.

Модульная электростанция представлена в виде большого количества коллекторов, концентрирующих излучение. Коллекторные установки не зависят друг от друга и производят слежение за солнцем самостоятельно.

Следует заметить, что концентратор может не быть в виде параболоида. Эта конфигурация наиболее продуктивна, но не является обязательной.

Задача концентрационного оборудования состоит в передаче энергии теплоносителю, точнее – его наполнению. Нагретая жидкость (содержимое теплового носителя) подается в центральную часть станции. В качестве жидкости теплообменника может использоваться термохимическая составляющая (к примеру, диссоциированное соединение аммиака) или водяной пар (для прямого использования паровой турбиной)

Системы, состоящие из сосредоточенных коллекторных установок, характеризуются рядом минусов:

  • каждый отражатель нуждается в отдельном теплоприемнике,  имеющем сложную конструкцию;
  • если предположить, что придется снять энергию с 20 тысяч отражателей, имеющих форму параболоида, то понадобится дорогостоящий обменный контур, способный выдержать высокую температуру (учитывая привод генератора в 100 мегаватт). Контур будет служить соединением для отделенных друг от друга концентрационных установок.

Недостатки нивелируются, если заменить 10 000-20 000 приемников одним подобным относительно габаритных размеров и конфигурации устройством. Важным требованием является поднятие устройства над землей. 

В таком виде и существует солнечная станция башенного типа. Концептуальное отличие ее состоит в том, что происходит замена параболических отражателей плоскими. Это значительно удешевляет технологию.

Использование солнечных прудов

Солнечным прудом называют нагревательное сооружение, предполагающее в роли теплозащитной крышки использовать воду.

В качестве основы может быть использован крупный водоем (природный или вырытый специально для этой цели). Такая технология не требует больших финансовых затрат. Например, на территории Израиля роль солнечного пруда может играть Мертвое море. 

В составе солнечного пруда имеется накопитель тепловой энергии, именно поэтому сфера применения его достаточно обширна.

Применение солнечного пруда:

  • в системах солнечного теплообеспечения объектов;
  • в обеспечении горячей водой жилых домов;
  • с целью выработки тепловой энергии для технологических нужд;
  • в кондиционировании (кондиционеры абсорбционного вида);
  • генерация электричества.

Солнечный пруд способен параллельно выступать в роли коллектора и накопителя тепловой энергии.

Технология создания солнечного пруда предполагает заливку разных по плотности (за счет концентрации солей) слоев воды. Слой воды, где концентрация соли самая высокая, находится на дне водоема. Его ширина составляет порядка полуметра.

Посредством поглощения солнечных лучей дном, имеющим темный цвет, самый нижний слой воды нагревается.

Плотность водного слоя на дне с повышением температуры снижается, но смешения с последующим слоем не происходит из-за правильно рассчитанной концентрации соли в воде. 

Конвекция в солнечном пруде отсутствует, то есть нагретая вода со дна не поднимается на поверхность, как это происходит в обычных водоемах. Таким образом, температура придонного слоя воды повышается порой до 90 градусов по Цельсию (бывают даже случаи закипания). 

Солнечный пруд способен обеспечивать бесперебойное функционирование солнечной электростанции на случай исчезновения инсоляции. Пруд, имеющий глубину в два метра, позволит СЭС работать в прежнем режиме около недели. Если же глубина водоема больше, то можно говорить о сезонном цикле накопления энергии.

Существенным недостатком такого типа накопления солнечной энергии является необходимость использования крупных территорий. Солнечные пруды с экологической точки зрения очень безопасны, ведь соленые водоемы в дикой природе существуют не один век.

Солнечные установки, расположенные за поверхности Земли

На данный момент растет популярность «солнечных домов». Эти жилые объекты полностью обеспечивают свои энергетические потребности самостоятельно. Они во многих случаях не имеют даже подключения к общей сети, потому не обременены плановыми отключениями электроэнергии, повышением тарифов и прочими проблемами современных энергопоставок потребителю.

Наибольшее количество подобных проектов реализовано в Соединенных Штатах, странах Западной Европы и Японии. В нашей стране подобные технологии тоже внедряются, хоть и слишком медленно. То ли по причине финансовой затратности, то ли из-за слабого понимания принципа работы таких установок и очевидной выгоды.

Такой способ генерирования энергии может иметь в своей основе один из трех вариантов преобразования энергии:

— фотоэлектрический;

— фототермический;

— фотохимический.

Фототермический способ предполагает  нагревание теплоносителя к коллекторной установке, представляющей собой систему труб, поглощающих свет. Температура нагрева теплоносителя достаточно высока. Технология способна обеспечивать теплом жилье в качестве отопления.

Коллектор находится на поверхности кровли объекта для того, чтобы количество солнечных лучей, попадающих на его поверхность, было максимальным.

Существует также специальная система светоотражающих жалюзи. Она управляется при помощи компьютера и создает максимально приемлемый уровень освещенности коллектора для обеспечения оптимального температурного режима помещений. 

Определенное количество энергии накапливается посредством использования аккумуляторов (тепловых или механических). Этот процесс является краткосрочным – энергия сохраняется пару суток, не больше. Если же имеется необходимость долгосрочного хранения энергии, то понадобится химический аккумулятор.

Примечательно, что один квадратный метр коллекторной установки в течение суток способен обеспечить порядка 70 литров воды, температура которой около 80 градусов по Цельсию. 

Труднодоступные регионы с холодным климатом уже давно используют данную технологию.

Если «солнечный дом» имеет кроме тепла от солнца еще и электроэнергию собственной генерации, то стоит рассмотреть следующую разновидность гелиоустановки.

Такой вид коллектора предполагает использование в качестве теплонакопителя фреона. Это может быть и другая жидкость. Главное – она должна иметь малую теплоту испарения.

Такого рода установка функционирует при ста градусах по Цельсию и не имеет нужды в концентраторах солнечного излучения. Когда же в качестве теплоносителя используется вода, то ее температура должна достигать 200-500 градусов по Цельсию. При этом в обязательном порядке должны использоваться концентраторы в виде зеркальных поверхностей, направляющих солнечные лучи на поверхность коллектора. 

Фотоэлектрические преобразователи стали применяться гораздо чаще в последнее время. Чаще всего они создаются из кристаллических по своей структуре соединений кремния и арсенида галлия.

Преобразование энергии солнца при помощи ФЭП

Основу данного метода генерации электроэнергии составляет поток солнечной энергии, именуемый среди научной общественности световым потоком (потоком фотонов). Как и поток воздуха, поток солнечных частиц имеет определенную энергию.

Стоит заметить, что до попадания в атмосферу показатели плотности солнечного потока варьируются в пределах 1360 ватт на метр квадратный. По прохождении слоев атмосферы интенсивность инсоляции становится значительно меньше, а на земной поверхности показатели приближены к тысяче ватт на квадратный метр. 

Для преобразования энергии солнца в электричество важную роль играет  псевдоквадрат из кремния, края которого имеют скошенную форму. Диаметр этого приспособления составляет 125 мм. Данное устройство называется фотоэлектрическим преобразователем (ФЭП). 

Каким же образом происходит преобразование энергии? Решить данный вопрос удалось физикам, которые смогли открыть явление фотоэффекта. Этот процесс представляет собой вырывание заряженных частиц из структуры атома благодаря влиянию светового излучения.

В начале 20 века физиком Планком было доказано, что световое излучение имеет свойство выделяться и поглощаться определенными порциями. Эти «порции» были названы квантами (или фотонами). 

Эта гипотеза выступила обоснованием научной работы, которая была проведена Генрихом Герцем тринадцатью годами ранее. 

Позднее были выведены 3 закона этого явления:

В условиях константного спектрального состава между силой тока насыщения и попадающего на катод потоком света существует прямо пропорциональная зависимость. 

Рост кинетической энергии заряженных частиц, которые были вырваны световым излучением, возрастает и не имеет зависимости от интенсивности светового потока.

Фотоэффекта не будет, когда частота светового потока ниже установленной красной границы. 

Теория фотоэффекта является основой для объяснения процессов, происходящих в ФЭПе. 

Фотоэлектрический преобразователь выступает в роли центрального компонента солнечной панели. Следует отметить, что ФЭП является полупроводниковым элементом. В фотоэлектрическом преобразователе происходит уникальный процесс – вентильный фотоэффект. В его основе лежит появление электрической движущей силы в пределах p-n перехода. Этот процесс осуществляется под влиянием солнечного излучения.

Вентильным фотоэффектом, происходящим в пределах запирающего слоя, называют процесс, когда заряженные частицы оставляют одно тело и проходят в полупроводниковый элемент сквозь разделительную поверхность.

Полупроводниками называют соединения, удельная проводимость которых находится между показателями проводников и диэлектриков. Главное отличие полупроводников от проводников состоит в сильной зависимости проводимости от количества примесей, температурных показателей и разных типов лучей.

К числу полупроводников относятся материалы, имеющие ширину запрещенной зоны в районе пары эВ. 

Полупроводники: селен, германий, мышьяк, кремний, большое число сплавов.

Наиболее популярным представителем полупроводников на данный момент выступает кремний. Этот элемент составляет порядка 30 процентов в земной коре.

Кремний стал наиболее востребован именно в солнечной энергетике по ряду причин:

— доступен, имеется в большом количестве в природной среде;

— имеет малый вес;

— ширина запрещенной зоны 1,12 электрон-Вольт. 

Современный рынок солнечных систем коммерческого типа для установки на земле представлен на 90 процентов кристаллическими панелями из кремния и на 10 процентов – тонкопленочными.

Центральной фигурой в конфигурации ФЭП выступает p-n переход. Если говорить простым языком, то фотоэлектрический преобразователь – это своеобразный «бутерброд», где слои кремния поддаются процессу легирования.

Стоит отметить, что p-n переход отличается своей особой возможностью выступать в роли энерго барьера для частиц, переносящих электрический ток. Иными словами, переход пропускает носителей заряда лишь в одну сторону.

Этот эффект и является основополагающим в производстве электроэнергии солнечными панелями.

Солнечные лучи оказываются на поверхности панели и запускают процесс генерации заряженных частиц в теле полупроводника. Носители тока появляются с минусом (электрон) и с плюсом (дырка). Задачей p-n перехода является разделение заряженных частиц по «своим» половинам. Хаотическое движение носителей тока превращается в упорядоченное разделение по разным сторонам определенного типа частиц. Далее эти разделенные частицы пускаются во внешнюю цепь. Именно там и создается напряжение. В замкнутой цепи при этом появляется электричество.

Если говорить о материалах, применяемых для создания фотоэлектрических преобразователей, то кристаллы кремния и соединения арсенида галлия являются наилучшими вариантами. Их устойчивость к теплу и коэффициент полезного действия имеют повышенные показатели (выше на 20 процентов, чем у других материалов).

Когда мы говорим о «солнечных домах», то рассматривать только объемы генерации электроэнергии неразумно. Помимо количества произведенной от солнца энергии, немаловажную роль играет энергоэффективность здания. Ведь грамотное распределение получаемой энергии и экономное отношение к ней позволяет сократить ненужные траты и снизить потребность в электричестве и тепле.

Кроме солнечных панелей на крыше или на территории домохозяйства, здание должно иметь высокий уровень теплоизоляции, оснащение мощными вентиляционными системами и т.д. Это позволит не нести большие энергетические потери.

Солнечные панели – будущее!

Солнечные панели занимаются преобразование потока солнечной энергии в электричество, которое может быть использовано для удовлетворения текущих энергетических нужд объекта или запасаться при помощи аккумуляторов.

Существуют каркасные и бескаркасные панели. Первый вид представлен в виде поверхности, обрамленной профилем. Как правило, профиль изготавливается из алюминия.

Сама поверхность панели представлена в виде стеклянной плиты. По сути своей она является фотоэлектрическим генератором. Поверхность солнечной панели включает заламинированные составляющие. Корпус панели с внутренней стороны имеет диодный блок. 

Крышка диодного блока скрывает электрические контакты. Именно они и используются с целью подключения панели.

Солнечные панели, не имеющие каркаса, представлены в виде ламинированной поверхности на алюминиевой основе. Кроме того, они могут располагаться на стеклотекстолите. Еще одним вариантов является модуль, не имеющий подложки.

В состав модуля также входит пленкообразный материал этил-винил-ацетат. Он находится между солнечными элементами. 

С лицевой стороны модуль покрыт пленкой, не имеющей цвета. С тыльной стороны размещена подложка или пленкообразный материал без отдельных оптических условий.

Следует отметить, что функционирование солнечного модуля сохраняется при температурном режиме от минус 50 до плюс 75 градусов по Цельсию.

Атмосферное давление порядка 84-106 килопаскалей не способно помешать работе панели. Влажность, при которой фотоэлектрический модуль может работать составляет до 100 процентов.

Если говорить о погодных условиях, то дождь, интенсивностью 5 миллиметров в минуту не станет помехой для полноценной работы модуля. 

Солнечная энергетика набирает популярность по всему миру благодаря наличию ряда преимуществ.

Во-первых, генерация электроэнергии посредством использования солнечных панелей является достаточно простым и надежным способом. Фотоэлектрический модуль не требует какого-либо топлива. Он может полноценно функционировать, имея внутренний ресурс.

Во-вторых, солнечные панели не требуют замысловатого и сложного обслуживания. Владельцы частных СЭС отмечают неприхотливость модулей.

В-третьих, неоспоримым преимуществом фотоэлектрических модулей является то, что промежуточные фазы процесса преобразования энергетического потока отсутствуют. Если владелец домовладения или коммерческого объекта решился на приобретение солнечных установок, то его проблемы с энергообеспечением решены надолго.

Срок службы солнечных модулей исчисляется десятками лет. В большинстве случает их можно использовать порядка 20-25 лет с достаточной эффективностью.

Не стоит вырывать из контекста и тот факт, что фотоэлектрические модули не наносят ровным счетом никакого вреда окружающей среде, ведь не имеют выбросов и отходов деятельности в процессе генерации энергии.

Кроме того, стоит обратить внимание на то, что использование ВИЭ дает возможность не только экономить средства, но и приумножать свой доход за счет продажи электроэнергии по «зеленому» тарифу в сеть.

В вопросах определения преимуществ солнечной энергетики не следует упускать из виду один из главных плюсов – неиссякаемость ресурса. Солнечная энергия является бесплатной, ее залежей не существует, Солнце светит миллиарды лет и будет светить.

Накопление энергии

Генерация электричества очень тесно взаимосвязана с аккумулированием. Ведь выработку энергии нельзя просчитать точно, потому возникает необходимость остатки сохранять на определенное время с целью использования их во время дефицита солнечного излучения (ночью или в плохую погоду).

Следует заметить, что децентрализованное использование для альтернативных источников энергии является наилучшим вариантом. Причина тому – низкие показатели интенсивности и наличие рассеянности.

Процесс накопления энергии от ВИЭ кардинально отличается от процесса аккумулирования энергии от атомных и тепловых станций.

ВИЭ, как правило, рассредотачиваются по территории, потому передача электроэнергии на большие расстояния теряет смысл.

Основной проблемой использования экологичных источников энергии является выравнивание спроса по времени. Так как природные условия и интенсивность излучения от нас не зависят, то и предугадать объемы генерации в те или иные часы невозможно. Именно аккумулирование энергии способно решить эту проблему.

Отсутствие контроля объемов вырабатываемой от солнца энергии нивелируется при наличии мощных накопителей, способных сохранять излишки энергии на некоторое время, а при необходимости предоставлять ее для удовлетворения энергетических нужд.

Рассмотрим варианты накопления электроэнергии:

  • тепловой;
  • химический;
  • электрический.

Накопление энергии сопровождает не только альтернативную энергетику, но и традиционную. Только если аккумулирование энергии ТЭС выражается в виде запасов угля, то накопление энергии ВИЭ выглядит абсолютно иначе.

Тепловой способ накопления энергии

Тепло с низкими температурными показателями выступает в роли одного из наиболее востребованных источников в современном мировом энергопотреблении. Все дело в том, что при обогреве помещений использование тепла с высокими температурными показателями в целом не обязательно. Высокотемпературный источник может пригодиться в промышленных целях.

С целью теплообеспечения жилых помещений достаточно будет приемника тепловой энергии от солнечных лучей и накопителя тепла. 

 В климатических условиях, которые предполагают преобладание низкого температурного режима, наиболее актуально аккумулировать тепловую энергию. Кроме накапливания тепла от солнечного излучения, популярна также аккумуляция остаточного тепла при функционировании оборудования.

Создать запас тепловой энергии на 90 дней – абсолютно посильная цель. Главное – создание продуманного проекта жилья. Первоочередной задачей является качественная теплоизоляция. Помимо этого, следует продумать, как предотвратить появление плесени и сделать невозможным отсыревание. 

Кроме того, важно установить вентиляционную систему, которая будет управляться с компьютера. Рециркуляция тепла в данном случае станет прекрасным решением.

Внутренним источником тепловой энергии может стать остаточное тепло от приготовления еды, света и т.д. Следует только продумать, как это тепло можно сохранить.

В мире существует масса примеров подобных жилых объектов, которые сочетают в себе энергоэффективность и современный дизайн. При этом никаких неудобств для обитателей такого дома не существует.

Следует заметить, что накопительная способность скальных пород в данном варианте лучше, чем у воды. 

Сам по себе жилой объект на протяжении 4-х суток способен выступать в качестве накопителя тепловой энергии. 

Сохранение тепла наиболее востребовано в регионах, где преобладает холод. В жарких странах наиболее востребована технология аккумулирования холода. Эти две технологии очень схожи.

Когда речь идет о накоплении тепловой энергии, то следует упомянуть о существовании технологии, основанной на смене фазового состояния некоторых соединений при определенном температурном режиме.

Яркий пример тому – глауберова соль. При температуре 32 градуса по Цельсию это соединение распадается. Реакция распада является обратимой. В результате запуска обратного процесса выделяется 650 МДж тепла на 1 метр квадратный. 

Цена накопителей энергии формируется в зависимости от сложности и материала конструкции. Накопители тепла с водой внутри имеют значительно меньшие показатели удельной плотности. А аккумулятор, использующий процесс распада глауберовой соли может стать альтернативным решением.

Химический способ накопления энергии

Химические элементы образуют ряд связей, способных удерживать энергию. Выделение энергии происходит посредством экзотермической реакции. Широко известной реакцией является горение. В отдельных случаях реакция требует запуска внешними факторами. Это может быть повышение температуры или применение катализаторов.

Применение в аккумуляторах биологических соединений имеет особые условия, мы его рассматривать не будем. Остановимся на применении традиционных химических составляющих, которые используются в популярных видах накопителей энергии.

  1. Использование водорода. 

Процесс электролиза в результате дает соединения водорода. Для запуска процесса необходим источник тока. Водород в газообразном состоянии помещается в специальные резервуары и поставляется на объекты, нуждающиеся в источнике энергии. Для удовлетворения потребности в энергии водород сжигается. 

Продуктом распада выступает вода, то есть никаких вредных веществ не выделяется в процессе использования. Чуть меньше 20 грамм воды выделяется в процессе получения 242 Дж тепла.

Хранение водорода в крупных объемах вызывает ряд неудобств и дополнительных затрат. Самый перспективный и наименее затратный способ – применение каверн, расположенных под землей. Такие природные цистерны напоминают те, которые образуются в процессе добычи природного газа.

Альтернативным решением является применение для транспортировки водорода трубопроводов. Для этой цели подойдут и те, которые на данный момент поставляют природный газ.

С целью получения электроэнергии водород тоже может успешно использоваться без вреда для окружающей среды. Топливные элементы могут без проблем работать на водороде.

  1. Использование аммиака.

Аммиак разлагается при определенном температурном режиме на Н2 и NH3. Если применить эту реакцию в тепловом двигателе, то появляется возможность получать электричество беспрерывно. Для этого лишь необходима тепловая энергия солнечных лучей.

Электрический способ накопления энергии

Электроэнергия является максимально совершенной формой энергии. Ее накопление – первоочередная задача современной науки. Ученые по всему миру проводят годы в поисках оптимального способа аккумулирования. Важную роль в этом поиске играет удешевление технологии.

Общеизвестный факт, что накапливать и выдавать по необходимости электроэнергию способна аккумуляторная батарея.

Батареи разного объема и конфигурации входят в состав солнечных и ветровых электростанций.

Популярные