Головна Автори Інформація по Надточей Кирилл

Надточей Кирилл

40% ефективності за ціною 20% – сонячні панелі Insolight та MELA

Теоретично ми можемо витиснути максимум 34% з полікристалічних панелей. Але це буде дуже важко та дорого. І така панель ніколи не поверне свої гроші, якщо ми не запустимо її в космос. А це сповільнює розвиток альтернативної енергетики та лімітує те, що ми можемо витиснути з сонця не вкриваючи цілі обласні сонячними батареями.

Але навіщо ж робити всю сонячну батарею супертехнологічною, якщо можна просто фокусувати сонячне випромінювання на фотоелектричних елементах невеликого розміру? Адже невеликий високоефективний фотоелемент коштує в сотні раз дешевше за велике полотно. І саме ідея використання сонячних батарей з малими фотоелементами високої ефективності в поєднанні з пастками для світла та лінзами призвела до появи сонячних панелей Insolight та інших батарей на основі MELA (Multi-Element Lenset Array – Багатоелементний Масив Лінз).

Навіщо це треба?

Сьогодні купити полікристалічну сонячну панель з коефіцієнтом ефективності у 20% – це дуже й дуже непогано. І зазвичай їх ефективність коливається в рамках 12-18%. А яку саме вибрати вже залежить від вашої ділянки та площі поверхні даху. Тож власники великих ділянок можуть брати найдешевший варіант і мати власну сонячну електростанцію альтернативної енергетики, що по розмірах та потужності обмежена тільки законом. Тобто 50 кВт — це не проблема, якщо є де поставити.

З іншої сторони класичні 6 соток з дачею — це занадто мала територія навіть для сонячної електростанції на 20 кВт, не кажучи вже про 30 кВт та 50 кВт. Але зовсім інша справа, якщо мати сонячні панелі з ефективністю у 2-4 рази більшою. Таким чином і необхідна площа скоротиться в рази.

Як це працює?

Загалом є декілька концептів. Найменш практичним для пересічного українця є батарея, що нагадує звичайну супутникову антену, але замість радіосигналу, дзеркало фокусує на фотоелементі відбите сонячне світло. На жаль, такий варіант є занадто громіздким для масового використання і не дуже естетичним.

Більш прогресивними є панелі Insolight. В них використовуються високоефективні фотоелектричні елементи. Вони розташовані у вигляді матриці. Замість скла подібна панель має масив лінз, що фокусують світло на фотоелектричних елементах. Варто зазначити, що основа з фотоелементами та масив лінз є рухомими й постійно зміщуються упродовж дня. Таким чином, сфокусований промінь завжди залишається на фотоелектричному елементі.

Складнішими, але дещо кращими є MELA сонячні панелі запропоновані тут. Їх особливість — це використання двох площин з лінзами, які утворюють “пастку” для світла та нормалізують кут падіння сонячних променів. Тобто розв’язують проблему різкого падіння ефективності сонячних панелей

вранці та ввечері, коли кут падіння променів вже далеко не оптимальний. В тестах їх панелі дійсно показали непогані результати. А також в них використовуються звичайні аморфні сонячні панелі.

Висновки

Чи варто вже шукати такі сонячні батареї на дачу? Поки що ні. Ця технологія ще тестується і, на жаль, не має прикладів вдалого масового комерційного використання. Тому єдине, що ми можемо вам порадити — це тримати руку на пульсі та дивитися в бік звичайних сонячних панелей та максимально використовувати переваги зеленого тарифу по нинішніх тарифах.

Авто та човни на сонячних батареях, що працюють.

Машина, що не потребує ні бензину, ні розетки. Звучить як фантастика, чи не так? Насправді це і є фантастика і їздити на джипі, що має тільки сонячну панель та електромотор у вас не вдастся. Просто максимальна потужність, наприклад, Tesla Model 3 досягає 615 кВт, що дозволяє цьому автомобілю розігнатися до 100 км/годину всього за 2,6 секунди. А це дуже добрий результат навіть для спорткару.

Tesla Model 3 — Вікіпедія

Звичайний легковий автомобіль має двигун потужністю в середньому 100-150 кінських сил або 75-107,5 кВт. А ось сонячна панель площею 2 метри квадратних, якраз приблизно площа даху, в світлий день дасть всього 400 Вт потужності. Тобто це трохи більше половини кінської сили і розігнати автомобіль вагою в кілька тонн самим лише сонцем не вдастся. Тяга буде приблизно як від одного важкоатлета замість 100 коней.

Чи є шанс у сонячних автомобілів?

Встановлювати сонячні панелі на самі авто – це не надто гарна ідея. Кут такої панелі завжди буде не оптимальним, а будівлі та дерева, що стоять обабіч доріг будуть зрізати ще більший шмат від тих крихт енергії. Але є рішення, що точно працюватиме. Наприклад та сама компанія Tesla пропонує використовувати електровантажівки. Таким чином вантажоперевезення стануть набагато дешевшими, адже на автостанціях можуть бути розміщені сонячні електростанції. І прибуваючи на автостанцію вантажівка буде не тільки залишати вантаж та отримувати новий, а й підзаряджатись або міняти свій акумулятор на свіжий та повністю заряджений.

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

Чи можу я зробити сонячний електрокар собі сам?

Якщо коротко, то так! Звичайно це не буде автомобіль у звичному для нас сенсі. Але зробити малий електрокар, якому не потрібна ні заправка, ні розетка – цілком реально. І це довів своїм “Зроби Сам” відео ютубер Марк Хав’єр.

Все, що він зробив це встановив чотири велосипедних двигуна-колеса потужністю по 1000 Вт на міцну металеву раму та зробив дах з сонячних панелей потужністю 200 Вт. Для зберігання електроенергії він використав звичайні 48 Вольтові акумулятори для електробайків ємністю 10 Ампер годин. За його словами його легкий електрокар може проїхати до 20 км на одному акумуляторі, а заряджається цей акумулятор приблизно 2-3 години в сонячний день.

Звичайно це далеко не оптимальний транспорт для міста. Але використання подібного транспорту на великих підприємствах, фермах та в селищах могло б зберегти немало часу. Або наприклад подібний автомобіль можна використовувати як гольф-карт. Перевагою такого транспорту є відсутність необхідності його заправляти, відсутність шуму мотора та відносна надійність.

Ціна проекту склала 2000 євро. Але якщо використовувати більш дешеві комплектуючі то вийде знизити вартість електрокара мінімум в 2 рази. До того ж, треба врахувати, що це прототип.

Сонячні яхти

З іншої сторони, яхти на електричній тязі, що можуть також працювати від сонячних батарей, вже досить давно є реальністю. Навіть невелика яхта має достатньо площі палуби та даху надбудов для розміщення сонячної електростанції до 10 кВт. А це вже непогана потужність. Звичайно розраховувати на стрибки по хвилям як на катері не варто, але розігнатися до 7-10 км/год цілком реально. І це непоганий результат для звичайної яхти.

Наразі найбільш оптимальним варіантом є використання сонячних батарей та акумуляторів для живлення маневрового двигуна яхти зі щоглою. Тобто при виході з гавані, проходженні під мостами та у штиль можна використовувати електромотор, а решту часу – силу вітру. Тим часом сонячна електростанція надасть необхідну енергію для освітлення, приготування їжі, живлення приладів навігації, керування та комунікації.

Іншим прикладом є використання комбінованої системи з потужної сонячної електростанції, акумулятора високої ємності, та резервного дизельного генератора. Зазвичай подібна яхта може рухатись зі швидкістю 12-14 км/годину більше 4 годин на одному акумуляторі. В сонячну погоду чей час значно зростає. А якщо додати зупинки на відпочинок і дайвінг, то сонячної енергії цілком вистачить на невелику екскурсію.

Зменшуючи масштаби можна цілком ефективно використовувати сонячні панелі для тяги на малих рибацьких човнах довжиною всього в кілька метрів. Таким чином можна отримати досить пристойний тихий річковий транспорт, хоч і не надто швидкий.

З іншої сторони збільшити масштаб та будувати танкери і контейнеровози на сонячній тязі – вже нереальна задача. Проблема в тому, що чим важчий корабель, тим більше води він витісняє і тим більше води чинить йому опір. Таким чином, судно MV TransAtlantic довжиною 100 метрів, що здатно транспортувати 5 000 тонн вантажів має силову установку потужністю 3,6 МВт або майже 5 тисяч кінських сил. Якщо навіть всю площу палуби накрити сонячними панелями, то отримана потужність буде лише 10% від потрібної.

Висновки

Транспорт чисто на сонячній тязі – це фактично нереально. А все через те, що максимальний потік сонячного випромінювання на рівні моря досягає 1020 Вт/м2. І навіть панелі зі 100% ефективністю дозволяли б отримати потужність в 3-4 кінських сили для автомобіля. Але навіть Ford Model T 1908 року мав двигун на 20 кінських сил. Кардинально інша справа, якщо використовувати стаціонарні сонячні електростанції для підзарядки авто. І це до речі, не просто буде, а вже є в рази дешевшою альтернативою бензину.

Як зробити сонячні панелі на 30% більш ефективними? Spark – автоматична система очищення сонячних батарей.

Багато виробників та компаній, що встановлюють малі сонячні електростанції на приватних господарствах кажуть наступне “Поставив і забув”. Але чи справді сонячну панель можна встановити та забути про її існування? Просто отримувати електроенергію або навіть заробляти без потреби її регулярно обслуговувати.

Пилові бурі, на жаль, тепер це сувора реальність.

Пил, пісок та бруд — це вороги кожного власника сонячної електростанції. Адже саме вони зрізають великий шмат ефективності панелі й можуть позбавити вас третини номінальної потужності. Або третини доходу. До того ж, раніше пилова буря була відверто дивом для України. Так само, наприклад, для Києва снігові завали щозими були нормою. Але зима 2020 року рясніла тільки дощами й з неба дуже рідко падав сніг.

Комунальним службам це було на радість, але інша сторона медалі не забарилась і уже навесні на додаток до пандемії, кияни зіткнулися з повітрям повним диму, попелу та пилу. Звичайно, в першу чергу це загроза здоров’ю. Але також це втрата ясних сонячних днів через зменшення прозорості повітря, та велика кількість пилу та попелу, що осідає на різних поверхнях. В тому числі й на сонячних панелях.

Зміна температури

Підвищення температури взимку свідчить про ніщо інше, як про зміну клімату. В Україні стає дедалі тепліше щороку, хоча й кут нахилу до сонця залишається незмінним. Але це породжує деякі проблеми для власників сонячних батарей, адже їх ефективність зменшується з нагріванням фотоелектричних елементів. При прохолодному вітрі сонячні батареї віддавали достатньо тепла без додаткових систем охолодження. Але зростання середньорічної температури втричі швидше ніж у решті світу є тривожним сигналом.

Spark – автоматична система очищення сонячних панелей

Ефективним рішенням є система Spark, яку для розуміння її принципу роботи можна назвати “автоматичною системою поливу сонячних панелей”. Її особливість в тому, що вона працює по 15-20 секунд витрачаючи мінімальну кількість води максимально ефективно. Тобто при мінімальній витраті вона ефективно очищає поверхню сонячної панелі від попелу та пилу. А також охолоджує її, що підтримує температуру фотоелементів на необхідному рівні для максимально продуктивної роботи. Для того, щоб запобігти зайвій витраті води ми рекомендуємо встановити систему стоків і використовувати воду, що залишилась від мийки сонячних панелей для поливу.

Площа сонячних батарей - це відмінний збірник води для поливу.

Варто зазначити, що очищення сонячних панелей вручну є дуже витратною, адже чистка з садового шланга не така економна по витраті води. А також це очевидна витрата часу. Варто згадати що і суха чистка мітлою не є гарною ідеєю, адже мікроподряпини набагато сильніше знижують ефективність сонячних панелей ніж пил.

Ще однією важливою перевагою Spark є сумісність з будь-якою сонячною панеллю незалежно від формфактору та розміру. Тож ця система точно підійде і для вашої приватної сонячної електростанції. А самі розбризкувачі не утворюють тіні на сонячних панелях. А ще Spark повністю управляється зі смартфона. Так що ви можете в будь-який момент поставити необхідний цикл або вимкнути систему.

Навчальний курс. Енергокооперативи: переваги, перспективи та реальні показники доходу.

Даний матеріал дозволено використовувати в освітніх цілях

Що таке енергетичний кооператив?

Визначення енергетичного кооперативу дуже просте. Це кооператив, що дозволяє громадянам забезпечувати свої потреби (як індивідуальні, так і загальні), пов’язані зі споживанням енергії. 

Енергокооперативи можуть виконувати такі завдання:

  1. Загальна заготівля енергетичної сировини (закупівля дров, пелет, виробництво брикетів / пелет з соломи і деревини, вирощування енергетичної лози).
  2. Оптова закупівля послуг, пов’язаних з енергоефективністю (послуги енергоаудиту, термомодернізації житлових і промислових або офісних об’єктів).
  3. Фінансування придбання членами кооперативу енергетичних установок (котлів, акумуляторів, сонячних батарей і т.д.).
  4. Виробництво електроенергії з альтернативних джерел енергії (зокрема, встановлення сонячних і вітроелектростанцій, біоТЕС на соломі і тирсі).
  5. Виробництво тепла (як для членів кооперативу, так і для опалення цілих вулиць або районів в селах і містах): в селі установки по видобутку біогазу з відходів тваринництва, в місті – котли на твердому паливі.
  6. Автономний нагрів і постачання гарячої води від геліоколекторів.
  7. Охолодження і централізоване кондиціонування приміщень (наприклад, як в Барселоні).

Варто відзначити, що це лише найпростіші приклади моделей енергетичних кооперативів. Насправді, їх набагато більше. Так, в Німеччині існує кооператив “Друзі Прокон”, який займається управлінням проектами з девелопменту в сфері поновлюваних джерел енергії, в США сотні кооперативів забезпечують електроенергією сільські території та мають значні мережі розподілу і генеруючі потужності. Однак, повернемося до наших місцевих можливостей.

Найпростіший приклад енергетичного кооперативу в наших умовах – це кілька господарів, які об’єдналися для того, щоб купити спільними зусиллями тріскодробарку. Це простий пристрій коштує близько 1000$, проте далеко не кожен господар може дозволити собі його придбати. І простоювати така тріскодробарка буде у індивідуального власника 90% часу.

Але, поєднання фінансових зусиль невеликої спільноти надає відчутні переваги всім її членам. Тирса прекрасно горить в котлах, а кожен з членів кооперативу може використовувати дробарку, щоб забезпечити себе тирсою на опалювальний сезон. Крім того, дробарка дозволяє конвертувати в паливо практично будь-які залишки дерева, які раніше стали б сміттям. При постійно зростаючій ціні газу та інших енергоносіїв, така спільна інвестиція членів кооперативу у подрібнювач – більш, ніж виправдана і окупається буквально за один сезон.

Така модель – це тільки початок. Енергетичні кооперативи можуть виробляти брикети / пелети, вирощувати енергетичну вербу, будувати біогазові і сонячні електростанції. Наше законодавство має ряд проблем, які створюють обмеження для розвитку енергетичних кооперативів, проте вже сьогодні можливості для застосування кооперативної моделі в енергетиці вражають.

Навіщо нам потрібні енергетичні кооперативи?

Фрідріх Вільгельм Райффайзен, є одним із засновників кооперативного руху в Німеччині. Він стверджував, що кооператив дозволяє консолідувати ресурси і направити їх на вирішення спільних енергетичних проблем. Вони дозволяють вирішувати проблеми, які не під силу одній людині, оскільки у неї мало ресурсів. Однак, зберіть разом ресурси хоча б 10 таких людей – і побачите, що разом вони можуть вирішувати істотно більші за масштабом проблеми, ніж раніше.

Енергетичні кооперативи дозволяють забезпечувати велику кількість власних потреб, пов’язаних з енергією без взаємодії з державою, не чекаючи чергової постанови уряду або доброї волі монополістів. Довіра і спільна дія дозволяють забезпечити себе паливом, отримати оптові знижки на утеплення або енергетичне обладнання, налагодити спільне виробництво енергії або енергоресурсів (наприклад, пеллет або брикетів).

Загалом, модель роботи енергетичних кооперативів обмежується тільки фантазією тих, хто їх створює і законодавством. Незважаючи на проблеми з останнім уже сьогодні їх створення має потенціал вивести сотні тисяч громад зі стану енергетичної бідності і забезпечити надійним постачанням від місцевих енергетичних ресурсів.

Світові практики енергетичних кооперативів

Енергетичний кооператив – важливий учасник енергетичних ринків розвинених країн. Один з перших прикладів – Німеччина. У країні, яка швидкими темпами рухається від викопної і атомної енергетики до все більш широкого використання відновлюваних джерел енергії, тут працюють понад 700 активних енергетичних кооперативів. Вони створені з найрізноманітнішими цілями. Напевно, найбільше серед них тих, які поєднують фінансові ресурси громадян для того, щоб скористатися можливістю заробити на «зеленому тарифі». Це створило ситуацію, при якій у 2012 році приватні домогосподарства і енергокооператіви володіли 47% встановлених потужностей у відновлюваній енергетиці Німеччини.

Енергетичні кооперативи стали однією з рушійних сил німецького енергетичного повороту (Energiewende) і дозволили залучити до зеленої економіки мільярди євро від звичайних громадян Німеччини ще тоді, коли німецькі енергетичні гіганти дуже амбівалентно ставилися до перспектив відмови від викопного палива.

Енергетичні кооперативи в Німеччині працюють за дуже різним моделям. Крім того що вони заробляють на “зеленому тарифі” від сонячної енергії, існують сотні енергокооперативів, які здійснюють забезпечення місцевих жителів теплом, електроенергією, послугами мережі. Багато з них створені жителями однієї вулиці для того, щоб влаштувати на ній централізоване опалення з використанням місцевої сировини. Однак є і досить великі кооперативи, які оперують значними потужностями з виробництва електроенергії.

Значну популярність енергетичні кооперативи отримали також в Данії, Нідерландах, Швеції, Австралії, Великобританії. І особливої потужності рух енергетичних кооперативів набрав у США. За даними асоціації енергетичних кооперативів Touchstone, яка налічує 750 членів, енергетичні кооперативи знаходяться в 46 штатах. Сукупно вони утворюють найбільшу в США енергетичну мережу, забезпечуючи енергією мільйони американців, які є їх співвласниками. Більшість з них не мають уявлення про те, що десь у нас єдиний варіант отримати електроенергію – це приєднатися до мережі обленерго. Історія деяких енергетичних кооперативів тягнеться з 40-х, 30-х, або навіть 20-х років XX століття.

Які можливості енергетичні кооперативи відкривають для нас

Енергетичні кооперативи точно не можуть вирішити всіх проблем енергетичного сектора в нашій країні. Однак, вони можуть стати важливим рішенням для величезної кількості людей і співтовариств, великих і малих громад, які зможуть без надії на державу забезпечувати себе та інших енергетичними ресурсами і створювати нову якість життя.

Енергетичні кооперативи – хороший механізм, що дозволяє перетворити довіру один до одного в дієвий механізм переходу від занадто централізованої пострадянської моделі енергетики до більш локалізованої, яка покладається насамперед на місцеві ресурси і створює робочі місця, нові економічні моделі та можливості для жителів громад.

Енергокооперативи в Україні

В Україні перші найпростіші енергокооператіви тільки починають створюватися. Найпростіша і найбільш перспективна модель енергетичного кооперативу в умовах українського села – це спільна заготівля декількома фермерськими господарствами сировини для виробництва солом’яних паливних брикетів / пелет. Адже купити таку установку одному господареві дорого, і сировини у нього одного може не вистачати для завантаження обладнання. У західних регіонах господарі об’єднуються, щоб купувати спільно подрібнювачі для деревини.

Наприклад, кілька господарств, що спеціалізуються на вирощуванні малини, створили в селі Лосятин Тернопільської області кооператив «Ягідний край», разом купили холодильники для зберігання ягід. Для власного енергопостачання купили установку для виготовлення паливних брикетів із стебел малини, разом нею користуються.

Під Харковом 12 фермерських господарств об’єдналися в кооператив з виробництва біопалива з ріпаку, який самі ж і вирощують. Потрібне обладнання було закуплено на грант.

Один фермер не міг би отримати велике фінансування по грантової програми, а енергокооператив, об’єднавши активи, зміг. Вироблений біодизель фермери використовують для заправки власної сільгосптехніки (що дозволило знизити собівартість продукції), а також для шкільного автобуса і швидкої допомоги.

Ще приклад з Харківської області: три приватних домогосподарства створили енергокооператів і отримали спільно дешевий кредит на будівництво міні-СЕС на дахах. Вони не тільки забезпечують себе, але і, створивши юрособу, продають 2/3 виробленої електроенергії, заробляючи близько 10 тис. Грн на місяць. Проект окупиться за 2,8 року.

На сьогодні в Україні побудовані близько 1000 сонячних електростанцій на дахах приватних домогосподарств. З’являються і перші СЕС на дахах багатоповерхівок (чому заважають правові моменти).

Економіка такого сонячного енергокооператива розраховується для кожного енергокооператива окремо. Перш ніж будувати СЕС, треба дізнатися в «Укренерго», чи є у них вільні потужності для підключення.

В Україні перспективно вигідно продавати теплоносії і є сенс будувати котельні на біомасі (солома зернових, кукурудзи, соняшнику та інших культур).

У сільській місцевості вигідно будівництво біоТЕС – когенераційні установки з виробництва тепла та електроенергії одночасно на біомасі, що забезпечує їм повну енергонезалежність. За підрахунками експертів, такі проекти окупляться за два опалювальні сезони.

Однак бурхливому розвитку енергокооперативів в Україні заважає те, що складні моделі кооперативів з виробництва теплової і електричної енергії поки що вимагають отримання дозволів та ліцензій. Саме тому активісти підготували і зараз вимагають прийняти закон «Про споживчі енергетичні кооперативи», який спростить їх діяльність.

Для втілення в життя місцевих проектів в галузі альтернативної енергетики жителі, організації та підприємства об’єднуються в так звані енергокооперативи. Найчастіше енергетичні кооперативи прагнуть до самостійного, ні від кого незалежного екологічного виробництва електроенергії. Іншими словами, це своєрідна форма громадянської активності або громадської участі в процесах, пов’язаних з політикою, прийняттям законів і рішень місцевого значення – на рівні регіонів і комунальних товариств.

Жителі ЄС прекрасно розуміють всі плюси переходу на екологічні поновлювані джерела енергії. В Європі не тільки активно втілюють в життя використання альтернативних видів енергії, а й постійно нарощують темпи за допомогою організації діяльності в формі кооперативів. Як приклад, варто подивитися на Великобританію, в якій діє близько 5000 енергокооперативів, що користуються сонячною і вітровою енергією.

Енергетичні холдинги в Німеччині в наш час відчувають серйозну конкуренцію від енергокооперативів, оскільки останні виробляють близько 30% електричної енергії завдяки використанню вітрових електростанцій. У зв’язку з цим енергетичний пакет «Clean Energy for All Europeans» в країнах Євросоюзу обмежує право підключення в першу чергу енергетичних кооперативів до мережі.

Також енергокооперативи спочатку зобов’язані забезпечити власні потреби в носіях електроенергії, яку генерують, а залишок реалізувати в мережі згідно до «зеленого тарифу».

У найближчі десять років в ЄС бачать тимчасову енергоперспективу у використанні енергетичних кооперативів. Згідно з дослідженнями, проведеними виданням CE Delft: вже в 2030 році домоуправління і кооперативи, які є учасниками ринку енергетики, будуть займати близько половини населення Євросоюзу. А кооперативи, які виробляють електроенергію будуть вносити свою лепту в розмірі 20% (сьогодні – 9,8%).

У сільських районах, особливо у відокремлених селах, де є проблема стабільного забезпечення електроенергією, енергокооперативи, що користуються енергією прямої і розсіяної сонячної радіації (сонячного світла), мають відмінний шанс стати прибутковими для сільських громад.

У зв’язку з цим виробництво об’єктів генерації електроенергії в сільських колективних підприємствах або об’єднаннях різних за обсягом виробників сільгосппродукції в енергокооперативи може послужити поштовхом для енергетичної незалежності в майбутньому.

В даному випадку відмінним рішенням буде створення кредитних спец пакетів від банківських організацій (характерних для подібних проектів) для енергокооперативів в сільському господарстві. Розрахунки, про які говорилося вище, велися з урахуванням українських кредитних ставок. При залученні більш вигідних у фінансовому плані європейських грошей, проекти по розвитку носіїв тепла і когенерації електроенергії повинні окупитися протягом 3 – 4 років.

Клімат і «зелений» тариф в Україні значно прискорюють процес окупності і примножують дохід учасників кооперативів.

Створюючи бізнес-план майбутнього енергокооператива щодо забезпечення членів теплом, слід врахувати, що в Україні така діяльність сьогодні вимагає отримання наступних дозвільних документів, а саме:

  1. отримання ліцензій: на виробництво теплової енергії; транспортування теплової енергії; постачання теплової енергії. Відповідні ліцензії видають обласні державні адміністрації;
  2. дотримання ліцензійних умов за кількістю і кваліфікації персоналу, технологічного відповідності процесів, організації бухгалтерського обліку та звітності;
  3. затвердження фіксованих тарифів в органах місцевого самоврядування;
  4. підтвердження цільового призначення земельних ділянок, на яких розташовані котельні та теплові мережі і ін.

Навчальний курс. Особливості оформлення «зеленого» тарифу на практиці.

Зелений тариф – заробіток на відновлюваній енергетиці

Даний матеріал дозволено використовувати в цілях навчання.

Поняття зелений тариф прописано в законі про електроенергетику: це тариф, за яким оптовий український енергоринок повинен купувати електричну енергію, яка виробляється на об’єктах електроенергетики з поновлюваних джерел енергії (включаючи сонячну та гідроенергію). Постачальники електроенергії повинні купувати її у випадках, обсягах і за цінами, які визначені національною комісією регулювання електроенергетики України (НКРЕ). Тобто, зелений тариф в Україні є механізмом для заохочення громадян для виробництва ними електроенергії з поновлюваних джерел енергії.

Розглянемо коротко, яким чином можна заробити на приватних електростанціях. Законодавство України прописує 2 варіанти установки електрогенеруючих фотоелементів: на території приватного домоволодіння (до 30 кВт) і у вигляді бізнес проектів (до тисяч кіловат). Інвестиції на такі проекти істотно відрізняються, та й необхідна документація теж різна. Зрозуміло, що час на здійснення проектів теж буде не однаковим.

Ставки за «зелений кіловат»

Ставка «зелених» тарифів в 2016-2019 році згідно з постановою НКРЕКУ від 30 червня 2016 року № 1188.

Приватний сектор

Для сонячних батарей

Встановлено наступну вартість одного кіловата сонячної енергії (згідно з постановою НКРЕКУ під номером тисячі сто вісімдесят вісім, хто вступив в дію з 16 серпня 2016 року):

  • з 1 січня 2016 по 31 грудня 2016 – 534,43 коп / кВт • год (без ПДВ);
  • з 1 січня 2017 по 31 грудня 2019 – 508,69 коп / кВт • год (без ПДВ);
  • з 1 січня 2020 по 31 грудня 2024 – 457,22 коп / кВт • год (без ПДВ);
  • з 1 січня 2025 по 31 грудня 2029 – 407,26 коп / кВт • год (без ПДВ).

Для вітряних генераторів

  • з 1 липня 2015 по 31 грудня 2019 – 327,02 коп / кВт • год (без ПДВ);
  • з 1 січня 2020 по 31 грудня 2024 – 293,71 коп / кВт • год (без ПДВ);
  • з 1 січня 2025 по 31 грудня 2029 – 261,92 коп / кВт • год (без ПДВ).

Для юридичних осіб та бізнесу

Що стосується генерації в промислових масштабах, то тут враховується рік побудови і розміщення джерел альтернативної енергії.

Крім того, скасована обов’язкова умова для промисловців, що стосується вітчизняного обладнання. На сьогоднішній день власники підприємств мають право використовувати пристрої від будь-якого іноземного бренду.

При цьому установка вітчизняних батарей або вітрових генераторів зараз стимулюється на державному рівні збільшенням тарифів на 5-10%.

Щоб отримати більш високу ставку, потрібно використовувати в установках до 30-50% вітчизняних вузлів. Тобто, користуватися українськими сонячними батареями або вітровими генераторами економічно вигідно.

Тарифікація для сонячних батарей на землі:

  • 2016 рік – 0,16 євро;
  • 2017-2019 – 0,15 євро.

Тарифікація для сонячних батарей на даху:

  • 2016 рік – 0,172 євро;
  • з 2017 по 2019 рік – 0,163 євро.

Важливі моменти зеленого тарифу

В розрахунках вартості кіловата енергії, виробленої в промислових масштабах, використовуються спеціальні коефіцієнти.

Існуюча роздрібна ціна множиться на певний коефіцієнт – в результаті визначається вартість кіловата по «зеленому» тарифу.

 Зміни коефіцієнта в залежності від джерела енергії:

  • об’єкти альтернативної енергетики наземного типу – 4,8;
  • установки, змонтовані на дахах, потужністю від 100 кіловат – 4,6;
  • установки, змонтовані на дахах і фасадах будівель, потужністю менше 100 кіловат – 4,4.

Для обліку електрики використовуються лічильники, виготовлені українськими виробниками. Встановлюються моделі реверсивного типу на одну або три фази.

Слід зазначити, що ставка фіксується один раз – в момент укладення договору з місцевою енергетичної державною компанією. Подальше зниження тарифів власників стосуватися не буде.

Вимоги до потужності обладнання виробляє електроенергію

Обмеження по потужності стосуються тільки приватних будинків і господарств. До недавнього часу допустимий максимум становив 10 кіловат.

З 2016 власників приватної нерухомості можна сміливо купувати більш потужні сонячні батареї – верхня межа для цих пристроїв становить 30 кіловат на годину. Те ж стосується і вітряних генераторів.

Зі зрозумілих економічних причин ніяких обмежень для підприємств немає. Для них вирішальними стануть можливості власного бюджету, з якого будуть зроблені інвестиції в систему альтернативного енергетичного постачання.

Порядок отримання зеленого тарифу для приватних осіб

Будь-яке цивільна особа має право на установку генеруючих потужностей для вироблення електроенергії на території приватного володіння. При цьому, кількість виробленої електроенергії не повинно перевищувати норми, встановленої договором про використання електричної енергії. Громадянин має право продавати енергопостачальникам електрику за зеленим тарифом в обсязі, що перевищує місячну норму особистого споживання. Не потрібні ніякі ліцензії, не потрібно виконувати додаткові «приписи» місцевих чиновників – ви просто ставите власні виробляють електрику потужності і починаєте заробляти на зелений тариф. Розрахунки за електроенергію і порядок оформлення зеленого тарифу, а також, порядок обліку енергії та її реалізації затверджуються НКРЕ.

Щоб оформити зелений тариф в Україні в 2018 році, необхідно виконати ряд дій:

  1. Придбати та встановити електроустановку (вітрогенератор, фотоелементи або інші) потужністю не більше 30 кВт.
  2. Подати заявку і схему підключення в місцевий офіс електропостачальника (обленерго, райенерго).
  3. Щоб отримувати кошти за реалізовану електроенергію, приватна особа повинна відкрити банківський рахунок, реквізити якого вказуються в заяві.
  4. Погодити схему підключення енергоустановки.
  5. Облаштувати вузол обліку виробленої приватним володінням електроенергії.
  6. Підписати додатковий договір з енергокомпанією про купівлю-продаж електроенергії, виробленої за допомогою відновлюваних джерел енергії.

Детальніше про порядок отримання зеленого тарифу для фізичних осіб.

Устаткування для вироблення електроенергії за допомогою енергії сонця, вітру, води достатньо дороге і технологічно складне, його підбором і установкою повинні займатися професіонали. Наприклад, щоб встановити фотоелементи для перетворення сонячної енергії в електрику, потрібно придбати самі сонячні панелі, мережевий інвертор, апаратуру захисту, металоконструкції, витратні матеріали (кабелю, кріплення, конектори).

Вигода підключення зеленого тарифу

З кожним роком кількість домоволодінь, які заробляють за допомогою установок поновлюваної електроенергетики, зростає. Деякі громадяни ставлять сонячні фотоелементи, що особливо зручно в південних та східних областях України, де більше сонячних днів. А там, де багато вітряних днів, вигідніше використовувати вітрогенератори. 

Для жителів горбистих і гірських місцевостей, де є швидкі струмки і невеликі річки, є варіант побудови міні-гідроелектростанції. Тобто, кожен варіант може бути реалізований в певних природних зонах. Звичайно, вартість власної електростанції, хоч і маленькою, досить висока: у середньому, установка для вироблення 3-5 кВт електроенергії може обійтися в 4-6 тисяч умовних одиниць, а більші агрегати будуть коштувати до 25-28 тисяч у.о. 

Окупність сонячних енергоустановок – близько 5-6 років. Це не так мало, але якщо врахувати, що ви самі забезпечуєте себе енергією, не залежите від економічних криз і віялових відключень, то переваги очевидні. Продаючи електрику за зеленим тарифом, можна заробляти до п’яти тисяч у.о. в рік, в залежності від потужності вашої приватної електростанції.

В даний час зелений тариф в Україні цікавить все більше громадян. Ряд найбільш підприємливих осіб вже реалізують електроенергію, вироблену на власному подвір’ї, вже в нашому регіоні, а по всій країні таких установок тисячі. Це вигідна інвестиція і стабільний спосіб заробітку для всіх бажаючих. А з нашими готовими пропозиціями по базовій комплектації сонячних станцій і допомогою в оформленні зеленого тарифу ще й легко!

Зелений тариф для юридичних осіб

Не менш цікавий зелений тариф для юридичних осіб. Організація власних міні-електростанцій на кілька сот кіловат – це відмінна інвестиція в наш непростий час. Бізнесмен може організувати виробництво електроенергії для забезпечення своїх виробничих потужностей і не залежати від центрального постачальника, а надлишки продавати за привабливими цінами за зеленим тарифом. Подібні вкладення окупаються через 5-7 років. Тобто, дохід складе приблизно 400%, якщо виходити з середнього терміну служби сонячних панелей 25 років і сучасних цін на електрику.

Для того, щоб юрособа могло почати працювати за зеленим тарифом, необхідно мати ряд документів. Перше, що потрібно зробити – отримати техніко-економічне обгрунтування електростанції для зеленого тарифу. З його допомогою можна оцінити ризики і переваги. Даний документ містить основну інформацію щодо реалізації бізнес-плану. Крім обгрунтування, потрібно мати інформацію про пропускної можливості енергомережі, через яку ви плануєте продавати електроенергію. 

Враховується рельєф, нахил ділянки до сонця, вітри протягом року, хмарність та інші природні особливості. Плануючи будувати електростанцію, серйозно задумайтеся про реєстрацію нової юрособи – це позбавить вас від ряду складнощів в майбутньому. Нарешті, обладнання, яке ви купуєте,має мати сертифікати і відповідати вимогам українських органів стандартизації.

Найбільш популярні питання щодо «зеленого» тарифу

Як підвищити рентабельність домашньої сонячної електростанції?

Деяким здається, що інвестувати у вітчизняну сонячну енергетику невигідно через високу вартість обладнання і відносну дешевизну мережевий електроенергії. Але це не так. Підвищити прибутковість установки дозволяє feed-in tariff, або «зелений» тариф: за відгуками власників станцій, виручка від продажу надлишків електрики компенсує витрати на покупку і установку СЕС протягом 5-8 років.

Хто може скористатися feed-in tariff?

Продавати сонячна електрика енергопостачальникам можуть лише власники приватних будинків, які встановили на присадибній ділянці, фасаді або даху будівлі фотопанелі потужністю до 30 кВт. Програма feed-in tariff не поширюється на фотоелектричні системи багатоповерхівок. Нею не можуть скористатися власники автономних електростанцій, так як такі установки не розраховані на підключення до загальної мережі.

Чи можна отримати пільговий кредит на будівництво СЕС під «зелений» тариф?

Позики на покупку і монтаж сонячних панелей під 0,01% річних видає Укргазбанк в рамках програми «ЕКО-енергія». Сума кредитування – 1 000-1 000 001 грн. Терміни – 1-5 років. За умовами банку власний внесок не повинен бути менше 15%. Однак експерти рекомендують брати кредит, якщо на покупку не вистачає 30-40%. У такому випадку дохід від «зеленого» тарифу повністю покриває виплати кредитору. Планується, що з 2018 ситуація з пільговим кредитуванням в Україні стане ще краще в зв’язку з початком роботи Фонду енергоефективності.

Скільки часу займає підключення до «зеленого» тарифу?

Згідно із законом після подачі необхідного пакета документів на розгляд питання відводиться тритижневий термін. За фактом оформлення власними силами триває місяць-півтора. Прискорити процес підключення часто допомагають компанії, що реалізують і встановлюють фотоелектричне обладнання.

Чому залежать виплати по feed-in tariff?

Ставки прив’язані до курсу євро, однак гроші на розрахунковий рахунок власника станції надходять в національній валюті. Тарифну сітку в гривнях щоквартально встановлює НКРЕКУ. На суму виплат також впливає рік введення СЕС в експлуатацію, наявність / відсутність і обсяг місцевої складової в фотоелектричної системі (за використання вітчизняного обладнання належить надбавка в розмірі 5-10%).

Знижуються чи ставки виплат з часом?

«Зелений» тариф в Україні, за відгуками європейських експертів, один з найвищих в світі. Однак, як і всюди, він є лише стимулюючим інструментом, тобто в міру збільшення числа СЕС суми виплат будуть знижуватися. Обсяг нарахувань безпосередньо залежить від року введення об’єкта в експлуатацію, тому, чим раніше побудована СЕС, тим вона вигідніше.

Чи можливо, що програма буде заморожена?

Feed-in tariff, як стимулюючий механізм для переходу на альтернативні джерела енергії, широко використовується в усьому світі кілька десятиліть. В Україні така програма закріплена законодавчо, гарантована державою і діє до 2030 року. У деяких регіонах, звичайно, існують затримки з виплат, проте про відмову від тарифу мова не йде.

Практичний курс. Складання прогнозу щодо обсягів генерування електроенергії СЕС.

Складання прогнозу щодо обсягів генерування електроенергії СЕС

Даний матеріал дозволено використовувати в освітніх цілях

Цілями техніко-економічних розрахунків при проектуванні електропостачання є:

1. Обґрунтування інвестицій (довгострокових капіталовкладень) в нові або реконструйовані СЕС і наступних експлуатаційних витрат шляхом порівняння варіантів по прийнятим критеріям ефективності. 

2. Доказ технічних функціональних здібностей СЕС, відповідних обгрунтованим вимогам споживачів електроенергії (необхідна пропускна здатність елементів, забезпечення надійності електропостачання, якості електроенергії та т.д.). При цьому проводиться вибір і обгрунтування електрообладнання для виконання необхідних функцій і вимог, а також оцінка стану СЕС в нормальних і післяаварійних режимах. 

3. Оцінка якісних показників і народногосподарського значення прийнятого рішення. Вибір техніко-економічно обґрунтованої схеми електропостачання підприємства базується на розгляді і порівнянні декількох можливих варіантів з технічних, експлуатаційних і економічних показників.

До технічних показників СЕС можна віднести число і рівні ступенів напруги, відхилення і втрати напруги, функціональність і стійкість елементів СЕС в перехідних режимах, стабільність роботи електроприводів, ступінь автоматизації та ін. До експлуатаційних показників відносяться тривалість відновлення електропостачання після локалізації або ліквідації пошкодження, тривалість поточних і капітальних ремонтів, допустимі перевантаження елементів СЕС, величини втрат потужності та електроенергії, зручність експлуатації, кількість і кваліфікація обслуговуючого персоналу. Найважливішими економічними показниками при порівнянні варіантів СЕС є наведені річні витрати і термін окупності капіталовкладень. Для більш детальної економічної оцінки варіантів використовуються додаткові показники: капіталовкладення в СЕС, вартість втрат потужності та електроенергії, збиток від раптових перерв електропостачання і т.п.

При виконанні техніко-економічних розрахунків виникають об’єктивні труднощі, обумовлені тим, що перебір всіх можливих варіантів пов’язаний зі значними трудовитратами проектувальників навіть при автоматизованій обробці даних. Крім того, багато порівнювані показники важко піддаються кількісній оцінці (наприклад, зручність експлуатації, гнучкість, надійність і ін.). У зв’язку з цим правильний підбір для порівняння декількох варіантів залежить від ерудиції, досвіду і кваліфікації проектувальників.

ВИБІР ЕКОНОМІЧНО ДОЦІЛЬНОЇ ПЛОЩІ ПЕРЕРІЗУ ПРОВІДНИКІВ

Площа перерізу провідників є важливим параметром надземних і підземних ліній. Зі збільшенням площі перерізу провідників зростають витрати на спорудження ліній електропередачі, але при цьому знижуються втрати електроенергії. Зменшення площі перетину до технічно допустимого рівня скорочує капіталовкладення, проте викликає збільшення втрат в лінії. У зв’язку з цим правильний вибір площі перерізу провідників з урахуванням конкретних умов є важливим і відповідальним завданням проектування СЕС.

При проектуванні ліній електропередачі напругою до 220 кВ вибір площі перерізу провідників проводиться не порівняльним техніко-економічним розрахунком в кожному конкретному випадку, а по нормованим узагальнюючим показниками. В якості таких показників використовуються значення економічної щільності струму для повітряних і кабельних ліній. Економічна щільність струму встановлює оптимальне співвідношення між відрахуваннями від капіталовкладень і вартістю втрат електроенергії в лінії. Економічно доцільна площа перерізу провідників F вибирається зі співвідношення f, = x, де / – розрахунковий струм лінії в нормальному режимі, A; j – нормоване значення економічної щільності струму, А / мм2.

В процесі передачі, розподілу та споживання електричної енергії сумарні втрати в генераторах, трансформаторах, лініях електропередачі різних напруг, електродвигунах, перетворювачах і технологічних установках досягають 25-30% усієї виробленої на електростанціях електроенергії. З них значна частка, приблизно до 10-15%, припадає на системи електропостачання. У зв’язку з цим визначення втрат потужності та електроенергії є важливим питанням проектування СЕС промислових підприємств, що мають істотне значення при техніко-економічній оцінці варіантів схем, виборі раціональних номінальних напруг, що компенсують і регулюючих пристроїв і т.п. 

Втрати активної потужності і електроенергії в елементах СЕС складаються з втрат холостого ходу і навантажувальних втрат. Втрати холостого ходу не залежать від навантаження елементів СЕС і виникають через перемагнічування сердечників (втрати на гістерезис і вихрові струми), іонізації повітря біля проводів повітряних ліній 220 кВ і вище (втрати на корону), струмів витоку через недосконалість ізоляції і т . Д. Ці втрати для різних елементів вказуються у вигляді абсолютних або питомих величин в паспортних даних або в довідниках. Навантажувальні втрати є тепловими втратами, які змінюються прямо пропорційно квадрату струму, що протікає через активний опір елемента СЕС.

Втрати активної потужності в лінії електропередачі (ЛРЛ), що йдуть на нагрівання провідників, розраховуються за виразом АРЛ = 3 • Р- R, (3.4) де / – струм лінії; R – активний опір проводу або жили кабелю, яке визначається як R = r 0 l, (3.5) де т “0 – питомий (погонное) активний опір провідника, Ом / км; / – довжина лінії, км.

Розрахунок потужності сонячних батарей

Щоб розрахувати необхідну потужність сонячних батарей потрібно знати, скільки енергії ви споживаєте. Наприклад, якщо ваше споживання енергії становить 100 кВт * год на місяць (показання можна подивитися по лічильнику електроенергії), то відповідно вам потрібно щоб сонячні панелі виробляють таку кількість енергії.

Самі сонячні батареї виробляють сонячну енергію тільки в світлий час доби. І видають свою паспортну потужність тільки при наявності чистого неба і падінні сонячних променів під прямим кутом. При падінні сонця під кутами потужність і вироблення електроенергії помітно падає, і чим гостріше кут падіння сонячних променів, тим падіння потужності більше. у похмуру погоду потужність сонячних батарей падає в 15-20 разів, навіть при легких хмарках і серпанку потужність сонячних батарей падає в 2-3 рази, і це все треба враховувати.



При розрахунку краще брати робочий час, при якому сонячні батареї працюють майже на всю потужність, протягом 7 годин, це з 9 ранку до 4 години вечора. Панелі, звичайно, влітку працюватимуть від світанку до заходу сонця, але вранці і ввечері вироблення буде зовсім невелика, за обсягом всього 20-30% від загальної денної вироблення, а 70% енергії буде вироблятися в інтервалі з 9 до 16 годин.

Таким чином, масив панелей потужністю 1кВт (1000Вт) за літній сонячний день видасть за період з 9-ти до 16-ти годин 7 кВт * год електроенергії, і 210 кВт * год на місяць. Плюс ще 3 кВт (30%) за ранок і вечір, але нехай це буде запасом, так як можлива мінлива хмарність. І панелі у нас встановлені стаціонарно, і кут падіння сонячних променів зміниться, від цього природно панелі не будуть видавати свою потужність на 100%. Зрозуміло, що якщо масив панелей буде на 2 кВт, то вироблення енергії буде 420 кВт * год на місяць. А якщо буде одна панелька на 100 вт, то в день вона буде давати всього 700 вт * год енергії, а в місяць 21 кВт.

Непогано мати 210 кВт * год на місяць з масиву потужністю всього 1 кВт, але тут не все так просто:

По-перше, не буває такого, що всі 30 днів у місяці сонячні, тому треба подивитися архів погоди по регіону і дізнатися, скільки приблизно похмурих днів по місяцях. У підсумку напевно 5-6 днів точно будуть похмурі, коли сонячні панелі і половини електроенергії не будуть виробляти. Значить можна сміливо викреслити 4 дня, і вийде вже не 210 кВт * год, а 186 кВт * год.

Також потрібно розуміти, що навесні і восени світловий день коротше і хмарних днів значно більше, тому якщо ви хочете користуватися сонячною енергією з березня по жовтень, то потрібно збільшити масив сонячних батарей на 30-50% в залежності від конкретного регіону.

Але це ще не все, також є серйозні втрати в акумуляторах, і в перетворювачі (інвертор), які теж треба враховувати, про це далі.

Про зиму поки говорити не будемо, так як цей час зовсім плачевний по виробленню електроенергії, і тут коли тижнями немає сонця, вже ніякої масив сонячних батарей не допоможе, і потрібно буде або харчуватися від мережі в такі періоди, або ставити бензогенератор. Добре допомагає також установка вітрогенератора, взимку він стає основним джерелом вироблення електроенергії, але якщо звичайно в вашому регіоні вітряні зими, і вітрогенератор достатньої потужності.

Розрахунок ємності акумуляторної батареї для сонячних панелей

Самий мінімальний запас ємності акумуляторів, який просто необхідний, повинен бути такий, щоб пережити темну пору доби. Наприклад, якщо у вас з вечора і до ранку споживається 3 кВт * год енергії, то в акумуляторах повинен бути такий запас енергії.


Якщо акумулятор 12 вольт 200 Ач, то енергії в ньому поміститися 12 * 200 = 2400 вт (2,4 кВт). Але акумулятори можна розряджати на 100%. Спеціалізовані АКБ можна розряджати максимум до 70%, якщо більше – то вони швидко деградують. Якщо ви встановлюєте звичайні автомобільні АКБ, то їх можна розряджати максимум на 50%. Тому, потрібно ставити акумуляторів в два рази більше ніж потрібно, інакше їх доведеться міняти щороку або навіть раніше.

Оптимальний запас ємності АКБ це добовий запас енергії в акумуляторах. Наприклад, якщо у вас добове споживання 10кВт * год, то робоча ємність АКБ повинна бути саме такою. Тоді ви без проблем зможете переживати 1-2 похмурих дня, без перебоїв. При цьому в звичайні дні протягом доби акумулятори будуть розряджатися всього на 20-30%, і це продовжить їх недовге життя.

Ще одна важлива робити це ККД свинцево-кислотних акумуляторів, який дорівнює приблизно 80%. Тобто, акумулятор при повному заряді бере на 20% більше енергії, ніж потім зможе віддати. ККД залежить від струму заряду і розряду, і чим більше струми заряду і розряду, тим нижче ККД. Наприклад, якщо у вас акумулятор на 200Аг, і ви через інвертор підключаєте електричний чайник на 2 кВт, то напруга на АКБ різко впаде, так як струм розряду АКБ буде близько 250 Ампер, і ККД віддачі енергії впаде до 40-50%. Також якщо заряджати АКБ великим струмом, то ККД буде різко знижуватися.

Інвертор (перетворювач енергії 12/24/48 в 220 в) має ККД 70-80%.

З огляду на втрати отриманої від сонячних батарей енергії в акумуляторах, і на перетворенні постійної напруги в змінну 220В, загальні втрати складають близько 40%. Це означає, що запас ємності акумуляторів потрібно збільшувати на 40% і додатково збільшувати масив сонячних батарей на 40%, щоб компенсувати ці втрати.

Але і це ще не все втрати. Існує два типи контролерів заряду акумуляторів від сонячних батарей, і без них не обійтися. PWM (ШІМ) контролери більш прості і дешеві, вони не можуть трансформувати енергію, і тому сонячні панелі не можуть віддати АКБ всю свою потужність, максимум 80% від паспортної потужності. А ось MPPT контролери відстежують точку максимальної потужності і перетворюють енергію, знижуючи напругу і збільшуючи струм зарядки, в результаті збільшують віддачу сонячних батарей до 99%. Тому якщо ви ставите дешевший PWM контроллер, то збільшуйте масив сонячних батарей ще на 20%.

Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку або дачі

Якщо ви не знаєте ваше споживання і тільки плануєте, скажімо, живити дачу від сонячних батарей, то споживання вважається досить просто. Наприклад, у вас на дачі буде працювати холодильник, який за паспортом споживає 370 кВт * год на рік, значить, в місяць він буде споживати всього 30.8кВт * год енергії, а в день – 1.02кВт * год.

Світло. Наприклад, лампочки у вас енергозберігаючі, скажімо, по 12 вт кожна, їх 5 штук і світять вони в середньому по 5 годин на добу. Це означає що в добу ваш світ буде споживати 12 * 5 * 5 = 300 вт * год енергії, а за місяць “нагорить” 9 кВт * год. Також можна порахувати споживання насоса, телевізора і всього іншого що у вас є, скласти все і вийде ваше добове споживання енергії, а там помножити на місяць і вийде якась приблизна цифра.

Наприклад, у вас вийшло в місяць 70 кВт * год енергії, додаємо 40% енергії, яка буде губитися в АКБ, инверторе тощо. Значить, нам потрібно щоб сонячні панелі виробляють приблизно 100 кВт * год. Це означає 100: 30: 7 = 0,476кВт. Виходить, потрібен масив батарей потужністю 0,5 кВт. Але такого масиву батарей вистачатиме тільки влітку, навіть навесні і восени при похмурих днях будуть перебої з електрикою, тому треба збільшувати масив батарей в два рази.

В результаті вищевикладеного в коротко розрахунок кількості сонячних батарей виглядає так:

  • прийняти що сонячні батареї влітку працюють всього 7 годин з майже максимальною потужністю
  • порахувати своє споживання електроенергії в добу
  • розділити на 7 і вийде потрібна потужність масиву сонячних батарей
  • додати 40% на втрати в АКБ і инверторе
  • додати ще 20% якщо у вас буде PWM контролер, якщо MPPT то не потрібно

Приклад: Споживання приватного будинок 300 кВт * год на місяць, розділимо на 30 днів = 7кВт, розділимо 10 кВт на 7 годин, вийде 1,42 кВт. Додамо до цієї цифри 40% втрат на АКБ і в инвертор, 1,42 + 0,568 = 1988 вт. В результаті для харчування приватного будинку в літню пору потрібен масив в 2 кВт. Але щоб навіть навесні і восени отримувати достатньо енергії краще збільшити масив на 50%, тобто ще плюс 1 кВт. А взимку в тривалі похмурі періоди використовувати або бензогенератор, або встановити вітрогенератор потужністю не менше 2кВт. Більш конкретно можна розрахувати виходячи з даних архіву погоди по регіону.

Практичний курс. Основи програмного забезпечення і топології СЕС.

Основи програмного забезпечення і топології СЕС.

Даний курс дозволено використовувати в освітніх цілях.

Моделювання продуктивності

Складне програмне забезпечення моделювання використовується для прогнозування вироблення сонячної електростанції. Звіти прогнозування повинні враховувати фактори, що негативно позначаються на продуктивності станції.

Розрахунок енергетичної вироблення. Огляд програмного забезпечення. 

Для моделювання сонячної електростанції інженери повинні застосовувати тільки ліцензійне програмне забезпечення, що дає можливість працювати з найактуальнішими базами даних за кліматичними умовами і параметрами устаткування. Використання ліцензійного ПЗ гарантує, що отримані результати будуть максимально точно прогнозувати результати роботи як промислової сонячної електростанції, так і домашнього використання. 

Невизначеність в прогнозуванні енергетичної вироблення для моделювання виробленої енергії залежить на кожному етапі моделювання від невизначеності вхідних параметрів. Моделювання програмного забезпечення саме по собі може допускати невизначеність 2% до 3%.

Фактори, що знижують ефективність панелей: 1 – нормальне відхилення, 2 – бруд, пил, 3 – температурне зниження ефективності, 4 – втрати в кабелях, 5 – ККД інвертора, 6 – втрати в кабелях змінного струму після інвертора.

Застосування сонячних елементів збігається із застосуванням інших джерел електроенергії, але на відміну від них, сонячні панелі залежать від кількості світла яке падає на їх поверхню. Припустимо, в похмуру погоду хмари можуть помітно знизити вихідну потужність фотоелектричної панелі, аж до 50%. Також, навіть невеликий шлюб в сонячних елементах може знизити ККД навіть у панелей з однієї партії. Тому, для забезпечення бажаної потужності необхідно сортувати елементи по вихідному струму. Як приклад можна навести такий: якщо в водопровідну трубу, що має досить великий діаметр, спробувати вставити трубу з меншим діаметром, природно, що водотік стане менше. Таке ж і відбувається в ланцюжках сонячних елементів, якщо їх параметри будуть неоднорідні.

Кремнієві сонячні елементи не можна описати простим законом Ома, так як це нелінійний елемент. Замість цього для пояснення характеристик елемента можна використовувати кілька простих кривих – вольтамперних характеристик (ВАХ).

Напруга холостого ходу, що генерується одним елементом, злегка змінюється при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми виробника до іншого і становить близько 0.6 В. Ця величина не залежить від розмірів елемента. По-іншому йде справа з струмом. Він залежить від інтенсивності світла і розміру елемента, під яким мається на увазі площа його поверхні. Елемент розміром 100 * 100 мм в 100 разів перевершує елемент розміром 10 * 10 мм і, отже, він при тій же освітленості видасть струм в 100 разів більший. 

Пікова потужність відповідає напрузі близько 0,47 В. Таким чином, щоб правильно оцінити якість сонячного елемента, а також заради порівняння елементів між собою в однакових умовах, необхідно навантажити його так, щоб вихідна напруга дорівнювала 0,47 В. Після того, як сонячні елементи підібрані для роботи, необхідно їх спаяти. Серійні елементи забезпечені струмознімальних сітками, які призначені для припаювання до них провідників.

Одним з важливих аспектів роботи сонячного елемента є його температурний режим. Так, при нагріванні одного елемента всього на один градус вище норми (25оС) він може втратити в напрузі близько 0,002 В, тобто 0,4% / градус. На малюнку 5.3 приведена крива ВАХ для температур 25°Сі 60оС.

В досить сонячний день різні елементи можуть нагріватися аж до 60-70оС і втрачати при цьому 0,07-0,09 В кожен. Ця причина є однією з основних при падінні напруги, а як наслідку і падіння ККД сонячного елементу.

ККД звичайного сонячного елемента в даний час коливається в межах 10-16%. Це означає, що елемент розміром 100 * 100 мм при стандартних умовах може генерувати 1-1,6 Вт.

Всі фотоелектричні системи можна розділити на два типи: автономні і сполучені з електричною мережею.

Автономна система в загальному випадку складається з набору сонячних модулів, розміщених на опорній конструкції або на даху, акумуляторної батареї (АКБ), контролера розряду – заряду акумулятора, сполучних кабелів. Сонячні модулі є основним компонентом для побудови фотоелектричних систем. Вони можуть бути виготовлені з будь-яким вихідним напругою.

При наземному використанні вони зазвичай використовуються для зарядки акумуляторних батарей (АКБ) з номінальною напругою 12 В. В цьому випадку, як правило, 36 сонячних елементів з’єднуються послідовно і герметизуються за допомогою ламінації на склі, текстоліті, алюмінії. Елементи при цьому знаходяться між двома шарами герметизирующей плівки, без повітряного зазору. Технологія вакуумної ламінації дозволяє виконати цю вимогу. У разі повітряного прошарку між захисним склом і елементом, втрати на відбиття і поглинання досягли б 20-30% в порівнянні з 12% – без повітряного прошарку.

Електричні параметри сонячного елемента представляються як і окремого сонячного елемента у вигляді вольтамперної кривої при стандартних умовах (Standart Test Conditions), тобто, при сонячної радіації 1000 Вт / м2,температурі – 25оС і сонячному спектрі на широті 45про( АМ1,5). 

Середнє значення для робочої напруги модуля, який складається з 36 елементів, буде приблизно від 16 до 17 В (це приблизно 0,45 … .0,47 В на один елемент) при стандартній температурі  °25 С

Таким чином, при нагріванні в реальних умовах роботи, модулі розігріваються до температури 60-70ос, що відповідає зсуву точки робочої напруги, наприклад, для модуля з робочою напругою 17 В – зі значення 17 В до 13,7-14,4 В (0,38-0, 4 В на елемент).

Виходячи з усього вище сказаного і треба підходити до розрахунку числа послідовно з’єднаних елементів модуля. Якщо споживачеві необхідно мати змінне напруга, то до цього комплекту додається інвертор-перетворювач постійної напруги в змінну.

Під розрахунком ФЕС розуміється визначення номінальної потужності модулів, їх кількості, схеми з’єднання; вибір типу, умов експлуатації та ємності АКБ; потужностей інвертора і контролера заряду-розряду; визначення параметрів з’єднувальних кабелів.

Для початку слід підрахувати загальну споживану потужність для всіх можливих споживачів. Потужність споживача можна довідатися з паспорта вироби. На цьому етапі можна підібрати інвертор, для цього достатньо збільшити потужність в 1,3 рази мінімум. Але треба мати на увазі, що деякі пристрої споживача, такі як холодильник, в момент пуску споживають потужність в 2-3 рази більше паспортної. Для потужних станцій (більше 3 кВт) напруга інвертора має бути не менше 48 В, тому що інвертори добре справляються з великими напруженнями, тим самим знижуються втрати.

Розрахунок потужності споживаної споживачами. При розрахунку сонячної електростанції в першу чергу необхідно скласти простий список споживачів електроенергії. Порахувати скільки потужності споживає кожен споживач, скільки напруги, і відповідно внести в таблицю.

До инвертору підключаються споживачі змінної напруги (в нашому випадку це споживачі з №1 по №4, і №6 з таблиці), а постійного (освітлення № 5 і деякі інші споживачі № 7 з таблиці) безпосередньо через контролер заряду. У даній розглянутій системі в якості основної шини взята шина з напругою рівним 24 В, відповідним напрузі акумулятора АСЕ.

Після цього необхідно дізнатися скільки часу в годинах працює той чи інший споживач на добу. Потім, помноживши потужність споживача на весь час його роботи, ми визначимо, скільки щодня споживає дана навантаження електроенергії. Таким чином, будують таблицю споживання енергії на добу.

Таблиця добового енергоспоживання

НавантаженняПотужність, ВтНапруга, ВЧас роботи, год / добуСпоживання, ВТ · год / добу
1 Чайник10002200,5500
2 СВЧ-піч13002200,25325
3 Холодильник250220123000
4 Телевізор1002206600
5 Освітлення100246600
6 Ноутбук702205350
7 Інші споживачі100243300
Разом29205675

Сонячна електростанція може живити безліч споживачів енергії з умовою, що загальна енергія потужність споживачів не буде перевищувати потужність СЕС. Список споживачів містить навантаження, працюють чи постійно (освітлення), або постійно (чайник, телевізор). Але також, навантаження, які працюють не постійно, розбиваються на дві категорії, одні працюють з фіксованим інтервалом, інші ж з плаваючим (наприклад, як холодильник з таблиці). 

Тому, важливо правильно визначати сумарну вихідну потужність сонячної електростанції. Для зниження вартості СЕ треба побудувати також і графік зміни споживання навантаження в день, тобто скласти таблицю за часом і вписати туди час роботи навантаження. Важливо стежити за тим, щоб не було одночасно включено кілька споживачів з великою потужністю, або велика кількість споживачів з невеликою потужністю. При побудові такого графіка дуже важко точно зрозуміти, коли включається споживач з плаваючою навантаженням (холодильник, таблиця). Щоб напевно убезпечити себе, і не промахнутися, припустимо, що такі споживачі працюють постійно.

Практичкий курс. Інструкція з установки несучих конструкцій.

Інструкція з установки несучих конструкцій.

Даний матеріал дозволено використовувати в освітніх цілях.

Установка сонячних панелей має спеціально розроблену монтажну технологію. Крім цього, слід звернути увагу на наявність декількох важливих вимог щодо процесу установки.

Фотоелектричні модулі повинні бути розміщені в найбільш освітленому місці. Це може бути покрівля об’єкта, фасад або територія біля будинку. Наявність затемнень навіть малої частини поверхні фотоелектричного модуля неприпустимо.

Сонячні панелі повинні бути встановлені на південній стороні покрівлі житлового об’єкта. При цьому сонячне випромінювання, яке потрапляє на поверхню модуля, буде мати максимальні показники.

Під час проведення монтажних робіт слід враховувати кут нахилу фотоелектричного модуля. Якщо панелі встановлюються власноруч, то кут нахилу повинен бути наближеним до горизонту. Для різних географічних широт кут нахилу панелей застосовується різний. Слід також зазначити, що періодична зміна кута нахилу поверхні здатне підвищити продуктивність. У літню пору кут слід зробити більше на 12 градусів. У той час як взимку, його слід знизити на ті ж 12 градусів. Якщо ж проведення таких маніпуляцій неможливо, то кут установки панелей вибирається оптимальний відповідно до показників географічної широти регіону.

В обслуговуванні сонячних електростанцій важливу роль відіграє розташування сонячних панелей. Коли фотоелектричні модулі встановлюються на присадибній ділянці, то відстань від поверхні панелі до грунту повинна становити не менше півметра. Це дозволить виключити можливість перекриття поверхні випали опадами у вигляді снігу. Якщо ж сонячні панелі планують використовувати тільки в літній час, то піднімати їх над поверхнею землі необов’язково.

Важливим моментом в установці дахових сонячних електростанцій є врахування типу покрівлі.

Покрівля кожного окремого об’єкта має ряд індивідуальних особливостей, які здатні визначати подальшу технологію монтажу. Слід звернути увагу, що навіть колір даху грає важливу роль. Якщо покрівля будівлі темного кольору, то вона найбільш схильна до сильного нагрівання. Якщо на такому даху встановити фотоелектричні модулі, то перегріву поверхні не уникнути. На таких дахах перед монтажем встановлюється спеціальне покриття світлого відтінку.

Установка фотоелектричних модулів на плоских дахах

Монтувати сонячні модулі на покрівлі даного типу не складно. Можна сказати, що даний тип поверхні є найбільш підходящим для установки панелей. Успішний монтаж в такому разі досягається за рахунок придбання спеціальних опорних рам. Їх слід встановити в південному напрямку і зафіксувати на їх поверхні модулі під встановленим кутом. Якщо розрахована потужність електростанції досить висока, а площа даху – невелика, то найкращим варіантом стануть багатоярусні опорні рами.

Процес монтажу панелі на поверхні похилого даху

Такий вид поверхні для установки сонячного модуля передбачає монтаж із застосуванням особливого виду кріплення. Як правило, вони поставляються в комплекті з сонячними батареями. Дані установчі роботи припускають обов’язковий облік матеріалу, з якого виконана покрівля. Це дозволить оптимально підібрати кріпильні конструкції, які спеціально розроблені під різні види дахів. Їх обопільна заміна виключається.

Під час виконання монтажних робіт на поверхні похилої покрівлі слід приділити особливу увагу тому, що між електричним модулем і поверхнею даху повинен обов’язково бути встановлений зазор. Він необхідний для забезпечення вільної циркуляції повітря. Таким чином панель сама зможе охолоджуватися природним шляхом.

Між рядами встановлених фотоелектричних модулів обов’язково потрібно витримувати відстань. Ця умова дозволяє уникнути затінення нижніх модулів верхніми. В даному розрахунку слід орієнтуватися на розміри ряду, тобто висоту модуля. Міжрядковий інтервал повинен бути не менше 1,7 від висоти панелі. Крім того існує необхідність робити зазори між модулями ряду. Це дозволяє зробити процес монтажу зручнішим і полегшить процес підключення станції, і проведення обслуговуючих робіт в подальшому.

Важливу роль в установці сонячних панелей грає довжина комутаційних кабелів. Чим довше кабель, тим вище енергетичні втрати станції. Це стосується як з’єднання сусідніх модулів, так і кабелів, які з’єднують масив панелей з іншими пристроями станції. 

Наприклад, кабель, що з’єднує накопичувач енергії з контролером заряду не повинен бути довшим чотирьох метрів.

При проведенні монтажних робіт слід враховувати, що фотоелектричний модуль закріплюється в чотирьох точках. Слід також звернути увагу на те, що найчастіше зустрічаються несучі конструкції, в яких кріплення здійснюється по довгій стороні модуля. Це означає, що положення панелі буде вертикальною.

Найчастіше, для прикріплення модуля використовують фіксатори притискного типу. Крім цього, для даної мети підійдуть і болти, які фіксуються по краях несучих конструкцій. Будь-який варіант кріплення передбачає застосування узконаправленного пристосування, яке розроблено для певного виду монтажу. Замінювати їх на свій розсуд на інші не можна.

Вчинення помилок при проведенні монтажних робіт і установка неякісного фотоелектричного модуля може спровокувати спалах. У зоні доступності, недалеко від масиву сонячних модулів, повинен розташовуватися вогнегасник.

Монтаж фотоелектричних панелей передбачає їх надійну і нерухому установку на несучі конструкції в правильно певному напрямку. Металоконструкції при цьому можуть бути або міцно зафіксованими, або із застосуванням систем стеження. 

Установка трекерна систем підвищує ефективність сонячних модулів на 30%. Такі несучі конструкції являють собою рухливу раму, яка періодично змінює кут нахилу поверхні сонячної панелі для її проходження за сонцем.

На поверхні рами встановлені спеціальні датчики, які дозволяють відстежувати положення сонця і тим самим підвищувати рівень продуктивності сонячної станції.

Фінансові витрати на придбання трекінгові систем більш високі, ніж при покупці фіксованих несучих конструкцій. Слід зазначити, що підвищені інвестиції дають можливість збільшити дохід від реалізації електрики за рахунок підвищення обсягів генерації.

При виборі оптимальної трекінгової системи важливу роль відіграє індивідуальний підхід. Різні регіони передбачають певний рівень хмарності і освітленості поверхні сонячних панелей. Залежно від даних показників і здійснюється підбір оптимальних несучих конструкцій для фотоелектричних модулів.

Далі ми розглянемо чіткий алгоритм установки фотоелектричних модулів на дах житлового будинку.

Раніше ми вже відзначили, що темний колір покрівлі будинку призводить до перегріву фотоелектричних панелей. Щоб уникнути цього, перш ніж почати монтажні роботи, слід встановити на даху світлу основу. Для цієї мети найкращим варіантом є гидробарьер світлих тонів. Він дозволить забезпечити покрівлі захист від надмірної вологості та усуне ймовірність перегріву сонячної панелі. Слід зазначити, що кут установки фотоелектричного модуля повинен становити 30 градусів.

Перед безпосереднім початком монтажних робіт необхідно здійснити розмітку покрівлі. Нанесення позначок дозволить скоротити час установки опорних конструкцій і значно спростити монтаж. Стійки повинні бути розташовані паралельно, а відстань між ними повинна становити не менше 1 м. Кріплення кронштейнів безпосередньо до покрівлі проводиться анкер-клином або дюбелем. Найбільш відповідний розмір його становить 6х65.

Алгоритм проведення монтажу по даному пункту нескладний і досить зрозумілий:

  1. Спочатку необхідно зробити отвір відповідного діаметру.
  2. Отвори слід наповнити спеціальним мастилом. В її ролі може надходити солідол або схожі з ним з’єднання.
  3. Як наступний крок позначена установка анкера.

Такий метод фіксації є найбільш надійним, так як анкерний клин застосовується з метою встановлення металевих конструкцій на цегляну або бетонну основу. Відповідно, подібного роду навантаження цей вид кріплення здатний витримати.

Анкерний клин фіксується на поверхню опорної рейки покрівлі, яка утримує металочерепицю. Якщо ж покрівля зроблена з бетону, то установчі роботи проводити стає набагато простіше. Цей тип даху передбачає установку анкерів в метрі від наступного. Крім анкера може бути використаний дюбель 8х65.

Ймовірним варіантом також є застосування руберойду. Важливим аспектом є наявність в ньому скловолокна, що володіє такими властивостями як: невеликі показники ваги, стійкість, міцність, пластичність. Цей матеріал можна використовувати на поверхні покрівлі різної архітектури і з різноманітним кутом нахилу.

Слід звернути увагу на те, що монтаж здійснюється в теплу погоду при відсутності підвищеної вологості.

Крім того необхідно приділити особливу увагу попередній підготовці поверхні для кріплення. Спочатку потрібно провести очистку від бруду і сміття. Поверхня даху повинна бути вирівняною. На попередньому етапі підготовки проводиться знежирення матеріалу поверхні. Як знежирювач можна використовувати Уайт Спірит. Крім того необхідно приділити увагу грунтовці поверхні.

Після всіх вищеописаних заходів необхідно укласти попередньо прогрітий руберойд на поверхню кронштейна. Важливо відзначити, що руберойдового покриття повинно виходити за край деталі на 5 або більше сантиметра. Продовження монтажу буде можливим тільки після охолодження руберойду. Повного охолодження не потрібно, але невелике зниження температури необхідно.

Далі відбувається кріплення рейки на кронштейн. Найкращим варіантом буде застосування оцинкованого профілю. Його створення припускає використання методу гарячого цинкування. Це дозволяє створити захисне покриття, товщина якого від 70 до 150 мкм. Даний варіант дозволяє виключити ймовірність появи іржі і значно продовжує термін експлуатації несучих конструкцій.

З метою виключення корозійних змін слід віддати перевагу кріпленням з алюмінію.

Після монтажу основної конструкції можна переходити до монтажу кабельної частини сонячних панелей.

Кабель постійного струму слід укласти під металоконструкцію. Кабелі служать з’єднанням усіх сонячних панелей з подальшим виходом на комутатор і інвертор. Провід кріпимо до тильної сторони профілю пластиковими хомутами для простоти монтажу і уникнення впливу зовнішнього середовища.

Сама сонячна панель кріпитися на оцинкований профіль типу ” ЛС-ПРОФІ ”, який стійко переносить капризи зовнішнього середовища і не піддається корозії, що надзвичайно важливо для даного процесу.

Профіль кріпитися кронштейном, причому однією стороною до рейки, а інший – до покрівлі. Всі з’єднання потрібно монтувати оцинкованими болтами (М8 або подібні), використовуючи дриль або перфоратор.

Слід зауважити, що при з’єднанні не варто поспішати. Кріпити профілі між собою необхідно гайкою і болтом М8, створюючи при цьому міцне і надійне з’єднання.

Правила експлуатації фотоелектричних модулів

Регулярне обслуговування та здійснення технічного догляду за фотоелектричними модулями та іншими компонентами сонячної електростанції є запорукою швидкого повернення фінансових вкладень в монтаж об’єкту. До пристроїв, що вимагають підвищеної уваги, відносяться електричні кабелі, контролери заряду, інверторні установки, накопичувачі енергії, електротехнічне обладнання.

Якщо до сонячного об’єкту прив’язаний фахівець, який несе відповідальність за налагодження роботи системи і проведення моніторингу, то ймовірність найбільш продуктивною і довгої роботи пристроїв значно підвищується.

Налагоджена система моніторингу електростанції грає важливу роль в обслуговуванні. Якщо цей процес проведений комплексно і професійно, ймовірність поломки або збою значно знижується.

Процес оцінювання життєдіяльності СЕС характеризується наявністю певних параметрів:

  1. Оцінка стану кріплення компонентів системи фотоелектричних модулів. Якщо елементи кріплення ослаблені, з якоїсь причини відсутні або на них є сліди іржі, то це призведе до виходу з ладу системи.
  2. Важливість поточного стану окремого модуля. Будівельні роботи припускають перевірку кожної окремої панелі на працездатність. Слід пам’ятати, що поломка однієї сонячної панелі призводить до відчутних втрат в генерації.
  3. Перевірка інверторних установок на наявність пилу або надмірного підвищення їх температурні показники. Якщо вентиляційна система охолодження інвертора чиститься регулярно, то життєдіяльність електростанції помітно збільшується. При цьому коефіцієнт корисної дії об’єкта не має тенденції до зниження. Такі заходи повинні проводитися з будь-яким інвертором, навіть тим, який призначений для зовнішньої установки в регіонах з поганими погодними умовами.
  4. Наявність заземлення. Показники безпеки будь-якого об’єкта, пов’язаного з електротехнічним обладнанням, безпосередньо залежать від даного параметра. Перевірка безпеки контактів і наявності ізоляції повинна проводитися систематично.
  5. Перевірка електричної проводки. Час повернення фінансових вкладень і загальної продуктивності роботи станції має пряму залежність від справності навіть таких дрібних елементів, як дроти. Їх стан, надійне з’єднання і відсутність механічного пошкодження дозволяє підтримувати встановлений рівень генерації без енергетичних втрат.
  6. Особливості розташування станцій. Система сонячних модулів повинна бути доступною для проведення обслуговуючих заходів і ремонтних робіт.
  7. Дотримання чистоти. Фотоелектричні модулі, на яких відсутні забруднення і пил, здатні давати на 20% більше енергії в порівнянні з тими, що не піддаються належному догляду.

Виробники фотоелектричних модулів в якості рекомендацій заявляють, що проведення планових заходів по відношенню до компонентів системи повинно проводитися не рідше, ніж раз на півроку. В реальних умовах регулярність подібного роду заходів безпосередньо залежить від регіону місцезнаходження СЕС і особливостей її роботи.

Майбутній власник сонячної електростанції повинен чітко розуміти, що своєчасне технічне обслуговування станції на регулярній основі дозволяє виключити можливість появи дефектів і проведення дорогих ремонтних робіт в майбутньому.

Крім того, слід звернути увагу на те, що придбання сонячних панелей сумнівної якості, але за зниженою ціною, незабаром призводить до додаткових фінансових вкладень. Найбільш економічно доцільним буде придбання сонячних панелей, в яких співвідношення ціна-якість буде оптимальною.

Навчальний курс. Частина 3 – Сонячні станції домашнього і комерційного типу.

Сонячні станції домашнього і комерційного типу.

Даний матеріал дозволено використовувати в навчальних цілях.

Сонячна електростанція являє собою об’єкт по генерації електроенергії за допомогою використання енергії сонця.

Робота електростанцій може здійснюватися в 3 режимах:

  • автономний режим має місце бути, коли сонячна електростанція не має доступу до інших джерел енергії, крім як до сонячного випромінювання;
  • резервний режим сонячної електростанції є особливість функціонування, при якій центральна мережа є основним джерелом енергії, а сонячна електростанція – допоміжним.
  • гібридний режим роботи передбачає поєднання використання енергії загальної мережі на додаток до енергії, що генерується сонячною електростанцією. Такий режим роботи найбільш доречний, коли центральна мережа зазнає перенапруження або в ній спостерігаються збої.

Виробництво електрики з використанням сонячних електростанцій є на даний момент досить популярним напрямом у відновлюваній енергетиці. Дане виробництво дозволяє забезпечити споживача електричною енергією без прив’язки до загальної мережі, отримуючи енергію від сонячного випромінювання і трансформуючи її в змінний струм.

До числа складових сонячної електростанції відносяться:

  • фотоелектричні модулі;
  • контролер заряду;
  • інверторна установка;
  • енергетичний накопичувальний блок (батарея).

Безперебійна робота сонячної електростанції забезпечується за допомогою роботи всіх цих складових в якості єдиної системи.

Структурні компоненти СЕС

Розглянемо більш докладно складові частини будь-якої сонячної електростанції.

Сонячний модуль

Об’єднаний єдиний масив фотоелектричних модулів є центром сонячної електростанції. Масив сонячних панелей повністю визначає обсяг генерується сонячної станцією електроенергії.

Сонячна панель або ФЕМ виробляє трансформацію енергетичного потоку сонячних променів в електричний струм. Коефіцієнт корисної дії звичайного фотоелектричного модуля знаходиться в межах 10-35 відсотків. Вдосконалені моделі можуть показувати результати ККД 45% і вище.

Принцип функціонування СЕС, основу якої складають сонячні батареї, досить простий і зрозумілий. Фотоелектричні модулі об’єднуються в єдиний масив, управління якого здійснюється соціальним блоком СЕС. Сонячна батарея при достатній кількості випромінювання генерує постійний електричний струм. Завдяки инверторной установці, він трансформується в змінний і поставляється споживачеві. Вироблений понад норми обсяг енергії, накопичується в акумуляторної батареї. Фотоелектричні модулі поділяються на кілька видів. Це поділ відбувається на основі врахування кремнієвих сполук у складі панелей.

Виділяють три основних види:

  •  монокристалічні панелі;
  •  модулі, що складаються з полікристалів;
  •  аморфні панелі.

Слід зазначити, що саме наявність кремнієвих сполук у складі фотоелектричного модуля робить можливим створення «pn» переходу. Саме цей перехід дозволяє трансформувати сонячні промені в електричну енергію. 

Важливим параметром ефективності сонячної панелі є матеріал, з якого вона складається. Монокристалічні модулі мають найбільш тривалий термін роботи і відрізняються високим рівнем стабільності. Потужність такої сонячної панелі на протязі 20 років роботи знижується на 5-10 відсотків. Серед мінусів такого виду модулів можна виділити підвищену крихкість і знижені показники механічної міцності пристрою. При цьому, вартість такого фотоелектричного модуля є найбільш високою з усіх представлених видів.

Полікристалічні модулі мають меншу вартість, але при цьому відрізняються зниженою стабільністю вихідної потужності. Коефіцієнт корисної дії таких модулів не перевищує 30 відсотків.

Новітні наукові методи дають можливість виробляти модулі із з’єднань кремнію аморфної структури. Такі модулі називаються тонкоплівковими. Термін експлуатації таких сонячних панелей – близько 10 років. Коефіцієнт корисної дії при цьому становить 10%. Як плюсів аморфних панелей слід зазначити низьку ціну і невелика вага модулів.

Контролер заряду

Контролером заряду називають одне з найважливіших ланок у складі сонячних електростанцій, яке виконує ряд спеціальних функцій. По-перше, контролер робить можливим регулювання напруги, яке проводиться масивом фотоелектричних панелей. По-друге, цей пристрій робить можливим контроль над правильністю і продуктивністю заряду накопичувача енергії. Це дозволяє уникнути підвищення або зниження рівня заряду, зберігати його в рамках допустимої норми.

Це пристрій пов’язує фотоелектричний модуль з накопичувачем енергії.

Функції контролера заряду:

  • здійснення підключення фотоелектричного модуля для заряду акумуляторної батареї в автоматичному режимі;
  • створення заряду накопичувача енергії, що включає багато стадій;
  • здійснення відключення фотоелектричного модуля після повного заряду батареї в автоматичному режимі;
  • в разі перевищення встановленої норми розряду акумуляторної батареї, запуск відключення в автоматичному режимі;
  • запуск перепідключення навантаження з метою заряду акумуляторної батареї.

Всі вищевказані функціональні особливості грають важливу роль в процесі збереження ефективності накопичувача енергії, запобігання його передчасної поломки, що значно знижує витратність обслуговування сонячної електростанції. Якщо на регулярній основі буде відбуватися перезаряд акумуляторної батареї, то це призведе до закипання електроліту. Відповідно, буде відбуватися спучування герметичній конструкції пристрою. 

Протилежний процес – без міри високий рівень розряду батареї, також є небезпечним. Цей процес здатний привести до сульфатації пластин накопичувача і його повного виходу з ладу. Найбільш схильні до поломок в разі неконтрольованого заряду-розряду акумуляторні батареї на свинцево-кислотній основі. Вони найчастіше і встановлюються в традиційних сонячних системах.

Різновиди популярних контролерів заряду:

  • пристрій з широтно-імпульсною модуляцією;
  • пристрій з пошуком точки максимальної потужності.

Різновиди контролерів, які використовувалися раніше, мали властивості відключати акумуляторну батарею від фотоелектричного модуля викликаючи коротке замикання. Для фотоелектричних модулів, які не переносять закорочування, застосування даного типу контролера було неприпустимо. Це значно обмежувало сферу їх застосування. 

Пристрій з ШІМ (широтно-імпульсною модуляцією) відрізняється послідовністю процесу, яка дозволяє заряджати акумуляторну батарею на 100%. 

Виділяють чотири основні стадії процесу зарядки за допомогою подібного контролера:

  1. Здійснення основного заряду. На даній стадії відбувається передача акумуляторної батареї всього обсягу електричного струму від модуля.
  2. Здійснення поглинання заряду. Ця стадія передбачає підтримку певного рівня заряду батареї. Таким чином, контролер виключає можливість підвищення температури накопичувача вище норми і освіти газів всередині конструкції. Кількість що надходить електричного струму змінюється в залежності від того, наскільки заряджений накопичувач.
  3. Здійснення підтримання заряду. На цій стадії контролер дозволяє зберігати заряд після того, як акумуляторна батарея зарядилася на 100%. Також здійснюється зниження надходить струму, щоб уникнути перегріву.
  4. Здійснення зрівноваження заряду. Дана стадія стає можливою тільки для акумуляторних батарей відкритого типу. При заряді відбувається вирівнювання, що супроводжується великим виділенням газу. Даний процес передбачає утворення водню і кисню. Щоб акумуляторна батарея не вибухнула, слід надати належний рівень вентиляції і убезпечити пристрій, розмістивши далеко від джерела вогню.

Велика частина пристроїв, які здійснюють контроль заряду, запрограмовані таким чином, щоб використовувати стандартні заводські настройки. Саме вони і регулюють перемикання режимів заряду-розряду. Найкраще віддати перевагу контролерам, які є налаштованим. У них можна вибрати певну ємність акумуляторної батареї, показники напруги заряду, які рекомендує виробник накопичувача енергії.

Підбір контролера заряду здійснюється в індивідуальному режимі конкретно для кожної СЕС. При цьому враховуються параметри потужності фотоелектричних панелей і навантаження в цілому. Перш, ніж ввести сонячні панелі в експлуатацію, варто ретельно ознайомитися з керівництвом і технічним описом для максимально вдалого підбору контролера.

Акумулятор, сонячної електростанції також є дуже важливою ланкою. Його функція полягає в накопиченні і збереженні електроенергії, яка була згенерована СЕС. Автономна система сонячних електростанції передбачає використання спеціальних акумуляторних батарей, термін експлуатації яких є найбільш тривалим. 

АКБ

Накопичувач енергії (акумулятор) грає роль буфера, який акумулює електрику з використанням оборотність хімічних реакцій. Циклічний режим функціонування накопичувача обумовлений відбуваються в ньому хімічними процесами, що забезпечують заряд і розряд. Процес заряду на увазі пропускання електричного струму в протилежному напрямку процесу розряду. 

Якщо накопичувачі об’єднуються в блоки, то їх характеризують як батареї.

Характеристикою накопичувачі енергії в якості основного параметра виступає ємність. Даний параметр є найбільший допустимий рівень заряду, який в змозі витримати накопичувач певного виду. З метою вимірювання ємності накопичувача його слід розрядити протягом встановленого часу до встановленого показника напруги. 

Накопичувачі енергії, які застосовують в енергосистемах різного виду, мають ряд специфічних відмінностей щодо:

  • показників номінального напруги;
  • розмірів;
  • ємнісних характеристик;
  • видів електроліту;
  • наявності ресурсних показників;
  • швидкості твори повного заряду;
  • цінової політики;
  • показників робочих температур і т.д.

До накопичувачів електроенергії в системах сонячних батарей існують певні вимоги:

  1. Акумулятор повинен мати високу циклічність, тобто витримувати якомога більше циклів заряду-розряду.
  2. Перевага віддається пристроїв, що мають малий саморозряд.
  3. Показники зарядного струму повинні бути високими.
  4. Акумулятор для фотоелектричної системи повинен мати досить широким діапазоном температурних режимів, в межах яких здійснюється його ефективна робота.
  5. Важливим аспектом є відсутність спеціальних вимог в обслуговуванні пристрою.

Взявши до уваги всі перераховані вище вимоги, були створені накопичувачі енергії глибокого розряду, які підходять для різних видів систем електричного постачання.

Для установки на фотоелектричних станціях існує спеціальна модифікація таких акумуляторів під назвою Солар. Ці пристрої мають найвищі ресурсні показники під час роботи по циклам.

Стартерний вид накопичувача в даному режимі роботи не є ефективним. Стартерні акумулятори не переносять режиму глибокого розряду або заряду малим струмом. Крім того, вони відрізняються підвищеним рівнем саморозряду. 

Термін експлуатації таких пристроїв порівняно малий. В якості штатного режиму роботи цих компонентів використовують короткочасний розряд за допомогою великого струму з подальшим відновленням рівня заряду. Далі вони переводяться в режим очікування запуску стартера. Заряд акумулятора в цей час максимальний.

Для більшої ясності можна порівняти ці види акумуляторів зі спортсменами-бігунами. В даному випадку накопичувач стартерного типу є спринтером. Спеціалізована акумуляторна батарея є таким собі спортсменом-марафонцем.

Найбільшою популярністю в даний момент користуються накопичувачі енергії на свинцево-кислотній основі. Їх популярність виправдана зниженою питомою ціною 1 кВт / год порівняно з аналогічними пристроями. Такі накопичувачі мають вищий коефіцієнт корисної дії і більш широкий діапазон робочих температур. Наприклад, якщо показники ефективності свинцево-кислотного накопичувача складають близько 80%, то лужний накопичувач має за даними параметрами не більше 60 відсотків. 

Деякі характеристики лужних акумуляторів дозволяють їм перевершувати свинцево-кислотні. По-перше, лужні накопичувачі мають більший ресурс в тривалості експлуатації. По-друге, існує шанс відновити роботу такої батареї завдяки зміні електроліту. По-третє, лужні акумулятори можуть ефективно функціонувати при низьких температурних показниках. При цьому багато параметри цього різновиду накопичувачів роблять їх непридатними для використання фотоелектричними станціями. Серед них:

  • низький коефіцієнт корисної дії;
  • знижений рівень сприйнятливості до зарядки за допомогою малого струму.

Заключним ланкою складових сонячних електростанцій є инверторная установка. Інвертором називають спеціальне обладнання для сонячної електростанції, яке здійснює трансформацію постійного електричного струму в змінний. При цьому відбувається зміна параметрів величини і частоти напруги. 

Інвертор сприймає електроенергію, що надходить від накопичувача через спеціальний вхід. Також інвертор сприймає енергію, яка подається через контролер від фотоелектричних модулів. Основною функцією інвертора є перетворення постійного струму в змінний. Саме змінний струм використовується в подальшому для енергетичного забезпечення житлового будинку або іншого об’єкта енергоспоживання. Інверторна установка підбирається за потужністю, яка затребувана побутовими приладами. Вимірюється потужність інвертора у ВАТ. Найбільш популярними для використання в домашніх сонячних електростанціях є інвертори з синусоїдальною формою вихідного сигналу. З метою задоволення енергетичних потреб житлового об’єкта продуктивність инверторной установки повинна бути в межах 2-4 кіловат.

Найчастіше інвертор представлений в формі генератора періодичного напруги. Форма инверторной установки є наближеною до синусоїдальної. В межах фотоелектричної станції інвертор виступає в якості одного з центральних ланок системи.

З урахуванням того факту, що коефіцієнт корисної дії фотоелектричного модуля знаходиться в межах 30%, застосування инверторной установки, що має малий коефіцієнт корисної дії, істотно зменшить показники ефективності сонячної електростанції. Така комбінація робить роботу СЕС економічно недоцільною і збитковою.

Інверторна установка в складі сонячної електростанції може працювати як єдиний пристрій або ж включатися до складу обладнання систем забезпечення безперебійного харчування.

Далі ми розглянемо стандартні типи сонячних електростанцій в залежності від способів їх функціонування.

Автономна СЕС

Сонячна електростанція, що характеризується автономним режимом роботи, яка не має зв’язку із загальною електричною мережею, називається автономною. Цей вид електростанцій використовуються в тих випадках, коли можливість приєднання до лінії електропередач відсутня. Автономні сонячні електростанції знайшли широке застосування у віддалених регіонах і стали альтернативним способом задоволення енергетичних потреб житлових об’єктів. Серед очевидних переваг сонячних електростанцій автономного типу істотним недоліком є загальна вартість обладнання і монтажу, складність в розрахунках необхідних навантажень.

Слід врахувати, що в разі перебоїв в роботі автономної сонячної електростанції відновити енергоспоживання за рахунок використання загальної мережі буде неможливо. Потужність сонячної електростанції такого виду слід розраховувати виходячи з енергоспоживання побутових приладів житлового об’єкта. Це дозволить повністю задовольнити енергетичні потреби будинку.

Важливим є той факт, що автономна сонячна електростанція повинна повністю забезпечувати енергетичні потреби житлового будинку. Тобто весь обсяг електроенергії, який споживатимуть побутові прилади, повинен згенерувати фотоелектричними панелями. У нічний час і при похмурих погодних умовах енергоспоживання будинку буде забезпечуватися за рахунок роботи акумуляторної батареї.

Кількість фотоелектричних панелей для автономної сонячної електростанції має розраховуватися з тією умовою, що енергії має повністю вистачити на споживану потужність житлового будинку і повну зарядку акумуляторної батареї. Крім енергетичного забезпечення житлових об’єктів, такі сонячні електростанції можуть використовуватися з метою енергозабезпечення потужного устаткування при проведенні ремонтних і будівельних робіт в польових умовах.

З метою збільшення коефіцієнта корисної дії і найбільш продуктивного використання електростанції необхідно розробити чіткий план роботи, що дозволяє підвищити показники працездатності системи. Для цього найбільш ретельно слід опрацювати такі аспекти:

  • необхідна потужність в певний час доби;
  • який обсяг енергії може надати сонячна електростанція на даний час;
  • які показники потужності можуть бути надані акумулятором;
  • яка буде кінцева ціна електрики, що надходить від усіх структурних одиниць сонячної електросистеми.

СЕС резервного електроживлення

У багатьох віддалених від великих міст населених пунктах не завжди буває задовільний рівень енергозабезпечення. Часті перебої в роботі мережі змушують шукати альтернативні методи. Одним з таких методів є система електроживлення.

Такий режим роботи не має на увазі використання фотоелектричних модулів на постійній основі. Накопичувач енергії (акумулятор) заряджається на 100% і прибуває в режимі очікування. Якщо ж в загальній мережі трапляється збій або напруга не відповідає необхідним параметрам, відбувається підключення резервної системи харчування. У цей момент інвертор займається перетворенням постійного струму від накопичувача енергії в змінний. 

Безперебійне енергопостачання стає можливим саме завдяки такій схемі роботи. Як обмеження в даному режимі роботи виступає ємність акумуляторної батареї. Саме цей параметр визначає час подачі енергії з системи резервного живлення. 

Резервна сонячна електростанція функціонує тільки в екстрених випадках, коли подача електроенергії із загальної мережі стає неможливою. Основним аспектом ефективності резервної системи харчування є кількість акумуляторних батарей. 

Існує варіант пристрою сонячної електростанції резервного типу, при якому процес зарядки акумуляторної батареї здійснюється в той час, коли фотоелектричний модуль генерує надлишки електроенергії. Щоб акумуляторна батарея не втрачала заряд в процесі утримання від перезарядки пристроїв системи, існує контролер заряду. Він займається регулюванням цих процесів. 

Функцією контролера є відстеження процесу забезпечення встановленого рівня заряду накопичувача енергії. Це значно збільшує термін експлуатації і продуктивної роботи акумуляторної батареї.

Сонячні електростанції мережевого типу

Мережева СЕС в якості структурних компонентів включає в себе мережеву інверторну установку і фотоелектричні модулі. Інвертор служить для здійснення процесу прямої трансформації постійного струму, одержуваного від фотоелектричних модулів, в змінний струм. Слід зазначити, що частота змінного струму при цьому становить 50 Гц, а напруга 220 вольт. Підключення інвертора проводиться паралельно загальної мережі. 

При цьому, згенерувала енергія надходить в електромережу та використовується першочергово. Якщо ж сонячні панелі виробляють недостатню кількість електрики, то енергетичне забезпечення будинку здійснюється за рахунок енергії з мережі. 

Мережева СЕС використовує акумулятор тільки в разі перебоїв в живленні. Ця перевага значно знижує фінансові вкладення споживача.

Слід також звернути увагу на те, що вироблена фотоелектричними модулями електроенергія поставляється споживачеві за допомогою інвертора відразу після генерації.

Обсяг виробленої енергії прямо пропорційний інтенсивності сонячного випромінювання. Коли мережева сонячна електростанція працює в тандемі із загальною мережею, то в пріоритеті знаходиться електрику, вироблену фотоелектричними панелями. Це означає, то при достатній кількості інсоляції енергія із загальної мережі не використовується абсолютно. Якщо ж рівень інсоляції є недостатнім для забезпечення енергетичних потреб житлового будинку, то з мережі надходить саме ту кількість енергії, якого бракує.

Основи побудови електростанції

Будівництво сонячної електростанції передбачає попереднє створення програми. Такий підхід дозволяє створити чіткий алгоритм, який буде деталізувати кожен основний процес в будівництві.

Найважливішими пунктами програми будуть:

  • територіальне узгодження, тобто твердження тієї місцевості, на якій буде розташовуватися сонячна електростанція;
  • створення безпечних умов для роботи персоналу та функціонування об’єкта в цілому;
  • розробка фонду будівництва;
  • твір монтажу фотоелектричних панелей;
  • проведення монтажних робіт по збору конструкцій;
  • будівельні роботи на підстанціях;
  • проведення електричних робіт на зазначеній ділянці;
  • підключення електростанції до загальної мережі;
  • проведення тестування та початок роботи сонячної електростанції.

Важливим аспектом в плануванні будівництва сонячної електростанції є управління ціною об’єкта. Проект СЕС буде вважатися життєздатним, якщо витрати на його будівництво будуть продуманими і обгрунтованими.

Слід також зазначити, що власники сонячних електростанцій найчастіше вдаються до послуг компанії-підрядника, яка проводить роботи з інжинірингу для подальшої проектування і будівництва об’єкта. Гарантійні зобов’язання в межах угоди між підрядником та власником СЕС надаються на фотоелектричні панелі, гарантію обсягу виробництва енергії, на потужність сонячної електростанції в цілому.

Крім цього, під час проведення монтажу обов’язковою умовою є контроль якості виконаних робіт.

Далі ми розглянемо який формат сонячної електростанції найбільш підходить для приватного домоволодіння. 

Для енергетичного забезпечення житлового будинку і для реалізації залишків енергії за зеленим тарифом найбільш підходящим типом СЕС буде мережева.

Часто люди, які цікавляться процесом встановлення сонячних електростанцій на території приватного будинку, задаються питанням про те, якою буде вартість обладнання для житлового приміщення, наприклад, площею 100 квадратних метрів.

Слід зазначити, що вартість устаткування має пряму залежність не тільки від житлової площі. В даному випадку застосовується інший метод розрахунку.

Перш ніж прийняти рішення про встановлення сонячної електростанції, місце установки повинен оглянути фахівець. Тільки він зможе дати висновок про те, чи відповідають технічні умови електричних мереж монтажу сонячних модулів. Проводиться оцінка необхідної потужності в кіловатах на певний житловий об’єкт.

Максимальна дозволена потужність домашньої сонячної електростанції становить 50 кВт. Це гранична межа, яка дозволена до покупки в Обленерго. Якщо власник будинку вирішив встановити сонячну електростанцію потужністю 50 кВт, то він повинен підвести до житлового об’єкту кабель відповідної потужності. Відповідно до вказаних умов в подальшому проводиться розрахунок всіх технічних параметрів.

Наступним кроком в установці сонячної електростанції є монтаж обладнання та введення в експлуатацію цілісної системи. Тільки після цього здійснюється документальне підтвердження і складання угоди щодо поставки та реалізації електрики Обленерго. Потім необхідно відкрити рахунок в банку, на який будуть нараховуватися кошти, виручені від продажу надлишків електроенергії.

Останнім кроком в цьому алгоритмі є підключення зеленого тарифу і отримання прибутку від домашньої сонячної електростанції.

Процес установки сонячної електростанції разом з документальним оформленням може вкластися приблизно в 30 днів. Терміни можуть затягуватися якщо номінальна потужність енергетичної мережі приватного будинку складає близько 5-10 кВт. У такому випадку власник приватного будинку повинен відвідати РЕЗ і скласти заяву, на підставі якого відповідні органи нададуть дозвіл на установку могутнішого кабелю.

Важливим фактором, який цікавить майбутніх власників сонячних електростанцій, є термін окупності їхніх вкладень. В Україні, з огляду на рівень інсоляції, ці рядки можуть варіюватися від 5 до 7 років.

Якщо в приватному домоволодінні встановити сонячну електростанцію потужністю 10 кВт, то термін окупності буде приблизно 6-6,5 років, якщо ж потужність електростанції буде 30 кВт, то вкладені кошти відіб’ються за 5-5,5 років. 

Щодо доходів від сонячної електростанції приватного характеру, можна сказати, що це сума знаходиться в межах 10000 гривень за 1 місяць.

Слід також зазначити, що генерувати електроенергію тільки з метою енергетичного забезпечення свого будинку не дуже вигідно. Сьогоднішній зелений тариф дозволяє реалізовувати залишкову енергію в мережу за ціною, яка в 6-7 разів перевищує ціну спожитої.

Кількість сонячного випромінювання найбільшим чином впливає на обсяг виробленої енергії. Наприклад, якщо Ви є власником сонячної електростанцію в Закарпатті, то показники інсоляції будуть в межах 1100 Вт. Якщо ж сонячну електростанцію встановити в приватному будинку в Одеській області, то ці показники збільшаться до 1500 Вт. Чим більше сонячним є регіон, тим швидше окупиться проект.

Період найбільшої сонячної активності, як правило, починається з травня місяця і закінчується у вересні. Середнє значення обсягів виробництва електроенергії сонячної електростанції протягом доби становить близько 90 кіловат-годин.

Скільки ж потрібно фотоелектричних модулів для сонячної електростанції потужністю 30 кіловат?

Якщо врахувати, що один сонячний модуль має потужність 250 Ватт, то для такої СЕС буде потрібно 120 модулів.

Зараз популярність набирає установка сонячних модулів в багатоквартирних будинках. Єдиною умовою успішності такого заходу є наявність потужної проводки. Крім цього, при проектуванні сонячної станції такого типу враховується площа покрівлі об’єкта. Незадовільні розміри даху можуть стати обмежуючим фактором. Фотоелектричні модулі мають різну потужність, тому якщо площа даху невелика, відмінним виходом буде установка могутніших панелей в меншій кількості.

На даний момент держава надає всіляку підтримку власникам домашніх сонячних електростанцій. Державні банки, в тому числі Ощадбанк, пропонує клієнтам вигідні умови кредитування для купівлі обладнання СЕС. 

Безліч чинників в архітектурі житлового будинку можуть стати бар’єром для установки сонячної електростанції. Причиною тому може бути складна побудова покрівлі; орієнтація схилів, невідповідна для установки панелей; незадовільний рівень затінення; наявність перешкод (це може бути димова труба, вентиляційний вихід або вікно). Незважаючи на перераховані вище фактори, можливість встановити 30-кіловатний сонячну електростанцію все ж таки присутня.

Монтаж стає можливим, якщо на території домоволодіння присутній ділянку, метраж якого дозволяє встановити фотоелектричні модулі саме на ньому.

Підвищений інтерес до наземним сонячним електростанціям виникає через часто зустрічається обмеженості в площі покрівлі. Середньостатистичний приватний житловий об’єкт, що навіть має відповідну дах, загальна площа яких становить 100 квадратних метрів, дозволяє встановити до 15 кВт номінальної потужності. 

Якщо на присадибній ділянці встановити фотоелектричні модулі, сукупна потужність яких складе 30 кіловат, прибуток від продажу електроенергії складе близько 5000 євро за 12 місяців. Це за умови, що житловий об’єкт буде споживати близько 5 сотень кіловат-годин за місяць. Час, за яке інвестиції в домашню сонячну електростанцію повернутися її власнику, становить близько шести років.

Монтаж домашньої сонячної електростанції не є ускладненою завданням з технічної точки зору. Мінімізація витрат часу, виняток неправильних розрахунків і дефектів роботи відбувається за рахунок залучення професійних Солар-інсталяторів. 

Найважливішими умовами, обов’язковими для дотримання при монтажі сонячної електростанції на земельній ділянці, є південна орієнтованість фотоелектричних модулів і виключення затінюють об’єктів. Важливим фактором є також розміщення фотоелектричних модулів. Відсутність можливості установки модулів в один ряд можна нівелювати за допомогою уважного ставлення до плану та розміщення рядів панелей таким чином, щоб виключити взаємне затінення. Такий підхід хоч і потребують більшої площі, зате забезпечує більшу продуктивність роботи СЕС.

Приватна сонячна електростанція, потужність якої складає 30 кВт, в середньому займає близько 500 метрів квадратних. Площа також залежить від кута нахилу модулів. 

Складність монтажу наземної або дахової електростанції визначається наявністю типових конструкцій. Якщо на попередньому етапі проектування електростанції, яка в подальшому буде розташовуватися на присадибній ділянці, було вироблено конструювання і проведені необхідні розрахунки певних навантажень, то монтаж на місцевості займе мінімальний час. У цьому випадку проектування буде полягати у визначенні оптимального місцезнаходження «столів», тобто несучих конструкцій, які будуть утримувати безпосередньо сонячні модулі. Якщо ж монтаж сонячних панелей виробляється на даху будівлі, то розташування фотоелектричних модулів і процес складання повної комплектації устаткування займає максимальну кількість часу. 

Коли монтаж наземної сонячної електростанції виробляється за допомогою обладнання, що не є типовими, то час будівництва затягується, а сам процес набагато ускладнюється.

Час монтажу сонячної електростанції на присадибній ділянці визначається цілою низкою чинників:

  • наявність докладного плану території;
  • особливості рельєфу ділянки;
  • наявність комунікацій, що знаходяться під землею;
  • геологічні умови регіонів;
  • попереднє узгодження встановленого місця розташування несучих конструкцій для фотоелектричних модулів;
  • встановлення загальної потужності сонячної електростанції.

Якщо установка типової конструкції столу неможлива, то деякий час знадобиться на процес розробки індивідуальної конфігурації.

Типова конструкція столу для установки сонячної панелі є спеціальний профіль. Найбільш підходящий матеріал для створення несучих конструкцій – оцинковане залізо або алюміній. Крім ваги фотоелектричного модуля типова несуча конструкція повинна бути розрахована на наявність додаткових навантажень. У процесі конструювання враховується ймовірність впливу снігу, дощу і сильних поривів вітру на поверхню сонячної панелі.

Найкращим варіантом для створення несучого профілю для сонячних панелей є сталева конструкція. Для підвищення показників зносостійкості конструкцію краще обробити за допомогою методу гарячого цинкування. Товстий шар цинку при цьому не допустить поява іржі протягом довгих років. Процес оцинковки також надійно захистить місця зрізів конструкції.

Монтаж сонячної електростанції приватного порядку здійснюється наступним чином:

  • конструкції і деталі транспортують на присадибну ділянку, де і відбуватиметься установка сонячної електростанції;
  • здійснюється складання компонентів по типу конструктора згідно з вимогами сертифікатів на проект.

Вартість монтажних робіт по установці сонячної електростанції

 Ціна монтажних робіт варіюється в межах 10% від загального кошторису сонячної електростанції. Слід зазначити, що якість опорних установок безпосередньо впливає на тривалість роботи сонячної електростанції і безпеку фінансових вкладень в майбутнє. Професійні проектувальники можуть значно спростити процес монтажу і скоротити терміни будівельних робіт без збитку для якості проекту. Таким чином, виконавцю монтажних робіт на місцевості буде набагато простіше працювати з попередньо розробленим планом, ніж імпровізувати.

При монтажі наземної сонячної електростанції ключовим моментом є фундамент. В якості фундаменту можуть використовуватися:

  • баластні споруди, що складаються із залізобетонних блоків;
  • традиційний фундамент, виконаний з бетону;
  • спеціальна основа, зроблена за допомогою закапування паль з металу в грунт.

З точки зору швидкості і технологічності фундамент з металевих паль є найбільш підходящим. Щоб створити таку споруду, необхідно використовувати спеціальне обладнання і техніку, яка забезпечує правильне використання паль в землю. Глибина, на якій повинна знаходитися паля, становить близько півтора метрів.

Створення такого фундаменту при наявності необхідного технологічного супроводу може зайняти кілька годин. Далі на такій основі може здійснюватися монтаж конструкцій.

Якщо ж був обраний варіант з бетонним фундаментом, то монтажні роботи краще відкласти до наступного дня. Бетон вимагає певного часу застигання. 

За умови готового фундаменту, монтаж може займати близько кількох діб. Такий термін проведення робіт можливий при наявності типових конструкцій. Установка опор і монтаж фотоелектричних модулів здійснюється досить швидко. Окремим сектором робіт з підвищеною відповідальністю є установка інверторів і підключення кабелів. Слід зазначити, що ці заходи можна проводити одночасно з установкою сонячних панелей.

Монтаж сонячної електростанції, потужністю 30 кВт, можна здійснити при наявності професіоналізму у працівників протягом 4 днів. Цей процес передбачає повний комплекс будівельних робіт та проведення настройки обладнання.

Якщо на попередньому етапі було проведено якісне проектування, а підготовка до монтажних робіт ґрунтувалася на наявності досвіду і грамотному розподілі обов’язків, то установка сонячної електростанції відбуватиметься в найкоротші терміни і дозволить виключити наявність дефектів.

Важливо зауважити, що ефективність сонячної електростанції приватного будинку можливо збільшити до 5% завдяки кріпленням, які мають змінний кут. Така особливість конструкції дозволяє змінювати кут нахилу сонячного модуля посезонно. Власник електростанції може виробляти цю маніпуляцію самостійно в зимовий і літній час.

Слід також виділити системи фасадного монтажу фотоелектричних панелей. Даний варіант є найбільш підходящим для тих, хто вважає за краще грамотний розподіл житлової площі будинку. Системи фасадного кріплення поділяються на два типи: 

  • ті, які монтуються безпосередньо в фасад будівлі;
  • ті, які прикріплюються шляхом навішування конструкцій.

Сонячні електростанції приватного характеру відрізняються від комерційних обсягами генеруючої електроенергії. Якщо сонячна станція, встановлена в приватному домоволодінні, має основну мету – енергозабезпечення будинку, то для комерційної СЕС ця мета полягає в отриманні прибутку від продажу електроенергії. Слід зазначити, що приватна СЕС також здійснює продаж електроенергії в загальну мережу, тільки в невеликій кількості.

Навчальний Курс – Частина 3. Способи генерації електроенергії.

Способи генерування електроенергії.

Матеріал дозволено використовувати в навчальних цілях.

Потік сонячних променів, що потрапляють безпосередньо на поверхню Землі, має максимальну щільність 1 кіловат на метр квадратний. Діапазон довжини хвиль при цьому становить 0,3-2,5 мкм.

Таке випромінювання отримало назву «короткохвильове». Слід зазначити, що такий тип випромінювання складається з променів видимого спектру.

Сонячні промені є потоком енергії, що отримується з загальнодоступного джерела з підвищеними температурними показниками (температура поверхні Сонця становить близько 6 тисяч градусів за Кельвіном) в порівнянні зі звичайними енергетичними джерелами.

Устаткування, яке використовує енергію Сонця з метою генерації електроенергії, можуть бути розміщені як на планеті Земля, так і за межами її атмосфери.

Коли короткохвильове випромінювання від сонця проходить крізь атмосферні шари, то воно поділяється за типами здійснення взаємозв’язку:

Поглинання енергії.

Промені трансформуються в тепло шляхом руху молекул.

Розсіювання променів.

Напрямок, в якому відбувалося початковий рух променів, змінюється, а кут їх потрапляння на земну поверхню варіюється.

Відображення променів.

Цей тип взаємодії не має залежності від того, під яким кутом відбувається падіння променів. Близько 30 відсотків концентрованого потоку променів Сонця з космічного простору за допомогою відображення відправляється назад. Відображення відбувається завдяки хмарам або сніжної поверхні (льоду), що покриває поверхню Землі.

Крім генерації електроенергії за допомогою геліосистем, випромінювання від сонця використовується в опалювальних цілях (в віддалених районах з низьким температурним режимом і недостатньою кількістю опалювальних ресурсів), а також з метою гарячого водопостачання.

Концентрований потік сонячної енергії може надати діапазон температур від 100 до 700 градусів Цельсія. Цих температурних показників буде достатньо, щоб забезпечити функціонування теплового двигуна, що має порівняно високий коефіцієнт корисної дії.

Існує технологія створення спеціальних концентраторів параболічної конфігурації. Тільки ось виготовлення такого пристрою діаметром більше 30 метрів є проблематичним. Якщо ж врахувати потужність подібного обладнання (близько 700 кіловат, тобто 200 кіловат на годину електрики), то фінансові та часові витрати цілком виправдані. Такої потужності концентратора цілком вистачить для енергозабезпечення малих енергетичних систем. Комунальні мережі стаціонарного виду вимагають великих показників потужності і продуктивності.

Перетворення сонячної енергії по термодинамічному методу

Метод перетворення енергії з використанням явища термодинаміки дозволяє отримати електроенергію з сонячних променів майже аналогічно генерації електрики за допомогою використання інших енергетичних джерел.

Слід враховувати той факт, що випромінювання, що потрапляє на земну поверхню, має певні особливості:

  • знижені показники щільності;
  • наявність циклічності протягом доби;
  • наявність циклу в залежності від сезону;
  • вплив погодних умов.

Термодинамічне перетворення повинно відбуватися таким чином, щоб застосування різних показників тепла не впливало на продуктивність функціонування системи. Це означає, що слід обов’язково використовувати в подібній системі накопичувачі енергії, щоб виключити ймовірні коливання експлуатаційних режимів роботи системи. Акумулятори дозволять забезпечити задану кількість енергії з прив’язкою до часу.

Пристрій, завдяки якому стає можливим процес термодинамічної перетворення сонячного випромінювання, зобов’язана мати в складі такі технічні складові:

  • система прийому, яка займається перетворенням сонячної енергії в теплову (теплова енергія згодом переходить до теплоносія);
  • система, що дозволяє переносити теплової носій від системи прийому до накопичувача або теплообмінникам (саме в них відбувається нагрівання робочого тіла);
  • система, що дозволяє управляти падаючої сонячної радіацією;
  • теплової накопичувач енергії;
  • теплообмінники.

Сонячні електростанції, в основі роботи яких лежить використання принципу термодинаміки в перетворенні енергетичного потоку, в основі своєї роботи мають 2 фундаментальних шляху.

Перший шлях дозволяє використовувати малі централізовані станції у віддалених або важкодоступних регіонах.

Другий шлях регламентує використання сонячних установок великого розміру (їх потужність – близько 20-30 МВт). Устаткування такого типу застосовується в потужних енергосистемах.

Сонячні колектори

У своєму складі установка, яка збирає сонячні промені має важливу конструктивну складову – сонячний колектор. Це пристрій вловлює сонячні промені. Далі відбувається трансформація енергетичного потоку від сонця в тепло з подальшим нагріванням води, повітря та інших теплоносіїв.

Існуючі фокусуючі колектори і мають пласку конфігурацію.

Перший тип колектора здійснює поглинання енергетичного потоку променів з подальшим концентруванням. Іншими словами – зростають показники щільності потоку. Якщо ж говорити про сонячні колектори, що мають плоску конфігурацію, то тут поглинання відбувається без концентрації.

Концентратори радіації або сонячного потоку енергії

За допомогою концентратора відбувається збільшення показників щільності радіаційного потоку сонячних променів. Концентратор являє собою спеціальне обладнання, що має вигляд набору лінз (або дзеркальних поверхонь).

Оптичні поверхні в такого роду пристроях бувають плоскої форми, Параболоциліндричні або параболоїдних. Для виготовлення цього компонента використовуються матеріали, що мають високі показники відображення (тонка металева пластина або фольгований матеріал).

Виділяють два різновиди СЕС: баштовій і модульної конфігурації.

Модульна електростанція представлена ​​у вигляді великої кількості колекторів, які концентрують випромінювання. Колекторні установки не залежать одне від одного і стежать за сонцем самостійно.

Слід зауважити, що концентратор може не бути у вигляді параболоїда. Ця конфігурація найбільш продуктивна, але не є обов’язковою.

Завдання концентраційного обладнання полягає в передачі енергії теплоносію, точніше – його наповнення. Нагріта рідина (вміст теплового носія) подається в центральну частину станції. В якості рідини теплообмінника може використовуватися термохімічна складова (наприклад, дисоційоване з’єднання аміаку) або водяна пара (для прямого використання паровою турбіною)

Системи, що складаються з зосереджених колекторних установок, характеризуються рядом мінусів:

  • кожен відбивач потребує окремого теплоприймача, що має складну конструкцію;
  •  якщо припустити, що доведеться зняти енергію з 20 тисяч відбивачів, що мають форму параболоїда, то знадобиться дорогий обмінний контур, здатний витримати високу температуру (враховуючи привід генератора в 100 мегават). Контур буде служити з’єднанням для відокремлених один від одного концентраційних установок.

Недоліки нівелюються, якщо замінити 10 000-20 000 приймачів одним подібним щодо габаритних розмірів і конфігурації пристроєм. Важливою вимогою є підняття пристрою над землею.

У такому вигляді і існує сонячна станція баштового типу. Концептуальна відмінність її полягає в тому, що відбувається заміна параболічних відбивачів плоскими. Це значно здешевлює технологію.

Використання сонячних ставків

Сонячним ставком називають нагрівальне спорудження, що припускає в ролі теплозахисної кришки використовувати воду.

В якості основи може бути використана велика водойма (природна або вирита спеціально для цієї мети). Така технологія не вимагає великих фінансових витрат. Наприклад, на території Ізраїлю роль сонячного ставка може грати Мертве море.

У складі сонячного ставка є накопичувач теплової енергії, саме тому сфера застосування його досить обширна.

Застосування сонячного ставка:

  • в системах сонячного теплопостачання об’єктів;
  • в забезпеченні гарячою водою житлових будинків;
  • з метою вироблення теплової енергії для технологічних потреб;
  • в кондиціонуванні (кондиціонери абсорбційного виду);
  • генерація електрики.

Сонячний ставок здатний паралельно виступати в ролі колектора і накопичувача теплової енергії.

Технологія створення сонячного ставка передбачає заливку різних по щільності (за рахунок концентрації солей) шарів води. Шар води, де концентрація солі найвища, знаходиться на дні водойми. Його ширина становить близько півметра.

За допомогою поглинання сонячних променів дном, які мають темний колір, самий нижній шар води нагрівається.

Щільність водного шару на дні з підвищенням температури знижується, але змішування з подальшим шаром не відбувається через правильно розрахованої концентрації солі у воді.

Конвекція в сонячному ставку відсутня, тобто нагріта вода з дна не піднімається на поверхню, як це відбувається в звичайних водоймах. Таким чином, температура придонного шару води підвищується часом до 90 градусів за Цельсієм (бувають навіть випадки закипання).

Сонячний ставок здатний забезпечувати безперебійне функціонування сонячної електростанції на випадок зникнення інсоляції. Ставок, що має глибину в два метри, дозволить СЕС працювати в постійному режимі близько тижня. Якщо ж глибина водойми більше, то можна говорити про сезонні цикли накопичення енергії.

Істотним недоліком такого типу накопичення сонячної енергії є необхідність використання великих територій. Сонячні ставки з екологічної точки зору дуже безпечні, адже солоні водойми в дикій природі існують не одне століття.

Сонячні установки, розташовані за поверхні Землі

На даний момент зростає популярність «сонячних будинків». Ці житлові об’єкти, що повністю забезпечують свої енергетичні потреби самостійно. Вони в багатьох випадках не мають навіть підключення до загальної мережі, тому не обтяжені плановими відключеннями електроенергії, підвищенням тарифів і іншими проблемами сучасних енергопостачань споживачеві.

Найбільша кількість подібних проектів реалізовано в Сполучених Штатах, країнах Західної Європи та Японії. У нашій країні подібні технології теж впроваджуються, хоч і повільно. Чи то через фінансову затратність, то чи через слабке розуміння принципу роботи таких установок і очевидної вигоди.

Такий спосіб генерування енергії може мати в своїй основі один з трьох варіантів перетворення енергії:

  • фотоелектричний;
  • фототермічна;
  • фотохімічний.

Фототермічний спосіб передбачає нагрівання теплоносія до колекторної установки, що представляє собою систему труб, що поглинають світло. Температура нагріву теплоносія досить висока. Технологія здатна забезпечувати теплом житло в якості опалення.

Колектор знаходиться на поверхні покрівлі об’єкта для того, щоб кількість сонячних променів, що потрапляють на його поверхню, була максимальною.

Існує також спеціальна система світловідбивних жалюзі. Вона управляється за допомогою комп’ютера і створює максимально прийнятний рівень освітленості колектора для забезпечення оптимального температурного режиму приміщень.

Певна кількість енергії накопичується за допомогою використання акумуляторів (теплових або механічних). Цей процес є короткостроковим – енергія зберігається пару діб, не більше. Якщо ж є необхідність довгострокового зберігання енергії, то знадобиться хімічний акумулятор.

Відомо, що один квадратний метр колекторної установки протягом доби здатний надати близько 70 літрів води, температура якої близько 80 градусів за Цельсієм.

Важкодоступні регіони з холодним кліматом вже давно використовують цю технологію.

Якщо «сонячний будинок» має крім тепла від сонця ще й електроенергію власної генерації, то варто розглянути наступну різновид геліоустановки.

Такий вид колектора передбачає використання в якості теплонакопичувачів фреону. Це може бути і інша рідина. Головне – вона повинна мати малу теплоту випаровування.

Такого роду установка функціонує при ста градусах за Цельсієм і не має потреби в концентраторах сонячного випромінювання. Коли ж в якості теплоносія використовується вода, то її температура повинна досягати 200-500 градусів за Цельсієм. При цьому в обов’язковому порядку повинні використовуватися концентратори у вигляді дзеркальних поверхонь, що направляють сонячні промені на поверхню колектора.

Фотоелектричні перетворювачі стали застосовуватися набагато частіше останнім часом. Найчастіше вони створюються з кристалічних за своєю структурою сполук кремнію і арсеніду галію.

Перетворення енергії сонця за допомогою ФЕП

Основу даного методу генерації електроенергії становить потік сонячної енергії, іменований серед наукової громадськості світловим потоком (потоком фотонів). Як і потік повітря, потік сонячних частинок має певну енергію.

Варто зауважити, що до попадання в атмосферу показники щільності сонячного потоку варіюються в межах 1360 ват на метр квадратний. Після проходження шарів атмосфери інтенсивність інсоляції стає значно менше, а на земній поверхні показники наближені до тисячі ват на квадратний метр.

Для перетворення енергії сонця в електрику важливу роль відіграє псевдоквадрат з кремнію, краї якого мають скошену форму. Діаметр цього пристосування складає 125 мм. Цей пристрій називається фотоелектричним перетворювачем (ФЕП). 

Яким же чином відбувається перетворення енергії? Вирішити дане питання вдалося фізикам, які змогли відкрити явище фотоефекту. Цей процес являє собою виривання заряджених частинок зі структури атома завдяки впливу світлового випромінювання.

На початку 20 століття фізиком Планком було доведено, що світлове випромінювання має властивість виділятися і поглинатися певними порціями. Ці «порції» були названі квантами (або фотонами).

Ця гіпотеза виступила обґрунтуванням наукової роботи, яка була проведена Генріхом Герцем тринадцятьма роками раніше.

Пізніше були виведені 3 закону цього явища:

  • В умовах константного спектрального складу між силою струму насичення і потрапляння на катод потоку світла існує прямо пропорційна залежність.
  • Зростання кінетичної енергії заряджених частинок, які були вирвані світловим випромінюванням, зростає і не має залежності від інтенсивності світлового потоку.
  • Фотоефекту не буде, коли частота світлового потоку нижче встановленого червоною кордону.
Теорія фотоефекту є основою для пояснення процесів, що відбуваються в ФЕПе.

Фотоелектричний перетворювач виступає в ролі центрального компонента сонячної панелі. Слід зазначити, що ФЕП є напівпровідниковим елементом. У фотоелектричному перетворювачі відбувається унікальний процес – вентильний фотоефект. В його основі лежить поява електричної рушійної сили в межах p-n переходу. Цей процес здійснюється під впливом сонячного випромінювання.

Вентильним фотоефектом, що відбувається в межах замикаючого шару, називають процес, коли заряджені частинки залишають одне тіло і проходять в напівпровідниковий елемент крізь розділову поверхню.

Напівпровідниками називають з’єднання, питома провідність яких знаходиться між показниками провідників і діелектриків. Головна відмінність напівпровідників від провідників складається в сильній залежності провідності від кількості домішок, температурних показників і різних типів променів.

До числа напівпровідників відносяться матеріали, що мають ширину забороненої зони в районі пари еВ.

Напівпровідники: селен, германій, миш'як, кремній, велике число сплавів.

Найбільш популярним представником напівпровідників на даний момент виступає кремній. Цей елемент становить близько 30 відсотків в земній корі.

Кремній став найбільш затребуваний саме в сонячній енергетиці по ряду причин:

  • доступний, є у великій кількості в природному середовищі;
  • має малу вагу;
  • ширина забороненої зони 1,12 електрон-Вольт.

Сучасний ринок сонячних систем комерційного типу для установки на землі представлений на 90 відсотків кристалічними панелями з кремнію і на 10 відсотків – тонкоплівковими.

Центральною фігурою в конфігурації ФЕП виступає p-n перехід. Якщо говорити простою мовою, то фотоелектричний перетворювач – це своєрідний «бутерброд», де шари кремнію піддаються процесу легування.

Варто відзначити, що p-n перехід відрізняється своєю особливою можливістю виступати в ролі енерго бар’єру для частинок, що переносять електричний струм. Іншими словами, перехід пропускає носіїв заряду лише в одну сторону.

Цей ефект і є основоположним у виробництві електроенергії сонячними панелями.

Сонячні промені опиняються на поверхні панелі і запускають процес генерації заряджених частинок в тілі напівпровідника. Носії струму з’являються з мінусом (електрон) і з плюсом (дірка). Завданням p-n переходу є поділ заряджених частинок по «своїм» половинам. Хаотичний рух носіїв струму перетворюється в впорядкований поділ по різних сторонах певного типу частинок. Далі ці розділені частки пускаються в зовнішній ланцюг. Саме там і створюється напруга. У замкнутому ланцюзі при цьому з’являється електрика.

Якщо говорити про матеріали, що застосовуються для створення фотоелектричних перетворювачів, то кристали кремнію і сполуки арсеніду галію є найкращими варіантами. Їх стійкість до тепла і коефіцієнт корисної дії мають підвищені показники (вище на 20 відсотків, ніж у інших матеріалів).

Коли ми говоримо про «сонячні будинки», то розглядати тільки обсяги генерації електроенергії нерозумно. Крім кількості виробленої від сонця енергії, важливу роль відіграє енергоефективність будівлі. Адже грамотний розподіл одержуваної енергії та ощадливе ставлення до неї дозволяє скоротити непотрібні витрати і знизити потребу в електриці і теплі.

Крім сонячних панелей на даху або на території домогосподарства, будівля повинна мати високий рівень теплоізоляції, оснащення потужними вентиляційними системами і т.д. Це дозволить не нести великі енергетичні втрати.

Сонячні панелі - майбутнє!

Сонячні панелі займаються перетворення потоку сонячної енергії в електрику, яке може бути використане для задоволення поточних енергетичних потреб об’єкта або запасатися за допомогою акумуляторів.

Існують каркасні і безкаркасні панелі. Перший вид представлений у вигляді поверхні, обрамлена профілем. Як правило, профіль виготовляється з алюмінію.

Сама поверхня панелі представлена ​​у вигляді скляної плити. По суті своїй вона є фотоелектричним генератором. Поверхня сонячної панелі включає заламіноване складові. Корпус панелі з внутрішньої сторони має діодний блок.

Кришка діодного блоку приховує електричні контакти. Саме вони і використовуються з метою підключення панелі.

Сонячні панелі, які не мають каркаса, представлені у вигляді ламінованої поверхні на алюмінієвій основі. Крім того, вони можуть розташовуватися на текстоліті. Ще одним варіантів є модуль, який не має підкладки.

До складу модуля також входить матеріал подібний до плівки – етил-вінілацетат. Він знаходиться між сонячними елементами.

З лицьового боку модуль покритий плівкою, яка не має кольору. З тильного боку розміщена підкладка або матеріал подібний до плівки без окремих оптичних умов.

Слід зазначити, що функціонування сонячного модуля зберігається при температурному режимі від мінус 50 до плюс 75 градусів за Цельсієм.

Атмосферний тиск порядку 84-106 кілопаскалей не здатний перешкодити роботі панелі. Вологість, при якій фотоелектричний модуль може працювати становить до 100 відсотків.

Якщо говорити про погодні умови, то дощ, інтенсивністю 5 міліметрів в хвилину не стане перешкодою для повноцінної роботи модуля.

Сонячна енергетика набирає популярність по всьому світу завдяки наявності ряду переваг.

По-перше, генерація електроенергії за допомогою використання сонячних панелей є досить простим і надійним способом. Фотоелектричний модуль не вимагає будь-якого палива. Він може повноцінно функціонувати, маючи внутрішній ресурс.

По-друге, сонячні панелі не вимагають хитромудрого і складного обслуговування. Власники приватних СЕС відзначають невибагливість модулів.

По-третє, незаперечною перевагою фотоелектричних модулів є те, що проміжні фази процесу перетворення енергетичного потоку відсутні. Якщо власник домоволодіння або комерційного об’єкта зважився на придбання сонячних установок, то його проблеми з енергозабезпеченням вирішені надовго.

Термін служби сонячних модулів обчислюється десятками років. В більшості випадків їх можна використовувати близько 20-25 років з достатньою ефективністю.

Не варто виривати з контексту і той факт, що фотоелектричні модулі не завдають рівним рахунком ніякої шкоди навколишньому середовищу, адже не мають викидів і відходів діяльності в процесі генерації енергії.

Крім того, варто звернути увагу на те, що використання ВДЕ дає можливість не тільки економити кошти, а й примножувати свій дохід за рахунок продажу електроенергії за «зеленим» тарифом в мережу.

У питаннях визначення переваг сонячної енергетики не слід випускати з уваги один з головних плюсів – невичерпність ресурсу. Сонячна енергія є безкоштовною, її покладів не існує, Сонце світить мільярди років і буде світити.

Накопичення енергії

Генерація електрики дуже тісно взаємопов’язана з акумулюванням. Адже вироблення енергії не можна порахувати точно, тому виникає необхідність зберігати залишки на певний час з метою використання їх під час дефіциту сонячного випромінювання (вночі або в погану погоду).

Слід зауважити, що децентралізоване використання для альтернативних джерел енергії є найкращим варіантом. Причина тому – низькі показники інтенсивності і наявність неуважності.

Процес накопичення енергії від ВДЕ кардинально відрізняється від процесу акумулювання енергії від атомних і теплових станцій.

ВДЕ, як правило, розкидані по території, тому передача електроенергії на великі відстані втрачає сенс.

Основною проблемою використання екологічних джерел енергії є вирівнювання попиту за часом. Так як природні умови і інтенсивність випромінювання від нас не залежать, то і передбачити обсяги генерації в ті чи інші годинник неможливо. Саме акумулювання енергії здатне вирішити цю проблему.

Відсутність контролю обсягів виробленої від сонця енергії нівелюється при наявності потужних накопичувачів, здатних зберігати надлишки енергії на деякий час, а при необхідності надавати її для задоволення енергетичних потреб.

Розглянемо варіанти накопичення електроенергії:

  • теплової;
  • хімічний;
  • електричний.

Накопичення енергії супроводжує не тільки альтернативну енергетику, але і традиційну. Тільки якщо акумулювання енергії ТЕС виражається у вигляді запасів вугілля, то накопичення енергії ВДЕ виглядає абсолютно інакше.

Тепловий спосіб накопичення енергії

Тепло з низькими температурними показниками виступає в ролі одного з найбільш затребуваних джерел в сучасному світовому енергоспоживанні. Вся справа в тому, що при обігріві приміщень використання тепла з високими температурними показниками в цілому не обов’язково. Високотемпературний джерело може стати в нагоді в промислових цілях.

З метою теплозабезпечення житлових приміщень досить буде приймача теплової енергії від сонячних променів і накопичувача тепла.

 У кліматичних умовах, які передбачають переважання низького температурного режиму, найбільш актуально акумулювати теплову енергію. Крім накопичення тепла від сонячного випромінювання, популярна також акумуляція залишкового тепла при функціонуванні обладнання.

Створити запас теплової енергії на 90 днів – абсолютно посильна мета. Головне – створення продуманого проекту житла. Першочерговим завданням є якісна теплоізоляція. Крім цього, слід продумати, як запобігти появі цвілі і унеможливити відсиріванню.

Крім того, важливо встановити вентиляційну систему, яка буде керувати температурними процесами. Рециркуляція тепла в даному випадку стане прекрасним рішенням.

Внутрішнім джерелом теплової енергії може стати залишкове тепло від приготування їжі, світла і т.д. Слід тільки продумати, як це тепло можна зберегти.

У світі існує маса прикладів подібних житлових об’єктів, які поєднують в собі енергоефективність і сучасний дизайн. При цьому ніяких незручностей для мешканців такого будинку не існує.

Слід зауважити, що накопичувальна здатність скельних порід в даному варіанті краще, ніж у води.

Сам по собі житловий об’єкт протягом 4-х діб здатний виступати в якості накопичувача теплової енергії.

Збереження тепла найбільш затребуване в регіонах, де переважає холод. У жарких країнах найбільш затребувана технологія акумулювання холоду. Ці дві технології дуже схожі.

Коли мова йде про накопичення теплової енергії, то слід згадати про існування технології, заснованої на зміні фазового стану деяких з’єднань при певному температурному режимі.

Яскравий приклад тому – глауберова сіль. При температурі 32 градуси за Цельсієм це з’єднання розпадається. Реакція розпаду є оборотною. В результаті запуску зворотного процесу виділяється 650 МДж тепла на 1 метр квадратний.

Ціна накопичувачів енергії формується в залежності від складності та матеріалу конструкції. Накопичувачі тепла з водою всередині мають значно менші показники питомої щільності. А акумулятор, який використовує процес розпаду глауберової солі може стати альтернативним вирішенням.

Хімічний спосіб накопичення енергії

Хімічні елементи утворюють ряд зв’язків, здатних утримувати енергію. Виділення енергії відбувається за допомогою екзотермічної реакції. Широко відомою реакцією є горіння. В окремих випадках реакція вимагає запуску зовнішніми факторами. Це може бути підвищення температури або застосування каталізаторів.

Застосування в акумуляторах біологічних сполук має особливі умови, ми його розглядати не будемо. Зупинимося на застосуванні традиційних хімічних складових, які використовуються в популярних видах накопичувачів енергії.

Використання водню.

Процес електролізу в результаті дає сполуки водню. Для запуску процесу необхідне джерело струму. Водень в газоподібному стані поміщається в спеціальні резервуари і поставляється на об’єкти, які потребують джерело енергії. Для задоволення потреби в енергії водень спалюється.

Продуктом реакції виступає вода, тобто ніяких шкідливих речовин не виділяється в процесі використання. Трохи менше 20 грам води виділяється в процесі отримання 242 Дж тепла.

Зберігання водню в великих обсягах викликає ряд незручностей і додаткових витрат. Найперспективніший і найменш витратний спосіб – застосування каверн, розташованих під землею. Такі природні цистерни нагадують ті, які утворюються в процесі видобутку природного газу.

Альтернативним рішенням є застосування для транспортування водню трубопроводів. Для цієї мети підійдуть і ті, які на даний момент постачають природний газ.

З метою отримання електроенергії водень теж може успішно використовуватися без шкоди для навколишнього середовища. Паливні елементи можуть без проблем працювати на водні.

Використання аміаку.

Аміак розкладається при певному температурному режимі на Н2 і NH3. Якщо застосувати цю реакцію в тепловому двигуні, то з’являється можливість отримувати електрику безперервно. Для цього лише необхідна теплова енергія сонячних променів.

Електричний спосіб накопичення енергії

Електроенергія є максимально досконалою формою енергії. Її накопичення – першочергове завдання сучасної науки. Вчені по всьому світу проводять роки в пошуках оптимального способу акумулювання. Важливу роль в цьому пошуку грає здешевлення технології.

Загальновідомий факт, що накопичувати і видавати за потребою електроенергію здатна тільки акумуляторна батарея.

Батареї різного об’єму і конфігурації входять до складу сонячних і вітрових електростанцій.

Популярні