Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Photovoltaikanlage.jpg
Берлинская pv-система block-103 20050309 p1010367.jpg
Солнечная батарея на крыше в офисе Kuppam i-community (54928934) .jpg
Крышные фотоэлектрические системы по всему миру: Берлин , Германия (вверху справа) , Бенсхайм , Германия (в центре) и Куппам , Индия (внизу справа)

Электростанция фотоэлектрической на крыше , или фотоэлектрическая система на крыше , это фотоэлектрические (PV) система , которая имеет свою электричество -generating панели солнечных батарей , установленных на крыше жилого или коммерческого здания или сооружения. [1] Различные компоненты такой системы включают фотоэлектрические модули , монтажные системы , кабели , солнечные инверторы и другие электрические аксессуары. [2]

Установленные на крыше системы малы по сравнению с наземными фотоэлектрическими электростанциями с мощностью в мегаваттном диапазоне, следовательно, являются формой распределенной генерации . Большинство крышных фотоэлектрических станций в развитых странах - это фотоэлектрические системы, подключенные к сети . Крышные фотоэлектрические системы в жилых домах обычно имеют мощность от 5 до 20 киловатт (кВт), в то время как те, которые установлены на коммерческих зданиях, часто достигают от 100 киловатт до 1 мегаватта (МВт). На очень больших крышах можно разместить фотоэлектрические системы промышленного масштаба мощностью от 1 до 10 мегаватт.

Установка [ править ]

Рабочие устанавливают солнечные панели на крышах жилых домов
Крышные фотоэлектрические системы в Googleplex , Калифорния

Городская среда обеспечивает большое количество пустых пространств на крышах и позволяет избежать потенциальных проблем землепользования и защиты окружающей среды. Оценка солнечной инсоляции крыш - многогранный процесс, поскольку на значения инсоляции крыш влияют следующие факторы:

  • Пора года
  • Широта
  • Погодные условия
  • Наклон крыши
  • Аспект крыши
  • Затенение от соседних зданий и растительности [3]

Существуют различные методы расчета потенциальных солнечных фотоэлектрических крышных систем, включая использование лидаров [4] и ортофотопланов. [5] Сложные модели могут даже определять потери затенения на больших площадях при развертывании фотоэлектрических систем на муниципальном уровне. [6]

Компоненты солнечной батареи на крыше:

В следующем разделе представлены наиболее часто используемые компоненты солнечной батареи на крыше. Хотя конструкции могут различаться в зависимости от типа крыши (например, металлическая или черепица), угла наклона крыши и проблем с затенением, большинство массивов состоит из некоторых вариаций следующих компонентов:

  1. Солнечные панели производят электроэнергию, не содержащую углерода, при облучении солнечным светом. Солнечные панели, часто сделанные из кремния, состоят из солнечных элементов меньшего размера, которые обычно насчитывают 6 ячеек на панель. Несколько солнечных панелей, соединенных вместе, составляют солнечную батарею. Солнечные панели обычно защищены закаленным стеклом и закреплены алюминиевой рамой. [7] Передняя часть панели солнечных батарей очень прочная, тогда как задняя часть панели, как правило, более уязвима.
  2. Монтажные зажимы обычно состоят из алюминиевых скоб и болтов из нержавеющей стали, которые крепят солнечные панели друг к другу на крыше и на рельсах. Зажимы часто различаются по конструкции в зависимости от конфигурации крыши и рельсов. [8]
  3. Стеллажи или направляющие сделаны из металла и часто располагаются на крыше параллельно, чтобы панели могли лежать на них. Важно, чтобы рельсы были достаточно ровными, чтобы панели можно было установить равномерно. [9]
  4. Крепления прикрепляют рейки и весь массив к поверхности крыши. Эти крепления часто представляют собой L-образные кронштейны, которые крепятся болтами через оклад к стропилам крыши. Крепления различаются по конструкции из-за широкого диапазона конфигураций крыши и материалов. [8]
  5. Отливы представляют собой прочную металлическую пластину, которая обеспечивает водонепроницаемое уплотнение между креплениями и поверхностью крыши. Часто для герметизации гидроизоляции крыши используют герметик, напоминающий металлическую черепицу.
  6. Проводка постоянного / переменного тока для инверторов соединяет провода между панелями и в микроинвертор или цепной инвертор. [9] Никакие кабели не должны касаться поверхности крыши или свисать с массива, чтобы избежать атмосферных воздействий и повреждения кабелей.
  7. Микроинверторы устанавливаются в нижней части панели и преобразуют мощность постоянного тока от панелей в мощность переменного тока, которую можно отправить в сеть. Микроинверторы позволяют оптимизировать каждую панель при затенении и могут предоставлять конкретные данные с отдельных панелей. [9]

Финансы [ править ]

Стоимость установки [ править ]

Цены на фотоэлектрические системы (2013 г.) [ править ]

[ требуется обновление ]

Жилой
СтранаСтоимость ($ / Вт)
Австралия1,8
Китай1.5
Франция4.1
Германия2,4
Италия2,8
Япония4.2
объединенное Королевство2,8
Соединенные Штаты4.9
Для жилых фотоэлектрических систем в 2013 году [10] : 15
Коммерческий
СтранаСтоимость ($ / Вт)
Австралия1,7
Китай1.4
Франция2,7
Германия1,8
Италия1.9
Япония3,6
объединенное Королевство2,4
Соединенные Штаты4.5
Для коммерческих фотоэлектрических систем в 2013 году [10] : 15

Динамика затрат [ править ]

В середине 2000-х годов солнечные компании использовали различные планы финансирования для клиентов, такие как договоры аренды и покупки электроэнергии. Клиенты могли оплачивать свои солнечные панели в течение многих лет и получать помощь с выплатами за счет кредитов по программам чистых измерений. По состоянию на май 2017 года установка солнечной системы на крыше стоит в среднем 20000 долларов. Раньше было дороже. [11]

Компания Utility Dive писала: «Для большинства людей добавление солнечной системы к другим счетам и приоритетам является роскошью», а «солнечные компании на крышах в целом обслуживают более состоятельные слои населения Америки». [11] Большинство домохозяйств, которые получают солнечные батареи, относятся к категории «выше среднего». Средняя зарплата потребителей солнечной энергии составляет около 100 000 долларов. [11] Однако в исследовании доходов и покупок в солнечной системе появилось «удивительное количество клиентов с низким доходом». «Основываясь на результатах исследования, исследователи GTM подсчитали, что четыре рынка солнечной энергии включают более 100 000 установок в объектах недвижимости с низким доходом». [11]

Отчет, опубликованный в июне 2018 года Consumer Energy Alliance, в котором анализировались стимулы для использования солнечной энергии в США, показал, что сочетание федеральных, государственных и местных стимулов, а также снижение чистой стоимости установки фотоэлектрических систем привело к более широкому использованию солнечной энергии на крышах по всей стране. . Согласно Daily Energy Insider , «в 2016 году мощность солнечных панелей в жилых домах выросла на 20 процентов по сравнению с предыдущим годом, - говорится в отчете. Средняя установленная стоимость солнечных батарей в жилых домах упала на 21 процент до 2,84 доллара США за ватт постоянного тока в первом квартале прошлого года. 2017 по сравнению с первым кварталом 2015 года ». [12] Фактически, в восьми штатах, исследованных группой, общие правительственные стимулы для установки солнечной фотоэлектрической системы на крыше фактически превышали затраты на установку. [12]

В 2019 году средняя национальная стоимость в Соединенных Штатах после налоговых вычетов для жилой системы мощностью 6 кВт составила 2,99 доллара США за Вт при типичном диапазоне от 2,58 до 3,38 доллара США. [13]

Из-за экономии на масштабе наземные солнечные системы промышленного размера производят электроэнергию за половину стоимости (2 цента / кВтч) по сравнению с небольшими системами, устанавливаемыми на крыше (4 цента / кВтч). [14]

Механизм сетевого измерения [ править ]

Основная статья: Чистое измерение

Это устройство для солнечных энергетических систем, подключенных к сети . В этом механизме избыточная генерируемая солнечная энергия экспортируется в электрическую сеть. Потребитель получает кредит в размере экспортируемой электроэнергии. В конце цикла выставления счетов с потребителя взимается плата за чистую или разницу между импортированной и экспортированной в электрическую сеть мощностью. [15] Отсюда и название - net-metering.

Ключевым моментом здесь является то, что в этом механизме нет продажи солнечной энергии. Экспортированные кВтч используются только для корректировки импортированных кВтч до расчета счета.

Механизм льготных тарифов [ править ]

На крышной фотоэлектрической электростанции, подключенной к сети, произведенная электроэнергия иногда может быть продана обслуживающей электросети для использования в другом месте сети. Такое расположение обеспечивает окупаемость вложений установщика. Многие потребители со всего мира переходят на этот механизм из-за полученного дохода. РЭК общественности обычно устанавливает скорость , что утилита платит за эту электроэнергию, которая может быть в розничной ставке или более низкой оптовой скорости, значительно влияет на солнечную окупаемость мощности и требует установки.

FIT, как его обычно называют, привел к расширению индустрии солнечных панелей во всем мире. Благодаря этой форме субсидии были созданы тысячи рабочих мест. Однако это может вызвать эффект пузыря, который может лопнуть при удалении FIT. Это также увеличило возможности для локализованного производства и встроенной генерации, снизив потери при передаче по линиям электропередач. [2]

Гибридные системы [ править ]

Гибридная фотоэлектрическая система на крыше.

Фотоэлектрическая электростанция на крыше (в сети или вне сети) может использоваться в сочетании с другими силовыми компонентами, такими как дизельные генераторы , ветряные турбины , батареи и т. Д. Эти солнечные гибридные энергетические системы могут обеспечивать непрерывный источник энергии. [2]

Преимущества [ править ]

Установщики имеют право подавать солнечную электроэнергию в общественную сеть и, следовательно, получать разумную надбавку за произведенный кВтч, отражающую преимущества солнечной электроэнергии, чтобы компенсировать текущие дополнительные затраты на фотоэлектрическую энергию. [2]

Недостатки [ править ]

Электроэнергетическая система, содержащая 10% фотоэлектрических станций, потребует увеличения мощности управления частотой нагрузки (LFC) на 2,5% по сравнению с традиционной системой [ жаргон ] - проблема, которую можно решить, используя синхронизаторы в цепи постоянного / переменного тока. фотоэлектрической системы. В 1996 г. было установлено, что безубыточная стоимость производства фотоэлектрической энергии относительно высока при уровне вклада менее 10%. В то время как более высокая доля производства фотоэлектрической энергии дает более низкие затраты на безубыточность , экономические соображения и соображения LFC накладывают верхний предел около 10% на вклад фотоэлектрических модулей в общие энергосистемы. [16]

Технические проблемы [ править ]

Существует множество технических проблем, связанных с интеграцией большого количества солнечных фотоэлектрических систем на крыше в электросеть.

Обратный поток мощности [ править ]

Электросеть не была рассчитана на двухсторонний переток мощности на уровне распределения. Распределительные фидеры обычно проектируются как радиальная система для одностороннего потока мощности, передаваемого на большие расстояния от крупных централизованных генераторов к потребителям в конце распределительного фидера. Теперь с локализованной и распределенной солнечной генерацией на крышах домов обратный поток заставляет мощность течь к подстанции и трансформатору, что вызывает серьезные проблемы. Это отрицательно сказывается на координации защиты и регуляторах напряжения.

Скорости разгона [ править ]

Быстрые колебания выработки от фотоэлектрических систем из-за периодически возникающих облаков вызывают нежелательные уровни колебаний напряжения в распределительном фидере. При высоком проникновении солнечных панелей на крышах эта изменчивость напряжения снижает стабильность сети из-за переходного дисбаланса нагрузки и генерации и приводит к превышению установленных пределов напряжения и частоты, если этому не препятствуют средства управления мощностью. То есть централизованные генераторы не могут работать достаточно быстро, чтобы соответствовать изменчивости фотоэлектрических систем, вызывая несоответствие частот в соседней системе. Это могло привести к отключению электричества. Это пример того, как простая локализованная фотоэлектрическая система на крыше может повлиять на большую электросеть. Проблема частично решается за счет распределения солнечных панелей на большой территории и за счет добавления хранилищ .

Эксплуатация и обслуживание [ править ]

Эксплуатация и обслуживание солнечных панелей на крышах требует более высоких затрат по сравнению с наземными объектами из-за распределенного характера объектов на крыше и более трудного доступа. В солнечных системах на крыше обычно требуется больше времени, чтобы выявить неисправность и отправить техника из-за более низкой доступности достаточного количества инструментов для мониторинга производительности фотоэлектрической системы и более высоких затрат человеческого труда. В результате солнечные фотоэлектрические системы на крыше, как правило, страдают от более низкого качества эксплуатации и технического обслуживания и существенно более низкого уровня доступности системы и выработки энергии.

Будущие перспективы [ править ]

Национальная миссия по солнечной энергии имени Джавахарлала Неру при правительстве Индии планирует установить к 2022 году солнечные фотоэлектрические системы, подключенные к энергосистеме, включая солнечные фотоэлектрические системы на крышах с общей мощностью до 100 гигаватт [17].

См. Также [ править ]

  • Интегрированная в здание фотоэлектрическая система
  • Список фотоэлектрических установок на крыше
  • Трекер максимальной мощности
  • Фотоэлектрическая электростанция
  • Солнечный кабель
  • Солнечный инвертор
  • Солнечная черепица
  • Солнечный трекер

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Армстронг, Роберт (12 ноября 2014 г.). «Случай для парковок с использованием солнечной энергии» . Абсолютная сталь . Проверено 15 ноября 2014 года .
  2. ^ a b c d "Производство фотоэлектрической энергии в зданиях. Комплексное фотоэлектрическое оборудование - BIPV" (PDF) . bef-de.org . Проверено 20 июня 2011 .
  3. ^ «Энергетические ресурсы и критерии ресурсов» . greenip.org. Архивировано из оригинала на 2013-08-28 . Проверено 20 июня 2011 .
  4. ^ Ха Т. Нгуен, Джошуа М. Пирс, Роб Харрап и Джеральд Барбер, " Применение LiDAR для оценки потенциала развертывания солнечных фотоэлектрических систем на крыше муниципального районного блока ", Сенсоры , 12 , стр. 4534-4558 (2012) .
  5. ^ LK Wiginton, HT Nguyen, JM Pearce, «Количественная оценка солнечного фотоэлектрического потенциала в крупном масштабе для региональной политики в области возобновляемых источников энергии», Компьютеры, окружающая среда и городские системы 34 , (2010) стр. 345-357. [1] Открытый доступ
  6. ^ Нгуен, Ха Т .; Пирс, Джошуа М. (2012). «Включение потерь затенения в оценку солнечного фотоэлектрического потенциала в муниципальном масштабе» . Солнечная энергия . 86 (5): 1245–1260. Bibcode : 2012SoEn ... 86.1245N . DOI : 10.1016 / j.solener.2012.01.017 . S2CID 15435496 . 
  7. ^ «Структура модуля | PVEducation» . www.pveducation.org . Проверено 8 мая 2019 .
  8. ^ a b «Стеллажи для солнечных панелей для установки на крышу и землю» . unboundsolar.com . Проверено 8 мая 2019 .
  9. ^ a b c "Анатомия солнечной системы крепления на крыше" . Мир солнечной энергии . 2014-03-19 . Проверено 8 мая 2019 .
  10. ^ а б http://www.iea.org (2014). «Дорожная карта технологий: солнечная фотоэлектрическая энергия» (PDF) . МЭА. Архивировано 7 октября 2014 года (PDF) . Проверено 7 октября 2014 года .
  11. ^ а б в г Шалленбергер, Кристи (2017-04-27). «Солнечные батареи на крыше - это просто игрушка для богатых?» . Utility Dive . Проверено 5 мая 2017 .
  12. ^ a b Гэлфорд, Крис (14.06.2018). «Государственные стимулы для использования солнечной энергии на крышах часто превышают общую стоимость системы, - говорится в отчете CEA» . Daily Energy Insider . Проверено 4 июля 2018 .
  13. ^ «Сколько стоят солнечные панели в США в 2018 году?» . энергия . Проверено 26 октября 2018 года .
  14. ↑ Fox-Penner, Бостонский университет , Питер (19 мая 2020 г.). Сила после углерода: создание чистой и устойчивой сети . Издательство Гарвардского университета . С. 52–53. ISBN 9780674241077.
  15. ^ "Чистый учет" . SEIA . Проверено 17 апреля 2020 .
  16. ^ Асано, H .; Yajima, K .; Кая, Ю. (март 1996 г.). «Влияние фотоэлектрической выработки электроэнергии на требуемую мощность для регулирования частоты нагрузки». IEEE Transactions по преобразованию энергии . 11 (1): 188–193. Bibcode : 1996ITEnC..11..188A . DOI : 10.1109 / 60.486595 . ISSN 0885-8969 . 
  17. ^ «ВЛАСТЬ ДЛЯ ЛЮДЕЙ - Инвестиции в чистую энергию для основания пирамиды в Индии» (PDF) . pdf.wri.org . Проверено 20 июня 2011 .