Рекомендации по выбору солнечной электрической станции

Если Вы по ряду причин (экономия, экология, частые отключение электропитания) задумались над вопросами использования возобновляемой энергетики, а именно - генерации электроэнергии за счет энергии Солнца, и при этом Вы не являетесь выпускником кафедры энергетики технического вуза, радиолюбителем или продвинутым инженером с 20-летним стажем, тогда у Вас есть минимум два способа определить оптимальную конфигурацию необходимого оборудования: обратиться к специалистам или разобраться во всем самостоятельно. Если Вам ближе второй вариант, то для начала вычислений необходимо запустить лист Microsoft Excel, открыть блокнот. Итак, алгоритм выбора конфигурации солнечной электростанции:

Но все же, лучшим вариантом для Вас будет поручить это дело специалистам, чтобы в процесе монтажа, подбора и эксплуатации небыло моментов, которые будут мешать правильной и эффективной работы Вашей электрической солнечной станции.

На первом этапе необходимо решить для каких конкретно целей Вам необходима солнечная фотоэлектрическая станция (ФЭС). По назначению солнечные электростанции делятся на следующие типы:

— Крупные сетевые ФЭС (мощностью от 16 кВт и до бесконечности), предназначенные для генерации электроэнергии с последующей ее продажей государству по так называемому «зеленому» тарифу.

- Солнечные электростанции для экономии, когда электроэнергия, произведенная за счет солнечного излучения, частично замещает собой электроэнергию с общей сети. То есть существует прямая зависимость между тем, какую долю от общего энергопотребления будет перекрывать энергия от солнечной электростанции и во сколько раз меньше счета за электроэнергию будут Вам поступать.

Интеллектуальные солнечные электростанции для экономии и аккумуляции электроэнергии. Электростанции этого типа не только экономят электроэнергию, но и могут аккумулировать ее. То есть солнечная электростанция будет выполнять еще и роль источника бесперебойного питания и стабилизатора напряжения — такие ФЭС еще называют несетевыми или off-grіd.

Выбор мощности солнечной электростанции — это поиск баланса между Вашими желаниями и возможностями (финансированием, имеющеяся площадь и т.п.), который регулируется несколькими основными правилами.

Для солнечных электростанций, работающих по «зеленому» тарифу, выбор мощности станции ограничивается только имеющимися объемами финансов и доступной площадью. Следует обратить внимание, что цена на комплектующие в сфере солнечной энергетики обратно пропорциональна размеру электростанции. То есть удельная стоимость 1 кВт установленной мощности для станции в 100 кВт будет выше, чем для солнечной электростанции мощностью в 1 МВт.

Солнечные электростанции для экономии электроэнергии — перед началом расчетов нужно решить, планируете ли Вы продавать излишки электроэнергии государству по «зеленому» тарифу. От ответа на этот вопрос зависит дальнейший подход к расчетам. В случае отсутствия договора на продажу электроэнергии по «зеленому» тарифу и неправильного выбора мощности солнечной электростанции (таким образом, что в определенный момент времени генерация энергии будет больше ее же потребления, — так называемый «реверсный переток мощности в электросеть»), энергоснабжающая компания быстро обнаружит незаконный переток в электроэнергии в свою сеть, и потенциальная экономия может обернуться судебным иском. Именно поэтому важно четко соблюдать дальнейших рекомендаций для собственных расчетов, а для окончательных и монтажа — использовать специалистов.

1. Рассчитываем количество потребляемой электроэнергии за год кВт*ч/год (далее Ер).

2. При желании продавать излишки энергии по «зеленому» тарифу делим Эр на среднее годовое число часов максимум генерации N (1070-1200 в зависимости от области) и получаем оптимальную мощность солнечной электростанции Ропт.

3. При нежелании продавать излишки энергии по «зеленому» тарифу можно укомплектовать солнечную электростанцию системой контроля перетока мощности (СКПП), которая не позволит вашей электроэнергии перетекать в общую электросеть, или рассчитывать ФЭС таким образом, чтобы ее генерация ВСЕГДА была меньше потребления.

3.1. При использовании системы СКПП рассчитываем мощность ФЭС следующим образом: оптимальная мощность ФЭС Ропт составлять 50% −60% от мощности, полученной в пункте 2:

3.2. В случае отказа от работы по «зеленому» тарифу и использования СКПП нужно рассчитать минимальное энергопотребление в летний сезон в период времени с 10.00 до 15.30 (далее Еmin) кВт*ч. Следует учитывать выходные дни и праздники, когда электропотребление падает. Мощность солнечной электростанции рассчитываем:

Следует заметить, что специалисты компании Рентехно НЕ РЕКОМЕНДУЮТ данный подход к расчету мощности солнечной электростанции.

Конструкция автономных солнечных электростанций отличается от предыдущих типов сетевых систем и условно состоит из двух частей или подсистем: (1) массив ФЭМ с контроллерами заряда, которые вместе генерируют постоянный ток, трансформируют напряжение и заряжают аккумуляторные батареи; (2) автономный инвертор или несколько инверторов, к которым подключены потребители электроэнергии.

1) Определить количество электроэнергии, потребляемой Вами в течение года, кВт*ч /год (далее Ер).

2) Определить среднесуточное потребление электроэнергии для летнего и зимнего сезонов (Ел та Ез), для предварительных расчетов, можно принять их равными между собой и вычислить следующими способами: снимать показания счетчика электроэнергии в течение нескольких дней и высчитать среднее арифметическое; взять месячный счет за электроэнергию и разделить на 30 или 31; для нового строительства нужно составить список следующего вида — название электрооборудования, мощность, Р, кВт; количество единиц N, время работы оборудования за день t, часов. Перемножения позиций Рх Nх t с последующим суммированием результатов для всего электрооборудования позволит получить желаемое число суточного потребления электроэнергии кВт*ч/сутки.

3) Рассчитаем необходимую мощность солнечных модулей. Здесь опять же есть несколько вариантов подхода к выбору мощности. Если нужно достичь полной автономности энергосистемы дома, не зависимо от времени года (зимой генерация в 3 раза меньше, чем в летний период), то принимаем:

Преимуществом данного подхода является то, что Вы становитесь полностью автономными от внешней электросети. Веерные отключения и аварии на ЛЭП Вас больше не волнуют. Минус — летом больше половины времени солнечные батареи будут работать в холостом режиме в связи с значительным избытком энергии. Если же допускается неполная автономность дома, когда солнечная энергия в летний период полностью перекрывает потребность дома в электроэнергии, но в зимний период — только частично, то принимаем:

Преимуществом данного подхода является то, что вся солнечная электроэнергия пойдет на покрытие потребления и капиталовложения будут значительно меньше.

4) Выбор мощности и типа инвертора:

Мощность инвертора определяется мощностью электроприборов, которые питаются от него. Поскольку параллельная работа с сетью для данного типа инверторов невозможна, в случае превышения нагрузки потребителей над номинальной мощностью инвертора сработает защита и инвертор выключится. То есть Вам нужно продумать, какие из приборов могут быть включены одновременно и подобрать инвертор таким образом, чтобы его мощность с определенным запасом перекрывала расчетное нагрузки. Вторым способом является снятие данных с электросчетчика за 1 час работы в период максимального электропотребления.

5) Количество аккумуляторов рассчитываем по следующей формуле:

Полученное число нужно округлить до ближайшего кратного 2 числа, получив количество аккумуляторов, необходимых для накопления такого количества электроэнергии, которое потребляется Вашим домом за сутки.

В случае, когда всех электропотребителей дома не нужно подключать на резервированный источник питания, количество аккумуляторов рассчитываем по следующей формуле:

где, Pн, кВт — мощность оборудования, работу которого нужно резервировать с помощью аккумуляторов; t — работы данного оборудования.

Размещать массив солнечных модулей можно где угодно, нужно лишь соблюдать несколько основных правил: рабочая поверхность солнечных модулей должна быть обращена на юг с отклонением не более в пределах +/- 15 градусов; затенение поверхности солнечных батарей должно быть минимальным; сами солнечные батареи не должны подвергаться действию повышенных температур, т.е. полезным будет их свободный обдув ветрами.

Рассмотрим способы расчета необходимой площади для установки солнечных модулей. В зависимости от места расположения, необходимая площадь рассчитывается перемножением желаемой мощности на коэффициент размещения k: при наземном размещении k = 14,8; при размещении на плоской крыше k = 12,6; при размещении на скатной крыши k = 6; при размещении на двухосных динамических трекерных системах (для случая, когда один трекер рассчитан на размещение 5 кВт солнечных батарей) k = 40.

(1) Разница между солнечной станцией и, скажем, блоком тепловой электростанции в том, что блок ТЭС номинальной мощностью 1 МВт, при нормальных условиях работы работать 24 часа в сутки и сгенерирует 24 МВт*ч/сутки. В случае солнечной электростанции номинальной мощностью 1 МВт генерация будет идти неравномерно и достигнет номинала в 1 МВт*ч лишь в течение нескольких часов в день летом при ясной погоде. Для упрощения расчета энергетики используют такой термин, как часы максимума генерации, то есть времени, которое необходимо работать солнечной электростанции на максимальной мощности, чтобы сгенерировать объем энергии равный сгенерированному суточному. Например, за 17 июня 2018 ФЭС мощностью 1,5 МВт, произвела 10 МВт*ч энергии. Путем несложных расчетов — 10/1,5 = 6,67 часов максимальной генерации. Для территории Украины, в-среднем в летний период количество ГМК составляет 4-6 часов, зимой 1-2 часа.

(2) Оформление «зеленого» тарифа сложный и коррумпированный процесс. Это не так. Согласно ЗУ «Про электроэнергетику» для солнечных электростанций до 10 кВт действует упрощенная схема получения подключения. И уже множество украинских домохозяйств успешно воспользовались этой возможностью. Но стоит убедиться о действующей информации, про оформление "зеленого тарифа", так как, внедряються такие-то изменения.

(3) Подключать на параллельную работу с общей сетью можно любой солнечный инвертор, но переживут данную операцию без дальнейшего капитального ремонта только инверторы типа on-grid, то есть сетевые. Инверторы данного типа имеют функцию синхронизации. Данные инверторы в 90% ассортимента не имеют возможности работать с аккумуляторами, поэтому используются в основном для сетевых солнечных электростанций для экономии энергии и для работы по «зеленому» тарифу.