на коммерческих объектах
Развитие солнечной энергетики в нашей стране стабильно набирает обороты. Еще недавно солнечные электростанции на крышах зданий или на прилегающей территории были редкостью ( Екатеринбург, установка примерно 2007г) , а сейчас постепенно переходят в категорию - обязательно к использованию. Теперь уже не только частные домовладельцы, но и представители крупных компаний, руководители промышленных предприятий задумываются о возможности установки солнечных электростанций на своих площадках. Единственное, что может останавливать представителей бизнеса, планирующих обратиться к возобновляемым источникам энергии, так это недостаток информации об особенностях проектирования и эксплуатации солнечных станций, данных об их эффективности и организации обслуживания установки. Чтобы внести ясность и снять часть вопросов, мы попросили рассказать об опыте установки солнечных станций Евгения Демидова - Руководителя направления Солнечная энергетика одного из участников сети ENERGON. Дистрибуторская сеть ENERGON является одним из лидеров рынка солнечной энергетики для коммерческих и частных пользователей в России и успешно реализовала немало проектов по установке СЭС. В качестве примера Евгений рассказал нам про этапы работы по установке электростанции в столице Сибири.
Евгений, насколько неожиданным для Вас и Ваших коллег было предложение установить солнечную электростанцию в Новосибирске?
- Для нас это не было сюрпризом в плане географического положения и климата. Это уже не первая наша станция в Сибири, поэтому уже имеем опыт и в более суровых, но не городских условиях. Что касается инсоляции - Новосибирск имеет очень хорошие показатели, сравнимые с Ростовом-на-Дону.
В данном проекте заказчиком работ выступила компания “Новосибирскэнергосбыт”. Представители компании-заказчика поставили перед собой задачу - протестировать возможность генерации электроэнергии с помощью солнечных модулей в сложных климатических условиях. Мы с удовольствием взялись за этот проект, ведь фактически наши партнеры поставили эксперимент, решили на своем опыте испытать возможности возобновляемой энергетики в городских, стесненных условиях. Кроме того, важно было понять, как поведет себя оборудование в специфических условиях Сибири. Именно поэтому решили установить 3 разных вида конструкций с солнечными модулями Delta BST 450-72 M HC, чтобы потом сравнить их данные по генерации.
Перед тем, как приступить к реализации проекта, мы провели серьезную подготовительную работу.
Начали с моделирования солнечной станции. Первая задача - определиться с местом размещения солнечных модулей. В нашем распоряжении была крыша 6-этажного здания, причем крыша разновысотная, и это стало первой проблемой, которую предстояло решить. Были определены оптимальные площади на кровле, где можно разместить модули без влияния затенения. Всего в проекте мы смогли разместить 81 солнечный модуль Delta BST, каждый по 450 Вт мощности.
Как я уже сказал, одной из целей, которую ставили перед собой заказчики, было определение эффективности разных видов конструкций с солнечными модулями, поэтому модули решили установить не только на крыше, но и вертикально, на фасаде здания. Третьей частью станции должен был стать солнечный трекер - установка на земле, фактически в клумбе, которая поворачивается вслед за солнцем с востока на запад, при этом изменяется как угол наклона, так и траектория движения по горизонтальной плоскости. Трекер, по замыслу моих коллег инженеров, которые моделировали станцию, лучше всего было установить внизу, на земле, недалеко от входа в здание. Таким образом, в одной системе мы объединили 3 варианта размещения солнечных модулей: на крыше - закрепленных на металлических конструкциях под углом 35 градусов, на фасаде под углом 90 градусов и солнечный трекер на земле.
Конечно, перед тем, как планировать размещение конструкций с солнечными модулями на крыше, необходимо было рассчитать несущие способности кровли, чтобы понять, выдержит ли она наши конструкции. Для этого мы обратились в проектный институт, который специализируется на проведении подобных исследований и расчетов. В ходе проектирования выяснили, что кровля способна выдержать еще несколько таких конструкций. Перед размещением модулей на фасаде под углом 90 % также исследовался фасад здания, расчеты опять же выполняли специалисты проектного института.
- Могли бы Вы рассказать подробнее о самих конструкциях, на
которые планировалось устанавливать солнечные модули?
- В ходе предпроектных работ было решено не нарушать поверхность
кровли, не “дырявить” ее, поэтому использовались качественные алюминиевые конструкции заводского исполнения на бетонных пригрузах, без непосредственного крепления к крыше.
И снова понадобились проектные исследовательские работы. Проектным институтом были сделаны расчеты характерных для этого региона ветровых и снеговых нагрузок, которые могут выдержать это здание, а также массу самих конструкций с модулями и пригрузами. Вся эта сложная подготовительная работа была необходима для обеспечения надежности конструкций, проще говоря, для того, чтобы оборудование не сдуло с крыши даже в случае ураганного ветра. Впоследствии, при монтаже кровельной части станции, чтобы гарантировать безопасность конструкций на 200 процентов на каждый закрепленный на них солнечный модуль был рассчитан дополнительный крепежный элемент.
Что касается модулей, установленных на фасаде под углом 90 градусов, то для их крепления использовались опорные рамы на кронштейнах. Эти конструкции крепились не к обшивке фасада, а непосредственно к стене здания. Было продумано и то, что все кабели будут убраны в короба и скрыты от глаз.
Таким образом, в предпроектную часть работ входило 3 расчета:
- расчет генерации будущей станции и моделирование солнечной станции (фотоэлектрический генератор, силовая часть, коммутация и подбор) - этим занимались мы;
- расчет несущих способностей кровли и фасада здания ;
- расчет ветровых и снеговых нагрузок на металлоконструкции, к которым крепятся солнечные модули.
Данные расчетов были предоставлены проектному институту, который делал уже окончательный проект будущей станции в соответствии с требованиями СНиПов и ГОСТов.
Именно необходимость проведения предварительных исследований и расчетов является самым сложным моментом при реализации проектов по установке солнечных электростанций. Сразу скажу, что эти моменты не коснулись наших заказчиков - мои коллеги не только сделали предпроект станции, полностью смоделировали ее, но и работали в тесном контакте с проектными институтами, которые производили необходимые расчеты. Как только расчетные документы были готовы, проект отправился в реализацию.
- Поговорим о непосредственной реализации проекта.
- Мы установили модули Delta BST 450-72 M HC на крыше и на фасаде здания, а внизу, у входа, поворачивался вслед за солнцем трекер.
Данные солнечные модули имеют оптимальные технические характеристики, они проверены временем. Сами ячейки произведены по современной технологии Half Cell. Технология Half-Cell предполагает повышение эффективности фотоэлектрических модулей в основном за счет двух факторов:
Первое это уменьшение омических потерь в цепи последовательно соединенных элементов. Половина фотоэлектрического элемента генерирует в два раза меньшую мощность при том же напряжении. Т.е. в цепи протекает в два раза меньший ток, что приводит двукратному уменьшению омических потерь. Разделение элементов на две параллельные цепи повышает устойчивость модулей к влиянию затенения, как вызванного наличием объекта на поверхности (листва, снег, пыль, помет и т.п.), так и потенциальным наличием тени от впереди стоящих рядов модулей в утренние и вечерние часы.
Т.к. верхняя и нижняя части фактически независимые, то, при установке модулей в несколько рядов, впереди стоящие ряды могут затеняют только нижнюю часть, а верхняя работает на полную мощность. Тем самым крупные СЭС, построенные на таких модулях, работают более эффективно в утренние и вечерние часы дня, тем самым существенно повышается генерация СЭС.
Аналогично при затенении одного или нескольких элементов, например, упавшим листом из работы выпадает 1/6 модуля, а не 1/3 как у модуля из целых элементов.
Все 3 сегмента генерации станции сводятся в сетевой инвертор SmartWatt Grid через распределительный щит. Как мы и рассчитывали, электроэнергии, которую производит СЭС, оказалось достаточно для основного обеспечения нужд офисных потребителей, работающих в здании.
Тем более график работы коммерческого здания совпадает со световым днем и вся генерация которая есть - потребляется без ограничений на экспорт в сеть. В нашем случае мы рассчитываем мощность солнечной станции так, чтобы как раз таки не было излишков генерации. На сегодняшний день это самый оптимальный и выгодный вариант эксплуатации солнечной станции.
Дополнительная задача - получить точные данные по ежесуточной генерации энергии при разных способах размещения модулей, тоже была выполнена. Конечно, наши заказчики всегда знали, что из 3-х видов установленных конструкций самым эффективным по генерации является солнечный трекер, а меньше всего энергии вырабатывают вертикальные модули на фасаде здания, но теперь у них есть конкретные цифры, полученные опытным путем. Так, например, стало ясно, что солнечный трекер выдает на 25- 30 % больше энергии, относительно крышной установки. Я имею в виду, если сравнивать в одинаковых мощностях на занимаемую площадь, при аналогичных погодных условиях.
- При моделировании станции вы делали расчеты предполагаемой выработки энергии. Насколько в результате реальные данные отличаются от расчетных?
- С момента реализации проекта прошло меньше года, поэтому
данные у нас пока промежуточные, но все же они есть. По нашим расчетам, солнечная станция за 8 месяцев должна была вырабатывать 30 МВт*ч электроэнергии, а в реальности она выработала 29 МВт*ч, то есть наши расчеты подтвердились на уровне погрешности. Кстати за это время станция позволила сократить вредные выбросы на 28 тонн CO2, если сравнивать с традиционными источниками генерации в данном районе. Так же это можно сравнить относительно высадки новых деревьев - это примерно как 77 новых взрослых деревьев. Впечатляет?
- Впечатляет! Неожиданно конечно видеть такие цифры, особенно учитывая что это городские условия.
- Давайте теперь немного про экономику проекта. Каковы ваши прогнозы по окупаемости солнечной электростанции?
- Это зависит от региона и стоимости электроэнергии на объекте. В Сибири установка солнечной электростанции окупится через 5-8 лет, при стоимости электроэнергии от 5,5 рублей за кВт*ч. В южных регионах - быстрее, тем более что стоимость электроэнергии там значительно выше. По опыту были проекты, где стоимость за кВт*ч для бизнеса доходит и до 11 рублей. При этом стоимость солнечной генерации в среднем около 3 рублей/Квт*ч. При этом на соседнем Алтае солнечная инсоляция одна из самых высоких в России.
- А сколько в среднем стоит подобная солнечная станция?
- Если брать усредненные цифры то это от 60000 рублей до 95000 рублей за 1 кВт установленной мощности. Все зависит от типа станции, сложности установки и класса качества оборудования.
- Давайте обсудим особенности эксплуатации солнечной станции.
- Как таковой, особой эксплуатации солнечная станция не требует. За
инверторным оборудованием не надо ежедневно следить. Через полгода после установки станции необходима проверка соединений конструкции и далее один раз в год инспекция. Что касается солнечных модулей - их нужно содержать в чистоте. Чем чище модули - тем больше энергии они генерируют. Это, пожалуй и все.
- А каков процент износа солнечных модулей? Могут ли они
выйти из строя через какое-то время?
- Маловероятно, что они выйдут из строя, но если с одним из модулей
вдруг что то случится, его просто заменяют на новый. Аномалии генерации будут сразу видны в онлайн мониторинге, поэтому долго влиять на общую выработку он не сможет.
Что касается износа, то деградация солнечных модулей составляет не более 20 % за 25 лет. Срок службы солнечной станции - 25 лет и более. Имеется в виду, конечно, что эффективность модулей через 25 лет упадет, с самой же станцией ничего не случится. При этом модули продолжат генерировать электроэнергию, пока их физически не сломать.
- Скажите, как устроено подключение солнечных модулей к сети здания?
- Солнечные модули подключаются к сетевому инвертору SmartWatt Grid 50K. В нем встроены MPPT контроллеры с высокой эффективностью 99,5%. Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянный ток в переменный и работает синхронно с сетью здания. При этом он может ограничивать отдачу во внешнюю сеть. В случае, если установлен режим ограничения экспорта электроэнергии в внешнюю сеть и количество солнечной энергии превышает количество потребляемой нагрузкой, ограничитель экспорта сигнализирует об этом инвертору, который уменьшает генерацию путем смещения рабочей точки вольт-амперной характеристики фотоэлектрического генератора, тем самым соблюдая баланс потребления и генерации электроэнергии. При этом, ограничитель экспорта комплектуется измерительным трансформатором тока нужного размера и коэффициента трансформации, что позволяет подобрать подходящее решение под любые исходные условия в распределительном щите.
- Сам инвертор же подключается на сеть 0,4 КВ через распределительный щит здания. Также возможен вариант подключения через повышающий трансформатор до 10 КВ, но это решение обычно применяется в станциях от 1 МВт.
- А требуется ли какое-то обучение персонала по эксплуатации станции?
- Мы обычно при реализации подобных проектов проводим обучение
персонала. Рассказываем, какое напряжение в сети, что такое инвертор, какие настройки инвертора есть, как ими пользоваться.
- Как осуществляется контроль за работой станции?
- Мониторинг работы СЭС осуществляется в автоматическом
режиме - в мобильном приложении или веб-интерфейсе, которые доступны и заказчику, и производителю, при этом все распределено по уровням доступа. Инвертора можно подключить через внутреннюю сеть WiFi или LAN.
Солнечные станции очень просты и неприхотливы в обслуживании. Главное - их правильно смоделировать и установить, приняв во внимание все расчеты и исследования. В этом, как показывает наш опыт и количество реализованных проектов, и есть залог успеха, а в том, что у солнечной энергетики большое будущее, мы не сомневаемся.
