В мировой практике существует разделение типов солнечных электростанций в зависимости от решаемых задач. Станции разного типа характеризуются набором уникального оборудования и отличаются друг от друга принципом работы. Основных типов солнечных электростанций четыре:
- Автономная;
- Гибридная;
- Сетевая;
АВТОНОМНАЯ – система служит для создания электроэнергии, там, где её нет, и появиться от стационарного источника энергии она не может. Данный тип станции является классическим в представлении о солнечной энергетике, но и наиболее редким, так как система используется при отсутствии городской сети, и всё энергообеспечение объекта происходит от солнца.
Принцип работы (Рис 1): Солнечный свет, попадая на кремниевый слой солнечной панели, создаёт движение заряженных частиц и напряжение на полюсах панели. К солнечным панелям подключен контроллер заряда аккумуляторной батареи (АКБ), его задача пропустить через себя сгенерированную солнечными панелями мощность и поместить её в АКБ, контролируя её заряд и разряд. К аккумулятору, в свою очередь, подключен инвертор. Его задача преобразовать постоянный ток в переменный 220 В для обеспечения питанием нагрузок.
Существуют инверторы со встроенным контроллером, стоимость которых зачастую ниже, чем когда контроллер и инвертор являются отдельными устройствами. Применение того или иного варианта диктуется задачей клиента.
В каждой локации на местности и в разное время года генерация будет значительно отличаться из-за разницы долготы светового дня уровню солнечной активности. Также кратно будет отличаться зимняя генерация от летней, например, в зимняя генерация в Нижегородской области хуже летней в 6-7 раз. Необходимо учитывать, что зимой в средней полосе России объема солнечных панелей будет не достаточно для зарядки аккумуляторов за световой день, что приведет к их систематическому недозаряду и раннему выходу из строя. Вариантов решения проблемы два: 1) Установка дополнительных солнечных панелей. 2) Неиспользование автономной станции зимой.
Первый вариант наиболее затратный, так как помимо короткого светового дня, необходимо поддерживать температурный режим для оборудования выше нуля °С, а так как обогревательным элементам не откуда взять энергию, кроме как от тех же аккумуляторов, потребуется дополнительно устанавливать еще солнечных панелей, использующихся только на обогрев. Летом такой массив создаст колоссальный профицит электроэнергии. На практике такой вариант применяется крайне редко, так как экономически нецелесообразен.
Второй вариант накладывает ограничения на использование объекта зимой и влечет сезонный демонтаж аккумуляторов и перемещение их в теплое помещение для хранения. Либо иным способом поддерживать заданную температуру для оборудования, например, помещая их в подвальных помещениях, где температура не опускается ниже 0ºС, при этом обходиться ничтожно малым количеством электроэнергии. Рекомендуется дважды в год заряжать аккумуляторы до полного, снятые на хранение аккумуляторы стоит заряжать в начале и в конце сезона.
Одним из способов размещения АКБ в автономной станции является закапывание их в герметичных кейсах на глубину промерзания. Это увеличивает срок службы АКБ и избавляет от сезонного перемещения, однако возникает дополнительная трудоемкость при их замене.
В автономных станциях, как правило, применяются высокоцикличные свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии CARBON или литиевые аккумуляторы, реже гелиевые. В случае использования свинцово-кислотных АКБ по технологии AGM или GEL с низким числом циклов заряда – разряда нужно быть готовым к их замене через 1-2 года. Автомобильные стартерные АКБ не предназначены для работы в цикличном режиме и не могут использоваться в солнечных электростанциях.
К автономной станции не применяется такой показатель как окупаемость, так как система содержит в себе заменяемые элементы в виде аккумуляторов, которые потребуют замены через определенное время. Система является самой дорогой по отношению к другим, самой ненадежной из-за большого числа компонентов и решает только одну задачу – наличие электроэнергии.
Примеры объектов: Дачные участки без электричества, автодома, лодки, катера, дебаркадеры, сторожки, пункты наблюдения, строительные площадки, автономное освещение.
ГИБРИДНАЯ – наиболее часто устанавливаемый тип станции. В отличие от автономной данный тип станции имеет возможность подключения стороннего источника энергии. Это может быть городская сеть, бензиновый/дизельный/газовый генераторы и др. В гибридной станции также используются аккумуляторы, но в отличие от автономной, могут быть установлены АКБ по технологии AGM или GEL. Аккумуляторы вступят в работу только в случае отключения сети и недостаточной мощности от солнечных панелей. Все остальное время они находятся в буферном режиме (полностью заряжены, заряд поддерживается) – самом вольготном для батарей. В этом режиме свинцово-кислотные АКБ могут проработать до 10-12 лет, так как не работают в цикличном режиме.
Гибридная станция имеет другой тип инверторов с широким функционалом, встроенным контроллером заряда и большей номинальной мощностью. Инверторы имеют настройки, для управления логикой работы и должны быть установлены после монтажа солнечной электростанции. Каждый гибридный инвертор имеет возможность подключения к компьютеру для мониторинга состояния.
Гибридная станция является в некотором смысле симбиозом всех типов систем и решает несколько задач:
- Резервирование энергии
- Питание нагрузок напрямую от солнечных панелей
- Отдача излишков энергии в городскую сеть
- Экономия (незначительная)
Принцип работы (Рис 3): Логика работы гибридной солнечной электростанции настраивается в зависимости от поставленной задачи. Как правило, алгоритм следующий:
1) Если день и городская сеть присутствует, АКБ заряжены, массива солнечных панелей достаточно чтобы питать нагрузки, вся энергия берется от панелей.
2) Если солнечной энергии не достаточно, инвертор переходит на питание нагрузок от сети. Или питание нагрузок происходит от панелей и сети одновременно. Если ночь, все питание происходит только от городской сети.
3) Если отключается сеть и при этом день, нагрузки питаются от солнечных панелей. В случае если солнечной энергии не достаточно, инвертор переходит на питание нагрузок от аккумуляторных батарей. Или питание нагрузок происходит от солнечных панелей и АКБ одновременно.
4) Если отключается сеть и при этом ночь, вся нагрузка питается от аккумуляторных батарей до появления либо сети, либо наступления светлого времени суток для появления генерации.
Имеется возможность установки приоритета источника питания нагрузки, приоритета источника зарядки аккумуляторов, которые необходимо установить при монтаже.
Аккумуляторная ёмкость подбирается из потребности клиента в необходимости обеспечения питанием резервной группы потребителей. Для расчета необходимо понимать какое количество часов, и при какой нагрузке необходимо будет питать потребители от одних только аккумуляторов.
Отличительной особенностью гибридных инверторов является:
- Способность некоторых моделей отдачи сгенерированных и не потребленных излишков в городскую сеть;
- Иметь функцию прямого подмешивания. Недостающая энергия в момент питания от солнечных панелей подмешивается из городской сети;
- Возможность работы без аккумуляторных батарей по принципу сетевого инвертора у некоторых моделей;
- Возможность сборки солнечных панелей по высокому напряжению или по высокому току в зависимости от типа встроенного контроллера.
Вопрос экономии и возврата инвестиций в случае установки гибридной солнечной электростанции весьма индивидуален. В состав системы входят сменные компоненты - аккумуляторные батареи, которые рано или поздно неизбежно потребуют замены, а значит, станция потребует дополнительных вложений. Успеет ли клиент в течение срока, что ему будет служить одна аккумуляторная группа до замены, заместить солнечными панелями объем электроэнергии потребленный из сети по своему тарифу за тот же срок, что в денежном эквиваленте будет превышать стоимость новых аккумуляторов, то экономия будет. Клиент может дополнительно минимизировать расходы на электроэнергию, путем регистрации объекта микрогенерации, если инвертор имеет функцию продажи в сеть. В этом случае не придется платить за потребленные из сети киловатты, если они равны переданным в сеть в рамках отчетного периода, либо путем сальдирования переданных и потребленных киловатт, при ежемесячных расчетах. Как это работает можно изучить в постановлении Правительства РФ 299 от 02.03.2022.
В случае установки гибридного инвертора номиналом ниже, чем подведенная мощность к объекту, чтобы не урезать возможности нужно создавать отдельную группу потребителей, где суммарная нагрузка будет не более номинальной мощности инвертора.
Причины установки гибридной солнечной электростанции:
- частые отключения электросети;
- желание стать менее зависимым от городской сети используя энергию от панелей и свою аккумуляторную группу для питания в темное время суток;
- создание неотключаемой группы потребителей – систем поддержания жизнеобеспечения дома.
Примеры объектов: Частные домовладения, дачные участки, предприятия с бесперебойной работой, серверное оборудование.
СЕТЕВАЯ – самая простая и надежная система солнечной электростанции. Её основная задача – снижение расходов денежных средств на электроэнергию. В состав системы не входят аккумуляторные батареи, а значит, отсутствует резервирование, но при этом в станции отсутствует и заменяемые части. Данный тип станции, как и другие, работает только днем и не работает во время отключения электроэнергии от городской сети.
Принцип работы (Рис 4): Сгенерированная энергия от солнечных панелей через сетевой инвертор напрямую поступает на потребители. Инвертор подключается параллельно с сетью и производит прямое замещение городской сети на энергию от солнечных панелей, таким образом, в первую очередь расходуется солнечная энергия, и если ее не достаточно, необходимое количество мощности добавляется из сети. Для того чтобы инвертор мог понимать, столько нужно в данный момент замещать электроэнергии, выше точки его подключения устанавливается токовое кольцо, ограничитель излишков или умный счетчик Smartmeter. Через прибор обязательно должен течь ток, иначе система потеряет опорное питание и прекратит работу.
Только в рамках сетевой солнечной электростанции имеет смысл говорить об окупаемости, так в ней нет сменных элементов в виде аккумуляторных батарей, в инверторе отсутствуют вращающиеся части в виде кулеров. Система не требует обслуживания, финансовых и временных затрат при ее эксплуатации. Окупаемость напрямую зависит от тарифной ставки и локации установки станции. В Нижегородской области имеет смысл установка сетевой солнечной электростанции при тарифной ставке более 5 рублей за киловатт. Чем выше тарифная ставка, чем быстрее окупится солнечная электростанция. Существуют примеры, где станция окупалась за 1,5 - 2 года. При низких тарифных ставках срок окупаемости может составлять более 10 – 15 лет. При проектировании для бизнеса нужно стремиться к сроку окупаемости ориентировочно в течение 5 лет.
Существует ряд дополнительных мер по сокращению сроков окупаемости сетевой солнечной электростанции:
1) Регистрация объекта микрогенерации (постановление правительства РФ №299 от 02.04.2021 г.)
2) Лизинг. Что приводит к снижению НДС и налога на прибыль. Оборудование отлично лизингуется, так как имеет большой срок службы и слабую деградацию.
3) Учет роста инфляции и повышение тарифных ставок за электроэнергию.
4) Постановление правительства №1178 от 31.06.2022 отменяющее льготное подключение и устанавливающее новые тарифы на техническое присоединение.
Поскольку сетевая солнечная электростанция подключается параллельно к городской сети, следует обратить особое внимание на настройки инвертора и установку токового кольца, ограничителя или счетчика. В целях безопасности запрещено эксплуатировать сетевой инвертор без данного оборудования. А возможность отдачи излишков электроэнергии в сеть устанавливается программно. Данное требование необходимо для обеспечения безопасности персонала сетевых организаций при проведении ремонтных работ.
Причина установки сетевой солнечной электростанции:
- Дорогое электричество - желание снизить затраты на электроэнергию;
- Низкий объем выделенной мощности;
- Долгосрочный инвестиционный проект.
Примеры объектов: Любые частные, коммерческие, государственные объекты, ранее подключенные к сетевой инфраструктуре города, имеющие высокий тариф.
Еще больше полезной информации у нас на сайте: https://teslum.ru/online-proschet/