Автономні сонячні станції — злізти з мережевої голки

Енергетика э одним з головних секторів світової економіки, які забезпечують необхідні умови для життєдіяльності людини. Споживання енергоресурсів збільшується рік від року, що негативно впливає на стан біосфери Землі, яка формувалася упродовж кількох мільярдів років.

Світова спільнота шукає способи уповільнити негативні зміни, що відбуваються в біосфері, не ставлячи під загрозу власну економіку, промисловість і безпеку. Щоб розв’язувати цю проблему, класичну електроенергетику, засновану на викопному паливі, трансформують та диверсифікують, збільшуючи кількість відновлюваних джерел енергії.

Зокрема, останніми роками дуже стрімко розвивалися фотоелектричні технології. У 2018 році Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) опублікувало дослідження світового споживання енергії, де прогнозувалося, що до 2050 року установки з сонячними панелями забезпечуватимуть близько 45% всієї потреби в електриці.

Розвиток технологій зумовив зниження вартості сонячних панелей та зростання попиту на сонячні електростанції (СЕС) для власних потреб. Так, наприклад, виробничі підприємства збільшують рентабельність продукції шляхом встановлення на своїй території сонячних електростанцій для генерації фотоелектричної енергії та живлення нею виробничого обладнання, освітлювальних приладів та інш.

Що таке «власне споживання сонячної енергії»?

Власне споживання фотоелектричної енергії — це споживання електроенергії безпосередньо від самого джерела, фотоелектричної системи. Таке споживання здійснюється або відразу, або через період часу з проміжним зберіганням.

На такий формат енергоспоживання людство планує перейти до 2050 року, замінивши традиційну енергетику відновлюваною. Зараз вся вироблена традиційними електростанціями (атомними, тепловими та інш.) електрика доставляється споживачам через складну мережу електричних підстанцій, трансформаторів та ліній електропередач, що супроводжується в тому числі й втратами при передачі. Тоді як власне споживання дозволить уникнути втрати електроенергії при її транспортуванні від джерела до споживача.

Завдяки технологічному прориву, витрати на виробництво фотоелектричної енергії знижуються (рис.1) і виробництво електрики від СЕС стає комерційно привабливим для бізнесу. Особливо з огляду на той факт, що експерти прогнозують неодмінне зростання вартості електрики, виробленої традиційними електростанціями. Це неминуче, оскільки старе обладнання електростанцій вимагає заміни, а підтримка в працездатному стані зношених елементів коштує дорого.

Рис. 1. а) — Прогноз нормованої вартості електроенергії (LCOE) від різних сонячних технологій в місцях з високим сонячним опроміненням; б) — Прогноз нормованої вартості електроенергії (LCOE) від поновлюваних джерел енергії та традиційних електростанцій в Німеччині. Джерело: Levelized cost of electricity renewable energy technologies study, Fraunhofer Institut
Рис. 1. а) — Прогноз нормованої вартості електроенергії (LCOE) від різних сонячних технологій в місцях з високим сонячним опроміненням; б) — Прогноз нормованої вартості електроенергії (LCOE) від поновлюваних джерел енергії та традиційних електростанцій в Німеччині. Джерело: Levelized cost of electricity renewable energy technologies study, Fraunhofer Institut

Режими та особливості енергоспоживання

Існує кілька режимів енергоспоживання при генерації електрики локальною енергоустановкою (табл.1).

Таблиця 1. Режими роботи фотоелектричної системи під власне енергоспоживання
Режими енергоспоживання Опис
Автономні системи Згенерована електроенергія зберігається в акумуляторних батареях для подальшого споживання, що виключає споживання електрики з зовнішньої мережі.
Миттєве споживання Вироблена електрика одразу споживається, максимально покриваючи потреби в енергії. Протягом сонячної частини доби споживання енергії від зовнішньої мережі мінімальне.
Власне споживання та зберігання Кількість електроенергії, що виробляється, перевищує потреби. Надлишки зберігаються у системах накопичення енергії, для подальшого споживання.
Власне споживання та продаж надлишків у зовнішню мережу Генерується більше енергії, ніж потрібно для задоволення власних потреб, надлишки продаються у зовнішню мережу.

 

Рис. 2. Стратегія управління фотоелектричною системою для максимального споживання.
Рис. 2. Стратегія управління фотоелектричною системою для максимального споживання.

Перед будівництвом сонячної електростанції необхідно визначити який режим споживання для власника буде пріоритетним, проаналізувати особливості установки сонячних панелей та прорахувати рівень власного споживання електроенергії на об’єкті. Залежно від цих показників підбирається відповідна потужність фотоелектричної системи.

Розміщення (наземне, дахове, трекери та інш.)

Сонячні електростанції можна розміщувати на землі або на будь-який інший поверхні з вільним доступом сонячного світла. Наприклад, дахи виробничих цехів, шкіл, садочків, торгових центрів, лікарень та інш. Також, можливе розміщення на рухомих трекерах, для більш ефективного «уловлювання» сонячного випромінювання.

Орієнтація фотоелектричної системи є важливим фактором, що впливає не тільки на кількість виробленої електроенергії, а і її розподіл протягом дня. Наприклад, орієнтація сонячної електростанції на захід перенесе піковий час генерації на кінець дня, а орієнтація на схід — на ранок. Якщо бізнес відчуває найбільший попит на енергію у вечірні години, то проста орієнтація фотоелектричної установки на захід може збільшити рівень власного споживання приблизно на 7%. Однак орієнтація сонячних панелей на захід тільки з цієї причини може виявитися неефективною, оскільки в такій ситуації абсолютне зниження генерації складе близько 15% та буде більш відчутно ніж зростання рівня власного споживання.

Рис. 3. Залежність середньодобової інсоляції від кута нахилу сонячних панелей (у Канаді). Джерело: Optimum Tilt Angle and Orientation of Photovoltaic Thermal System for Application in Greater Toronto Area, mdpi.com.
Рис. 3. Залежність середньодобової інсоляції від кута нахилу сонячних панелей (у Канаді). Джерело: Optimum Tilt Angle and Orientation of Photovoltaic Thermal System for Application in Greater Toronto Area, mdpi.com.

Не тільки орієнтація сонячних панелей відносно сторін світу впливає на величину питомого виходу енергії, але також умови інсоляції (вітер, хмари, ранковий туман і т. Д.) Ці умови досить мінливі та мають значний вплив на рівень власного споживання, аж до декількох відсотків.

Особливості проєктування

Фотоелектрична система повинна бути спроєктована так, щоб найкращим чином відповідати рівню енергоспоживання компанії. На додаток до економії витрат на енергію, власне споживання може також усунути необхідність в додаткових лініях електропередач до точки підключення до зовнішньої мережі, крім того, усувається фактор втрат в енергосистемі.

На рис. 4 показаний середньодобовий режим навантаження комерційного підприємства з річним споживанням електроенергії близько 1 ГВт*ч та виробленням електроенергії від власної фотоелектричної системи потужністю 300 кВт у похмурий літній день. Власне споживання за день (зелена зона) дорівнює перетинанню генерації (синя зона) та споживання (сіра зона).

Рис. 4. Середньодобовий режим навантаження комерційного підприємства з річним споживанням електроенергії близько 1 ГВт*ч та власним виробленням потужністю 300 кВт у похмурий літній день.
Рис. 4. Середньодобовий режим навантаження комерційного підприємства з річним споживанням електроенергії близько 1 ГВт*ч та власним виробленням потужністю 300 кВт у похмурий літній день.

Найбільш економічний варіант проєктування передбачає зіставлення потужності електростанції з базовим навантаженням компанії, щоб в результаті споживалося якомога більше власної електроенергії. Найважливішим показником тут є рівень споживання, а точніше його середньорічне значення, яке враховує сезонні коливання споживання та вироблення.

Економічна ефективність

Власне споживання сонячної енергії є привабливою пропозицією для комерційних споживачів. Міністерство економічного розвитку та торгівлі (МЕРТ) прогнозує неминуче зростання вартості електроенергії для непобутових споживачів на 15% у 2020 році та на 12,5% у 2021 році. У такій ситуації бізнес прагне поліпшити енергоменеджмент своїх підприємств та використовувати енергоефективні технології.

Рис. 5. Шляхи усунення причин низької енергоефективності в основних системах енергопостачання підприємства. Джерело: Improve energy management to reduce your facility’s carbon footprint, CC LAB.
Рис. 5. Шляхи усунення причин низької енергоефективності в основних системах енергопостачання підприємства. Джерело: Improve energy management to reduce your facility’s carbon footprint, CC LAB.

Установка власної сонячної електростанції дозволить підприємству замістити електроенергію з зовнішньої мережі та істотно знизити витрати на електрику. У разі недостатньої інсоляції, наприклад, в зимовий період, недолік електрики буде добиратися із зовнішньої мережі або з систем накопичення енергії (energy storage system).

Фотоелектричні системи під власне споживання вигідні ще й тим, що з довгого списку дозвільної документації необхідно тільки узгодження з ДАБІ. У підсумку на реалізацію проєкту СЕС потрібно 1-2 місяці, а економія починається з першої хвилини запуску станції.

Чи буде споживання сонячної енергії вигідніше, ніж покупка електроенергії з зовнішньої мережі майже повністю залежить від її вартості: якщо вартість електрики перевищує вартість сонячної генерації, то установка сонячної електростанції стає фінансово привабливим варіантом.

Використання у різних галузях (виробництво, фермери та інш.)

Сонячна енергія широко застосовується в багатьох галузях економіки, що сприяє підвищенню їх енергетичної стабільності та економічної ефективності:

  • промисловість;
  • телекомунікації;
  • сільське господарство;
  • торгівля;
  • будівництво та інш.

Сонячні електростанції для власних потреб набувають помітну популярність в промисловості. Наприклад, компанія CUMMINS в Китаї на даху свого заводу встановила сонячну електростанцію сумарною потужністю 3600 кВт. Це допомогло скоротити витрати підприємства на електроенергію, та зменшити викиди CO2 на 13%. У нашій країні деякі мережі автозаправних станцій встановлюють не тільки фотоелектричні системи, але й геліосистеми для нагріву води. Такий підхід говорить про амбітні плани власників даних компаній у питаннях підвищення енергоефективності та зниження залежності від зовнішніх комунікацій.

Фото 2. Сонячна електростанція для власного споживання на даху Пекінського моторного заводу компанії Beijing Foton Cummins Engine Company Ltd.
Фото 2. Сонячна електростанція для власного споживання на даху Пекінського моторного заводу компанії Beijing Foton Cummins Engine Company Ltd.

Що стосується агропромислового комплексу, фермери використовують фотоелектричну енергію для поливу та перекачування води, обігріву та живлення електрикою теплиць, для автоматичного доїння корів та охолодження молока, а також в інших виробничих циклах.

Останні кілька років світовий попит на сонячні електростанції щорічно збільшується майже у три рази. Багато в чому це обумовлено зниженням вартості фотоелектричних технологій та популяризацією ринку поновлюваних джерел енергії.

Визначальним фактором для власного споживання є перш за все співвідношення між номінальною потужністю фотоелектричної системи та потребою в енергії. У багатьох випадках самоокупність є привабливим варіантом, особливо у зв’язку з тим, що в середньостроковій перспективі очікується зростання цін на електроенергію. Це призведе до збільшення фінансового стимулу для установки фотоелектричних систем і, відповідно, до зниження навантаження на енергосистему.

Компанія АВЕНСТОН реалізувала безліч проєктів сонячних електростанцій. Ми спеціалізуємося на проєктуванні, будівництві, сервісному обслуговуванні та постачанні висококласного обладнання та інш. Якщо у вас є питання або сумніви, напишіть нам! З радістю проконсультуємо та виконаємо попередні розрахунки!