Sužinokite, kaip projektuoti efektyvias ir patikimas tinklo tipo saulės energijos sistemas gyvenamosioms, komercinėms ir pramoninėms reikmėms visame pasaulyje. Apima dydžio nustatymą, komponentus, saugą ir geriausią praktiką.
Tinklo tipo saulės energijos sistemos projektavimas: išsamus vadovas pasaulinėms reikmėms
Tinklo tipo saulės energijos sistemos, taip pat žinomos kaip į tinklą prijungtos saulės energijos sistemos, yra fotovoltinės (PV) sistemos, kurios yra prijungtos prie komunalinių paslaugų tinklo. Tai yra labiausiai paplitęs saulės energijos sistemų tipas namams ir įmonėms, siūlantis ekonomišką ir patikimą būdą gaminti švarią energiją ir sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro. Šis išsamus vadovas pateikia išsamią tinklo tipo saulės energijos sistemos projektavimo apžvalgą, apimančią pagrindinius aspektus, komponentus, dydžio apskaičiavimus, saugos protokolus ir geriausią praktiką sėkmingam įgyvendinimui įvairiose pasaulinėse aplinkose.
Tinklo tipo sistemų supratimas
Tinklo tipo saulės energijos sistema veikia paversdama saulės šviesą elektra naudojant saulės baterijas. Saulės baterijų generuojama nuolatinės srovės (DC) elektra tada saulės inverteriu paverčiama kintamosios srovės (AC) elektra. Ši AC elektra tiekiama į pastato elektros skydelį ir gali būti naudojama prietaisams ir įrangai maitinti. Kai saulės energijos sistema pagamina daugiau elektros energijos nei pastatas suvartoja, elektros energijos perteklius grąžinamas į komunalinių paslaugų tinklą, dažnai uždirbant sistemos savininkui kreditus per procesą, vadinamą neto apskaita.
Tinklo tipo sistemų privalumai
- Sutaupymai: Sumažina arba panaikina sąskaitas už elektros energiją ir gali generuoti pajamas per neto apskaitą.
- Nauda aplinkai: Sumažina priklausomybę nuo iškastinio kuro ir sumažina anglies dioksido išmetimą.
- Patikimumas: Tinklas veikia kaip atsarginis energijos šaltinis, užtikrinantis nuolatinį elektros energijos tiekimą net ir tada, kai saulės energijos sistema negamina.
- Lengvas montavimas ir priežiūra: Paprastai paprasčiau ir pigiau įdiegti ir prižiūrėti, palyginti su ne tinklo sistemomis.
- Padidėjusi turto vertė: Saulės baterijos gali padidinti namo ar verslo vertę.
Tinklo tipo sistemos komponentai
Įprastą tinklo tipo saulės energijos sistemą sudaro šie pagrindiniai komponentai:- Saulės baterijos (fotovoltiniai moduliai): Paverčia saulės šviesą nuolatinės srovės elektra.
- Saulės inverteris: Paverčia nuolatinės srovės elektrą iš saulės baterijų į kintamosios srovės elektrą, suderinamą su tinklu.
- Montavimo sistema: Saugiai pritvirtina saulės baterijas prie stogo arba žemės.
- Laidai ir jungtys: Sujungia visus komponentus ir užtikrina tinkamą elektros srautą.
- Atjungimo jungikliai: Leidžia saugiai atjungti saulės energijos sistemą priežiūrai ar avariniams atvejams.
- Stebėjimo sistema: Stebi saulės energijos sistemos veikimą ir pateikia duomenis apie energijos gamybą.
- Neto skaitiklis: Matuoja elektros energijos kiekį, tekantį į ir iš komunalinių paslaugų tinklo.
Tinklo tipo saulės energijos sistemos projektavimas
Tinklo tipo saulės energijos sistemos projektavimas apima kelis pagrindinius etapus, įskaitant energijos poreikių įvertinimą, sistemos dydžio nustatymą, komponentų pasirinkimą ir atitikties vietiniams reglamentams ir kodeksams užtikrinimą.1. Energijos poreikių ir suvartojimo įvertinimas
Pirmasis žingsnis projektuojant tinklo tipo saulės energijos sistemą yra pastato energijos suvartojimo įvertinimas. Tai apima ankstesnių sąskaitų už elektros energiją peržiūrą, siekiant nustatyti vidutinį mėnesinį ir metinį energijos suvartojimą. Apsvarstykite bet kokius planuojamus energijos suvartojimo pokyčius, pvz., naujų prietaisų pridėjimą arba pastato išplėtimą. Taip pat labai svarbu suprasti didžiausią paklausą, kuri gali turėti įtakos inverterio dydžio nustatymui.
Pavyzdys: Namų ūkis Vokietijoje, kurio vidutinis mėnesinis elektros energijos suvartojimas yra 400 kWh, turės skirtingus saulės energijos sistemos reikalavimus, palyginti su įmone Indijoje, kurios mėnesinis suvartojimas yra 4000 kWh.
2. Sistemos dydžio nustatymas
Saulės energijos sistemos dydis nustatomas pagal pastato energijos poreikius, saulės šviesos kiekį ir norimą sąskaitų už elektros energiją kompensavimą. Didesnė sistema generuos daugiau elektros energijos, tačiau ją įdiegti taip pat kainuos daugiau. Norėdami apskaičiuoti tinkamą sistemos dydį, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
- Vidutinis dienos energijos suvartojimas: Konvertuokite mėnesinį energijos suvartojimą į dienos suvartojimą (kWh/dieną).
- Saulės šviesos prieinamumas (insoliacija): Nustatykite vidutines dienos didžiausias saulės valandas vietovėje. Šią informaciją galima gauti iš saulės energijos išteklių žemėlapių arba vietinių orų duomenų. Tokie ištekliai kaip Pasaulinis saulės atlasas (globalsolaratlas.info) gali būti neįkainojami.
- Sistemos nuostoliai: Atsižvelkite į nuostolius dėl inverterio neveiksmingumo, laidų varžos, temperatūros poveikio ir šešėliavimo. Tipiškas sistemos nuostolių koeficientas yra apie 15–25%.
- Norimas kompensavimas: Nustatykite sąskaitų už elektros energiją procentą, kurį turėtų kompensuoti saulės energijos sistema.
Formulė:
Sistemos dydis (kW) = (Dienos energijos suvartojimas (kWh) / (Didžiausios saulės valandos * (1 - Sistemos nuostoliai))) / Veikimo santykis
Veikimo santykis atsižvelgia į realias sąlygas ir degradaciją. Tipiškas veikimo santykis yra 0,75–0,85. Tinkamo veikimo santykio pasirinkimas yra labai svarbus tiksliems skaičiavimams.
Pavyzdys: Jei namų ūkis suvartoja 15 kWh elektros energijos per dieną, o vietovė gauna 5 didžiausias saulės valandas, o sistemos nuostoliai yra 20%, o veikimo santykis yra 0,8, reikalingas sistemos dydis būtų maždaug 4,7 kW.
3. Saulės baterijų pasirinkimas
Saulės baterijos yra tinklo tipo sistemos širdis. Renkantis saulės baterijas, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
- Galingumo įvertinimas: Saulės baterijos galingumo įvertinimas rodo energijos kiekį, kurį ji gali generuoti standartinėmis bandymo sąlygomis (STC). Įprasti galingumo įvertinimai svyruoja nuo 300 vatų iki daugiau nei 500 vatų.
- Efektyvumas: Saulės baterijos efektyvumas yra saulės šviesos procentas, kuris paverčiamas elektra. Didelio efektyvumo baterijos generuoja daugiau energijos mažesniame plote.
- Įtampa ir srovė: Užtikrinkite, kad saulės baterijų įtampos ir srovės charakteristikos atitiktų saulės inverterį.
- Temperatūros koeficientas: Temperatūros koeficientas rodo, kiek sumažėja baterijos galia, didėjant jos temperatūrai. Mažesni temperatūros koeficientai yra pageidautini.
- Garantija: Pasirinkite saulės baterijas su ilgu garantijos laikotarpiu, kad apsisaugotumėte nuo defektų ir veikimo pablogėjimo.
- Gamintojo reputacija: Pasirinkite baterijas iš patikimų gamintojų, turinčių patikimą kokybės ir patikimumo istoriją. Pirmojo lygio gamintojai dažnai yra pageidaujami.
Monokristalinės baterijos paprastai pasižymi didesniu efektyvumu ir aptakesne išvaizda, o polikristalinės baterijos dažnai yra prieinamesnės. Plonasluoksnės baterijos yra dar viena galimybė, tačiau paprastai jos pasižymi mažesniu efektyvumu ir reikalauja daugiau vietos.
Pasaulinis pavyzdys: Apsvarstykite klimatą Viduriniuose Rytuose, kur vyrauja aukšta temperatūra. Renkantis baterijas su žemu temperatūros koeficientu, labai svarbu išlaikyti optimalų veikimą. Arba, regionuose, kuriuose dažnai būna debesuotų dienų, pavyzdžiui, kai kuriose Europos dalyse, naudingos baterijos, pasižyminčios puikiu veikimu esant silpnam apšvietimui.
4. Saulės inverterio pasirinkimas
Saulės inverteris yra atsakingas už nuolatinės srovės elektros pavertimą iš saulės baterijų į kintamosios srovės elektrą, kurią gali naudoti pastatas ir tiekti į tinklą. Renkantis saulės inverterį, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
- Inverterio dydis: Inverterio dydis turėtų atitikti saulės energijos masyvo dydį. Bendra taisyklė yra nustatyti inverterio dydį 80–120% saulės energijos masyvo nuolatinės srovės galios.
- Efektyvumas: Inverterio efektyvumas yra nuolatinės srovės galios procentas, kuris paverčiamas kintamosios srovės galia. Didelio efektyvumo inverteriai sumažina energijos nuostolius.
- Įtampos diapazonas: Užtikrinkite, kad inverterio įtampos diapazonas atitiktų saulės energijos masyvo įtampą.
- Maksimalios galios taško sekimas (MPPT): MPPT technologija optimizuoja saulės baterijų galią nuolat reguliuodama įtampą ir srovę.
- Suderinamumas su tinklu: Inverteris turi atitikti vietinius tinklo standartus ir reglamentus. Tai apima įtampą, dažnį ir apsaugą nuo salų susidarymo.
- Garantija: Pasirinkite inverterius su ilgu garantijos laikotarpiu, kad apsisaugotumėte nuo defektų ir gedimų.
- Stebėjimo galimybės: Daugelis inverterių turi įmontuotas stebėjimo sistemas, kurios stebi saulės energijos sistemos veikimą ir pateikia duomenis apie energijos gamybą.
Stygų inverteriai yra labiausiai paplitęs inverterių tipas gyvenamosioms ir mažoms komercinėms sistemoms. Mikroinverteriai yra alternatyvus variantas, siūlantis MPPT skydelio lygiu ir patobulintas stebėjimo galimybes. Galios optimizatoriai gali būti naudojami su stygų inverteriais, kad būtų pasiekti panašūs pranašumai.
Pavyzdys: Australijoje inverteriai turi atitikti AS/NZS 4777 standartus, kad būtų užtikrintas suderinamumas su tinklu ir sauga. Šiaurės Amerikoje UL 1741 yra atitinkamas saugos standartas.
5. Montavimo sistemos pasirinkimas
Montavimo sistema saugiai pritvirtina saulės baterijas prie stogo arba žemės. Renkantis montavimo sistemą, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
- Stogo tipas: Galimos skirtingos montavimo sistemos skirtingiems stogo tipams, pvz., asfalto čerpelėms, plytelėms, metaliniams ir plokštiems stogams.
- Vėjo ir sniego apkrovos: Montavimo sistema turi atlaikyti vėjo ir sniego apkrovas vietovėje. Dėl konkrečių reikalavimų kreipkitės į vietinius statybos kodeksus.
- Orientacija ir pasvirimo kampas: Montavimo sistema turėtų užtikrinti optimalią orientaciją ir pasvirimo kampą, kad būtų maksimaliai padidintas saulės spindulių poveikis. Šiauriniame pusrutulyje paprastai idealu atsukti į pietus, o pietiniame pusrutulyje pageidautina atsukti į šiaurę. Optimalus pasvirimo kampas paprastai yra lygus vietovės platumai.
- Medžiaga: Pasirinkite montavimo sistemą, pagamintą iš patvarių ir korozijai atsparių medžiagų, tokių kaip aliuminis arba nerūdijantis plienas.
- Garantija: Įsitikinkite, kad montavimo sistema turi gerą garantiją.
Pavyzdys: Pajūrio regionuose, kuriuose ore yra didelis druskos kiekis, korozijai atsparios montavimo sistemos yra būtinos, kad būtų išvengta priešlaikinio gedimo.
6. Laidai ir jungtys
Tinkami laidai ir jungtys yra būtini saugiam ir efektyviam tinklo tipo sistemos veikimui. Naudokite tinkamo dydžio laidus ir jungtis, kad sumažintumėte įtampos kritimą ir užtikrintumėte tinkamą srovės pralaidumą. Visi laidai turi atitikti vietinius elektros kodeksus.
- Laido dydis: Pasirinkite laido dydžius pagal srovės pralaidumą ir įtampos kritimo reikalavimus.
- Jungtys: Naudokite UL sąraše esančias jungtis, kurios yra skirtos naudoti lauke ir yra suderinamos su saulės baterijomis ir inverteriu.
- Kabelių kanalai: Apsaugokite laidus nuo elementų naudodami kabelių kanalus, kur reikia.
- Įžeminimas: Tinkamai įžeminkite saulės baterijas, montavimo sistemą ir inverterį, kad apsisaugotumėte nuo elektros smūgio.
Pavyzdys: Skirtingos šalys turi skirtingus laidų standartus. Nacionalinis elektros kodeksas (NEC) naudojamas Jungtinėse Valstijose, o Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) standartai naudojami daugelyje kitų šalių.
7. Apsaugos įtaisai
Apsaugos įtaisai yra labai svarbūs siekiant apsaugoti sistemą ir žmones nuo elektros pavojų. Į tinklo tipo sistemos projektą turėtų būti įtraukti šie apsaugos įtaisai:- Nuolatinės srovės atjungimo jungiklis: Leidžia saugiai atjungti saulės baterijas nuo inverterio.
- Kintamosios srovės atjungimo jungiklis: Leidžia saugiai atjungti inverterį nuo tinklo.
- Saugikliai arba grandinės pertraukikliai: Apsaugo nuo viršsrovių sąlygų.
- Apsauga nuo įžeminimo gedimų: Aptinka ir nutraukia įžeminimo gedimus, kad būtų išvengta elektros smūgio.
- Apsauga nuo viršįtampių: Apsaugo nuo įtampos šuolių, kuriuos sukelia žaibas ar kiti elektros trikdžiai.
8. Stebėjimo sistema
Stebėjimo sistema stebi saulės energijos sistemos veikimą ir pateikia duomenis apie energijos gamybą. Šie duomenys gali būti naudojami problemoms nustatyti, sistemos veikimui optimizuoti ir energijos taupymui patikrinti. Stebėjimo sistemos gali būti integruotos į inverterį arba gali būti atskiri įrenginiai.
Stebėjimo sistemos funkcijos:
- Duomenys realiuoju laiku: Pateikia informaciją apie esamą galią, energijos gamybą ir sistemos būseną.
- Istoriniai duomenys: Saugo istorinius duomenis apie energijos gamybą ir sistemos veikimą.
- Įspėjimai ir pranešimai: Siunčia įspėjimus, kai aptinkamos problemos.
- Nuotolinė prieiga: Leidžia nuotoliniu būdu stebėti sistemą iš kompiuterio arba mobiliojo įrenginio.
Prisijungimas prie tinklo ir neto apskaita
Norint prijungti tinklo tipo sistemą prie komunalinių paslaugų tinklo, reikia koordinuoti veiksmus su vietine komunalinių paslaugų įmone. Komunalinių paslaugų įmonė paprastai pareikalaus sistemos patikrinimo, siekiant užtikrinti, kad ji atitiktų jų saugos ir veikimo standartus. Patvirtinus sistemą, komunalinių paslaugų įmonė įdiegs neto skaitiklį, kuris matuoja elektros energijos kiekį, tekantį į ir iš tinklo.
Neto apskaitos politika
Neto apskaitos politika labai skiriasi priklausomai nuo šalies ir net nuo komunalinių paslaugų įmonės. Kai kuriose vietovėse neto apskaita yra privaloma, o kitose ji yra neprivaloma arba visai neprieinama. Prieš projektuojant ir įdiegiant tinklo tipo saulės energijos sistemą, būtina suprasti vietinę neto apskaitos politiką.
Įprasti neto apskaitos modeliai:
- Pilna mažmeninė neto apskaita: Elektros energijos perteklius kredituojamas visa mažmenine kaina.
- Neto atsiskaitymas: Elektros energijos perteklius kredituojamas mažesne kaina nei mažmeninė kaina.
- Fiksuotas tarifas (FIT): Už visą saulės energijos sistemos pagamintą elektros energiją mokama fiksuota kaina, neatsižvelgiant į tai, ar ji naudojama vietoje, ar tiekiama į tinklą.
Pasaulinė geriausia praktika
Tinklo tipo saulės energijos sistemų projektavimas ir įdiegimas reikalauja laikytis geriausios praktikos ir atitikti vietinius reglamentus bei kodeksus. Štai keletas pasaulinių geriausios praktikos pavyzdžių, į kuriuos reikia atsižvelgti:
- Įtraukite kvalifikuotus specialistus: Dirbkite su patyrusiais saulės energijos montuotojais ir inžinieriais, kurie yra susipažinę su vietiniais reglamentais ir geriausia praktika.
- Atlikite išsamų vietos įvertinimą: Įvertinkite pastato energijos poreikius, saulės šviesos prieinamumą ir stogo būklę.
- Pasirinkite aukštos kokybės komponentus: Pasirinkite saulės baterijas, inverterius ir montavimo sistemas iš patikimų gamintojų.
- Laikykitės elektros kodeksų ir standartų: Užtikrinkite, kad visi laidai ir jungtys atitiktų vietinius elektros kodeksus.
- Gaukite reikiamus leidimus ir patvirtinimus: Gaukite visus reikiamus leidimus ir patvirtinimus iš vietinių valdžios institucijų ir komunalinių paslaugų įmonės.
- Užtikrinkite tinkamą mokymą ir dokumentaciją: Apmokykite pastato gyventojus, kaip valdyti ir prižiūrėti saulės energijos sistemą.
- Įdiekite stebėjimo sistemą: Stebėkite saulės energijos sistemos veikimą, kad nustatytumėte problemas ir optimizuotumėte energijos gamybą.
- Reguliari priežiūra: Atlikite reguliarią priežiūrą, kad užtikrintumėte, jog saulės energijos sistema veikia efektyviai ir saugiai.
Ekonominiai aspektai ir IG
Tinklo tipo saulės energijos sistemos ekonominis gyvybingumas priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant sistemos kainą, pagamintos elektros energijos kiekį, vietinius elektros energijos tarifus ir galimas paskatas. Norint nustatyti investicijų grąžą (IG) ir sistemos atsipirkimo laikotarpį, reikia atlikti išsamią ekonominę analizę.Pagrindiniai ekonominiai veiksniai:
- Sistemos kaina: Bendra saulės energijos sistemos kaina, įskaitant medžiagas, darbą ir leidimų mokesčius.
- Elektros energijos gamyba: Elektros energijos kiekis, pagamintas saulės energijos sistemos per visą jos gyvavimo laikotarpį.
- Elektros energijos tarifai: Elektros energijos kaina iš komunalinių paslaugų tinklo.
- Paskatos ir nuolaidos: Vyriausybės paskatos, mokesčių kreditai ir nuolaidos, kurios gali sumažinti sistemos kainą.
- Neto apskaitos kreditai: Elektros energijos, grąžintos į tinklą per neto apskaitą, vertė.
- Priežiūros išlaidos: Nuolatinės saulės energijos sistemos priežiūros išlaidos.
IG ir atsipirkimo laikotarpio apskaičiavimas:
IG = (Bendras sutaupymas - Sistemos kaina) / Sistemos kaina
Atsipirkimo laikotarpis = Sistemos kaina / Metinis sutaupymas
Pavyzdys: Gyvenamoji saulės energijos sistema, kurios kaina 15 000 USD, kasmet sutaupo 1 000 USD. Atsipirkimo laikotarpis būtų 15 metų, o IG priklausytų nuo sistemos gyvavimo trukmės. Tačiau vyriausybės paskatos ir mokesčių kreditai gali žymiai sutrumpinti atsipirkimo laikotarpį ir padidinti IG.
Ateities tendencijos tinklo tipo saulės energijos sistemose
Tinklo tipo saulės energijos rinka nuolat vystosi, atsirandant naujoms technologijoms ir tendencijoms. Kai kurios iš pagrindinių tendencijų, į kurias reikia atkreipti dėmesį, yra šios:- Didelio efektyvumo saulės baterijos: Saulės baterijų efektyvumas didėja, todėl mažesniame plote galima pagaminti daugiau energijos.
- Išmanieji inverteriai: Išmanieji inverteriai siūlo pažangias tinklo palaikymo funkcijas, tokias kaip įtampos ir dažnio reguliavimas, kuris gali padėti stabilizuoti tinklą.
- Energijos kaupimas: Baterijų kaupimo sistemos tampa vis populiaresnės, leidžiančios namų savininkams ir įmonėms kaupti saulės energijos perteklių, kad galėtų panaudoti vėliau.
- Mikrotinklai: Mikrotinklai yra lokalizuoti energijos tinklai, kurie gali veikti nepriklausomai nuo pagrindinio tinklo. Jie dažnai apima saulės energiją ir energijos kaupimą.
- Elektrinių transporto priemonių integracija: Saulės energija vis dažniau naudojama elektrinėms transporto priemonėms įkrauti, sukuriant tvaresnę transporto sistemą.