Проектування мережевих сонячних систем: всеосяжний посібник для глобальної аудиторії

Мережеві сонячні системи, також відомі як системи з прямим підключенням до мережі або інтерактивні з комунальними підприємствами, — це фотоелектричні (ФЕ) системи, які безпосередньо підключені до публічної електричної мережі. Вони є популярним вибором для домовласників, підприємств і громад, які прагнуть виробляти власну чисту енергію та зменшити залежність від викопного палива. Цей всеосяжний посібник містить детальний огляд особливостей проектування мережевих сонячних систем для глобальної аудиторії з урахуванням різних міжнародних стандартів і найкращих практик.

Розуміння мережевих сонячних систем

Перш ніж заглиблюватися в процес проектування, важливо зрозуміти основні компоненти та роботу мережевої сонячної системи:

• Сонячні панелі (ФЕ-модулі): Перетворюють сонячне світло на постійний струм (DC).
• Сонячний інвертор: Перетворює постійний струм від сонячних панелей на змінний струм (AC), сумісний з мережею.
• Монтажна система: Закріплює сонячні панелі на даху або на землі.
• Проводка та кабелі: З’єднують різні компоненти системи.
• Вимикачі: Забезпечують безпечний спосіб ізолювання системи для технічного обслуговування або в надзвичайних ситуаціях.
• Лічильники: Вимірюють кількість електроенергії, виробленої сонячною системою, і кількість спожитої з мережі.

Як працює мережева система: Сонячні панелі генерують постійний струм, який потім перетворюється на змінний струм інвертором. Цей змінний струм використовується для живлення електричних навантажень будівлі. Якщо сонячна система виробляє більше електроенергії, ніж споживає будівля, надлишок електроенергії подається назад у мережу. У багатьох регіонах домовласники та підприємства отримують кредит за цю надлишкову електроенергію за допомогою процесу, який називається чистим обліком або зеленим тарифом.

Ключові особливості проектування

Проектування мережевої сонячної системи передбачає ретельний розгляд кількох факторів для забезпечення оптимальної продуктивності, безпеки та відповідності місцевим нормам.

1. Оцінка місця

Ретельна оцінка місця є першим кроком у процесі проектування. Це передбачає оцінку наступних факторів:

• Сонячна іррадіація: Кількість сонячного світла, доступного на місці. Це залежить від місця розташування, пори року та погодних умов. Такі ресурси, як Global Solar Atlas (globalsolaratlas.info), надають дані про сонячну іррадіацію для місць по всьому світу.
• Орієнтація та нахил даху: Напрямок, в якому звернений дах (азимут), і кут нахилу даху впливають на кількість сонячного світла, яке отримують сонячні панелі. Дах, звернений на південь (у Північній півкулі) з кутом нахилу, рівним широті, зазвичай є оптимальним. Програмні інструменти, такі як PVsyst, можуть імітувати виробництво сонячної енергії на основі цих параметрів.
• Затінення: Перешкоди, такі як дерева, будівлі та лінії електропередач, можуть відкидати тіні на сонячні панелі, зменшуючи їх вихідну потужність. Слід провести аналіз затінення, щоб виявити потенційні проблеми із затіненням та визначити їх вплив на продуктивність системи.
• Стан і структура даху: Дах повинен витримувати вагу сонячних панелей і монтажної системи. Можливо, знадобиться оцінка цілісності даху інженером-конструктором.
• Електрична панель обслуговування: Електрична панель обслуговування повинна мати достатню потужність, щоб забезпечити вихідну потужність сонячної системи.
• Місцеві правила та дозволи: Відповідність місцевим будівельним нормам, електричним нормам і правилам зонування є обов'язковою.

2. Визначення розміру системи

Визначення розміру системи передбачає визначення відповідного розміру сонячного масиву для задоволення потреб клієнта в електроенергії та максимізації їх повернення інвестицій. Цей процес зазвичай передбачає наступні кроки:

• Визначте споживання електроенергії: Проаналізуйте попередні рахунки за електроенергію клієнта, щоб визначити середньодобове або місячне споживання електроенергії.
• Встановіть ціль компенсації енергії: Визначте відсоток споживання енергії, який клієнт хоче компенсувати за допомогою сонячної енергії. 100% компенсація означає, що сонячна система буде виробляти достатньо електроенергії для задоволення всіх потреб клієнта в електроенергії.
• Розрахуйте розмір системи: Використовуйте програмне забезпечення для проектування сонячних систем або ручний розрахунок, щоб визначити розмір сонячного масиву, необхідного для досягнення бажаної компенсації енергії. Цей розрахунок повинен враховувати сонячну іррадіацію, втрати системи та ефективність інвертора.

Приклад: Домовласник у Мадриді, Іспанія, споживає 500 кВт-год електроенергії на місяць. Вони хочуть компенсувати 80% споживання електроенергії за допомогою сонячної енергії. Використовуючи дані про сонячну іррадіацію для Мадрида та враховуючи втрати системи, програмне забезпечення для проектування сонячних систем визначає, що для досягнення цієї мети потрібна сонячна система потужністю 5 кВт.

3. Вибір компонентів

Вибір правильних компонентів має вирішальне значення для продуктивності та надійності сонячної системи.

• Сонячні панелі: Вибирайте сонячні панелі на основі їх ефективності, вихідної потужності, напруги, струму та гарантії. Враховуйте такі фактори, як тип панелі (монокристалічна, полікристалічна, тонкоплівкова), температурний коефіцієнт і фізичні розміри. Солідні виробники пропонують гарантії продуктивності, що гарантують певний відсоток вихідної потужності після певного періоду (наприклад, 80% через 25 років).
• Сонячний інвертор: Виберіть інвертор, який сумісний із сонячними панелями та мережею. Враховуйте такі фактори, як тип інвертора (стрічковий інвертор, мікроінвертор, оптимізатор живлення), ефективність, діапазон напруги та функції захисту. Стрічкові інвертори, як правило, економічніші для житлових систем, тоді як мікроінвертори та оптимізатори живлення пропонують покращену продуктивність в умовах затінення та моніторингу на рівні модуля.
• Монтажна система: Виберіть монтажну систему, яка підходить для типу даху та вітрових і снігових навантажень у цій місцевості. Переконайтеся, що монтажна система стійка до корозії та розроблена для витримування екстремальних погодних умов.
• Проводка та кабелі: Використовуйте проводку та кабелі відповідного розміру, які розраховані на використання на вулиці та стійкі до ультрафіолету. Переконайтеся, що всі з'єднання проводки правильно зроблені та захищені.

4. Електричне проектування

Електричне проектування мережевої сонячної системи передбачає визначення відповідної конфігурації проводки, захисту від надструму та заземлення.

• Визначення розміру стрічки: Визначте кількість сонячних панелей, які можна підключити послідовно (стрічка), виходячи з діапазону напруги інвертора. Напруга стрічки має бути в робочому діапазоні інвертора для забезпечення оптимальної продуктивності.
• Захист від надструму: Встановіть запобіжники або автоматичні вимикачі для захисту системи від надструмів. Розмір пристроїв захисту від надструму має базуватися на максимальному струмі сонячних панелей і проводки.
• Заземлення: Заземліть сонячні панелі, інвертор і монтажну систему для захисту від ураження електричним струмом. Дотримуйтеся місцевих електричних норм щодо вимог до заземлення.
• Вимикачі: Встановіть вимикачі, щоб ізолювати сонячну систему від мережі для технічного обслуговування або в надзвичайних ситуаціях. Ці вимикачі повинні бути легко доступні та чітко позначені.

5. Підключення до мережі

Підключення сонячної системи до мережі вимагає координації з місцевою комунальною компанією.

• Угода про чистий облік: Укладіть угоду про чистий облік з комунальною компанією. У цій угоді вказуються умови подачі надлишкової електроенергії назад у мережу та отримання за неї кредиту.
• Заявка на підключення: Подайте заявку на підключення до комунальної компанії. Ця заявка містить інформацію про сонячну систему та її вплив на мережу.
• Інспекція та схвалення: Комунальна компанія перевірить сонячну систему, щоб переконатися, що вона відповідає їхнім вимогам безпеки та технічним вимогам. Після затвердження систему можна підключити до мережі.

Міжнародні стандарти та правила

Проектування мережевих сонячних систем має відповідати відповідним міжнародним стандартам і місцевим нормам. Деякі ключові міжнародні стандарти включають:

• IEC 61215: Наземні фотоелектричні (ФЕ) модулі – Кваліфікація дизайну та схвалення типу. Цей стандарт визначає вимоги до кваліфікації дизайну та схвалення типу наземних ФЕ-модулів, придатних для тривалої експлуатації в загальних кліматичних умовах відкритого повітря.
• IEC 61730: Кваліфікація безпеки фотоелектричних (ФЕ) модулів. Цей стандарт визначає вимоги безпеки для ФЕ-модулів, щоб забезпечити безпечну роботу протягом їх терміну служби.
• IEC 62109: Безпека перетворювачів живлення для використання у фотоелектричних енергетичних системах. Цей стандарт визначає вимоги безпеки для перетворювачів живлення, що використовуються у ФЕ-системах, включаючи інвертори та контролери заряду.
• IEEE 1547: Стандарт для взаємопідключення та взаємодії розподілених енергетичних ресурсів з пов'язаними інтерфейсами систем електроенергії. Цей стандарт містить вимоги до взаємопідключення розподілених енергетичних ресурсів (DER), включаючи сонячні системи, з електричною мережею.

На додаток до міжнародних стандартів, місцеві правила та будівельні норми значно різняться. Наприклад:

• Північна Америка: Національний електричний кодекс (NEC) у Сполучених Штатах і Канадський електричний кодекс (CEC) містять вичерпні вимоги щодо встановлення та безпеки електричних систем, включаючи сонячні.
• Європа: Європейські країни часто дотримуються стандартів IEC, але також мають власні національні правила щодо підключення до мережі, безпеки та отримання дозволів.
• Австралія: Австралія має конкретні стандарти для встановлення сонячних систем і підключення до мережі, якими керують такі організації, як Clean Energy Council (CEC).
• Азія: Такі країни, як Китай, Індія та Японія, мають власні стандарти та правила розвитку сонячної енергетики, що розвиваються.

Важливо проконсультуватися з місцевою владою та кваліфікованими фахівцями, щоб забезпечити відповідність усім чинним нормам.

Найкращі практики проектування мережевих систем

Щоб забезпечити успішне встановлення мережевої сонячної системи, враховуйте такі найкращі практики:

• Використовуйте високоякісні компоненти: Вибирайте сонячні панелі, інвертори та інші компоненти від відомих виробників із перевіреним досвідом.
• Оптимізуйте продуктивність системи: Максимізуйте виробництво сонячної енергії, оптимізуючи орієнтацію та нахил даху, мінімізуючи затінення та вибираючи ефективні компоненти.
• Забезпечте безпеку системи: Дотримуйтеся всіх відповідних електричних норм і стандартів безпеки, щоб захиститися від ураження електричним струмом і пожежної небезпеки.
• Відстежуйте продуктивність системи: Встановіть систему моніторингу для відстеження виробництва енергії сонячної системи та виявлення будь-яких потенційних проблем.
• Забезпечте підтримку клієнтів: Пропонуйте постійну підтримку клієнтів, щоб відповісти на будь-які запитання чи проблеми, які можуть виникнути.
• Все документуйте: Ведіть докладні записи проектування, встановлення та обслуговування системи. Ця документація може бути корисною для усунення несправностей і гарантійних вимог.

Програмні інструменти для проектування сонячних систем

Доступно кілька програмних інструментів для допомоги в проектуванні мережевої сонячної системи. Ці інструменти можуть допомогти з оцінкою місця, визначенням розміру системи, вибором компонентів і моделюванням продуктивності.

• PVsyst: Комплексний програмний пакет для моделювання продуктивності ФЕ-систем.
• Aurora Solar: Хмарна програмна платформа для проектування та продажу сонячних систем.
• HelioScope: Веб-інструмент для проектування та аналізу сонячних систем.
• SolarEdge Designer: Безкоштовний онлайн-інструмент для проектування сонячних систем з інверторами та оптимізаторами живлення SolarEdge.
• SMA Sunny Design: Безкоштовний онлайн-інструмент для проектування сонячних систем з інверторами SMA.

Економічні міркування

Економічна життєздатність мережевої сонячної системи залежить від кількох факторів, включаючи вартість системи, ціну електроенергії та наявність стимулів, таких як чистий облік і зелений тариф.

• Вартість системи: Вартість сонячної системи залежить від її розміру, типу використовуваних компонентів і вартості встановлення.
• Ціна електроенергії: Чим вища ціна на електроенергію, тим привабливішою стає сонячна енергія.
• Чистий облік: Чистий облік дозволяє домовласникам і підприємствам отримувати кредит за надлишок електроенергії, яку вони надсилають назад у мережу. Цей кредит може компенсувати їхні рахунки за електроенергію та зменшити загальні витрати на електроенергію.
• Зелені тарифи: Деякі країни пропонують зелені тарифи, які є платежами власникам сонячних систем за електроенергію, яку вони виробляють. Зелені тарифи можуть забезпечити значний потік доходу та покращити економічну життєздатність сонячної енергії.
• Податкові пільги та знижки: Багато урядів пропонують податкові пільги та знижки для заохочення впровадження сонячної енергії. Ці стимули можуть значно зменшити початкову вартість сонячної системи.

Приклад: У Німеччині домовласник встановлює сонячну систему потужністю 5 кВт за вартістю 10 000 євро. Ціна електроенергії становить 0,30 євро за кВт-год. За допомогою чистого обліку домовласник отримує кредит за надлишок електроенергії, яку він надсилає назад у мережу. Протягом терміну служби системи домовласник заощаджує 15 000 євро на рахунках за електроенергію та отримує 5 000 євро у вигляді виплат за зеленим тарифом. Це робить сонячну систему фінансово привабливою інвестицією.

Висновок

Проектування мережевої сонячної системи вимагає ретельного розгляду кількох факторів, включаючи оцінку місця, визначення розміру системи, вибір компонентів, електричне проектування та підключення до мережі. Дотримуючись найкращих практик і дотримуючись відповідних міжнародних стандартів і місцевих правил, ви можете спроектувати безпечну, надійну та економічно ефективну сонячну систему, яка забезпечуватиме чисту енергію протягом багатьох років. Оскільки сонячна технологія продовжує розвиватися та стає більш доступною, мережеві сонячні системи відіграватимуть дедалі важливішу роль у задоволенні світових потреб в енергії.

Пам’ятайте, що завжди консультуйтеся з кваліфікованими фахівцями з сонячних систем, щоб переконатися, що система спроектована та встановлена правильно. За належного планування та виконання мережева сонячна система може стати цінною інвестицією для вашого дому чи бізнесу, сприяючи чистому та більш сталому майбутньому.