Expert în utilizarea energiei solare

Sisteme solare conectate la rețea

A fost publicat Inginerul în construcții 2014/4. număr

În ultimii ani, sistemele de generare a energiei solare conectate la rețea s-au răspândit rapid și în Ungaria. În timp ce doar câteva sute de astfel de sisteme au fost numărate în 2010, până la sfârșitul anului 2013, 5.000 de astfel de sisteme au fost implementate, cu o capacitate instalată de aproape 35 MW. În această lucrare, examinăm ceea ce stă la baza creșterii bruște și arătăm cum arată sistemele solare conectate la rețea.

Generarea de energie solară este o tehnologie cunoscută de foarte mult timp. Celulele solare de înaltă calitate produse în serie ar fi putut fi achiziționate în urmă cu douăzeci și treizeci de ani, dar prețul lor a fost atât de ridicat - și prețul electricității atât de scăzut - încât un sistem solar nu a fost fezabil din punct de vedere economic. Prin urmare, în cea mai mare parte au fost implementate doar așa-numitele sisteme operate de insulă acolo unde nu exista o sursă de alimentare prin cablu, de ex. pe gospodării, case de pădure ... etc.

Cu 5-6 ani în urmă, însă, a avut loc o schimbare radicală în industria solară. Odată cu crearea capacităților de producție în Extremul Orient, în special în China, prețul panourilor solare a scăzut semnificativ. Acest lucru, la rândul său, a declanșat utilizarea pe scară largă a panourilor solare, în principal în Europa (în special în Germania). Cererea ridicată a dus la producția reală de masă și, odată cu aceasta, o altă scădere a prețurilor. Deși scăderea prețurilor s-a oprit în ultimii doi sau trei ani, am reușit să ajungem la nivelul în care generarea de energie solară a devenit competitivă în zonele cu electricitate.

Avantajul de a te putea conecta la rețea

Numai scăderea prețurilor nu ar fi fost un motiv suficient pentru răspândirea rapidă a sistemelor solare. Acest lucru presupunea chiar ca energia electrică generată de panourile solare să poată fi alimentată liber în rețeaua electrică și preluată de furnizorii de energie electrică în condiții favorabile. Desigur, furnizorii de servicii nu sunt interesați să preia energia electrică generată de sistemele solare mici, astfel încât condițiile favorabile trebuiau create prin lege. În Ungaria, VET, LXXXVI din 2007 privind energia electrică. Legea prevede că așa-numitul comerciantul de energie electrică care vinde energie electrică produsă de centrale electrice mici de uz casnic la punctul de conexiune dat este obligat să preia și să se asigure că este măsurată. De asemenea, este important ca energia electrică totală alimentată și primită din rețea să poată fi contabilizată în funcție de soldul anual al furnizorului de servicii și al producătorului. Atâta timp cât cantitatea de energie electrică furnizată anual nu depășește suma primită, energia furnizată va fi facturată de furnizorul de servicii la același preț cu prețul la care energia achiziționată este achiziționată de la acesta.

Posibilitatea conectării la rețea, preluarea obligatorie și echilibrarea anuală înseamnă că proprietarii sistemelor solare au acces la un dispozitiv gratuit de stocare a energiei (baterie) sub forma rețelei naționale de electricitate, care are o capacitate nelimitată, este 100% eficient, și poate stoca mult timp (un an). Și acesta nu este altceva decât depozitarea sezonieră ideală, care ne permite să stocăm nu numai energia produsă ziua în timpul nopții, ci și energia produsă vara. Rețeaua de electricitate, care acționează ca o instalație de stocare sezonieră, elimină necesitatea de a scala sistemul solar pentru perioada de iarnă, cu radiații solare reduse și nu necesită utilizarea unor baterii de mare capacitate, scumpe, care necesită spațiu și întreținere. Ca rezultat, pot fi implementate sisteme solare 100% utilizate, dimensionate optim, astfel încât să fie rentabile, cu ajutorul cărora poate fi acoperită cererea totală anuală de energie electrică a unei instalații date, adică factura anuală de energie electrică poate fi resetată (cu excepția taxa minimă de bază brută/lunară de 153 HUF în prezent).

Proiectarea sistemelor solare conectate la rețea

Sistemele solare conectate la rețea constau în esență din două părți importante, celulele solare și invertorul. Celulele solare produc curent continuu, care este convertit de invertor în curent alternativ corespunzător rețelei. În plus, este necesară cablarea și, în funcție de condițiile locale, trebuie folosite dispozitive de deconectare, de protecție la contact, de trăsnet și de supratensiune. Se numesc dispozitivele de conectare, deconectare și protecție de pe partea DC Într-o cutie de conexiune DC și pe partea AC, așa-numitul Este plasat într-o cutie de joncțiune AC.

Panourile solare sunt de obicei instalate pe acoperișul clădirilor, iar invertorul trebuie plasat într-o zonă uscată, răcoroasă și bine ventilată, dacă este posibil. Cele mai multe invertoare pot fi instalate în aer liber, dacă este necesar. Cablul de curent alternativ care iese din invertor nu trebuie să fie direcționat către dulapul contorului, acesta poate fi conectat la rețeaua electrică a clădirii oriunde, unde secțiunea transversală a cablului este suficient de mare pentru a conduce puterea solarei. sistem.

figura 1
Structura unui sistem solar conectat la rețea

Panourile solare

O celulă solară este un dispozitiv care produce tensiune directă atunci când este expus la lumină. Există trei tipuri principale de celule solare, policristaline, monocristaline și celule solare cu film subțire. Astăzi, utilizarea celulelor solare cu film subțire a scăzut și sunt utilizate aproape exclusiv celule solare poli- și monocristaline. În principiu, celulele solare monocristaline au o eficiență puțin mai mare, dar în practică acest lucru nu este perceptibil în condițiile climatice din Ungaria. Randamentul anual de energie al unei celule solare realizate din tehnologie poli- și monocristalină cu aceeași putere nominală este practic același în Ungaria. Celulele solare policristaline, pe de altă parte, sunt puțin mai ieftine, deci sunt utilizate în primul rând.

Puterea nominală a celulelor solare este puterea măsurată în condiții standard de testare (STC). Aceasta este notată cu Wp, unde indicele p denotă „vârf”, deci denotă valoarea de vârf. Aceasta este puterea teoretică maximă furnizată de celula solară în condiții de testare create în laborator atunci când puterea radiației solare artificiale produse pentru măsurare este de 1000 W/m 2 și temperatura celulei solare este menținută la 25 ° C. În condiții reale, puterea radiației solare este mai mică de 1000 W/m 2, iar temperatura celulei solare este mult mai mare de 25 ° C atunci când este expusă radiației solare. Performanța celulei solare scade proporțional cu atenuarea radiației solare și, de asemenea, scade pe măsură ce temperatura de suprafață a celulei solare crește. Este considerat tipic într-o zi de vară, dacă puterea radiației solare este de 800 W/m 2 și temperatura celulei solare este de 50 ° C ca rezultat, celula solară va avea o putere nominală de aprox. Renunță la 70%. De exemplu, puterea reală a unei celule solare cu o putere nominală de 250 W este de aprox. 180 W. Celulele solare își pot produce puterea aproape de valoarea nominală foarte rar, în zilele reci de iarnă, în soare strălucitor.

Figura 2
Curba caracteristică curent-tensiune (I-U) și performanța celulelor solare în funcție de radiația solară

Astăzi, așa-numitul sunt utilizate șaizeci de celule solare. Dimensiunea lor este de aprox. 1 metru x 1,6 metri, astfel încât suprafața lor este de aprox. 1,6 m 2 și cântărește 19-20 kg. Panourile solare de această dimensiune au de obicei o putere nominală de 250 W, dar datorită progreselor în tehnologia de fabricație, sunt disponibile și panouri solare de aceeași dimensiune cu o putere nominală de peste 300 W. Cu toate acestea, utilizarea celulelor solare cu eficiență mai mare, cu putere nominală mai mare, trebuie urmărită numai dacă nu avem spațiu în care pot fi instalate celulele solare. Dacă avem spațiu suficient, este mai bine să alegem celule solare standard cu o putere de aproximativ 250 W, deoarece prețul lor specific pe unitate (HUF/Wp) este mai favorabil decât cel al celulelor solare cu eficiență mai mare.

Figura 3
Dimensiunea și puterea nominală a celor mai frecvent utilizate celule solare cu 60 de celule

Pentru sistemele solare, dimensiunea sistemului se bazează de obicei pe puterea solară nominală instalată. Un sistem solar de 1 kWp necesită 4 din celulele solare de 250 Wp utilizate în mod normal, cu o suprafață de aprox. 6,5 metri pătrați. Cu un sistem solar cu o putere nominală de 1 kWp, aprox. Se poate produce 1000-1200 kWh/an de energie electrică. Valoarea mai mare de 1200 kWh/an este disponibilă în partea de sud a țării, iar valoarea mai mică de aproximativ 1000 kWh/an este disponibilă în părțile de nord și nord-est ale țării, care sunt mai puțin favorabile în ceea ce privește energia solară. radiații.

Figura 4
Cantitatea de energie electrică anuală care poate fi utilizată cu un sistem solar cu o putere nominală de 1 kWp în Ungaria

Amplasarea panourilor solare

Cantitatea de energie electrică care poate fi utilizată de panourile solare depinde în mod natural de unghiul și orientarea panourilor solare. În cazul sistemelor solare conectate la rețea în Ungaria, randamentul optim, cel mai mare, poate fi atins utilizând o orientare sudică și un unghi de înclinare de aproximativ 35 °. Cu toate acestea, celulele solare sunt mai puțin sensibile la direcție, iar randamentul disponibil este redus doar ușor prin abaterea de la plasarea optimă. Prin urmare, atunci când plasați panouri solare, nu este necesar să respectați orientarea și unghiul de înclinare care asigură cel mai mare randament, acesta poate fi deviat de la limite largi (Figura 5).

Figura 5
Scăderea randamentului de energie electrică cu panourile solare din Ungaria, în funcție de abaterea de la orientarea sudică optimă și unghiul de înclinare de 35 °.

Figura 6
Amplasarea panourilor solare pe un acoperiș plat este tradițională,
și într-un mod mai mic de economisire a spațiului folosit recent