ENERGY ACT FOR UKRAINE FOUNDATION
Як працюють СЕС
Сьогодні відновлювані джерела енергії (ВДЕ) відіграють вирішальну роль у забезпеченні енергетичної безпеки України та в боротьбі зі зміною клімату. Гібридні сонячні станції стають надійним рішенням для стабільного та ефективного виробництва електроенергії. Ці системи використовують сонячну енергію для генерації електроенергії, забезпечуючи при цьому можливість працювати як від акумуляторів, так і від електричної мережі. Такий підхід дозволяє оптимально використовувати сонячну енергію навіть під час відключень або періодів з низьким рівнем сонячного світла.
Основні компоненти гібридної сонячної станції
Гібридна сонячна станція складається з трьох основних компонентів:
-
Фотоелектричні модулі (ФЕМ)
-
Інвертори
-
Акумуляторні батареї (АКБ)
Фотоелектричні модулі
Фотоелектричні модулі, або сонячні панелі, є основним елементом гібридної сонячної станції. Вони перетворюють сонячне випромінювання в електричну енергію за допомогою фотоелектричного ефекту. ФЕМ складаються з сонячних елементів, виготовлених з напівпровідникових матеріалів, найчастіше кремнію. Коли сонячне світло потрапляє на ці елементи, енергія фотонів передається електронам, вивільняючи їх і створюючи електричний струм. Це постійний струм (DC), який потім направляється до інвертора. Під час монтажних робіт панелі розміщуються таким чином, щоб мінімізувати падіння тіні на їх поверхню і мати максимальний доступ до сонячних променів протягом дня і року. Оптимальний нахил і орієнтація панелей залежить також і від географічного розташування установки. Для сучасних панелей відсоток сонячної енергії, що перетворюється на електричну, зазвичай становить від 15% до 22%.
Інвертори
Інвертор є ключовим компонентом гібридної сонячної станції, оскільки він перетворює електроенергію постійного струму (DC), що генерується ФЕМ, на змінний струм (AC), який використовується в побутових і комерційних електричних системах. Крім того, інвертор можна запрограмувати для управління зарядкою і розрядкою акумуляторів, підтримуючи їх працездатність і ефективність. Інвертори мають мінімум дві точки підключення на стороні змінного струму (AC) – одна для зовнішньої електромережі, інша для споживача, та мінімум три на стороні постійного струму (DC) - дві для сонячних панелей (ФЕМ) та одна для АКБ. Також деякі моделі мають можливість підключення додаткових джерел живлення, таких як генератори.
Акумуляторні батареї
АКБ зберігають надлишок енергії, виробленої ФЕМ, для використання, коли сонячної енергії недостатньо, наприклад, вночі або в похмурі дні. Акумулятори забезпечують безперервне електропостачання критично важливих споживачів. Зазвичай відсоток збереженої енергії, яка може бути використана повторно становить від 80% до 95%. Найчастіше використовуються літій-залізо-фосфатні (LiFePO) АКБ, оскільки вони мають більший робочий ресурс та надійність. Проте також існують і використовуються свинцево-кислотні батареї - це традиційний тип акумуляторів, який менш ефективний і менш довговічний.
Процес роботи гібридної сонячної станції
1. Генерація електроенергії: ФЕМ встановлюються на даху або іншій відкритій поверхні. Сонячне світло, яке потрапляє на панелі, генерує електроенергію постійного струму (DC). Так як одна панель в середньому має напругу при генерації рівну 49 В, а інвертор має отримувати від ФЕМ мінімум 160 В та максимум 1000 В (кінцеві значення можуть відрізнятися в залежності від моделі інвертора), то для того, щоб забезпечити цю величину напруги, панелі підключаються послідовно між собою і цей ланцюжок з панелей називають стрінг (String). Кожен такий стрінг підключається на відповідні входи до інвертора, і їхня кількість обмежена потужністю інвертора. Наприклад, до 10 кВт інвертора можна підключити від 2 до 8-ми СТРІНГів, до інвертора 50 кВт кількість може сягати 16 СТРІНГів.
2. Перетворення електроенергії: Тож встановивши сонячні панелі, і з’єднавши їх в СТРІНГи, їх підключають до інвертора, оскільки постійний струм (DC) необхідно перетворити на змінний (AC), який придатний для використання в побутових і комерційних електричних системах. Нагадаємо, що кількість точок підключення як в АС так і в DC залежить від марки та моделі інвертора. А дві на стороні змінного струму (АС) та три на стороні постійного струму (DC) - це мінімальна можлива кількість.
3. Зберігання енергії: Надлишок енергії, який не використовується в моменті генерації, зберігається в АКБ для подальшого використання, коли сонячної енергії недостатньо. АКБ підключається до інвертора у відповідні входи, щоб він міг інвертувати постійний струм на змінний. Що саме буде заряджати АКБ, загальна мережа електроенергії чи ФЕМ залежить від кількості генерованої електроенергії за допомогою ФЕМ та внутрішнім споживанням об'єкта в якому встановлюється сонячна електростанція. Місце розміщення АКБ та інвертора не може мати велику відстань. Ідеально якщо інвертор знаходиться над або біля місця встановлення АКБ для використання мінімальної кількості кабеля.
Режими роботи гібридної сонячної станції
1. Режим накопичення енергії: АКБ заряджаються від загальної електромережі або через інвертор, який постачає згенеровану енергію від ФЕМ. Рівень заряду та розряду акумуляторів регулюється для підтримки оптимальної продуктивності.
2. Режим видачі надлишкової електроенергії в мережу: Надлишок електроенергії подається в загальну мережу за схемою "net billing", що знижує витрати на електроенергію. Якщо ця опція відсутня, станція обмежує виробництво електроенергії відповідно до фактичного споживання.
3. Аварійний режим: Під час відключення електроенергії гібридні станції продовжують генерувати енергію. Автоматичний перемикач (ATS) перемикає джерело живлення об'єкта з мережі на АКБ, забезпечуючи безперервну роботу.
Висновок
Гібридні сонячні станції представляють собою складний та ефективний підхід до задоволення сучасних енергетичних потреб. Завдяки безперебійній інтеграції генерації, перетворення та зберігання сонячної енергії, ці системи пропонують стійке рішення для безперебійного та економічно ефективного ен ергопостачання, особливо під час блекаутів. З розвитком технологій гібридні сонячні станції стануть ще більш важливим компонентом глобального енергетичного ландшафту, забезпечуючи надійну та ефективну відновлювану енергію для різних застосувань.