Фотовольтаика

Термин фотовольтаика означает простой процесс преобразования солнечной энергии в электричество через электрохимические процессы. Уже в 1830 году фотоэлектрический феномен наблюдал Антуан Сезар Беккерель, но в 1950 году была создана первая фотовольтаическая ячейка, что означало новый бум фотогальванических источников. Привлекательность фотогальванических решений в первую очередь заключается в частичной или полной независимости от электроснабжения из распределительной сети, а солнце является устойчивым и экологически чистым ресурсом, который может эффективно использоваться всеми.

Фотогальванические электростанции используя фотоэлектрический феномен стандартно преобразуют выработанную энергию тремя способами:

On-grid — сетевые системы

Наиболее распространенным и простым решением для преобразования и распределения производимой солнечной энергии является стандартная взаимосвязь фотоэлектрических панелей и распределительной сети через инвертор (преобразователь). Фотоэлектрический инвертор изменяет однонаправленную энергию, полученную от солнца и фотогальванических панелей на энергию переменного тока. Выходные параметры инвертора зависят от параметров распределительной сети. On-grid инвертор не работает без наличия сетевого напряжения на клеммах переменного тока. Этот тип источника подходит для использования электроэнергии для частичного или общего собственного потребления (бытовая техника, промышленные предприятия) или продажи энергии энергетическим компаниям. Сетевая технология стандартно используется для реализации фотоэлектрических ферм, а также является популярным решением для кровельных фотогальванических панелей.

Строительство фотоэлектрических ферм — сложный проект, требующий опыта в разработке решений (выбор и ориентация поля, метод обработки постоянного тока, …), создание проектной документации, сама реализация, подключение к распределительной системе, эксплуатация электростанции, ее техническое обслуживание. Мощность этих электростанций колеблется от сотен киловатт до десятков мегаватт, для целей строительства с небольшими киловаттами используются небольшие киловатовые инверторы (децентрализованное решение), но чаще всего более крупные, трехфазные инверторы (сотни киловатт) и называются центральными решениями.

Проект фотоэлектрической энергосистемы на крыше жилых или коммерческих зданий проще, но для достижения максимальной эффективности он требует хорошего понимания поведения фотогальванических панелей в течении года. Инвертор имеет мощность в единицах от одного до десятков киловатт, а так как произведенная энергия не хранится в самом сетевом инверторе, ее выход должен быть меньше общего потребления домохозяйства или учреждений. Получающиеся излишки распределяются по распределительной сети, и в настоящее время такое энергоснабжение не выкупается (в некоторых случаях это даже нежелательно) и это только экономический ущерб для оператора электростанции.

Преимущества внедрения оn-grid — сетевой системы — это простота реализации, более высокая прямая эффективность, прямое сетевое подключение (размер инвертора не зависит от размера нагрузки), а также более низкие инвестиционные затраты. Недостатком является зависимость от наличия распределительной сети и во многих случаях регулирование потребления произведенной энергии.

Off-grid — островные системы

Островные системы используются в основном для установок, удаленных от стандартных источников питания или для применений требующих автономного питания. Принцип островных фотогальванических систем основан на поставке электроэнергии, которая получена от солнца и обрабатывается для обеспечения требуемых номинальных электрических параметров приборов. Возможность автономного создания требуемого напряжения и тока от распределительной сети является необходимостью при работе с островной системой. Поскольку солнечный свет является неустойчивым источником энергии (облака, туман, температура …), обеспечение стабильности процесса электроснабжения решается острововными системами путем аккумуляции энергии в аккумуляторох. Во время сокращения потребления, соответственно увеличения поставки энергии от солнца, эта «избыточная» энергия накапливается в аккумуляторох и впоследствии используется в то время, когда невозможно обеспечить достаточную энергию от фотогальванических панелей.
Островная система состоит из трех основных компонентов: зарядное устройство (энергия солнца преобразуется в энергию постоянного тока, пригодную для зарядки аккумуляторов), аккумуляторы (поддерживают стабильность энергетической системы и обеспечивают независимость от любого источника питания), инвертор (преобразует постоянную энергию из аккумуляторов в переменную энергию с требуемыми параметрами). Система может подавать как переменную, так и постоянную энергию, а оff-grid инвертор также позволяет подключать к системе другие альтернативные источники, такие как ветряная турбина или дизель-генератор.
Недостатком является технологически более сложная и дорогостоящая установка , энергетическая зависимость от размера силовых аккумуляторов и инвертора, ограничивающая размер подключенной нагрузки. Самым существенным недостатком является отключение источников питания в случае ослабления производства и недостаточного запаса электроэнергии. Основным преимуществом островных систем является независимость от распределительной сети, а также независимость от наличия нагрузки от выработки электроэнергии.

Гибридные системы

Гибридная система на самом деле является островной системой с возможностью подключения к распределительной сети. Это обеспечивает сочетание преимуществ островных систем (источник питания, не зависящий от присутствия сети, возможность хранения избыточной энергии в батареях, возможность добавления дополнительных источников) и сетевых систем (в случае отсутствия энергии от фотогальваники, питания из распределительной сети). Это создает идеальный источник энергии для домашних хозяйств, которые создают альтернативный, независимый источник для регулярной распределительной сети.
Решение аналогично островным системам от зарядного устройства, аккумулятора и инвертора. Коммутатор может подключаться к распределительной сети и может управлять сетевыми и фотовольтаическими или другими альтернативными источниками.
Недостатком этих систем является более высокая закупочная цена (значительно зависящая не только от цен на панели, но и от батарей), а также более требовательной и более обширной установки. Гибридное решение для питания фотоэлектрической электростанции может быть реализовано от киловатт до десятков киловатт в одно- и трехфазных версиях.