Солнечная Электростанция + Солнечная батарея

Сорочинская СЭС, мощностью 60 МВт стала самым мощным объектом фотовольтаики, построенным в России. Вторая, Новосергиевская СЭС, мощностью 45 Мвт, заняла вторую строчку в списке солнечных станций.

На конец третьего квартала 2018 года в Единой энергосистеме России было построено 320 МВт мощностей на основе энергии солнца. Запуск новых станций общей мощностью в 105 МВт, построенных в рамках федеральной программы по развитию возобновляемых источников энергии, таким образом увеличил совокупный объем построенной в ЕЭС России солнечной генерации более чем на треть. Новые СЭС стали первыми элементами инвестиционной программы ПАО «Т Плюс» в области возобновляемой энергетики «Солнечная система».

На момент пуска крупнейшей являлась другая построенная Т плюс станция — Орская СЭС им. Влазнева, состоящая из трех очередей общей мощностью 40 МВт. А самая мощная СЭС в мире на фотоэлементах находится в США — это две станции установленной мощностью 550 МВт каждая. На них установлено более 9 миллионов солнечных модулей.

Новосергиевская СЭС занимает площадь 92 гектара и установлено свыше 150 тысяч фотоэлементов.

Инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный, и выдает его на распределительное устройство.

Административно бытовой комплекс и ОРУ на 110 кВ.

Все оборудование российского производства.

Солнечные модули, произведённые по разработанной «Хевел» гетероструктурной технологии (HJT). КПД солнечной ячейки таких модулей превышает 22%, что является одним из самых высоких показателей в серийном производстве в мире. Фотоэлементы выпущены на заводе ООО «Хевел» в Чувашии.

Впервые в России были разработаны солнечные элементы на основе технологии гетероперехода, которые совмещают в себе преимущества технологии тонких пленок (микроморфная технология) и технологии фотоэлектрических преобразователей на монокристаллическом кремнии.

Если Орская СЭС была построена на золоотвале Орской ТЭЦ, когда-то работавшей на угле, то новые гелиостанции возвели в полях, где раньше растили пшеницу. Таким образом земля получила новую жизнь.

Самая крупная солнечная электростанция — Сорочинская. Установленная мощность 60 МВт. Станция занимает площадь 120 гектар (это 170 футбольных полей) и на ней установлено 200 тысяч фотоэлементов.

Станции получили необычные имена в честь планет солнечной системы, так как вся инвестиционная программа называется «Солнечная система». Сорочинская называется «Уран», а Новосергиевская — «Нептун

Общий вес металлоконструкций на этой станции — 3680 тонн (на Новосергиевской — 2813 тонн).

Строительство началось в феврале этого (!!!) года, а запустили уже в ноябре!

В год новые станции позволят сэкономить до 40 тыс. тонн условного топлива — это почти 500 цистерн мазута или примерно 35 млн кубометров природного газа.

Мощностей двух станций хватит, чтобы «запитать» порядка 10 тыс. частных домохозяйств, и покрыть нагрузку Новосергиевского района и Сорочинского городского округа в полном объеме. Правда, не стоит забывать, что СЭС выдают свою продукцию исключительно на ОРЭМ, а не конкретным потребителям. К тому же поставки электроэнергии от СЭС не равномерны — только днем (ночью нет солнца, и станции сами «берут» из сети на собственные нужды), и варьируются от сезонов года.

На обоих станциях шаг между рядами – 8,6 метров, можно ездить на автомобилях. Наклон поверхностей – 34 градуса (на Орской СЭС – 33); это сделано не просто так, а после тщательных математических расчетов. Интересно, что от снега чистить панели не предполагается. Расчеты показывают, что станция будет давать ток даже под снегом.

До 2022 года «Т Плюс» планирует инвестировать в ВИЭ 8,5 млрд рублей и вывести на потовый рынок еще 70 МВт. А стоимость этих двух станций составила 10 миллиардов рублей.

Начну с того, что расскажу немного об истории создания этой СЭС. Территориально объект находится в Краснодарском крае, где сама природа располагает пользоваться энергией солнца. Кроме того, в Краснодарском крае существует проблема с электропитанием в летние месяцы: из-за жары все начинают усиленно пользоваться кондиционерами и холодильными установками, тем самым повышая нагрузку на электросети. А сами электростанции тоже находятся в тяжелых условиях: повышенная нагрузка, да плюс высокие температуры - вот и случаются аварии и временные отключения.

Итак, собственник решил обезопасить свой дом и приусадебное хозяйство от таких перебоев с электроэнергией. Была поставлена задача обеспечить автономное электроснабжение на период до 3 часов. Практика показывала, что энергетики, как правило, за такой срок успевали провести все работы и восстановить подачу напряжения.

Шаг 1. Резервируем питание

Таким образом, было решено установить автономные инверторы с аккумуляторами. Расчет велся на полноценное резервирование всей усадьбы в полном объеме на период 3 часа. Так как этот период мог быть больше, было решено добавить к автономным инверторам дизель-генератор.

Шаг 2. Пользуемся энергией солнца

Вполне логично, что после установки автономных инверторов, следующим шагом было добавление солнечных панелей. Таким образом, можно было, без оглядки на отсутствие внешней сети, пользоваться электроэнергией. Наверное, пришло время технической информации.

Технические характеристики

Солнечные модули: Микроморфные, Pramac (Швейцария) 125Вт х 360шт.

Установленная мощность солнечных модулей: 45кВт

Солнечные контроллеры: КЭС DOMINATOR MPPT 200/100 200В 100А х 9шт.

Инверторы: MAP DOMINATOR 20кВт х 6шт (3-х фазная система по 2 МАП на фазу)

Суммарная мощность инверторов: 120кВт

Аккумуляторы: Панцирная сборка 8PzS960 960Ач 48В с пробками рекомбинации водорода х 6шт

Общая емкость АКБ: 5760Ач, 276кВт*ч

Дизель-генератор: JCB G115QS 90кВт с автоматическим управлением.

Как это работает?

Микроморфные Солнечные батареи имеют одну особенность: КПД у них чуть больше 9%, но при этом они захватывают инфракрасную часть спектра, а значит, способны давать большее энергии на восходе, закате и во время облачности. Кроме того, каждая солнечная батарея выдает до 100В напряжения и обладает мощностью 125 Вт. Благодаря этому была решена задача отказоустойчивости: все панели соединены параллельно и разделены на 18 сегментов. Соответственно, в каждом сегменте получилось 20 панелей, отдающих 2,5 кВт мощности. Так как панели расположены в два ряда, то получились приличные по длине магистрали. Здесь пригодился СИП провод, который обладает достаточным сечением при доступной цене. и при выходе из строя одной панели, остальные 19 продолжают работать. А если произойдет перебой магистрали, то из работы выпадет только один из 20 сегментов, так что потери будут несущественны.

Каждые два сегмента панелей, то есть суммарно 5 кВт, обрабатываются одним солнечным контроллером КЭС DOMINATOR MPPT 200/100, последняя цифра 100 обозначает максимальный ток. При напряжении аккумуляторной сборки 48В, такие контроллеры работают на пределе, но хорошее оребрение и дополнительные кулеры позволили решить проблему нагрева.

Далее энергия от солнечных контроллеров поступает на аккумуляторную сборку напряжением 48В. Использованы панцирные аккумуляторы емкостью 960А*ч по 2В с пробками рекуперации водорода. Общая емкость сборки составляет 5760 А*ч, а если перевести в энергию, то это порядка 276 кВт*ч, если разрядить аккумуляторы полностью. Все аккумуляторы подключены к мощным токоведущим шинам и это хорошо видно на фото.

К аккумуляторам подключены инверторы МАП DOMINATOR 48В 20кВт. Их подключено 6 штук в трехфазном исполнении, то есть с каждой фазы можно снимать мощность до 40 кВт. Так как в хозяйстве есть немало трехфазных потребителей, то было поставлено условие обеспечить именно трехфазную сеть : тут и насосы, электроинструмент и даже бытовая мощная электроника. Инверторы работают в режиме подкачки энергии от солнца и соединены по шине I2C с солнечными контроллерами. В результате, хозяйство в полной мере использует энергию солнца, а недостающую мощность добирает от сети.

Есть отдельный распределительный щит, в котором коммутируются все входящие и исходящие линии. Имеется собственная подстанция мощностью 100КВА, дизельный генератор на 90 кВт с системой автозапуска и система коммутации.

На данный момент система работает следующим образом:

1. Используется максимум энергии солнца, а недостающая мощность добирается от внешней сети

2. Если внешняя сеть отключается, незаметно для хозяев, система переходит в автономный режим. Используется энергия солнца и недостаток компенсируется от аккумуляторов.

3. Если внешнее питание не появилось, солнца нет (ночь или пасмурно), а заряд аккумуляторов подходит к заданному пределу, автоматически запускается дизель генератор, который транзитом подает энергию на все хозяйство, а инверторы в это время заряжают аккумуляторы.

4. Как только возвращается внешняя сеть, дизель-генератор отключается и система переходит в стандартный режим работы.

Так как солнца в Краснодарском крае много, генератор запускается крайне редко - хватает мощности солнечных панелей и заряда аккумуляторов.

Удаленное управление

Так как система довольно мощная, могут возникать коллизии, да и мониторить состояние такой системы будет нелишним. В состав инверторов МАП DOMINATOR входит программно-аппаратный комплекс "Малина", который позволяет удаленно мониторить каждый из инверторов и даже вносить изменения в настройки. За время, пока я писал эту статью, был запущен облачный сервис Малина, который позволяет всем владельцам таких инверторов получать актуальную информацию о своей энергосистеме, даже если дом не имеет белого IP - инвертор сам подключается к серверу и отправляет туда данные.

Особенности эксплуатации

Команда проектировщиков применила несколько интересных решений, которые сходу не кажутся очевидными, но которые позволили неплохо сэкономить. Например, вся система собрана в небольшом утепленном вагончике, который летом все-таки неплохо нагревается. Что удивительно, но оказалось экономически выгоднее организовать приточно-вытяжную вентиляцию, которая работает по принципу аэротрубы, нежели ставить систему кондиционирования.

Заключение

Данная солнечная гибридная электростанция спроектирована с хорошим запасом мощности. На данный момент выработка от солнечных панелей может составлять до 300 кВт*ч в день, а усадьба потребляет всего 200 кВт*ч в день. То есть имеется запас в целую треть - это позволяет, как добавить потребителей без внесения каких-либо изменений, так и на довольно продолжительный период отказаться от внешней электросети - энергии от солнечных панелей хватит для того, чтобы компенсировать постоянное потребление и зарядить подсевшие за ночь аккумуляторы. К сожалению, стоимость энергии из аккумуляторов выше сетевой, так как количество их циклов ограничено, поэтому пока выгоднее ночью питаться от внешней электросети (да и ночной тариф выгоднее дневного). И приятно, что большинство составляющих этой энергосистемы произведено в России: значит, не все пропало, если даже такие системы строятся на наших комплектующих.

Если интересна тематика солнечных электростанций, то я также могу рассказать про менее мощные "дачные" решения. Рад любым комментариям и до встречи!

Начнем с того, что производство занимается распиловкой и кромлением ЛДСП. Строительство ангаров начиналось в чистом поле и электросети поначалу не было вообще. Поэтому был установлен дизельный генератор мощностью 30 кВт. Грелись печкой на твердом топливе, а генератор обеспечивал электроснабжение техники.

Довольно быстро собственник производства задумался о стоимости электричества, получаемого за счет генератора и пришел к мысли, что глупо не пользоваться даровой энергией солнца, благо все производство находится в Краснодарском крае, где солнца хоть отбавляй! Поэтому была поставлена задача сделать основным источником энергии солнечную электростанцию, а резервным - дизель-генератор.

Первым этапом шел просчет и представление нескольких проектов, из которых был выбран один. После этого было смонтировано и запущено оборудование. Монтаж производился непосредственно на сам ангар. Так как он представляет из себя полукруг, то выбрать оптимальный угол расположения панелей оказалось очень просто. Тут и солнца достаточно и снег не будет задерживаться. Кроме того, длина ангара позволит нарастить количество солнечных панелей, если потребуется больше энергии.

На данный момент установлено 100 панелей мощностью 270 Вт каждая. Выбраны поликристаллические панели, так как они обладают чуть меньшей стоимостью, что позволило снизить цену системы. Все-таки коммерческая эксплуатация подразумевает баланс цены-качества. Так как 27 кВт - это мощность нешуточная, тем более панели вырабатывают постоянный ток, было выбрано решение использовать сетевой инвертор, который поддерживает входное напряжение с панелей до 1000 Вольт. Получилось 4 блока солнечных батарей, соединенных последовательно по 25 штук. Рабочее напряжение поднялось до 930 В.

Для передачи напряжения от батарей до солнечного контроллера был использован стандартный провод с сечением 6 кв.мм, покрытие которого не боится ультрафиолета и различных погодных условий. Несмотря на то, что каждый блок солнечных панелей отдает почти 7 кВт, ток составляет 7-8 Ампер, то есть для данного сечения ток проходной и потери минимальны.

Вся энергия от солнечных панелей собирается устройством Sofar 30000TL. Это трехфазный сетевой инвертор, который оснащен сразу двумя MPPT контроллерами и может обработать до 33 кВт солнечной энергии. Плюс его в том, что он работает без аккумуляторов, а минус проистекает из плюсов - работать он может только имея опорную сеть три фазы 380 В. То есть если внешняя сеть отключится, он превратится в "тыкву", а солнечные панели в украшение.

Но данная система собрана с учетом этой особенности и является гибридно-сетевой. Для того, чтобы при исчезновении внешней сети, солнечная электростанция продолжила работу, имеется гибридный инвертор МикроАРТ МАП Dominator в трехфазном исполнении. 3 блока по 20 кВт могут работать автономно, используя энергию, запасенную в аккумуляторах. К ним я вернусь чуть позже, а сейчас расскажу об этих инверторах. Именно эти инверторы создают опорную сеть, когда внешнее питание пропадает. Они выдают чистую синусоиду, качают от аккумуляторов до 20 кВт на каждую фазу, но только в том случае, если не хватает солнечной энергии. Сетевой контроллер опирается на эту сеть и подкачивает максимум требуемой мощности от солнца. Но если солнца нет, то инверторы работают автономно. Когда аккумуляторы будут подходить к разряду, система сама запустить дизель-генератор, который будет питать производство, а инверторы в это же самое время начнут заряжать аккумуляторы.

Теперь перейду к аккумуляторам. Использованы панцирные тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы, произведенные в Тюмени. Каждая банка обладает емкостью 960А*ч и напряжением 2В. Собраны они в блоки по 48В, а суммарная емкость составляет 5760 А*ч! При максимальной мощности инверторов в 60 кВт и отсутствии солнца эти аккумуляторы могут дать энергии более чем на 4 часа автономной работы. Те, кто сталкивался со свинцово-кислотными аккумуляторами (почти у всех под капотом авто такой один, а то и два) знают, что со временем в них испаряется электролит и его необходимо пополнять. Чтобы избежать этого процесса в таких объемах, а это 156 банок, установлены пробки рекуперации водорода. Они видны на фото в виде белых цилиндров.

Внешняя сеть и автономная система коммутируется в отдельном ящике. Трехфазная сеть приходит на ГРЩ и оттуда поступает во внутреннюю сеть предприятия, откуда проходит через МАП Dominator и далее попадает к потребителям.

Чтобы мониторить текущее состояние энергосистемы, была задействована система Малина - это программно-аппаратный комплекс российских инверторов МАП. Он позволяет не только в реальном времени отслеживать всё происходящее с инвертором, но и отправлять оповещения по электронной почте или в виде смс. То есть отключилась внешняя сеть - пришло сообщение. Аккумуляторы подсели до определенного уровня - пришло еще сообщение. Сели аккумуляторы и автоматически запустился дизель-генератор - пришло сообщение. Например, я так узнаю, сидя на работе, что у меня в доме пропало электричество и сразу звоню энергетикам. И, зачастую, об этом я узнаю раньше них.

Есть у данной системы одна особенность. Обычно солнечная электростанция выстраивается следующим образом: солнечные панели -> солнечный контроллер -> аккумулятор -> инвертор. Так работает автономная система. В этом же случае, аккумуляторы не имеют прямого контакта с солнечным контроллером. Поэтому автономный режим реализуется следующим образом: солнечная энергия, собираемая солнечными панелями, попадает на MPPT контроллер сетевого инвертора. Сетевой инвертор Sofar подкачивает энергию в сеть. Инверторы МАП Dominator транслируют сквозь себя сетевое напряжение 380 В, а если в сети исчезнет 380 В, создают опорную сеть 380 В и если случается так, что аккумуляторы разряжены, начинают режим заряда аккумуляторов и при этом все равно создают опорную сеть. Объяснять получается сложнее, чем это работает на самом деле. Но вот так обошлось без отдельного солнечного контроллера, который бы заряжал аккумуляторы напрямую.

Экономика

После установки солнечной электростанции, время работы дизель-генератора сократилось в 4 раза. После подключения внешней сети, генератор запускается на проверку раз в месяц и не работает на питание производства вообще. Выработка солнечной электростанции в апреле составила 3,5 МВт*ч, в мае потребление составило 2 МВт*ч, но лишь потому, что отключили электрокотел, то есть энергию тратить было некуда. Максимальная выработка в месяц должна составлять 5 МВт*ч, но пока производство растет и просто не потребляется весь доступный объем солнечной энергии.

Так как электричество для юридических лиц дороже, чем для физических, был произведен расчет срока окупаемости этой электростанции. Для данного объекта он составил 4 года, что для деятельности предприятия не так уж и много.

Кроме того, простой предприятия или выход станков из строя по причине внезапного отключения внешней электросети заметно дороже установленной солнечной электростанции.

Заключение

Гибридно-сетевая электростанция, собранная из иностранных и российских компонентов, уже начала оправдывать свою стоимость. Через 4 года после установки собственник окупит ее полностью. А если примут закон о возможности продажи выработанной энергии от малых солнечных электростанций в сеть (частным или юридическим лицам), то собственник просто начнет отдавать излишки энергии и зарабатывать на этом. Мониторинг при помощи ПАК "Малина" позволяет удаленно отслеживать все происходящее и быть в курсе ситуации с энергосистемой производства. Ну а надежность солнечных электростанций и минимальное техобслуживание делают владение такой системой крайне простой.

В следующий раз я расскажу о солнечной электростанции мощностью 120 кВт!

Набросал тут на коленке принципиальную схему автоматического подключения резервного источника питания. В нашем случае - солнечной электростанции. Схема конечно кривовата, но может быть кому-то полезна.

Контактор - 2 клеммы нормально замкнутые, 2 - нормально разомкнутые

Реле - нормально замкнутое

Суть в следующем - при наличии напряжения в сети, реле разомкнуто, питания на управляющей цепи контактора нет, нагрузка питается от сети. Когда напряжение в сети пропадает, реле замыкается и подает питание на управляющую цепь контактора, который переключается на питание от инвертора.

Конструктивная критика приветствуется.

Приветствую вас. Похоже, тема солнечной энергетики оказалась интересна, поэтому продолжим углубляться в дебри. В этот раз рассмотрим важнейший компонент это системы – собственно солнечные панели.

На нашем рынке представлены, в основном, три вида панелей: поликристаллические, монокристаллические и гибкие, чаще всего тоже монокристаллические. Гибкие панели ничем не отличаются от аналогичных жестких, кроме цены(почти в 2 раза) и собственно гибкости. На мой взгляд, они могут заинтересовать разве что путешественников, т.к. в свернутом виде занимают сравнительно мало места. Потому вернемся к стандартным жестким панелям ,с алюминиевым каркасом. Хоть мировые ученые и не имеют единого мнения об эффективности тех или иных панелей при разной освещенности, на собственном опыте я убедился, что монокристаллические панели лучше работают в ясную погоду, но в пасмурную – вырабатывают существенно меньше поликристаллических. Поэтому рекомендую в средней полосе РФ использовать поликристалл, а в более солнечных местах – моно. Не претендую на истину в последней инстанции, потому в конце поста выложу данные теста лаборатории Photon на сей счет.

Второй интересной характеристикой является мощность батареи и, соответственно, ее размер. Подбирать мощность панелей следует исходя из места будущей установки, и не забывая о том, что одна панель на 300Вт обойдется всяко дешевле, чем 3 по 100Вт. Например, на земле можно ставить и 350Вт, на крышу лучше тащить не больше 200Вт, а на фасаде возможно стоит крепить и более мелкие панели, но в большем количестве.

Так же следует учесть рабочее напряжение вашей системы – 12В или 24В, что зависит от кол-ва и способа подключения АКБ. У панелей меньше 200Вт номинальное напряжение, как правило, 12В, у более мощных – 24В. Это не критично, т.к. большинство современных контролеров может работать и с тем и с другим(а так же 36В и 48В), преобразуя его благодаря встроенному трансформатору, но все таки желательно учитывать.

Крепить панели к крыше можно как с помощью специальных реллингов и кронштейнов, что удобнее, красивее, но дороже, так и с помощью обычных уголков из любого хозяйственного магазина. Этот способ менее эстетичен и может вызвать определенные трудности у человека не подготовленного, но сэкономит несколько тысяч рублей. По надежности уголки ничем не уступают специальному крепежу, и если все сделать правильно – оторвать панель можно будет только вместе с крышей.

Подключать панель следует специальными коннекторами МС4, кои продаются обычно парами, с помощью кабеля ПВС или СИП. Сечение следует выбирать согласно мощности панелей, но 10мм обычно хватает на все. Кабель ПВС удобнее в работе, но изоляция может треснуть на морозе и солнечные лучи она переносит не очень, потому наш выбор – СИП 2х10, хоть он и более дубовый, зато специально предназначен для уличного монтажа. И главное – не брать одножильный провод, надежно обжать на нем разъем коннектора практически не реально.

Остальные компоненты солнечной электростанции обсудим в следующий раз.

Результаты тестов различных панелей лабораторией Photon за 2015г.
http://www.cdesservices.be/wp-content/uploads/2015/12/YM_Res...