Как устроена солнечная электростанция?

Автономная солнечная электростанция

Уже привычная для многих картина: стоит дом, а на крыше красуются солнечные панели, или просто по-народному — солнечные батареи*. Но солнечные панели — это только лишь элемент звена целой системы, куда входят и другие важные устройства. Сами солнечные электростанции тоже бывают нескольких видов: автономные, сетевые и гибридные. Каждая станция рассчитана под определённые цели. В этой статье мы рассмотрим их устройства и различия.

Автономная солнечная электростанция

Начнём с устройства автономной солнечной станции. Принцип работы станции прост: когда есть солнце, аккумуляторные батареи заряжаются. Запасённая энергия используется для различных бытовых нужд. Автономная станция для подстраховки от затяжных пасмурных и снежных дней может работать совместно с бензиновым или дизельным генератором и (или) ветрогенератором.

Автономная солнечная электростанция не связана физически с общей электросетью, и как следует из названия, предназначена для обеспечения электроэнергией как жилых, так и коммерческих объектов у которых отсутствует общая электросеть. В автономной станции присутствуют накопители электроэнергии – аккумуляторные батареи. Сгенерированная электроэнергия от солнечных панелей, расположенных на крыше дома или на наземной конструкции, по проводам поступает на контроллер заряда, который управляет режимами заряда АКБ и исключает перезаряд аккумуляторных батарей. Соблюдать режимы заряда и разряда для аккумуляторных батарей очень важно, поскольку от этого зависит их срок службы. В контроллере заряда эти режимы настраиваются под определённый тип аккумуляторов либо автоматически, либо вручную.  Ток, поступающий от солнечных панелей и запасённый в АКБ, является постоянным.

Для того, чтобы его преобразовать в переменный ток, необходимый для работы большинства электроприборов, нужен инвертор. Инвертор подбирается так, чтобы его мощности хватило для одновременной работы часто используемых приборов. Например, холодильник, освещение, электрочайник и компьютер в сумме потребляют 2500 Вт, значит мощность инвертора должна быть не меньше этой мощности. Обычно инвертор подбирается с запасом, чтобы он не работал на предельных мощностях и не возникало перегрузки. Стоит отметить, что сейчас на рынке существуют большое количество инверторов со встроенным солнечным контроллером заряда, т.е. вы получаете устройство 2 в 1м. Для защиты от короткого замыкания и перенапряжений система комплектуется защитной автоматикой, которая располагается в распределительных щитках. Туда входят предохранители, автоматы и ограничители перенапряжения, разъединители.

Автономные станции могут быть различной мощности, они рассчитываются индивидуально под конкретные задачи. Подробнее о различных типах солнечных энергоустановок рассказно в статье «Типы солнечных электростанций«.

Как работает сетевая солнечная электростанция?

В сетевых солнечных электростанциях не предусмотрены аккумуляторные батареи, они подключаются к общей электросети и предназначены для замещения электроэнергии из сети электроэнергией от солнца в реальном времени, а также для сброса лишней электроэнергии от солнца в сеть. Всеми этими процессами управляет сетевой инвертор. 

Сетевая солнечная станция физически связана с общей линией электропередач и не может работать, если в сети пропадает электроэнергия, т.е. её нельзя рассматривать как единственный источник энергии. 

Сетевая солнечная электростанция

Сгенерированная электроэнергия от солнечных панелей, расположенных на крыше дома или на наземной конструкции, по солнечным проводам поступает на сетевой инвертор, который синхронизируется с сетью. Сетевой инвертор преобразует ток из постоянного в переменный с параметрами, идентичными току в централизованной энергосети, (т.е. 220/380В и 50 Гц). Этот ток поступает в домашнюю энергосеть и там потребляется электроприборами. В первую очередь питание приборов осуществляется энергией от солнца, так как в первую очередь потребляется энергия от ближайшего источника энергии, а ближайшим источником как раз является солнечная электростанция. Если солнечной энергии недостаточно, то из сети подмешивается электроэнергия от энергоснабжающей сети. Если энергия, необходимая для питания включённых электроприборов, равна выработанной электроэнергии от солнечных панелей, то энергия от сети не подмешивается и потребление из сети равняется нулю. Когда бытовыми приборами потребляется не вся энергия от солнца, а только часть, то лишняя энергия будет направляться в общую электросеть. Это происходит потому, что инвертор энергию подаёт в сеть с напряжением, немного превышающим напряжение в сети.

Если дом оборудован обычным счётчиком и не подключён по микрогенерации, то, скорее всего отданная энергия будет засчитана как потребленная, потому что большинство обычных современных счётчиков будут считать энергию, отданную в сеть, как потреблённую. Если вы не подключили свои солнечные батареи по микрогенерации, то нужно исключить передачу излишков электроэнергии в общую электросеть. Это возможно путем снижения генерации солнечным сетевым инвертором (многие модели имеют функцию снижения генерации при появлении излишков энергии), или за счет перенаправления излишков солнечной электроэнергии на второстепенную (обычно тепловую) нагрузку при помощи умных контроллеров излишков (типа Wattrouter). Но эти схемы рассматриваются, когда нет возможности подключить объект в рамках закона о микрогенерации, потому что объекты микрогенерации в России имеют возможность использовать электросети в качестве бесплатного аккумулятора излишков солнечной электроэнергии.

Для подключения солнечной электростанции потребуется установить двунаправленный счётчик, который ставится вместо обычного счётчика. Этот счётчик считает потреблённую и отданную в сеть электроэнергию раздельно,  отправляет все данные по каналу связи на сервер энергокомпании, где производится подсчёт разницы потреблённой и выработанной электроэнергии. Если эта разница положительная, т.е. за месяц сгенерировано больше энергии, чем потреблено, то энергокомпания начисляет на ваш счёт деньги по оптовому тарифу на электроэнергию, котороый действует в вашем регионе. В конце месяца производится взаиморасчёт разницы потреблённой и выработанной энергии. Подробнее — в законе о микрогенерации. 

Как и в автономной солнечной электростанции, для защиты от перенапряжений и короткого замыкания система комплектуется защитной автоматикой, которая располагается в распределительных щитках. Туда входят предохранители, автоматические выключатели, ограничители импульсных перенапряжений, разъединители.

Для установки солнечных панелей потребуются специальные монтажные конструкции. Система креплений обеспечивает не только надёжную фиксацию панелей и приемлемый эстетический вид, но и охлаждение панелей, что очень важно для их эффективной работы.

При проектировании сетевой электростанции учитываются такие факторы, как собственное потребление дома, площадь крыши для установки солнечных панелей, подвод мощности линии электропередач к дому (указан в договоре с вашим поставщиком электроэнергии), а также бюджет на строительство станции.

Гибридная солнечная электростанция

В гибридной солнечной электростанции есть элементы как автономной, так и сетевой установки. Есть аккумуляторы, которые используются как источник энергии во время перебоев в электроснабжении от центральной электросети, а также для хранения излишков солнечной электроэнергии.

Гибридные солнечные электростанции могут использоваться как резервный источник энергии, а также для обеспечения полного самопотребления сгенерированной солнечной энергии. Такие системы обычно ставят там, где подключение по закону о микрогенерации невозможно или нежелательно.

Излишки энергии, сгенерированной солнечными батареями днем, хранятся в аккумуляторах, и потом потребляются нагрузкой в вечернее и ночное время.

Гибридная солнечная электростанция

Гибридные системы — наиболее дорогие из рассмотренных выше, но и наиболее гибкие в работе. Гибридный инвертор дороже, чем автономный или сетевой. К аккумуляторам тоже предъявляются повышенные требования — они должны выдерживать работу в цикличных режимах каждый день. Обычно в таких системах используются карбоновые свинцово-кислотные или литий-железофосфатные аккумуляторы.

Прочитано 1352 раз(а)