Как создать фотоэлектрическую (солнечную) электростанцию? Пошаговое руководство по проектированию фотоэлектрической системы 2025-07-14

Как создать фотоэлектрическую (солнечную) электростанцию? Пошаговое руководство по проектированию фотоэлектрической системы

Фотоэлектрическая (PV) генерация энергии конкретно относится к системе генерации энергии, которая использует фотоэлектрические модули для непосредственного преобразования солнечной энергии в электричество.

Это новый и перспективный метод производства электроэнергии и комплексного использования энергии. Он защищает принципы производства электроэнергии на местном уровне, подключения к сети на местном уровне и преобразования энергии на местном уровне. Такой подход не только эффективно увеличивает мощность генерации фотоэлектрических электростанций такого же масштаба, но и решает проблему потери мощности при повышении напряжения и передаче на большие расстояния.

*1Стоимость системы фотоэлектрической генерации

Система выработки электроэнергии PV состоит из модулей, монтажных конструкций, инверторов, вспомогательных материалов и конструкции. Среди них на модули приходится большая часть стоимости, в то время как монтажные конструкции представляют меньшую часть, как показано на рисунке ниже.

2 Распределенная фотоэлектрическая генерация имеет следующие характеристики:**

** Относительно небольшая выходная мощность**

Как правило, мощность распределенного проекта выработки электроэнергии PV находится в пределах нескольких киловатт.

В отличие от централизованных электростанций, размер фотоэлектрической электростанции мало влияет на ее эффективность производства электроэнергии и, следовательно, мало влияет на ее экономическую жизнеспособность. Окупаемость инвестиций в маломасштабные фотоэлектрические системы не обязательно ниже, чем в крупномасштабные системы.

** Низкий уровень загрязнения и значительные экологические выгоды**

Распределенные проекты по выработке электроэнергии не производят шума во время работы и не вызывают загрязнения воздуха или воды.

** Может частично уменьшить нехватку электроэнергии**

Однако плотность энергии распределенной фотоэлектрической генерации относительно низкая, с выходной мощностью всего около 100 Вт на квадратный метр. Кроме того, ограниченная площадь крыши, пригодная для установки фотоэлектрических модулей, означает, что она не может в корне решить проблему нехватки электроэнергии.

** Одновременное производство и потребление электроэнергии**

Крупномасштабные наземные электростанции вырабатывают электроэнергию, подключаясь к сети передачи после повышения напряжения, работая исключительно как объекты выработки электроэнергии. В отличие от этого, распределенная выработка электроэнергии PV подключается к распределительной сети, что позволяет одновременно генерировать и потреблять электроэнергию, с акцентом на локальное потребление.

3 Принципы проектирования

** Введение**

Использование распределенных фотоэлектрических систем является эффективным средством для энергосбережения и сокращения выбросов. С развитием технологий распределенные фотоэлектрические системы становятся все более зрелыми. Соответствующие технические стандарты и спецификации, такие как GB/T 19939-2005 «Технические требования к сетевому соединению систем фотоэлектрической генерации» и GB/T 29319-2012 «Технические требования к сетевым инверторам систем фотоэлектрической генерации», обеспечивают техническую поддержку проектирования, установки и эксплуатации распределенных фотоэлектрических систем.

** Безопасность**

Проектирование распределенных фотоэлектрических систем должно соответствовать соответствующим национальным стандартам и отраслевым нормам для обеспечения безопасности системы. Молниезащита и конструкция заземления являются важными аспектами для предотвращения повреждения оборудования и обеспечения безопасности персонала. Конструкция системы также должна учитывать факторы окружающей среды и эксплуатационной безопасности, чтобы минимизировать риски.

** Экономические выгоды**

Экономические преимущества распределенных фотоэлектрических систем значительны. Используя простаивающие крыши или открытые пространства для производства электроэнергии, он снижает зависимость от традиционных источников энергии, снижает затраты на электроэнергию и обеспечивает стабильную отдачу от инвестиций.

** Воздействие на окружающую среду**

Распределенная фотоэлектрическая генерация имеет минимальное воздействие на окружающую среду. Это помогает сократить выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха, способствуя устойчивому развитию и защите окружающей среды.

** Примеры применения**

В последние годы распределенные фотоэлектрические системы широко применяются в жилых, коммерческих и промышленных условиях в различных регионах. Успешные тематические исследования демонстрируют их осуществимость и эффективность, предоставляя ценный опыт для будущих проектов.

4* Дизайн системы**

** Обзор проекта**

В этом проекте используется около 30 м2 эффективной площади крыши, состоящей из 12 модулей мощностью 260 Вт. Конструкция крепления выполнена из алюминиевого сплава с 30-летним сроком службы. Общая установленная мощность составляет 3,12 кВт для распределенной системы выработки электроэнергии на крыше.

Система использует 3KW Omnik PV инвертор для преобразования мощности постоянного тока в 220 В переменного тока, который затем подключается к линии 220 В, ведущей к существующей внутренней распределительной коробке владельца. Оттуда он подключается к низковольтной распределительной сети владельца через линию 220 В, что позволяет доставлять электроэнергию в муниципальную сеть.

** Местонахождение проекта**

Проект расположен в округе Хунъань, к северо-востоку от провинции Хубэй, на южных склонах гор Даби. Он граничит с Macheng на востоке, Dawu на западе, Huangpi (Wuhan) на юге и Xinyang (Henan) на севере. Округ находится в 80 км от столицы провинции Ухань.

Средний период без заморозков составляет 236,4 дня в году. Среднегодовое количество осадков составляет 1116,2 мм, при этом летние осадки составляют половину от общего количества. Среднегодовой снегопад составляет 8,3 дня, средняя относительная влажность 77%, а средняя скорость ветра 3 по шкале Бофорта. Среднегодовая продолжительность солнечного света составляет 1 998,8 часа, что составляет 45% от возможных солнечных часов. Область классифицируется как область солнечных ресурсов класса III.

5 Проектирование фотоэлектрической (солнечной) системы

PV (солнечная панель)** Выбор модуля**

В этом проекте используются модули солнечных батарей из поликристаллического кремния 260P-60 с номинальной мощностью 260 Вт.

PV Grid-Tied Inverter Selection

Поскольку в проекте задействована жилая распределенная система с напряжением сетевого соединения AC220V, выбирается однофазный фотоэлектрический инвертор.

** Выбор сайта**

Для жилых и бытовых распределенных систем выработки электроэнергии, участок обычно выбирают на крышах или на открытом грунте. Поэтому здесь не учитываются масштабные природные условия (солнечное излучение, географическое положение, транспорт, источники воды) и условия сеточного соединения (расстояние до точки соединения, расстояние между точками соединения и т.д.).

Факторы окружающей среды более непосредственно влияют на выбор площадки для жилых и бытовых распределенных фотоэлектрических систем. Основные соображения включают:

Наличие затеняющих препятствий (как краткосрочных, так и долгосрочных) B. Наличие повреждения соли или загрязнения С. Зимний снег, лед, молния и другие опасности

Для этого проекта установка находится на крыше владельца, рядом нет высоких зданий, поэтому во время проектирования не требуется анализ тени.

Оптимальный угол наклона и ориентация для фотоэлектрических лучей

Чтобы максимизировать отдачу проекта и упростить установку, обеспечивая при этом эстетическую привлекательность, профессиональный анализ программного обеспечения для моделирования фотоэлектрических систем показывает, что оптимальный угол солнечного наклона для этого места составляет 26 градусов, обращенный к югу.

Это обеспечивает максимальную выработку электроэнергии в течение годового цикла.

Учитывая такие факторы, как прочность конструкции крепления фотоэлектрических установок, стоимость системы и использование площади крыши, угол наклона корректируется для уменьшения воздействия ветра, повышения прочности конструкции, снижения затрат и улучшения использования пространства - без значительного снижения выработки электроэнергии (не более чем на 1%).

Анализ предполагает рекомендуемый угол наклона около 17 градусов (выровненный с южным уклоном крыши).

Оптимальное пространство между фотоэлектрическими лучами

Для достижения наилучшей годовой выработки электроэнергии и максимального использования крыши расстояние между фотоэлектрическими массивами должно предотвратить взаимное затенение между 9:00 утра и 3:00 вечера в день зимнего солнцестояния (22 или 23 декабря). Такое расстояние считается оптимальным.

Профессиональное моделирование программного обеспечения PV показывает, что при угле наклона 17 градусов и минимальном интервале 5 метров между нижними точками смежных массивов, взаимного затенения эффективно избежать в течение указанного времени на зимнее солнцестояние.

Параллельный дизайн для фотоэлектрических лучей

В распределенных системах генерации солнечной энергии модули солнечных элементов соединены последовательно для формирования струн. Серийные соединения увеличивают напряжение постоянного тока системы в соответствии с диапазоном входного напряжения инвертора, обеспечивая работу системы в пределах пределов инвертора при различных условиях солнечного излучения и температуры.

Для этого проекта максимальное напряжение постоянного тока инвертора (максимальное напряжение открытой цепи массива) составляет 550 В, с максимальным диапазоном отслеживания точек мощности (MPPT) 70-550 В и одним каналом MPPT на параллельное соединение.

Используя 12 модулей поликристаллических кремниевых солнечных элементов мощностью 260 Вт, каждый из которых имеет номинальное рабочее напряжение 31,2 В и напряжение с открытым замыканием 38 В, предварительная конструкция требует 12 модулей последовательно.

В стандартных условиях испытаний (25±2°C, 1000 Вт/м2 солнечного излучения) номинальное рабочее напряжение 12-модульной струны составляет 374,4 В, а напряжение открытой цепи составляет 456 В, как в пределах допустимого входного диапазона инвертора, обеспечивая нормальную работу.

При различных условиях:

• При экстремально низкой температуре -10°C максимальное напряжение точки мощности составляет 12 × 31,2 × (0,35% × 35 + 1) = 420,3 В, что соответствует максимальному требованию входного напряжения MPPT 550 В.

• При экстремально высокой температуре 42°C рабочее напряжение составляет 12 × 31,2 × (-0,35% × 17 + 1) = 352,1 В, что соответствует минимальному требованию входного напряжения MPPT 70 В.

Учитывая потерю напряжения системы на 2%, конструкция полностью соответствует эксплуатационным требованиям.

После проверки количество модулей серии подтверждается как 12.

** Проектирование электрических систем**

На основе выбора фотоэлектрического модуля, выбора инвертора и параллельной конструкции электрическая система для этого проекта генерации фотоэлектрической энергии спроектирована в соответствии с требованиями владельца к низковольтному соединению.

Молниезащита и конструкция заземления

Основные компоненты подключенной к сети системы выработки электроэнергии PV включают: массив солнечных батарей, коробку комбинатора PV, коробочный трансформатор и инвертор.

Конструкция крепления для массива солнечных батарей выполнена из металла и занимает большое пространство, обычно устанавливаемое на открытых площадках. Во время грозы он особенно уязвим для ударов молний. Учитывая высокую стоимость фотоэлектрических модулей и инверторов, эффективная защита от молний и перенапряжений имеет важное значение для предотвращения экономических потерь.

Ключевые меры молниезащиты для электростанций, подключенных к сети, включают:

Внешние устройства молниезащиты, такие как громоотводы, полосы и сети, чтобы уменьшить электромагнитные эффекты молниеотводов, поступающих в здания и защитить конструкции.

• Фотоэлектрическое оборудование и системы заземления зданий взаимосвязаны с использованием оцинкованной стали с антикоррозионной обработкой в точках сварки. Это снижает общее сопротивление заземлению и создает эквипотенциальную поверхность, сводя к минимуму перенапряжения, вызванные молнией.

Горизонтальные заземляющие электроды закапываются глубиной не менее 0,5 метра (ниже морозной линии) и соединяются в схему сетки с использованием перекрестных зажимов. Подземные соединения должны быть обернуты коррозионностойкой лентой.

Для этого проекта конструкция молниезащиты включает в себя внешнюю защиту (заземление нисходящих проводников) и внутреннюю защиту (защита от нажатия).

** Описание конструкции системы защиты от молнии**

• Внешняя защита: металлические компоненты фотоэлектрической матрицы (монтажная структура, рамки модулей и т.д.) соединены с существующей полосой молниезащиты на крыше с использованием горизонтальных заземляющих электродов.

• Внутренняя защита: Защитник напряжения класса II устанавливается между нейтральными, живыми и наземными проводами на выходе переменного тока инвертора, связанного с сеткой. Заземляющий терминал усилителя подключен к заземляющей сети (существующей или недавно установленной) через горизонтальные заземляющие электроды.

6 Анализ доходов

Ключевые ссылки:

1. Methods and Parameters for Economic Evaluation of Construction Projects (Third Edition) (выпущено Национальной комиссией по развитию и реформам и Министерством строительства в июле 2006 года), State Council Notice on the Trial Implementation of a Capital System for Fixed Asset Investment Projects, and other relevant national policy.

2.Политика провинции Хубэй.

1. Национальные текущие процентные ставки по кредитам, налоговые правила и соответствующие положения.

Финансовая оценка

Общий статический объем инвестиций в этот проект составляет 28 100 иен, срок реализации проекта составляет 20 лет (1 месяц строительства и 20 лет эксплуатации). Коэффициент капитала составляет 100%, при этом первый год является базовым. Период амортизации составляет 20 лет, при остаточной стоимости 5%.

Другие финансовые параметры основаны на национальных нормативных актах или отраслевых стандартах.

** Основные экономические и технические показатели**

Нет.

Пункт

Подразделение

ценность

1 1

Общая установленная мощность

КВп

3.12

2 2

20-летняя кумулятивная генерация энергии

кВтч

63 690

3

Среднегодовая выработка электроэнергии

кВтч

2,81

4.4

Максимальная мощность

КВ

-

5

Среднегодовые эффективные часы использования

h

4.7

6.6

Среднегодовое энергоснабжение на единицу площади

kWh/m2

1.69

20-летний средний годовой запас электроэнергии

кВтч

6.39

8

Эквивалентные часы полной загрузки

h/kWh

0,42 (20 лет)

9 9

Средняя стоимость электроэнергии за кВтч

¥/kWh

0,25 (5 лет)

1010

Первоначальные инвестиции на единицу мощности

¥/kWh

0,567

Среднегодовая прибыль маржа

%

3.58

Внутренняя норма возврата

%

6.37

Примечание: Для малой жилой распределенной генерации электроэнергии государство освобождает налог на добавленную стоимость (НДС).

Этот проект имеет общую установленную мощность 3,12 кВт, с совокупной выработкой электроэнергии 63 690 кВтч в течение 20 лет. Он работает в режиме «самопотребления с избыточной мощностью, подаваемой в сеть», со скоростью самопотребления 70%. Внутренняя норма прибыли (IRR) на собственный капитал составляет 6,37%, а срок окупаемости - 7,76 года.

7 Экологические преимущества

После завершения строительства электростанция мощностью 3,12 кВт будет генерировать в среднем 3123 кВтч в год (рассчитывается в течение 25 лет). Исходя из теоретического потребления угля 350 г стандартного угля на кВтч для тепловой генерации, преимущества энергосбережения и сокращения выбросов заключаются в следующем:

Таблица: Показатели оценки воздействия на окружающую среду

** Показатель**

** Подразделение**

** Ценность**

Объединенная конверсия

** Ценность**

** Стандартный эквивалент угля (tce)**

** Фактор выбросов (25 т/год)**

** Выбросы диоксида серы (2007 год)**

кгсэ/кВтч

0,35

тс

1.09

27.33

** Распределенная фотоэлектрическая система**

кг/кВтч

1 1

t

3.12

78.08

** Распределенная фотоэлектрическая система**

g/kWh

3.35

t

0,01

0,26

Сокращение CO2

g/kWh

859.845

t

2.69

67.13

SO2 Сокращение

g/kWh

8.03

t

0,03

0,63

Примечания:

• "kgce/kWh" переводится как "kgce per kWh" (кг стандартного угольного эквивалента на киловатт-час).

«tce» означает «тонна угольного эквивалента».

• Значения переводятся как предусмотрено, с "t", представляющих метрические тонны и "g/kWh" в виде граммов на киловатт-час.

• Структура и единицы таблицы сохранены для ясности и согласованности.

Общий объем инвестиций в проект по сокращению бедности на крыше на 3,12 кВт составляет 28 100 иен, с годовой выработкой электроэнергии около 3184 кВтч и годовым доходом около 3 200 иен.

Таким образом, распределенные бытовые фотоэлектрические системы не только обеспечивают стабильную отдачу от инвестиций и превосходные эффекты энергосбережения и сокращения выбросов, но и эффективно решают проблемы доходов населения с низким уровнем дохода, достигая целевого сокращения масштабов нищеты.

[Юго-Восточная Азия принимает несколько мер для развития фотоэлектрической промышленности] (/blog/58.html)

• [Предыдущее]

####### Темпы роста европейского рынка домашнего хранения замедляются, зарубежные рынки расширяются

](/blog/32.html)

• [Предыдущее]

Юго-Восточная Азия принимает множество мер для развития фотоэлектрической промышленности

](/blog/58.html)