Крышная фотоэлектрическая электростанция - Rooftop photovoltaic power station

А фотоэлектрическая электростанция на крыше, или же фотоэлектрическая система на крыше, это фотоэлектрическая (PV) система это имеет свой электричество -производящий солнечные панели устанавливается на крыше жилого или коммерческого здания или сооружения.^[1] Различные компоненты такой системы включают: фотоэлектрические модули, системы крепления, кабели, солнечные инверторы и другие электрические аксессуары.^[2]

Системы, устанавливаемые на крышу, меньше по размеру по сравнению с наземными. фотоэлектрические электростанции с мощностями в мегаватт диапазон, следовательно, являясь формой распределенная генерация. Большинство крышных фотоэлектрических станций в развитых странах Подключенные к сети фотоэлектрические системы питания. Крышные фотоэлектрические системы в жилых домах обычно имеют мощность от 5 до 20 киловатты (кВт), в то время как те, которые устанавливаются на коммерческих зданиях, часто достигают от 100 киловатт до 1 мегаватта (МВт). На очень больших крышах можно разместить фотоэлектрические системы промышленного масштаба мощностью от 1 до 10 мегаватт.

Установка

Рабочие устанавливают солнечные панели на крышах жилых домов

Крышные фотоэлектрические системы в Googleplex, Калифорния

Городская среда обеспечивает большое количество пустых пространств на крышах и позволяет избежать потенциальных проблем землепользования и окружающей среды. Оценка солнечной инсоляции крыш - многогранный процесс, поскольку на значения инсоляции крыш влияют следующее:

Пора года
Широта
Погодные условия
Наклон крыши
Аспект крыши
Затенение от соседних построек и растительности^[3]

Существуют различные методы расчета потенциальных солнечных фотоэлектрических крышных систем, включая использование Лидар^[4] и ортофотопланы.^[5] Сложные модели могут даже определять потери затенения на больших площадях при развертывании фотоэлектрических систем на муниципальном уровне.^[6]

Компоненты солнечной батареи на крыше:

В следующем разделе представлены наиболее часто используемые компоненты солнечной батареи на крыше. Хотя конструкции могут различаться в зависимости от типа крыши (например, металлическая или черепичная), угла наклона крыши и проблем с затенением, большинство массивов состоит из некоторых вариаций следующих компонентов:

Солнечные панели производят безуглеродное электричество при облучении солнечным светом. Солнечные панели, часто сделанные из кремния, состоят из солнечных элементов меньшего размера, которые обычно насчитывают 6 ячеек на панель. Несколько солнечных панелей, соединенных вместе, составляют солнечную батарею. Солнечные панели обычно защищены закаленным стеклом и закреплены алюминиевой рамой.^[7] Передняя часть панели солнечных батарей очень прочная, тогда как задняя часть панели обычно более уязвима.
Монтажные зажимы обычно состоят из алюминиевых скоб и болтов из нержавеющей стали, которые крепят солнечные панели друг к другу на крыше и на рельсах. Зажимы часто различаются по конструкции в зависимости от конфигурации крыши и рельсов.^[8]
Стеллажи или рельсы сделаны из металла и часто располагаются на крыше параллельно, чтобы панели могли лежать на них. Важно, чтобы рельсы были достаточно ровными, чтобы панели можно было установить равномерно.^[9]
Крепления прикрепляют рейки и весь массив к поверхности крыши. Эти крепления часто представляют собой L-образные кронштейны, которые крепятся болтами через оклад к стропилам крыши. Крепления различаются по конструкции из-за широкого диапазона конфигураций крыши и материалов.^[10]
Отливы представляют собой прочную металлическую пластину, которая обеспечивает водонепроницаемое уплотнение между креплениями и поверхностью крыши. Часто для герметизации гидроизоляции крыши используют герметик, напоминающий металлическую черепицу.
Проводка постоянного / переменного тока для инверторов соединяет провода между панелями и в микроинвертор или цепной инвертор. ^[11]Никакие кабели не должны касаться поверхности крыши или свисать с массива, чтобы избежать атмосферных воздействий и повреждения кабелей.
Микроинверторы устанавливаются в нижней части панели и преобразуют мощность постоянного тока от панелей в мощность переменного тока, которую можно отправить в сеть. Микроинверторы позволяют оптимизировать каждую панель при затенении и могут предоставлять конкретные данные с отдельных панелей.^[12]

Финансы

Стоимость установки

Цены на фотоэлектрические системы (2013 г.)

^{[нуждается в обновлении ]}

Жилой
Страна	Стоимость ($ / Вт)
Австралия	1.8
Китай	1.5
Франция	4.1
Германия	2.4
Италия	2.8
Япония	4.2
объединенное Королевство	2.8
Соединенные Штаты	4.9
Для жилых фотоэлектрических систем в 2013 г.^[13]^:15

Коммерческий
Страна	Стоимость ($ / Вт)
Австралия	1.7
Китай	1.4
Франция	2.7
Германия	1.8
Италия	1.9
Япония	3.6
объединенное Королевство	2.4
Соединенные Штаты	4.5
Для коммерческих фотоэлектрических систем в 2013 г.^[13]^:15

Тенденции затрат

В середине 2000-х годов солнечные компании использовали различные планы финансирования для клиентов, такие как договоры аренды и покупки электроэнергии. Клиенты могли оплачивать свои солнечные панели в течение многих лет и получать помощь с выплатами за счет кредитов по программам чистых измерений. По состоянию на май 2017 года установка солнечной системы на крыше стоит в среднем 20000 долларов. Раньше это было дороже.^[14]

Компания Utility Dive писала: «Для большинства людей добавление солнечной системы к другим счетам и приоритетам - это роскошь», а «солнечные компании на крышах в целом обслуживают более состоятельные слои населения Америки».^[14] Большинство домохозяйств, которые получают солнечные батареи, относятся к категории «выше среднего». Средняя зарплата потребителей солнечной энергии составляет около 100 000 долларов.^[14] Однако в исследовании доходов и покупок в солнечной системе появилось «удивительное количество клиентов с низким доходом». «Основываясь на результатах исследования, исследователи GTM подсчитали, что четыре рынка солнечной энергии включают более 100 000 установок на объектах с низким доходом».^[14]

Отчет, опубликованный в июне 2018 года Consumer Energy Alliance, в котором анализировались стимулы для использования солнечной энергии в США, показал, что сочетание федеральных, государственных и местных стимулов, а также снижение чистой стоимости установки фотоэлектрических систем привело к более широкому использованию солнечной энергии на крышах по всей стране. . В соответствии с Daily Energy Insider«В 2016 году мощность солнечных панелей в жилых домах выросла на 20 процентов по сравнению с предыдущим годом, - говорится в отчете. Средняя стоимость установленных солнечных батарей в жилых домах упала на 21 процент до 2,84 доллара США за ватт постоянного тока в первом квартале 2017 года по сравнению с первым кварталом 2015 года . "^[15] Фактически, в восьми штатах, исследованных группой, общие государственные стимулы для установки солнечных фотоэлектрических систем на крыше фактически превышали затраты на установку.^[15]

В 2019 году средняя национальная стоимость жилой системы мощностью 6 кВт в Соединенных Штатах после налоговых вычетов составила 2,99 доллара за Вт при типичном диапазоне от 2,58 до 3,38 доллара.^[16]

Из-за эффект масштаба наземные солнечные системы промышленного размера производят электроэнергию за половину стоимости (2 цента / кВтч) по сравнению с небольшими системами на крыше (4 цента / кВтч).^[17]

Механизм нетто-измерения

Это договоренность для солнечные энергосистемы, подключенные к сети. В этом механизме избыточная генерируемая солнечная энергия экспортируется в электрическую сеть. Потребитель получает кредит в размере экспортируемой электроэнергии. В конце цикла выставления счетов с потребителя взимается сумма нетто или разница между импортированной и экспортированной в электросеть мощностью.^[18] Отсюда и название - net-metering.

Ключевым моментом здесь является то, что в этом механизме нет продажи солнечной энергии. Экспортированные кВтч используются только для корректировки импортированных кВтч до расчета счета.

Механизм льготных тарифов

В сеть подключена Фотоэлектрическая электростанция на крыше, произведенная электроэнергия иногда может быть продана обслуживающей электросети для использования в другом месте сети. Такое расположение обеспечивает окупаемость вложений установщика. Многие потребители со всего мира переходят на этот механизм из-за полученного дохода. А комиссия по коммунальному хозяйству обычно устанавливает ставку, которую коммунальное предприятие платит за эту электроэнергию, которая может быть по розничной или более низкой оптовой ставке, что сильно влияет на окупаемость солнечной энергии и потребность в установке.

FIT, как его обычно называют, привел к расширению мировой индустрии солнечных панелей. Благодаря этой форме субсидии были созданы тысячи рабочих мест. Однако это может вызвать эффект пузыря, который может лопнуть при удалении FIT. Это также увеличило возможности локализованного производства и встроенной генерации, уменьшив потери при передаче по линиям электропередач.^[2]

Гибридные системы

Гибридная фотоэлектрическая система на крыше.

Фотоэлектрическая электростанция на крыше (как в сети, так и вне сети) может использоваться вместе с другими силовыми компонентами, такими как дизельные генераторы, Ветряные турбины, батарейки и т. д. солнечные гибридные энергосистемы может обеспечивать непрерывный источник питания.^[2]

Преимущества

Установщики имеют право подавать солнечную электроэнергию в общественную сеть и, следовательно, получать разумную надбавку за каждый произведенный кВтч, отражающую преимущества солнечной электроэнергии, чтобы компенсировать текущие дополнительные затраты на фотоэлектрическую энергию.^[2]

Недостатки

Электроэнергетическая система, содержащая 10% фотоэлектрических станций, потребует увеличения мощности управления частотой нагрузки (LFC) на 2,5% по сравнению с традиционной системой.^{[жаргон ]}- проблема, которую можно решить, используя синхронизаторы в цепи постоянного / переменного тока фотоэлектрической системы. В 1996 году было установлено, что безубыточная стоимость производства фотоэлектрической энергии относительно высока при уровне вклада менее 10%. В то время как более высокие доли производства фотоэлектрической энергии дают более низкие точка безубыточности затраты, экономические соображения и LFC накладывают верхний предел около 10% на фотоэлектрические вклады в общую энергосистему.^[19]

Технические проблемы

Есть много технических проблем, связанных с интеграцией большого количества солнечных фотоэлектрических систем на крыше в электросеть.

Обратный поток мощности

Электрическая сеть не была рассчитана на двусторонний переток мощности на уровне распределения. Распределительные фидеры обычно проектируются как радиальная система для одностороннего потока энергии, передаваемого на большие расстояния от крупных централизованных генераторов к потребителям нагрузки в конце распределительного фидера. Теперь с локализованной и распределенной солнечной генерацией на крышах домов обратный поток заставляет мощность течь к подстанции и трансформатору, что вызывает серьезные проблемы. Это отрицательно сказывается на координации защиты и регуляторах напряжения.

Скорость разгона

Быстрые колебания выработки от фотоэлектрических систем из-за периодически возникающих облаков вызывают нежелательные уровни колебаний напряжения в распределительном фидере. При большом проникновении солнечных батарей на крышах эта изменчивость напряжения снижает стабильность сети из-за переходного дисбаланса нагрузки и генерации и приводит к превышению установленных пределов напряжения и частоты, если этому не препятствуют средства управления мощностью. То есть централизованные генераторы не могут рампа достаточно быстро чтобы соответствовать изменчивости фотоэлектрических систем, вызывающей рассогласование частот в соседней системе. Это могло привести к отключению электроэнергии. Это пример того, как простая локализованная фотоэлектрическая система на крыше может повлиять на большую электрическую сеть. Проблема частично решается путем распределения солнечных панелей на обширной территории и добавления место хранения.

Эксплуатация и обслуживание

Эксплуатация и обслуживание солнечных батарей на крышах требует более высоких затрат по сравнению с наземными объектами из-за распределенного характера объектов на крыше и более трудного доступа. В солнечных системах на крыше обычно требуется больше времени, чтобы выявить неисправность и отправить техника из-за низкой доступности достаточного количества энергии. Производительность фотоэлектрической системы инструменты мониторинга и более высокая стоимость человеческого труда. В результате солнечные фотоэлектрические системы на крыше, как правило, страдают от более низкого качества эксплуатации и обслуживания и существенно более низкого уровня доступности системы и выработки энергии.

Будущие перспективы

В Национальная солнечная миссия Джавахарлала Неру из Индийское правительство планирует установить к 2022 году солнечные фотоэлектрические системы, подключенные к энергосистеме, в том числе солнечные фотоэлектрические системы на крышах с общей мощностью до 100 гигаватт.^[20]