International scientific e-journal

ΛΌГOΣ. ONLINE

16 (December, 2020)

e-ISSN: 2663-4139
КВ №20521-13361Р

ENGINEERING AND IT

UDC 620.91:620.92

DOI 10.36074/2663-4139.16.15

ВСТАНОВЛЕННЯ ДАХОВОЇ СОНЯЧНОЇ (ФОТОВОЛЬТАЇЧНОЇ) ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ КОТЕДЖНОГО КОМПЛЕКСУ ЖИТЛОВИХ БУДИНКІВ ПОТУЖНІСТЮ 401,21 кВт•пік

ЛЕОНОВ Денис Миколайович

здобувач вищої освіти факультету електроенерготехніки та автоматики

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

 

НАУКОВИЙ КЕРІВНИК:

 

БУСЛОВА Наїна Володимирівна

кандидат технічних наук, доцент кафедри електричних мереж та систем

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

 

УКРАЇНА


Анотація. Публікація присвячена альтернативній енергетиці в загальній системі виробництва електроенергії, зокрема, сонячним електростанціям. Досліджено перспективи впровадження сонячної енергетики в домогосподарствах України. Надано оцінку потенціалу використання сонячної енергетики в Україні. Проаналізовано ризики інвестування у сонячні електростанції.

Ключові слова: сонячна електростанція, фотовольтанічна електростанція, „зелений тариф”, сонячні панелі, альтернативна енергетика, домогосподарства, енергетична незалежність.

Вступ. Новітнє законодавство України дає поштовх для виробництва та реалізації електричної енергії з відновлювальних альтернативних джерел енергії. Споживання такої енергії відбувається за вищими тарифами, ніж за енергію, що виробляється з традиційних джерел, тобто за так званим «зеленим тарифом».

Мета: запропонувати варіант встановлення дахової сонячної (фотовольтанічної) електростанції для котеджного комплексу житлових будинків потужністю 401,21 кВт•пік.

"Зелений тариф" регулюється на законодавчому рівні нормативно-правовою базою України, зокрема, але не виключно Законом України «Про альтернативні джерела енергії» № 555 - ІV від 20 лютого 2003 р. [1] та іншими.

Проаналізувавши цю законодавчу базу, можна зробити висновки, що державна політика України в цій сфері спрямована на розвиток альтернативних джерел енергії, раціональне використання природних джерел енергії, державна підтримка в цій сфері, дбайливе ставлення до екології та забезпечення енергетичної безпеки і незалежності [2].

Головною користю збільшення використання альтернативних джерел енергії з використанням сучасних технологій та підвищення ефективності для держави є зміцнення енергетичної безпеки країни та зменшення іноземного  імпорту нафти та газу  та покращення  торгівельної стабільності країни.

Для сонячних електростанцій, що встановленні на дахах або фасадах будівель та споруд та введені в експлуатацію в період з 01.01.2020 р. по 31.12.2024 р., згідно Закону, застосовується коефіцієнт ”зеленого” тарифу рівний –   2,28   (ст.9¹), що згідно алгоритму розрахунку тарифу в  національній валюті складає – 4,9817 грн/кВт·год (без ПДВ) [3].

Отже, з цього можна зробити висновки, що

  • ринок альтернативної, зокрема сонячної енергії в Україні  є прибутковим протягом останніх чверть століття,

  • сонячна електростанція - це об’єкт, що виробляє продукт  з гарантованим ринком збуту в повному об’ємі за стабільним «Зеленим тарифом»,

  • інвестиція в  створення такого об’єкту  захищена від курсових коливань валюти,

  • створення сонячної електростанції є додатковим внеском в незалежність енергосистеми вцілому.

Фотоелементи - це системи для перетворення енергії сонця чи світла в електричну енергію. Часто такі фотоелементи виробляються з напівпровідникових матеріалів, таких, як кремній, який під впливом сонячного світла виробляє електричний струм. Підключаючи сонячні елементи в модулі, а ті, в свою чергу, один з одним, можна побудувати велику фотоелектричну станцію [4].

Сонячний модуль – це сукупність взаємопов'язаних сонячних елементів під скляним покриттям. Кількість виробленої енергії та сила струму прямопропорційно залежать від розміру площі фотоелемента та обсягу сонячного світла, що на нього падає.

Структура сонячного модуля складається з двох напівпровідних кремнієвих панелей (зовнішньої –n-пластини та внутрішньої р-пластини),  пластини провідника, антиблікового покриття, металевої подложки, скляного покриття, фотоелемента та  каркаса.

У зовнішній n-пластині є надлишок електронів, у внутрішній p- пластині, їхня недостача. Фотон, що падає на n- пластину, пробуджує електрони які  «дрімають». Електрон переходить в p- пластину — це переміщення і створює електричний струм.

Модулі класифікуються згідно до пікової потужності у ваттах (Вт·пік). Один піковий Вт·пік – технічна характеристика, що говорить про силу установки в певних умовах, тобто, коли сонячне випромінювання інтенсивністю 1000 Вт/м² надходить на елемент при температурі + 25 °С. Такого результату можливо досягти за хороших погодних умов в пік сонячного випромінювання [3].

Основою фотовольтаїчної системи є сонячні елементи. Кожен з них як правило невеликий та виробляє приблизно 1-2 Вт електроенергії. Тому для більш ефективного виробництва енергії їх об’єднують у великі блоки, тобто сонячні модулі, а модулі у сонячні батареї.

Сонячні батареї досягають потужності  100, 200 Вт, або більше. Такі панелі перетворюють випромінювання сонячної енергії в постійний струм напругою близько 12 В (або кратне 12 В). Це дозволяє будувати фотовольтаїчні системи будь-яких розмірів та потужності. Фотовольтаїчні системи бувають двох типів: плоскі панелі сонячних батарей і колектора з концентратором.

Для створення фотоелектричної системи, окрім фотомодулів і батарей,  необхідні металевий каркас, провода, фотоінвертор, лічильник та можливо акумуляторні батареї для зберігання отриманої електроенергії.

Фотоелементи можна підключати послідовно (для збільшення різниці потенціалів), паралельно (для збільшення сили струму) або комбіновано (для досягнення необхідних параметрів струму та напруги). Тож, електростанції представляє собою сукупність фотовольтаїчних систем, а її потужність дорівнює сумі потужностей всіх її систем

Для попередньої оцінки вартості проекту будівництва дахової сонячної електростанції (СЕС) були прийняті наступні основні типи та елементи комплектуючих дахової СЕС:

фотовольтаїчний модуль – JinkoSolar (Китай), потужністю 265 Вт*пік, статичний перетворювач електроенергії постійного струму в змінний (інвертор) – серія SUN2000, виробник Huawei (Китай), утримуючі конструкції для встановлення фотомодулів на даху – скатна конструкція – ТОВ «Соларстальконструкція», (Україна)  для плоских дахів – FlatFix Fusion, виробник Esdec (Нідерланди).

Згідно попередньо-проведених проектних робіт, потенційний обсяг потужностей генеруючого обладнання (фотовольтаїчних модулів), виходячи з оптимального розміщення обладнання складає – 401,21 кВт·пік, в тому числі:

дах будинку № 1 – 91,16 кВт·пік

дах будинку № 2 – 244,33 кВт·пік

дах будинку № 3 – 65,72 кВт·пік

Відповідно до конфігурації дахів та їх просторового розміщення вибрано наступні типи утримуючих конструкцій:

- для будинку №2 – суцільна «фальш-скатна» конструкція з орієнтацією фотомодулів на південний-схід, кут нахилу модуля - 22°.

- для будинків № 1 та №3 – вибрано конструкцію з формуванням модулів в зв’язані між собою ряди з встановленням модуля під кутом - 15°. Дана конструкція не передбачає механічного закріплення до даху, утримання в нерухомому стані здійснюється завдяки встановленню баласту – додаткового вантажу. Від поривів вітру ряди модулів захищенні вітровими дефлекторами. Конструкція типу FlatFix Fusion виступає найнадійнішою серед інших аналогів.

Фотовольтаїчний модуль, виробництва JinkoSolar, полікристалічний, потужністю 265 Вт*пік. Гарантія виробника складає – 12 років на продукт, тобто на його механічне пошкодження або вихід з ладу, та 25 років на продуктивність, - за даний термін служби зниження потужності гарантується на рівні 80,6 % від первинної.

Інвертори виробництва Huawei відрізняються від аналогів своєю мульти-МРР трекерною технологією, що забезпечує виробіток електроенергії на 2% більше ніж аналогічні. Також до переваг даного обладнання відносить пасивна система охолодження інвертора – природня вентиляція без застосування зовнішніх кулерів, а також відсутність запобіжників у вхідних колах постійної напруги. Дані переваги не передбачають додаткових витрат на технічне обслуговування інверторного устаткування.

Приймаючи рішення про встановлення сонячних електростанцій варто враховувати такі ризики. До політичних ризиків можна віднести відсутність стабільної політичної системи, військові дії на частині території країни, високий рівень бюрократизації, відсутність чітко функціонуючої правоохоронної та судової системи, ризики зміни нормативно-правової бази. Дуже важливою складовою для проектів сонячної енергетики є наявність «зеленого» тарифу та гарантії незмінності існуючих планів та законів щодо ставки даного стимулюючого фактору. Регуляторні ризики тісно пов’язані з політичними. Проявами регуляторних ризиків є управління державним підприємством (регулятором ринку) операціями купівлі електроенергії та випуску її в мережу, надання доступу до мережі, ризики корупційної складової при отриманні дозволів та ліцензій [5].

Ризики невиконання зобов’язань підрядниками є спільною рисою для інвестиційних проектів у всіх сферах діяльності. В цю категорію попадають ризики перевитрати коштів (у разі шахрайства підрядників), низької якості будівельно-монтажних робіт, затримки постачальниками палива та супутніх матеріалів. Загалом,найбільша ймовірність появи таких ризиків відноситься до етапу будівництва СЕС.

Нерозривно з політичними ризиками йдуть ризики фінансового характеру. В залежності від економічної ситуації в країні, існує валютний ризик, що напряму впливає як на міжнародних інвесторів, так і на внутрішніх. Зміна процентних ставок може поставити під питання доцільність функціонування СЕС, оскільки для підтримки показника внутрішньої норми прибутку доступний тільки один інструмент – оптимізація операційних витрат. Збільшення ККД сонячних панелей потребує закупівлі більш наукомісткого обладнання, що потребує додаткових інвестицій.

Висновок. Основним джерелом електроенергії в Україні є так звані традиційні станції (АЕС, ТЕС, потужні ГЕС). Однак, гостро постала проблема економії енергетичних ресурсів та запровадження сучасних енергозберігаючих технологій, які б зменшили негативний екологічний вплив таких станцій за рахунок відновлюваних джерел енергії (ВДЕ).

Клімат і географічне положення України сприятливе для розвитку сонячної енергетики і будівництва сонячних електростанцій. Перевагами експлуатації сонячних станцій є висока надійність, низькі поточні витрати, екологічність, модульність.


СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:

 

  • Про альтернативні джерела енергії (Закон України). № 555-IV. (2003). Вилучено з https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/555-15#Text.

  • Полянський О. С., Дьяконов О. В., Скрипник О. С. (2017). Напрями розвитку альтернативних джерел енергії: акцент на твердому біопаливі та гнучких технологіях його виготовлення. Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова.

  • Сидорова Д. С. (2014). Проблеми та перспективи розвитку альтернативної енергетики в світі. Актуальні проблеми міжнародних відносин, (122), 198-207.

  • Кузьміна М. М. (2013). Поняття та види енергії з альтернативних джерел. Вісник Національного університету «Юридична академія України імені Ярослава Мудрого».

  • Гаврилко П. П. (2015). Альтернативна енергетика як фактор енергетичної незалежності України. Сучасні тенденції розвитку України: збірник матеріалів Десятої загальнофакультетської науково-практичної конференції, (10), 19-27.


INSTALLATION OF A ROOF SOLAR (PHOTOVOLTAIC) POWER PLANT FOR A COTTAGE COMPLEX OF RESIDENTIAL BUILDINGS WITH A CAPACITY OF 401.21 kW•peak

LEONOV Denis,
student of the Faculty of Electrical Engineering and Automation
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
UKRAINE

SCIENTIFIC ADVISER:

BUSLOVA Naina,
candidate of technical sciences, associate professor of еlectrical networks and systems
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
UKRAINE

Abstarct.
The publication is devoted to alternative energy in the general system of electricity production, in particular, solar power plants. Prospects for the introduction of solar energy in households in Ukraine are studied. An assessment of the potential use of solar energy in Ukraine is given. The risks of investing in solar power plants are analyzed

Keywords: solar power plant, photovoltaic power plant, “green tariff”, solar panels, alternative energy, households, energy independence.

© Леонов Д.М., 2020

© Leonov D., 2020

 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

PUBLISHED : 15.12.2020