Системы, монтируемые на крыше, малы по сравнению с солнечными наземными фотоэлектрическими электростанциями коммунального масштаба с мощностью в диапазоне мегаватт и, следовательно, представляют собой форму распределенной генерации . Большинство фотоэлектрических станций на крыше представляют собой фотоэлектрические энергосистемы, подключенные к сети . Фотоэлектрические системы на крыше жилых зданий обычно имеют мощность около 5–20 киловатт (кВт), тогда как мощность систем, установленных на коммерческих зданиях, часто достигает от 100 киловатт до 1 мегаватта (МВт). На очень больших крышах можно разместить фотоэлектрические системы промышленного масштаба мощностью от 1 до 10 мегаватт.
Монтаж
Рабочие устанавливают солнечные панели на крыше жилого домаФотоэлектрические системы на крыше Googleplex , Калифорния
Городская среда обеспечивает большое количество пустых пространств на крышах и позволяет избежать потенциального землепользования и экологических проблем. Оценка солнечной инсоляции крыш — это многогранный процесс, поскольку на значения инсоляции на крышах влияют следующие факторы:
Затенение от соседних построек и растительности [3]
Существуют различные методы расчета потенциальных солнечных фотоэлектрических крышных систем, включая использование лидара [4] и ортофото. [5] Сложные модели могут даже определить потери затенения на больших площадях для установки 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 состоят из некоторых вариаций следующих компонентов.
Солнечные панели производят безуглеродную электроэнергию при облучении солнечным светом. Солнечные панели, часто изготовленные из кремния, состоят из солнечных элементов меньшего размера, обычно состоящих из 6 ячеек на панель. Несколько солнечных панелей, соединенных вместе, образуют солнечную батарею. Солнечные панели обычно защищены закаленным стеклом и закреплены алюминиевой рамой. [7] Передняя часть солнечной панели очень прочная, тогда как задняя часть панели, как правило, более уязвима.
Монтажные зажимы обычно состоят из алюминиевых кронштейнов и болтов из нержавеющей стали, которые крепят солнечные панели друг к другу на крыше и на направляющих. Зажимы часто различаются по конструкции, чтобы учитывать различные конфигурации крыши и перил. [8]
Стеллажи или рельсы изготавливаются из металла и часто располагаются на крыше параллельно, чтобы панели могли лежать на них. Важно, чтобы рейки были достаточно ровными, чтобы панели могли быть установлены равномерно. [9]
Крепления крепят рейки и весь массив к поверхности крыши. Эти крепления часто представляют собой L-образные кронштейны, которые крепятся болтами через отлив и стропила крыши. Крепления различаются по конструкции из-за широкого спектра конфигураций крыш и материалов. [8]
Отливы представляют собой прочную металлическую пластину, которая обеспечивает водонепроницаемое уплотнение между креплениями и поверхностью крыши. Часто для герметизации гидроизоляции крыши используется герметик, который напоминает металлическую черепицу.
Проводка постоянного/переменного тока для инверторов соединяет провода между панелями и микроинвертором или струнным инвертором. [9] Никакие кабели не должны касаться поверхности крыши или свисать с массива во избежание атмосферных воздействий и порчи кабелей.
Микроинверторы монтируются 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. [9]
Тонкопленочная солнечная батарея на металлических крышах
С ростом эффективности тонкопленочных солнечных батарей их установка на металлических крышах стала конкурентоспособной по стоимости по сравнению с традиционными монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами . Тонкопленочные панели являются гибкими, спускаются по металлической крыше со стоячим фальцем и приклеиваются к металлической крыше с помощью клея , поэтому для установки не требуются отверстия. Соединительные провода проходят под коньком наверху крыши. КПД колеблется в пределах 10-18%, но стоит всего около 2,00-3,00 долларов за ватт установленной мощности по сравнению с монокристаллическим, который имеет КПД 17-22% и стоит 3,00-3,50 доллара за ватт установленной мощности. Тонкая солнечная пленка имеет легкий вес - 7-10 унций на квадратный фут. Тонкопленочные солнечные панели служат 10–20 лет [10] , но окупаются быстрее , чем традиционные солнечные панели: металлические крыши служат 40–70 лет до замены по сравнению с 12–20 годами для крыши из битумной черепицы . [11] [12]
Стимулы к солнечной энергии со стороны штатов в США могут помочь компенсировать первоначальные затраты на установку и сделать солнечную энергию более доступной. В Соединенных Штатах каждый штат имеет свой собственный набор льгот и скидок на солнечную энергию, включая налоговые декларации, налоговые льготы и чистые измерения для систем солнечной энергии, подключенных к сети. [14]
Тенденции затрат
В середине 2000-х годов компании, занимающиеся солнечной энергетикой, использовали различные планы финансирования для клиентов, такие как договоры аренды и покупки электроэнергии. Клиенты могли оплачивать свои солнечные панели в течение нескольких лет и получать помощь с оплатой в виде кредитов от программ чистого измерения. По состоянию на май 2017 года установка солнечной системы на крыше стоит в среднем 20 000 долларов. Раньше это было дороже. [15]
Utility Dive пишет: «Для большинства людей добавление солнечной системы к другим счетам и приоритетам является роскошью», а «солнечные компании на крышах в целом обслуживают более богатые части американского населения». [15] Большинство домохозяйств, которые получают солнечные батареи, имеют доход выше среднего. Средняя зарплата потребителей солнечной энергии в семье составляет около 100 000 долларов. [15] Однако в исследовании доходов и покупок солнечных систем появилось «удивительное количество клиентов с низкими доходами». «Основываясь на результатах исследования, исследователи GTM подсчитали, что четыре рынка солнечной энергии включают более 100 000 установок в объектах недвижимости с низким доходом». [15]
Отчет, опубликованный в июне 2018 года Consumer Energy Alliance, в котором анализируются стимулы к солнечной энергии в США , показал, что сочетание федеральных, государственных и местных стимулов, а также снижение чистых затрат на установку фотоэлектрических систем привело к более широкому использованию солнечной энергии на крышах по всей стране. . По данным Daily Energy Insider , «в 2016 году мощность солнечных фотоэлектрических систем в жилых домах выросла на 20 процентов по сравнению с предыдущим годом, говорится в отчете. Между тем, средняя установленная стоимость солнечной энергии в жилых домах упала на 21 процент до 2,84 доллара за ватт постоянного тока в первом квартале 2016 года. 2017 по сравнению с первым кварталом 2015 года». [16] Фактически, в восьми штатах, которые изучала группа, общие государственные стимулы для установки солнечной фотоэлектрической системы на крыше фактически превысили затраты на это. [17]
В 2019 году средняя стоимость по стране в Соединенных Штатах после налоговых льгот для бытовой системы мощностью 6 кВт составила 2,99 доллара США за Вт при типичном диапазоне от 2,58 до 3,38 доллара США. [18]
Из-за эффекта масштаба наземные солнечные системы промышленного размера производят электроэнергию вдвое дешевле (2 цента/кВтч), чем небольшие системы, установленные на крыше (4 цента/кВтч). [19]
Механизм льготных тарифов
На фотоэлектрической электростанции на крыше , подключенной к сети , вырабатываемая электроэнергия иногда может быть продана обслуживающей электроэнергетической компании для использования в другом месте в сети. Такое расположение обеспечивает окупаемость инвестиций установщика. Многие потребители со всего мира переходят на этот механизм из-за полученного дохода. Комиссия коммунальных предприятий обычно устанавливает ставку, которую коммунальное предприятие платит за эту электроэнергию, которая может быть розничной или более низкой оптовой, что сильно влияет на окупаемость солнечной энергии и спрос на установку.
FIT, как его обычно называют, привел к расширению индустрии солнечных фотоэлектрических систем во всем мире. Благодаря этой форме субсидий были созданы тысячи рабочих мест. Однако это может вызвать эффект пузыря, который может лопнуть при удалении FIT. Это также расширило возможности локализованного производства и встроенной генерации, сократив потери при передаче по линиям электропередачи. [2]
Фотоэлектрическая электростанция на крыше (как сетевая, так и автономная) может использоваться в сочетании с другими силовыми компонентами, такими как дизельные генераторы , ветряные турбины , батареи и т. д. Эти солнечные гибридные энергосистемы могут обеспечивать непрерывный источник энергии. [2]
Преимущества
Монтажники имеют право подавать солнечную электроэнергию в общественную сеть и, следовательно, получать разумную надбавку за произведенный кВтч, отражающую преимущества солнечной электроэнергии для компенсации текущих дополнительных затрат на фотоэлектрическую электроэнергию. [2]
Недостатки
Электроэнергетическая система, в которой доля фотоэлектрических станций составляет 10%, потребует увеличения мощности регулирования частоты нагрузки (LFC) на 2,5% по сравнению с традиционной системой [ жаргон ] - проблема, которую можно решить, используя синхронизаторы в системах постоянного / переменного тока. схема фотоэлектрической системы. В 1996 году стоимость безубыточности производства фотоэлектрической энергии оказалась относительно высокой при уровне вклада менее 10%. Хотя более высокая доля фотоэлектрической генерации дает более низкие затраты на безубыточность , экономические соображения и соображения LFC налагают верхний предел примерно 10% на вклад фотоэлектрических систем в общие энергосистемы. [21]
Демонтаж солнечных батарей вместо черепичной крыши
При замене асфальтовой черепичной крыши солнечные панели необходимо будет снять и снять, чтобы заново покрыть крышу, и снова установить после замены черепицы. В это время в вашем доме могут произойти отключения электроэнергии. Монтажникам солнечных панелей придется приезжать дважды, чтобы снять и переустановить их позже, когда крыша будет закончена, и их труд обычно обходится дороже, чем зарплата кровельщиков из асфальтовой черепицы. [22]
Технические проблемы
Существует множество технических проблем, связанных с интеграцией большого количества фотоэлектрических систем на крышах в энергосистему.
Обратный поток мощности
Электрическая сеть не была рассчитана на двусторонний поток электроэнергии на уровне распределения. Распределительные фидеры обычно проектируются как радиальная система для одностороннего потока мощности, передаваемого на большие расстояния от крупных централизованных генераторов к потребителям в конце распределительного фидера. При локализованной и распределенной солнечной фотоэлектрической генерации на крышах обратный поток приводит к тому, что электроэнергия поступает на подстанцию и трансформатор, что создает серьезные проблемы. Это оказывает неблагоприятное воздействие на координацию защиты и регуляторы напряжения.
Скорость изменения скорости
Быстрые колебания генерации фотоэлектрических систем из-за прерывистых облаков вызывают нежелательные уровни изменчивости напряжения в распределительном фидере. При большом проникновении фотоэлектрических систем на крыше эта нестабильность напряжения снижает стабильность сети из-за временного дисбаланса нагрузки и генерации и приводит к превышению напряжения и частоты установленных пределов, если ей не противодействуют средства управления мощностью. То есть централизованные генераторы не могут наращивать мощность достаточно быстро , чтобы соответствовать изменчивости фотоэлектрических систем, что приводит к несоответствию частоты в соседней системе. Это может привести к отключениям электроэнергии. Это пример того, как простая локализованная фотоэлектрическая система на крыше может повлиять на более крупную энергосистему. Проблема частично решается за счет распределения солнечных панелей на большой территории и добавления хранилища .
Эксплуатация и обслуживание
Эксплуатация и обслуживание солнечных фотоэлектрических систем на крыше требует более высоких затрат по сравнению с наземными установками из-за распределенного характера объектов на крыше и затрудненного доступа. В солнечных системах на крыше обычно требуется больше времени, чтобы выявить неисправность и отправить технического специалиста из-за меньшей доступности достаточных инструментов мониторинга производительности фотоэлектрической системы и более высоких затрат на человеческий труд. В результате солнечные фотоэлектрические системы на крыше обычно страдают от более низкого качества эксплуатации и обслуживания и существенно более низкого уровня доступности системы и выработки энергии.
↑ Армстронг, Роберт (12 ноября 2014 г.). «Дело о стоянках с солнечной энергией». Абсолютная сталь . Проверено 15 ноября 2014 г.
^ abcd «Фотоэлектрическая выработка электроэнергии в зданиях. Строительство интегрированной фотоэлектрической системы – BIPV» (PDF) . bef-de.org . Проверено 20 июня 2011 г.
^ «Энергетические ресурсы и критерии ресурсов». greenip.org. Архивировано из оригинала 28 августа 2013 г. Проверено 20 июня 2011 г.
^ Ха Т. Нгуен, Джошуа М. Пирс, Роб Харрап и Джеральд Барбер, «Применение LiDAR для оценки потенциала развертывания солнечных фотоэлектрических систем на крыше в муниципальном районе», Sensors , 12 , стр. 4534-4558 (2012) .
^ Л. К. Вигинтон, Х. Т. Нгуен, Дж. М. Пирс, «Количественная оценка солнечного фотоэлектрического потенциала в крупном масштабе для региональной политики в области возобновляемых источников энергии», Computers, Environment and Urban Systems 34 , (2010), стр. 345-357. [1]Открытый доступ
^ Нгуен, Ха Т.; Пирс, Джошуа М. (2012). «Учет потерь затенения при оценке солнечного фотоэлектрического потенциала в муниципальном масштабе». Солнечная энергия . 86 (5): 1245–1260. Бибкод : 2012SoEn...86.1245N. doi :10.1016/j.solener.2012.01.017. S2CID 15435496.
^ «Структура модуля | PVEducation» . www.pveducation.org . Проверено 8 мая 2019 г.
^ ab «Стеллаж для солнечных панелей для установки солнечных батарей на крыше и на земле». unboundsolar.com . Проверено 8 мая 2019 г.
^ abc «Анатомия солнечной системы крепления на крыше». Мир солнечной энергетики . 19 марта 2014 г. Проверено 8 мая 2019 г.
^ «Тонкопленочные солнечные панели | Американское общество солнечной энергии» .
^ «Плюсы и минусы металлических крыш для вашего дома» .
^ «Солнечные панели против тонкопленочных ламинатов: затраты, плюсы и минусы, лучшие бренды» . 19 января 2022 г.
^ «Солнечные панели против тонкопленочных ламинатов: затраты, плюсы и минусы, лучшие бренды» . 19 января 2022 г.
^ «Компактное руководство по стимулированию использования солнечной энергии по штатам США». 07.02.2023.
^ abcd Шалленбергер, Кристи (27 апреля 2017 г.). «Является ли солнечная батарея на крыше просто игрушкой для богатых?». Полезное погружение . Проверено 5 мая 2017 г.
^ Галфорд, Крис (14 июня 2018 г.). «Государственные стимулы для установки солнечной энергии на крыше часто превышают общую стоимость системы, говорится в отчете CEA». Ежедневный инсайдер энергии . Проверено 4 июля 2018 г.
^ Кими, Имад. «Изучение 5 преимуществ солнечной энергии на крышах школ». Напряжениеа . Доктор Имад . Проверено 29 декабря 2022 г.
^ «Сколько будут стоить солнечные панели в США в 2018 году?» энергиясейдж . Проверено 26 октября 2018 г.
^ «Следует ли покупать солнечную черепицу? (Руководство на 2023 год)» .
^ Асано, Х.; Ядзима, К.; Кая, Ю. (март 1996 г.). «Влияние фотоэлектрической генерации на необходимую мощность для регулирования частоты нагрузки». Транзакции IEEE по преобразованию энергии . 11 (1): 188–193. Бибкод : 1996ITEnC..11..188A. дои : 10.1109/60.486595. ISSN 0885-8969.
^ «4 вещи, которые нужно знать при ремонте крыши дома солнечными панелями» .
^ Обратите внимание, что номинальная мощность может быть переменным или постоянным током , в зависимости от установки. См. Загадку AC-DC: последние глупости в рейтингах фотоэлектрических электростанций сосредоточены на несоответствии отчетов (обновление). Архивировано 19 января 2011 г. на Wayback Machine.
^ «Sungrow поставляет инверторы для фотоэлектрической электростанции C&I на крыше мощностью 120 МВт» . www.saurenergy.com . 22 июля 2021 г.
^ «Тайваньский производитель обуви связывает вьетнамскую компанию для разработки решений в области возобновляемых источников энергии» . Новости Вьетнама . 26 января 2021 г. Проверено 6 ноября 2022 г.
^ "ГРУППА ЛАЙИХ". индефол . Проверено 6 ноября 2022 г.
^ «SEIA Solar Means Business: Полные данные издания 2016 г.» . seia.org . Ассоциация производителей солнечной энергии . Проверено 6 ноября 2022 г.
^ «Солнечные установки Mai Dubai произведут более 30 миллионов кВтч электроэнергии в 2020 году» . Коммунальные услуги Ближний Восток . 11 февраля 2021 г. Проверено 6 ноября 2022 г.
^ «Самая мощная солнечная крыша». Хейлен Энерджи . Проверено 17 апреля 2020 г.
^ «Завершен монтаж самой мощной в мире солнечной крыши, которая в настоящее время работает в современном складском и логистическом центре PVH Europe» . 6 октября 2020 г.
^ «Новая штаб-квартира Apple устанавливает рекорды в области солнечного и зеленого строительства» . www.renewableenergyworld.com . 03.03.2017 . Проверено 9 мая 2017 г.
^ «Арвинд представляет крупнейший в Индии проект солнечной энергии на крыше мощностью 16,2 МВт» . Строительная неделя онлайн в Индии . Проверено 17 мая 2019 г.
↑ Установлена и работает солнечная установка на крыше площадью 50 акров в Сан-Педро, Кербед, Лос-Анджелес, 26 июня 2017 г.
^ Брошюра с корпоративным обзором Uni-Solar
^ GM устанавливает самые большие в мире солнечные панели на крыше
↑ «Крупнейшая в мире» солнечная электростанция на крыше открылась в Беас-дера, Hindustan Times , 18 мая 2016 г.
^ Официально завершено строительство крупнейшей солнечной электростанции на крыше в Северной Америке.
^ ООО «Риверсайд Возобновляемая Энергия»
^ «Holt Logistics добавляет дополнительную мощность к новаторской солнечной установке 2011 года на морском терминале Глостера в Нью-Джерси» . Независимость Солнечная . 16 июля 2019 г. Проверено 02 марта 2022 г.
.jpg/1280px-Children_of_the_Sun_Solar_Initiative_(48132850231).jpg)
