stringtranslate.com

Солнечная энергия на крыше

Крышная солнечная электростанция или крышная фотоэлектрическая система — это фотоэлектрическая (ФЭ) система , в которой солнечные панели , вырабатывающие электроэнергию, установлены на крыше жилого или коммерческого здания или сооружения. [1] Различные компоненты такой системы включают фотоэлектрические модули , монтажные системы , кабели , солнечные инверторы , системы хранения аккумуляторных батарей, контроллеры заряда, системы мониторинга, стеллажи и монтажные системы, системы управления энергией, системы чистого учета, разъединители, заземляющее оборудование, защитные устройства, распределительные коробки, погодоустойчивые корпуса и другие электрические принадлежности. [2]

Системы, устанавливаемые на крыше, малы по сравнению с солнечными наземными фотоэлектрическими электростанциями коммунального масштаба с мощностью в диапазоне мегаватт , поэтому являются формой распределенной генерации . Комплексное исследование анализа жизненного цикла [3] показало, что солнечные батареи на крыше лучше для окружающей среды, чем солнечные батареи коммунального масштаба. [4] Большинство фотоэлектрических станций на крыше представляют собой подключенные к сети фотоэлектрические системы. Фотоэлектрические системы на крыше жилых зданий обычно имеют мощность около 5–20  киловатт (кВт), в то время как установленные на коммерческих зданиях часто достигают 100 киловатт до 1 мегаватта (МВт). Очень большие крыши могут вмещать промышленные фотоэлектрические системы в диапазоне 1–10 МВт.

По состоянию на 2022 год около 25 миллионов домохозяйств по всему миру полагаются на солнечные батареи на крышах домов. [5] Австралия имеет самую большую мощность солнечных батарей на крышах домов на душу населения. [6]

Установка

Рабочие устанавливают солнечные панели на крышах жилых домов
Фотоэлектрические системы на крыше в Googleplex , Калифорния

Городская среда обеспечивает большое количество пустых пространств на крышах и может по своей сути избегать потенциальных проблем с землепользованием и окружающей средой. Оценка солнечной инсоляции на крышах является многогранным процессом, поскольку на значения инсоляции на крышах влияют следующие факторы:

Существуют различные методы расчета потенциальных систем солнечных фотоэлектрических крыш, включая использование лидара [8] и ортофотоснимков. [9] Сложные модели могут даже определять потери затенения на больших площадях для развертывания фотоэлектрических систем на муниципальном уровне. [10]

Компоненты солнечной батареи на крыше

Следующий раздел содержит 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 затенения, большинство батарей состоят из некоторых вариаций следующих компонентов

  1. Солнечные панели вырабатывают электричество без выбросов углерода при облучении солнечным светом. Солнечные панели, часто сделанные из кремния, состоят из более мелких солнечных элементов, которые обычно имеют шесть элементов на панель. Несколько солнечных панелей, соединенных вместе, составляют солнечную батарею. Солнечные панели, как правило, защищены закаленным стеклом и закреплены алюминиевой рамой. [11] Передняя часть солнечной панели очень прочная, тогда как задняя часть панели, как правило, более уязвима.
  2. Монтажные зажимы обычно состоят из алюминиевых кронштейнов и болтов из нержавеющей стали, которые крепят солнечные панели друг к другу на крыше и на рельсах. Зажимы часто различаются по конструкции, чтобы учесть различные конфигурации крыши и рельсов. [12]
  3. Стойки или рельсы сделаны из металла и часто лежат в параллельной конфигурации на крыше, чтобы на них лежали панели. Важно, чтобы рельсы были достаточно ровными для равномерного монтажа панелей. [13]
  4. Крепления прикрепляют рельсы и весь массив к поверхности крыши. Эти крепления часто представляют собой L-образные кронштейны, которые крепятся болтами через фартук и в стропила крыши. Крепления различаются по конструкции из-за широкого спектра конфигураций и материалов крыш. [12]
  5. Нащельники представляют собой прочную металлическую пластину, которая обеспечивает водонепроницаемое уплотнение между креплениями и поверхностью крыши. Часто для герметизации нащельника на крыше используется герметик, и он напоминает металлическую черепицу.
  6. Проводка постоянного/переменного тока для инверторов соединяет провода между панелями и в микроинвертор или строчный инвертор. [13] Кабели не должны касаться поверхности крыши или свисать с массива, чтобы избежать выветривания и ухудшения состояния кабелей.
  7. Микроинверторы устанавливаются в нижней части панели и преобразуют постоянный ток от панелей в переменный ток, который может быть отправлен в сеть. Микроинверторы позволяют оптимизировать каждую панель при возникновении затенения и могут предоставлять конкретные данные от отдельных панелей. [13]

Финансы

Стоимость установки

Цены на фотоэлектрические системы (2022)

[ нужно обновление ]







Стимулы

Соединенные Штаты

Солнечные стимулы по штатам в США могут помочь компенсировать первоначальную стоимость установки и сделать солнечную энергию более доступной. В Соединенных Штатах каждый штат имеет свой собственный набор стимулов и скидок для солнечной энергии, включая налоговые декларации, налоговые льготы и чистый учет для подключенных к сети солнечных энергосистем. [14]

Тенденции стоимости

В середине 2000-х годов компании, работающие в сфере солнечной энергетики, использовали различные планы финансирования для клиентов, такие как лизинг и соглашения о покупке электроэнергии. Клиенты могли платить за свои солнечные панели в течение нескольких лет и получать помощь в оплате за счет кредитов от программ чистого учета. По состоянию на май 2017 года установка солнечной системы на крыше обходилась в среднем в 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 «компании, занимающиеся установкой солнечных батарей на крышах домов, в целом обслуживают более состоятельные слои населения Америки». [15] Большинство домохозяйств, которые покупают солнечные батареи, имеют «доход выше среднего». Средняя зарплата домохозяйства, использующего солнечные батареи, составляет около 100 000 долларов. [15] Однако в исследовании доходов и покупок солнечных систем было обнаружено «удивительное количество клиентов с низким доходом». «Основываясь на результатах исследования, исследователи GTM подсчитали, что четыре рынка солнечных батарей включают более 100 000 установок в домах с низким доходом». [15]

Отчет, опубликованный в июне 2018 года Consumer Energy Alliance, в котором анализировались стимулы для солнечной энергетики в США , показал, что сочетание федеральных, государственных и местных стимулов, а также снижение чистой стоимости установки фотоэлектрических систем, привело к более широкому использованию солнечных батарей на крышах по всей стране. По данным Daily Energy Insider , «В 2016 году мощность жилых солнечных батарей выросла на 20 процентов по сравнению с предыдущим годом, говорится в отчете. Тем временем средняя стоимость установки жилых солнечных батарей снизилась на 21 процент до 2,84 долларов за ватт постоянного тока в первом квартале 2017 года по сравнению с первым кварталом 2015 года». [16] Фактически, в восьми штатах, которые исследовала группа, общие государственные стимулы для установки солнечных фотоэлектрических систем на крыше фактически превысили стоимость этого. [17]

В 2019 году средняя стоимость в США после вычета налогов для бытовой системы мощностью 6 кВт составила 2,99 долл. США/Вт, при типичном диапазоне от 2,58 до 3,38 долл. США. [18]

Благодаря экономии масштаба промышленные наземные солнечные системы производят электроэнергию по цене, вдвое меньшей (2 цента/кВт·ч) по сравнению с небольшими системами, устанавливаемыми на крыше (4 цента/кВт·ч). [19]

Механизм фиксированных тарифов

В подключенной к сети фотоэлектрической электростанции на крыше вырабатываемая электроэнергия иногда может продаваться обслуживающей электроэнергетической компании для использования в другом месте в сети. Такая схема обеспечивает окупаемость инвестиций установщика. Многие потребители по всему миру переходят на этот механизм из-за получаемого дохода. Комиссия по коммунальным услугам обычно устанавливает ставку, по которой коммунальное предприятие платит за эту электроэнергию, которая может быть на уровне розничной ставки или более низкой оптовой ставки, что значительно влияет на окупаемость солнечной энергии и спрос на установку.

FIT, как его обычно называют, привел к расширению солнечной фотоэлектрической промышленности во всем мире. Тысячи рабочих мест были созданы с помощью этой формы субсидии. Однако она может создать эффект пузыря, который может лопнуть, когда FIT будет отменен. Она также увеличила возможности локализованного производства и встроенной генерации, сократив потери при передаче по линиям электропередач. [2]

Солнечная черепица

Солнечная черепица

Солнечная черепица или фотоэлектрическая черепица — это солнечные панели, разработанные так, чтобы выглядеть и функционировать как обычные кровельные материалы, такие как битумная черепица или сланец, а также производить электроэнергию. Солнечная черепица — это тип решения для получения солнечной энергии, известный как интегрированная в здание фотоэлектрика (BIPV). [20]

Гибридные системы

Гибридная фотоэлектрическая система на крыше.

Фотоэлектрическая электростанция на крыше (как сетевая, так и автономная) может использоваться совместно с другими компонентами электропитания, такими как дизельные генераторы , ветряные турбины , аккумуляторы и т. д. Эти гибридные солнечные энергосистемы могут быть способны обеспечить непрерывный источник энергии. [2]

Преимущества

Установщики имеют право подавать солнечную электроэнергию в общественную сеть и, следовательно, получать разумный повышенный тариф за каждый сгенерированный кВт·ч, отражающий преимущества солнечной электроэнергии для компенсации текущих дополнительных расходов на электроэнергию, вырабатываемую фотоэлектрическими установками. [2]

Для потребителей солнечная фотоэлектрическая система может помочь им снизить зависимость от ископаемого топлива, используя бесплатную энергию солнца для производства электроэнергии, которую они могут использовать в своем доме. Таким образом, солнечная фотоэлектрическая система может помочь домовладельцам снизить свой углеродный след, а также сэкономить деньги на счетах за коммунальные услуги. [21]

Недостатки

Электроэнергетическая система, содержащая 10% вклада от PV-станций, потребует увеличения мощности управления частотой нагрузки (LFC) на 2,5% по сравнению с обычной системой [ жаргон ] — проблема, которую можно решить, используя синхропреобразователи в цепи постоянного/переменного тока PV-системы. В 1996 году было обнаружено, что стоимость безубыточности для генерации PV-энергии относительно высока для уровней вклада менее 10%. В то время как более высокие доли генерации PV-энергии дают более низкие затраты безубыточности , экономические и LFC соображения накладывают верхний предел около 10% на вклад PV в общие энергосистемы. [22]

Демонтаж солнечных панелей для замены черепичной крыши

Солнечная батарея на крыше на битумной черепице

При замене битумной черепичной крыши солнечные панели необходимо демонтировать и снять, чтобы заново покрыть крышу и установить заново после перекрытия крыши. В это время в доме могут произойти перебои с электроэнергией. Монтажникам солнечных панелей придется приезжать дважды, чтобы демонтировать и заново установить их позже, когда крыша будет закончена, и их работа обычно стоит дороже, чем ставка кровельщиков битумной черепицы. [23]

Технические проблемы

Интеграция большого количества фотоэлектрических систем на крышах в электросеть сопряжена со множеством технических проблем.

Обратный поток мощности

Электросеть не была спроектирована для двухстороннего потока мощности на уровне распределения. Распределительные фидеры обычно проектируются как радиальная система для одностороннего потока мощности, передаваемого на большие расстояния от крупных централизованных генераторов к потребительским нагрузкам в конце распределительного фидера. При локализованной и распределенной солнечной генерации на крышах обратный поток приводит к тому, что мощность течет на подстанцию ​​и трансформатор, что создает значительные проблемы. Это оказывает неблагоприятное воздействие на координацию защиты и регуляторы напряжения.

Скорость рампы

Быстрые колебания генерации от фотоэлектрических систем из-за прерывистых облаков вызывают нежелательные уровни изменчивости напряжения в распределительном фидере. При высоком проникновении фотоэлектрических систем на крыше эта изменчивость напряжения снижает стабильность сети из-за временного дисбаланса нагрузки и генерации и приводит к тому, что напряжение и частота превышают установленные пределы, если им не противодействуют средства управления питанием. То есть централизованные генераторы не могут достаточно быстро наращивать мощность , чтобы соответствовать изменчивости фотоэлектрических систем, что приводит к несоответствию частоты в близлежащей системе. Это может привести к отключениям электроэнергии. Это пример того, как простая локализованная фотоэлектрическая система на крыше может влиять на более крупную электросеть. Проблема частично смягчается путем распределения солнечных панелей по большой площади и добавления накопителей .

Эксплуатация и обслуживание

Эксплуатация и обслуживание солнечных фотоэлектрических систем на крыше обходится дороже по сравнению с наземными установками из-за распределенной природы установок на крыше и более сложного доступа. В солнечных системах на крыше обычно требуется больше времени, чтобы определить неисправность и отправить техника из-за меньшей доступности достаточных инструментов для мониторинга производительности фотоэлектрической системы и более высокой стоимости человеческого труда. В результате солнечные фотоэлектрические системы на крыше обычно страдают от более низкого качества эксплуатации и обслуживания и существенно более низких уровней доступности системы и выработки энергии.

Тонкопленочные солнечные батареи на металлических крышах

Тонкопленочные солнечные батареи стекают по металлической кровле со стоячим фальцем

С ростом эффективности тонкопленочных солнечных батарей их установка на металлических крышах стала экономически конкурентоспособной по сравнению с традиционными монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами . Тонкопленочные панели гибкие и спускаются по металлическим крышам со стоячим фальцем и приклеиваются к металлической крыше с помощью клея , поэтому для установки не требуется никаких отверстий. Соединительные провода проходят под коньковой крышкой в ​​верхней части крыши. Эффективность составляет от 10 до 18%, но стоит всего около 2,00–3,00 долларов за ватт установленной мощности, по сравнению с монокристаллическими, эффективность которых составляет 17–22% и стоит 3,00–3,50 долларов за ватт установленной мощности. Тонкопленочные солнечные батареи имеют небольшой вес — 7–10 унций на квадратный фут. Тонкопленочные солнечные панели служат 10–20 лет [24], но имеют более быструю окупаемость инвестиций , чем традиционные солнечные панели, металлические крыши служат 40–70 лет до замены по сравнению с 12–20 годами для битумной черепичной крыши. [25] [26]

Крупнейшие солнечные установки на крыше

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Армстронг, Роберт (12 ноября 2014 г.). «Дело в пользу парковок на солнечной энергии». Absolute Steel. Архивировано из оригинала 27.11.2014 . Получено 15 ноября 2014 г.
  2. ^ abcd "Основы проектирования солнечных фотоэлектрических систем". energy.gov . Получено 20 августа 2024 г.
  3. ^ Рой, Рия; Пирс, Джошуа М. (2024-03-01). «Что лучше для окружающей среды — малая или большая солнечная система? Сравнительная оценка жизненного цикла солнечных фотоэлектрических систем на крыше и на земле». Международный журнал оценки жизненного цикла . 29 (3): 516–536. doi :10.1007/s11367-023-02254-x. ISSN  1614-7502.
  4. ^ «Маломасштабная солнечная энергетика лучше всего подходит для окружающей среды, но агроэлектроэнергетика может стать решением». Журнал pv в США . 12.01.2024 . Получено 19.09.2024 .
  5. ^ «Приблизительно 100 миллионов домохозяйств будут использовать солнечные батареи на крышах к 2030 году». Международное энергетическое агентство . 2022. Получено 7 апреля 2024 г.
  6. ^ Чандак, Пуджа (21.03.2022). «Глобальное количество солнечных установок на крышах почти удвоится к 2025 году, говорится в отчете». SolarQuarter . Получено 07.04.2024 .
  7. ^ "Инсоляция". energyeducation.ca . Получено 2024-08-20 .
  8. ^ Ха Т. Нгуен, Джошуа М. Пирс, Роб Харрап и Джеральд Барбер, «Применение LiDAR для оценки потенциала размещения солнечных фотоэлектрических систем на крыше муниципального района», Sensors , 12 , стр. 4534-4558 (2012).
  9. ^ LK Wiginton, HT Nguyen, JM Pearce, «Количественная оценка потенциала солнечной фотоэлектрической энергии в больших масштабах для региональной политики в области возобновляемой энергии», Computers, Environment and Urban Systems 34 , (2010) стр. 345-357. [1]Открытый доступ
  10. ^ Нгуен, Ха Т.; Пирс, Джошуа М. (2012). «Учет потерь при затенении при оценке потенциала солнечной фотоэлектрической энергии в муниципальном масштабе». Солнечная энергия . 86 (5): 1245–1260. Bibcode : 2012SoEn...86.1245N. doi : 10.1016/j.solener.2012.01.017. S2CID  15435496.
  11. ^ "Структура модуля | PVEducation". www.pveducation.org . Получено 2019-05-08 .
  12. ^ ab "Стойка для солнечных панелей для установки на крыше и на земле". unboundsolar.com . Получено 08.05.2019 .
  13. ^ abc "Анатомия системы крепления солнечных батарей на крыше". Solar Power World . 2014-03-19 . Получено 2019-05-08 .
  14. ^ «Краткое руководство по стимулированию солнечной энергетики по штатам США». 2023-02-07.
  15. ^ abcd Шалленбергер, Кристи (2017-04-27). «Являются ли солнечные батареи на крыше просто игрушкой для богатых?». Utility Dive . Получено 2017-05-05 .
  16. ^ Галфорд, Крис (14.06.2018). «Правительственные стимулы для солнечных батарей на крышах часто превышают общую стоимость системы, согласно отчету CEA». Daily Energy Insider . Получено 04.07.2018 .
  17. ^ kimi, imad. "Изучение 5 преимуществ солнечной энергии на крышах школ". Voltagea . Dr. imad . Получено 29 декабря 2022 г. .
  18. ^ "Сколько стоят солнечные панели в США в 2018 году?". energysage. Архивировано из оригинала 2022-12-27 . Получено 20 августа 2024 .
  19. ^ Fox-Penner, Boston University , Peter (19 мая 2020 г.). Энергия после углерода: построение чистой, устойчивой сети. Harvard University Press . стр. 52–53. ISBN 9780674241077.
  20. ^ «Стоит ли покупать солнечную черепицу? (Руководство 2023 г.)».
  21. ^ "Солнечные панели". Energy Saving Trust . Получено 2024-06-18 .
  22. ^ Асано, Х.; Яджима, К.; Кая, И. (март 1996 г.). «Влияние фотоэлектрической генерации на требуемую мощность для управления частотой нагрузки». Труды IEEE по преобразованию энергии . 11 (1): 188–193. Bibcode : 1996ITEnC..11..188A. doi : 10.1109/60.486595. ISSN  0885-8969.
  23. ^ "Понимание сроков кровельного проекта: чего ожидать от начала до конца" . Получено 20 августа 2024 г.
  24. ^ «Тонкопленочные солнечные панели | Американское общество солнечной энергетики».
  25. ^ «Плюсы и минусы металлических крыш для вашего дома».
  26. ^ «Солнечные панели против тонкопленочных ламинатов: стоимость, плюсы и минусы, ведущие бренды». 19 января 2022 г.
  27. ^ «Солнечные панели против тонкопленочных ламинатов: стоимость, плюсы и минусы, ведущие бренды». 19 января 2022 г.
  28. ^ Обратите внимание, что номинальная мощность может быть переменного или постоянного тока , в зависимости от завода. См. загадку переменного и постоянного тока: Последние глупости в оценках фотоэлектрических электростанций фокусируются на несоответствии отчетности (обновление) Архивировано 2011-01-19 в Wayback Machine
  29. ^ "Sungrow поставляет инверторы для 120-мегаваттной фотоэлектрической установки C&I на крыше". www.saurenergy.com . 22 июля 2021 г.
  30. ^ "Тайваньский производитель обуви связывает вьетнамскую компанию для решения вопросов возобновляемой энергии". Новости Вьетнама . 26 января 2021 г. Получено 6 ноября 2022 г.
  31. ^ "LAIYIH GROUP". indefol . Получено 6 ноября 2022 г. .
  32. ^ "SEIA Solar Means Business: 2016 Edition Full Data". seia.org . Ассоциация солнечной энергетики . Получено 6 ноября 2022 г. .
  33. ^ "Mai Dubai solar installations produce more more than 30 million kWh of power in 2020". Utilities Middle East . 11 February 2021 . Получено 6 November 2022 .
  34. ^ "Самая мощная солнечная крыша". Heylen Energy . Архивировано из оригинала 2020-10-21 . Получено 20 августа 2024 .
  35. ^ «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.
  36. ^ «Новая штаб-квартира Apple устанавливает рекорды в области солнечной энергетики и экологичного строительства». www.renewableenergyworld.com . 2017-03-03. Архивировано из оригинала 2017-06-25 . Получено 2017-05-09 .
  37. ^ "Arvind представляет крупнейший в Индии проект солнечной электростанции на крыше мощностью 16,2 МВт". Construction Week India . 13 февраля 2019 г. Получено 17 мая 2019 г.
  38. ^ Установка солнечных батарей на крыше площадью 50 акров запущена и работает в Сан-Педро, Кербед, Лос-Анджелес, 26 июня 2017 г.
  39. ^ Брошюра с обзором компании Uni-Solar
  40. ^ GM устанавливает самые большие в мире солнечные панели на крыше
  41. ^ «Крупнейшая в мире» солнечная электростанция на крыше открылась в Беас-дера, Hindustan Times , 18 мая 2016 г.
  42. ^ Крупнейшая в Северной Америке солнечная электростанция на крыше официально завершена
  43. ^ Riverside Renewable Energy LLC |archive-url=https://web.archive.org/web/20120421032647/http://greenprofiler.com/epp/riverside-renewable-energy-llc/http://greenprofiler.com/epp/riverside-renewable-energy-llc |archive-date=2012-04-21 |url-status=dead
  44. ^ "Holt Logistics добавляет дополнительные мощности к новаторской солнечной установке 2011 года на морском терминале Глостера в Нью-Джерси". Independence Solar . 2019-07-16 . Получено 2022-03-02 .
  45. ^ Солнечные панели города Перрис |archive-url=https://web.archive.org/web/20190412030109/https://www.cityofperris.org/news/2011_stories/09-19-11_solarpanels.html/https://www.cityofperris.org/news/2011_stories/09-19-11_solarpanels.html |archive-date=2019-04-12 |url-status=dead