Главная | КС (Энергетика и ЖКХ) | Статьи | События | Фотоэлектростанция на крыше здания: устройство, результаты работы

События

Фотоэлектростанция на крыше здания: устройство, результаты работы

KC_139_v42

KC_139_v43

В условиях развития возобновляемой энергетики научный и практический интерес представляет информация об имеющемся опыте эксплуатации солнечных электроэнергетических систем. Авторами статьи показаны конструктивное решение, технические параметры и первые результаты работы фотоэлектрической станции, смонтированной на крыше двухэтажного здания в г. Камышине Волгоградской области. Солнечная электростанция находится в эксплуатации c 2012 года.

Ежегодный темп прироста солнечной энергетики в мире в 2014–2017 гг., согласно прогнозу, должен составить порядка 15% [1]. Прогнозируется сохранение ведущих позиций за солнечными электростанциями, установленными на земле, так как в большинстве стран, лидирующих в использовании солнечной энергии, работают программы поддержки именно крупных электростанций. Однако интенсивно идет и развитие сегмента солнечных электростанций, установленных на крышах и стенах зданий.

Эксперты в области возобновляемых источников энергии ожидают значительный прогресс и в отечественной солнечной энергетике [2]. Теоретический потенциал солнечной энергии в России составляет более 2300 млрд. т у. т., экономический потенциал – 12,5 млн. т у. т. в год [3, 4]. Ввиду территориального расположения страны уровень солнечной радиации существенно меняется – от 810 кВт•ч/м2 в год в отдаленных северных районах до 1400 кВт•ч/м2 в год в южных. На уровень солнечной радиации оказывают влияние и значительные сезонные колебания: на широте 55° солнечная радиация в январе составляет 1,69 кВт•ч/м2, а в июле – 11,41 кВт•ч/м2 в день [3]. Наибольшим потенциалом солнечной энергии обладают юг европейской части РФ (Северный Кавказ, побережья Черного и Каспийского морей), Южная Сибирь и Дальний Восток. Перспективными регионами в плане развития солнечной энергетики считаются Астраханская область, Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Волгоградская область, Алтай, Читинская область, Бурятия, Приамурье, Приморье и другие регионы на востоке страны [3].

В представляемой статье мы обобщаем опыт эксплуатации в городских условиях юга России фотоэлектрической станции, установленной на крыше здания. В Южном федеральном округе (г. Камышин Волгоградской области) на крыше построенного в начале прошлого столетия двухэтажного здания, в котором сегодня размещается развлекательный комплекс, была смонтирована солнечная электростанция площадью около 495 м2 и установленной мощностью 72,35 кВт/пик [5, 6]. Размеры двускатной крыши, покрытой гофрированным профилем, составляют 71,2x15,3 м. Уклон обоих скатов крыши симметричен и составляет 17°. Для комплектования станции использовались фотоэлектрические модули типа KV 195W/24M производства ПАО «Квазар» (Украина) пиковой мощностью 195 Вт и номинальным напряжением 24 В, в количестве 371 штуки. С учетом географической ориентации здания большая часть солнечных модулей смонтирована на юго-восточном скате крыши; один ряд модулей установлен на северо-западном скате, ближе к коньку крыши. Азимутальный угол юго-восточного ската от полуденного положения солнца составляет 45°. Умеренно континентальный климат Волгоградской области обеспечивает малую облачность и большое количество солнечных дней в году.

Электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектростанцией, поступает во внутреннюю сеть учреждения, подключенную к городской электросети. Для согласования напряжения полученного постоянного тока с напряжением 220 В однофазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц, на которое рассчитано бытовое и специализированное электрооборудование здания, использовались инверторы Sunny Tripower 15000TL производства SMA Solar Technology AG (рис. 2 а и б) – трехфазные инверторы мощностью 15 кВА в количестве 5 штук. Для снижения омических потерь в проводах цепей постоянного тока модули соединены последовательно-параллельно таким образом, чтобы рабочее напряжение на входе в инвертор составляло порядка 480–500 В. Общая проектная мощность солнечного массива равна 72 кВт, а ориентировочная выработка электроэнергии за год – 73 395 кВт•ч. Общий объем инвестиций в строительство станции составил 8,5 млн. руб. и включал в себя проведение строительных работ по укреплению и модернизации крыши, проектные и электромонтажные работы, расходы на закупку модулей и дополнительного электрооборудования, а также непосредственно монтаж солнечных модулей на модернизированной крыше здания.

Подключение инверторов к распределительной сети здания осуществлено посредством стандартного вводно-распределительного шкафа (рис. 3) с незначительной модернизацией его электрической части.

В связи с тем, что электроснабжение до строительства солнечной электростанции осуществлялось от централизованной городской системы, было решено произвести параллельное подключение линии электроснабжения от солнечной станции, предусмотрев возможность переключения при необходимости питания электрооборудования здания и организацию раздельного учета потребляемой им электрической энергии. Структурная схема системы электроснабжения здания представлена на рис. 4.

В процессе эксплуатации станции ежедневно проводилась автоматическая почасовая регистрация выработанной ею электроэнергии. Получаемая информация передавалась в областной центр по GPS-каналам. В дальнейшем эти данные преобразовывались в суточные суммы; данные по суточной генерации автоматически суммировались в месячные величины. На рис. 5 графически представлена динамика помесячной генерации электроэнергии, полученной от фотоэлектростанции с июля 2012-го по июнь 2014 г.

В солнечные дни, особенно в весенний и летний периоды, электростанция генерировала 110–388 кВт•ч в сутки, а за период первых двух лет наблюдений общая выработка составила около 115,5 тыс. кВт•ч. При регулярной очистке от снега поверхности фотомодулей в зимнее время крышная электростанция генерировала электроэнергию круглогодично и ежедневно: от 7–8 часов за световой день в декабре-январе до 16 часов в сутки в мае, июне и июле.

При тарифе на электроэнергию 4 руб. за 1 кВт•ч данный реализованный проект принес экономию средств в размере порядка 460 тыс. руб. за 2 года наблюдений. Фотоэлектростанция показала себя как достаточно надежное и перспективное сооружение.

Таким образом, использование солнечной электростанции общей площадью 495 м2 и установленной мощностью 72,35 кВт/пик позволило сократить потребление электрической энергии из городской электрической сети на 73,5 тыс. кВт•ч/год, снизив нагрузку коммунальной сети города. Надежность электроснабжения была обеспечена наличием возможности переключения в случае необходимости питания электрооборудования здания на городские электрические сети. При этом был организован раздельный учет потребляемой энергии. Кроме того, станция оснащена системой автоматической почасовой регистрации выработанной ею электроэнергии, что позволяет в перспективе выявить периоды, когда генерация снижена или отсутствует, с целью ликвидации причин, вызвавших отклонения от нормальной работы, а также для оптимизации режима работы системы электроснабжения объекта. Необходимо продолжать наблюдения и измерения с целью определения эксплуатационной надежности и экономических показателей в долгосрочный период для выработки дальнейших рекомендаций.

Авторы выражают благодарность руководству АО «Оптовая электрическая компания» за возможность изучения работы станции, ознакомления с технической документацией и материалами по эксплуатации.

Литература

Прогноз развития солнечной энергетики до 2017 года [Электронный ресурс] http://helios-resource.ru/prognoz-po-razvitiju-solnechnoj-jenergetiki-do-2017-g.html.

Пресс-релиз Innovative Business Centre [Электронный ресурс] www.ecraft.ru/releas- es/9301.

Пивоварова З. И., Стадник В. В. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 174 с.

Елистратов В. В., Аронова Е. С. Солнечные энергоустановки. Оценка поступления солнечного излучения. - СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2012. 164 с.

Елистратов В. В. Возобновляемая энергетика. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2011. 239 с.

АО «Оптовая электрическая компания»: официальный сайт [Электронный ресурс]. www.voec.ru/news/item/392.

В Волгоградской области запущена первая накрышная СЭС [Электронный ресурс]. Код доступа: www.elektrovesti.net/19656_v-volgogradskoy-oblasti-zapushchena-pervaya-nakryshnaya-ses.

Elistratov V.V. Vozobnovljaemaja jenergetika [Renewable energy], Saint Petersburg, Izd-vo SPbGPU, 2011.

Nash pervyj proekt [Our first project]. http:// www.voec.ru /news / item/392 (accessed 25 May 2016).

Rossijskaja «Optovaja jelektricheskaja kompanija» postroila nakryshnuju SJeS moshhnost’ju 72 kVt v Volgogradskoj oblasti [Russian «Wholesale Electric Company» built on the top of the roof solar power plant with capacity of 72 kW in the Volgograd region]. Available at: http://rencentre.com/news-and-insights/6297 (accessed 25 May 2016).

По материалам портала «ЭнергоСовет»

КС№1(39) 2017 г.

 
 
 
Баннер
Баннер
Баннер
Баннер