Пряме перетворення сонячної радіації на електроенергію здійснюється напівпровідниковими фотоелектричними перетворювачами (далі – ФЕП).
Довідка
На сьогодні найбільшого поширення набули ФЕП на основі кремнію, легованого елементами III і V груп для отримання так званого p-n-переходу.
Застосовують ФЕП, виготовлені із монокристалічного, полікристалічного та аморфного кремнію. Основою ФЕП є сонячні елементи, що мають форму кола діаметром до 100 мм або багатогранника.
Елементи збирають у модулі, що мають при стандартній інсоляції потужність до 100 Вт. З таких модулів набирають батареї потужністю до кількох мегават.
Довідка
Перевагами ФЕП є те, що він використовує як пряме, так і розсіяне випромінювання, не потребує стеження за сонцем та обслуговування.
Найкращі серійно вироблені модулі з монокристалічного кремнію мають ККД близько 18%.
Розрізняють два основні типи сонячних фотоелектричних систем (далі – ФЕС):
- автономні системи;
- системи, що працюють паралельно мережі.
Автономна ФЕС, крім сонячних панелей, зазвичай містить акумуляторні батареї (далі – АБ) і контролер заряду/розряду.
За потреби електропостачання споживачів, що потребують стандартної напруги 220/380 В змінного струму, до складу ФЕС необхідно включити інвертор.
Оскільки ФЕП здатні виробляти електроенергію тільки у світлий час доби, величину їхньої встановленої потужності вибирають з розрахунку, що запасеної за день енергії вистачить на гарантоване забезпечення споживачів протягом доби.
Це призводить до необхідності значно збільшувати встановлену потужність ФЕП та ємність акумуляторів.
Очевидним недоліком автономних ФЕС є втрата надлишків енергії у режимах малих навантажень.
У більшості стандартних автономних ФЕС сонячна батарея просто вимикається, коли акумулятори повністю заряджені. Можна використовувати надлишки енергії на баластових опорах для підігріву води або повітря, що дає змогу дещо підвищити ефективність корисного використання енергії, яка генерується, проте проблема повністю не вирішується.
Важливо
Серйозним недоліком автономних ФЕС є використання акумуляторних батарей, що працюють у циклічному режимі. Кількість робочих циклів поширених кислотно-свинцевих акумуляторів невелика (1500–2000), що потребує їх частої заміни.
Застосування промислових акумуляторів з великим строком служби, наприклад, нікель-кадмієвих або літій-іонних, потребує значного збільшення фінансових вкладень на побудову енергетичної системи.
Крім того, необхідно враховувати, що в акумуляторах також є втрати енергії. У кращому випадку ефективність процесів заряду – розряду акумуляторів становить 90%, і вона погіршується в міру їх старіння.
Важливо
Використання ФЕС за наявності мережі дає змогу уникнути багатьох, якщо не всіх, недоліків автономних систем. Мережа є великим акумулятором зі 100% ККД, який може прийняти всі надлишки енергії.
Електрична мережа може бути як децентралізованою, так і локальною, утвореною дизельною електростанцією.
До складу ФЕС крім сонячних батарей входять:
- мережеві інвертори, які перетворюють постійний струм, що генерується сонячними панелями, на перемінний;
- контролери максимального відбору потужності із сонячних батарей;
- система моніторингу, що дає змогу відстежувати параметри робочого режиму сонячної електростанції;
- централізована мережа – лінія електропередавання, до якої приєднана електростанція;
- власні споживачі електроенергії (промислові чи побутові електроприлади).
Джерело: Електроустановки споживачів, № 3/оновлення/грудень/2021.