DOI 10.57112/22022-20
УДК 620.92
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
УДАЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Сташко Василий Иванович
Кузнецов Алексей Анатольевич
Аннотация:
В настоящее время актуальной является проблема технического присоединения к электрическим сетям удаленных потребителей электроэнергии небольшой мощности. Как правило, такие потребители располагаются на большом расстоянии от источников энергии или линий электропередачи, и потребляют относительно малую мощность от нескольких десятков Ватт до 15-20 кВт. Поэтому для электроснабжения таких потребителей приходится строить воздушные или кабельные линии, зачастую протяженностью в несколько километров и рабочим напряжением не ниже 10 кВ. Строительство таких систем электроснабжения не эффективно и с технической и с экономической точек зрения, а иногда и просто не возможно. Для решения данной проблемы в настоящее время широко используются бензиновые и дизельные генераторы или же обычные аккумуляторные батареи, которые требуют постоянной подзарядки. В данной статье рассматривается возможность использования солнечных батарей для построения систем для обеспечения электроэнергией удалённых потребителей небольшой мощности.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, электроснабжение удаленных потребителей, солнечная электростанция, солнечная батарея, микромощные источники питания.
В условиях больших территорий и малой плотности населения использование солнечных батарей позволяет решить задачу электрификации объектов, расположенных в сельской местности, которые находятся на значительном удалении от централизованной сети, подключение к которой является экономически невыгодным. В большинстве случаев такие объекты включают следующие типы потребителей:
– отдельно стоящие дома;
– оборудование и объекты общего использования (например, уличное освещение, школы, поликлиники и центры социальной защиты, культовые объекты, административные здания и т.д.) [1];
– объекты предпринимательской деятельности (например, фермерские хозяйства, мастерские, небольшие производства, объекты торговли и т. д.);
– специфические установки (например, общественные насосные станции, центры зарядки аккумуляторов) [2].
При эксплуатации дизельных генераторов имеются следующие недостатки: сложная схема доставки топлива, высокая стоимость эксплуатации.
Основные требования, предъявляемые к источникам питания удаленных объектов: высокая надежность в эксплуатации, техническое обслуживание должно проводиться не чаще одного раза в год, экономичность, безопасность.
Эффективным источником энергии для электроснабжения таких потребителей может выступать солнечная электростанция небольшой мощности.
Одним из плюсов солнечной электроэнергетики является то, что это один из возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ). В настоящее время многие страны начинают активно использовать возобновляемую энергетику, так как возобновляемые источники в природе находятся в естественном состоянии и их невозможно исчерпать. Благодаря существующим технологиям и бурному развитию солнечной энергетики в последние годы, становится возможным обеспечение не только труднодоступных регионов нашей страны стационарными собственными, а главное экологически чистыми и возобновляемыми источниками электрической энергии, но и отдельных потребителей электроэнергии [3].
Рассмотрим достоинства и недостатки солнечных батарей перед дизельными генераторами.
Преимущества солнечных батарей:
- высокая эффективность в солнечные дни;
- бесшумность работы (в отличие от генератора солнечная батарея не производит шума и вибрации);
- не требует обслуживания, долгий срок службы, также вероятность поломки крайне мала (вероятность поломки генератора намного выше, чем у солнечной батареи. Это связано с тем, что устройство генератора сложнее, чем у солнечной батареи, а значит вероятность отказа какой-либо детали намного выше);
- не оказывает негативного воздействия на окружающую среду (для работы дизельного генератора требуется топливо, которое при сжигании образует пары углекислого газа).
Недостатков у солнечных батарей не так много. Основными недостатками являются цена и условия работы (зависит от положения солнца). Если солнечные лучи не будут попадать под прямым углом на солнечные элементы, батарея будет выдавать мощность, менее номинальной. Впрочем, данная проблема решается путём использования специальных систем, которые в автоматическом режиме отслеживают положение солнца, выставляя оптимальный угол наклона (по горизонту и по азимуту), и тем самым, повышая эффективность солнечной электростанции [4]. Также отличительной особенностью солнечной батареи перед другими видами ВИЭ является то, что ее можно установить практически в любом месте.
По сравнению с традиционными способами энергоснабжения при использовании ВИЭ исключаются некоторые расходы и возможные неисправности: капитальные затраты по прокладке электрических сетей; снижаются потери в электрических сетях от 20 до 30 %; уменьшается до 80 % износ оборудования сетей и необходимая его реконструкция. Кроме того, традиционные способы присоединения к электрическим сетям могут потребовать значительного увеличения платы за подключение, что не исключает сбоев в энергоснабжении и низкого качества электроэнергии. В дополнение к перечисленному нельзя не учитывать и экологическую составляющую: загрязнение окружающей среды, выбросы CO2, ухудшение условий и качества жизни населения.
В данный момент во всём мире можно отметить активное развитие технологий солнечной энергетики, что непосредственным образом влияет на доступность солнечных батарей. К примеру, в настоящее время стоимость тонкоплёночных фотоэлементов третьего поколения составляет от $ 0,25 за 1 кВт. На рисунке 1 изображена кривая изменения цен на солнечные панели с 1976 года, где можно наблюдать равномерное снижение [5].
Китай в настоящее время является основным производителем солнечных батарей. Издержки в отрасли за последнее десятилетие сократились так сильно, что теперь солнечные панели во многих странах скоро станут более дешевым источником энергии, чем уголь.
Рисунок 1 – Изменение цена фотоэлемента за период с 1976 по 2022 годы
В этом году снижение цен было связано и с технологическими достижениями. Такими, например, как возможность LONGi уменьшить толщину пластин.
Все это создает благоприятные условия для питания удаленных объектов от ВИЭ, а именно от солнечных электростанций. Особенно это касается отдельных потребителей электроэнергии, расположенных преимущественно в сельской местности.
Вместе с тем, рациональное использование солнечной электростанции требует учёта множества факторов. Так, например, некоторые системы, использующие в качестве источника электроэнергии солнечную электростанцию, могут быть расположены вблизи централизованной сети, например, рядом с каким-либо населённым пунктом. В таком случае, например, целесообразно использовать так называемую сетевую солнечную систему, т.е. систему, работающую независимо, но, с возможностью отдавать излишки выработанной электроэнергии во внешнюю сеть. Такие системы могут стоить гораздо дешевле полностью автономных и не требуют аккумуляторных батарей, что приводит к упрощению системы и сокращению капитальных и прочих затрат в эксплуатации [6].
Список использованной литературы
1. Степанова, В. В. Интеллектуальные системы управления на примере уличного освещения / В. В. Степанова // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 156-160. – EDN DQHUCI.
2. Артюхов, И. И. Особенности построения гибридных солнечно-дизельных комплексов для автономного электроснабжения удаленных сельских районов / И. И. Артюхов, Г. Н. Тулепова, С. В. Молот // Вопросы электротехнологии. – 2019. – № 2(23). – С. 81-90. – EDN RTVKCB.
3. Жабин, Н. И. Солнечная энергия - энергия будущего / Н. И. Жабин, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 203-206. – EDN WFEQOJ.
4. Перфильева, А. А. Перспективы использования солнечных электростанций для электроснабжения объектов городской инфраструктуры / А. А. Перфильева // Молодежь - Барнаулу : Материалы XX городской научно-практической конференции молодых ученых, Барнаул, 05–12 ноября 2018 года / Главный редактор Ю. В. Анохин. – Барнаул: Алтайский государственный университет, 2019. – С. 391-392. – EDN QXBVMI.
5. Алехин, В. Н. Потенциал развития ВИЭ на территориях России с децентрализованным энергоснабжением / В. Н. Алехин, Е. П. Шароварова // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. – 2020. – № 5(221). – С. 54-55. – EDN VNFSFQ.
6. Пьянзина, Н. Н. Математическое моделирование фотоэлектрической установки для электрификации сельских районов / Н. Н. Пьянзина, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 272-278. – EDN RYYCFX.
Информация об авторах
Сташко В. И. – к.т.н., доцент, Кузнецов А. А. – студент группы 8Э(з)-01, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
-