Войти
| ||||
| Фотоэлектрические системы и компоненты:. Вверху: солнечная линия инвертор и другие компоненты BOS ·Солнечная батарея на крыше в Гонконге, Китай ·BIPV на балконе в Хельсинки, Финляндия. В центре: система на крыше в Бостоне, США · Westmill солнечный парк в Великобритании · Dual ось трекер с модулями CPV ·Topaz, одна из крупнейших солнечных электростанций в мире, вид из космоса. Внизу: коммерческая фотоэлектрическая система на крыше около 400 kWp ·Электростанция на горе. Комекура, Япония · Солнечная фотоэлектрическая система на Цугшпитце, на вершине самой высокой горы Германии |
A фотоэлектрическая система, также фотоэлектрическая система или солнечная энергосистема - это система питания, предназначенная для подачи полезной солнечной энергии с помощью фотоэлектрической энергии. Он состоит из нескольких компонентов, включая солнечные панели для поглощения и преобразования солнечного света в электричество, солнечный инвертор для преобразования выходной мощности из прямого в переменного тока, а также монтажные, кабели и другие электрические аксессуары для настройки рабочей системы. Он также может использовать систему слежения за солнцем для повышения общей производительности системы и включать интегрированное решение для аккумуляторов, поскольку ожидается снижение цен на устройства хранения. Строго говоря, солнечная батарея охватывает только ансамбль солнечных панелей, видимую часть фотоэлектрической системы, и не включает все остальное оборудование, часто обозначаемое как баланс системы ( BOS). Поскольку фотоэлектрические системы преобразуют свет непосредственно в электричество, их не следует путать с другими солнечными технологиями, такими как концентрированная солнечная энергия или солнечная тепловая энергия, используемые для отопления и охлаждения.
ФЭ-системы варьируются от небольших монтируемых на крыше или интегрированных в здание систем с мощностью от нескольких до нескольких десятков киловатт до крупных коммунальных сетей. электростанции масштаба в сотни мегаватт. В настоящее время большинство фотоэлектрических систем подключено к сети, в то время как автономные или автономные системы составляют небольшую часть рынка.
Работая бесшумно и без каких-либо движущихся частей или выбросов в окружающую среду, фотоэлектрические системы превратились из нишевых рыночных приложений в зрелую технологию, используемую для основного производства электроэнергии. Система на крыше окупает энергию, затраченную на ее производство и установку, в течение 0,7–2 лет и производит около 95 процентов чистой чистой возобновляемой энергии в течение 30-летнего срока службы.
Из-за роста фотоэлектрической энергии цены на фотоэлектрические системы быстро снизились с момента их появления. Однако они различаются в зависимости от рынка и размера системы. В 2014 году цены на бытовые 5-киловаттные системы в Соединенных Штатах составляли около 3,29 доллара за ватт, в то время как на сильно развитом немецком рынке цены на крышные системы мощностью до 100 кВт снизились. до 1,24 евро за ватт. В настоящее время солнечные фотоэлектрические модули составляют менее половины общей стоимости системы, а остальное приходится на оставшиеся компоненты BOS и мягкие затраты, которые включают привлечение клиентов, получение разрешений, инспектирование и подключение, затраты на монтажные работы и финансирование.
Схема возможных компонентов фотоэлектрическая система A фотоэлектрическая система преобразует солнечное излучение в форме света в полезное электричество. Он включает солнечную батарею и баланс компонентов системы. Фотоэлектрические системы можно разделить на категории по различным аспектам, например, подключенные к сети vs. автономные системы, системы, встроенные в здание, и системы, монтируемые в стойку, системы жилых домов и инженерные сети, распределенные, и централизованные системы, системы на крыше и на земле, системы слежения и системы с фиксированным наклоном, а также новые сконструированные и модернизированные системы. Другие различия могут включать: системы с микроинверторами и центральным инвертором, системы, использующие кристаллический кремний vs. тонкопленочная технология и системы с модулями китайских и европейских и американских производителей.
Около 99 процентов всех европейских и 90 процентов всех солнечных энергетических систем США подключены к электрической сети, в то время как автономные системы несколько более распространены в Австралии и Южной Корее. В фотоэлектрических системах редко используются аккумуляторные батареи. Это может измениться, поскольку государственные стимулы для распределенного хранения энергии будут реализованы, и инвестиции в решения для хранения постепенно станут экономически целесообразными для небольших систем. Типичная солнечная батарея в жилых помещениях монтируется в стойку на крыше, а не встраивается в крышу или фасад здания, что значительно дороже. Энергетические солнечные электростанции устанавливаются на земле, с фиксированными наклонными солнечными панелями, а не с использованием дорогостоящих устройств слежения. Кристаллический кремний является преобладающим материалом, используемым в 90 процентах солнечных модулей, производимых во всем мире, в то время как его конкурирующая тонкая пленка потеряла долю рынка. Около 70 процентов всех солнечных элементов и модулей производятся в Китае и Тайване, и только 5 процентов - европейскими и американскими производителями . Установленная мощность как для небольших систем на крыше, так и для крупных солнечных электростанций растет быстро и в равных долях, хотя есть заметная тенденция к системам коммунального масштаба, поскольку акцент на новых установках смещается из Европы в более солнечные регионы, такие как как Sunbelt в США, которые в меньшей степени противостоят наземным солнечным фермам, и инвесторы больше обращают внимание на рентабельность.
Движется за счет технологических достижений и увеличения производственных масштабов и Изощренность, стоимость фотоэлектрических элементов постоянно снижается. По всему миру распределено несколько миллионов фотоэлектрических систем, в основном в Европе, из них 1,4 миллиона систем только в Германии, а также в Северной Америке с 440 000 систем в Соединенных Штатах. Эффективность преобразования энергии обычного солнечного модуля увеличилась с 15 до 20 процентов с 2004 года, а фотоэлектрическая система окупает энергию, необходимую для ее производства, примерно за 2 года. В исключительно облученных местах или при использовании тонкопленочной технологии так называемый срок окупаемости энергии уменьшается до одного года или менее. Чистый учет и финансовые стимулы, такие как льготные Зеленые тарифы на электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями, также в значительной степени поддержали установку фотоэлектрических систем во многих странах. приведенная стоимость электроэнергии крупномасштабных фотоэлектрических систем стала конкурентоспособной с традиционными источниками электроэнергии в расширяющемся списке географических регионов, а сетевой паритет был достигнут примерно в 30 различных странах.
По состоянию на 2015 год быстрорастущий глобальный рынок фотоэлектрических систем быстро приближается к отметке 200 ГВт - примерно в 40 раз больше установленной мощности в 2006 году. В настоящее время эти системы обеспечивают около 1 процента мировой электроэнергии. поколение. Лучшие установщики фотоэлектрических систем с точки зрения мощности в настоящее время - это Китай, Япония и США, в то время как половина мировых мощностей установлена в Европе, а Германия и Италия обеспечивают от 7% до 8% их соответствующих внутренних мощностей. потребление электроэнергии с солнечными панелями. Международное энергетическое агентство ожидает, что солнечная энергия станет крупнейшим источником электроэнергии в мире к 2050 году, при этом солнечная фотоэлектрическая энергия и концентрированная солнечная тепловая энергия будут обеспечивать 16% и 11% мирового спроса соответственно.
Схема типичной фотоэлектрической системы жилого дома Система, подключенная к сети, подключена к более крупной независимой сети (как правило, к электросети общего пользования) и подает энергию непосредственно в сеть. Эта энергия может совместно использоваться жилым или коммерческим зданием до или после точки измерения выручки, в зависимости от того, рассчитывается ли зачисленная выработка энергии независимо от потребления энергии потребителем (зеленый тариф ) или только от разница в энергии (чистый учет ). Эти системы различаются по размеру от жилых (2–10 кВт p) до солнечных электростанций (до 10 МВт p). Это форма децентрализованного производства электроэнергии. Подача электроэнергии в сеть требует преобразования постоянного тока в переменный с помощью специального синхронизирующего сетевого инвертора. В установках мощностью в киловатт напряжение системы на стороне постоянного тока должно быть максимально допустимым (обычно 1000 В, кроме 600 В в жилых помещениях США) для ограничения омических потерь. Большинство модулей (60 или 72 элемента из кристаллического кремния) вырабатывают от 160 до 300 Вт при 36 вольт. Иногда необходимо или желательно соединять модули частично параллельно, а не все последовательно. Отдельный набор модулей, соединенных последовательно, называется «цепочкой».
Фотоэлектрические системы обычно делятся на три отдельных рыночных сегмента: жилые крыши, коммерческие крыши и наземные. -монтировать инженерные системы. Их мощность варьируется от нескольких киловатт до сотен мегаватт. Типичная жилая система составляет около 10 киловатт и устанавливается на наклонной крыше, в то время как коммерческие системы могут достигать мегаваттного уровня и обычно устанавливаются на пологих или даже плоских крышах. Хотя системы, устанавливаемые на крыше, имеют небольшие размеры и имеют более высокую стоимость ватта, чем крупные системы коммунального обслуживания, они составляют самую большую долю на рынке. Тем не менее, наблюдается растущая тенденция к созданию более крупных электростанций коммунального масштаба, особенно в "солнечном" регионе планеты.
Перовский солнечный парк в Украине 
Крышная система около Бостон, США. 
BAPV стена недалеко от Барселоны, Испания Неопределенности в доходах с течением времени в основном связаны с оценкой солнечного ресурса и производительностью самой системы. В лучшем случае неопределенности обычно составляют 4% для межгодовой изменчивости климата, 5% для оценки солнечных ресурсов (в горизонтальной плоскости), 3% для оценки облучения в плоскости массива, 3% для мощности рейтинг модулей, 2% для потерь из-за грязи и загрязнения, 1,5% для потерь из-за снега и 5% для других источников ошибок. Выявление управляемых потерь и реагирование на них имеет решающее значение для выручки и эффективности эксплуатации и технического обслуживания. Мониторинг производительности массива может быть частью договорных соглашений между владельцем массива, строителем и коммунальным предприятием, покупающим произведенную энергию. Метод создания «синтетических дней» с использованием доступных погодных данных и проверки с использованием Open Solar Outdoor Test Field позволяет прогнозировать работу фотоэлектрических систем с высокой степенью точности. Затем этот метод можно использовать для определения механизмов потерь в локальном масштабе, например, из-за снега или влияния поверхностных покрытий (например, гидрофобных или гидрофильных ) на загрязнение или снегопад. (Хотя в условиях сильного снегопада с серьезными помехами от грунта могут быть ежегодные потери от снега до 30%.) Доступ к Интернету позволил еще больше улучшить мониторинг энергии и связь. Выделенные системы доступны от ряда поставщиков. Для солнечных фотоэлектрических систем, в которых используются микроинверторы (преобразование постоянного тока в переменный на уровне панели), данные о мощности модуля предоставляются автоматически. Некоторые системы позволяют настраивать предупреждения о производительности, которые вызывают предупреждения по телефону / электронной почте / тексту при достижении пределов. Эти решения предоставляют данные для владельца системы и установщика. Установщики могут удаленно контролировать несколько установок и с первого взгляда видеть статус всей установленной базы.
баланс системы компонентов фотоэлектрической системы ( BOS) уравновешивают энергогенерирующую подсистему солнечной батареи (левая сторона) с энергопотребляющей стороной бытовых устройств переменного тока и энергосистемой (правая сторона). Фотогальваническая система для жилых, коммерческих или промышленных Энергоснабжение состоит из солнечной батареи и ряда компонентов, которые часто суммируются как баланс системы (BOS). Этот термин является синонимом «Остаток завода » q.v. Компоненты BOS включают оборудование для регулирования мощности и конструкции для монтажа, как правило, один или несколько преобразователей мощности постоянного тока в переменного тока, также известных как инверторы, устройство накопления энергии, стеллажную систему, которая поддерживает солнечная батарея, электрическая проводка и соединения, а также монтаж для других компонентов.
Необязательно, баланс системы может включать любое или все из следующего: коммерческий счетчик, трекер максимальной мощности (MPPT), аккумулятор система и зарядное устройство, GPS солнечный трекер, программное обеспечение для управления энергией, датчики солнечного излучения, анемометр, или специальные аксессуары, разработанные для удовлетворения особых требований владельца системы. Кроме того, система CPV требует оптических линз или зеркал, а иногда и системы охлаждения.
Термины «солнечная батарея» и «фотоэлектрическая система» часто неправильно используются как синонимы, несмотря на то, что солнечная батарея не охватывает всю систему. Более того, «солнечная панель» часто используется как синоним «солнечного модуля», хотя панель состоит из цепочки из нескольких модулей. Термин «солнечная система » также часто используется неправильным употреблением для фотоэлектрической системы.
Солнечная батарея с фиксированным наклоном из кристаллических кремниевых панелей в Кентербери, Нью-Гэмпшир, США 
Солнечная батарея солнечная ферма с несколькими тысячами солнечных модулей на острове Майорка, Испания Строительными блоками фотоэлектрической системы являются солнечные батареи. Солнечный элемент - это электрическое устройство, которое может напрямую преобразовывать энергию фотонов в электричество. Существует три технологических поколения солнечных элементов: первое поколение (1G) кристаллических кремниевых элементов (c-Si), второе поколение (2G) тонкопленочных элементов (например, как CdTe, CIGS, Аморфный кремний и GaAs ), и третье поколение (3G) органических, сенсибилизированные красителем, перовскитовые и многопереходные элементы.
Обычные c-Si солнечные элементы, обычно подключенные к серии, заключены в солнечный модуль для защиты от непогоды. Модуль состоит из закаленного стекла в качестве крышки, мягкого и гибкого герметика, заднего листа из атмосферостойкого и огнестойкого материала и алюминиевой рамы. по внешнему краю. Электрически связанные и установленные на несущей конструкции солнечные модули образуют цепочку модулей, часто называемую солнечной панелью. Солнечная батарея состоит из одной или нескольких таких панелей. Фотоэлектрическая батарея, или солнечная батарея, представляет собой связанный набор солнечных модулей. Мощность, которую может производить один модуль, редко бывает достаточной для удовлетворения требований дома или бизнеса, поэтому модули соединяются вместе, образуя массив. В большинстве фотоэлектрических массивов используется инвертор для преобразования мощности постоянного тока, производимой модулями, в переменный ток, который может питать светильники, двигатели и другие нагрузки. Модули в фотоэлектрической матрице обычно сначала подключаются к серии для получения желаемого напряжения ; затем отдельные цепочки соединяются параллельно, чтобы позволить системе производить больше тока. Солнечные панели обычно измеряются в условиях STC (стандартные условия испытаний) или PTC (условия испытаний PVUSA) в ваттах. Типичные характеристики панели варьируются от менее 100 Вт до более 400 Вт. Рейтинг массива состоит из суммы рейтингов панели в ваттах, киловаттах или мегаваттах.
Типичный 150-ваттный фотоэлектрический модуль имеет размер около квадратного метра. Можно ожидать, что такой модуль будет производить 0,75 киловатт-час (кВтч) каждый день, в среднем, с учетом погоды и широты, при инсоляции 5 солнечных часов в день. Мощность и срок службы модуля снизились из-за повышения температуры. Позволяя окружающему воздуху проходить через фотоэлектрические модули и, если возможно, позади них, эта проблема решается. Эффективный срок службы модуля обычно составляет 25 лет и более. Срок окупаемости инвестиций в фотоэлектрическую солнечную установку сильно различается и обычно менее полезен, чем расчет рентабельности инвестиций. Хотя обычно он составляет от 10 до 20 лет, период финансовой окупаемости может быть намного короче при наличии льгот.
Из-за низкого напряжения отдельного солнечного элемента (обычно прибл. 0,5 В), несколько ячеек соединены проводом (см. Также медь, используемую в фотоэлектрических системах ) последовательно при производстве «ламината». Из ламината собирается защитный кожух, устойчивый к атмосферным воздействиям, в результате чего получается фотоэлектрический модуль или солнечная панель. Затем модули могут быть объединены в фотоэлектрическую матрицу. В 2012 году доступные для потребителей солнечные панели имеют КПД примерно до 17%, в то время как коммерчески доступные панели могут достигать 27%. Было зарегистрировано, что группа из Института систем солнечной энергии им. Фраунгофера создала элемент, эффективность которого может достигать 44,7%, что делает надежды ученых на достижение порога эффективности в 50% намного более реальными.
Выходной электрический сигнал фотоэлектрического элемента чрезвычайно чувствителен к затенению. Когда даже небольшая часть ячейки, модуля или массива затенена, а остальная часть находится на солнечном свете, выходная мощность резко падает из-за внутреннего `` короткого замыкания '' (движение электронов в обратном направлении через затененную часть pn соединение ). Если ток, потребляемый последовательной цепочкой ячеек, не превышает ток, который может быть произведен заштрихованной ячейкой, ток (и, следовательно, мощность), развиваемый цепочкой, ограничивается. Если от других ячеек в цепочке доступно достаточное напряжение, ток будет проходить через ячейку, разрушая переход в заштрихованной части. Это напряжение пробоя в обычных элементах составляет от 10 до 30 вольт. Вместо того, чтобы увеличивать мощность, производимую панелью, затемненный элемент поглощает энергию, превращая ее в тепло. Поскольку обратное напряжение затененной ячейки намного больше, чем прямое напряжение освещенной ячейки, одна заштрихованная ячейка может поглощать энергию многих других ячеек в цепочке, непропорционально влияя на выход панели. Например, затененный элемент может упасть на 8 вольт вместо добавления 0,5 вольт при определенном уровне тока, тем самым поглощая мощность, производимую 16 другими элементами. Таким образом, важно, чтобы фотоэлектрическая установка не была в тени деревьев или других препятствий.
Было разработано несколько методов для определения потерь затенения от деревьев в фотоэлектрических системах в обеих больших регионах с использованием LiDAR, но также на уровне отдельной системы с использованием sketchup. Большинство модулей имеют обходные диоды между каждой ячейкой или цепочкой ячеек, которые минимизируют эффекты затенения и теряют мощность только затененной части массива. Основная задача обходного диода - устранять горячие точки, которые образуются на ячейках, которые могут вызвать дальнейшее повреждение массива и вызвать возгорание. Солнечный свет может поглощаться пылью, снегом или другими загрязнениями на поверхности модуля. Это может уменьшить свет, падающий на клетки. В целом эти совокупные потери за год невелики даже для мест в Канаде. Поддержание чистой поверхности модуля увеличит выходные характеристики в течение всего срока службы модуля. Google обнаружил, что очистка плоских солнечных панелей через 15 месяцев увеличила их производительность почти на 100%, но что 5% наклонных панелей были адекватно очищены дождевой водой.
Глобальный солнечный ресурс Солнечная инсоляция состоит из прямого, диффузного и отраженного излучения. Коэффициент поглощения фотоэлемента определяется как доля падающего солнечного излучения, которое поглощается этим элементом. В полдень в безоблачный день на экваторе мощность солнца на поверхности Земли составляет около 1 кВт / м² в плоскости, перпендикулярной солнечным лучам. Таким образом, фотоэлектрические массивы могут отслеживать солнце в течение каждого дня, чтобы значительно улучшить сбор энергии. Однако устройства слежения увеличивают стоимость и требуют технического обслуживания, поэтому для фотоэлектрических массивов чаще используются фиксированные крепления, которые наклоняют массив и обращены лицом солнечного полудня (примерно на юг в Северном полушарии или на север в Южное полушарие). Угол наклона от горизонтали можно изменять в зависимости от сезона, но, если он фиксирован, его следует установить так, чтобы обеспечить оптимальную мощность массива в течение периода пикового потребления электроэнергии в течение типичного года для автономной системы. Этот оптимальный угол наклона модуля не обязательно идентичен углу наклона для максимальной годовой выработки энергии антенной решетки. Оптимизация фотоэлектрической системы для конкретной среды может быть затруднена, поскольку необходимо учитывать вопросы солнечного потока, загрязнения и потерь снега. Кроме того, более поздние работы показали, что спектральные эффекты могут играть роль в выборе оптимального фотоэлектрического материала. Например, спектральное альбедо может играть важную роль на выходе в зависимости от поверхности вокруг фотоэлектрической системы и типа материала солнечного элемента. Для погоды и широт США и Европы типичная инсоляция колеблется от 4 кВтч / м² / день в северных странах до 6,5 кВтч / м² / день в самых солнечных регионах. Фотогальваническая установка в северных широтах Европы или Соединенных Штатов может рассчитывать на выработку 1 кВтч / м² / день. Типичная фотоэлектрическая установка мощностью 1 кВт в Австралии или южных широтах Европы или США может производить 3,5–5 кВтч в день, в зависимости от местоположения, ориентации, наклона, инсоляции и других факторов. В пустыне Сахара, с меньшим облачным покровом и лучшим солнечным углом, в идеале можно было бы получить около 8,3 кВтч / м² / день, при условии, что почти всегда присутствующий ветер не дует песком на агрегаты. Площадь пустыни Сахара составляет более 9 миллионов км². 90 600 км², или около 1%, могут произвести столько же электроэнергии, сколько все электростанции мира вместе взятые.
23-летняя наземная фотоэлектрическая система 1980-х годов на Северный Фризский остров, Германия. Эффективность преобразования модулей составила всего 12%. Модули собираются в массивы на какой-то системе крепления, которую можно классифицировать как крепление на земле, на крыше или на столб. Для солнечных парков большая стойка устанавливается на земле, а модули - на стойке. Для зданий было разработано множество различных стеллажей для скатных крыш. Для плоских крыш используются стеллажи, урны и строительные комплексные решения. Стойки для солнечных панелей, установленные на опорах, могут быть стационарными или подвижными, см. Трекеры ниже. Крепление сбоку на опоре подходит для ситуаций, когда на опоре есть что-то еще установленное на ее вершине, например, осветительный прибор или антенна. Монтаж на опоре поднимает то, что в противном случае было бы наземным массивом над тенями от сорняков и домашним скотом, и может удовлетворять требованиям электрических норм в отношении недоступности открытой проводки. Панели, установленные на столбах, открыты для большего количества охлаждающего воздуха на их нижней стороне, что увеличивает производительность. Множество стоек с опорой можно превратить в навес для парковки или другую затененную конструкцию. Стойка, которая не следует за солнцем слева направо, может допускать сезонную корректировку вверх или вниз.
Из-за того, что солнечные кабели используются на открытом воздухе, они обладают устойчивостью к УФ излучению и чрезвычайно высоким температурным колебаниям и обычно не подвержены влиянию по погоде. Стандарты, определяющие использование электропроводки в фотоэлектрических системах, включают IEC 60364 Международной электротехнической комиссии в разделе 712 «Солнечные фотоэлектрические (PV) системы электроснабжения. », британский стандарт BS 7671, включающий правила, относящиеся к микрогенерации и фотоэлектрические системы, и стандарт США UL4703 в теме 4703« Фотоэлектрические провода ».
Модель 1998 года пассивного солнечного трекера, вид снизу. A Солнечная система отслеживания наклоняет солнечную панель в течение дня. В зависимости от типа системы слежения панель направлена либо прямо на солнце, либо на самую яркую область частично затененного неба. Трекеры значительно повышают производительность ранним утром и ближе к вечеру, увеличивая общее количество энергии, производимой системой примерно на 20-25% для одноосного трекера и примерно на 30% или более для двухосного трекера, в зависимости от широты. Трекеры эффективны в регионах, которые получают большую часть солнечного света напрямую. В рассеянном свете (например, под облаком или туманом) отслеживание не имеет значения или не имеет большого значения. Поскольку большинство концентрированных фотоэлектрических систем очень чувствительны к углу солнечного света, системы слежения позволяют им вырабатывать полезную мощность в течение более короткого периода времени каждый день. Системы отслеживания повышают производительность по двум основным причинам. Во-первых, когда солнечная панель расположена перпендикулярно солнечному свету, она получает больше света на своей поверхности, чем если бы она находилась под углом. Во-вторых, прямой свет используется более эффективно, чем угловой. Специальные антибликовые покрытия могут повысить эффективность солнечных панелей для прямого и углового света, несколько снижая эффективность отслеживания.
Трекеры и датчики для оптимизации производительности часто рассматриваются как дополнительные, но они может увеличить урожайность до 45%. В массивах, мощность которых приближается к мегаватту или превышает его, часто используются солнечные трекеры. Учитывая облака и тот факт, что большая часть мира находится не на экваторе и что солнце садится вечером, правильным показателем солнечной энергии является инсоляция - среднее количество киловатт-часов на квадрат. метр в сутки. Для погодных условий и широт США и Европы типичная инсоляция колеблется от 2,26 кВтч / м² / день в северных регионах до 5,61 кВтч / м² / день в самых солнечных регионах.
Для больших систем экономия энергии с помощью систем слежения можно перевесить добавленную сложность. Для очень больших систем дополнительное обслуживание отслеживания является существенным недостатком. Отслеживание не требуется для плоских панелей и фотоэлектрических систем с низкой концентрацией . Для фотоэлектрических систем с высокой концентрацией требуется двухосное отслеживание. Ценовые тенденции влияют на баланс между добавлением большего количества стационарных солнечных панелей и меньшим количеством отслеживаемых панелей.
По мере повышения цен, надежности и производительности одноосных трекеров, системы устанавливаются в все больший процент проектов коммунального масштаба. Согласно данным WoodMackenzie / GTM Research, мировые поставки солнечных трекеров достигли рекордных 14,5 гигаватт в 2017 году. Это представляет собой рост на 32 процента по сравнению с прошлым годом, с аналогичным или большим ростом, прогнозируемым по мере ускорения масштабного развертывания солнечной энергии.
Центральный инвертор с разъединителями переменного и постоянного тока (сбоку), шлюзом мониторинга, изоляцией трансформатора и интерактивным ЖК-дисплеем. 
Строковый инвертор (слева), счетчик электроэнергии и разъединитель переменного тока (справа). Современная установка 2013 года в Вермонте, США. Системы, предназначенные для подачи переменного тока (AC), такие как сетевые приложения, нуждаются в инверторе для преобразования постоянного тока (DC) от солнечных модулей в переменный ток. Инверторы, подключенные к сети, должны подавать электроэнергию переменного тока в синусоидальной форме, синхронизированную с частотой сети, ограничивать питающее напряжение до уровня, не превышающего напряжение сети, и отключаться от сети, если напряжение сети отключено. Изолированным инверторам нужно только создавать регулируемые напряжения и частоты синусоидальной формы, поскольку не требуется никакой синхронизации или координации с электросетью.
A солнечный инвертор может подключаться к цепочке солнечных панелей. В некоторых установках солнечный микроинвертор подключен к каждой солнечной панели. По соображениям безопасности автоматический выключатель предусмотрен как на стороне переменного, так и на стороне постоянного тока, чтобы обеспечить техническое обслуживание. Выход переменного тока может быть подключен через счетчик электроэнергии в сеть общего пользования. Количество модулей в системе определяет общую мощность постоянного тока, которую может генерировать солнечная батарея; однако в конечном итоге инвертор определяет количество ватт переменного тока, которое может быть распределено для потребления. Например, фотоэлектрическая система, состоящая из фотоэлектрических модулей мощностью 11 киловатт постоянного тока (кВт постоянного тока), соединенных с одним инвертором мощностью 10 киловатт переменного тока (кВт переменного тока), будет ограничена мощностью инвертора 10 кВт. По состоянию на 2019 год эффективность преобразования для современных преобразователей достигла более 98 процентов. В то время как струнные инверторы используются в фотоэлектрических системах жилых и средних коммерческих, центральные инверторы охватывают большой коммерческий рынок и рынок коммунальных услуг. Доля рынка центральных и цепных инверторов составляет около 36 процентов и 61 процент, соответственно, и менее 2 процентов для микро-инверторов.
Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) - это метод, который инверторы, подключенные к сети, используют для получить максимально возможную мощность от фотоэлектрической батареи. Для этого система MPPT инвертора в цифровом виде производит замеры постоянно меняющейся выходной мощности солнечной батареи и применяет соответствующее сопротивление, чтобы найти оптимальную точку максимальной мощности.
Защита от изолирования - это защитный механизм для немедленного отключения инвертор, предотвращая его генерацию переменного тока, когда подключение к нагрузке больше не существует. Так бывает, например, при отключении электроэнергии. Без этой защиты линия питания превратилась бы в «остров» с мощностью, окруженный «морем» обесточенных линий, поскольку солнечная батарея продолжает подавать мощность постоянного тока во время отключения электроэнергии. Островки представляют опасность для коммунальных служб, которые могут не осознавать, что цепь переменного тока все еще находится под напряжением, и могут препятствовать автоматическому повторному подключению устройств. Функция Anti-Islanding не требуется для полных автономных систем.
| Тип | Мощность | КПД | Рынок. Доля | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Строковый инвертор | до 150 кВт p | 98% | 61,6% | Стоимость 0,05-0,17 евро за пиковый ватт. Легко заменить. |
| Центральный инвертор | более 80 кВт p | 98,5% | 36,7% | 0,04 евро за пиковую мощность. Высокая надежность. Часто продается вместе с сервисным контрактом. |
| Микроинвертор | диапазон мощности модуля | 90% –97% | 1,7% | 0,29 евро за пиковую мощность. Проблемы, связанные с простотой замены. |
| DC / DC преобразователь. (Оптимизатор мощности ) | диапазон мощности модуля | 99,5% | 5,1% | 0,08 евро за пиковый ватт. Проблемы, связанные с простотой замены. Инвертор еще нужен. |
| Источник: данные IHS Markit 2020, комментарии Fraunhofer ISE 2020, из: Photovoltaics Report 2020, p. 39, PDF. Примечания: показаны наилучшие показатели эффективности, рыночная доля и стоимость ватта оценены, кВт p = килограмм пиковый ватт, общая доля рынка превышает 100% потому что преобразователи постоянного / постоянного тока должны работать в паре с цепными инверторами | ||||
Al хотя они все еще дороги, фотоэлектрические системы все чаще используют перезаряжаемые батареи для хранения излишков, которые впоследствии могут быть использованы ночью. Батареи, используемые для хранения в сети, также стабилизируют электрическую сеть за счет выравнивания пиковых нагрузок и играют важную роль в интеллектуальной сети, поскольку они могут заряжаться в периоды низкого спроса и передавать накопленную энергию в сеть, когда спрос высок.
Стандартные аккумуляторные технологии, используемые в сегодняшних фотоэлектрических системах, включают свинцово-кислотную батарею с регулируемым клапаном - модифицированную версию обычной свинцово-кислотной батареи, никель - кадмиевые и литий-ионные батареи. По сравнению с другими типами свинцово-кислотные батареи имеют более короткий срок службы и более низкую плотность энергии. Однако из-за их высокой надежности, низкого саморазряда, а также низких капиталовложений и затрат на обслуживание, они в настоящее время являются преобладающей технологией, используемой в небольших домашних фотоэлектрических системах, поскольку литий-ионные батареи все еще разрабатываются и примерно в 3,5 раза больше. дороже свинцово-кислотных аккумуляторов. Кроме того, поскольку накопители для фотоэлектрических систем являются стационарными, более низкая плотность энергии и мощности и, следовательно, больший вес свинцово-кислотных аккумуляторов не так важны, как, например, в электротранспорте Другие аккумуляторные батареи, рассматриваемые для распределенных Фотоэлектрические системы включают натрий-серные и ванадиевые окислительно-восстановительные батареи, два известных типа солевой расплав и проточные батареи, соответственно. В 2015 году Tesla Motors выпустила Powerwall, перезаряжаемую литий-ионную батарею с целью революционизировать энергопотребление.
Фотоэлектрическим системам со встроенным аккумуляторным решением также необходим контроллер заряда , поскольку изменяющееся напряжение и ток солнечной батареи требуют постоянной регулировки, чтобы предотвратить повреждение от перезарядки. Базовые контроллеры заряда могут просто включать и выключать фотоэлектрические панели или могут измерять импульсы энергии по мере необходимости, стратегия, называемая ШИМ или широтно-импульсной модуляцией. Более совершенные контроллеры заряда будут включать логику MPPT в свои алгоритмы зарядки аккумуляторов. Контроллеры заряда могут также отвлекать энергию на другие цели, кроме зарядки аккумулятора. Вместо того, чтобы просто отключать бесплатную фотоэлектрическую энергию, когда она не нужна, пользователь может выбрать нагрев воздуха или воды после полной зарядки аккумулятора.
Измеритель должен иметь возможность накапливать единицы энергии в обоих направлениях, в противном случае необходимо использовать два счетчика. Многие счетчики накапливают энергию в двух направлениях, в некоторых системах используется два счетчика, но однонаправленный счетчик (с фиксатором) не будет накапливать энергию от любой результирующей подачи в сеть. В некоторых странах для установок более 30 kWp требуется датчик частоты и напряжения с отключением всех фаз. Это делается там, где вырабатывается больше солнечной энергии, чем может обеспечить коммунальное предприятие, а излишки не могут быть экспортированы или сохранены. Операторы сетей исторически должны были обеспечивать линии передачи и генерирующие мощности. Теперь им нужно также предоставить хранилище. Обычно это гидроаккумулятор, но используются и другие средства хранения. Первоначально хранилище использовалось для того, чтобы генераторы базовой нагрузки могли работать на полную мощность. При использовании переменной возобновляемой энергии требуется накопитель, позволяющий производить электроэнергию, когда она доступна, и потребление, когда это необходимо.
Канадский счетчик электроэнергии Две переменные, которые есть у оператора сети: хранение электроэнергии на время, когда она нужна, или передача ее туда, где она нужна. Если оба из них выходят из строя, установки мощностью более 30 кВт могут автоматически отключаться, хотя на практике все инверторы поддерживают регулирование напряжения и прекращают подачу питания, если нагрузка недостаточна. Сетевые операторы имеют возможность сократить избыточную генерацию из больших систем, хотя это чаще делается с помощью энергии ветра, чем солнечной энергии, и приводит к значительной потере доходов. Трехфазные инверторы имеют уникальную возможность подавать реактивную мощность, которая может быть полезной при согласовании требований к нагрузке.
Фотоэлектрические системы необходимо контролировать, чтобы обнаруживать поломки и оптимизировать работу. Существует несколько стратегий фотоэлектрического мониторинга в зависимости от мощности установки и ее характера. Мониторинг может осуществляться на месте или удаленно. Он может только измерять производство, получать все данные с инвертора или получать все данные с коммуникационного оборудования (зонды, счетчики и т. Д.). Инструменты мониторинга могут быть предназначены только для наблюдения или предлагать дополнительные функции. Отдельные инверторы и контроллеры заряда аккумуляторов могут включать мониторинг с использованием протоколов и программного обеспечения производителя. Измерение энергии инвертора может иметь ограниченную точность и не подходить для коммерческого учета. Сторонняя система сбора данных может контролировать несколько инверторов, используя протоколы производителя инверторов, а также получать информацию о погоде. Независимые интеллектуальные счетчики могут измерять общее производство энергии системой солнечных батарей. Отдельные меры, такие как анализ спутниковых изображений или измеритель солнечной радиации (пиранометр ), могут использоваться для оценки общей инсоляции для сравнения. Данные, собранные из системы мониторинга, могут отображаться удаленно через всемирную паутину, например, OSOTF.
В этот раздел включены системы, которые либо являются узкоспециализированными и необычными, либо все еще являются новыми технологиями. с ограниченным значением. Однако автономные или автономные системы занимают особое место. Они были наиболее распространенным типом систем в 1980-х и 1990-х годах, когда фотоэлектрические технологии все еще были очень дорогими и представляли собой чистую нишу на рынке небольших приложений. Только там, где не было электросети, они были экономически жизнеспособными. Хотя новые автономные системы все еще внедряются по всему миру, их вклад в общую установленную мощность фотоэлектрических систем уменьшается. В Европе автономные системы составляют 1 процент установленной мощности. В США они составляют около 10 процентов. Автономные системы по-прежнему распространены в Австралии и Южной Корее, а также во многих развивающихся странах.
Фотоэлектрические концентраторы (CPV) в Каталонии, Испании В системах фотоэлектрических концентраторов (CPV) и фотоэлектрических систем с высоким концентратором (HCPV) используются оптические линзы или изогнутые зеркала для концентрации солнечного света на небольших, но высокоэффективных солнечных элементах. Помимо концентрирующей оптики, системы CPV иногда используют солнечные трекеры и системы охлаждения и стоят дороже.
В первую очередь системы HCPV лучше всего подходят для мест с высокой солнечной радиацией, концентрирующей солнечный свет до 400 и более раз, с эффективностью на 24–28 процентов, превышающей эффективность обычных систем. Коммерчески доступны различные конструкции систем, но они не очень распространены. Однако исследования и разработки продолжаются.
CPV часто путают с CSP (концентрированной солнечной энергией ), в которой не используется фотоэлектрическая энергия. Обе технологии предпочитают места, которые получают много солнечного света и напрямую конкурируют друг с другом.
A гибридная ветро-солнечная фотоэлектрическая система Гибридная система объединяет фотоэлектрическую энергию с другими формами генерации, обычно с дизельным генератором. Также используется биогаз. Другая форма генерации может быть типом, способным модулировать выходную мощность в зависимости от спроса. Однако можно использовать более одного возобновляемого вида энергии, например ветер. Фотогальваническая выработка энергии служит для сокращения потребления невозобновляемого топлива. Гибридные системы чаще всего встречаются на островах. Остров Пеллворм в Германии и остров Кифнос в Греции - известные примеры (оба сочетаются с ветром). Завод Китнос сократил потребление дизельного топлива на 11,2%.
В 2015 году тематическое исследование, проведенное в семи странах, показало, что во всех случаях затраты на производство могут быть сокращены путем гибридизации мини-сетей и изолированных сетей. Однако затраты на финансирование таких гибридов имеют решающее значение и во многом зависят от структуры собственности электростанции. Хотя снижение затрат для государственных коммунальных предприятий может быть значительным, исследование также показало, что экономические выгоды незначительны или даже отрицательны для коммунальных предприятий, не являющихся коммунальными предприятиями, например, независимых производителей электроэнергии.
. Также была проведена работа, показывающая, что фотоэлектрические системы предел проникновения может быть увеличен путем развертывания распределенной сети гибридных систем PV + CHP в США. Было проанализировано временное распределение требований к солнечному потоку, электричеству и отоплению для типичных жилых домов в США, и результаты ясно показывают, что гибридизация CHP с PV может позволить дополнительное развертывание фотоэлектрических систем сверх того, что возможно с помощью традиционной централизованной системы выработки электроэнергии. Эта теория была подтверждена численным моделированием с использованием посекундных данных солнечного потока, чтобы определить, что необходимая резервная батарея для обеспечения такой гибридной системы возможна с относительно небольшими и недорогими системами батарей. Кроме того, для институциональных зданий возможны большие системы PV + CHP, которые снова обеспечивают резервное копирование для прерывистых PV и сокращают время работы ТЭЦ.
Плавающие солнечные батареи - это фотоэлектрические системы, которые плавают на поверхности резервуаров с питьевой водой, карьерных озер, оросительные каналы или рекультивационные и хвостохранилища. Эти системы называются «флоатовольтаикой», когда они используются только для производства электроэнергии, или «аквавольтаикой», когда такие системы используются для синергетического улучшения аквакультуры. Небольшое количество таких систем существует во Франции, Индии, Японии, Южной Корее, Соединенном Королевстве, Сингапуре и Соединенных Штатах.
Считается, что эти системы имеют преимущества перед фотовольтаикой на суше. Стоимость земли дороже, а для сооружений, построенных на водоемах, не используемых для отдыха, меньше норм и правил. В отличие от большинства наземных солнечных электростанций, плавающие массивы могут быть незаметными, поскольку они скрыты от общественности. Они достигают более высокой эффективности, чем солнечные фотоэлектрические панели на суше, потому что вода охлаждает панели. Панели имеют специальное покрытие для предотвращения ржавчины или коррозии.
В мае 2008 года на винодельне Far Niente в Оквилле, штат Калифорния, была внедрена первая в мире поплавковая электрическая система, установив 994 солнечных фотоэлектрических модуля общей мощностью 477 кВт. на 130 понтонов и сплавляя их по ирригационному пруду винодельни. Основное преимущество такой системы состоит в том, что она избавляет от необходимости жертвовать ценной земельной площадью, которую можно было бы использовать для других целей. В случае с винодельней Far Niente она сэкономила 0,75 акра (0,30 га), которые потребовались бы для наземной системы. Еще одним преимуществом поплавковой вольтаической системы является то, что панели хранятся при более низкой температуре, чем на суше, что приводит к более высокой эффективности преобразования солнечной энергии. Плавающая фотоэлектрическая матрица также снижает количество воды, теряемой из-за испарения, и препятствует росту водорослей.
Начинают строиться плавучие фотоэлектрические фермы промышленного масштаба. Многонациональный производитель электроники и керамики Kyocera построит крупнейшую в мире ферму мощностью 13,4 МВт на водохранилище над плотиной Ямакура в префектуре Тиба с использованием 50 000 солнечных батарей. Устойчивые к соленой воде плавучие фермы также рассматриваются для использования в океане с экспериментами в Таиланде. Самый крупный проект, о котором было объявлено на данный момент, - это электростанция мощностью 350 МВт в районе Амазонки в Бразилии.
Сети постоянного тока используются в транспорте с электроприводом: железнодорожные трамваи и троллейбусы. Было построено несколько экспериментальных заводов для таких применений, например, трамвайные депо в Ганновере, Лейнхаузен, с использованием фотоэлектрических источников, и в Женеве (Bachet de Pesay). Станция мощностью 150 кВт p в Женеве подает 600 В постоянного тока непосредственно в сеть трамвая / троллейбуса, тогда как раньше она обеспечивала около 15% электроэнергии при открытии в 1999 году.
Изолированная горная хижина в Каталонии, Испания 
Парковочный счетчик на солнечных батареях в Эдинбурге, Шотландия A автономная или автономная система не подключена к электросеть. Автономные системы сильно различаются по размеру и применению: от наручных часов или калькуляторов до удаленных зданий или космических аппаратов. Если нагрузка должна питаться независимо от солнечной инсоляции, генерируемая мощность сохраняется и буферизуется с помощью батареи. В непереносных устройствах, где вес не является проблемой, например, в зданиях, чаще всего используются свинцово-кислотные батареи из-за их низкой стоимости и устойчивости к неправильному обращению.
В систему может быть встроен контроллер заряда, чтобы избежать повреждения аккумулятора из-за чрезмерной зарядки или разрядки. Это также может помочь оптимизировать производство от солнечной батареи с использованием метода отслеживания точки максимальной мощности (MPPT ). Однако в простых фотоэлектрических системах, где напряжение фотоэлектрического модуля согласовано с напряжением батареи, использование электроники MPPT обычно считается ненужным, поскольку напряжение батареи достаточно стабильно, чтобы обеспечить почти максимальный сбор энергии от фотоэлектрического модуля. В небольших устройствах (например, калькуляторах, паркоматах) потребляется только постоянный ток (DC). В более крупных системах (например, зданиях, удаленных водяных насосах) обычно требуется кондиционер. Для преобразования постоянного тока от модулей или батарей в переменный используется инвертор .
В настройках сельское хозяйство массив может использоваться для непосредственного питания насосов постоянного тока без необходимости в инверторе. В удаленных местах, например, в горных районах, на островах или в других местах, где электросеть недоступна, солнечные батареи могут использоваться в качестве единственного источника электроэнергии, обычно путем зарядки аккумуляторной батареи . Автономные системы тесно связаны с микрогенерацией и распределенной генерацией.
Изображение профиля мобильного генератора на солнечной энергии
Солнечные панели на небольшой яхте для зарядки 12-вольтовых батарей до 9 ампер
Мобильная зарядная станция для электромобилей во Франции
Художественная концепция космический корабль Juno на орбите Юпитер - самый дальний космический корабль, который будет питаться от солнечных батарей
A боковая отметка, гавань Отаго, Новая Зеландия
Электрический забор на солнечной энергии, в Харвуде Нортумберленде, Великобритания.
Солнечная матросская лодка, Дарлинг-Харбор, Сидней, Австралия.
Питание юрты в Монголии
солнечный навигационный фонарь
солнечный свет пути зимой (Steamboat Springs, США).
Солнечная энергия маяк в Шотландии
Маленькая солнечная водяная помпа
Солнечная машина. японский победитель 2009 года World Solar Challenge в Австралии.
A зарядное устройство для сотового телефона на солнечных батареях
уплотнитель мусора на солнечной энергии, Джерси-Сити, США
Солнечная установка для очистки сточных вод в Сантуари-де-Люк, Испания
Пункт аренды общих велосипедов, Будапешт, Венгрия
История солнечной энергии цены на крышах 2006–2013 гг. Сравнение в долларах США за установленный ватт. Стоимость производства фотоэлементов снизилась из-за экономии на масштабе производства и технологических достижений в производстве. Для крупномасштабных установок к 2012 году обычным явлением были цены ниже 1,00 долл. США за ватт. Снижение цен на 50% было достигнуто в Европе с 2006 по 2011 гг., И есть потенциал к снижению затрат на производство электроэнергии на 50% к 2020 г. Кристаллический кремний солнечные элементы были в значительной степени заменены менее дорогими солнечными элементами из поликристаллического кремния, а также были разработаны тонкопленочные кремниевые солнечные элементы с более низкими затратами на производство. Хотя их эффективность преобразования энергии снижена по сравнению с монокристаллическими «сиваферами», их также намного проще производить при сравнительно более низких затратах.
В таблице ниже показаны общие (средние) затраты в центах США на кВтч электроэнергии. генерируется фотоэлектрической системой. Заголовки строк слева показывают общую стоимость фотоэлектрической установки на пиковый киловатт (кВт p). Затраты на фотоэлектрические системы снижаются, и в Германии, например, сообщалось, что к концу 2014 года они упали до 1389 долларов США / кВт p. Заголовки столбцов в верхней части относятся к годовому объему выработки электроэнергии в кВтч. ожидается от каждой установленной кВт p. Это зависит от географического региона, поскольку средняя инсоляция зависит от средней облачности и толщины атмосферы, через которую проходит солнечный свет. Это также зависит от пути солнца относительно панели и горизонта. Панели обычно устанавливаются под углом, зависящим от широты, и часто их корректируют в зависимости от сезона, чтобы соответствовать изменяющемуся склонению Солнца. Солнечное слежение также можно использовать для доступа к еще более перпендикулярному солнечному свету, тем самым увеличивая общий выход энергии.
Рассчитанные значения в таблице отражают общую (среднюю) стоимость в центах за произведенный кВтч. Они предполагают 10% общих капитальных затрат (например, 4% процентная ставка, 1% эксплуатационных расходов и затрат на обслуживание и амортизация капитальных затрат в течение 20 лет). Обычно гарантия на фотоэлектрические модули составляет 25 лет.
| Стоимость киловатт-часов, генерируемых фотоэлектрической системой (/ кВтч). в зависимости от солнечного излучения и стоимости установки в течение 20 лет эксплуатации | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Установка. стоимость в. $ за ватт | Изоляция ежегодно генерируемых киловатт-часов на установленную мощность (кВтч / (кВт · п • год)) | ||||||||||||
| 2400 | 2200 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | |||||
| $ 0,20 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,3 | 1,4 | 1,7 | 2,0 | 2,5 | ||||
| 0,60 долл. | 2,5 | 2,7 | 3,0 | 3,3 | 3,8 | 4,3 | 5,0 | 6,0 | 7,5 | ||||
| 1,00 долл. США | 4,2 | 4,5 | 5,0 | 5,6 | 6,3 | 7,1 | 8,3 | 10,0 | 12,5 | ||||
| 1,40 | 5,8 | 6,4 | 7,0 | 7,8 | 8,8 | 10,0 | 11,7 | 14,0 | 17,5 | ||||
| 1,80 долл. США | 7,5 | 8,2 | 9,0 | 10,0 | 11,3 | 12,9 | 15,0 | 18,0 | 22,5 | ||||
| 2,20 долл. США | 9,2 | 10,0 | 11,0 | 12,2 | 13,8 | 15,7 | 18,3 | 22,0 | 27,5 | ||||
| 2,60 долл. | 10,8 | 11,8 | 13,0 | 14,4 | 16,3 | 18,6 | 21,7 | 26,0 | 32,5 | ||||
| 3,00 долл. США | 12,5 | 13,6 | 15,0 | 16,7 | 18,8 | 21,4 | 25,0 | 30,0 | 37,5 | ||||
| 3,40 долл. США | 14,2 | 15,5 | 17,0 | 18,9 | 21,3 | 24,3 | 28,3 | 34,0 | 42,5 | ||||
| 3,80 <490 долл. США> | 15,8 | 17,3 | 19,0 | 21,1 | 23,8 | 27,1 | 31,7 | 38,0 | 47,5 | ||||
| 4,20 долл. США | 17,5 | 19,1 | 21,0 | 23,3 | 26,3 | 30,0 | 35,0 | 42,0 | 52,5 | ||||
| 4,60 долл. США | 19,2 | 20,9 | 23,0 | 25,6 | 28,8 | 32,9 | 38,3 | 46,0 | 57,5 | ||||
| 5,00 долл. | 20,8 | 22,7 | 25,0 | 27,8 | 31,3 | 35,7 | 41,7 | 50,0 | 62,5 | ||||
Примечания:
| |||||||||||||
В своем отчете «Дорожная карта технологий: солнечная фотоэлектрическая энергия» за 2014 г. Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало цены в долларах США за ватт для жилых, коммерческих и фотоэлектрические системы коммунального масштаба для восьми основных рынков в 2013 году.
| долл. США / Вт | Австралия | Китай | Франция | Германия | Италия | Япония | Великобритания | США |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Жилой | 1,8 | 1,5 | 4,1 | 2,4 | 2,8 | 4,2 | 2,8 | 4,9 |
| Коммерческий | 1,7 | 1,4 | 2,7 | 1,8 | 1,9 | 3,6 | 2,4 | 4,5 |
| Универсальный масштаб | 2,0 | 1,4 | 2,2 | 1,4 | 1,5 | 2,9 | 1,9 | 3,3 |
| Источник : МЭА - Дорожная карта технологий: солнечная фотоэлектрическая Отчет по энергопотреблению | ||||||||
Фотоэлектрические системы демонстрируют кривую обучения с точки зрения приведенных затрат на электроэнергию (LCOE), снижая их стоимость за кВтч на 32,6% при каждом удвоении мощности. По данным LCOE и совокупной установленной мощности от Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA) с 2010 по 2017 год, уравнение кривой обучения для фотоэлектрических систем дается как
Microgeneration icon. Расширение использования фотоэлектрических систем и интеграция фотоэлектрических систем в существующие структуры и технологии снабжения и распределения увеличивает потребность в общих стандартах и определениях для фотоэлектрических компонентов и систем. Стандарты составлены в Международной электротехнической комиссии (IEC) и применяются к эффективности, долговечности и безопасности ячеек, модулей, программ моделирования, разъемов и кабелей, систем крепления, общей эффективности инверторов и т. Д.
В Великобритании фотоэлектрические установки обычно считаются разрешенной разработкой и не требуют разрешения на строительство. Если собственность указана в списке или находится в обозначенной зоне (Национальный парк, Зона выдающейся природной красоты, Участок особого научного интереса или Норфолк-Бродс), то требуется разрешение на строительство.
В США статья 690 Национального электротехнического кодекса содержит общие рекомендации по установке фотоэлектрических систем; они могут быть отменены местными законами и постановлениями. Часто требуется разрешение, что требует представления плана и структурных расчетов до начала работ. Кроме того, во многих регионах требуется, чтобы работа выполнялась под руководством лицензированного электрика.
В Соединенных Штатах Орган, имеющий юрисдикцию (AHJ) будет рассматривать проекты и выдавать разрешения, прежде чем строительство может начаться на законных основаниях. Практика электрического монтажа должна соответствовать стандартам, изложенным в Национальных электротехнических правилах (NEC), и проверяться AHJ на соответствие строительным нормам, электрическим нормам., и код пожарной безопасности. Юрисдикции могут потребовать, чтобы оборудование было протестировано, сертифицировано, внесено в перечень и маркировано по крайней мере одной из Национально признанных испытательных лабораторий (NRTL).. В США во многих населенных пунктах требуется разрешение на установку фотоэлектрической системы. Система, привязанная к сети, обычно требует наличия лицензированного электрика для подключения между системой и подключенной к сети электропроводкой здания. Установщики, отвечающие этим требованиям, есть почти в каждом штате. Некоторые штаты запрещают ассоциациям домовладельцев ограничивать использование солнечных устройств.
Хотя Испания вырабатывает около 40% своей электроэнергии с помощью фотоэлектрических и других возобновляемых источников энергии, и города, подобные Поскольку Уэльва и Севилья могут похвастаться почти 3000 часов солнечного света в год, в 2013 году Испания ввела налог на солнечную энергию для учета долга, образовавшегося в результате инвестиций, сделанных испанским правительством. Тем, кто не подключается к сети, грозит штраф в размере 30 миллионов евро (40 миллионов долларов США). Такие меры были окончательно отменены к 2018 году, когда было введено новое законодательство, запрещающее любые налоги на собственное потребление возобновляемой энергии.
был хорошо известным методом производства чистой электроэнергии без выбросов. Фотоэлектрические системы часто состоят из фотоэлектрических модулей и инвертора (меняющего постоянный ток на переменный). Фотоэлектрические модули в основном изготавливаются из фотоэлементов, которые не имеют принципиального отличия от материала для изготовления компьютерных микросхем. Процесс производства фотоэлементов (компьютерных чипов) требует больших затрат энергии и включает очень ядовитые и токсичные для окружающей среды химические вещества. В мире есть несколько заводов по производству фотоэлектрических модулей, которые производят фотоэлектрические модули с энергией, производимой из фотоэлектрических элементов. Эта мера значительно снижает углеродный след в процессе производства. Управление химическими веществами, используемыми в производственном процессе, регулируется местными законами и правилами завода.
С ростом количества фотоэлектрических систем на крышах, поток энергии становится двусторонним. Когда местной генерации больше, чем потребления, электроэнергия экспортируется в сеть. Однако электрические сети традиционно не рассчитаны на двустороннюю передачу энергии. Поэтому могут возникнуть некоторые технические проблемы. Например, в Квинсленде, Австралия, к концу 2017 года более 30% домохозяйств имели фотоэлектрическую систему на крышах. Знаменитая калифорнийская кривая утки в Калифорнии 2020 года очень часто появляется во многих сообществах начиная с 2015 года. Проблема перенапряжения может возникнуть, когда электричество вернется в сеть. Существуют решения для управления проблемой перенапряжения, такие как регулирование коэффициента мощности фотоэлектрического инвертора, новое оборудование для контроля напряжения и энергии на уровне распределителя электроэнергии, перенаправление электрических проводов, управление спросом и т. Д. Часто существуют ограничения и затраты, связанные с эти решения.
У клиентов разные конкретные ситуации, например разные потребности в комфорте / удобстве, разные тарифы на электроэнергию или разные модели использования. Тариф на электроэнергию может включать несколько элементов, таких как ежедневная плата за доступ и учет, плата за электроэнергию (на основе кВтч, МВтч) или плата за пиковое потребление (например, цена за максимальное 30-минутное потребление энергии в месяц). Фотоэлектрические системы являются многообещающим вариантом снижения платы за электроэнергию, когда цена на электроэнергию достаточно высока и постоянно растет, например, в Австралии и Германии. Однако для участков с платой за пиковое потребление фотоэлектрическая энергия может быть менее привлекательной, если пиковые потребности в основном происходят с позднего вечера до раннего вечера, например, в жилых районах. В целом, инвестиции в энергетику - это в значительной степени экономическое решение, и инвестиционные решения основаны на систематической оценке вариантов улучшения работы, повышения энергоэффективности, выработки и хранения энергии на месте.
Портал возобновляемых источников энергии 
Энергетика портал 
