Фотоэлектрические системы на крышах домов по всему миру: Берлин , Германия (вверху справа) , Бенсхайм , Германия (в центре) и Куппам , Индия (внизу справа) |
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]
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
Страна | Стоимость ($/Вт) |
---|---|
Австралия | 1.0 |
Китай | 0.8 |
Франция | 1.1 |
Германия | 1.2 |
Индия | 1.0 |
Италия | 1.3 |
Япония | 1.2 |
Пакистан | 0,6 |
Великобритания | 1.2 |
Соединенные Штаты | 1.1 |
Страна | Стоимость ($/Вт) |
---|---|
Австралия | 0,85 |
Китай | 0,64 |
Франция | 0.9 |
Германия | 0.9 |
Индия | 0,75 |
Италия | 0.9 |
Япония | 0,95 |
Великобритания | 1.0 |
Соединенные Штаты | 1.0 |
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]
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]
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 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]
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]
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]
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]
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]
Интеграция большого количества фотоэлектрических систем на крышах в электросеть сопряжена со множеством технических проблем.
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]
Тип [27] | Стоимость за ватт | Эффективность | Средняя стоимость системы мощностью 6 кВт |
---|---|---|---|
Поликристаллический | 2,80–3,00 долл. США | 13–17% | 17 400 долларов США |
Монокристаллический | 3,00–3,50 долл. США | 17–22% | 19 000 долларов США |
Тонкопленочные панели | 2,00–3,00 долл. США | 10–18% | 17 000 долларов США |
Этот список неполный ; вы можете помочь, добавив недостающие пункты. ( Ноябрь 2021 г. ) |
Солнечная электростанция | Расположение | Страна | Номинальная мощность [28] ( МВт п ) | Примечания |
---|---|---|---|---|
Цзинин Хуаси | Шаньдун | Китай | 120 | Расположен на 43 крышах с общей мощностью 110 ГВт-ч/год [29] |
Группа ЛайЙих | Винь Лонг | Вьетнам | 38 | Крыша обувного завода [30] [31] |
Распределительный центр Prologis Redlands | Редлендс, Калифорния | Соединенные Штаты | 28 | Серия установок на нескольких крышах распределительного центра Prologis Redlands с ноября 2010 года по август 2013 года мощностью от 1,75 МВт до 6,77 МВт [32] |
Завод по розливу Mai Dubai | Дубай | Объединенные Арабские Эмираты | 18 | 52 000 солнечных модулей, завершено летом 2019 г. [33] |
АГ Хейлен Энерджи | Венло | Нидерланды | 18 | Этот проект в Венло состоит из более чем 48 000 солнечных модулей и более 100 инверторов. Используется 126 000 квадратных метров крыш. [34] Установка завершена в августе 2020 года. [35] |
Яблочный парк | Купертино, Калифорния | Соединенные Штаты | 17 | Около 10 МВт на главном здании и 7 МВт на двух парковочных сооружениях [36] |
Арвинд Лимитед | Сантей | Индия | 16 | Это крупнейшая солнечная кровельная электростанция в Индии на одном промышленном объекте. Этот проект в Сантедже состоит из более чем 46 000 солнечных модулей и более 180 инверторов. Более 20 000 человеко-дней было потрачено на установку этой достопримечательности, и более 40 000 квадратных метров старых крыш были заменены, чтобы освободить место для этой электростанции. [37] |
Склад Permacity / LADWP | Лос-Анджелес, Калифорния | Соединенные Штаты | 16 | [38] |
Дженерал Моторс | Сарагоса | Испания | 12 | Установлен на заводе General Motors в испанском Сарагосе осенью 2008 г. [39] [40] |
Дера Баба Джаймал Сингх, Беас | Индия | 12 | Солнечная электростанция, расположенная на крыше площадью 42 акра [41] | |
Возобновляемая энергия на берегу реки – Holt Logistics Gloucester Marine Terminal | Глостер-Сити, Нью-Джерси | Соединенные Штаты | 10 | Три здания холодильных складов. Завершено в апреле 2012 г. с мощностью 9 МВт, [42] [43] расширено в 2019 г. [44] |
Региональный распределительный центр Southern California Edison -Whirlpool Corporation | Перрис, Калифорния | Соединенные Штаты | 10 | Установлен на крыше регионального распределительного центра корпорации Whirlpool 19 сентября 2011 г. [45] |