Статья поступила в редакцию 30.09.15. Ред. рег. № 2366
The article has entered in publishing office 30.09.15. Ed. reg. No. 2366
УДК 621.311
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ СЕТЕВОЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
А.И. Васильев, В. Д. Кочакое
Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова РФ 428015, Чувашская Республика, Чебоксары, Московский пр., 15 тел.: +7 (927) 854-55-22; e-mail: ljosha@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.005
Заключение совета рецензентов: 07.10.15 Заключение совета экспертов: 14.10.15 Принято к публикации: 23.10.15
В статье рассмотрены результаты мониторинга сетевой солнечной электростанции. Показаны результаты верификации данных по выработке энергии сетевой станцией за год на основе климатических данных (кВтч) для г. Чебоксар из базы данных NASA SSE. Сравнение с усредненными данными выработанной энергии солнечной сетевой станцией за 2012-2015 годы показало хорошую точность прогнозов.
Ключевые слова: солнечная энергетика, мониторинг солнечной станции, прогноз выработки энергии.
NETWORK SOLAR POWER PLANT OPERATING EXPERIENCE A.I. Vasilyev, V.D. Kochakov
Chuvash State University named after I.N. Ulyanov Moskovsky ave., 15, Cheboksary, Chuvash Republic, 428015 Russian Federation ph.: +7 (927) 854-55-22, e-mail: ljosha@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.005
Referred 7 October 2015 Received in revised form 14 October 2015 Accepted 23 October 2015
The article describes the results of monitoring of the network solar power plant and shows the results of the data verification for solar power plant generation energy per year on the basis of climatic data (kWh) to Cheboksary from NASA SSE database and the values of the power generation. The comparison with averaged data of generated energy by network solar power station for 2012-2015 years has shown good forecast accuracy.
Keywords: solar energy, solar monitoring station, the forecast of power generation.
Сведения об авторе: инженер-исследователь кафедры прикладной физики и нанотехнологий Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова.
Образование: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, Sp1-углерод, полупроводники, фотоэлектроника.
Публикации: 32.
Information about the author: Research Engineer of Applied Physics and Nanotechnology department, The Chuvash State University named by I.N. Ulyanov.
Education: The Chuvash State University named by I.N. Ulyanov.
Research area: renewable energy, linear-chain carbon, semiconductors, photovoltaics.
Publications: 32.
Васильев Алексей Иванович Alexey I. Vasilyev
Кочаков Валерий Данилович Valéry D. Kochakov
Сведения об авторе: канд. техн. наук, профессор кафедры прикладной физики и нанотехнологий Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова, член-корреспондент Академии электротехнических наук ЧР.
Образование: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, нанотехнологии, металлоуглеродные пленочные системы на основе углерода в состоянии Бр1, фотоволь-таика.
Публикации: более 90.
Information about the author: PhD
(engineering), professor of Applied Physics and Nanotechnology department, Chuvash State University named after I.N. Ulyanova, a member of the Academy of Sciences of electrical the Chuvash Republic.
Education: Chuvash State University named after I.N. Ulyanova.
Research area: renewable energy, nanotechnology, metal-carbon film systems based on carbon in a state of Sp1, photo-voltaics.
Publications: more than 90.
Введение
В рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» ФТИ им. А.Ф. Иоффе совместно с ЗАО «РОТЕК» и с привлечением ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе» на крыше Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова смонтирована пилотная солнечная электростанция с модулями на основе тонкопленочного аморфного кремния с расчетной мощностью 2 кВт. Панели станции изготовлены фирмой PRAMAC (Италия) на основе микроаморфной технологии, разработанной швейцарской компанией Oerlikon Solar.
Запуск сетевой энергоустановки в ЧГУ состоялся в конце сентября 2012 г. С этого момента проводился мониторинг, некоторые результаты которого представлены в данной статье.
Сетевая солнечная энергоустановка
Установленная на крыше одного из корпусов чувашского университета солнечная электроустановка включает в себя четыре блока солнечных батарей и два сетевых инвертора Sunny Boy 1200. Блок состоит из четырех последовательно соединенных солнечных фотоэлектрических панелей мощностью 125 Вт. Таким образом, станция состоит из двух блоков, каждый мощностью один киловатт, работающих параллельно. Это дает возможность вести сравнительный анализ влияния осадков (пыль изморозь, снег) на величину выработки электроэнергии. В качестве примера на рисунке 1 приведен случай, когда один блок панелей (нижний) очищен от изморози, а другой (верхний) покрыт изморозью.
Рис. 1. Пример эксперимента по исследованию влияния осадков в виде изморози на выработку электроэнергии Fig. 1. The example of experiment on the influence of precipitation in the form of frost on the electricity generation
Проведенные 17 декабря 2012 года в 11 часов 15 минут измерения показали, что нижний блок модулей вырабатывал в то время 237 Вт, а верхний -213 Вт. Таким образом, изморозь незначительно уменьшает выработку электроэнергии.
Солнечная станция содержит систему сбора цифровых данных на основе программируемых кон-
троллеров СР6700, выпускаемых СКБ ПСИС (г. Чебоксары). Для учета количества выработанной энергии СЭУ-С (сетевая солнечная энергоустановка) и количества энергии сброшенной в сеть были дополнительно поставлены два счетчика «Меркурий 200». Схема подключения показана на рисунке 2.
Рис. 2. Схема сетевой солнечной энергоустановки пиковой мощностью 2 кВт Fig. 2. Diagram of the network solar power plant with peak power 2 kW
Первый счетчик учитывает выработанную станцией СЭУ-С электроэнергию от солнца, второй - электроэнергию, взятую от сети, в случае недостатка или отсутствия солнечной генерации.
Результаты эксплуатации станции
Прогнозирование выработки энергии сетевой фотоэлектрической станцией является, наряду с учетом капитальных затрат, одной из важнейших составляющих оценки экономической целесообразности строительства фотоэлектрических станций. Основой для подобных оценок служат результаты многолетних климатических наблюдений, однако в настоящее время покрытие территории России сетью наземных метеостанций недостаточно для получения адекватной информации о приходе солнечной радиации в любой точке страны. Поскольку при прогнозных
расчетах выработки энергии использовались данные NASA [1], объективно необходимым стало проведение верификации этих данных для условий г. Чебоксар. В регионе имеется только 3 актинометрические станции, ведущие непрерывные многолетние измерения энергетических характеристик падающей солнечной радиации, причем ближайшей к Чебоксарам является станция в Нижнем Новгороде [2]. Небольшое расстояние между городами (порядка 240 км), одинаковая широта точек (56°с.ш.) позволяют провести сравнения по данным нижегородской актино-метрической станции, поэтому прогноз выработки энергии сетевой станцией за год на основе климатических данных (кВтч) для Чебоксар взят из работы [3] и представлен в таблице 1.
Прогноз выработки энергии сетевой солнечной станцией за год Forecast for power generation of network solar power plant per year
Месяц года Угол наклона, deg
41 56 77
Январь 61 67 69
Февраль 94 100 100
Март 166 167 161
Апрель 216 207 189
Май 252 231 204
Июнь 234 211 184
Июль 263 238 209
Август 203 191 171
Сентябрь 144 142 133
Октябрь 84 87 86
Ноябрь 62 68 69
Декабрь 50 56 58
Итого за год 1831 1765 1631
Таблица 1 Table 1
Из таблицы следует, что при наклоне солнечных панелей под углом 41 градус за год в Чебоксарах можно ожидать выработку электроэнергии в количестве 1 831 кВт-ч.
Данные мониторинга за все время наблюдений по месяцам показаны на рисунке 3. Эти данные получены по показаниям электросчетчиков.
300250200-
m 150
100 50 0
6 8 месяцы
Рис. 3. Статистически усредненная максимальная выработка в год Fig. 3. Statistically averaged maximum energy production per year
Интегральная величина выработки электроэнергии за год составляет 1 840 кВт-ч, что совпадает с приведенным выше прогнозом. Следует обратить внимание на отсутствие симметрии статистической кривой выработки электроэнергии по месяцам. Объяснение данному факту приведено на рисунке 4, где показаны
диаграммы выработки электроэнергии за осенние месяцы октябрь-ноябрь и за весенние месяцы март-апрель. Очевидно, что в весенние месяцы количество солнечных дней больше по сравнению с осенними месяцами.
кВт*ч
6-
октябрь
кВт*ч
ноябрь
¡i. i -
м,
О Ü С
- с -
'ДО
5 10 15 20
25
30
с о
12 10 8 6 4 2 0
кВт*ч
!
I
март
Ii.« и
щ
10
15
20
25
30
12-1 10 8 6 4 2 0
кВт*ч
щ
10
апрель
15 20
25
Рис. 4. Диаграммы выработки энергии за октябрь-ноябрь и за март-апрель Fig. 4. Diagrams of generation energy for the October-November and March-April
-O
N
30
8
4
2
0
5
При эксплуатации станции были выявлены особенности солнечных панелей, изготовленных по технологии фирмы ОегИкоп: коэффициент преобразования в пасмурную погоду несколько больше, чем в солнеч-
ную. На рисунке 5 показана зависимость выработанной электроэнергии от солнечной радиации. Коэффициент преобразования определяется углом наклона прямых на графике в координатах кВт - Вт/м2.
1,7 п
m
,6 ,54 ,4 ,34 ,2 ,14 ,0 0,94 0,8 0,7 0,64 0,5 0,44 0,3 0,24 0,1
0
■ облачно • ясно
Г
/
200
400
600
800
1000
Вт/м2
Рис. 5. Зависимость выработанной электроэнергии от солнечной радиации Fig. 5. The dependence of power generation on solar radiation
Информация, представленная на рисунке 5, подтверждает тот фак
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.