Аналитический обзор типов потерь энергии на фотоэлектрических станциях

Введение. Актуальным при энергообеспечении сельскохозяйственных объектов для любого источника энергии является обеспечение высокой эффективности генерации электрической энергии фотоэлектрическими станциями и учет всех факторов, которые на нее влияют.
Цель исследования – проанализировать, систематизировать и оценить факторы, влияющие на уровень реализации потенциала солнечной энергии, при преобразовании солнечной энергии в электрическую на фотоэлектрической станции.
Объект исследования. Действующие частные фотоэлектрические станции Краснодарского края.
Материалы и методы. В статье использованы методы теоретического исследования: анализ литературы, опыта эксплуатации фотоэлектрических станций, систематизация представленной информации.
Результаты и выводы. Фотоэлектрическая станция обладает достаточно низким коэффициентом полезного действия – 15-18% и дополнительные потери мощности, обусловленные как неоптимальными инженерными решениями, так и неэффективной эксплуатацией станции приводят к существенному снижению этого показателя. Потери энергии на фотоэлектрической станции делятся на потери солнечной и электрической энергии. Потери солнечной энергии включают в себя потери от затенения, потери от неоптимальной пространственной ориентации модуля, потери от деградации, нагрева, низкой эффективности фотоэлектрических модулей и несогласованной работы фотоэлектрических групп. Потери от затенения в свою очередь делятся на потери от ближнего и дальнего затенения, взаимного затенения фотоэлектрических цепочек, от загрязнения. Электрические потери на фотоэлектрических станциях включают в себя потери в кабелях, инверторах, трансформаторах и линиях передачи. Эти потери также можно разделить условно на потери в цепи постоянного тока, цепи переменного тока и потери при преобразовании постоянного тока в переменный. Потери в проводниках и трансформаторах делятся на конструктивные и переменные в зависимости от нагрузки. Электрические потери можно уменьшить на этапе проектирования фотоэлектрической станции путем выбора устройств с высокими характеристиками и путем выбора мощности устройств, обеспечивающей их оптимальную загрузку. Для территории Краснодарского края потери энергии на фотоэлектрической станции могут составлять 10-75 кВт·ч/м²·год для каждого вида потерь. Анализ эффективности действующих частных фотоэлектрических электростанций на территории Краснодарского края показал, что вследствие неоптимальной пространственной ориентации и взаимного затенения фотоэлектрических цепочек коэффициент использования установленной мощности может снижаться до 5-11%.

1. Sunny portal. https://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPagesPlantList.aspx.

2. Юдаев И. В., Даус Ю. В. Солнечная электроэнергетика юга России: имеющийся потенциал, эксплуатируемые объекты, перспективы развития. Альтернативная энергетика в регионах России "АЭР-2018": материалы молодежной научной конференции. Астрахань, 2018. С. 45-49.

3. Brecl K., Bokaliˇc M., Topiˇc M. Annual energy losses due to partial shading in PV modules with cut waferbased Si solar cells. Renewable Energy. 2021. V. 168. Pp. 195-203.

4. Bernadette D., Twizerimana M., Bakundukize A., Pierre B. J., Theoneste N. Analysis of Shading Effects in Solar PV System. International Journal of Sustainable and Green Energy. 2021. V. 10. P. 47.

5. Li C. Comparative performance analysis of grid-connected PV power systems with different PV technologies in the hot summer and cold winter zone. International Journal of Photoenergy. 2018. Pp. 1-9.

6. Ben Ayed R., Chakroun R., Derbel N., Ben Makhlouf A., et al. Components’ Tolerance Impact on the Design of a Real Case of One MW PV Substation. Discrete Dynamics in Nature and Society. 2023. V. 3. Pp. 1-7.

7. Даус Ю. В., Ракитов С. А., Юдаев И. В. Оценка потенциала использования энергоустановок на основе преобразования солнечной энергии на примере г. Волгограда. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 2 (42). С. 261-267.

8. Appiah A. Y., Zhang X., Ayawli B. B. K., Kyeremeh F. Review and performance evaluation of photovoltaic array fault detection and diagnosis techniques. International Journal of Photoenergy. 2019. Pp. 1-19.

9. Daus Y. V., Yudaev I. V., Pavlov K. A., Dyachenko V. V. Increasing Solar Radiation Flux on the Surface of Flat-Plate Solar Power Plants in Kamchatka Krai Conditions. Applied Solar Energy. 2019. Vol. 55. No 2. Pp. 101-105.

10. Садуба Т. Р., Горячев С. В. Исследование влияния температуры на производительность фотоэлектрической панели. Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2019. Т. 19. № 8. С. 49-52.

11. Трембач С. А. Проблема перегрева солнечных панелей. Способ решения проблемы путём электронной тонировки. Энергетический вестник. 2020. № 26. С. 46-51.

12. Джумаев А. Я. Анализ влияния температуры на рабочий режим фотоэлектрической солнечной станции. Технические науки - от теории к практике. 2015. № 46. С. 33-40.

13. Панченко В. А. Конструкция и принцип работы складного теплофотоэлектрического концентраторного модуля с двусторонними фотоэлектрическими преобразователями. Оригинальные исследования. 2021. Т. 11. № 10. С. 5-12.

14. Falih H., Hamed A. J., Khalifa A. H. N. Techno-economic assessment of a hybrid connected PV solar system. International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration. 2022. V. 30 (3). Pp. 1-15.

15. Кузнецов П. Н., Юферев Л. Ю. Повышение эффективности работы фотоэлектрических преобразователей при параллельной и смешанной коммутации. Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2018. № 8 (200). С. 78-81.

16. Lambert M., Martínez-Duró M., Rezaei-Zare A., Mahseredjian J. Topological Transformer Leakage Modeling With Losses. IEEE Transactions on Power Delivery. 2020. V. 35. I. 6. Pp. 2692-2699.

17. Alhmoud L., Al-Jiboory A. K. Insulated-gate bipolar transistor junction temperature estimation based on H∞ robust controller in wind energy applications. Wind Engineering. 2020. V. 44. I. 5. Pp. 548-558.