Расчет солнечной электростанции

Солнечная энергетика на сегодняшний день развивается бурными темпами и по приросту новых мощностей в процентном соотношении обгоняет ветроэнергетику.

Источник: IRENA

Такому росту развития солнечной энергетики способствует сокращение стоимости фотоэлектрических модулей и как следствие улучшение экономических показателей проекта. Однако помимо стоимости панелей, на эффективность практического использования солнечной энергии во многом влияет то, насколько точно при разработке проекта была рассчитана интенсивность солнечной радиации в месте предполагаемой эксплуатации установок.

В общем случае информация о потоках солнечной радиации может быть получена одним из нескольких способов:

• аналитическим, когда необходимые параметры для конкретной географической точки определяются расчетным путем;
• непосредственными измерениями на месте;
• многолетними измерениями на метеостанциях, результаты которых находятся в справочниках и электронных базах данных.

Аналитический способ определения интенсивности солнечной радиации труден за счет использования сложного математического аппарата, а так же базируется на нескольких различных методах.

Измерения на месте имеют некоторые недостатки. Например, необходимо продолжительное измерение для уменьшения статистической ошибки, увеличение время реализации проекта. Однако этот способ способен дать наиболее точное представление о поступлении солнечной энергии.

Климатические справочники и электронные базы данные зачастую являются наиболее популярными исходными данными для расчета выработки электроэнергии от солнечной станции. Но у такого способа тоже есть свои недостатки. Самый главный из них это отсутствие разветвленной сети актинометрических станции для получения достоверной информации. Во-вторых, эти данные не всегда находятся в свободном доступе. А если взять Республику Беларусь, то информация отсутствует и во многих международных программах по сбору информации.

Перечень городов, по которым имеется информация о солнечной радиации

Источник: WMO

Наиболее популярным источником данных по поступлению солнечной энергии является NASA. База данных оперирует спутниковыми и наземными наблюдениями в период с 1983 по 2005 гг. По результатам данных измерений рассчитывались значения поступающей солнечной энергии по месяцам с использованием различных математических аппаратов. Но и данных NASA есть один недостаток, а именно, за счет небольшого количества метеостанций, значения солнечной радиации интерполировались на сетку 1х1 градус в результате чего появляется ошибка.

Станции актинометрических наблюдений, которые использовались в расчетах NASA.

Источник: NASA

По утверждению разработчиков базы данных NASA, использованные методы расчета солнечной радиации приводят к результатам, отличающимся друг от друга в пределах 15% для середины лета при угле наклона приемника, равном широте. Различия превышают 15% лишь в зимний период для широт выше 40°.

На основании сравнительного анализа данных NASA и актинометрических измерений за период 23 года с метеостанций, расположенных в разных частях мира, были получены погрешности следующего порядка:

Источник: МГУ им. М.В. Ломаносова

СРАВЕНЕИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Поскольку отсутствует информация в свободном доступе по поступлению солнечной энергии на территории Беларуси, то сравним результаты по метеостанции в Каунасе (Литва). За «истинную» интенсивность солнечной радиации используются данные с ВМО усредненные за 10 лет.

Из приведенных данных, среднегодовое значение поступление солнечной радиации имеет идентичное значение, а вот в разрезе года заметно, что поступление солнечной радиации зимой по данным NASA значительно выше реальной, а вот летом наоборот, меньше.

Конечно кому-то может показаться, что такая погрешность допустима в расчетах, однако это только поступление солнечной энергии. Что бы произвести расчет выработки электроэнергии от солнечной станции необходимо оперировать и такими данными как угол высоты солнца. Но самое главное, что для того чтобы рассчитать выработку электроэнергии необходимо пересчитать поступление солнечной радиации с горизонтальной поверхности на наклонную. Существует множество поправочных коэффициентов, с помощью которых можно это сделать. Но большинство коэффициентов рассчитаны для какой-то конкретной территории и при их применении возникает погрешность. А если солнечная станция ориентирована не строго на юг, то опять возникает необходимость применения дополнительных коэффициентов и опять добавляется погрешность.

Что бы продемонстрировать насколько может отличаться расчетная выработка с реальном при использовании расчетной модели и различных баз данных, сравним реальный отпуск электроэнергии от солнечной электростанции мощностью 31,5 кВт, расположенной в Беларуси.

Для расчета использовались данные с NASA и E.S.R.A.

Источник: расчеты ОДО «ЭНЭКА»

Из полученных результатов следует, что наибольшую точность имеет расчетная модель. В действительности в данной модели используются некоторые допущения и существуют различные модели, которые дают разные значения, но результаты показывают что зачастую данный метод дает наиболее точную оценку поступления солнечной радиации, выработки и отпуска электрической энергии. В основном это обусловлено тем, что в расчетной модели можно учесть такие факторы как длина тени от солнечных панелей, азимут и угол установки солнечной электростанции в разрезе дня. А самая главная особенность данного метода – расчет выработки основывается на результатах за каждый день, а не усредненных за месяц.

Конечно, существует множество программных обеспечений, которые позволяют определять поступление солнечной энергии и выработку электроэнергии с высокой достоверностью (Примечание: несколько программ базируются на основании данных с NASA).

Поэтому при выборе исполнителей предпроектной документации необходимо узнать у исполнителя методику определения поступления солнечной энергии и выработки электрической энергии. Чтобы впоследствии определить конфигурацию СЭС, единичную мощность и рядности размещения панелей с учетом технической возможности и экономической эффективности.

Специалисты компании «ЭНЭКА» обладают необходимыми знаниями в области возобновляемых источников энергии и выполняли работы по следующим проектам в области солнечной энергии:

• Строительство солнечной электростанции мощностью 4,2 МВт ( количество PV модулей свыше 17000 шт);
• Фотоэлектрическая электростанция на основе PV модулей суммарной 55,6 МВт;
• Установка солнечных фотоэлектрических панелей суммарной мощностью 300 кВт на кровле здания;
• Разработка концепции строительства фотоэлектрических станций суммарной мощностью 85 МВт.