CC BY
0Столыпинский вестник №8/2024
Научная статья Original article УДК 620.91
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СОЛНЕЧНЫХ ТРЕКЕРОВ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
OPERATION OF SOLAR TRACKERS IN THE REPUBLIC OF SAKHA
(YAKUTIA)
Трофимова Варвара Семеновна, ассистент кафедры, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия, trofimovarvara 15 @mail. ru
Осорова Арюна Доржиевна, студент гр. оБ-411-А, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия Ходоев Ширабжамсо Николаевич, студент гр. оБ-432-Э, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия
Varvara S. Trofimova, Assistant of the Department, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, trofimovarvara 15 @mail. ru
Aryuna D. Osorova, student of group OB-411-A, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia Shirabzhamso N. Khodoev, student gr. oB-432-E, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia
Столыпинский
вестник
Аннотация. Гелиоэнергетика - это сфера энергетики, которая использует солнечную энергию для производства электроэнергии. Одним из основных элементов гелиоэнергетики являются солнечные трекеры -специальные устройства, следящие за движением солнца и обеспечивающие максимальное получение солнечной энергии. Развитие солнечных трекеров и солнечной энергетики в целом в Республике Саха (Якутия) имеет большое значение для обеспечения энергетической безопасности региона, улучшения экологической ситуации и сокращения зависимости от традиционных источников энергии. Внедрение солнечных трекеров в энергетическую систему Якутии может стать важным шагом на пути к устойчивому развитию региона. Статья представляет обзор существующих на данный момент разновидностей солнечных трекеров, методы применения и опыт эксплуатации в резко-континентальном климате региона.
Abstract. Solar energy is a field of energy that uses solar energy to produce electricity. One of the main elements of solar energy is solar trackers - special devices that monitor the movement of the sun and ensure maximum solar energy production. The development of solar trackers and solar energy in general in the Republic of Sakha (Yakutia) is of great importance for ensuring the energy security of the region, improving the environmental situation and reducing dependence on traditional energy sources. The introduction of solar trackers into the energy system of Yakutia can be an important step towards the sustainable development of the region. The article presents an overview of the currently existing varieties of solar trackers, methods of application and operational experience in the sharply continental climate of the region.
Ключевые слова: солнечные трекеры, альтернативная энергетика, гелиоэнергетика, электростанции, электроснабжение, солнечная энергетика.
Keywords: solar trackers, alternative energy, solar energy, power plants, electricity supply, solar energy.
Введение. В наше время вопросы альтернативной энергетики становятся все более актуальными. С развитием технологий и увеличением потребления электроэнергии, актуально внедрение альтернативных источников энергии, которые были бы экологически чистыми и эффективными. Одним из таких источников является гелиоэнергетика.
Одним из главных преимуществ гелиоэнергетики является ее возобновляемость. Солнечная энергия - это бесконечный источник энергии, который не иссякает и не загрязняет окружающую среду. Благодаря этому, гелиоэнергетика становится все более привлекательным вариантом для обеспечения электроснабжения. Таким образом, гелиоэнергетика является одним из наиболее перспективных направлений в области альтернативной энергетики. Ее актуальность заключается в том, что она позволяет снизить зависимость от традиционных источников энергии, снизить вредные выбросы и обеспечить устойчивое электроснабжение.
Гелиоэнергетика, как одна из разновидностей альтернативной энергетики, имеет большой потенциал для развития в Республике Саха (Якутия). Якутия - это регион, где инсоляция имеет средний уровень солнечного воздействия, но при этом имеет довольно продолжительное солнечное сияние. Это означает, что солнечная энергия имеет значительный потенциал для использования в производстве электроэнергии, где можно получать довольно высокий КПД солнечных панелей. В настоящее время в Якутии активно развивается альтернативная энергетика, в том числе гелиоэнергетика - использование солнечной энергии для производства электроэнергии.
Общая продолжительность солнечного сияния в окрестностях Якутска составляет более 2000 часов в год, точнее 2229 солнечных часов - столько же, сколько в южных районах страны. При этом солнечных дней в окрестностях Якутска летом и зимой больше чем в районах на тех же широтах в западной части страны (Рис.1). Для сравнения, например, один из крупнейших
курортных городов России - Сочи, имеет 2177 солнечных часов, а также один из солнечных городов - Краснодар, имеет 2139 солнечных часов.
Рисунок 1. Солнечные энергоресурсы России
В течение года Солнце по-разному освещает поверхность Земли, следовательно и инсоляция в Якутске в зависимости от сезона имеет различные показатели. А для более эффективной выработки энергии угол наклона солнечных панелей рекомендуется менять с учётом годового изменения положения Солнца. В таблице 1 (рис.2) приведены данные солнечной инсоляции г. Якутск (66.3684, 129.6057) (из данных Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA)). В таблице 2 (рис.3) приводится оптимальный угол наклона солнечных панелей относительно поверхности земли. Это позволяет рассчитать максимальный КПД для любого времени года. Для управления углом наклона используются солнечные трекеры, либо самостоятельная постановка угла с помощью специального крепежа.
Таблица 1 - Солнечная инсоляция для г. Якутск
Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь
Солнечная инсоляция, кВт*ч/м2 1,65 1,78 3,41 4,86 5,38 5,64
Месяц Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Солнечная инсоляция, кВт*ч/м2 5,60 4,40 3,15 2,24 1,09 1,45
Среднее за год 3,38
6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0
Рисунок 2. Инсоляция в Якутске, кВт*ч/м2
Таблица 2 - Оптимальный угол наклона, о
Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь
Оптимальный угол наклона, о 77 75 62 45 24 16
Месяц Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Оптимальный угол наклона, о 21 34 54 71 89 85
Среднее за год 53,9
Рисунок 3. Оптимальный угол наклона, о
Солнечные трекеры в Республике Саха (Якутия) становятся все более актуальными в условиях климата этого региона. Альтернативная энергетика, основанная на использовании солнечных панелей на системе солнечных трекеров, становится все более востребованной в Якутии, где солнечная энергетика является одним из перспективных источников энергии.
Солнечные трекеры позволяют эффективно использовать солнечную энергию, следя за движением солнца и обеспечивая максимальное ее поглощение.
Электростанции использующие солнечные трекеры могут обеспечить надежное и стабильное электроснабжение как для городов, так и для удаленных поселений Якутии. Благодаря солнечной энергетике возможно уменьшить зависимость региона от традиционных источников энергии, таких как уголь и т.п.
Условия и методика исследований.
Солнечный трекер - система, предназначенная для ориентации на солнце рабочих поверхностей систем, вырабатывающих электричество, либо
систем концентрирующих (генерирующих) тепловую энергию, установленных на трекере.
Выбор типа трекера зависит от многих факторов, включая размер установки, электрических параметров, земельных ограничений, широты и местных погодных условий.
Конструкция трекера должна обеспечивать способность выдерживать сильные ветровые нагрузки, при его работе в составе энергосистемы. С увеличением размеров рабочей поверхности полезной нагрузки увеличивается парусность комплекса. Вес полезной нагрузки тоже имеет значение. Поэтому проектировщикам часто приходится в своих решениях перераспределять нагрузки на трекер, увеличивая габариты системы. Надёжность при этом является определяющим фактором.
Различают несколько видов солнечных трекеров по конструкции: 1. Трекеры с одной осью вращения (одноосные) Single axis trackers (SAT) называются одноосевыми (рис. 4). Ось вращения данного типа трекеров может располагаться в любых координатных направлениях и использовать любой алгоритм слежения, например, SPA (Solar Position Algorithm).
HSAT
Горизонтальная
Вертикальная
Рисунок 4. Трекеры с одной осью вращения (одноосные) (SAT)
1.1. Трекеры с горизонтально ориентированной осью - Horizontal single axis tracker (HSAT) имеют ось вращения, расположенную горизонтально по отношению к земле (рис.5). Солнечные трекеры с таким направлением вращения оптимальны в низких широтах. Панели или зеркала на протяжении суток медленно поворачиваются с Севера на Юг. Во избежание частичного затенения трубные крепления модулей с системами HSAT необходимо монтировать строго параллельно.
Рисунок 5. Трекеры с горизонтально ориентированной осью (HSAT)
1.2. Трекеры с вертикальной осью вращения — Vertical single axis tracker (VSAT) в которых ось вращения вертикальна по отношению к земле (рис.6). Данный вид трекеров вращается вслед за Солнцем в течение дня. Такие трекеры являются более эффективными в высоких широтах, чем HSAT. При построении полей с данным типом трекеров также необходимо учитывать затенение от соседних рядов, чтобы избежать ненужных потерь энергии и максимально задействовать доступную рабочую площадь.
VSAT обычно имеют конструкцию, ориентированную под углом по отношению к оси вращения, а полезная нагрузка (например, фотоэлементы) устанавливаются на неё.
Рисунок 6. Трекеры с вертикальной осью вращения (VSAT)
1.3. Трекеры с одной наклонной осью вращения —Tilted single axis tracke (TSAT) ось вращения в данных трекерах располагается между горизонтальной и вертикальной (рис.7). Чаще всего применяется в электростанциях, расположенных на местностях с небольшим уклоном или ступенчато. Выбор направления обусловлен той же причиной -недопустимостью падения тени даже на незначительную часть любой батареи.
Рисунок 7. Трекер с одной наклонной осью вращения
1.4. Трекеры с полярно ориентированной осью вращения — Polar aligned single axis trackers (PASAT) ориентиром для трекерной системы является полярная звезда (рис.8). Для одноосных конструкций эта считается классической и наиболее распространенной. Угол наклона батарей всегда оказывается равным географической широте местности.
Polar %tar
Полярная звезда
\xl* of rotation/
Л
atitjjric'
Широта
^ Е
Рисунок 8. Трекеры с полярно ориентированной осью вращения (PASAT)
2. Трекеры с двумя осями вращения - Dual axis trackers (DAT) имеют две степени свободы, которые выступают в качестве осей вращения. Эти оси, как правило, не связаны друг с другом, но работают вместе.
DUAL-AXIS TRACKING ON A ROTATING AXIS
Рисунок 9. Трекеры с двумя осями вращения (DAT)
2.1. Трекеры с двумя осями вращения на несущем столбе - Tip—tilt dual axis tracker (TTDAT) названы таким образом, потому что массив с панелями монтируется на конце длинного столба (рис.10). Движение трекера с востока на запад управляется поворотом массива вокруг верхнего полюса, на котором закреплён подшипник. В верхней части вращающегося подшипника находится механизм, который обеспечивает вертикальное вращение панелей и обеспечивает основные точки крепления для массива панелей.
Рисунок 10. Трекеры с двумя осями вращения на несущем столбе (TTDAT)
2.2. Трекеры с двумя осями вращения и опорной плоскостью -Azimuthaltitude dual axis tracker (AADAT) в которых главная ось -вертикальная они похожи на TTDAT, но отличаются по способу поворота массива (рис. 11). Вместо вращающегося массива вокруг верхнего полюса столба, AADAT системы обычно используют большое кольцо, установленное на земле или платформе. Вся система устанавливается на ролики или на большую платформу с подшипниками.
Рисунок 11. Трекеры с двумя осями вращения и опорной плоскостью
(AADAT)
Поля с ШАТ являются очень гибкими. Простая геометрия требует, чтобы все оси вращения были параллельны друг другу.
Соответствующий интервал между осями может максимизировать выработку электроэнергии, зависящей и от рельефа местности, тени и времени суток.
В ШАТ длинные горизонтальные трубы опираются на подшипники, установленные на пилонах. Оси трубок ориентированы на линии север-юг. Панели монтируются на трубке, а трубка будет вращаться вокруг своей оси, чтобы отслеживать видимое движение солнца в течение дня.
Ось вращения
Axis
(
Разновидностью трекеров HSAT являются трекеры, устанавливаемые на южных стенах крупных объектов (зданий) - WHSAT (Wall Horizontal single axis tracker).
Ось вращения для VSAT вертикальна по отношению к земле. Эти трекеры вращаются с востока на запад в течение дня. Такие трекеры являются более эффективными в высоких широтах, чем HSAT. Поля трекеров должны учитывать затенение от соседних трекеров, чтобы избежать ненужных потерь энергии и оптимизировать землепользование.
VSAT обычно имеют рабочую поверхность (с фотоэлементами) ориентированную под углом по отношению к оси вращения. То есть имеет фиксированный наклон.
В массиве трекеров должно учитываться затенение от соседних трекеров, чтобы избежать ненужных потерь и оптимизировать землепользование.
PASAT выравнивается по полярной звезде. В связи с этим их называют трекеры с полярно выровненной осью (PASAT). В каждом конкретном данном случае для PASAT угол наклона равен широте установки. Это выравнивает ось вращения трекера с осью вращения Земли.
DAT имеют две степени свободы, которые выступают в качестве осей вращения. Эти оси, как правило не связаны друг с другом, но работают вместе. Ось, которая фиксируется по отношению к земле может рассматриваться как основная ось. Другая ось может можно рассматривать как вторичная. И наоборот.
Есть несколько распространенных реализаций трекеров с двумя осями. Они классифицируются по направленности их основной оси по отношению к земле. Два наиболее распространенных вида трекеров с 2-я осями: TTDAT и AADAT.
DAT позволяют принять оптимальное количество солнечной энергии за счет их способности следовать за солнцем вертикально и горизонтально.
Независимо от того, где солнце в небе, DAT в состоянии наклонить себя в непосредственном контакте с солнцем.
Поля с TTDAT являются очень гибкими. Простая геометрия означает, что сохранение оси вращения параллельно друг другу — все, что необходимо для надлежащего размещения трекеров по отношению друг к другу. Обычно трекеры должны быть расположены с довольно низкой плотностью, чтобы избежать затенение одного трекера другим, когда солнце находится низко в небе.
Оси вращения TTDAT, обычно выравниваются либо по северному меридиану или по линии широты восток-запад.
В AADAT главная ось - вертикальная. Они похожи на TTDAT, но они отличаются по способу поворота массива. Вместо вращающегося массива вокруг верхнего полюса столба, AADAT системы обычно используют большое кольцо, установленное на земле или платформе. Вся система устанавливается на ролики или на большую платформу с подшипниками. Основным преимуществом такого расположения является то, что вес массива распределяется по частям кольца, в отличие от одной точки загрузки полюса в TTDAT. Это позволяет AADAT поддерживать гораздо больший массив солнечных панелей или отражателей, в отличие от TTDAT, однако, системы AADAT не могут быть размещены ближе друг к другу, чем диаметр кольца, что может привести к снижению плотности застройки системы, особенно с учетом межтрекерного затенения.
Результаты исследований и их обсуждение.
Подвижная часть трекера может менять своё положение с помощью ручного привода, либо с помощью 1-2-х актуаторов - исполнительных устройств, выполненных на электродвигателях.
Задача трекера - установить углы наклона рабочей поверхности нагрузки, сориентировав, её строго на солнце. Иначе говоря, солнечные лучи должны падать перпендикулярно плоскости солнечной батареи.
Такой ориентации можно добиться несколькими способами:
В первом случае устройство управления актуаторами с помощью нескольких фотоприёмников анализирует освещённость при разных положениях трекера и передаёт управляющие сигналы на актуаторы до момента, когда поток света на всех фотоэлементах будет одинаков. Разбалансировка системы из-за движения солнца даст импульс для активации нового перемещения, в направлении к солнцу. Принципиальные схемы таких устройств несложные и недорогие. Но у них есть один существенный недостаток. В пасмурную погоду, при осадках и загрязнении фотоприёмников система неработоспособна.
Переориентировать систему можно вручную, либо, управляя актуаторами, подавая управляющие сигналы с помощью переключателей. Но такой способ приемлем в основном для сезонной ориентации трекеров, когда на какой-то период времени выставляется соответствующий угол наклона (на картинке данный угол обозначен как Zenith (зенитный угол наклона солнца (рис. 12)). Точность ориентации при этом невелика, постоянно оператор не может находиться у трекера, поэтому данный способ распространён мало, но для сезонной ориентации малобюджетных систем он вполне подходит.
Управление движением трекера по Азимутальному и Зенитному углам возможно устройством управления, в состав которого входит таймер. При этом актуаторы начинают свою работу по суточной программе таймера (при необходимости, и по годовой программе). Точность ориентации при этом не велика, так как солнце в течение года постоянно меняет время, место восхода и захода, зенитный угол.
К примеру, летом в наших широтах зенитный угол мал, а зимой солнце идёт по горизонту и зенитный угол велик. Данный способ приемлем для недорогих систем.
Наиболее эффективным стал способ управления актуаторами по программе, которая в определенные интервалы времени рассчитывает местоположение солнца. По внутренним часам устройства программа на блок управления будет выдавать информацию о значении Азимутального
(Azimuth) и Зенитного (Zenith) углов (рис. 12), с учётом местоположения трекера (широта, долгота, высота над уровнем моря), после чего исполнительным устройством производится соответствующая переориентация трекера в расчётное положение. Данная программа для расчёта местоположения солнца, называется — SPA (Алгоритм солнечной позиции).
Horizon
Рисунок 12. Зенитный угол наклона солнца
Устройства управления трекерами могут быть выполнены на защищённых компьютерах, PLC — Программируемых логических контроллерах, либо в виде отдельных законченных устройств, программируемых поставщиком при поставке трекера, с привязкой к местности своего изделия. Группа трекеров может управляться одним компьютером, что снижает себестоимость электростанции.
Солнечный трекер в полной комплектации включает в себя:
1. Несущую конструкцию, состоящей из статичной и подвижной частей, подвижная часть имеет одну или две оси вращения (рис.13);
2. Систему ориентации подвижной части трекера, состоящей из исполнительных устройств (актуаторов), и устройства управления ими;
3. Систему безопасности, состоящей
- защиты от молнии,
- защиты от перегрузок,
- метеостанции, предназначенной для предупреждения системы об урагане, граде, снеге, наледи, неблагоприятных погодных условиях. анализируя данные метеостанции, система переориентирует трекер в положение, при котором неблагоприятные факторы будут минимизированы в период их действия, а рабочие поверхности защищены от разрушения или порчи;
- стабилизаторов;
4. Систему управления и интерфейс, предназначенные для настройки, контроля и обслуживания энергосистемы;
5. Систему удалённого доступа - для удалённого мониторинга и управления системой;
6. Систему навигации - для определения географического положения системы, высоты над уровнем моря (для трекеров на мобильной базе). На стационарных трекерах навигация не обязательна. Установочные значения широты, долготы, высоты над уровнем моря места, где ставится трекер, вводятся поставщиком при монтаже системы.
7. Инвертор - преобразующий, поступающую от полезной нагрузки трекера постоянное напряжение в переменное 220В (110В) и передаёт его потребителю или на принимающую станцию, одновременно, подпитывая трекер. Количество инверторов на трекере может быть от одного до трёх. Инверторы выполняются в защищенном варианте или же в корпусе, устанавливаемом в помещении. Схемы подключения инверторов в системе могут быть различными.
Рисунок 13. Комплектация солнечного трекера
В 2015 г. на базе Ючюгейская СЭС Олекминского района, которая состоит из двух платформ по 87 солнечных панелей мощностью 30 кВт, была введена в эксплуатацию опытно-промышленный солнечный трекер мощностью 10 кВт, что позволило увеличить эффективность солнечных батарей, поддерживая постоянную ориентацию на солнце по азимуту. По расчётам разработчиков, данная технология должна увеличит выработку электроэнергии на 35-40 %. При этом оборудование способно работать при температуре от -40 до +60 °С. Солнечный трекер отечественного производства.
Рисунок 14. Солнечный трекер мощностью 10 кВт в поселке Ючюгей
Оймяконского района
Рисунок 15. Общий вид солнечной электростанции в п. Ючугей (на переднем
плане трекер)
Поселок изолирован от энергосистемы, за счет СЭС сокращается использование топлива имеющейся дизельной электростанции. Один литр дизельного топлива с перевозкой обходится примерно в 48 рублей и,
соответственно, было сэкономлено 800 тысяч рублей (на период 2015 г). В Республике Саха (Якутия) много таких изолированных поселков, и развитие для их энергоснабжения генерации на базе возобновляемых источников энергии имеет неплохие перспективы.
Оймяконский район находится в приполярных широтах, однако южнее Северного полярного круга. Несмотря на это солнечных дней здесь достаточно для эффективного использования солнечных электростанций.
Солнечная электростанция с. Ючюгей Оймяконского района с установленной мощностью 30 кВт состоит из:
1. СП FSM-230 (Россия) 42 шт. - 9660 Вт;
2. СП AXITEC AC-260M (Германия) 45 шт. - 11700 Вт;
3. Солнечный трекер УСС-5.1 - 2 шт.;
4. СП FSM-230 Россия (2013г.) Трекер 44 шт. - 10120 Вт;
5. Батарейная инверторная система из двух кластеров, состоящих из трех однофазных инверторов Sunny Island номинальной мощностью 6 кВт, с общей номинальной мощностью 36 кВт;
6. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи 48 В, выполненные по технологии GEL, с номинальной емкостью 1710 Ач - 2х24 элементов;
7. Сетевой инвертор SMA трехфазный сетевой Sunny Tripower STP 10000TL-10 (Германия) - 3 шт.;
8. Вспомогательное оборудование и материалы.
В комплектацию солнечного трекера Ючюгейского СЭС входят:
1. рама-основание;
2. опорное устройство;
3. следящий электропривод поворотной части трекера;
4. тормозной механизм поворотной части трекера;
5. поворотная платформа для установки фотоэлектрических панелей;
6. система управления следящим электроприводом.
Технические характеристики объектов приведены в следующих таблицах.
Таблица 3. Основные характеристики трекера
Наименование характеристики Значение
Угол изменения положения (перемещение) поворотной
платформы, градусы:
-по азимуту 0 - 355
-по вертикали 40 -80
Точность установки (позиционирования), градусы ±5
Скорость поворота, об/мин (для справок) 0,3
Напряжение питания электропривода, В 220
Мощность электропривода, Вт 750
Потребление электроэнергии, Вт ч/сутки ~800*
Габаритные размеры, мм, не более:
-длина 8750
-ширина (max) 4200
-высота (max) 6475
Масса (без солнечных батарей), кг, не более 2600
Наработка на отказ, ч 1000
Срок до списания, лет 20
Примечание - Размеры поворотной платформы предусматривают установку 22
фотоэлектрических панелей размером 1650х992х50 мм, общей мощностью не менее 5 кВт.
Таблица 4. Технические характеристики инвертора
Модель инвертора STP-10000TL
Входной постоянный ток (ОС)
Максимальная мощность постоянного тока 10.2 кВт
Макс. постоянное напряжение 1000 В
Номинальное постоянное напряжение 600 В
Минимальное напряжение старта 150 В
Мах постоянный ток на входе А / В 22 A/11 A
Макс. входной ток на стринг (поток) входа А2 / входа В2 33 A/12.5 A
Количество независимых МРР входов / стрингов на МРР вход 2/A:4; B:1
Диапазон слежения МРРТ (при номинальной мощности) 320~800В
Выходной переменный ток (АС)
Максимальная выходная мощность переменного тока 10 кВт
Напряжение выходного переменного тока/диапазон 160~280В
Номинальное напряжение переменного тока 220,230,240 В
Максимальный переменный ток на выходе 16 A
Рабочий диапазон / частота в сети 44-65 Гц
Частота в сети 50,60 Гц
Коэффициент мощности (cos ф) 1
АС Тип подключения трехфазный
Пиковая эффективность 98 %
Общие данные
Размеры (ВхШхД) 690x665x265 мм
Вес 59 кг
Потребляемая мощность в ночное время (спящий режим) 1 Вт
Уровень шума 51 dB(A)
Диапазон рабочих температур -25°С...+60°С
Топология бестрансформаторный
Класс защиты (место монтажа) 1Р65 (внутри/вне помещения)
Коммуникационные порты RS 485,Bluetooth
Устройства защиты Защита от короткого замыкания, остаточного тока (RCD), защита от обратной полярности, мониторинг замыкания на землю, мониторинг сети
Гарантия производителя SMA Solar Technology AG (Германия) до 10 лет
Таблица 5. Дефекты и неисправности
№ Дефекты и неисправности Способы устранения
1 Отказ работы тормозной системы 1. Питание электромагнитов выполнить постоянным током. 2. Произвести регулировку тормозных механизмов. 3. В руководство по эксплуатации ввести периодичность регулировки тормозного механизма
2 Отказ работы управляющего контроллера Segnetics на одном из трекеров 1. Контроллер заменить, подключение контроллера произвести в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.
3 Большая погрешность измерения температуры окружающей среды Настройку датчика производить не по усредненным значениям, а выполнять индивидуально.
4 Отказ работы датчика крайнего положения трекера на северо-запад Причина - загрязнение датчика. 1. Ввести периодичность обслуживания датчика
2. Ввести дополнительный аварийный датчик.
5 Раскачивание трекера на фундаментной опере На последующих образцах изменить конструкцию опорной рамы.
Анализ выявленных неисправностей показывает, что они могут быть устранены на опытных образцах и исключены при изготовлении последующих образцов.
Выводы.
Сравнение стационарных и следящих систем (солнечных трекеров):
• Следящие системы имеют большую выработку электроэнергии по сравнению со стационарными (в 1,6-2,1 раза).
• Более рациональное использование фотоэлектрического преобразователя (ФЭП). В ясный мартовский день максимальная мощность ФЭП на трекере доходит до номинальной, а на стационарной панели только до 54-58%. В летний день при совпадении угла склонения Солнца и угла наклона ФЭП может кратковременно достичь 100%.
• Меньшую стоимость строительных работ. Земляные работы по подготовке площадки заменяются монтажом свай.
• Для строительства ДЭС 90 кВт со стационарными ФЭП требуется отсыпка щебнем в объеме 3000 м3.
• При стоимости щебня на месте строительства 550 р/м3 стоимость работ по отсыпке составит 1650 т.р.
• Для монтажа трекеров потребуются работы по бурению и установки 40 свай. Стоимость работ ориентировочно составит от 700 до 980 т.р. Таким образом, экономия на подготовительных работах составит 670-950 т.р.
• Трекеры обладают большей устойчивостью к негативным влияниям вечной мерзлоты и к шквальным ветрам - имеется возможность поставить трекер «во флюгер».
При сравнении эксплуатационных характеристик установлено:
- стационарные системы не требуют проведения регламентных работ, однако в зимнее время требуется их очистка от снега.
- следящие системы, как любые механизмы, требуют своевременного проведения регламентных работ по обслуживанию, однако объем работ технического обслуживания не приводит к увеличению персонала электростанции.
- очистка от снега панелей на трекере не требуется, т.к. в зимнее время ФЭП ставятся с большими углами возвышения.
Учитывая вышесказанное, для обслуживания требуется одинаковое количество персонала.
В ходе эксплуатации производилась регистрация значений мощности солнечной электростанции как со стационарными фотоэлектрическими панелями (СЭС-1), так и с ориентированными на текущее положение Солнца (СЭС-2 с трекером).
На таблице 6 приведена годовая выработка электроэнергии с марта 2021 г. по февраль 2022 г.:
Таблица 6. Выработка электроэнергии в год
Выработка электроэнергии (кВт*ч) с марта 2021 года по февраль 2022 года
СЭС-1 СЭС-2 (с трекером) Разница количества выработанной электроэнергии
10746 17376 6630
При рассмотрении результатов видно, что фотоэлектрические панели, постоянно ориентированные на солнце, выдают мощность 5,1.1,9 выше, чем стационарные.
Система ориентации обеспечивает более равномерную мощность в течение всего светового дня.
Выработка электроэнергии по месяцам приведена на рисунке
Выработка электроэнергии СЭС' 1 н СЭС 2 (трекер)
3000
Март 2021 Апрель Май 2021 Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Г. 2021г. г. 2021г. 2021г. 2021г. 2021г. 2021г. 2021г. 2021г. 2022 г. 2022г.
• Выработка электроэнергии, кйт'ч СЭС-2 • Выработка электроэнергии, кВт'ч СЭС-1
Рисунок 16. Выработка электроэнергии СЭС-1 и СЭС-2 (с трекером)
Из графика видно, что электроэнергия, вырабатываемая ФЭП расположенных на трекере во всех случаях больше, чем на неподвижных ФЭП. При строительстве солнечных электростанций в более северных широтах разница в выработке электроэнергии между стационарными и следящими системами будет еще больше. В течение светового дня угол наклона солнца к солнечной панели постоянно меняется. Соответственно изменяется и выработка электроэнергии солнечной панелью в определенные моменты положения солнца.
Благодаря внедрению солнечных трекеров, удается достичь весьма солидных преимуществ по сравнению со стационарной солнечной электростанцией.
Солнечные трекеры в Якутии также способствуют снижению выбросов парниковых газов и улучшению экологической ситуации в регионе. Энергия, полученная за счет внедрения солнечных трекеров в СЭС, является чистой и экологически безопасной, что делает ее привлекательным вариантом для использования в Республике.
Столыпинский вестник №8/2024 Литература
1. Аржанов, К.В. Двухкоординатная система наведения солнечных батарей на Солнце / К.В. Аржанов//Известия Томского политехнического университета. - 2014 - Т. 324 - № 4 - С. 139-146.
2. Капля Е. В. Автоматическая система ориентации солнечной батареи в условиях переменной освещенности// Известия ВолгГТУ.-Волгоград -2009.- №8(56)-. С.88.
3. Китаева, М.В. Аппаратно-программный комплекс для контроля оптимальной ориентации фотоэлектрических модулей на максимальный поток солнечного излучения: дис. канд. техн. наук: 05.11.13 / Китаева Мария Валерьевна. - Томск, 2014 - 139 с.
4. Кокиева, Г. Е. Обеспечение системы теплоснабжения сельских домов на территории Якутии / Г. Е. Кокиева // Ларионовские чтения-2021 : СБОРНИК НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО ИТОГАМ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, Якутск, 25 февраля 2021 года. Том 1. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2021. - С. 149-153. - EDN JHQLRZ.
5. Корякин, А. К. Повышение эффективности гелиоэлектрической установки для электро- и теплоснабжения / А. К. Корякин, В. С. Трофимова // Ларионовские чтения-2021 : Сборник научно-исследовательских работ по итогам научно-практической конференции, Якутск, 25 февраля 2021 года. Том 2. - Якутск: Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, 2021. - С. 168-172. -EDN TBFNPY.
6. Кулбаев, А. Е. Разработка контроллера слежения за Солнцем для оптимального позиционирования фотоэлектрической установки / А. Е. Кулбаев // Наука и образование: проблемы, идеи, инновации. - 2018. -№ 2(5). - С. 58-63. - EDN XTLXAT.
7. Курбатов, В. И. Модель устройства отслеживания солнца для солнечной панели «солнечный трекер» / В. И. Курбатов, А. А. Мартышкин //
Сборник тезисов докладов научно-практической конференции студентов Курганского государственного университета, Курган, 20 марта - 01 2022 года. Том ВЫПУСК XXIII. - Курган: Курганский государственный университет, 2022. - С. 265. - EDN REOHTP.
8. Митрофанов, С. В. Исследование работы солнечной электростанции с двухосевым солнечным трекером / С. В. Митрофанов, Д. К. Байкасенов // iPolytech Journal. - 2023. - Т. 27, № 4. - С. 737-748. - DOI 10.21285/1814-3520-2023-4-737-748. - EDN HNSEUI.
9. Оценка энергетического потенциала солнечной радиации региона с применением солнечного трекера / В. З. Манусов, Д. С. Ахьеев, М. Х. Назаров [и др.] // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. - 2020. - № 1(78). - С. 189-203. - DOI 10.17212/1814-1196-2020-1-189-203. - EDN ZKMARG.
10. Плеханов С.И., Наумов А.В. Оценка возможностей роста производства солнечных элементов на основе CdTe, CIGS и GaAs/Ge в период 2010 -2025 г.г. [Электронный ресурс] - Режим доступа: AEnergy.ru
11. Повышение эффективности работы солнечной панели при помощи солнечного трекера / Д. В. Воротынцев, О. В. Ануфриев, Р. Э. Теряев, К. П. Стеценко // Современные проблемы УПРАВЛЕНИЯ и РЕГУЛИРОВАНИЯ: ТЕОРИЯ, МЕТОДОЛОГИЯ, ПРАКТИКА : Сборник статей II Международной научно-практической конференции, Пенза, 23 января 2017 года / Под общей редакцией Г.Ю. Гуляева. -Пенза: "Наука и Просвещение" (ИП Гуляев Г.Ю.), 2017. - С. 39-43. -EDN XQPOLP.
12. Попель О.С., Фрид С.Е., Альварес Г.М. К расчету поступления солнечной радиации на земную поверхность // Гелиотехника-1986. -№1-С.56.
13. Трофимова, В. С. Комбинированная гелиоэлектрическая система отопления с электромагнитным подогревателем / В. С. Трофимова, Г. Е. Кокиева // Современные проблемы и достижения аграрной науки в
Арктике : Сборник научных статей по материалам Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием в рамках «Северного форума - 2020» (29-30 сентября 2020 г., Якутск) и Международной научной онлайн летней школы - 2020 (6-20 июля 2020 г., Якутск), Якутск, 06 июня - 30 2020 года. - Якутск: Ставропольский государственный аграрный университет, 2020. - С. 4049. - EDN MUZFIJ.
Literature
1. Arzhanov, K.V. A two-coordinate system for pointing solar panels at the Sun / K.V. Arzhanov//Proceedings of Tomsk Polytechnic University. - 2014 -Vol. 324 - No. 4 - pp. 139-146.
2. Drop E. V. Automatic solar battery orientation system in variable illumination conditions// Izvestiya VolgSTU.-Volgograd - 2009.- №8(56)-. P.88.
3. Kitaeva, M.V. Hardware and software complex for controlling the optimal orientation of photovoltaic modules to the maximum flux of solar radiation: dis. Candidate of Technical Sciences: 05.11.13 / Kitaeva Maria Valeryevna. -Tomsk, 2014 - 139 p.
4. Kokieva, G. E. Ensuring the heat supply system of rural houses in Yakutia / G. E. Kokieva // Larionov readings-2021 : A COLLECTION OF RESEARCH PAPERS BASED ON THE RESULTS OF A SCIENTIFIC and PRACTICAL CONFERENCE, Yakutsk, February 25, 2021. Volume 1. -Yakutsk: NEFU Publishing House, 2021. - pp. 149-153. - EDN JHQLRZ.
5. Koryakin, A. K. Improving the efficiency of a solar-electric installation for electricity and heat supply / A. K. Koryakin, V. S. Trofimova // Larionov readings-2021 : A collection of research papers based on the results of a scientific and practical conference, Yakutsk, February 25, 2021. Volume 2. -Yakutsk: Northeastern Federal University named after M.K. Ammosov, 2021. - pp. 168-172. - EDN TBFNPY.
6. Kulbaev, A. E. Development of a sun tracking controller for optimal positioning of a photovoltaic installation / A. E. Kulbaev // Science and
education: problems, ideas, innovations. - 2018. - № 2(5). - Pp. 58-63. -EDN XTLXAT.
7. Kurbatov, V. I. Model of the sun tracking device for the solar panel "solar tracker" / V. I. Kurbatov, A. A. Martyshkin // Collection of abstracts of the scientific and practical conference of students of Kurgan State University, Kurgan, March 20 - 01 2022. VOLUME ISSUE XXIII. - Kurgan: Kurgan State University, 2022. - p. 265. - EDN REOHTP.
8. Mitrofanov, S. V. Investigation of the operation of a solar power plant with a two-axis solar tracker / S. V. Mitrofanov, D. K. Baikasenov // iPolytech Journal. - 2023. - Vol. 27, No. 4. - pp. 737-748. - DOI 10.21285/1814-35202023-4-737-748. - EDN HNSEUI.
9. Assessment of the energy potential of solar radiation in the region using a solar tracker / V. Z. Manusov, D. S. Akhieev, M. H. Nazarov [et al.] // Scientific Bulletin of the Novosibirsk State Technical University. - 2020. - № 1(78). - Pp. 189-203. - DOI 10.17212/1814-1196-2020-1-189-203. - EDN ZKMARG.
10. Plekhanov S.I., Naumov A.V. Assessment of the possibilities of growth in the production of solar cells based on CdTe, CIGS and GaAs/Ge in the period 2010-2025 [Electronic resource] - Access mode: AEnergy.ru
11. Improving the efficiency of a solar panel using a solar tracker / D. V. Vorotyntsev, O. V. Anufriev, R. E. Teryaev, K. P. Stetsenko // Modern problems of MANAGEMENT and REGULATION: THEORY, METHODOLOGY, PRACTICE : Collection of articles of the II International Scientific and Practical Conference, Penza, January 23, 2017 / Under the general editorship of G.Y. Gulyaev. - Penza: "Science and Education" (IP Gulyaev G.Yu.), 2017. - pp. 39-43. - EDN XQPOLP.
12. Popel O.S., Fried S.E., Alvarez G.M. To calculate the receipt of solar radiation on the Earth's surface // Heliotechnika-1986. - No.1-p.56.
13. Trofimova, V. S. Combined solar-electric heating system with an electromagnetic heater / V. S. Trofimova, G. E. Kokieva // Modern problems
and achievements of agricultural science in the Arctic : A collection of scientific articles based on the materials of the All-Russian Student Scientific and Practical Conference with international participation within the framework of the Northern Forum 2020 (September 29-30, 2020, Yakutsk) and the International Scientific Online Summer School 2020 (July 6-20, 2020, Yakutsk), Yakutsk, June 06 - 30 2020. - Yakutsk: Stavropol State Agrarian University, 2020. - pp. 40-49. - EDN MUZFIJ.
© Трофимова В.С., Осорова А.Д., Ходоев Ш.Н., 2024 Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №8/2024.
Для цитирования: Трофимова В С., Осорова А.Д., Ходоев Ш.Н. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СОЛНЕЧНЫХ ТРЕКЕРОВ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ) // Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №8/2024.
