Предимства на хибридните фотоволтаично-дизелови системи

B много региони по света електрическите мрежи са или незадоволителни като състояние и ефективност, или несъществуващи. В резултат на това потребителите от промишлените сектори често подхождат към обезпечаване на захранването на различни индустриални съоръжения чрез дизелови генератори. Действащите такива съоръжения в предприятията по цял свят са с обща мощност от над 500 гигавата.

Дизеловите генератори осигуряват редица предимства за индустриалните потребители. Като основен техен недостатък специалистите изтъкват постоянно покачващата се цена на горивото за тези системи. В същото време разходите за изграждане и експлоатация на фотоволтаични (PV) системи са спаднали с повече от 50% в рамките на последните няколко години. Така слънчевата енергия много често е най-икономичният алтернативен източник на енергия за отдалечените региони по света.

Стремежът към съчетаване на ползите от дизеловите генератори и фотоволтаичните системи и елиминиране на техните недостатъци води до разработката на т. нар. хибридни фотоволтаично-дизелови системи. Благодарение на тях слънчевата енергия, която освен изобилна е и безплатна, може изгодно да се използва като енергиен източник за различни индустриални приложения.

Икономическа ефективност на дизеловите генератори

Ако горивото за дизеловите генератори трябва да се транспортира до отдалечени райони, действителните разходи се покачват допълнително заради нуждата от съхранение. Това на практика може да удвои цената на един литър дизел в сравнение с пазарната му стойност. Отделно са налице и разходи за сертификати за търговия с CO2 емисии.

Вземайки предвид всичко това, дизеловите системи лесно могат да се окажат икономически неефективно решение за редица приложения. Ето защо все по-често се търсят алтернативни енергийни технологии, които да отговорят на проблемите с повишаващите се цени на горивата и глобалното затопляне, като едновременно намаляват вредните въглеродни емисии и предлагат по-изгоден в икономически план вариант за потребителите.

Преимущества на фотоволтаичните системи

Повече от 120 страни по целия свят имат установени правителствени политики, които подкрепят увеличаването на дела на възобновяемата енергия в крайното енергопотребление. В слънчевите региони фотоволтаиците вече са приети за най-икономичния начин за производство на електроенергия.

Цените на фотоволтаичните технологии са спаднали с повече от 50% през последните няколко години, а по целия свят са инсталирани PV системи с обща мощност над 100 GW. Това доказва, че фотоволтаиците са надеждна технология, от която все повече и повече промишлени дружества печелят. Това ги прави идеалното от икономическа и екологична гледна точка допълнение към дизеловите системи.

Същност на хибридните фотоволтаично-дизелови системи

“Хибрид” означава нещо, получено от съчетанието на два различни компонента, произвеждащи еднакви или подобни резултати. Хибридните фотоволтаично-дизелови системи обикновено включват фотоволтаични модули, дизелови генератори и интелигентно управление, което да гарантира, че количеството слънчева енергия, която се подава в системата, отговаря точно на нужното потребление към момента. За разлика от конвенционалните автономни (off-grid) системи с мощност до 300 kW, при които инверторът управлява системата, при хибридните системи тази функция изпълнява дизеловият генератор.

Най-общо, в хибридните фотоволтаично-дизелови системи PV системата допълва работата на дизеловите генератори. Тя може да предостави допълнителна енергия при високо натоварване или да облекчи дизеловия генератор, като сведе до минимум разхода му на гориво. В зависимост от конфигурацията хибридните системи могат и да съхраняват излишната енергия в батерии, което им позволява да използват слънчевата енергия дори през нощта.

Интелигентното управление на различните компоненти

на системата осигурява оптимална икономия на гориво и намалява до минимум емисиите на CO2. PV системите сами по себе си не произвеждат вредни емисии, изискват минимална поддръжка и имат ниски експлоатационни разходи. Типично те имат модулна конструкция, мащабируеми са и могат да се адаптират в зависимост от текущите енергийни нужди.

Това означава, че за разлика от захранващите системи, използващи дизелови генератори, и въпреки по-високата им първоначална цена, фотоволтаичните системи са с бърза възвръщаемост на инвестицията за срок от порядъка на 4-5 години в зависимост от големината на системата и обекта, в който е инсталирана, тъй като оперативните разходи са ниски.

Предимства на хибридните фотоволтаично-дизелови системи

За различни отрасли и приложения, като минната и преработващата промишленост, селскостопанските предприятия, комуналните съоръжения, туристическите и публичните обекти ниските разходи за електроенергия, бързата оперативна готовност, максималната надеждност и достъпност са от ключово значение. PV системите са гъвкави и при по-голямо енергопотребление могат да бъдат разширявани чрез допълнителни фотоволтаични модули.

В сравнение със системите, които работят единствено с дизелови генератори, хибридните фотоволтаично-дизелови системи предоставят множество предимства: по-ниски разходи за гориво, по-малка зависимост от увеличения на цените на горивата или недостиг на доставките, минимални CO2 емисии, което съдейства за опазване на околната среда и създава възможности за допълнителни приходи от търговия с въглеродни кредити.

Конфигурацията на хибридните фотоволтаично-дизелови системи

зависи до голяма степен от особеностите на приложението, изискванията на предприятието и условията на обекта, в който се инсталират. Вземат се предвид фактори като слънцегреенето, климатичните условия, достъпът до финансиране и спецификите на съществуващите генератори в случай на ретрофит.

Често прилагана конфигурация е хибридна фотоволтаично-дизелова система без система за съхранение на енергията. Такива инсталации изискват сравнително ниски капиталови вложения и могат да се свържат към електрическата мрежа, което често се прави в райони с нестабилни доставки на електроенергия по електроразпределителната мрежа.

При автономния off-grid вариант електричеството от соларното съоръжение се използва с приоритет. Тъй като слънчевата енергия не e постоянен източник на енергия, а дизеловите генератори имат нужда от известно време за стартиране, при това решение обикновено генераторите трябва да работят постоянно на поне минимално натоварване.

Хибридни системи с решения за съхранение на енергия

Съвременните хибридни фотоволтаично-дизелови системи могат да имат и допълнителен компонент - батерия или система, в която се съхранява генерираната енергия. Батерията складира енергия, докато дизеловите генератори се включат, когато например облак блокира слънчевата светлина, необходима за осигуряването на енергия от PV системата.

Тук са налице разходи за допълнителните компоненти за този вид хибридна система, така че тази конфигурация се свързва с по-висока инвестиция. Предимствата от добавянето на батерия към хибридната система в повечето приложения многократно надвишават недостатъците (в случая - по-високите разходи).

От една страна, системата за съхранение на енергия позволява изключването на дизеловите генератори през деня, а от друга - може значително да разшири функционалността на инсталацията, като създаде възможности за оползотворяване на генерираните излишъци от възобновяема енергия и за други приложения.

Инверторни решения в хибридните системи

Основни компоненти на хибридните фотоволтаично-дизелови системи са инверторите. Те често се проектират специално за работа в слаби електрически вериги с честотни колебания и е важно да запазят ефективността си и при агресивни условия на околната среда като топлина, влага и солен въздух.

Централизираните PV системи имат само един стринг (група последователно свързани PV модули), който се свързва към един централен инвертор, чрез който постоянен ток се преобразува в променлив ток. При децентрализираните фотоволтаични инсталации генерираната енергия се разпределя по много стрингове и се преобразува в променлив ток от няколко еднострингови инвертори.

Изборът между централизирана и децентрализирана система зависи от много фактори, сред които са разходите за монтаж на системата и експлоатационните разходи. Като цяло, работата по поддръжката на децентрализирана система не е сложна, дори и в труднодостъпните райони. Ако се появи потребност от обслужване, местните техници могат извършат необходимата поддръжка на място. За сметка на това дистанционното наблюдение на фотоволтаична система със централизирана структура е по-лесно.

Други компоненти на хибридните инсталации

Останалите основни компоненти на хибридната фотоволтаично-дизелова система включват PV панели, дизелови генератори, системи за наблюдение и управление на генераторите, допълнителни акумулаторни батерии и системи за управление на електрическото натоварване.

В отдалечените от електрическата мрежа региони за доставка на енергия за промишлени дейности често се избират изцяло дизеловите системи. В повечето случаи дизеловите генератори са най-големият експлоатационен разход на системата, тъй като изискват постоянно подаване на гориво. В региони с нестабилно електрозахранване генераторите често служат за резервно захранване по време на прекъсвания.

За повишаване на ефективността на цялата система за енергоснабдяване се инсталират и акумулаторни батерии, които захранват с необходимата енергия за осигуряване на оптимална работа на хибридната система през нощта или когато слънчевата енергия през деня не е достатъчна.

В същото време интелигентните системи за управление на натоварването гарантират, че количествата генерирана и необходима електроенергия съвпадат. Те поддържат цялостната стабилност на системата, като бързо реагират на драстични покачвания на натоварването и генерирането на енергия.

Приложения

Инсталацията на хибридни фотоволтаично-дизелови системи е подходящо решение за мащабни промишлени обекти в отдалечените райони, където са налице следните условия: висока цена на дизела; възможности за интелигентна комуникация между дизеловите генератори и фотоволтаичните системи, която улеснява ефективната употреба на фотоволтаичната енергия; местните условия позволяват ефективната употреба на слънчева енергия. Хибридните системи са особено изгодни икономически, когато количеството генерирана фотоволтаична енергия е над 1500 kWh/kWp.

През ноември 2012 г. е пусната в експлоатация първата автономна хибридна фотоволтаично-дизелова система с мощност няколко мегавата в мина за хром в Табазимби, Южна Африка. Инсталацията се състои от 4200 фотоволтаични модула и 63 инвертора и допълва генерирането на енергия посредством дизелово гориво с 1,8 гигаватчаса слънчева енергия на година. Чрез фотоволтаичното съоръжение операторът на мината значително намалява CO2 емисиите и разходите си за гориво.