Как построить гигантские солнечные электростанции в горной местности

Аккумулятор FIAMM 12FGH23

Китайские исследователи предложили новую методологию проектирования солнечных электростанций промышленного масштаба в горных регионах. Они смоделировали солнечную электростанцию мощностью 386,4 МВт недалеко от Пуэра, города на юге Китая, расположенного на высоте 1037 метров над уровнем моря.

Исследователи из китайской энергетической компании Yunnan Longyuan New Energy предложили новую методологию проектирования фотоэлектрических установок промышленного масштаба в холмистых или горных районах.

В частности, они провели имитационное исследование горной фотоэлектрической фермы, ориентированной на юг и расположенной в городе Пуэр на юге Китая, в провинции Юньнань. С помощью фотограмметрии с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) были получены данные цифровой модели рельефа (ЦМР) с высоким разрешением для создания трёхмерной модели местности.

«С помощью программного обеспечения Rhino была создана трёхмерная модель рельефа, а количественный анализ фотоэлектрических систем, проведённый с помощью платформы PVsyst, позволил определить ключевые эксплуатационные факторы, влияющие на эффективность системы, в том числе потери температуры, интенсивности излучения и затенения, — пояснили в группе. — Эти результаты помогают принимать обоснованные решения по обслуживанию и оптимизации фотоэлектрических систем в районах со сложным рельефом».

Метеорологические данные, включая среднегодовую температуру, количество осадков и солнечную радиацию в Пуэре, были получены с помощью программного обеспечения Meteonorm. Средняя высота холма составляла 1037 метров над уровнем моря, а смоделированный солнечный парк на нём был разделён на две части: в регионе A с выпуклым рельефом площадью 1175 м2 и средним уклоном 20,378° было установлено 456 фотоэлектрических панелей. В регионе B был вогнутый рельеф площадью 561 м2 со средним уклоном 17,703°. На этой территории было установлено 216 фотоэлектрических панелей.

Каждая панель представляла собой монокристаллическую панель n-типа мощностью 575 Вт и эффективностью 22,3 %. Внешние размеры этого компонента составляют 2278 мм × 1134 мм × 30 мм, а эффективная площадь светоприёмника — примерно 2,58 м². Установлены четыре инвертора, каждый из которых подключён к 12 фотоэлектрическим цепочкам, а каждая фотоэлектрическая цепочка состоит из 14 фотоэлектрических панелей, образующих единую конструкцию для всей системы. Максимальная эффективность преобразования инверторов составила 99 %.

«Открытая и хорошо проветриваемая местность в выпуклой горной области А демонстрирует превосходные тепловые характеристики: годовые потери энергии составляют 38,1 кВт·ч на модуль по сравнению с 39,5 кВт·ч в вогнутой горной области Б», — пояснили учёные. «Общая эффективность фотоэлектрической системы в области А выше, чем в области Б; потери, вызванные повышением температуры одной фотоэлектрической панели, сократились на 3,5 %».

Было установлено, что в выпуклой области A затенение происходит на 65,5 % реже, а потери электроэнергии — на 66,9 % меньше, чем в вогнутой области B. Кроме того, результаты показывают, что разница в производительности наиболее заметна в январе: в области A вырабатывается 66,4 кВт·ч на панель, а в области B — 64,3 кВт·ч. Во время зимнего солнцестояния в регионе A потери от прямого излучения и электричества составляют всего 0,1 %, в то время как в регионе B они значительно выше — 1,0 % и 6,9 % соответственно.

«Оценка на системном уровне подтверждает, что открытая конфигурация в регионе А не только повышает производительность отдельных панелей, но и оптимизирует общую эффективность системы», — подчеркнули исследователи. «Потери электроэнергии из-за затенения в регионе А (-0,4 %, 3,57 кВт⋅ч на панель) значительно ниже, чем в регионе Б (-2,9 %, 26,3 кВт⋅ч на панель), что свидетельствует о важности учёта особенностей горного рельефа при проектировании фотоэлектрических систем».

Согласно экономическому анализу, проведённому группой, общий объём первоначальных инвестиций в систему составляет 918 140 юаней (129 977 долларов США), а ежегодные эксплуатационные расходы — 15 000 юаней. Система окупается за 6,8 года и приносит чистую прибыль в размере 2 567 853,92 юаня за 20 лет эксплуатации. Кроме того, система вырабатывает 10,39 млн кВт·ч электроэнергии, что позволяет сократить выбросы углекислого газа на 10,58 млн кг по сравнению с традиционными угольными электростанциями.

Ученые представили свои выводы в статье «Имитационное исследование горной фотоэлектрической электростанции мощностью 386,4 МВт: тематическое исследование», опубликованной в Scientific Reports. В исследовании приняли участие ученые из китайской компании Yunnan Longyuan New Energy и Юньнаньского сельскохозяйственного университета.