Сетевая солнечная электростанция: принцип работы, устройство и проектирование

Как работает сетевая солнечная станция?

Ситуация на российском рынке электроэнергии постепенно меняется: рост тарифов, необходимость модернизации сетей и интерес к возобновляемым источникам энергии делают солнечную генерацию всё более актуальной. Особый интерес вызывает формат сетевых солнечных электростанций (СЭС), позволяющих интегрироваться в существующую энергосистему без необходимости устанавливать аккумуляторы.

В данной статье мы подробно разберём, как устроена и функционирует сетевая СЭС, какие инженерные компоненты входят в её состав, и как правильно подойти к проектированию.

Принцип работы сетевой СЭС

В основе работы СЭС лежит фотоэлектрический эффект. При попадании солнечного излучения на поверхность солнечного элемента (ячейки) происходит генерация электронов — возникает постоянный электрический ток (DC). Этот ток направляется в инвертор, где преобразуется в переменный ток (AC), соответствующий параметрам сети (напряжение 230/400 В, частота 50 Гц).

Сетевая СЭС работает по приоритетной схеме:

электроэнергия в первую очередь направляется на внутренние нужды здания или объекта;
если в конкретный момент выработка превышает потребление, излишки отдаются во внешнюю сеть;
при отключении внешней сети инвертор автоматически прекращает подачу энергии во избежание обратного тока и возможных аварий.

Основные компоненты сетевой солнечной электростанции

Солнечные батареи

Это генератор энергии, состоящий из солнечных элементов. Разделяются на:

Классические кремниевые (монокристаллические, поликристаллические)
Тонкоплёночные

Гибкие солнечные модули характеризуются более низкой массой, лучшей светочувствительностью в условиях рассеянного освещения, гибкостью и возможностью монтажа на облегчённые конструкции.

Инвертор

Задача инвертора:

Преобразование DC в AC
Синхронизация с параметрами сети
Мониторинг выработки, управление системой
Безопасность (защита от короткого замыкания, отключение при отсутствии сети)

Инверторы могут быть:

Однофазные — преимущественно в бытовых системах до 5–10 кВт (подключаются к одной фазе 230 В).
Трёхфазные — для промышленных объектов, коммерческих зданий и домов с трёхфазным вводом.

Выбор зависит от конфигурации электросети, мощности СЭС и специфики потребления.

Электрощитовая часть

Автоматы защиты, УЗО, УЗИП
Учётная система (двусторонний счётчик)
Контроллеры, возможно — управление нагрузкой

Системы мониторинга

Wi-Fi или Ethernet-модули позволяют в реальном времени отслеживать выработку и отклонения.

Крепёжные системы

Металлоконструкции для классических кремниевых модулей
Клеевые/механические крепления для гибких солнечных модулей

Электротехнические особенности и ограничения СЭС

При проектировании СЭС необходимо учитывать:

Совместимость с категорией электроснабжения (I, II, III).
Перекос фаз в случае трёхфазной системы.
Местные требования к оформлению договоров и ТУ.
Защиту от перенапряжений и молний (УЗИП, молниеотводы, заземление).
Расчёт энергетического баланса (сезонность, угол наклона, затенения).