Saulės energijos posūkio taškai ir ateities perspektyvos

Saulės energetika Lietuvoje ir pasaulyje sparčiai vystosi, keisdama požiūrį į energijos gamybą ir vartojimą. Šiame straipsnyje apžvelgsime esminius saulės elektrinių prijungimo prie tinklo reikalavimus, technologines inovacijas, susijusias su kvantiniais taškais, saulės modulių ilgaamžiškumą ir gedimų veiksnius, taip pat aptarsime saulės dėmių tyrimus ir jų reikšmę.

Saulės elektrinių prijungimas prie ESO tinklo

ESO (Energetikos skirstymo operatorius) nustato technines ir administracines sąlygas, kurias privalo atitikti kiekviena prie tinklo prijungiama saulės elektrinė. Prijungimo sąlygos priklauso nuo elektrinės galios, objekto tipo ir esamos tinklo infrastruktūros.

Prijungimo proceso eiga ir terminai

• Paraiškos pateikimas: Saulės elektrinės savininkas paraišką ESO pateikia per ESO savitarnos portalą adresu eso.lt. Fiziniai asmenys paraišką pateikia su asmens dokumentu, juridiniai asmenys - su įmonės registracijos dokumentais.
• Techninių sąlygų išdavimas: ESO išduoda technines sąlygas per 10 darbo dienų elektrinėms iki 30 kW ir per 30 darbo dienų elektrinėms virš 30 kW.
• Projekto rengimas ir derinimas: Elektrinėms nuo 10 kW projektas rengiamas pagal ESO technines sąlygas ir derinamas su ESO bei savivaldybės statybų skyriumi.
• Prijungimo sutarties pasirašymas: Po apmokėjimo ESO paruošia prijungimo sutartį per 5-8 darbo dienas. Prijungimo sutartis galioja 90 kalendorinių dienų - per šį laikotarpį savininkas ją pasirašo. Nuo sutarties pasirašymo gyventojai turi 270 kalendorinių dienų įrengti elektrinę.
• Montavimas: Rangovas sumontuoja saulės modulius, invertorių ir kitus įrenginius pagal suderintą projektą ir ESO technines sąlygas.
• Rangovo deklaracija: Rangovas pateikia ESO rangovo deklaraciją, patvirtinančią, kad elektrinė įrengta pagal nustatytas sąlygas.
• Skaitiklio perprogramavimas: ESO perprogramuoja elektros skaitiklį į dvikryptį režimą.

ESO prijungimo procesas trunka nuo kelių savaičių iki kelių mėnesių. Elektrinės iki 30 kW prijungiamos greičiau - jų dokumentų reikalavimai yra mažesni. Elektrinių virš 100 kW prijungimo procesas vyksta individualiai pagal projektą. Iki 30 kilovatų (kW) galios elektrinių prijungimo sąlygų prie elektros tinklų terminas Energetikos ministerijos iniciatyva buvo prailgintas iki 9 mėnesių, siekiant spartesnės gaminančių vartotojų plėtros ir administracinės naštos mažinimo.

Reikalavimai ir kainodara

• Elektrinės galia: Gyvenamųjų namų saulės elektrinių galia dažniausiai siekia 3-10 kW, verslo objektų - 10-100 kW ir daugiau.
• Inverterio reikalavimai: Inverterio galia negali viršyti ESO leistinos prijungimo galios.
• Kaina: Galutinė kaina priklauso nuo elektrinės galios, atstumo iki artimiausio ESO tinklo ir objekto dokumentų. Jei elektrinės galia viršija 500 kW arba atstumas iki ESO tinklo yra didesnis nei 1 000 m, prijungimo kaina skaičiuojama pagal faktines objekto prijungimo išlaidas individualiai. Preliminarią prijungimo įmoką galima apskaičiuoti per ESO skaičiuoklę adresu eso.lt. Elektrinės iki 1 kW prijungimas vyksta supaprastinta tvarka.

Gaminančių elektrą vartotojų skaičius Lietuvoje perkopė 15 tūkst. ir toliau sparčiai auga. Gyventojų susidomėjimas elektrinių įrengimu yra stipriai išaugęs, todėl visose proceso grandyse gali susidaryti eilės. Tačiau, jei atsakymo į pateiktą paraišką gyventojas iš ESO negauna per keletą dienų, nerimauti nėra ko - visi prašymai techninėms sąlygoms bus išnagrinėti. Šiai dienai gyventojų pateikti prašymai patikrinami per 10 kalendorinių dienų. Po paraiškos patikrinimo ir informavimo apie jos priėmimą, bendrovė atlieka techninių galimybių vertinimą, prijungimo sąlygų rengimą, kuris trunka iki 40 d. Tais atvejais, kai negalima prijungti elektrinės prie esamų tinklų, gyventojams rekomenduojama tapti nuotoliniu gaminančiu vartotojų, t. y. įsigyti dalį elektrinės dideliame saulės elektrinės parke. Tokį būdą generuoti savo žaliąją energiją pasirinko beveik 5 tūkst. gyventojų.

Kvantiniai taškai saulės energetikoje: ateities technologija

Saulės elementai, jautrūs kvantiniais taškais (QDSSCs), yra laikomi trečiosios kartos saulės elementais, kurie turi išskirtinių pranašumų prieš tradicinius saulės elementus.

Palyginimas su ankstesnėmis kartomis

• Pirmosios kartos: Monokristaliniams silicio saulės elementams reikalingas grynumas iki 99,99%. Gamybos procesas yra sudėtingas, sunaudojama daug energijos ir sukeliama tarša.
• Antrosios kartos: Plonasluoksnių saulės elementų gamybos sąnaudos sumažėjo, tačiau jie vis dar priklauso nuo tauriųjų metalų, tokių kaip varis ir indis, ir su labai toksiškais šalutiniais produktais.
• Kvantinių taškų saulės elementai (QDSSCs): Gali būti pagamintos iš plonų, lengvų ir lanksčių plėvelių, kurių teorinis konvertavimo efektyvumas yra 66%.

Ankstesnis nacionalinės atsinaujinančių energijos šaltinių laboratorijos (NREL) nustatytas QDSSC konvertavimo efektyvumo rekordas buvo 13,4%. Australijos Kvinslando universiteto mokslininkai dabar padarė didelę pažangą - užsibrėžė naują 16,6% pasaulio rekordą, kurį patvirtino nepriklausomi testai. Šis efektyvumas yra beveik 25% geresnis nei ankstesnis pasaulio rekordas, kas yra svarbu komerciniam gyvybingumui. Dėl to QDSSC tapo realiu šios srities mokslininkų dėmesio centru.

Ateities galimybės

Kadangi šie kvantiniai taškai yra lankstūs, juos galima ekonomiškai efektyviai atspausdinti dideliu mastu. Atlikdami tolesnį tyrimą, jie galėtų būti skaidrių apvalkalų pavidalu, kuriuos būtų galima sukrauti ant lėktuvų, automobilių ir namų viršaus, kad būtų galima gaminti elektrą. Ateityje mokslininkai tobulins kvantinių taškų saulės elementų efektyvumą, plės saulės elementų spausdinimo technologijas ant lanksčių ir skaidrių pagrindų, skirtų naudoti langų statyboje, nešiojamuose elektroniniuose prietaisuose, ir išplės kvantinių taškų taikymą kitose srityse, tokiose kaip LED. Šis tyrimas paskelbtas žurnale „Gamtos energija“ (Hao, M., Bai, Y., Zeiske, S. ir kt. Ligandu pagrįsta katijonų mainų inžinerija aukšto efektyvumo koloidiniams Cs1 - xFAxPbI3 kvantiniams taškiniams saulės elementams su sumažinta fazių segregacija. „Nat Energy 5“, 79-88 (2020)).

Saulės elektrinių ilgaamžiškumas ir degradacija

Saulės elektrinių, įrengtų ant gyvenamųjų namų, eksploatavimo trukmę įtakoja daugybė veiksnių. Saulės elektrinės dažnai įrengiamos su ilgalaikėmis paskolomis, o atsipirkimas vertinamas net iki 10 metų. Tačiau svarbu suprasti, kiek laiko plokštės tarnauja ir kiek jos atsparios.

Modulių tarnavimo laikas ir garantijos

Saulės modulio tarnavimo laikas priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant klimatą, modulio tipą ir tvirtinimo sistemą. Nors pats modulis neturi konkrečios galiojimo pabaigos datos, tačiau laikui bėgant gamybos efektyvumo mažėjimas (degradacija) verčia įrangą atsisakyti ar keisti. Sprendžiant, ar modulius toliau naudoti 20-30 metų, ar ieškoti atnaujinimo, svarbiausia atsižvelgti į saulės elektrinės faktinę gamybą.

• Degradacijos greitis: Remiantis JAV Nacionaline atsinaujinančios energijos laboratorija (NREL), tipinė modulių degradacija per metus siekia apie 0,5%. Aukščiausios kokybės gamintojai, tokie kaip „Panasonic“ ir LG, siekia apie 0,3 % per metus, o kai kurių prekių ženklų gamyba prastėja net 0,80 % per metus.
• Garantijos: Pramonės standartas saulės modulių gamybos efektyvumo garantijai (galios dydžio garantija) yra 25 metai, o stiklas - stiklas moduliams - 30 metų. Po 25 metų aukščiausios kokybės plokštės vis tiek galėtų pagaminti 93 % pradinės produkcijos, o didesnės degradacijos atveju - 82,5 %.

Degradacijos veiksniai

Didelė skilimo dalis priskiriama reiškiniui, vadinamam potencialiai sukelta degradacija (PID), kuris atsiranda, kai skydo įtampos potencialas ir nuotėkio srovė lemia jonų judėjimą modulyje tarp puslaidininkinės medžiagos ir kitų modulio elementų. Dėl to modulio išėjimo galia sumažėja, kai kuriais atvejais žymiai. Kai kurie gamintojai modulius gamina naudodami PID atsparias medžiagas. Visos plokštės taip pat patiria vadinamąjį šviesos sukeltą skilimą (LID), kai per pirmąsias valandas po saulės poveikio plokštės praranda efektyvumą (paprastai 1-3 %).

Oro sąlygų poveikis

Oro sąlygų poveikis yra pagrindinis modulio gedimo veiksnys:

• Šiluma: Aplinkos šiluma neigiamai veikia elektrinių komponentų veikimą ir efektyvumą. Temperatūros pokyčio koeficientai nurodo, kiek realaus laiko efektyvumo prarandama kiekvienu Celsijaus laipsniu, padidintu virš standartinės 25 C temperatūros. Šilumos mainai skatina skydo degradaciją per procesą, vadinamą terminiu ciklu, sukeliančiu mikro įtrūkimus. Tinkamas montavimas (pvz., plokštės montuojamos bent penkis cm virš stogo) gali padėti sumažinti šilumos poveikį.
• Vėjas: Stiprus vėjas gali sukelti plokščių lenkimą, vadinamą dinamine mechanine apkrova, ir sukelti mikro įtrūkimus. Kai kurie tvirtinimo sprendimai yra optimizuoti vietoms, kuriose pučia stiprus vėjas.
• Sniegas: Sniegas gali uždengti plokštes smarkesnių audrų metu ir apriboti našumą, taip pat sukelti dinaminę mechaninę apkrovą.

Degradacija yra normali, neišvengiama panelės veiklos ciklo dalis. Tinkamas įrengimas ir priežiūra gali padėti padidinti našumą. Saulės baterijos yra technologija be judančių dalių, todėl joms reikia labai mažai priežiūros.

Sertifikavimo bandymai ir gedimų dažnis

Siekiant užtikrinti, kad konkretus skydelis tarnaus ilgai ir veiks taip, kaip planuota, jai turi būti atlikti standartiniai sertifikavimo bandymai. Plokštėms taikomi Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) bandymai (IEC 61215 standartas), tikrinantys elektrines charakteristikas, mechaninę vėjo ir sniego apkrovą, klimato poveikį. NREL atlikto tyrimo metu nustatyta, kad vidutinis gedimų dažnis yra 5 moduliai iš 10 000 kasmet. Laikui bėgant technologija subrendo ir gedimų skaičius ženkliai sumažėjo.

Saulės dėmių tyrimai ir Saulės aktyvumo stebėjimas

Saulės dėmės yra fotosferos dariniai, kurių aplinkos temperatūra yra žemesnė nei aplinkinė fotosfera. Dėmės egzistuoja nuo keleto valandų iki kelių mėnesių. Dažniausiai jos atsiranda poromis ir sudaro grupes, galinčias virsti net keletą kartų didesnėmis už Jupiterį. Saulė yra aktyvesnė (t. y. intensyviau ir daugiau išmetama plazmos), kuo daugiau dėmių.

Saulės dėmių ciklai ir stebėjimas

• Ciklas: Saulės dėmių skaičius ir padėtis kinta pagal 11 metų ciklą, bet ciklas gali trukti nuo 9 iki 14 metų. Dėmių daugiausia, kai ciklas yra piko metu.
• Judėjimas: Saulės dėmės juda nuo rytinio Saulės disko pakraščio link vakarinio. Jos juda priešinga laikrodžio rodyklės judėjimui kryptimi.
• Stebėjimas: Saulės dėmes galima stebėti ir fotografuoti naudojant specialius saulės filtrus, kuriuos galima pritaikyti ir įprastiems teleskopams. Filtrai blokuoja didžiąją dalį Saulės šviesos ir leidžia saugiai stebėti. Norint fotografuoti, tinka bet koks fotoaparatas, nukreiptas į teleskopo židinį.

Saulės sukimosi apie ašį tyrimas

Saulė sukasi nevienodu greičiu. Pusiaujo srityje (ties 0° platuma) sukimosi apie ašį periodas yra maždaug 25 paros, o ties 60° platuma greitis yra mažesnis, o periodas ilgesnis. Šį skirtumą galima nustatyti analizuojant Saulės dėmių judėjimą.

Analizei galima naudoti JAV Nacionalinės Saulės observatorijos stebėjimų duomenis arba kosminio teleskopo Saulės dinamikos observatorijos (SDO) archyvus. SDO nuotraukose (pvz., „Helioviewer“ programoje) galima matyti Saulės dėmių dinamiką, žybsnius, vainikinės masės išmetimus. Analizuojant nuotraukų sekas, sudėtas į vaizdų paketą (pvz., programa ImageJ), galima nustatyti dėmių poslinkį per Saulės diską ir apskaičiuoti Saulės sukimosi apie ašį periodą.

Duomenų analizė ir skaičiavimai

Norint apskaičiuoti Saulės sukimosi apie ašį periodą, reikia išmatuoti dėmės koordinates skirtingais laiko momentais. Saulė yra sferos formos, kurios dvimatę projekciją matome nuotraukose. Dėmės platumą ir ilgumą galima nustatyti naudojant koordinačių tinklelį arba apskaičiuojant dėmės koordinates disko centro atžvilgiu. Svarbu atsižvelgti į Saulės sukimosi ašies posvyrio kampą (B0) į Žemės orbitos plokštumą.

Naudojant formules, atsižvelgiant į Žemės judėjimo įtaką stebėjimams, apskaičiuojamas Saulės apsisukimo siderinis periodas (S). Nustatytas vidutinis Saulės apsisukimo apie ašį sinodinis periodas parodo, kad apsisukimo apie ašį periodas didėja didėjant platumai.

tags: #saules #posukio #taskai