O número de SPPs em todo o mundo está aumentando cerca de 20% ao ano. Sua produtividade geral e popularidade entre os empresários e a população está crescendo ainda mais rápido. Para entender por que uma usina de energia solar está se tornando um concorrente sério dos combustíveis fósseis, você precisa começar com que tipo de complexo é, como funciona e quão lucrativo é operar. Nosso artigo se dedica a uma análise detalhada dessas questões.
O que é uma usina de energia solar
Qualquer usina de energia solar é um conjunto especializado de equipamentos capazes de capturar a radiação eletromagnética do sol e convertê-la em energia térmica ou elétrica.
Para isso, foram utilizadas diferentes tecnologias, que foram aprimoradas ao longo dos anos.
O método mais antigo conhecido tornou possível obter energia devido a uma diferença de temperatura em uma torre transparente selada. Foi usado em fazendas francesas já no século 19.
A próxima solução tecnológica foi um sistema de espelhos colocados em círculos concêntricos em torno de uma torre central alta, na qual foi instalado um tanque de refrigerante. A focalização dos feixes de cada espelho aqueceu o tanque a temperaturas de 500 a 700°C. O refrigerante se transformou em vapor superaquecido, que foi transferido para as pás da turbina. Infelizmente, instalações eficientes desse tipo exigiam grandes áreas e era impossível instalar pequenas usinas solares domésticas dessa maneira.
Muito mais progressistas e promissoras são as modernas usinas de energia solar baseadas em painéis solares fotovoltaicos. A eficiência teórica de tais instalações pode chegar a 80% e seu tamanho pode variar de uma bateria em miniatura em um cinto a enormes fazendas que cobrem centenas de quilômetros quadrados.
Nesse sentido, consideraremos apenas as estações que geram energia usando baterias fotovoltaicas.
Como funciona uma usina de energia solar
Os principais elementos do SES são:
Módulos Helio (baterias solares)
Cada um deles é um conjunto de células semicondutoras empilhadas em fileiras sobre uma base sólida. De cima, o módulo é coberto com um vidro transparente particularmente forte e a corrente é transmitida através de tiras condutoras.
Na maioria dos casos, as extremidades do painel são protegidas por uma moldura de alumínio, porém, existem modelos criados com a tecnologia frameless. Em grandes usinas de energia solar, os módulos podem ser combinados em grupos, conectando-se de três maneiras:
- consistente;
- paralelo;
- misturado.
Graças a esta solução, é possível obter na saída qualquer intensidade de corrente predeterminada e sua tensão.
O número de células fotovoltaicas em um painel solar para uma casa costuma ser de algumas dezenas, embora existam opções com centenas de células. As próprias células são criadas usando várias tecnologias relacionadas às características dos materiais semicondutores. Os mais comuns deles são:
1. Silício monocristalino Mono-Si . Painéis baseados nele são ideais para inclinações de telhados e terrenos do sul, onde é possível direcionar as superfícies de trabalho das baterias diretamente ao sol. A eficiência máxima desses painéis é de 22 a 24%, mas quando as condições de iluminação se desviam do ideal, diminui rapidamente.
2. Silício policristalino Poli-Si . É usado em locais com um nível moderado de insolação solar. Sua eficiência um pouco menor do que a dos monocristais (16-20%) é compensada por um aumento médio anual na produtividade devido a uma queda não tão significativa na eficiência quando exposta a fatores adversos.
3. Telureto de cádmio CdTe . Um composto de terras raras que permite baterias de filme fino flexíveis em vez de rígidas. Ainda menos sensível a ângulos de inclinação, nebulosidade, luz difusa e mudanças de temperatura.
4. Elementos de terras raras caros – gálio, germânio, índio . Eles são usados principalmente em módulos onde a questão de quanta energia uma usina solar produz é mais importante do que seu custo. Os principais compradores de painéis desse tipo são empresas que atuam no setor aeroespacial.
inversores
O segundo elemento mais importante de qualquer usina de energia solar é um dispositivo chamado inversor. Sua presença no circuito é necessária, pois as baterias geram corrente contínua e a CA é utilizada na rede elétrica. Isso é exatamente o que o inversor faz.
Dependendo de como a usina solar funcionará – de forma autônoma, em conjunto com a rede ou mista, é adquirido um inversor do tipo apropriado. O dispositivo é conectado com polaridade exata entre um grupo de módulos geradores de corrente, por um lado, e todos os outros elementos do sistema, por outro.
Ao escolher um inversor, eles são guiados pelas seguintes características importantes:
valor da tensão de entrada;
- potência máxima e nominal;
- consumo sem carga;
- a forma da corrente de saída (uma onda senoidal pura é considerada ideal);
- peso do dispositivo;
- a presença de um ventilador e sua funcionalidade;
- um conjunto de mecanismos de proteção;
- eficiência;
- a presença de um modo de espera;
- Faixa de temperatura operacional.
Controladores de carga
Necessário apenas em usinas solares industriais ou domésticas que usam baterias para armazenamento de carga. Existe uma vasta gama de controladores no mercado que diferem significativamente em funcionalidade, qualidade e durabilidade.
O mais comum:
- PWM de largura de pulso (Pulse-Width Modulation), modulando a corrente com qualidade suficiente e carregando a bateria em 100%;
- MPPT inteligente (Rastreamento de ponto de potência máxima para painéis solares fotovoltaicos de baixa potência) – mais caro, mas compensa em grandes estações devido à eficiência 30-35% maior;
- híbrido – usado principalmente em estações onde um SEM solar e um parque eólico trabalham em conjunto.
A escolha do controlador depende principalmente da potência geral, desempenho e custo da usina.
AKB – baterias recarregáveis
Qualquer usina de energia solar para uma casa ou residência de verão, planejada para operar 24 horas por dia, incorpora baterias. Na presença do sol, um excesso de geração se acumula neles. Na sua ausência, a energia armazenada na bateria é devolvida à rede.
Dependendo das necessidades e capacidades financeiras do proprietário, um dos seguintes tipos de baterias é selecionado para a estação:
| AGM, ácido de chumbo | GEL, à base de gel | Li-On – à base de óxidos de lítio | |
| Vida útil, anos | 5-10 | 15-20 | 10-20 |
| Carga/descarga, 100% | 200 | 150 | 6 500 |
| Carga/descarga, 50% | 350 | 550 | 23 000 |
| Carga/descarga, 30% | 800 | 1 200 | 50 000 |
| Faixa de temperatura, °C | +15 / +25° | +10 / +35° | – 30 /+60° |
| Segurança ambiental | baixo | média | Alto |
Além disso, as baterias de lítio têm uma gravidade específica 5 vezes menor por unidade de densidade de energia.
Periferia
Os principais elementos de uma usina de energia solar não podem ser combinados em um único sistema sem periferia. Quando perguntados o que é, geralmente se referem a cabos de conexão com conectores MC4, bem como estruturas de montagem para SES de todos os tipos.
O requisito geral para materiais periféricos é sua confiabilidade, durabilidade e resistência a condições climáticas adversas.
Às vezes, várias unidades e placas eletrônicas são registradas na mesma categoria – componentes para vários equipamentos de usinas de energia solar, que devem ser substituídos, se necessário.
Como funciona uma usina de energia solar
O funcionamento de tais sistemas é baseado no princípio do efeito fotoelétrico. Consiste no seguinte:
- o fluxo de fótons cai na superfície dos painéis solares;
- a luz de um determinado comprimento de onda – principalmente radiação visível e parcialmente UV e IR – é absorvida por uma camada de silício ou materiais de terras raras;
- na camada de trabalho das células, ocorre a chamada condutividade p / n, como resultado da qual os fótons eliminam os elétrons livres dos átomos semicondutores;
- seu fluxo é uma corrente elétrica direta, que é enviada ao inversor ao longo dos caminhos condutores;
- a partir daí, uma corrente alternada com tensão de 220V é enviada aos consumidores e à bateria, que é utilizada para diversos fins.
Nas usinas solares off-grid , toda a energia gerada permanece no sistema. Parte disso vai para o consumo, alimentando diversos aparelhos elétricos, lâmpadas e outros equipamentos elétricos. A outra parte é armazenada na bateria para manter o consumo no mesmo nível à noite e com tempo nublado. Quanto custará tal usina de energia solar depende das necessidades dos proprietários. Para uma casa de campo, um SPP de 10-20 kW será o ideal. Em uma dacha temporariamente visitada, 3-5 kW podem ser suficientes.
A tarefa de opções de rede para SES é um pouco diferente. Como funciona uma usina de energia solar em grade? Está conectado a redes centralizadas de energia, e seu circuito contém um medidor multitarifário. Isso permite tanto receber parte da energia em falta da rede quanto vender o excesso de geração ao estado às “tarifas verdes” fixadas por lei. Como os últimos na Ucrânia são bastante altos, os proprietários de tais SPPs procuram instalar o máximo de capacidades possíveis que tragam altos lucros. As baterias não são fornecidas em tais sistemas.
O tipo híbrido de usinas de energia solar combina as capacidades das usinas de energia solar de primeira e segunda classe. Tais instalações podem operar de forma autônoma ou na modalidade de recebimento/retorno de energia elétrica de redes externas. Para eles, o preço unitário de um quilowatt de potência é máximo, pois o projeto deve incluir todos os elementos básicos necessários para o primeiro e segundo tipos de estações.
Quanto custa uma usina de energia solar
O principal fator que afeta o custo de uma usina de energia solar é sua capacidade total futura. Levando em conta os custos de instalação, comissionamento e papelada, varia de $ 0,8-1,0 por 1 kW. A faixa de preço flutuante é formada devido a fatores secundários – “branding” e qualidade dos equipamentos e complexidade do trabalho de instalação.
A opção mais barata é comprar equipamentos usados da Europa. A desvantagem de tal aquisição é óbvia, e está associada à impossibilidade de uma avaliação objetiva da real eficiência da estação e da vida útil remanescente dos painéis.
A segunda em termos de custos é a compra de componentes orçamentários de empresas chinesas pouco conhecidas. Seus equipamentos são 20-30% mais baratos que baterias, inversores, acumuladores e periféricos de empresas da mundialmente famosa classificação TIER-1 Bloomberg, mas inferiores em qualidade e durabilidade.
Portanto, antes de comprar, os especialistas aconselham considerar apenas a terceira opção e basear o cálculo em quanto custará uma usina de energia solar para uma casa de fabricantes confiáveis .
Aqui estão alguns dos exemplos mais solicitados.
1. Quanto custa uma usina de energia solar de 5 kW
Aproximadamente você precisará adquirir o seguinte kit para a rede SES mais barata:
| Acessórios | Quantidade | Preço , $ |
| Painéis 250-275 W | 18-20 | 1800-2200 |
| inversor de 5 kW | 1 | 700-900 |
| Eletrônicos e Periféricos | 700 | |
| Total : | ~ 3500 |
Levando em consideração o custo do comissionamento chave na mão, que incluirá o registro da “tarifa verde” e do medidor multitarifário com ASKUE, o valor total será de aproximadamente US$ 4.800 .
Uma estação autônoma custará um pouco mais, pois exigirá a inclusão na lista de baterias de alta qualidade, mas a exclusão do medidor dela e a emissão de licenças para a “tarifa verde”.
2. Quanto custará uma usina de energia solar de 10 kW
O princípio de cálculo aqui é quase o mesmo. Você precisará comprar:
| Acessórios | Quantidade | Custo, $ |
| Painéis 250-275 W | 36-40 | 4000 |
| inversor de 10 kW | 1 | 1400 |
| Eletrônicos e Periféricos | 1300 | |
| Medidor multitarifário + instalação | 1400 | |
| Total: | ~ 9100 |
3. Quanto custa uma usina de energia solar de 30 kW
Não há necessidade de fazer mudanças fundamentais na determinação do custo total de um segundo SES mais poderoso. No entanto, a seguinte consideração deve ser levada em consideração.
Para tal estação, serão necessárias mais de 100 baterias de 250-275 watts, ou cerca de 200 metros quadrados. metros de espaço livre. A substituição por painéis mais produtivos de 300-400 watts economizará algum espaço, mas as encostas sul do telhado de uma casa grande podem não ser suficientes. Portanto, será necessário considerar a opção de instalação no solo. Mas a área do site gratuito terá que ser quase duplicada para evitar que a sombra de alguns módulos instalados obliquamente caia sobre outros vizinhos.
Se isso não for um problema, você precisará alocar cerca de US $ 25 a 26 mil, ou quase UAH 700 mil, para a compra.
No entanto, o retorno de tal usina de energia solar não excederá 5 anos e, em seguida, começará a gerar uma receita constante de mais de US $ 4.000 por ano.
Quanto uma usina de energia solar gera
Por exemplo, considere uma variante do SES com capacidade de 5 quilowatts e, em seguida, realizaremos uma simples multiplicação dos resultados obtidos para as estações por 10, 20 e 30 kW, respectivamente.
5 kW
Uma usina de energia solar da capacidade especificada será capaz de gerar em um ano:
- em média 6-6,5 MWh por ano;
- mínimo 160 kWh nos meses de inverno;
- máximo 750 kWh no verão.
Com a ajuda de calculadoras online especiais para usinas de energia solar, é fácil calcular que, menos o consumo de energia do próprio equipamento e de acordo com as atuais “tarifas verdes”, o período de retorno será de 8,5 anos. Todos os anos subsequentes você receberá de 500 a 600 dólares de lucro líquido.
Importante! Ao calcular, você deve levar em consideração a correção do nível de insolação solar do local de instalação para cada região da Ucrânia.
Assim, mesmo uma usina de energia solar doméstica de 5 quilowatts de potência relativamente baixa pode ser usada como um negócio.
Para SPPs de rede de 10, 20 ou 30 quilowatts, todos os números acima precisarão ser simplesmente multiplicados por 2, 4 e 6, respectivamente.
Instale usinas de energia solar e aproveite todos os benefícios da energia limpa!