Çatı üstü fotovoltaik güç istasyonu - Rooftop photovoltaic power station

Bir çatı fotovoltaik güç istasyonu veya çatı PV sistemi , bir konut veya ticari bina veya yapının çatısına monte edilmiş elektrik üreten güneş panellerine sahip bir fotovoltaik (PV) sistemdir . Böyle bir sistemin çeşitli bileşenleri, fotovoltaik modülleri , montaj sistemlerini , kabloları , güneş inverterlerini ve diğer elektrikli aksesuarları içerir.

Çatıya monte sistemler , megawatt aralığında kapasitelere sahip , yere monte edilmiş fotovoltaik güç istasyonlarına kıyasla küçüktür , dolayısıyla bir dağıtılmış üretim şeklidir . Gelişmiş ülkelerdeki çatı PV istasyonlarının çoğu, Şebekeye bağlı fotovoltaik güç sistemleridir . Konut binalarındaki çatı üstü PV sistemleri tipik olarak yaklaşık 5 ila 20 kilowatt (kW) kapasiteye sahipken, ticari binalara monte edilenler genellikle 100 kilowatt ila 1 Megawatt'a (MW) ulaşır. Çok büyük çatılar, 1-10 Megawatt aralığında endüstriyel ölçekli PV sistemleri barındırabilir.

Kurulum

İşçiler konut çatı güneş panelleri kuruyor

Googleplex , California'daki çatı üstü PV sistemleri

Kentsel çevre, büyük miktarda boş çatı alanı sağlar ve doğal olarak potansiyel arazi kullanımı ve çevresel kaygılardan kaçınabilir. Çatıdaki güneş ışığının tahmin edilmesi çok yönlü bir süreçtir, çünkü çatılardaki güneş ışığı değerleri aşağıdakilerden etkilenir:

Yılın zamanı
Enlem
Hava koşulları
çatı eğimi
Çatı yönü
Bitişik binalardan ve bitki örtüsünden gölgeleme

Potansiyel güneş çatı sistemlerini hesaplamak için Lidar ve ortofoto kullanımı da dahil olmak üzere çeşitli yöntemler vardır . Gelişmiş modeller, belediye düzeyinde PV dağıtımı için geniş alanlar üzerindeki gölgeleme kayıplarını bile belirleyebilir.

Bir çatı güneş enerjisi dizisinin bileşenleri:

Aşağıdaki bölüm, bir çatı güneş enerjisi dizisinin en sık kullanılan bileşenlerini içerir. Tasarımlar çatı tipine (örn. metal vs shingle), çatı açısına ve gölgeleme sorunlarına göre değişebilse de, çoğu dizilim aşağıdaki bileşenlerin bazı varyasyonlarından oluşur.

Güneş Panelleri, güneş ışığı ile ışınlandığında karbonsuz elektrik üretir. Genellikle Silikondan yapılan güneş panelleri, panel başına tipik olarak 6 hücre olan daha küçük güneş pillerinden yapılır. Birbirine dizilmiş birden fazla güneş paneli, bir güneş dizisi oluşturur. Güneş panelleri genellikle temperli cam ile korunur ve alüminyum çerçeve ile sabitlenir. Bir güneş panelinin önü çok dayanıklıdır, bir panelin arkası ise genellikle daha savunmasızdır.
Montaj kelepçeleri genellikle güneş panellerini çatıda ve raylar üzerinde birbirine sabitleyen alüminyum braketler ve paslanmaz çelik cıvatalardan oluşur. Kelepçeler, çeşitli çatı ve ray konfigürasyonlarını hesaba katmak için genellikle tasarımda farklılık gösterir.
Raflar veya raylar metalden yapılır ve genellikle panellerin uzanması için çatıda paralel bir konfigürasyonda bulunur. Panellerin eşit şekilde monte edilmesi için rayların yeterince düz olması önemlidir.
Bağlantılar, rayları ve tüm diziyi çatının yüzeyine tutturur. Bu bağlantılar genellikle, yanıp sönerek ve çatı kirişlerine cıvatalanan L braketlerdir. Montajlar, çok çeşitli çatı konfigürasyonları ve malzemeleri nedeniyle tasarımda farklılık gösterir.
Flaşlar, montaj parçaları ve çatı yüzeyi arasında suya dayanıklı bir yalıtım sağlayan dayanıklı bir metal plakadır. Çoğu zaman, kalafat çatıya parlamayı kapatmak için kullanılır ve metal bir çatı kiremitini andırır.
Eviriciler için DC/AC kabloları, kabloları paneller arasında ve bir mikro invertör veya dizi invertöre bağlar. Kabloların yıpranmasını ve bozulmasını önlemek için hiçbir kablo çatı yüzeyine değmemeli veya diziden sarkmamalıdır.
Mikro invertörler panelin altına monte edilerek panellerden gelen DC gücü şebekeye gönderilebilecek AC güce çevirirler. Mikro invertörler, gölgeleme meydana geldiğinde her bir panelin optimizasyonuna izin verir ve bireysel panellerden özel veriler sağlayabilir.

finans

Kurulum maliyeti

PV sistem fiyatları (2013)

yerleşim
Ülke	Maliyet ($/W)
Avustralya	1.8
Çin	1.5
Fransa	4.1
Almanya	2.4
İtalya	2.8
Japonya	4.2
Birleşik Krallık	2.8
Amerika Birleşik Devletleri	4.9
2013 yılında konut PV sistemleri için

Reklam
Ülke	Maliyet ($/W)
Avustralya	1.7
Çin	1.4
Fransa	2.7
Almanya	1.8
İtalya	1.9
Japonya	3.6
Birleşik Krallık	2.4
Amerika Birleşik Devletleri	4.5
2013 yılında ticari PV sistemleri için

Maliyet eğilimleri

2000'li yılların ortalarında, güneş enerjisi şirketleri müşteriler için kiralamalar ve enerji satın alma anlaşmaları gibi çeşitli finansman planları kullandılar. Müşteriler, güneş panelleri için uzun yıllar boyunca ödeme yapabilir ve net ölçüm programlarından kredilerden ödemeler konusunda yardım alabilirler. Mayıs 2017 itibariyle, bir çatı güneş enerjisi sisteminin kurulumunun maliyeti ortalama 20.000 ABD dolarıdır. Eskiden daha pahalıydı.

Utility Dive, "Çoğu insan için, diğer faturaların ve önceliklerin üzerine bir güneş sistemi eklemek bir lüks" ve "çatıdaki güneş enerjisi şirketleri genel olarak Amerikan nüfusunun daha zengin kesimlerine hitap ediyor" diye yazdı. Güneş enerjisi sistemleri alan çoğu hane "üst orta gelirli"dir. Güneş enerjisi müşterileri için ortalama hane maaşı yaklaşık 100.000 dolar. Bununla birlikte, gelir ve güneş sistemi satın alımlarıyla ilgili bir çalışmada "şaşırtıcı sayıda düşük gelirli" müşteri ortaya çıktı. "Çalışmanın bulgularına dayanarak, GTM araştırmacıları, dört güneş enerjisi pazarının düşük gelirli mülklerde 100.000'den fazla kurulum içerdiğini tahmin ediyor."

ABD güneş enerjisi teşviklerini analiz eden Tüketici Enerji İttifakı tarafından Haziran 2018'de yayınlanan bir rapor, federal, eyalet ve yerel teşviklerin bir kombinasyonunun yanı sıra PV sistemlerinin net maliyetinin düşmesinin ülke genelinde çatı güneş enerjisinin daha fazla kullanılmasına neden olduğunu gösterdi. . Göre Günlük Enerji Insider , "2016 yılında konut güneş PV kapasitesi önceki yıla göre yüzde 20 büyüdü belirtildi. Güneş konut ortalama yüklü maliyeti, bu arada, ilk çeyreğinde watt-dc başına $ 2,84-21 oranında düştü 2017 ile 2015'in ilk çeyreği karşılaştırması." Aslında, grubun incelediği sekiz eyalette, bir çatı güneş enerjisi PV sistemi kurmak için toplam hükümet teşvikleri, aslında bunu yapmanın maliyetini aştı.

2019'da, Amerika Birleşik Devletleri'nde vergi kredilerinden sonra 6 kW'lık bir konut sistemi için ulusal ortalama maliyet 2,99 ABD Doları/W idi ve tipik bir aralık 2,58 ABD Doları ile 3,38 ABD Doları arasındaydı.

Ölçek ekonomileri nedeniyle , endüstriyel boyutlu zemine monte güneş sistemleri, küçük çatıya monte sistemlerin (4c/kWh) maliyetinin yarısı (2c/kWh) ile güç üretir.

Ağ ölçüm mekanizması

Bu, şebekeye bağlı güneş enerjisi sistemleri için bir düzenlemedir . Bu mekanizmada üretilen fazla güneş enerjisi elektrik şebekesine ihraç edilmektedir. Tüketici, ihraç edilen güç miktarı için kredi alır. Faturalandırma döngüsünün sonunda, elektrik şebekesine ithal edilen güç ile ihraç edilen gücün net veya farkı için tüketici ücretlendirilir. Bu nedenle net ölçüm adı.

Burada dikkat edilmesi gereken kilit nokta, bu mekanizmada güneş enerjisi satışının olmamasıdır. Dışa aktarılan kWh, yalnızca fatura hesaplamasından önce içe aktarılan kWh'yi ayarlamak için kullanılır.

Tarife garantisi mekanizması

Bir de ızgara bağlı çatı fotovoltaik enerji santrali, üretilen elektriğin bazen başka bir yerde ızgara kullanılmak üzere hizmet elektrikli programı için satılabilir. Bu düzenleme, tesisatçının yatırımı için geri ödeme sağlar. Dünyanın dört bir yanından birçok tüketici, elde edilen gelir nedeniyle bu mekanizmaya geçiyor. Bir kamu hizmeti komisyonu genellikle, perakende satış fiyatı veya daha düşük toptan satış fiyatı olabilecek bu elektrik için kamu hizmetinin ödediği oranı belirler ve güneş enerjisi geri ödemesini ve kurulum talebini büyük ölçüde etkiler.

Yaygın olarak bilindiği gibi FIT, güneş PV endüstrisinde dünya çapında bir genişlemeye yol açmıştır. Bu sübvansiyon yoluyla binlerce iş yaratıldı. Ancak, FIT çıkarıldığında patlayabilen bir kabarcık etkisi yaratabilir. Aynı zamanda yerelleştirilmiş üretim ve gömülü üretim kabiliyetini artırarak elektrik hatları yoluyla iletim kayıplarını azalttı.

Hibrit sistemler

Çatı üstü PV hibrit sistemi.

Bir çatı fotovoltaik güç istasyonu (şebeke üzerinde veya şebekeden bağımsız), dizel jeneratörler , rüzgar türbinleri , piller vb. gibi diğer güç bileşenleri ile birlikte kullanılabilir . Bu güneş enerjisi hibrit güç sistemleri , sürekli bir güç kaynağı sağlayabilir.

Avantajlar

Kurulumcular, güneş elektriğini kamu şebekesine besleme hakkına sahiptir ve bu nedenle, PV elektriğinin mevcut ekstra maliyetlerini telafi etmek için güneş enerjisinin faydalarını yansıtan, üretilen kWh başına makul bir prim tarifesi alma hakkına sahiptir.

Dezavantajları

PV istasyonlarından %10 katkı içeren bir elektrik güç sistemi, geleneksel bir sisteme göre yük frekansı kontrol (LFC) kapasitesinde %2,5'lik bir artış gerektirecektir ; bu, PV'nin DC/AC devresinde senkron dönüştürücüler kullanılarak giderilebilecek bir sorundur. sistem. PV güç üretimi için başa baş maliyetin 1996 yılında %10'dan daha az katkı seviyeleri için nispeten yüksek olduğu bulunmuştur. PV güç üretiminin daha yüksek oranları, daha düşük başa baş maliyetler sağlarken , ekonomik ve LFC değerlendirmeleri, genel güç sistemlerine PV katkılarına yaklaşık %10'luk bir üst sınır getirir.

Teknik Zorluklar

Büyük miktarlarda çatı üstü PV sistemlerini elektrik şebekesine entegre etmenin birçok teknik zorluğu vardır.

Ters güç akışı

Elektrik güç şebekesi, dağıtım seviyesinde iki yönlü güç akışı için tasarlanmamıştır. Dağıtım fiderleri genellikle büyük merkezi jeneratörlerden dağıtım fiderinin sonundaki müşteri yüklerine uzun mesafelerde iletilen tek yönlü güç akışı için radyal bir sistem olarak tasarlanır. Artık çatılarda yerelleştirilmiş ve dağıtılmış güneş PV üretimi ile ters akış, gücün trafo merkezine ve transformatöre akmasına neden olarak önemli zorluklara neden oluyor. Bunun koruma koordinasyonu ve voltaj regülatörleri üzerinde olumsuz etkileri vardır.

Rampa oranları

Aralıklı bulutlar nedeniyle PV sistemlerinden gelen hızlı üretim dalgalanmaları, dağıtım besleyicisinde istenmeyen seviyelerde voltaj değişkenliğine neden olur. Çatı üstü PV'nin yüksek penetrasyonunda, bu voltaj değişkenliği, yük ve üretimdeki geçici dengesizlik nedeniyle şebekenin kararlılığını azaltır ve güç kontrolleri tarafından karşılanmazsa voltaj ve frekansın ayarlanan sınırları aşmasına neden olur. Yani, merkezileştirilmiş jeneratörler , yakındaki sistemde frekans uyuşmazlığına neden olan PV sistemlerinin değişkenliğine uyacak kadar hızlı rampa yapamazlar . Bu, elektrik kesintilerine yol açabilir. Bu, basit bir yerelleştirilmiş çatı üstü PV sisteminin daha büyük güç şebekesini nasıl etkileyebileceğinin bir örneğidir. Bu sorun, güneş panellerinin geniş bir alana dağıtılması ve depolama eklenmesiyle kısmen azaltılmıştır .

Operasyon ve bakım

Çatı üstü PV güneş enerjisi işletimi ve bakımı, çatı tesislerinin dağınık yapısı ve daha zor erişim nedeniyle, yer tabanlı tesislere kıyasla daha yüksek maliyetlidir. Çatı güneş enerjisi sistemlerinde, yeterli fotovoltaik sistem performans izleme araçlarının daha az mevcudiyeti ve daha yüksek insan emeği maliyetleri nedeniyle, bir arızayı tespit etmek ve bir teknisyeni göndermek genellikle daha uzun zaman alır . Sonuç olarak, çatı tipi solar PV sistemleri tipik olarak daha düşük işletme ve bakım kalitesinden ve esasen daha düşük sistem kullanılabilirliği ve enerji çıkışı seviyelerinden muzdariptir.

teknolojik çözümler

Endüstriyel IoT otomasyon yaklaşımlarıyla ilgilenen, dağıtılmış güneş enerjisi O&M kalitesini artırmak için birden fazla düzeyde çözümler vardır :
Otomatik panel temizleme

Otomatik performans izleme

Omnidian konut güneş enerjisi performans sigortası ortağı Omnidian ;
Erişilebilen Soltell güneş yönetimi çözümü, SSMP portal;
Solytic jenerik güneş izleme Solytic portalı;
Sunreport cihazı-agnostik bulut güneş izleme Sunreport platformu;

Gelecek görünüşü

Jawaharlal Nehru Ulusal Güneş Misyonu ait Hint hükümeti 2022 yılına 100 gigawatts için up kombine kapasiteli çatı fotovoltaik sistemleri de dahil olmak yarar ölçekli şebekeye bağlı güneş fotovoltaik sistemlerin yüklemek planlıyor.

Languages

In other projects