إن نظام الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة ، أو نظام الطاقة الكهروضوئية الموصولة بالشبكة هو نظام الطاقة الكهروضوئية المولدة للكهرباء المتصل بشبكة المرافق. يتكون النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة من الألواح الشمسية ، واحد أو عدة محولات ، وحدة تكييف و معدات توصيل الشبكة. وهي تتراوح بين أنظمة الأسطح السكنية والتجارية الصغيرة إلى محطات الطاقة الشمسية كبيرة الحجم. بخلاف أنظمة الطاقة القائمة بذاتها ، نادراً ما يشتمل النظام المتصل بالشبكة على حل متكامل للبطارية ، حيث أنها لا تزال باهظة الثمن. عندما تكون الظروف مناسبة ، يوفر النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة الطاقة الزائدة ، التي تتجاوز الاستهلاك عن طريق الحمل المتصل ، إلى شبكة المرافق.
مكونات نظام الطاقة الشمسية
يتكون نظام الطاقة الشمسية من الألواح الشمسية ، ونظام التركيب ، والكابلات ، والعاكس ، والاتصال بالتيار الكهربائي عبر كيلوواط ساعة متر.
الألواح الشمسية
الجزء الأكثر وضوحا من نظام الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة هو الألواح الشمسية. هذه التقاط الضوء وتحويله إلى تيار مباشر.
المجسم
يمكن تركيب أنظمة الطاقة الشمسية بطرق مختلفة. على الأسطح المنحدرة أو على الأسقف المسطحة أو على الأرض أو في السقف أو مع نظام تتبع الشمس (وما يسمى تعقب). يجب عليك دائمًا النظر إلى حمل الرياح والثلوج. إذا لم يتم حسابها بشكل صحيح ، فإن نظام الطاقة الشمسية يمكن أن يفشل أو حتى ينهار في الرياح القوية أو الثلوج الكثيفة. معظم أنظمة التركيب مصنوعة من الألومنيوم.
عند تركيبه على سطح مسطح ، يتم وضع هيكل دعم منفصل مثبت عليه الألواح ، ويواجه الشمس. يتصاعد شكل التركيب الأكثر شيوعًا في هولندا وبلجيكا على سقف مائل. يتم تركيب تركيب الطاقة الشمسية مباشرة على السطح أو في السقف. مع تركيب ما يسمى “سقف” ، لم يعد تركيب قرميد السقف ، ولكن الألواح الشمسية نفسها هي جزء من السقف. مثل هذا البناء له قيمة جمالية أعلى ، لكن العوائق هي أن التركيب على سقف موجود هو أكثر كثافة في العمل ، وأن هناك تدفق هواء تبريد أقل حول الألواح ، بحيث تنخفض الكفاءة ، وأن الاستبدال يكون مشكلة في بعض الأحيان إذا كان الأحدث عناصر لها أبعاد مختلفة ..
يمكن أيضا تركيب الألواح الشمسية مباشرة على الأرض في بناء مستقل. بسبب النظام الضريبي غير المواتي وسعر الأرض المرتفع نسبياً ، لا يستخدم هذا النموذج غالباً في هولندا.
في نظام تتبع الشمس ، تتبع الألواح الشمسية مسار الشمس. لهذا ، يتم تركيب الألواح الشمسية على جهاز يبقيها موجهة بشكل مثالي نحو الشمس. مثل هذا النظام له عائد أعلى ولكنه أكثر تكلفة في الشراء وأكثر عرضة للأعطال.
العاكس
يقوم العاكس بتحويل جهد التيار المستمر من الألواح الشمسية إلى تيار متناوب ، على سبيل المثال ، 230 أو 110 فولت يمكن توصيلها بالتيار الكهربائي.
عملية
يمكن للأنظمة السكنية ، المتصلة بالشبكة المتصلة بالشبكة والتي تستوعب أكثر من 10 كيلووات أن تتحمل عبء معظم المستهلكين. يمكنهم تغذية الطاقة الزائدة إلى الشبكة حيث يتم استهلاكها من قبل المستخدمين الآخرين. تتم التغذية المرتدة من خلال متر لمراقبة الطاقة المنقولة. قد تكون القوة الكهروضوئية أقل من متوسط الاستهلاك ، وفي هذه الحالة سوف يستمر المستهلك في شراء طاقة الشبكة ، ولكن كمية أقل من السابق. إذا كانت القوة الكهربائية الضوئية تتجاوز بشكل كبير متوسط الاستهلاك ، فإن الطاقة التي تنتجها الألواح ستكون أكبر بكثير من الطلب.في هذه الحالة ، يمكن للقدرة الزائدة أن تحقق إيرادات عن طريق بيعها إلى الشبكة. واعتمادًا على اتفاقهم مع شركة الطاقة المحلية التابعة لها ، لا يحتاج المستهلك إلا لدفع تكلفة استهلاك الكهرباء بأقل من قيمة الكهرباء المولدة. سيكون هذا رقمًا سالبًا إذا تم توليد المزيد من الكهرباء عن المستهلك. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الحالات ، يتم دفع الحوافز النقدية من مشغل الشبكة إلى المستهلك.
يمكن أن يتم توصيل نظام الطاقة الكهروضوئية فقط من خلال اتفاقية الربط البيني بين المستهلك وشركة المرافق. تفاصيل الاتفاقية معايير السلامة المختلفة التي يجب اتباعها أثناء الاتصال.
الميزات
إن الطاقة الشمسية التي يتم تجميعها بواسطة الألواح الشمسية الكهروضوئية ، المعدة للتسليم إلى شبكة الطاقة ، يجب أن تكون مشروطة ، أو معالجتها للاستخدام ، بواسطة عاكس متصل بالشبكة. بشكل أساسي ، يقوم العاكس بتغيير جهد دخل التيار المستمر من الجهد الكهروضوئي إلى التيار المتردد للشبكة. يجلس هذا العاكس بين المصفوفة الشمسية والشبكة ، ويستمد الطاقة من كل منها ، وقد يكون وحدة كبيرة مستقلة أو قد يكون مجموعة من العاكسات الصغيرة ، كل منها متصل جسديا بألواح شمسية فردية. انظر وحدة AC. يجب على العاكس مراقبة جهد الشبكة ، شكل الموجة ، والتردد. أحد أسباب المراقبة هو إذا كانت الشبكة ميتة أو بعيدة جداً عن مواصفاتها الاسمية ، يجب ألا يمر العاكس على أي طاقة شمسية. سيتم فصل العاكس الموصول بخط كهربائي خلل تلقائيًا وفقًا لقواعد السلامة ، على سبيل المثال UL1741 ، والتي تختلف باختلاف الاختصاص. وهناك سبب آخر لمقاومة الشبكة لرصد الشبكة هو أنه بالنسبة للتشغيل العادي ، يجب أن يتزامن العاكس مع شكل موجة الشبكة ، وأن ينتج فولطية أعلى قليلاً من الشبكة نفسها ، لكي تتدفق الطاقة إلى الخارج بسلاسة من المصفوفة الشمسية.
خيارات الاتصال
يمكن استخدام الإنتاج بطرق مختلفة:
مجموع الاستهلاك الذاتي
يتم استهلاك الإنتاج الكهربائي في الموقع من قبل الأجهزة قيد التشغيل (الاستهلاك الذاتي). إذا تجاوز الإنتاج الفوري الاستهلاك الآني ، يتم حقن الفائض في الشبكة دون حسابها ؛
عد عكسي
يتم استهلاك الإنتاج الكهربائي في الموقع من قبل الأجهزة قيد التشغيل (الاستهلاك الذاتي). إذا تجاوز الإنتاج الفوري الاستهلاك الآني ، يتم حقن الفائض في الشبكة ويؤدي إلى رجوع العداد الكهربائي (ينقلب رأساً على عقب ، للعدادات الكهروميكانيكية). لم يعد يُستخدم هذا الحل لأنه يتعارض مع العدادات الإلكترونية الجديدة ؛
حقن الفائض
لا يتم احتساب الإنتاج الكهربائي المستخدم في الموقع من قبل الأجهزة العاملة (الاستهلاك الذاتي) بواسطة عداد الإنتاج ، ولكنه يقلل من عدد الاستهلاك. يتم بيع الفائض فقط من الإنتاج مقارنة بالاستهلاك الآني ؛
حقن الكلي
يتم حقن جميع الإنتاج في الشبكة وبيعها. ثم يتم إنشاء نقطة فرع خاصة بالإنتاج بواسطة مدير الشبكة. يتم أيضًا احتساب جميع الاستهلاك بواسطة عداد الاستهلاك الحالي ، كما هو الحال في جميع المباني المتصلة بالشبكة.
الإجراءات الإدارية
وهي إلزامية ويجب أن تضفي الطابع الرسمي على الاتصال بشبكة منشأة لإنتاج الطاقة الضوئية. يمثل الثقل والتغيير المستمر لهذه الأساليب عقبة رئيسية أمام تطوير الأسواق الوطنية لبعض البلدان (إيطاليا وفرنسا).
مكافحة islanding
الجريان هو الشرط الذي يستمر فيه المولد الموزع في تشغيل الموقع حتى لو لم تعد الطاقة من شبكة المرافق الكهربائية موجودة. يمكن أن يكون الجنيري خطرا على عمال المرافق ، الذين قد لا يدركون أن الدائرة ما زالت تعمل بالطاقة ، على الرغم من عدم وجود قوة من الشبكة الكهربائية. ولهذا السبب ، يجب أن تكتشف المولدات الموزّعة الإرتباط بالجزر وأن تتوقف فوراً عن إنتاج الطاقة ؛ هذا يشار إليه على أنه مضاد للجزرية.
في حالة تعتيم المرافق في النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة ، ستستمر الألواح الشمسية في توصيل الطاقة طالما أن الشمس ساطعة. في هذه الحالة ، يصبح خط الإمداد “جزيرة” بقوة محاط بـ “بحر” من الخطوط غير الموصلة. لهذا السبب ، فإن أجهزة تحويل الطاقة الشمسية المصممة لتزويد الطاقة بالشبكة مطلوبة بشكل عام لتكون دارات أوتوماتيكية مضادة للجزر. في فصل الجزيرة المتعمد ، ينقطع المولد عن الشبكة ، ويجبر المولد الموزع على تشغيل الدائرة المحلية. وغالبًا ما يستخدم هذا النظام كنظام احتياطي للطاقة للمباني التي تبيع طاقتها إلى الشبكة.
هناك نوعان من تقنيات التحكم المضادة للجزيرة:
السلبي: يتم قياس الجهد و / أو تغيير التردد خلال فشل الشبكة ويتم استخدام حلقة تغذية راجعة إيجابية لدفع الجهد و / أو التردد بعيدًا عن القيمة الاسمية. قد لا يتغير التردد أو الفولتية إذا كان الحمل يتطابق بشكل جيد مع ناتج العاكس أو أن الحمولة لها عامل جودة عالي جدا (نسبة رد فعل إلى نسبة الطاقة الحقيقية). لذلك هناك بعض عدم الكشف عن المنطقة (NDZ).
نشط: تستخدم هذه الطريقة عن طريق حقن بعض الأخطاء في التردد أو الجهد الكهربائي. عندما تفشل الشبكة ، يتراكم الخطأ ويدفع الجهد و / أو التردد خارج النطاق المقبول.
الجوانب الفنية
مالك النظام ، أولاً إنتاج الكهرباء المستفيد
دائما ما تقترض الكهرباء بشكل تفضيلي مسار المقاومة الكهربائية الأقل. يتلقى مالك النظام ، سواء كانت الأجهزة الكهربائية تعمل في المنزل ، أو أقرب جيرانه ، بداهة حصة هامة (ولكن ليست حصرية) من الطاقة المنتجة ، دون تأثير هام لوجود أو عدم وجود عداد كهربائي على الطريقة. فقط (متواضع) مقاومة العداد تتدخل. من ناحية أخرى ، لا يتدخل اختيار خيار الحقن على الشبكة.
معايير التثبيت والاتصال متنوعة
توجد معايير صارمة أكثر أو أقل اعتمادا على البلد. تم تصميم معظم العاكسات المباعة في أوروبا لتتوافق مع المعايير الألمانية ومتطلبات التوصيل ، نظرًا لتطور الخلايا الكهروضوئية المتصلة في ألمانيا. وقد تم اعتماد هذه المعايير والمتطلبات من قبل مشغلي الشبكات في الدول الأوروبية الأخرى. بالنسبة للأنظمة الضوئية المتصلة بالشبكة ، يجب أن يتوافق المحول مع DIN VDE 0126 1.1 (ألمانيا ، فرنسا …) أو أن يكون معتمدًا من قبل مختبر معتمد (المملكة المتحدة ، G77). بالنسبة للوحدات الفولطائية الضوئية ، فإن المعايير التي يجب احترامها في فرنسا هي التالية: IEC 61215 (نوع بلوري) و IEC 61646 (نوع فيلم رقيق). بالنسبة لأبعاد المكونات ، من الضروري التمييز بين الجزء المستمر CC (المنبع من العاكس) وبديل التيار المتردد (أسفل المصباح). النصوص المعمول بها هي دليل UTE C15-712-1 للجزء CC والمعيار الفرنسي NF C 15-100 للجزء CA 2.
صيانة نظام متصل بالشبكة
إن النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة هو نظام الطاقة المتجددة الأسهل التشغيل بسبب عدم الحاجة إلى الصيانة الوقائية. يتم حقن الكهرباء التي يتم إنتاجها على الشبكة بالإضافة إلى توفير استهلاك الموقع تلقائيًا. باستثناء الموقع الصناعي الدخاني أو المغبر ، يتم تنظيف أجهزة الاستشعار بشكل طبيعي عن طريق الرياح والأمطار. يمكن للرصد البسيط اكتشاف حالات فشل النظام المحتملة. ومع ذلك ، فمن الضروري توفير بديل للعاكس الذي يبلغ متوسط عمر الخدمة من 8 إلى 12 سنة.
مزايا
يمكن لأنظمة مثل صافي التعريفة وتعرفة التغذية التي يقدمها بعض مشغلي النظام ، تعويض تكاليف استخدام الكهرباء للعملاء. وفي بعض المواقع ، لا تستطيع تكنولوجيات الشبكات التغلب على التوليد الموزع في الشبكة ، وبالتالي فإن تصدير فائض الكهرباء غير ممكن وهذا الفائض مؤرض.
إن الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة أسهل نسبياً في التركيب لأنها لا تتطلب نظام بطارية.
يتميز التوصيل البيني للشبكات الخاصة بأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية (PV) بميزة الاستخدام الفعال للطاقة المولدة بسبب عدم وجود أي خسائر في التخزين.
نظام الطاقة الكهروضوئية هو سلبي للكربون على مدى عمره ، حيث أن أي طاقة تنتج فوق ذلك لبناء اللوحة تعوض في البداية عن الحاجة إلى حرق الوقود الأحفوري. على الرغم من أن الشمس لا تشرق دائمًا ، إلا أن أي تركيب يعطي تخفيضًا متوسطًا يمكن التنبؤ به بشكل معقول في استهلاك الكربون.
سلبيات
يمكن أن يسبب PV الموصولة بالشبكة مشاكل في تنظيم الجهد. تعمل الشبكة التقليدية تحت افتراض التدفق أحادي الاتجاه أو الشعاعي. لكن الكهرباء المحققة في الشبكة تزيد من الجهد ، ويمكن أن تدفع بمستويات خارج عرض النطاق المقبول المقدر بـ ± 5٪.
يمكن للشبكات الكهروضوئية المتصلة بالشبكة أن تؤثر على جودة الطاقة. طبيعة متقطعة الكهروضوئية يعني التغيرات السريعة في الجهد. هذا لا يلبس فقط منظمات الفولتية بسبب التعديل المتكرر ، ولكن أيضا يمكن أن يؤدي إلى وميض الجهد.
يشكل التوصيل بالشبكة العديد من التحديات المتعلقة بالحماية. بالإضافة إلى الإرتباط بالجزر ، كما ذكر أعلاه ، فإن المستويات العالية جداً من الكهروضوئية الموصلة بالشبكة تؤدي إلى مشاكل مثل إزالة التحسس التتابع ، والإزعاج المتزايد ، والتداخل مع الراسبين الأوتوماتيكيين ، و ferroresonance.
الجوانب الاقتصادية
تكلفة النظم
يعتمد السعر الإجمالي للنظام الكهروضوئي على:
دراسة تمهيدية محتملة (التجمع القانوني غير العادي ، الأنظمة المتوسطة أو الكبيرة)
نوع المعدات وظروف التثبيت ؛
إتصال شبكة؛
اقتراض الفائدة عند الاقتضاء.
يعتمد سعر المعدات بشكل أساسي على حجم النظام وكيف يتم دمجه في المبنى.
وشملت سعر المواد وتركيب:
| قوة | تركيب الأرضيات أو السقف | التكامل السقف ، بسيطة | تكامل الزجاج ، بلاط PV … |
|---|---|---|---|
| 1 إلى 3 kWp | 5 إلى 7 يورو / مرحاض | 5 إلى 7 يورو / مرحاض | > 7 يورو / مرحاض |
| من 3 إلى 10 كيلو واط | 3،5 إلى 5 € / مرحاض | 3،5 إلى 5 € / مرحاض | > 5 يورو / مرحاض |
| من 10 كيلووات إلى 36 كيلو واط | 3 إلى 5 € / مرحاض | 3،5 إلى 5 € / مرحاض | <10 € / Wc |
| من 36 كيلو واط إلى عدة ميجاوات | 2 إلى 4 يورو / مرحاض | 3 إلى 4.5 € / مرحاض | <7 € / Wc |
وقت دفع الثمن
تتكون التكلفة الإجمالية للألواح الشمسية من الشراء ، والاستهلاك ، والفائدة على القروض ، والتنسيب ، والصيانة ، والتأمين ، وربما الترخيص والإعانة. يعتمد وقت الاسترداد على موقع الألواح الشمسية ، وطريقة التجميع وتطوير سعر الكهرباء. فترة الاسترداد للألواح الشمسية الكهروضوئية تتناقص تدريجيا. عند تركيبها مباشرة على الجنوب على سطح بلاط ، سيكون عام 2015 حوالي 7 سنوات بنفس سعر الكهرباء.
تصريح
من الضروري في بعض الأحيان تقديم طلب للحصول على تصريح لتركيب الألواح الشمسية. هذا هو الحال ، على سبيل المثال ، مع وجهات النظر المحمية القرية أو البلدة و / أو المعالم.
سعر الطاقة
في المتوسط ، تبلغ ذروة واط (Wp) من الألواح الشمسية البلورية حوالي 1 يورو (باستثناء التجميع). تنتج 100 Wp ما يقرب من 70 إلى 90 كيلو واط في الساعة للطاقة سنويًا في هولندا ، اعتمادًا على الموقع وزاوية السقف وكمية الظل ونوع الألواح الشمسية. ويستند الحساب على حقيقة أن الألواح الشمسية توفر الطاقة التي لا يتعين عليهم شرائها من شركة الكهرباء. تكلف شركة الكهرباء حوالي 0.20 إلى 0.23 يورو للكيلوواط ساعة (عام 2013). إذا كنت تقوم بتوليد المزيد من الكهرباء أكثر مما تحتاج ، يمكن بيعها إلى شركة الكهرباء مقابل رسوم تغذية تتراوح بين 0.05 إلى 0.09 يورو لكل كيلووات ساعة ، وهو أقل ربحًا بكثير.
الحوافز الضريبية
اختارت العديد من الحكومات الأوروبية تشجيع الطاقة الشمسية لأغراض الضريبة.
ضريبة القيمة المضافة على الألواح الشمسية
بسبب حكم Fuchs ، أصبح ممكنا منذ 20 يونيو 2013 لطلب ضريبة القيمة المضافة المدفوعة على الألواح الشمسية من السلطات الضريبية.
توازن الطاقة
إنتاج الألواح الشمسية يتطلب أيضا الطاقة. يتم التعبير عن هذا الإجراء في الوقت الذي يتم فيه توليد هذه الطاقة. هذا يسمى توازن الطاقة وفي بلجيكا وهولندا يتراوح بين سنة وسنتين.
المكافآت لإنتاج الكهرباء المحقونة في الشبكات
توجد أنواع مختلفة من المكافآت وفقاً للخيارات السياسية للبلدان المختلفة.
الحصص
“الشهادات الخضراء” و “ضمانات المنشأ”. يتم دفع ثمن كيلووات / ساعة المنتجة عن طريق بيع “شهادات خضراء” أو “ضمانات المنشأ” للمنظمات التي تحتاجها.
سعر الشراء
(في اللغة الإنجليزية تغذية في التعريفة الجمركية ، أو FIT) يتم دفع كيلوواط / ساعة من خلال تعريفة الشراء ، يتم تعيين مستوى من قبل الدولة أو المشتري ، وفقا لتشريعات البلد أو الدولة. في فرنسا ، ينص مرسوم مارس 2011 على إجراء مراجعة ربع سنوية لأسعار شراء الطاقة الكهروضوئية. يتم الإعلان عن هذه التعريفات بواسطة لجنة تنظيم الطاقة (CRE) التي تتقاضاها الحكومة مع تداول المعاملات S و V التي تحدد تعريفة التغذية. منذ مارس 2011 ، قد يتغير سعر الشراء كل ربع سنة اعتمادًا بشكل خاص على عدد طلبات الاتصال بالشبكة. وبما أن هذه المعدلات أعلى من أسعار السوق ، فإن المشغلين الخاضعين لالتزام الشراء يتم تعويضهم بالتكلفة الإضافية بتكلفة إضافية تطبق على جميع فواتير kWh: CSPE.
ربحية الأنظمة
هذه الأنظمة ليست في حد ذاتها “مربحة” على مستوى المجتمع ككل إذا أخذت التكاليف المالية بعين الاعتبار فقط ، لأن الكهرباء المنتجة أكثر تكلفة من تلك التي تنتجها أنظمة توليد الكهرباء الأخرى (بما في ذلك الطاقة المتجددة: الرياح ، والديناميكا الحرارية الشمسية ، وما إلى ذلك) ، بسبب ارتفاع تكاليف الاستثمار بسبب ارتفاع أسعار وحدات الطاقة الشمسية الضوئية ، لكن سياسة الدعم الحالية تسمح بخفض التكاليف بحيث تصبح هذه الطاقة النظيفة مربحة (ما سيسهله الزيادة الحتمية في تكلفة الوقود الأحفوري).
لكن في عام 2010 ، بفضل الإعانات المباشرة أو غير المباشرة ، يمكن أن تكون المنشأة مربحة للغاية لمالكها. حصل مرفق تم تركيبه في عامي 2008 و 2009 في جنوب فرنسا على عوائد تزيد عن 12٪. على سبيل المثال ، مصنع في جنوب فرنسا بتكلفة 7 يورو لكل ذروة watt في الإنتاج الذي تم إنتاجه في السنة 1.4 كيلووات ساعة ، مدفوع € 0.601 76 / kWh (€ 0.58 / kWh في عام 2010) ، أي ما يقرب من ضعف سعر الشراء الألماني ، دون مخاطر (أشعة الشمس تختلف قليلا ، والمواد موثوق بها للغاية ، ويتم ضمان سعر الشراء).
بربينيان هي ، في عام 2011 ، المدينة التي تستضيف أكبر المنشآت الكهروضوئية في العالم المدمجة في المباني (باستثناء محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية) ؛ يشتمل موقع سانت تشارلز الدولي على 97000 بلاط من الألواح الضوئية على مساحة 68،000 متر مربع من الأسقف. وهي تنتج أكثر من 9800 ميجاواط / ساعة في السنة (بما يكفي لتشغيل مدينة تضم أكثر من 8000 نسمة في الكهرباء).