1. Поточний статус фотоелектричної (сонячної) енергетики

1.1 Швидке зростання світового ринку фотоелектричних систем

В останні роки світова фотоелектрична галузь переживає вибухове зростання. Згідно з даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), у 2023 році нова встановлена ​​потужність фотоелектричної енергії у світі перевищила 350 ГВт, а сукупна встановлена ​​потужність перевищила 1,5 ТВт. Такі країни та регіони, як Китай, Сполучені Штати, Європа та Індія, стали основними рушійними силами на ринку фотоелектричної енергії.

- Китай: Як найбільший у світі ринок сонячної фотоелектричної енергії, Китай додав понад 200 ГВт потужностей сонячної фотоелектричної енергії у 2023 році, що становить понад 57% від світових нових встановлених потужностей. Підтримка урядової політики, технологічний прогрес та зниження витрат є ключовими факторами, що сприяють розвитку сонячної фотоелектричної галузі Китаю.

- Європа: Постраждала від російсько-українського конфлікту, і Європа прискорила свій енергетичний перехід. У 2023 році нова встановлена ​​потужність сонячної фотоелектричної енергії перевищила 60 ГВт, зі значним зростанням у таких країнах, як Німеччина, Іспанія та Нідерланди.

- Сполучені Штати: Завдяки Закону про скорочення інфляції (IRA), ринок сонячної фотоелектричної енергії США продовжував зростати, з новою встановленою потужністю приблизно 40 ГВт у 2023 році.

- Індія: Уряд Індії активно сприяє розвитку відновлюваної енергетики. У 2023 році нова встановлена ​​потужність сонячних фотоелектричних систем перевищила 20 ГВт, з метою досягнення 500 ГВт встановленої потужності відновлюваної енергетики до 2030 року.

1.2Постійний прогрес у фотоелектричних технологіях

Постійні інновації у фотоелектричних технологіях призвели до підвищення ефективності та зниження витрат на виробництво сонячної енергії:

- Високоефективні технології акумуляторів, такі як PERC, TOPCon та HJT: елементи PERC (пасивований емітер та задній контакт) залишаються основними, але технології TOPCon (тунельний оксидний пасивований контакт) та HJT (гетероперехід) поступово розширюють свою частку ринку завдяки вищій ефективності перетворення (>24%).

- Перовскітні сонячні елементи: Як фотоелектрична технологія наступного покоління, перовскітні елементи досягли лабораторної ефективності понад 33% і, як очікується, будуть комерційно життєздатними в майбутньому.

- Двосторонні модулі та кріплення для відстеження: Двосторонні модулі можуть збільшити вироблення енергії на 10-20%, тоді як кріплення для відстеження оптимізують кут падіння сонячного світла, що ще більше підвищує ефективність системи.

1.3The Вартість виробництва фотоелектричної енергії продовжує знижуватися

За останнє десятиліття вартість виробництва фотоелектричної енергії знизилася більш ніж на 80%. За даними IRENA (Міжнародного агентства з відновлюваної енергії), глобальна приведена вартість електроенергії (LCOE) для фотоелектричної енергії у 2023 році впала до 0,03-0,05 долара США за кВт⋅год, що нижче, ніж у виробництві електроенергії з вугілля та природного газу, що робить її одним з найбільш конкурентоспроможних джерел енергії.

1.4 Скоординований розвиток накопичення енергії та фотоелектричних систем

Через переривчастий характер виробництва фотоелектричної енергії, використання систем накопичення енергії (таких як літієві батареї, натрій-іонні батареї, проточні батареї тощо) разом стало тенденцією. У 2023 році нова встановлена ​​потужність світових проектів фотоелектричної енергетики та накопичення енергії перевищила 30 ГВт, і очікується, що вона збереже високі темпи зростання в наступному десятилітті.

2. The важливість фотоелектричної промисловості

2.1 Вирішення проблеми клімату зміни та просування цілей вуглецевої нейтральності

Країни світу прискорюють перехід на нові джерела енергії, щоб зменшити викиди парникових газів. Сонячна енергія, як основний компонент чистої енергії, відіграє вирішальну роль у досягненні мети «вуглецевої нейтральності». Згідно з Паризькою угодою, до 2030 року світова частка відновлюваної енергії має перевищити 40%, а сонячна енергія стане одним з основних джерел енергії.

2.2 Енергетична безпека та незалежність

Традиційні джерела енергії (такі як нафта та природний газ) значною мірою залежать від геополітики, тоді як ресурси сонячної енергії широко поширені та можуть зменшити залежність від імпортної енергії. Наприклад, Європа зменшила свій попит на російський природний газ, розгорнувши великомасштабні фотоелектричні електростанції, тим самим підвищивши свою енергетичну автономію.

2.3 Сприяння економічному зростанню та зайнятості

Ланцюг фотоелектричної промисловості включає численні ланки, такі як кремнієві матеріали, кремнієві пластини, акумулятори, модулі, інвертори, кронштейни та накопичувачі енергії, які створили мільйони робочих місць у всьому світі. Кількість безпосередніх працівників у фотоелектричній промисловості Китаю перевищує 3 мільйони, а фотоелектрична промисловість у Європі та Сполучених Штатах також швидко розвивається.

2.4 Електрифікація сільських районів та подолання бідності

У країнах, що розвиваються, фотоелектричні мікромережі та побутові сонячні системи забезпечують електроенергією віддалені райони та покращують умови життя мешканців. Наприклад, «Сонячні домашні системи» в Африці допомогли десяткам мільйонів людей вийти зі стану відсутності електрики.

3.Необхідність пристрою захисту від перенапруги (SPD) у фотоелектричній системі

3.1 Ризики удару блискавки та перенапруги, з якими стикаються фотоелектричні системи

Фотоелектричні електростанції зазвичай встановлюються на відкритих майданчиках (таких як пустелі, дахи та гори) та є дуже вразливими до ударів блискавки та перенапруги. Основні ризики включають:

- Прямий удар блискавки: пряме потрапляння блискавки в фотоелектричні модулі або опори, що призводить до пошкодження обладнання.

- Індукована блискавка: електромагнітний імпульс від блискавки індукує високу напругу в кабелях, пошкоджуючи електронні пристрої, такі як інвертори та контролери.

- Коливання мережі: Робочі перенапруги з боку мережі (такі як дії перемикачів, короткі замикання) можуть передаватися на фотоелектричну систему.

3.2 Функція пристрою захисту від перенапруги (SPD)

Захисні пристрої від перенапруги є ключовим обладнанням для захисту від блискавки та перенапруги у фотоелектричних системах. Їхні основні функції включають:

- Обмеження перехідних перенапруг: контроль високих напруг, що генеруються ударами блискавки або коливаннями мережі, в межах безпечного діапазону.

- Розрядка імпульсних струмів: швидке спрямування надмірних струмів у землю для захисту обладнання, що знаходиться нижче за течією.

- Підвищення надійності системи: зменшення кількості відмов обладнання та простоїв, спричинених ударами блискавки або перенапругою.

3.3 Застосування SPD у фотоелектричних системах

Захист від перенапруги для фотоелектричних систем слід проектувати на кількох рівнях:

- Захист з боку постійного струму (від фотоелектричних модулів до інвертора):

- Встановіть SPD типу II на вхідному кінці ланцюжка, щоб запобігти індукованим блискавкам та робочим перенапругам.

- Встановіть SPD типу I + II на вхідному кінці інвертора постійного струму, щоб вирішити проблему комбінованої загрози прямого та індукованого блискавкоутворення.

- Захист з боку змінного струму (від інвертора до мережі):

- Встановіть SPD типу II на вихідному кінці інвертора, щоб запобігти проникненню перенапруги з боку мережі.

- Встановіть SPD типу III у розподільній шафі для забезпечення точного захисту чутливого обладнання.

3.4 Ключові моменти вибору мережевих фільтрів

- Узгодження рівня напруги: Максимальна безперервна робоча напруга (Uc) SPD повинна бути вищою за напругу системи (наприклад, для фотоелектричної системи на 1000 В постійного струму потрібен SPD з Uc ≥ 1200 В).

- Струмова здатність: Номінальний струм розряду (In) SPD на стороні постійного струму повинен бути ≥ 20 кА, а максимальний струм розряду (Imax) повинен бути ≥ 40 кА.

- Рівень захисту: Зовнішня установка повинна відповідати ступеню захисту IP65 або вище, що підходить для суворих умов експлуатації.

- Стандарти сертифікації: Відповідає IEC 61643-31 (стандарт для фотоелектричних SPD) та UL 1449, а також іншим міжнародним сертифікатам.

3.5 Потенційні ризики невстановлення SPD

- Пошкодження обладнання: прецизійні електронні пристрої, такі як інвертори та системи моніторингу, вразливі до перенапруги, а вартість ремонту висока.

- Втрати виробництва електроенергії: удари блискавки спричиняють зупинку системи, що впливає на прибутки виробництва електроенергії.

- Пожежна небезпека: Перенапруга може спричинити пожежі в електромережах, що створює загрозу безпеці електростанції.

4. Глобальний Тенденції ринку фотоелектричних фільтрів для захисту від перенапруги

4.1 Зростання попиту на ринку

Зі швидким зростанням потужностей фотоелектричних установок одночасно розширився і ринок пристроїв захисту від перенапруги. Прогнозується, що до 2025 року обсяг світового ринку фотоелектричних SPD перевищить 2 мільярди доларів США, а сукупний річний темп зростання (CAGR) становитиме 15%.

4.2 Напрямок технологічних інновацій

- Інтелектуальний SPD: оснащений функціями моніторингу струму та сигналізації про несправності, а також підтримує дистанційне керування.

- Вищі рівні напруги: SPD з вищими номінальними напругами (наприклад, 1500 В) стали мейнстрімом.

- Довший термін служби: використання нових чутливих матеріалів (таких як композитна технологія на основі оксиду цинку) підвищує довговічність SPD.

4.3 Політика та стандартне просування

- Міжнародні стандарти, такі як IEC 62305 (стандарт захисту від блискавки) та IEC 61643-31 (стандарт фотоелектричних SPD), вимагають, щоб фотоелектричні системи були оснащені захистом від перенапруги.

- «Технічні умови блискавкозахисту фотоелектричних електростанцій» (GB/T 32512-2016) у Китаї чітко визначають вимоги до вибору та встановлення SPD.

5.Висновок: Фотоелектрична галузь не може обійтися без мережевих фільтрів

Швидкий розвиток фотоелектричної галузі додав потужного поштовху глобальному енергетичному переходу. Однак не можна ігнорувати ризики ударів блискавки та перенапруги. Захисні пристрої від перенапруги, як ключова гарантія безпечної роботи фотоелектричних систем, можуть ефективно знизити ризик пошкодження обладнання, підвищити ефективність виробництва електроенергії та продовжити термін служби системи. У майбутньому, з постійним зростанням фотоелектричних установок та розвитком інтелектуальних мереж, високопродуктивні та високонадійні SPD стануть важливими компонентами фотоелектричних електростанцій.

Для інвесторів у фотоелектричні системи, компаній, що займаються енергопостачанням, проектуванням та обслуговуванням, а також для команд з експлуатації та технічного обслуговування вибір високоякісних мережевих фільтрів, що відповідають міжнародним стандартам, є вирішальним заходом для забезпечення довгострокової стабільної роботи електростанції та максимізації повернення інвестицій.