Проектиране и изграждане на соларни фотоволтаични електроцентрали и паркове

 Съгласно новия "Закон за енергията от възобновяеми източници" (2011) значително се облекчават бюрокрацията и строителните процедури по изграждане на такива електроцентрали. Например, отпада не само необходимостта от инвестиционен проект и съответните процедури, но и необходимостта от подробен устройствен план (ПУП) или промяна на съществуващия, ако има такъв. А договорът за изкупуване на цялата произведена енергия от фотоволтаиците се сключва за срок от 20 години и то на твърда непроменима преференциална цена за генериран мегават час. Това съществено съкращава досегашните процедури и времето за тях. Рязко се увеличава сигурността на инвестициите поради гарантирана твърда изкупна цена за 20 години. Инвстициите за фотоволтаици обикновено се изплащат на 100% за 6-8 години, а само в договорения срок те ще се върнат в трикратен размер.

Средногодишното електропроизводство от фотоволтаици, средно за страната, позволява вложените пари в зелените слънчеви електроцентрали с неподвижно монтирани панели, дори и без никакви субсидии, да се възвърнат в 5 кратен размер. Затова фотоволтаичните системи са най-предпочитаните инвестиции в енергетиката. Ние работим с фотоволтаични панели, чиято гаранция от производителя е 25 години за генерацията. Но практиката показва, че те работят 35-40 години. Същевременно, разходите за фотоволтаичния парк се свеждат основно за охрана. Управлението му се извършва дистанционно от диспечерите на съответния енергиен оператор. На всеки обект има и мониторинг, който позволява наблюдение на основните параметри на работещата фотоволтаична инсталация/електроцентрала по Интернет.
Пример за мониторинг вижте на:
www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview.aspx?page=56f8c54a-30f8-4d33-9ffc-22a5549a4b26&plant=d159408b-ee1c-40db-9b7b-583de9e051de&splang=en-US

У нас при монтажа на фотоволтаичните паркове все по-често използваме напълно безбетонна технология, което практически не уврежда терена и той може да се използва за пасище и земеделие.

Цените  на фотоволтаичните панели варират от 1.4 до 2.0 евро на ват, в зависимост от вида им и производителя. Кристалните силициеви фотоволтаици са съставени от отделни електрически свързани клетки и са по-скъпи от тънкослойните, които имат няколко полупроводящи слоя, покрити отгоре с прозрачен материал - най-често ниско рефлекторно усилено стъкло. За слънчевите условия в нашата страна най-често се предпочитат неподвижно монтирани фотоволтаични панели.

Най-евтини са китайските и индийските фотоволтаици. Най-скъпи са германските и японските. Цените на американските производители са по-ниски от европейските. Производители от САЩ предлагат най-високо ефективните тънкослойни фотоволтаици и затова имат лидиращо място в тази технология на световния пазар.

През последните години, цените на всички видове фотоволтаици падаха и вече се стабилизират, независимо от произхода им. Цялостните фотоволтаичните системи, които имат всичко необходимо за включване към стандартна електромрежа, струват около 3 евро на ват за клетъчните модули и 15% по-евтино за тънкослойните фотоволтаици. По-малките системи, съответно са по-скъпи. Поради 100% чистото елпроизводство и благоприятните климатични условия у нас инвестицията във фотоволтаични паркове е много търсена. Не само от местни, но предимно от чужди инвеститори. Не случайно мегаватовите проекти са чужди инвестиции.

На горните снимки са показани неподвижно монтирани фотоволтаични модули по наши проекти у нас. Така се дава възможност за използване на част от терена за земеделски нужди. В зависимост от конкретните условия, в нашите проекти, прилагаме и патентована отражателна система, която увеличава значително ефективността на фотоволтаиците за сметка на незначително увеличаване на инвестицията (рефлекторите са евтини, защото най-често се правят от полимери). Рефлекторната система има широко приложение и при ПЛЮС енергийните сгради.

Известно е, че увеличаването на електропоризводството от конвенционалните фотоволтаици става, като те се местят през деня така, че да получават повече пряка светлина. Те могат да приемат допълнителна светлина, ако към тях са монтирани рефлектори (огледала). Използването на следящи слънцето системи за фотоволтаиците, и още повече на такива с допълнителни рефлектори, е перфектен пример за уплътняване на електрогенарацията на фотоволтаиците. Икономията на терени на фотоволтаични паркове с използване на рефлектори е около 35%. А годишното електропроизводство се увеличава около 2.5 пъти, в сравнение с неподвижно монтирани панели без рефлектори. Вижте повече на www.ecoteck.net

Фотоволтаичните панели за неголеми инсталации, както и за фотоволтаични паркове, могат да се комбинират с вятърни турбини с прозрачни лопати, работещи при ниски ветроскорости. Така eнергийната ефективност и печалбата се увеличават. На долните снимки е показан хибриден фотоволтаичен парк с плоски единични и двойни рефлектори за панелите на двуосни и триосни тракери с вертикално-осеви турбини между тях, а от северната страна на парка са монтирани хоризонтално-осеви турбини.

На това видео вижте двуосни тракери с новите акрилни отражателни системи: www.youtube.com/watch#!v=ByX4azJYGxI&feature=channel

Вижте един вид от новоизобретените триосни тракери за фотоволтаици с отражатели, увеличаващи електропроизводството до 3 пъти: www.youtube.com/watch#!v=zA1JMB6bH3Q&feature=channel

Изграждането на фотоволтаични системи на сгради, в дворове и на други подобни места става по много бърза и опростена процедура, за която не е необходим инвестиционен проект, а само проект по наредба 1627, която може да видите тук.

Съгласно действащото законодателство преференциалните цени за изкупуване на произведената електрическа енергия са:
 - за фотоволтаични системи с мощност до 5 kWp: 0.793 лв. без ДДС за kWh (киловат час)
 - за системи по-големи от 5 kWp: 0.728 без ДДС за kWh
 - срокът за изкупуване на електроенергията по посочените преференциални цени по Закон e 25 г., а фотоволтаичната електроцентрала се изплаща от продажби на ток за около 6 г. Само в рамките на предвидения законен срок тя осигурява четири пъти повече пари, околкото вложените в нея и то без да се отчитат приходите от екологичните ползи - спестените емисии въглероден диоксид (CO₂) и др..

За законовите преференции при инвестициите във ВEИ вижте повече тук

Фотоволтаиците пряко преобразуват светлината в електричество. В хармония с европейската енергийна политика у нас изграждането на фотоволтаични, вятърни, водни и комбинирани електроцентрали и други, ползващи възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) се финансира по мeрки 311, 312 по програмата за развитие на селските райони, по други програми, както и пряко от банките по субсидиращата линия на Европейската банка за възстановяване и развитие - Лондон, което става чрез банки, опериращи у нас. За тези преки банкови субсидии се кандидства пред съответната банка у нас с передварителен проект по Наредба 16 27. Със същия такъв проект и други документи може да се кандидатства за инвестиция по Програмата за селските райони в размер до 1 млн. евро, но за да се покрие изцяло максимално допустимият процент на гранта (80-70%), проектът трябва да е за не повече от 300 хил. евро. А по мярка 311 за селскостопански производители максималната субсидия е 80%, но не повече от 500 хил. евро

Оптимално проектиране на фотоволтаични инсталации и системи, както и на соларни паркове се прави, съгласно изискванията на Наредба 16 27 в сила от 1 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката. Сравнение на енергийната и инвестиционната ефективности на различните видове електроцентрали, ползващи възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) в българските условия вижте тук. За увеличаване ефективността на фотоволтаичните инсталации, те се комбинират с реактивни вятърни турбини.  Новоизобретените реактивни вятърни турбини са ефективни при ниски и средни ветроскрости, при което познатите ни ветрогенератори иле не се въртят, или ако се въртят - работят с ниска ефективиност. Сравнение на работещи конвенционална и реактивна турбина вижте на това видео: www.youtube.com/profile?user=miscbeep#p/u/14/bWoLchq3EME

Соларен градски електромобил с фотоволтаични панели на покрива	Базов автомобил за най-малката хибридна   кола в света, проектирана по BG патенти

Електрозарядните станции за колите е целесъобразно да са непосредствено в сервитутите на автомагистралите:

На долните снимки са показани няколко патентовани наши решения за изграждането на електрогенерираща и електрозарядна крайпътна инфраструктура.

На горните снимки са показани няколко български изобретения:

“ Синергична ветро-слънчева енергийна система” с пат. регистрация № 110 529/ 2009 г.  в ПВ на РБ  

Тази система включва подтурбинна структура с фотоволтаици, която насочва е ускорява ветропотока към ротора на турбината, а във варианта с вертикални вихрови турбини (долните две снимки) се използва и възходящото въздушно течение, породено от дневното слънчево нагряване на черните плоскости под турбината. Вижте видео на www.youtube.com/profile?user=miscbeep

“ Турбинна лопата с периферни пръстени ” с пат. регистрация № 110 525/ 2009 г.  в ПВ на РБ  

Такава хибридна електроцентрала включва горецитираните два патента. Вижте видео на www.youtube.com/profile?user=miscbeep#p/a/u/1/OJtBeGDAovI

“ Отражателна система за фотоволтаични модули” с пат. регистрация № 110 178/ 2008 г.  в ПВ на РБ  

Едно частично приложение на отражателната система са плоските линейни рефлектори, които допълнително увеличават електро производителността на фотоволтаичните модули на крайпътните фотоволтаични стени. Вижте видео на www.youtube.com/watch?v=o7KBQ3NSmGA

Повече за хибридните ветро-фотоволтаични електроцентрали вижте на www.b2b.bg/malkiturbinibg.html  Една такава патентована станция може да видите на това видео  www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI

Когато е необходимо увеличаване на електрпроизводителността на фотоволтаиците се използва новопатентованата българска система - видео на фотоволтаичната патентована система с рефлектори за удвояване на електропроизводителността на фотоволтаиците вижте на www.youtube.com/user/miscbeep#p/a/u/0/XE-mOgND07I

С помощта на някои наши иновативни технически решения за слънчеви паркове, както и за домашни фотоволтаици, може да се постигне до два пъти по-голямо годишно електропроизводство от едни и същи конвенционални фотоволтаични модули. В проектите за фтоволтаични инсталации, системи и паркове е целесъобразно да се включват иновативни вятърни генератори с прозрачни лопати, предвидени да работят при ниски ветроскорости. Такива хибридни електроцентрали освен положителни екологични, енерготехнически и икономически преимущества, проидвеждат по-балансирано електропоризводства дневно и сезонно, което е балогоприятно и от енергоситемна гледна точка.

Главното предимство на новите технологии за тънкослойните фотоволтаици е ниската им цена. Важни техни предимства са, че твърде слабо пада производителността им при нагряване и работят отлично при разсеяна светлина. При същите условия кристалните фотоволтаици са ниско ефективни, макар че максималната им производителност за единица огряна от слънцето площ, достига до два пъти по-високи стойности, от тази на некристалните силициеви модули. Затова, за кристалните силициеви модули се използват непрекъснато насочващи ги към слънцето системи и допълнително охлаждане, което оскъпява и инсталацията като цяло. Именно тази конкурентност между различните видове фотоволтаици е една от главните причини да се търсят оптималните технически и инвестиционни решения за всеки фотоволтаичен проект.

Без съмнение, каквито и да са фотоволтаици, където и да са монтирани у нас ще произвеждат електричество. Но доколко неговата себестойност ще бъде ниска, зависи от оптимизирането не само на енерготехническите, но и на инвестиционно-икономическите параметри на всеки проект. Затова такива проекти се правят в четири фази. С внедряването на съвременни тънкослойни фотоволтаици и при оптимално проектиране на соларни фотоволтаични системи, може в близко бъдеще цената на тока от фотоволтаиците да стане конкурентна на тази от публичните мрежи, която непрекъснато нараства. В този смисъл, в недалечно бъдеще, дори и без преференциални изкупни цени за тока от фотоволтаици, фотоволтаиката е перспективно направление в новата енергетика.

Три са основните фактори, чрез които може да се максимизира годишния електродобив от фотоволтаиците.
Първото е да се подберат най-подходящите фотоволтаици за всяко конкретно място. Това е резултат на диференциален слънчево-енергиен одит.
Второто е да се избере оптималната им ориентация към слънцето (непрекъсната, периодична и стационарна). Този избор се основава на съотношенията между общата и дифузната слънчева радиация на място, конкретно за енергозначимия спектрален светлинен диапазон на избрания най-подходящ тип фотоволтаик, в съответствие със спектралните му енергийни характеристики.

Третото е да се реши дали да се използват концентратори на слънчевата светлина . Изборът на концентратори изобщо и в частност на определени видове също зависи от параметрите на слънчевото греене, както е посочено по-горе. Тук решаващо е отношението на пряката към дифузната светлина за енергозначимия спектрален светлинен диапазон на избрания най-подходящ тип фотоволтаик. Повече за диференциалния слънчев одит вижте тук.
Предварителният проект, съгласно Наредба 16 от 22 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката правим по следния план:

ПЪРВА ФАЗА
ДИФЕРЕНЦИАЛЕН СЛЪНЧEВО-ЕНЕРГИЕН ОДИТ
Основни параметри, определящи енергийната стойност на слънчевата радиация
Одитиране и зониране на място и в района, според общата селективно оценена слънчева радиация
Относително определяне на селективно оценената пряка и дифузна слънчева радиация на хоризонтални и наклонени повърхности.
Оценка на влиянието на температурата на въздуха и вятъра върху ефективността на фотоволтаиците
Оптимални наклонени повърхности за максимално облъчване със селективно оценена радиация

ВТОРА ФАЗА
ИЗБОР НА ОПТИМАЛНИ ФОТОВОЛТАИЧНИ ГНЕРАТОРИ ПО ЕНЕРГОТЕХНИЧЕСКИ КРИТЕРИИ
Основни слънчево-климатични параметри, влиящи на производството на фотоволтаиците
Производство на фотоволтаиците, в зависимост от наклона на фотоволтаичните модули
Производство на фотоволтаиците, в зависимост от ориентацията на фотоволтаичните модули
Производство на фотоволтаиците, в зависимост от конкретните условия на място
Избор на птимална ориентация към слънцето (непрекъсната, периодична и стационарна)
Годишно и помесечно електропроизводство от фиксирани кристално-силициеви фотоволтаични електрогнератори
Годишно и помесечно електропроизводство от фиксирани тънкослойни фотоволтаични електрогнератори
Годишно и помесечно електропроизводство от азимутно и зенитно ориентиращи се фотоволтаични гнератори
ТРЕТА ФАЗА
ИНВЕСТИЦИОННА И ЕКОЛОГИЧНА ОЦЕНКА НА ИЗБРАНИТЕ ПРОЕКТНИ ВАРИАНТИ
Размер на инвестицията
Парични постъпления
Рискове и дисконтов процент
Оперативни разходи
Инвестиционен цикъл
Период на възвръщаемост на инвестицията
Нетна сегашна стойност на инвестицията
Вътрешна норма на рентабилност
Съотношение приходи / разходи
Себестойност на електропродукцията
Оценка на редукцията на замърсяването на околната среда в резултат от работата на фотоволтаичната електроцентрала
Енерготехническо и инвестиционно-икономическо сравнение на вариантите
Информация еврофинансиране вижте на Eвросубсидии
Увеличено електропроизводство от фотоволтаиците може да се осигури и чрез някои допълнителни пасивни и активни технически средства.
Нашият инженерен екип разработи редица технически средства за увеличаване на електропроизводителността на модулите. Те могат да се класифицират в 5 основни направления:
Прозрачни покрития за фотоволтаиците, отразяващи нежеланите дълги инфрачервени лъчи, чиято енергия не е достатъчна да предизвика протичане на ток във фотоволтаичните клетки, а само ги загрява.
Технически конструкции, подпомагащи естественото охлаждане на фотоволтаиците
Опорни конструкции за месечни и сезонни корекции на зенитните наклони на фотоволтаичните модули.
Допълнителни рефлектори и концентратори за уплътняване мощностния капацитет на фотоволтаичните модули
Екологични иновативни технически решения, предотвратяващи засенчването на терените от фотоволтаичните системи.
Освен посочените направления поотделно, в нашите проекти предлагаме и комбинирано използване на посочените и други начини за повишаване на електропроизводителността на фотоволтаиците. Част от тях са под патентна закрила, а техни описания има тук.
 

Хибридни ветро-фотоволтаични инсталации и соларни паркове
Електропоризводството на фотоволтаиците през лятото е в пъти по-голямо, в сравнение със зимните месеци. затова нерядко към фотоволтаичните паркове се изграждат вятърни турбини. те допълват зимния недостиг на произведено електричество от фотоволтаиците, защото през зимните месеци вятърът е по-силен. Но той не е достатъчно силен, за да се бъдат известните вятърни турбини достатъчно енергопроизводителни. Затова усилията на конструкторите отдавна са се насочили към такива вятърни машини, които да са производителни при невисоки ветроскорости. Освен това те трябва да бъдат по възможност с прозрачни лопати, за да не засенчват фотоволтаиците и да уплътнят същите терени където са фотоволтаичните паркове. Друго изискване към такива, съвместими с фотоволтаиците, вятърни турбини е да не бъдат високи, за да не се налага да влизат тежки машини между фотоволтаичните модули, където няма необходимото място за тях. Едно видео на новоизобретена вятърна турбина, предназначена за съвместна работа с фотоволтаици вижте тук.
Известно е, че фотоволтаиците нямат разходи за гориво и всяко увеличение на електропроизводството им става за сметка на безплатната слънчева енергия. Дотолкова, доколкото тя се плаща по висока цена - 94 стотинки за киловатчас, то и всяко подобрение се изплаща много бързо, а като цяло се увеличава печалбата от инвестицията и се скъсява срокът за нейното изплащане.
Проектирането на соларни паркове изисква много по-сложен и обхватен проект от избора на фотоволтаичните модули, за което се отнася по-горния план на проекта. По принцип, на каквото и да е място, може да се монтира какъвто и да е фотоволтаичен модул и той ще произвежда някакъв ток, в по-малко или по-голямо количество.

Тук нямаме за цел пунктуално да изреждаме всички изкисквания към разполагането на фотоволтаиците на терена, защото те детайлно са описани в алгоритъма на програмата, който използваме за проектирането, съгласно Наредба 16 от 22 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката. Но следва да се посочат няколко групи характерни изисквания, на които отговоря нашата методология:
Първата група е свързана с осветеността и засенчването. В тази група са всички геометрични и слънчево-позиционни параметри, характеризиращи целогодишното и ежедневното движение на слънцето, съответно – тяхната взаимообвързаност с позиционирането на фотоволтаичните модули на терена. В този проект детайлно са развити три варианта на позициониране – неподвижни модули, такива с едноосни слънцеследящи системи и с двуосни слънцеследящи системи. Поради обхватността на тези параметри и тяхната първостепенна важност, естествено те имат най-голяма тежест в нашия софтуер. Софтуерите, които следват изискванията на тази първа група параметри са най-разпространени в практиката на проектирането на фотоволтаични инсталации и паркове. Ако следва те да се използват, то се налага всички фотоволтаици да са разположени в строги хоризонтални линии.
А това означава, че за всеки модул следва да има специфичен фундамент и стойка с дадена височина, така че да се компенсират неравностите и наклоните на терена. Този подход оскъпява и усложнява, както подготовката на строително-конструкционните работи, така и на самите монтажни дейности на място, включително и фундирането на опорните конструкции. Казаното се отнася за всички видови системи – стационарни и въртящи се.
От изложеното става ясно, че да се ускори изграждането и да се намали себестойността на обекта е по-добре да се използва друг подход – а именно проектиране по терена. Това означава да се използват еднакви типови опори и фундаменти за всички модули, независимо от орографичните особености на терена. Именно тези особености формират една втора група изисквания към алгоритъма на софтуера.
Разбира се, подравняване на терена преди монтажа на съоръженията се прави в повечето случаи. Но такива дейности са свързани с незначително отнемане/натрупване на почва. По-сериозна работа върху терена винаги е свързана с нарушаване на естествената му структура, което е неприемливо от екологична гледна точка, не само заради последващата водна и ветрова ерозия, но и за нарушаване на баланса на флората и микрофауната, както и на локалните екосистеми.
В съответствие с втората група изисквания и поради изброените и други неблагоприятни екопоследици, отстоянията между фотоволтаиците се проектират по-големи, от минималните, получени на основание първата група критерии.
В известен смисъл е верен изводът, че посочените две групи изисквания частично си противоречат по отношение на ефективността. Това налага допълнителна оптимизация на проектирането, която можем да формулираме като трета група изисквания към софтуера.
И последна в това изложение, но не последна по важност, е четвъртата група изисквания, които могат най-кратко може да се дефинират като условия и критерии за оптимизирано, улеснено и бързо механизирано поддържане на фотоволтаичния парк.
Използваната от нас методология оптимално съвместява и четирите групи изисквания.
Оптималният избор на фотоволтаици е двустранен процес. От една страна са данните от диференциалния слънчево- енергиен одит, а от другата са параметрите на различните видове фиксирани, полуфиксирани и подвижно монтирани фотоволтаици. Тези параметри в проспектите на производителите им са дадени за стандартизирани условия и често са надценени. Затова, в нашите проекти, ние използваме данни за работа на фотоволтаиците в реални условия, които са отчетени от независими технически експерти.
Спектралният състав на слънчевото греене и интензивността на всяка отделна честотна лента от слънчевите лъчи (вълни) имат съществено значение за оптималния избор на фотоволтаици. Не по-малко важно е да се определи прозрачността на атмосферата за слънчевата светлина, както и промяната на достигащата до земята слънчева енергия при различен наклон на слънчевите лъчи. Понеже атмосферният слой, обвиващ земята, представлява равномерно широк кълбовиден пръстен, то когато лъчите са наклонени те преминават през по-голяма маса от атмосферата, в сравнение със случаите, когато попадат пряко върху фотоволтаика под прав ъгъл към повърхността му (когато лъчите от слънцето са насочени пряко към центъра на земното кълбо и мислено преминават през фотоволтаика ). Подробни данни за прозрачността на атмосферата при различни положение на слънцето спрямо фотоволтаика, както и за слънчевия спектър в различни точки у нас, могат да се получат от специализирани изследователски центрове. Ние разполагаме с база такива данни за цялата територия на нашата страна, които са получени от спътникови измервания.
Друг съществен елемент на слънчево-енергийния одит е определяне на съотношението на пряката слънчева светлина и дифузната, попадаща на конкретния одитиран терен. Такива данни има и от наземни измервания. Те са решаващо важни за избиране на оптималните следящи слънцето системи и вида и технологията за концентриране и насочване на слънчевата светлина към фотоволтаичните модули. Като пример ще се спрем на въртящите се платформи, които в по-голяма или по-малка степен следват движението на слънцето. Без съмнение, те са по-евтини, отнесени към единица инсталирана фотоволтаична мощност, в сравнение с цената на самите модули, монтирани върху тях. Именно този факт прави икономически и инвестиционно изгодно тяхното използване. Но тази изгода не е еднаква навсякъде по територията на България, още по-малко – по територията на цялото земно кълбо. Това е и една от причините да се прави слънчево енергиен одит на всяко място, където се планира фотоволтаичен обект.
Няма универсално правилен избор, нито за големината, нито на типа, нито на границите и посоките на движение на следващите слънцето платформи. Същото е в сила и за концентраторите и плоските рефлектори, които се използват за увеличаване енергийната ефективност на фотоволтаиците. Модули се монтират на фиксирани или на въртящи се конструкции (платформи) Без съмнение, каквито и платформи да се използват, стига те да насочват модулите по-добре към слънцето – ще се получи увеличено електропроизводство. Но дали това винаги ще бъде икономически изгодно ?
От гледната точка на ефекта на мащаба, големите платформи са икономически по-изгодни. Но това е вярно само за единични съоръжения и то в случаите, когато голямото засенчване не е проблем. Но за соларни паркове, дори и за няколко платформи в дворни домашни инсталации, използването на по-малки въртящи се платформи е по-добрият избор, като от енерготехническа, така и от икономическа гледна точка, защото може те да се проектират и разположат така на терена, че да не се засенчват, макар и обхватът на въртенето им да не максимално възможният. Това е особено важно при оптимизиране на разстоянията между въртящите се платформи в соларни паркове. Там площта на терена е ограничена, дължината на кабелите не бива да бъде голяма, не само поради това, че се оскъпява обекта като цяло, но и нарастват електрическите загуби в тях. Затова, по правило за средните географски ширини, по-големият брой, но по-малки платформи, в рамките на 10-20 квадратни метра, е енерготехнически и икономически оптимален вариант за соларни паркове. А по отношение на въртенето им, най-изгодно е то да бъде автоматично по азимута (от изток през юг на запад) и периодично променяне на наклона спрямо терена.

Чрез сезонно ръчно променяне на наклона на фотоволтаичните модули, средногодишната им производителност може да се увеличи в рамките на 4-10 % за различни точки в нашата страна, спрямо неподвижно оптимално монтирани фотоволтаици. При слънчево насочващи системи тип "слънчоглед", които осигуряват ежедневно следване на слънцето (от изток, през юг, до запад) производителността им може да се увеличи с над 30% много райони от територията на България. А ако се прибавят и плоски слънчево-концентриращи системи - годишната производителност на конвенционални фотоволтаици се увеличава над 2 пъти. Разбира се, важни са и отговорите на икономически въпроси: каква е цената и за колко време се изплаща, каква печалба ежемесечно ще носи, какви са другите икономически стимули и ползи от производството на екологично чиста електроенергия и т.н.. Фотоволтаичните модули, макар и външно много да си приличат, съществено се различават по електрическо производство. Например, разликата в тяхната ефективност е над три пъти , в зависимост от различните материали и структури на полупроводниците. Електротермичната им зависимост също е доста различна, което обуславя още по-голяма разлика в производителността на различни модули при еднакви температурни условия. В резултат - цената за единица мощност на фотоволтаик варира в много широки граници. Тази разлика достига до 5 пъти. Не по-малко значение от въпросите за себестойността фотоволтаичните електроцентрали имат и инвестиционните стимули за екоенергийно производство.

До тук говорихме само за стационарно монтирани модули. Когато се използват насочващи към слънцето съоръжения за самите модулите и/или за рефлекторните и/или концентраторите им, то разликите в цените стават още по-големи. Затова е добре да се подходи системно и последователно за оптимален избор на фотоволтаици:
Първият подход е да се проектира и изчислява, не по данните от рекламите на фирмите-производители, а по техническите данни за работещите фотоволтаици в соларни паркови в полеви условия. Западноевропейски, и предимно немски независими технически одитори, са изготвили редица енерго-технически доклади по поръчка на инвеститорите. Ние имаме данни от тях, получени от одитираните на място фотоволтаици. Не е тайна, че енрготехническите резултати, снети в реални експлоатационни условия, се различават от тези в рекламните проспекти на производителите на фотоволтаиците. Нашите проекти изготвяме по фактическите данни, снети от компютрите на соларните паркове, които са достоверните данни за електропроизводството на фотоволтаиците, съобразно съответните слънчево-климатични параметри.
Вторият подход задължително включва конфигурация и оптимизация, съобразно терена на конкретен проект. В годините на нашата практика сме разработили редица технически средства за увеличаване на електропроизводителността на фотоволтаици. Пет от тях са изброени по-долу.
За нашите климатични условия е много важно да се предвиди добро естествено или принудително охлаждане на фотоволтаиците. Преди да се проектират допълнителни принудително охлаждащи системи и/или автоматизирани механични системи, непрекъснато насочващи модулите към слънцето, е необходимо да се разкрият и използват всички пасивни начини за предотвратяване прегряването на фотоволтаиците и за оптималната им стационарна ориентация. Използвайки наше собствено ноу-хау ние разработихме компютърен симулатор за проектиране на оптимални фотоволтаични системи, който отчита всички локални климатични фактори, например:
   - спектралният състав на слънцето и енергията, която носи всяка честотна лента
   - съотношението на пряката и дифузната слънчева радиация,
   - измененията на околната температура на въздуха,
   - влажността,
   - облачността,
ветропараметрите и редица други параметри, както на климата,
така и на различните видове фотоволтаични модули

Предпоставки за развитие на слънчевата електроенергетика у нас
От началото на 2007 г. у нас са в сила преференциални цени за изкупуване на тока от фотоволтаични генератори. Те са в резултат на хармонизацията на нашите правни и икономически условия за развитие на екологичните и напълно възобновяеми източници на енергия, така както са поети нашите международни ангажименти по Протокола от Киото и съответните директиви на Европейския съюз. Продължаващият и задълбочаващ се енергиен дефицит на изкопаеми горива в европейските държави, включително и нашата, нараства. Увеличава се икономическата зависимост на евродържавите от страните - износители на петрол, природен газ и други дефицитни първични енергоизточници. В тази връзка започна подготовката на нова програма за развитие на възобновяемите енергийни източници в Европа. Тя предвижда рязко нарастване на дела на алтернативните и възобновямите източници при покриване на енергийните и горивните нужди на евродържавите. В унисон с вече съществуващата и вече новата, още по-строга политика на ограничаване на изкопаемите неекологични източници на енергия е и българската вътрешна икономическа политика, която стимулира развитото на сектора на естествено възстановяеми източници. Преференциални тарифи за изкупуване на генерираната енергия от вятърни електроцентрали са над 9 евроцента за произведен киловатчас и то без никакви квотни или други ограничения. А това означава, че се изкупува безотказно 100% от произведената електроенергия на преференциалната цена. А съгласно закона за Енергетиката, а времето, през което тя ще е в сила, е поне 15 години от пускането на ветроелектроцентралата в действие, а за фотоволтаичните електроцентрали - срокът е не по-къс от 25 години.. В това отношение режимът за изкупуване на тока, произведен за сметка на ВЕИ, е един от най-благоприятните в света, което естествено породи и голям интерес от чуждите инвеститори, не само от Европа, но и от САЩ и други страни.
От инвестиционна гледна точка можем да отбележим поне 10 фактора, които мотивират инвеститорите за средносрочни и дългосрочни капиталовложения:
1.Първичният енергиен източник е слънцето, което е безплатно и практически неизчерпаемо.
2.Оперативното управление на фотоволтаичните съоръжения и системи е автоматично и се извършва дистанционно от електроразпределителните предприятия.
3.Максималната си мощност фотоволтаиците отдават през деня, когато и електроконсумацията е максимална, което благоприятства оптималната работа на електросистемата.
4. Всяка фотоволтаична система не се нуждае от постоянен оперативен персонал
5.Фотоволтаичните електроцентрали и паркове имат заводски и сервизни гаранции 25 и повече години
6.От всички удобно достъпни за експлоатация възобновяеми енергийни източници, най бързо и лесно усвоимият е слънчевата светлина.
7.Изкупната цена на тока, произвеждан от фотоволтаици у нас сега достига до 40 евроцента без ДДС за киловатчас, с тенденция да расте, заедно с ръста на енергията по-принцип. Тази изкупна цена е 10 пъти по-висока от преференциалната цена за тока от ВЕЦ и 5 пъти по-висока от изкупната цена за тока от вятърните генератори у нас.
8.България, със слънчевата светлина, съчетана с другите климатични условия, е една от най-подходящите територии за печеливша експлоатация на слънчевата светлина, чрез фотоволтаици.
9.В зависимост от особеностите на терена за фотоволтаици и слънчевоенергийните данни за него, както и от техническите средства за преобразуване на светлината в ток, времето за изкупуване на инвестицията е между 5 и 9 години. Това е вярно за инвестиция без никакви субсидии. Но, както досегашните, така и новите икономически стимули от евро политиките и еврофондовете, гарантират евросубсидия минимум 50% за частни фотоволтаични проекти. Затова реалният срок за възвръщаемост на инвестицията е рамките на 3-4 години като максимум. А за общински проекти инвестициите са изцяло безвъзмездни.
10.Фотоволтаиците могат да се разполагат, както по фасадите и покривите на сгради, така и в дворове и на открито на земеделски и горски терени - практически навсякъде.
От казаното не бива да се остава с неправилното впечатление, че каквито и да е фотоволтаични модули, монтирани където и да е, и както и да е, на сградите или в полето, са задължително много печеливша инвестиция. Фотоволтаични модулите, макар и външно да не се различават съществено, фактически са много различни. Тяхното оптимално проектиране е разгледано в тази книга.
 

Фотоволтаични електрогенератори
Както при електрохимичните устройства термините клетка и модул се използуват и при фотоволтаичните системи. Вместо „слънчева батерия" обаче най-малкият възел от механически свързани фотоволтаични клетки се нарича панел. Фотоволтаичният генератор обикновено е конструиран от известен брой панели, като най-малкият възел от електрически свързани фотоволтаични клетки се нарича модул. За да се получи по-голяма мощност и/или по-високо напрежение, в панела трябва да се монтират няколко фотоволтаични клетки. Например, за да се удвои напрежението, две фотоволтаични клетки се свързват последователно, като горният отрицателен електрод на първата фотоволтаична клетка се свързва с долния положителен електрод на втората чрез подходящ контакт. За да се удвои мощността при постоянно напрежение, двата електрода се свързват заедно за отрицателен извод, а другите два електрода – за положителен. Ако трябва да се получи малка мощност и високо напрежение, фотоволтаичните клетки могат да се нарежат на части с еднаква площ и да се свържат последователно. Чрез паралелно и последователно свързване на определен брой фотоволтаични клетки може да се получи всякаква желана мощност, при каквото и да е напрежение. При свързване на няколко фотоволтаични клетки трябва да се обърне специално внимание на съгласуването на електрическите им характеристики. Когато фотоволтаичните клетки се свързват паралелно, те трябва да имат еднакво напрежение на празен ход и което е по-важно еднакво напрежение в точката на максимална мощност.  Обикновено фотоволтаичните модули се състоят не от един, а от няколко панела с еднакво изходно напрежение и еднаква мощност. Могат да се конструират стандартни модули с различно предназначение, които да покриват съответните специфични изисквания. Тъй като в практиката се използуват само няколко стандартни напрежения, като 1,5V, 6V, 12V, 24V, 48V, които са кратни едно на друго, ето защо и фотоволтаичните модули се проектират в съответствие с един от тези стандарти. Следователно и броят на основните панели е ограничен. Всяко конкретно изискване за определена мощност може да се спази чрез паралелно или последователно свързване на определен брой панели. Стандартизацията в проектирането на модулите опростява производствения процес и прави фотоволтаичните захранващи системи значително по-гъвкави, освен това така се улесняват автоматизацията и контролът на производствения процес.

Един друг пример за предимствата на модулните системи са фотоволтаичните електроцентрали, които могат да бъдат изградени от милиони еднакви модули. Обикновените електроцентрали изискват голям брой различни съоръжения, които трябва да се проектират и произведат отделно, преди да се монтират в централата. За разлика от тях фотоволтаичните могат да произвеждат енергия и когато само част от елементите са готови, без да се изчаква окончателното комплектоване на цялата централа. По такъв начин периодът за изплащане на капиталните разходи може да бъде намален с няколко години.
Засега, най-широко използваните защитни материали са стъклото и пластмасите. Фотоволтаичните клетки, херметизирани под стъкло, имат това предимство, че не изменят оптичните, механичните и електрическите си свойства при продължителна работа на открито. От друга страна, полимерите не могат да предотвратяват проникването на влага, следователно те са подходящи само когато силициевата пластинка и металните контакти са защитени с антикорозионно покритие. Пластмасите са по-леки от стъклото, но някои от тях губят прозрачността и еластичността си при продължително въздействие на атмосферните условия и слънчевата светлина. Оптичните свойства на материала на подложката нямат значение, много подходящо за целта например е фибростъклото. Иновативни технически решения за повишаване на ефективността на фотоволтаиците са представени тук. Съществено важно е да се знае, че електропроводимостта на полупроводниците, в това число и на силициевите фотоволтаични клетки, силно намалява при нагряване от слънцето, съчетано с висока околна температура на въздуха и липса на вятър. Това загряване значително увеличава електрическите загуби във фотоволтаиците и затова тяхната производителност спада с 10-15% в целогодишно изражение, като през топлите месеци на годината този процент е значително по-висок. В нашите проекти обръщаме специално внимание на този факт. Нашият инженерен екип е разработил редица ефективни технически решения за намаляване на загубите при електропроизводството на фотоволтаиците. Част от тези решения са под патентна закрила.. Повече информация по темата вижте тук

Къде се монтират фотоволтаични генератори ?
Три са основните подходи при изграждането на фотоволтаични електрогенератори:
Първо - използват са готови структури, като покриви и фасади на къщи промишлени, аграрни, обществени и други сгради, покриви на бензиностанции, навеси на гари и автогари, спортни зали, паркинги и т.н.

Второ - при проектиране на фасади, покриви, оранжерии и други сгради за всякакви нужди.

Трето - изграждане на фотоволтаични електроцентрали на специално отреден за тях терен - най-често на непродуктивни земеделски земи. Най-икономически целесъобразното решение е те да се изграждате на терени, където има или предстои да се монтират вятърни електрогенератори. Така се уплътнява не само терена, но и инженерната инфраструктура-пътища, телекомуникации, електрическо присъединяване. Същевременно се облекчава и поевтинява оперативното поддържане на съоръженията.

Освен на земеделска земя, фотоволтаични инсталации могат да се монтират на съществуващи стълбове от електропреносната и електроразпределителната система, електрическата линейна инфраструктура на БДЖ, сервитутите на пътищата, разделителните полоси на автомагистралите и други подобни места, собственост на държавата и/или общините. В тези случаи инвестициите могат да получат субсидии от еврофондовете. За общински проекти тези субсидии са около 80% от цената на инвестицията. Като пример за такъв проект е използването на покривните пространства на училищата, болниците и други общински сгради за монтиране на фотоволтаични модули, както и стълбовете на уличното осветление. Освен покривите, могат да се използват и южните фасади на сградите. фотоволтаиците масове се използва в ПЛЮС енергийните сгради. патентовани проекти за такива сгради вижте тук.

За частните инвеститори също са предвидени субсидии, в размер на 20% от цената на инвестициите по програма "Феникс" на Европейската банка за възстановяване и развитие - Лондон, която има банки-брокери у нас, както и от редица други източници.

Процедура на проектиране по Наредба 1627
Икономическа, инвестиционна и екологична оценка на фотоволтаичен проект
Себестойността на електричеството зависи главно от инвестиционните и горивните разходи и затова традиционно се разглежда като двукомпонентна, независимо дали това е eксплицитно обявено или е скрито в обща тарифа. Във всички случаи обаче, така наречената такса мощност, която не зависи от консумацията на потребителя е първата компонента. Втората тарифна компонента, пропорционална на горивните разходи, изцяло зависи от консумацията. Този начин на тарифиране не изглежда приемлив за потребителя, защото той е принуден да плаща за енергия, когато не консумира такава. Ако така се калкулира цената на АЕЦ например, то няма да има никакви средства за нейното затваряне и неутрализиране, въпреки че пълното неутрализиране, поне засега е практически неприложимо, а ако следва да се прави, то цената на електроенергията ще следва да включва много скъпа трета компонента, която накратко може да определим като екологична.

При производството на енергия от ВЕИ горивната компонента е нула, тъй като не се ползва гориво. Екологичната компонента е нула или много близко до нулата. Така себестойността на енергията основно се формира на основание амортизацията на инвестицията за централата на ВЕИ и текущите й разходи. В този случай може да се каже, че тарифата изцяло е базирана на принципа на такса мощност, но цената се плаща, само когато се генерира енергия, т.е. когато фактически се амортизира инвестираният капитал. В този смисъл, ценообразуването при електроцентрали на ВЕИ е логично обвързано със счетоводната себестойност от една страна и с реалната консумация от потребителя – от друга страна.

По принцип, инвестициите за единица инсталирана мощност в енергийно производство за сметка на ВЕИ са относително по-големи от тези за подобни производства от фосилни източници. Но дори и когато инвестициите са близки при съпоставими параметри, то непостоянният и периодичен характер на ВЕИ намаляват продуктивността на енергопроизводството от ВЕИ. Затова в крайна сметка себестойността на енергията, добивана от ВЕИ е винаги по-висока от тази на енергия получена от въглища например. Тази сметка обаче не отчита необходимите разходи за преодоляване на неблагоприятните екопоследици от изгарянето на традиционните горива. Затова, законодателно у нас, по аналогия с евродържавите и други развити страни, е предвидено еленергията от ВЕИ да се заплаща по твърди цени и то по-високи, отколкото за тази, добита от АЕЦ и ТЕЦ. От всички енергийни проекти, използващи ВЕИ, най-скъпа е фотоволтаичната електроцентрала. но сервизният експлоатационен срок на такива съоръжение е над 25 години, защото те нямат триещи се и подвижна части. Затова в дългосрочен план инвестицията във фотоволтаични инсталации е ней-доходоносна. Но във всички случаи, един оптимален проект може да скъси срока за изкупуване на инвестицията и да увеличи доходността на инвеститора. За нашите условия доходността от фотоволтаични електроцентрали може да е по-голяма от тези във ВЕЦ и вятърни електроцентрали. Какви проектантски подходи и методи за оптимално проектиране и какви нови технически решения се използват за увеличаване на енергийната ефективност на фотоволтаичните генератори е описано тук.

Фотоволтаичните електроцентрали и други подобни съоръжения, работещи в паралел с електрическата система у нас оперират напълно автоматично и се управляват дистанционно от диспечерски център на електроразпределителните предприятия. Те са длъжни да изкупуват произведената електроенергия по всяко време и независимо от генерираното количество. Фотоволтаичните електроцентрали нямат постоянен оперативен персонал и това освобождава собствениците им не само от разходи за заплати, но и от всички свързани с тях осигурителни и здравни начисления за персонал, както и от бюрократичните задължения по отчетите му.
 

Технически бележки

Зона на максимална мощност на фотоволтаик
Основна характеристика на всяка фотоволтаична клетка е мощността й. Тъй като фотоволтаикът е постояннотоков източник, неговата мощност се изчислява по закона на Ом Р=U.I. Волтамперната характеристика на фотоволтаика има три характерни зони,  В първата зона (I), токът остава относително постоянен с изменение на напрежението. В тази зона фотоволтаичната клетка се държи като източник на ток. Втората зона (II) е зоната на максимална мощност. Системата за управление (и инвертора) трябва да осигуряват работната точка да попада в тази зона във всеки момент от времето на използване на фотоволтаика. Характеристиката не се отнася нито към идеалните източници на напрежение, нито към идеалните източници на ток. Фотоволтаикът в този участък се държи подобно на източниците, осигуряващи захранване при наличие на дъгов разряд. В третата зона (III) фотоволтаикът се държи като източник на напрежение.

Локалното затъмняване за фотоволтаиците
Масово произвежданите в момента фотоволтаични клетки от кристален силиций осигуряват напрежение около 0,6 V и максимален ток при пълно осветяване от порядъка на 1.2 А. При изграждането на фотоволтаичен панел, отделните клетки се свързват последователно и паралелно. В зависимост от напрежението на панела, определен брой фотоклетки се свързват последователно, като формират един клон. Например, двадесет последователно свързани клетки ще формират един клон, генериращ около 12 V. След това, няколко такива клона се свързват в паралел. С. Обикновено към отделните последователни клонове се свързва антипаралелно по един диод, който има за цел да шунтира целия клон, ако случайно той е затъмнен. Затъмняването само на част от фотоволтаичния панел, в частност само на една фотоволтаична клетка, е опасно. Обикновено съпротивлението на затъмнената фотоволтаична клетка, е много по-голямо от това на товара .

Затова във верига, в която има затъмнени и незатъмнени клетки, товарното съпротивление играе ролята на свързващо съпротивление, а ролята на товар се поема от затъмнената клетка. Това би могло да причини нейното термично разрушаване. Антипаралелните диоди ограничават този ефект, но само ако е затъмнен цял клон, а затъмняването на единична клетка остава опасен режим. Затова фотоволтаиците трябва периодично да се почистват - особено от зацапвания от птици, които причиняват точно такова локално затъмняване.

Поради посоченото изгаряне на клетки, мултимегаватовите фотоволтаични паркове през последните години, вместо със силициевите клетъчни фотоволтаици, се изграждат от слоести. Най-използвани са тънкослойни (части от милиметъра) дву и три пластови фотоволтаици За тях не е опасно локално засенчване, защото за тяхната работа не е фатално замърсяването/засенчването. Те работят по-добре при дифузно осветяване. Но те, все още, са по-ниско ефективни от енерго-техическа гледна точка, в сравнение с кристалните клетъчни технологии. За повечето райони у нас те са икономически по-ефективно комплексно решение, независимо от по-ниската им енергийна ефективност (достигната около 10% и очаквана около 15 в близките години). Кристалните фотоволтаици от силиций имат постигната устойчива енергийна ефективност около 18%, но очакваната е около два пъти повече в близко бъдеще. От посочените данни е видно, че фотоволтаиците са все още ниско ефективни при преобразуване на светлината енергия в електрическа, което е предпоставка за обширно поле на нови разработки. Поради което развтието на техническия прогрес в тази сфера е трудно предсказуем. Единственото, което е сигурно, че цената на различните фотоволтаици трайно спадна през 2009/10 г.

Стандартни условия за фотоволтаици
Ефективността на един фотоволтаик зависи от много фактори, включително температура на кристала, спектър на светлината, ориентация към слънцето, географско местоположение, където е инсталиран и др.
Прието е всички параметри на фотоволтаиците да се дават за точно определени условия, наречени стандартни, а именно:
n интензивност на светлината, с която се осветява фотоволтаикът – 1000 W/m2;
n температура на фотоволтаика – 25 °С;
n слънчев референтен спектър – AM1.5;
Последната величина се дава в единица, наречена въздушна маса (Air Mass – AM). В космоса отсъства атмосфера, затова се казва, че въздушната му маса е 0 – АМ0. Точно по обед, светлината пада почти перпендикулярно на земната повърхност и изминава най-кратко разстояние в атмосферата. Това разстояние е прието за единица и се означава като АМ1. Пътят на светлината през атмосферата влияе на спектралния й състав, а от там и на ефективността на фотоволтаиците. По тази причина е прието мощността на панелите да се дава за АМ1.5, което отговаря на осреднения път на светлината за целия ден при фотоволтаици, монтирани в географски ширини с умерен климат, към който принадлежи и България.
Инсталираната мощност при фотоволтаични модули се изразява в Wp – пикова мощност, която фотоволтаиците ще генерират при посочените стандартни условия.
 

Повече информация по темата вижте тук