Вертикальные солнечные установки, ориентированные на восток-запад, позволяют стабилизировать энергосистему
Ученые из Лейпцигского университета прикладных наук изучили потенциальное влияние крупномасштабного развертывания вертикально устанавливаемых фотоэлектрических систем с двусторонними (bifacial) панелями, ориентированными на запад и восток, на энергосистему ФРГ. Статья «Интеграция вертикальных солнечных электростанций в будущую энергетическую систему Германии» опубликована в научном журнале Smart Energy.
Они пришли к выводу, что такие установки могут оказывать стабилизирующее влияние на энергосистему страны, обеспечивая при этом большую интеграцию с сельскохозяйственной деятельностью по сравнению с обычными наземными фотоэлектрическими установками.
Вывод, в общем-то очевидный. Максимально потребление электроэнергии отмечается обычно в утренние и вечерние часы, а ориентированные на запад и восток вертикально установленные модули позволяют как раз повысить выработку утром и вечером, сдвигают пик выработки. Это хорошо видно на приведённом графике (зеленая линия). Кроме того, вертикально установленные модули практически не занимают места, и земельный участок можно использовать для сельского хозяйства. Соответствующие эксперименты уже проводятся.
Но этот очевидный вывод подтверждается учеными с использованием научного инструментария.
Исследователи применили модель EnergyPLAN, разработанную Ольборгским университетом в Дании. Она обычно используется для моделирования работы национальных энергетических систем на почасовой основе.
Ученые рассматривали два сценария — с интеграцией крупномасштабных систем накопления электроэнергии и без.
Для сравнения с обычными наземными солнечными установками авторы рассматривали для последних угол наклона 20 градусов и средний расчетный выход энергии 1020 Вт*ч/Вт. Для двусторонних вертикальных систем, ориентированных с запада на восток, они приняли коэффициент двусторонности 90% и годовой выход энергии 999 Вт*ч/Вт. Для вертикальных систем с ориентацией север–юг годовой выход энергии был бы на уровне 926 Вт*ч/Вт.
Они также учли более высокую стоимость двусторонних панелей, а также то, что установленная мощность на площадь вертикальной установки ниже из-за эффекта затенения, и требуемое расстояние между рядами модулей обычно составляет от 8 до 12 метров, что, в свою очередь, увеличивает расходы на прокладку кабелей. Но эти дополнительные (относительно незначительные) затраты могут быть компенсированы сохранением сельхоз. оборота земли или биоразнообразия, отмечается в работе
В модели также предполагается, что спрос на электроэнергию в ФРГ к 2030 году увеличивается в два раза до 1214 ТВт*ч/год в связи с электрификацией таких секторов как промышленность, теплоснабжение и транспорт.
Результаты показывают, что в будущей (модельной) энергосистеме Германии в 2030 году (с предполагаемым сокращением выбросов CO2 на 80% по сравнению с 1990 годом) можно избежать 10,2 МтCO2/год без использования систем хранения электроэнергии, ориентируя 80% установленной фотоэлектрической мощности (эквивалентно 280 ГВт) на восток- запад с вертикальным расположением модулей.
В сценарии с накопителями энергии оптимумом является 70% доля вертикально размещенных фотоэлектрических панелей, и в данном сценарии объём экономии выбросов снижается.
В любом случае вертикальное расположение солнечных установок с ориентацией модулей на восток-запад снижает потребность в системах накопления энергии и сокращает время работы газовых электростанций, используемых для регулирования характеристик энергосистемы, подсчитали авторы.
Также показано, что вертикальное размещение модулей с ориентацией на восток-запад сокращает разницу между зимней и летней выработкой, то есть годовой профиль генерации получается более ровным. От себя добавлю, что для условий России вертикальное размещение солнечных панелей в значительной степени снимает проблему снеговой нагрузки.
Авторы отмечают, что они не предлагают «устанавливать вертикально все фотоэлектрические системы», но подчеркивают новые возможности для поддержания стабильности энергетической системы.
