Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant
The state of the modern structure of generating capacities in the energy system of Ukraine is described. The features of the work of renewable sources in the energy system of Ukraine are analyzed. The problematic issues that arise due to the specifics of the operation of solar photovoltaic power pla...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Author Affiliations: |
|
| Keywords: | keywords |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/749 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System Research in Energy |
| Download file: |
|
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871104260609933312 |
|---|---|
| author | Buratynskyi I.M. Nechaieva T.P. Shulzhenko S.V. |
| author_facet | Buratynskyi I.M. Nechaieva T.P. Shulzhenko S.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Buratynskyi I.M.",
"institution": null
},
{
"author": "Nechaieva T.P.",
"institution": null
},
{
"author": "Shulzhenko S.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Buratynskyi I.M. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:46Z |
| description | The state of the modern structure of generating capacities in the energy system of Ukraine is described. The features of the work of renewable sources in the energy system of Ukraine are analyzed. The problematic issues that arise due to the specifics of the operation of solar photovoltaic power plants are considered. The character of the operation of solar power plants depends on weather conditions, which forms certain difficulties in balancing the power system. Dispatch restrictions and causes that determine the limitations imposed on the delivery of green electricity to the power system are considered. An analysis of the measures used to improve the conditions for the ntroduction of solar power plants in the world is carried out. The features of operation of a solar power plant at various ratios of the total photoelectric power of direct current and declared power of alternating current are considered.The graphs of electricity production and the operating time characteristics of a photovoltaic solar power plant with different indicators of the overload coefficient are studied. The results obtained showed that the use of overload coefficient, in addition to increasing the volume of electricity production, has a number of other technical advantages. The growth of the operating time of a photovoltaic solar power plant, the increase in the period of delivering maximal power, and the decrease in the start-up time of a solar power plant improves the overall quality indicators of electric energy. The influence of technological losses and linear losses arising due to the degradation of photovoltaic modules throughout their entire life cycle is described.The technique used for determining the weighted average cost of electricity production during the life cycle of a solar power plant allowed us to determine the optimal and most cost-effective structure of the equipment of a photovoltaic plant by technical and economic criteria. Our studies were carried out in terms of the ratio between the total photoelectric power of direct current and the power of joining of the alternating current. The results obtained showed the inflame of losses arising from the production of electricity and losses initiated from the degradation of photovoltaic modules on the cost of generating electricity during the life cycle. The technique used allowed us to take into account all technical and economic features of the operation of a photovoltaic solar power plant. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2020.02.017 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
17
Оптимізація структури обладнання фотоелектричної сонячної електростанції
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
Стимулювання впровадження електростан-
цій на відновлюваних джерелах енергії (ВДЕ)
за допомогою «зеленого тарифу» [1] сприяли
зростанню частки ВДЕ у структурі електро-
енергетики України протягом останніх років.
Так, сукупний обсяг виробленої електроенер-
гії з сонячних електростанцій (СЕС), вітрових
електростанцій (ВЕС) та біомаси у загальній
структурі виробництва електроенергії зріс з
1,7% у 2018 р. до 3,6% у 2019 р. [2]. При цьому
встановлена потужність ВДЕ зросла на 3 ГВт:
з 1,7 ГВт у 2018 р. до 4,7 ГВт у 2019 р., і на
кінець 2019 р. частка потужностей ВДЕ стано-
вила 8,9% у загальній структурі ОЕС України.
Найбільшу частку серед потужностей ВДЕ за-
ймають СЕС, потужність яких зросла майже на
2,8 ГВт протягом року, з 0,76 ГВт у 2018 р. до
3,55 ГВт у 2019 р. На 2019 р. СЕС займали май-
же 75% за обсягами встановлених потужнос-
тей серед усіх ВДЕ, однак обсяги виробленої
електроенергії на них склали лише 56% [3].
Функціонування значних обсягів СЕС в
енергосистемі зазвичай супроводжується тех-
нічними труднощами з балансування, що ви-
никають через специфіку їх роботи. Параметри
роботи СЕС мають високу залежність від по-
годних умов, у яких вони знаходяться. Основні
показники генерації, обсяги виробленої елек-
троенергії на СЕС залежать від інтенсивності
сонячного випромінювання, що змінюється
впродовж дня, місяця, року та хмарності. Хоча
для СЕС, що працюють в одній енергосисте-
мі, але в різних географічних координатах,
коливання потужності, які виникають через
хмарність, частково компенсують один одно-
го [4]. Кількість сонячної радіації, що падає
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2020, 2(61): 17–22
doi: https://doi.org/10.15407/pge2020.02.017
УДК 621.311.25 І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, ORCID 0000-0003-2928-9621
Т.П. НЕЧАЄВА, канд. техн. наук, ORCID 0000-0001-9154-4545
С.В. ШУЛЬЖЕНКО, канд. техн. наук., ст. наук. співр., ORCID 0000-0002-7720-0110
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ОПТИМІЗАЦІЯ СТРУКТУРИ ОБЛАДНАННЯ
ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ
Проаналізовано особливості роботи відновлюваних джерел в енергосистемі
України. Описано проблемні питання, які виникають через специфіку роботи
сонячних електростанцій. Розглянуто особливості роботи сонячної електро-
станції при різних співвідношеннях сумарної фотоелектричної потужності
постійного струму та заявленої потужності змінного струму. Проаналізовано
графіки виробництва електроенергії та характеристики часу роботи фото-
електричної сонячної електростанції при різних показниках коефіцієнта пе-
ревантаження. Досліджено продуктивність роботи сонячної електростанції
при різному співвідношенні потужності фотоелектричних модулів та інверто-
рів. Описано методику визначення середньозваженої собівартості виробни-
цтва електроенергії протягом життєвого циклу для сонячної електростанції.
Досліджено вплив деградації фотоелектричних модулів на роботу фотое-
лектричної сонячної електростанції. Знайдено оптимальне відношення по-
тужності постійного та змінного струму на сонячній фотоелектричній елек-
тростанції.
К л ю ч о в і с л о в а: енергосистема, відновлювані джерела енергії, сонячна
фотоелектрична станція, коефіцієнт перевантаження, середньозважена собівар-
тість виробництва електроенергії.
© І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, Т.П. НЕЧАЄВА, С.В. ШУЛЬЖЕНКО, 2020
18
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, Т.П. НЕЧАЄВА, С.В. ШУЛЬЖЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
на поверхню фотоелектричних модулів (ФЕМ)
і, відповідно, параметри та обсяги виробленої
електроенергії залежать від географічного роз-
ташування електростанції, кута нахилу кон-
струкцій тощо. Енергосистема, у свою чергу,
повинна забезпечити умови для прийняття не-
стабільної «зеленої» генерації навіть тоді, коли
потреби в цій електроенергії відсутні та обсяги
споживання електричної енергії є малими.
На відміну від ВДЕ, традиційні генеруючі
потужності на викопному паливі мають мож-
ливість включення своєї роботи в запланова-
ний час, без прив’язки до погоди, що забезпе-
чує значно кращі показники якості електричної
енергії порівняно з СЕС та ВЕС. При невели-
кій частці СЕС, що працюють в енергосистемі,
потреба в додатковому балансуванні може і не
виникати. Балансування може здійснюватися
за допомогою існуючих швидкодіючих резерв-
них потужностей. Однак збільшення частки
СЕС потребує обов’язкового введення висо-
команеврових потужностей та прискореного
впровадження систем акумулювання електро-
енергії [3]. В якості накопичувачів електро-
енергії можуть підійти літій-іонні та сірчано-
натрієві системи акумулювання [5].
Наявний парк маневрених потужностей
ОЕС України через їх стан та існуючі обмежен-
ня не здатний забезпечити надійне балансуван-
ня енергосистеми за умов обов’язкової роботи
електростанцій на ВДЕ. Розпочалась практика
диспетчерського обмеження відпуску електро-
енергії в енергосистему. Так, 7 січня 2020 р.
вперше було обмежено майже на дві години ге-
нерацію електроенергії від СЕС сумарною по-
тужністю 545 МВт [6]. Загалом в цей день було
обмежено 2,3 ГВт потужностей (включаючи
ТЕС потужністю 1,35 ГВт та ВЕС – 384 МВт).
Необхідність обмеження виникла через неха-
рактерну для такого періоду року високу тем-
пературу навколишнього середовища, що обу-
мовило зниження споживання електроенергії.
Передумовою обмеження стало також запо-
внення водосховищ, що використовуються для
зберігання води на ГАЕС, це унеможливило
подальшу роботу ГАЕС у насосному режимі.
Прогнозується, що таке подальше зростання
частки ВДЕ у структурі виробництва електро-
енергії може призвести до ще більших обме-
жень «зеленої» генерації [7].
Для енергосистеми важливим є стабіль-
ність роботи всіх електростанцій, що працю-
ють у її складі. Стабільність роботи СЕС за-
лежить від її обладнання. Змінюючи окремі
складові у структурі СЕС, змінюються показ-
ники якості та кількості електричної енергії.
Загалом структура обладнання фотоелектрич-
ної станції визначається встановленою потуж-
ністю змінного струму (АС, англ. Alternating
Current) та встановленою потужністю по-
стійного струму (DC, англ. Direct Current).
Встановлена потужність постійного струму
на СЕС визначається сумарною потужністю
всіх ФЕМ. Заявлена потужність, або потуж-
ність змінного струму визначається сумар-
ною потужністю генеруючого (інверторного)
обладнання. Потужність змінного струму об-
межується технічними умовами (ТУ) на при-
єднання до електричних мереж, які видаються
операторами системи передачі та розподілу чи
іншою електропередавальною організацією.
На відміну від змінного струму, встановлена
потужність постійного струму в ТУ не обмеж-
ується.
Особливістю роботи СЕС є те, що обсяг
згенерованої електроенергії залежить від су-
марної потужності встановлених ФЕМ. Тому
збільшити обсяг виробництва електроенергії
на них можна, збільшивши кількість або по-
тужність окремих ФЕМ. Тому, маючи можли-
вість збільшити обсяги виробництва електро-
енергії при одних і тих же потужностях по при-
єднанню, багато підприємств, що займаються
впровадженням СЕС, збільшують потужність
постійного струму.
Метою даної статті є визначення оптималь-
ної структури обладнання фотоелектричної
станції в частині співвідношення сумарної фо-
тоелектричної потужності постійного струму
та потужності приєднання змінного струму за
критерієм мінімальної середньозваженої собі-
вартості виробництва електроенергії впродовж
усього життєвого циклу.
Співвідношення потужності постійно-
го струму та змінного струму носить назву
коефіцієнт перевантаження (англ. DC/AС
overloading, або DC/AС ratio). Для оцінювання
обсягів відпущеної електроенергії при збіль-
шенні коефіцієнта перевантаження було вико-
ристано дані по роботі сонячної електростан-
ції в Одеській області. Для побудови графіка з
середнім значенням потужності протягом року
використовувались дані з 5 хвилинними показ-
никами. До фактичних показників АС у моделі
додавалось значення 20, 60 та 100% потужності
постійного струму DC. На рис. 1 показано до-
бові значення роботи СЕС потужністю 10 МВт
(АС) з різними показниками коефіцієнта пере-
вантаження.
З рис. 1 видно, що при збільшенні коефіцієн-
та перевантаження електростанція за менший
час виходить на повну заявлену потужність
по приєднанню. Обсяги виробленої електро-
енергії визначатимуться площею графіку під
19
Оптимізація структури обладнання фотоелектричної сонячної електростанції
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
кривими генерації. Як видно з площ графіку,
при збільшенні коефіцієнта перевантаження
зростають обсяги виробленої електроенергії.
Збільшення встановленої потужності DC при
однаковій потужності АС збільшує період ви-
дачі максимальної потужності в мережу, змен-
шує час запуску сонячної електростанції та
покращує стабільність роботи електростанції.
Як видно з рис. 1, чим вище знаходиться крива
потужності, тим на ній спостерігається менше
коливань потужності від хмарності, тобто із
збільшенням потужності DC СЕС стає стабіль-
нішою.
Однак для точного визначення оптимальної
структури фотоелектричної станції потрібно
враховувати не лише характер роботи ФЕМ у
розрізі можливості збільшення обсягів виро-
блення електричної енергії, а й особливості
роботи основного електрообладнання, зокре-
ма інверторів. Виробники сучасних інверторів
не мають єдиної думки на рахунок того, який
має бути оптимальний коефіцієнт переванта-
ження. З точки зору обладнання, даний показ-
ник залежить від конкретного типу інвертора
та його призначення. Важливе значення також
має проєкт, в якому планується використання
даного обладнання, місце розташування ін-
вертора, географічні координати, температура
навколишнього середовища, від якої залежить
ефективність його роботи, тощо. Ввідні пара-
метри по струму та напрузі на інверторах не
повинні перевищувати дозволені рівні, що вка-
зуються у технічних паспортах на обладнання
та рекомендаціях від виробників.
Погодні умови мають також значний вплив
на параметри роботи ФЕМ. Зменшення темпе-
ратури навколишнього середовища при одна-
ковій інтенсивності сонячного випромінюван-
ня збільшує напругу на ФЕМ. Робоча напруга
ФЕМ обмежується максимальною можливою
напругою системи та мінімальною стартовою
напругою. Подібна ситуація відбувається і з
величиною робочого струму. Тому, враховуючи
обмеження по струму та напрузі, до інверторів
можна підключити певну обмежену потужність
ФЕМ. Щоб досягнути більшого показника ко-
ефіцієнта перевантаження та одночасно забез-
печити норму параметрів на вводі в інвертори
по струму та напрузі, виникає необхідність
встановлювати додаткову кількість інверторів
на СЕС з подальшим обмеженням видачі по-
тужності в енергосистему. Сучасні інвертори
за принципом роботи дозволяють здійснювати
обмеження потужності за допомогою ручних
налаштувань або автоматично в онлайн режимі
за допомогою існуючих систем управління та
моніторингу.
Проведені розрахунки для вищезгаданої
СЕС показали необхідність встановлення до-
даткових інверторів з подальшим обмеженням
їх потужності видачі в енергосистему, почина-
ючи зі значення коефіцієнта перевантаження
1,5 (табл. 1).
При тривалому терміні життєвого циклу СЕС
потрібно враховувати зменшення її ефективнос-
ті через лінійну деградацію (старіння) ФЕМ, що
виникає з роками. Деградація в життєвому циклі
СЕС відіграє важливу роль. Більшість з виробни-
Рис. 1. Добовий графік роботи СЕС потужністю 10 МВт
з різними показниками коефіцієнта перевантаження
20
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, Т.П. НЕЧАЄВА, С.В. ШУЛЬЖЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
Таблиця 1. Інверторне обладнання на СЕС при різних показниках коефіцієнта перевантаження
Коефіцієнт
перевантаження 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
Кількість інверторів, шт 166 166 166 166 166 178 189 201 213 225 237
Обмеження на видачу
потужності, МВт – – – – – 0,72 1,38 2,1 2,82 3,54 4,26
It + Mt + Bt
ків ФЕМ дають гарантію, що через 25 років екс-
плуатації потужність ФЕМ не буде нижчою, ніж
80% від початкової потужності. Деградація ФЕМ
пов’язана з особливостями роботи напівпровідни-
ків, вона залежить від типу ФЕМ та умов навко-
лишнього середовища, в яких він установлений.
При стандартних умовах для монокристалічних
ФЕМ деградація становить у середньому 0,7% на
рік [8]. Однак, крім прогнозованої лінійної дегра-
дації ФЕМ, можливі і інші фактори, що зменшу-
ють потужність та терміни служби ФЕМ. Ситуація
з забезпеченням необхідної заявленої потужності
ускладнюється через контакт конструкції ФЕМ з
довкіллям.
Оскільки СЕС складається з великої кількості
ФЕМ, то існує досить велика імовірність виходу
їх з ладу. Можливе часткове або повне зниження
потужності ФЕМ через пошкодження їх окремих
елементів. Не сильно критичними з точки зору
економіки для електростанції є гарантійні випад-
ки, при яких ФЕМ підлягають обов’язковій за-
міні. При умові, що запасні ФЕМ знаходяться на
складі електростанції. Гіршими є негарантійні
випадки з недотриманням експлуатаційних ви-
мог або порушення технологічних вказівок при
монтажі, з пошкодженням ФЕМ. Детальні меха-
нізми деградації ФЕМ та причини виходу з ладу
окремих елементів ФЕМ на сонячних фотоелек-
тричних електростанціях досліджуються багать-
ма авторами [9].
Для визначення оптимальної рентабельної
структури обладнання фотоелектричної елек-
тростанції потрібно враховувати всі інвести-
ційні витрати на впровадження СЕС (деве-
лопмент, проєктування, витрати на закупівлю
обладнання, будівництво, логістику), витрати
на подальшу експлуатацію та технічне обслу-
говування, капітальні та поточні ремонти про-
тягом усього життєвого циклу, з одного боку,
а з іншого, отримання прибутку від продажу
виробленої електроенергії за проєктний період
її функціонування [10]. Потрібен точний про-
гноз собівартості виробництва електроенергії з
урахуванням усіх можливих економічних явищ
протягом всього життєвого циклу проєкту. Для
економічної оцінки впровадження електростан-
цій використовується загальноприйнята мето-
дика визначення середньозваженої собівартості
виробництва електроенергії [11, 12].
Середньозважена собівартість виробництва
електроенергії протягом життєвого циклу (LCOE,
англ. Levelized Cost of Electricity) для будь-якого
виду електростанції визначається відношенням
усіх витрат протягом життєвого циклу до обсягу
виробленої електроенергії за весь період експлуа-
тації з урахуванням дисконтування [12]:
1
1
( )
(1 )
(1 )
n
t t t
t
t
n
t
t
t
I M F
r
LCOE
E
r
,
(1)
де tI – і нвестиційні витрати на впровадження
об’єкту у t-році будівництва, $; tM – витрати на
експлуатацію та технічне обслуговування у t-році
функціонування електростанції, $; tF – витрати
на паливну складову, $; tE – обсяги виробленої
електроенергії у t-році, МВт∙год; r – ставка дис-
контування (частка); n – термін життєвого циклу
проєкту, років.
Для СЕС LCOE визначається відношенням
усіх витрат протягом життєвого циклу C
solar
до за-
гального обсягу виробленої електроенергії за весь
період експлуатації E
solar
:
solar
solar
solar
C
LCOE
E
.
(2)
Для СЕС потрібно враховувати деякі особли-
вості. Сонячні електростанції характеризуються
відсутністю паливної складової, тому дані витра-
ти виключаємо з визначення.
Витрати, пов’язані зі споживання електричної
енергії на власні потреби, враховуються у загаль-
них обсягах виробленої електроенергії.
При впровадженні інвестиційних проєктів час-
то використовуються запозичені (кредитні) кошти,
тому при розрахунках доцільно врахувати виплату
відсотків при залученні кредитних коштів [13]:
1
&
(1 )
n
t t t
solar t
t
I O M B
C
r
,
(3)
де tB – сплата відсотків (повернення кредиту) за
запозичені кошти в t-році, $.
Річний обсяг виробленої СЕС електроенергії
у t-році з урахуванням деградації ФЕМ визнача-
ється відносно обсягу відпущеної електроенергії
попереднього року:
It + Mt + Bt
21
Оптимізація структури обладнання фотоелектричної сонячної електростанції
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
Таблиця 2. Вхідні параметри для розрахунків середньозваженої собівартості
Показник Одиниця виміру Значення
Потужність ФЕМ Вт 375
Потужність інверторів кВт 60
Кут нахилу конструкцій градусів 25
Термін експлуатації років 25
Відношення потужності DC до площі ділянки га/МВт 2/1
Чисельність персоналу чоловік 6
Частка запозичених коштів % 70
Кредитна ставка % 8
Час повернення кредиту років 6
Ставка дисконтування % 11
Інфляція % 7
Амортизаційні відрахування % 7
Інвестиції у виробниче обладнання тис. € / МВт 7088
Таблиця 3. Результати розрахунків середньозваженої собівартості
Коефіцієнт
перевантаження 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
Обсяги виробництва
е/е, МВт∙год/рік 12571 13838 15087 16342 17337 18285 19096 19927 20640 21300 21909
Інвестиції,
тис. $ США 7797 8288 8779 9270 9762 10337 10905 11480 12055 12631 13206
Сумарні витрати,
тис. $ США 14702 15577 16452 17326 18201 19222 20231 21253 22274 23295 24317
LCOE,
$ / МВт·год 85,7 82,6 80,1 77,9 77,1 77,4 78,1 78,7 79,7 80,8 82,0
Et= Et-1 (1- ,
(4)
де Δw – коефіцієнт річної деградації фотоелек-
тричних модулів.
З урахуванням вищенаведеного, визначення
LCOE для СЕС проводилося за формулою:
1
1
1
1
&
(1 )
(1 )
(1 )
n
t t t
t
t
solar tn
t
t
I O M B
r
LCOE
E w
r
,
( 5 )
де E
1
– обсяг виробництва електроенергії СЕС на
першому році періоду експлуатації T, МВт∙год.
Вхідні параметри для розрахунку собівартос-
ті виробництва електроенергії СЕС в Одеській
області із заявленою потужністю приєднання
10 МВт (АС) при різних показниках коефіцієнта
перевантаження показано в табл. 2.
Інвестиції у виробниче обладнання прийма-
лись згідно НКРЕ КП [14] та переводились у
$ США через курс обміну до Євро 1,1. При визна-
ченні середньозваженої собівартості виробництва
електроенергії СЕС також враховувались додатко-
ві витрати на розширення земельних ділянок, що
виникають при збільшенні потужності DC, заку-
півлю та монтаж додаткових інверторів.
Отримані результати розрахунку собівартості
виробництва електроенергії протягом життєвого
циклу (табл. 3) показали, що найбільш рентабель-
ну структуру обладнання має СЕС з коефіцієнтом
перевантаження, який характеризує збільшення
потужності постійного струму на 40%.
Технічна сторона отриманих результатів по-
яснюється: необхідністю компенсації технологіч-
них втрат, що виникають при виробництві елек-
троенергії на СЕС та необхідністю компенсації лі-
нійних втрат потужності ФЕМ, що виникає через
деградацію ФЕМ з роками. Технологічні втрати
є обов’язковими при виробництві електроенергії
на СЕС. До технологічних втрат при виробництві
електроенергії на СЕС належать: розсіювання,
відбивання та перетворення сонячного випромі-
нювання на фотоелектричних модулях, втрати в
кабельних лініях постійного струму та змінного
струму, втрати при перетворенні в інверторах,
втрати в силових трансформаторах тощо.
Технологічні втрати визначаються коефіцієнтом
продуктивності (PR, англ. Performance Ratio), який
показує відношення потужності сонячного випро-
T
It + Mt + Bt
22
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, Т.П. НЕЧАЄВА, С.В. ШУЛЬЖЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
мінювання, що падає на поверхню ФЕМ, та потуж-
ності на лічильниках електроенергії, яка фіксується
при видачі в енергосистему. Значення технологіч-
них втрат залежить від структури електростанції,
в середньому по Україні коливається в межах від
10 до 20%. Станції з показником PR≤80 вважають-
ся малоефективними та нерентабельними.
Деградація ФЕМ для стандартних модулів
за 25 років експлуатації зменшує їх потужність
в середньому на 20%. Таким чином, економічні
розрахунки дозволили врахувати всі технічні осо-
бливості роботи СЕС протягом всього життєвого
циклу. Дані дослідження дозволяють оптимально
вибрати обладнання на фотоелектричній станції.
ВИСНОВКИ
1. Для збільшення обсягів виробництва елек-
троенергії на СЕС застосовують коефіцієнт пере-
вантаження (DC/AС overloading) шляхом збіль-
шення встановленої потужності постійного струму
при збереженні потужності змінного струму. Засто-
сування коефіцієнта перевантаження, окрім збіль-
шення обсягів виробництва електроенергії, має
ряд інших технічних переваг, а саме: збільшує час
роботи електростанції на максимальній потужнос-
ті, зменшує час запуску сонячної електростанції та
підвищує стабільність показників її генерації.
2. Визначено, що найоптимальніша за техні-
ко-економічними критеріями структура облад-
нання досліджуваної фотоелектричної станції в
частині співвідношення сумарної фотоелектрич-
ної потужності постійного струму та потужності
приєднання змінного струму буде при значенні
DC/AС overloading, близьким до 1,4. Збільшен-
ня встановленої потужності постійного струму
на 40% у порівнянні з встановленою потужністю
змінного струму пояснюється необхідністю ком-
пенсації технологічних втрат, що виникають при
виробництві електроенергії та лінійних втрат, які
пов’язані з деградацією ФЕМ з роками.
3. Будівництво СЕС з початковим некоректно ви-
браним співвідношенням сумарної фотоелектрич-
ної потужності постійного струму DC до заявленої
потужності приєднання змінного струму AC може
призвести значного небалансу роботи СЕС. Змен-
шення коефіцієнта перевантаження з роками зумо-
вить в подальшому зниження техніко-економічної
ефективності роботи СЕС та призведе до погіршен-
ня ключових показників її роботи. Збільшення ко-
ефіцієнта перевантаження крім економічної доціль-
ності створює ряд технічних переваг, покращує про-
гнозованість та підвищує стабільність роботи СЕС.
Роботу виконано за напрямом «Підтримка
пріоритетних для держави наукових досліджень
і науково-технічних (експереметальних) розро-
бок» бюджетної програми КПКВ 6541230.
1. Про альтернативні джерела енергії: Закон України
від 20.02.2003. URL: (дата звернення: 13.03.2020).
2. Інформаційна довідка про основні показники роз-
витку галузей паливно-енергетичного комплексу України
за грудень та 2019 рік, 3 с. URL: http://mpe.kmu.gov.ua/
minugol /control/uk/publish/article?art_id=2 45436840&cat_
id=35081 (дата звернення: 04.04.2020).
3. Звіт з оцінки відповідності (достатності) гене-
руючих потужностей. НЕК Укренерго – 2019. URL:
https://www.nerc.gov.ua/?news=10017 (дата звернення:
18.04.2020).
4. Shivashankar S., Mekhilef Saad, Mokhlis Hazlie,
Karimi M., Mitigating methods of power fl uctuation of
photovoltaic (PV) sources – A review. Elsevier. June 2016.
Vol. 59. P. 1170—1184. DOI: https://doi.org/10.1016/
j.rser.2016.01.059.
5. Буратинський І.М. Аналіз застосування систем аку-
мулювання електроенергії в енергосистемах з великим
обсягом відновлюваних джерел енергії. Проблеми загаль-
ної енергетики. 2019, Вип. 4(59). С. 63—67. https://doi.
org/10.15407/pge2019.04.063
6. Роз’яснення щодо обмеження генерації ВЕС та СЕС
7 січня 2020 року. НЕК Укренерго – 2018. URL: https://
ua.energy/media/pres-tsentr/pres-relizy/roz-yasnennya-
shhodo-obmezhennya-generatsiyi-ves-ta-ses-7-sichnya-
2020-roku/ (дата звернення: 04.04.2020).
7. Розвиток ВДЕ: інтеграція в енергосистему та фі-
нансування. НЕК Укренерго – 2018. URL: http://saee.gov.
ua/sites/default/fi les/01_Kovalchuk_28_11_2019.pdf (дата
звернення: 04.04.2020).
8. Limited warranty certifi cate for risen energy crystalline
pv modules. Risen Energy – 2018. https://www.risenenergy.
com/uploadfi le/201809/bfa4f1806b.pdf (дата звернення:
07.11.2019).
9. Report IEA-PVPS T13-01:2014, Review of Failures
of Photovoltaic Modules, EIA Photovoltaic power system
programme PVPS. ISBN 978-3-906042-16-9. URL: https://
iea-pvps.org/key-topics/review-of-failures-of-photovoltaic-
modules-fi nal/ (дата звернення: 25.04.2020).
10. Capital Cost and Performance Characteristic Estimates
for Utility Scale Electric Power Generating Technologies.
U.S. Energy Information Administration. February 2020, EIA
– 2020. Case 24. Solar photovoltaic, 150 MVac. P. 24-1—24.6.
11. Шульженко С.В. Особливості розрахунку вартісних
показників в задачах прогнозування розвитку електроенер-
гетичних систем за ринкових умов їх функціонування. Про-
блеми загальної енергетики. 2008. Вип. 2(18). С. 16—20.
12. Renewable Power Generation Costs in 2018. Сost
metric methodology International Renewable Energy Agency.
IRENA, 2019.
13. Нечаєва Т.П. Оцінка сукупної роботи батарей-
них систем накопичення енергії з електростанціями на
відновлюваних джерелах енергії. Проблеми загальної
енергетики. 2019. Вип. 3(58). С. 11—16. https://doi.org/
10.15407/pge2019.03.011
14. Презентація щодо обговорення ключових поло-
жень нової системи підтримки відновлюваної енерге-
тики. НКРЕКП. Підтримка відновлюваної енергетики.
21.08.2018, 5 с.
Надійшла до редколегії: 05.05.2020
|
| id | systemreorg-article-749 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:16Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/16/cdc866cb78bbd61893e1800a9fb5cb16.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7492026-07-18T12:57:46Z Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant Оптимізація структури обладнання фотоелектричної сонячної електростанції Buratynskyi I.M. Nechaieva T.P. Shulzhenko S.V. energy system, renewable energy sources, solar photovoltaic plant, overload coefficient, weighted average cost of electricity production енергосистема, відновлювані джерела енергії, сонячна фотоелектрична станція, коефіцієнт перевантаження, середньозважена собівартість виробництва електроенергії The state of the modern structure of generating capacities in the energy system of Ukraine is described. The features of the work of renewable sources in the energy system of Ukraine are analyzed. The problematic issues that arise due to the specifics of the operation of solar photovoltaic power plants are considered. The character of the operation of solar power plants depends on weather conditions, which forms certain difficulties in balancing the power system. Dispatch restrictions and causes that determine the limitations imposed on the delivery of green electricity to the power system are considered. An analysis of the measures used to improve the conditions for the ntroduction of solar power plants in the world is carried out. The features of operation of a solar power plant at various ratios of the total photoelectric power of direct current and declared power of alternating current are considered.The graphs of electricity production and the operating time characteristics of a photovoltaic solar power plant with different indicators of the overload coefficient are studied. The results obtained showed that the use of overload coefficient, in addition to increasing the volume of electricity production, has a number of other technical advantages. The growth of the operating time of a photovoltaic solar power plant, the increase in the period of delivering maximal power, and the decrease in the start-up time of a solar power plant improves the overall quality indicators of electric energy. The influence of technological losses and linear losses arising due to the degradation of photovoltaic modules throughout their entire life cycle is described.The technique used for determining the weighted average cost of electricity production during the life cycle of a solar power plant allowed us to determine the optimal and most cost-effective structure of the equipment of a photovoltaic plant by technical and economic criteria. Our studies were carried out in terms of the ratio between the total photoelectric power of direct current and the power of joining of the alternating current. The results obtained showed the inflame of losses arising from the production of electricity and losses initiated from the degradation of photovoltaic modules on the cost of generating electricity during the life cycle. The technique used allowed us to take into account all technical and economic features of the operation of a photovoltaic solar power plant. Описано стан сучасної структури генеруючих потужностей в енергосистемі України. Проаналізовано особливості роботи відновлюваних джерел в енергосистемі України. Оглянуто проблемні питання, які виникають через специфіку роботи сонячних фотоелектричних електростанцій. Характер роботи сонячних електростанцій залежить від погодних умов, що створює певні труднощі з балансування енергосистеми. Розглянуто диспетчерські обмеження та причини, які обумовлюють обмеження видачі виробленої «зеленої» електроенергії в енергосистему. Проведено аналіз заходів, що використовуються для покращення умов впровадження сонячних електростанцій у світі. Розглянуто особливості роботи сонячної електростанції при різних співвідношеннях сумарної фотоелектричної потужності постійного струму та заявленої потужності змінного струму.Досліджено графіки виробництва електроенергії та характеристики часу роботи фотоелектричної сонячної електростанції при різних показниках коефіцієнта перевантаження. Результати показали, що застосування коефіцієнта перевантаження, окрім збільшення обсягів виробництва електроенергії, має ряд інших технічних переваг. Збільшення часу роботи фотоелектричної сонячної електростанції, збільшення періоду видачі максимальної потужності та зменшення часу запуску сонячної електростанції підвищує загальні показники якості електричної енергії. Описано вплив технологічних втрат та лінійних втрат, що виникають через деградацію фотоелектричних модулів протягом всього життєвого циклу.Застосована методика визначення середньозваженої собівартості виробництва електроенергії протягом життєвого циклу сонячної електростанції дозволила визначити оптимальну та найбільш рентабельну за техніко-економічними критеріями структуру обладнання фотоелектричної станції. Дослідження проводили в частині співвідношення сумарної фотоелектричної потужності постійного струму та потужності приєднання змінного струму. Результати показали вплив втрат, які виникають при виробництві електроенергії, та втрат, що виникають через деградацію фотоелектричних модулів, на собівартість вироблення електроенергії протягом життєвого циклу. Методика дозволила врахувати всі технічні та економічні особливості роботи фотоелектричної сонячної електростанції. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2020-07-15 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/749 10.15407/pge2020.02.017 System Research in Energy; No. 2 (61) (2020): The Problems of General Energy; 17-22 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (61) (2020): Проблеми загальної енергетики; 17-22 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/749/646 Copyright (c) 2020 Buratynskyi I.M., Nechaieva T.P., Shulzhenko S.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | energy system renewable energy sources solar photovoltaic plant overload coefficient weighted average cost of electricity production Buratynskyi I.M. Nechaieva T.P. Shulzhenko S.V. Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title | Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title_alt | Оптимізація структури обладнання фотоелектричної сонячної електростанції |
| title_full | Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title_fullStr | Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title_full_unstemmed | Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title_short | Optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| title_sort | optimization of the equipment structure of a photovoltaic solar power plant |
| topic | energy system renewable energy sources solar photovoltaic plant overload coefficient weighted average cost of electricity production |
| topic_facet | energy system renewable energy sources solar photovoltaic plant overload coefficient weighted average cost of electricity production енергосистема відновлювані джерела енергії сонячна фотоелектрична станція коефіцієнт перевантаження середньозважена собівартість виробництва електроенергії |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/749 |
| work_keys_str_mv | AT buratynskyiim optimizationoftheequipmentstructureofaphotovoltaicsolarpowerplant AT nechaievatp optimizationoftheequipmentstructureofaphotovoltaicsolarpowerplant AT shulzhenkosv optimizationoftheequipmentstructureofaphotovoltaicsolarpowerplant AT buratynskyiim optimízacíâstrukturiobladnannâfotoelektričnoísonâčnoíelektrostancíí AT nechaievatp optimízacíâstrukturiobladnannâfotoelektričnoísonâčnoíelektrostancíí AT shulzhenkosv optimízacíâstrukturiobladnannâfotoelektričnoísonâčnoíelektrostancíí |