ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS
Solar energy is one of the advanced and most widespread types of renewable energy sources, which is developing at a rapid pace. In the process of this development, certain standards and approaches to the calculation and formation of the configuration of solar power plants are being formed. One of th...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/443 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103727864119296 |
|---|---|
| author | Budko , V. Vainshtein, Y. Kozachuk, O. Budko, M. Vozhakov, R. |
| author_facet | Budko , V. Vainshtein, Y. Kozachuk, O. Budko, M. Vozhakov, R. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Budko ",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": " Y. Vainshtein",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "O. Kozachuk",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "M. Budko",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "R. Vozhakov",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Budko , V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:19Z |
| description | Solar energy is one of the advanced and most widespread types of renewable energy sources, which is developing at a rapid pace. In the process of this development, certain standards and approaches to the calculation and formation of the configuration of solar power plants are being formed. One of these approaches is the formation of an array of photovoltaic modules, the total power of which is greater than the total power of the inverters. The article considered the main reasons for applying the approach of overloading inverters with generating units in photovoltaic systems. The PVsyst software environment was used to simulate the production of electrical energy for solar power plants with an increased installed capacity of photomodules and equal inverter capacity for a comparative assessment of the feasibility of using such an approach. The payback period of additional investments, which are necessary to achieve conformity between the total power of the array of photovoltaic modules and the power of inverters, is determined by using technical and economic calculation. All results were visually demonstrated by constructing two-dimensional and three-dimensional dependences. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2024.1(76).62-72 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
62
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
УДК 621.311.243 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76)62-72
ОЦІНКА ВПЛИВУ ТА ДОЦІЛЬНОСТІ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ У ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМАХ
Отримано 04 бер. 2024 р.; рекомендовано до публікації 22 бер. 2024 р.
Доступно онлайн 01 квіт. 2024 р.
Будько В. І.1, Вайнштейн Я. В.2, Козачук О. В.3,
Будько М. О.4, Вожаков Р. В. 5
Автор для коресподенції: Будько Василь,
e-mail: solar_budko@ukr.net
Анотація. Сонячна енергетика є одним з передових та
найбільш розповсюджених різновидів відновлюваних
джерел енергії, що розвивається швидкими темпами. У
процесі цього розвитку формуються певні стандарти
та підходи до розрахунку та формування конфігурації со-
нячних електростанцій. Одним з таких підходів є форму-
вання масиву фотомодулів, загальна потужність якого
більше за сумарну потужність інверторів. У статті
було розглянуто основні причини, що обумовлюють за-
стосування підходу перевантаженням інверторів гене-
рувальними установками у фотоелектричних системах. Для порівняльної оцінки доцільності засто-
сування такого підходу в програмному середовищі PVsyst було проведено моделювання виробітку
електричної енергії для сонячних електростанцій зі збільшеною встановленою потужністю фото-
модулів та рівною потужності інвертора. За допомогою техніко-економічного розрахунку визначено
термін окупності додаткових вкладень, що необхідні для досягнення відповідності між сумарною по-
тужністю масиву фотомодулів та потужністю інверторів. Всі результати було наочно продемон-
стровано за допомогою побудови двовимірних та тривимірних залежностей.
Ключові слова: відновлювані джерела енергії, фотоелектричний модуль, сонячна електростанція, ін-
вертор.
ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYSTEMS
Received Mar. 04, 2024; accepted Mar. 22, 2024
Available online Apr. 01, 2024
Budko V.1, Vainshtein Y.2, Kozachuk, O.3,
Budko, M.4, Vozhakov, R.5
Author for correspondence: Budko Vasyl,
e-mail: solar_budko@ukr.net
Abstract. Solar energy is one of the advanced and most wide-
spread types of renewable energy sources, which is developing
at a rapid pace. In the process of this development, certain
standards and approaches to the calculation and formation of
the configuration of solar power plants are being formed. One
of these approaches is the formation of an array of photovoltaic
modules, the total power of which is greater than the total
power of the inverters. The article considered the main reasons
for applying the approach of overloading inverters with gener-
ating units in photovoltaic systems. The PVsyst software
1 д-р техн. наук, доц.
http://orcid.org/0000-0002-6219-4221
2 асп.
http://orcid.org/0000-0002-7907-797X
3 асист.
http://orcid.org/0000-0003-1968-8178
4 канд. техн. наук, проф.
http://orcid.org/0000-0003-0928-1657
5 асист.
http://orcid.org/0000-0001-8534-6227
1,3,4 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
1,2,3,4,5 Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут
імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна
1 Dr. of Tech. Science, assistant professor.
http://orcid.org/0000-0002-6219-4221
2 Postgraduate student.
http://orcid.org/0000-0002-7907-797X
3 Teaching assistant.
http://orcid.org/0000-0003-1968-8178
4 PhD, Docent.
http://orcid.org/0000-0003-0928-1657
5 Teaching assistant.
http://orcid.org/0000-0001-8534-6227
1,3,4 Institute of Renewable Energy NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine
1,2,3,4,5 National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv,
Ukraine
63
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
environment was used to simulate the production of electrical energy for solar power plants with an increased
installed capacity of photomodules and equal inverter capacity for a comparative assessment of the feasibility of
using such an approach. The payback period of additional investments, which are necessary to achieve conformity
between the total power of the array of photovoltaic modules and the power of inverters, is determined by using
technical and economic calculation. All results were visually demonstrated by constructing two-dimensional and
three-dimensional dependences.
Keywords: renewable energy sources, photovoltaic module, solar power plant, inverter.
Перелік використаних скорочень та позначень
ВДЕ – відновлювані джерела енергії
RES – renewable energy sources
ОЕС – об’єднана енергетична система
ТЕР – техніко-економічний розрахунок
ФЕМ – фотоелектричний модуль
AC – alternative current
DC – direct current
STC – standard test conditions
NOCT – nominal operating cell temperature
PVM – photovoltaic module
PPS – photovoltaic power station
Cтрінг – ланцюг послідовно з’єднаних ФЕМ
Вступ. Тенденції сталого розвитку світової енергетики
демонструють приріст використання «зеленої» енергії,
переважну більшість якої становить сонячна енергетика
(рис. 1) [1].
Історично склалось, що в Україні найбільший відсоток
відновлюваної енергетики належить до великої гідрое-
нергетики, тоді як сонячна енергетика йде на другому
місці. Незважаючи на це сонячна енергетика посідає
суттєві лідерські позиції та стрімко розвивається в порі-
внянні з іншими видами відновлюваної енергетики.
Зростання позицій сонячної енергетики у складі ОЕС Ук-
раїни супроводжується питаннями щодо ефективності її
використання та підходів до розрахунку оптимальної
конфігурації сонячних електростанцій.
Одне з таких питань полягає у визначені співвідношення
між значенням потужності за постійним струмом, що
обумовлюється потужністю масиву ФЕМ, та значенням
потужності за змінним струмом – інвертором. У цій ро-
боті розглядається підхід до реалізації СЕС зі збільшен-
ням потужності DC в порівнянні з потужністю AC, що іде-
нтифікується як перевантаження.
Постановка завдання. Встановлення доцільності та не-
обхідності перевантаження в фотоелектричних систе-
мах за рахунок збільшення генерувальної складової
(DC) шляхом моделювання річного виробітку електрич-
ної енергії від СЕС та проведення техніко-економічних
розрахунків.
Рис. 1. Потужність електростанцій на базі ВДЕ [1]
Fig. 1. Capacity of power plant based on RES [1]
64
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Виклад основного матеріалу. Перевантаження в фото-
електричних системах 𝑃𝑃𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟, відоме ще як
𝐷𝐷𝐷𝐷
𝐴𝐴𝐴𝐴� 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟, є показником, що описує співвідношення
встановленої потужності масиву ФЕМ (при STC умовах) і
номінальної потужності інвертора (інвенторів) та визна-
чається за формулою:
𝑃𝑃𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 =
𝑃𝑃𝐷𝐷𝐷𝐷
𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴
, (1)
де 𝑃𝑃𝐷𝐷𝐷𝐷 – потужність масиву ФЕМ при STC умовах, 𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴 –
номінальна потужність інвертора (інвенторів). Згідно з
наведеним рівнянням 𝑃𝑃𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 визначається у відно-
сних одиницях, однак на практиці більш розповсю-
джене його інтерпретування у відсотках до встановле-
ної потужності інверторів.
Необхідність перевантаження фотоелектричних систем
пояснюється трьома основними чинниками, два з яких
мають за мету збільшення виробітку електричної енер-
гії. Перший чинник обумовлюється економічною скла-
довою, а саме зменшенням собівартості виробленої
електроенергії за рахунок зменшення початкових капі-
таловкладень.
Другий пов’язаний з деградацією кремнієвих комірок
ФЕМ протягом всього терміну експлуатації. Сучасні виро-
бники ФЕМ надають гарантію на лінійну деградацію про-
тягом двадцяти п’яти (тридцяти) років зі зниженням рівня
потужності ФЕМ зі 100 % до опосередкованих 86 % (згі-
дно з табл. 1). Таким чином за рахунок перевантаження
створюється певний резерв для обладнання, щоб з часом
СЕС могла виходити на свою номінальну потужність.
Третій чинник обумовлений експлуатаційними особли-
востями ФЕМ. Потужність ФЕМ, що вказується та прий-
мається до розрахунків, є потужністю при STC умовах. У
реальних умовах, тобто в тих, які більше походять до
NOCT, значення потужності ФЕМ є меншим. Проте неза-
лежно від виробника для однакових типів ФЕМ різниця
між STC та NOCT є майже ідентичною, а саме значення
потужності при NOCT у середньому становить 75,2 % по-
тужності при STC (табл. 2). Варто зауважити, що наяв-
ність окремих характеристик ФЕМ при NOCT не означає,
що ФЕМ не виходять на свою номінальну потужність
STC. Це відбувається, однак в значно меншій кількості та
переважно лише в весняно-літній період, коли рівень
сонячної інсоляції та загальні погодні умови є найспри-
ятливішими для роботи ФЕМ.
Таблиця 1. Рівень деградації комірок ФЕМ найрозповсюдженіших виробників [2–8]
Table 1. The level of degradation of PVM cells of the most common manufacturers [2–8]
Параметри
Ja So-
lar, [2]
Longi,
[3]
Jinko
Solar,
[4]
Trina
Solar,
[5]
Canadian
Solar,
[6]
Risen En-
ergy, [7]
Astroenergy
(CHINT group),
[8]
Деградація ФЕМ, %
за 1-й рік 2 1,5 2 2 2 2 2
Середня річна деградація
з 2-го року, % 0,55 0,4 0,45 0,55 0,45 0,55 0,55
Залишкова потужність ста-
ном на 25-й рік, % 84,8 88,9 86,8 84,8 86,8 84,8 84,8
Середня залишкова потуж-
ність на 25-й рік, %: 85,67
Таблиця 2. Різниця потужності при STC та при NOCT для ФЕМ найрозповсюдженіших виробників
Table 2. The difference between capacities at STC and NOCT for PVM of the most common manufacturers
Параметри
Ja Solar,
[2]
Longi,
[3]
Jinko
Solar,
[4]
Trina
Solar,
[5]
Canadian
Solar,
[6]
Risen
Energy,
[7]
Astroenergy
(CHINT group),
[8]
Потужність,
Вт
STC 560 560 560 560 560 560 560
NOCT 424 418 417 423 420 424,3 421,1
Абсолютна різниця, Вт 136 142 143 137 140 135,7 138,9
Відносна потужність, % 75,7 74,6 74,5 75,5 75,0 75,8 75,2
Середня відносна потуж-
ність, % 75,2
65
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Виробники інверторів вказують максимальну потуж-
ність DC, яку можна підключити до інвертора. Однак
технічно перевантажувати інвертор можна до того мо-
менту, поки виконуються умови щодо струму та на-
пруги, а саме:
• сумарний струм стрінгів, що підключається на трекер
інвертора з урахуванням температурного коефіціє-
нта за струмом повинен бути меншим, ніж гранич-
ний струм КЗ трекеру інвертора:
𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼КЗ > 𝑛𝑛 ∙ 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃КЗ ∙ �1 +
(𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝑇𝑇𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆) ∙ 𝛽𝛽𝐼𝐼
100%
� , (2)
де 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼КЗ – максимальний струм короткого замикання
трекеру інвертора; 𝑛𝑛 – кількість стрінгів, що підключа-
ються паралельно до одного трекеру; 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃КЗ – струм ко-
роткого замикання ФЕМ; 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 – максимальна робоча
температура ФЕМ, що може досягатися у відповідних
умовах експлуатації; 𝑇𝑇𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 – номінальна робоча темпера-
тура ФЕМ; 𝛽𝛽𝐼𝐼 – температурний коефіцієнт за струмом
ФЕМ, % ℃� .
• сумарна напруга стрінгу ФЕМ з урахуванням темпе-
ратурного коефіцієнта за напругою повинна бути
меншою за допустиму напругу трекеру інвертора :
𝑈𝑈𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼ХХ > 𝑁𝑁 ∙ 𝑈𝑈𝑃𝑃𝑃𝑃𝑋𝑋𝑋𝑋 ∙ �1 +
(𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝑇𝑇𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆) ∙ 𝛽𝛽𝑈𝑈
100%
� (3)
де 𝑈𝑈𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 – максимальна напруга холостого ходу трекеру
інвертора; 𝑁𝑁 – кількість ФЕМ у стрінгу, що підключається
до трекеру; 𝑈𝑈𝑃𝑃𝑃𝑃𝑋𝑋𝑋𝑋 – напруга холостого ходу ФЕМ; 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 –
мінімальна робоча температура ФЕМ, що може досяга-
тися у відповідних умовах експлуатації; 𝑇𝑇𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 – номіна-
льна робоча температура ФЕМ; 𝛽𝛽𝑈𝑈 – температурний ко-
ефіцієнт за напругою ФЕМ, −%
℃� .
У програмному середовищі PVsyst було проведено ряд
модуляцій для СЕС 100 кВт по потужності інвертора з
метою аналізу рівня річної генерації електричної енергії
залежно від трьох змінних:
1. Кут нахилу масиву ФЕМ.
2. Азимут орієнтації масиву ФЕМ.
3. Рівень перевантаженості системи – сумарної потуж-
ності масиву ФЕМ.
4. Кут нахилу змінювався від 0 до 90 градусів, азимут –
від –90 до +90, а перевантаження – від 0 до 50 % по-
тужності інвертора.
На рис. 2 показано отриманий графік залежності річ-
ної генерації електричної енергії СЕС від кута нахилу
та азимута орієнтації ФЕМ для системи з рівнем пере-
вантаження в 20 %. На рис. 3 показаний масив повер-
хонь залежностей річної генерації електричної енергії
СЕС від кута нахилу та азимута орієнтації ФЕМ для рі-
зних рівнів перевантаження системи. З цього масиву
поверхонь залежностей можна зробити висновок, що
перевантаження робить виключно мультиплікацій-
ний внесок у загальний річний виробіток електричної
енергії СЕС, не впливаючи на характеристичні залеж-
ності рівня генерації від кута нахилу та азимута орієн-
тації ФЕМ.
Рис. 2. Залежність річної генерації електричної енергії СЕС від азимута й кута нахилу ФЕМ
Fig. 2. Dependence of the annual generation of electrical energy of PPS by the azimuth and angle of inclination of the
PVM
66
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Рис. 3. Масив залежностей річної генерації електричної енергії СЕС від азимута й кута нахилу ФЕМ для різних
рівнів перевантаження
Fig. 3. The array of dependences of the annual generation of electric energy of the PPS by the azimuth and the angle of
inclination of the PVM for different levels of overload
Відсутність впливу рівня перевантаження на характе-
ристичність залежностей можна також побачити в ро-
зрізі окремого аналізу залежностей рівня генерації
електричної енергії СЕС від азимута й від кута нахилу
ФЕМ. Це можна побачити з аналізу рис. 4 та рис. 5
відповідно.
Рис. 4. Залежність річної генерації електричної енергії СЕС від азимута ФЕМ та рівня перевантаженості
Fig. 4. Dependence of the annual generation of electrical energy of PPS by the inclination azimuth of the PVM and the
overload level
67
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Рис. 5. Залежність річної генерації електричної енергії СЕС від кута нахилу ФЕМ та рівня перевантаженості
Fig. 5. Dependence of the annual generation of electrical energy of PPS by the inclination angle of the PVM and the over-
load level
Проте наявність перевантаження інвертора може приз-
вести до питання щодо відсічення ним пікових надлиш-
ків, що виникатимуть в години максимальної сонячної
інсоляції. Незважаючи на це, загальна річна генерація
все одно повинна бути більшою за рахунок збільшення
генерації в холодний сезон, який характеризується ни-
зьким рівнем інсоляції. Для порівняльної оцінки було
проведено моделювання для ідентичних за потужністю
станцій з нульовим рівнем перевантаження. Для цього
використовувалось моделювання для різних систем з
однаковою потужністю DC, але з різною потужністю AC.
Це дасть змогу зробити оцінку можливого приросту ге-
нерації з прив’язкою до економічного чинника. На
рис. 6 наведено поверхні різниці рівнів генерації між си-
стемою з перевантаженням та без нього для однакової
потужності масиву ФЕМ. З рис. 6 видно, що зі збільшен-
ням рівня перевантаження збільшується різниця між
аналогічною за потужністю станцією без переванта-
ження в порівнянні зі станцією з відповідним рівнем пе-
ревантаження виключно для діапазону оптимальних
умов [9]. У межах неоптимальної конфігурації масиву
ФЕМ, що характеризується меншим рівнем річної гене-
рації електричної енергії, різниця між системою з пере-
вантаженням та аналогічною за потужністю масиву ФЕМ
системи без перевантаження майже відсутня. Це ство-
рює додатковий попит щодо пошуку оптимального рі-
вня перевантаженості на основі техніко-економічного
розрахунку .
Для цього була створена табл. 3, в яку було винесено всі
основні складові СЕС з відповідною їх вартістю. Маючи
згідно з опрацьованими результатами, за якими було
побудовано рис. 3, різниці між річними рівнями генера-
ції станцій з перевантаженням та без перевантаження
за генерувальною потужністю і загальною вартістю кож-
ної зі станцій, прораховано економічний ефект від пере-
вантаження, що обумовлюється терміном окупності.
У цьому разі під терміном окупності розуміємо час по-
вернення додатково вкладених коштів у досягнення 0 %
перевантаження, що мало за мету збільшення річної ге-
нерації електричної енергії. Для визначення терміну
окупності використана така залежність:
𝑇𝑇окуп =
Ц𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 − Ц𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
�𝐸𝐸𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 − 𝐸𝐸𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁� ∙ 𝐶𝐶
, (4)
де, 𝑇𝑇окуп – час, за який окупляться додатково вкладені ко-
шти для досягнення 0 % перевантаження; 𝐸𝐸𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 – річ-
ний рівень генерації електричної енергії СЕС з переванта-
женням; 𝐸𝐸𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 – річний рівень генерації електричної
енергії СЕС без перевантаження; Ц𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 – загальна вар-
тість СЕС з перевантаженням; Ц𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 – загальна вартість
СЕС без перевантаження; 𝐶𝐶 – діючий для власника СЕС та-
риф на електроенергію, грн⁄(кВт∙год) Отримані значення
візуалізовано у вигляді відповідних поверхонь для трьох
різних значень тарифу (рис. 7, частини 1, 2).
68
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Рис. 6. Поверхні різниці річного рівня генерації між аналогічними за потужностями СЕС без перевантаження
та з перевантаженням
Fig. 6. Surfaces of the difference in the annual level of generation between PPS similar in capacity without overloading
and with overloading
Таблиця 3. Вартісна оцінка СЕС
Table 3. Value assessment of the PPS
Потужність
𝑷𝑷𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵
𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓
Вартість обладнання, $
Загальна
вартість,
дол. США
ФЕМ Інвертор Система
кріп-
лення
ФЕМ
Кабелі Система
захисту
Монтажні
та витратні
матеріали
Монтажні
роботи
AC,
кВт
DC,
кВт
100 110 1,1 27 510,00
5 858,28
7 336,00 2 618,87 763,16 3 590,04 7 200,00 54 876,35
100 115 1,15 28 770,00 7 672,00 2 618,87 789,48 3 749,87 7 700,00 57 319,50
100 125 1,25 31 290,00 8 344,00 2 940,87 842,11 4 023,27 8 200,00 61 498,53
100 140 1,4 34 965,00 9 324,00 3 101,87 894,74 4 427,07 9 100,00 67 670,96
110 110
1,0
27 510,00 7 858,28 7 336,00 2 633,93 763,16 3 730,76 7 200,00 57 027,30
115 115 28 770,00 8 353,00 7 672,00 2 794,93 789,48 3 914,29 7 700,00 59 832,70
125 125 31 290,00 8 739,83 8 344,00 3 430,16 842,11 4 259,23 8 200,00 65 105,33
140 140 34 965,00 9 555,91 9 324,00 3 720,27 894,74 4 729,19 9 100,00 72 289,11
69
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Рис. 7. Частина 1. Поверхні залежності терміну окупності коштів, необхідних для досягнення нульового рівня
перевантаженості при різних значеннях тарифу на електричну енергію
Fig. 7. Part 1. Surfaces of the dependence of the payback period of the funds necessary to achieve the zero level of over-
load at different values of the electricity tariff
Рис. 7. Частина 2. Поверхні залежності терміну окупності коштів, необхідних для досягнення нульового рівня
перевантаженості при різних значеннях тарифу на електричну енергію
Fig. 7. Part 2. Surfaces of the dependence of the payback period of the funds necessary to achieve the zero level of over-
load at different values of the electricity tariff
70
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
З отриманих тривимірних залежностей видно, що дося-
гати нульового рівня перевантаженості за рахунок збіль-
шення потужності за AC здебільшого економічно недоці-
льно через великий термін окупності відповідних
додаткових вкладень. Лише для оптимальних, та набли-
жених до них, умов конфігурації масиву ФЕМ доцільність
перевантаження зменшується за рахунок зменшення тер-
міну окупності додаткових вкладень. Не менш важливим
чинником, що впливає на окупність повернення додатко-
вих коштів, є тариф, що має зворотну пропорційність.
Відокремивши з загального масиву даних значення для
конфігурації масиву ФЕМ, що принесе найбільший рі-
вень виробітку електричної енергії, було побудовано за-
лежності терміну окупності додаткових вкладень від рі-
вня перевантаженості системи для трьох різних тарифів
на електроенергію (рис. 8). Рис. 8 наочно демонструє
описані вище залежності. Якщо розглядати СЕС з менш
оптимальними умовами масиву ФЕМ, то термін окупно-
сті буде значно більшим, але характеристичні криві за-
лежності мають аналогічний зовнішній вигляд (рис. 9).
Аналізуючи отримані графічні залежності терміну окуп-
ності додаткових вкладень від рівня перевантаженості
(рис. 8 та рис. 9), можна виділити три характерних діа-
пазони, які варіюються залежно від конфігурації масиву
ФЕМ. Основним таким діапазоном є той, що характери-
зується швидким зменшенням терміну окупності додат-
кових вкладень. Для рис. 8 цей діапазон лежить у межах
від 10 до 25 %, а для рис. 9 – від 15 до 25 %. Цей діапазон
є сприйнятливим для оптимального перевантаження
системи, однак щоразу він підлягатиме оцінці залежно
від конфігурації масиву ФЕМ, тарифу на постачання еле-
ктроенергії, оскільки ці чинники мають великий вплив
на економічну доцільність перевантаження. Цей підхід
до вибору рівня перевантаженості є справедливим для
мережевих СЕС, задача яких полягає в досягненні мак-
симальної генерації. Щодо автономних СЕС, для яких рі-
вень генерації електричної енергії повністю або част-
ково відповідає рівню споживання електроенергії
об’єкта, потужність масиву ФЕМ підбирається відпо-
відно до графіка споживання з дотриманням певного
критерію надійності. Цей критерій надійності вибира-
ють на основі гарантій забезпечення покриття спожи-
вання об’єкта енергією, виробленою від ФЕМ. При
цьому важливим впливовим фактором є ємність сис-
теми акумулювання електричної енергії. Щодо гібрид-
них СЕС, які поєднують в собі властивості автономних та
мережевих, підхід до рівня перевантаженості системи
залишається таким самим, лише з урахуванням необхі-
дного мінімуму для відповідності автономній СЕС.
Рис. 8. Графіки залежності терміну окупності додаткових вкладень від рівня перевантаженості СЕС з масивом
ФЕМ, що має кут нахилу 37 градусів та азимут 0 градусів
Fig. 8. Graphs of the dependence of the payback period of additional investments by the overload level of PPS with a
PVM array that has a tilt angle of 37 degrees and an azimuth of 0 degrees
71
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
Рис. 9. Графіки залежності терміну окупності додаткових вкладень від рівня перевантаженості СЕС з масивом
ФЕМ, що має кут нахилу 63 градуси та азимут 60 градусів
Fig. 9. Graphs of the dependence of the payback period of additional investments by the overload level of PPS with a
PVM array that has a tilt angle of 63 degrees and an azimuth of 60 degrees
Висновки. У роботі розглянуто чинники переванта-
ження інверторного обладнання в фотоелектричних си-
стемах за рахунок додаткового збільшення встановле-
ної потужності фотоелектричних модулів, а також вплив
такого підходу на техніко-економічні показники сис-
теми в цілому. Проведене порівняння між аналогічними
СЕС з додатковою встановленою потужністю ФЕМ та рі-
вня потужності інверторного обладання в поєднанні з
ТЕР показує, що доцільність перевантаження існує, од-
нак суттєво залежить від:
− конфігурації масиву ФЕМ (азимута орієнтації та кута
нахилу ФЕМ);
− тарифу на електроенергію.
Перевантажувати СЕС на більшу встановлену потужність
доцільно, коли конфігурація масиву ФЕМ не перебуває
в оптимальній точці. При оптимальних умовах ТЕР пока-
зує, що перевантажувати доцільно до 15 %, щоб термін
окупності додаткових вкладень залишався відносно ви-
соким. Для систем з неоптимальною конфігурацією ма-
сиву ФЕМ термін окупності додаткових вкладень розра-
ховується індивідуально шляхом використання
отриманих тривимірних залежностей, що необхідно
враховувати при розробці техніко-економічного обґрун-
тування фотоелектричних систем зі збільшеним вироб-
ленням електричної енергії.
ПОСИЛАННЯ
1. IEA (2024), Renewables 2023, IEA, Paris
https://www.iea.org/reports/renewables-2023.
2. Ja Solar [Сайт]. URL:
https://www.jasolar.com/uploadfile/2022/0923/20220
923042141101.pdf
3. Longi Solar [Сайт]. URL:
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_
HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
4. Jinko Solar [Сайт]. URL:
https://jinkosolarcdn.shwebspace.com/uploads/JKM5
50-570M-72HL4-(V)-F5-EN.pdf
5. Trina Solar [Сайт]. URL:
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex
_DE19_2022APAC_A.pdf
6. Canadian Solar [Сайт]. URL:
https://static.csisolar.com/wp-
content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-
Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
7. Risen Energy [Сайт]. URL:
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-
560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
https://www.iea.org/reports/renewables-2023
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex_DE19_2022APAC_A.pdf
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex_DE19_2022APAC_A.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
72
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Сонячна енергетика
8. Astronergy [Сайт]. URL:
https://www.astronergy.com/download-
center/page/2/
9. Будько В. I., Вайнштейн Я. В. Програмний алгоритм
підбору оптимальних параметрів сонячної електро-
станції для покриття власного споживання електри-
чної енергії обєкта. Відновлювана енергетика. 2023.
2(73), 24−31. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2023.2(73).24-31.
REFERENCES
1. IEA (2024), Renewables 2023, IEA, Paris
https://www.iea.org/reports/renewables-2023.
2. Ja Solar [Site]. URL: https://www.jasolar.com/upload-
file/2022/0923/20220923042141101.pdf
3. Longi Solar [Site]. URL:
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Ex-
plorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd5
87.pdf
4. Jinko Solar [Site]. URL: https://jinkosolarcdn.shweb-
space.com/uploads/JKM550-570M-72HL4-(V)-F5-
EN.pdf
5. Trina Solar [Site]. URL: https://static.trinaso-
lar.com/sites/default/files/Ver-
tex_DE19_2022APAC_A.pdf
6. Canadian Solar [Site]. URL: https://static.csiso-
lar.com/wp-content/up-
loads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-
HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
7. Risen Energy [Site]. URL:
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-
560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
8. Astronergy [Site]. URL: https://www.astron-
ergy.com/download-center/page/2/
9. Budko V., Vainshtein Y. Software algorithm for selecting
the optimal parameters of the solar power plant to
cover the facility's own electricity consumption. Vid-
novluvana energetika. 2023. 2(73), 24−31.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2(73).24-31.
https://www.astronergy.com/download-center/page/2/
https://www.astronergy.com/download-center/page/2/
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2(73).24-31
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2(73).24-31
https://www.iea.org/reports/renewables-2023
https://www.jasolar.com/uploadfile/2022/0923/20220923042141101.pdf
https://www.jasolar.com/uploadfile/2022/0923/20220923042141101.pdf
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
https://static.longi.com/Hi_MO_6_Explorer_LR_5_72_HTH_560_575_M_V03_DG_a74dacd587.pdf
https://jinkosolarcdn.shwebspace.com/uploads/JKM550-570M-72HL4-(V)-F5-EN.pdf
https://jinkosolarcdn.shwebspace.com/uploads/JKM550-570M-72HL4-(V)-F5-EN.pdf
https://jinkosolarcdn.shwebspace.com/uploads/JKM550-570M-72HL4-(V)-F5-EN.pdf
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex_DE19_2022APAC_A.pdf
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex_DE19_2022APAC_A.pdf
https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Vertex_DE19_2022APAC_A.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://static.csisolar.com/wp-content/uploads/sites/9/2023/09/26103742/CS-Datasheet-HiKu6_CS6W-MS_v2.8_EN-2278mm-1.pdf
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
https://risenenergy.com.au/storage/RSM110-8-535-560M-IEC1500V-30mm-2023H2-1-EN.pdf
https://www.astronergy.com/download-center/page/2/
https://www.astronergy.com/download-center/page/2/
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2(73).24-31
|
| id | veorgua-article-443 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:12:48Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/2e/5c1d1a4db16efd6032751cf80e2c3e2e.pdf |
| spelling | veorgua-article-4432026-07-18T06:32:19Z ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS ОЦІНКА ВПЛИВУ ТА ДОЦІЛЬНОСТІ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ У ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМАХ Budko , V. Vainshtein, Y. Kozachuk, O. Budko, M. Vozhakov, R. renewable energy sources, photovoltaic module, solar power plant, inverter. відновлювані джерела енергії, фотоелектричний модуль, сонячна електростанція, інвертор. Solar energy is one of the advanced and most widespread types of renewable energy sources, which is developing at a rapid pace. In the process of this development, certain standards and approaches to the calculation and formation of the configuration of solar power plants are being formed. One of these approaches is the formation of an array of photovoltaic modules, the total power of which is greater than the total power of the inverters. The article considered the main reasons for applying the approach of overloading inverters with generating units in photovoltaic systems. The PVsyst software environment was used to simulate the production of electrical energy for solar power plants with an increased installed capacity of photomodules and equal inverter capacity for a comparative assessment of the feasibility of using such an approach. The payback period of additional investments, which are necessary to achieve conformity between the total power of the array of photovoltaic modules and the power of inverters, is determined by using technical and economic calculation. All results were visually demonstrated by constructing two-dimensional and three-dimensional dependences. Сонячна енергетика є одним з передових та найбільш розповсюджених різновидів відновлюваних джерел енергії, що розвивається швидкими темпами. У процесі цього розвитку формуються певні стандарти та підходи до розрахунку та формування конфігурації сонячних електростанцій. Одним з таких підходів є формування масиву фотомодулів, загальна потужність якого більше за сумарну потужність інверторів. У статті було розглянуто основні причини, що обумовлюють застосування підходу перевантаженням інверторів генерувальними установками у фотоелектричних системах. Для порівняльної оцінки доцільності застосування такого підходу в програмному середовищі PVsyst було проведено моделювання виробітку електричної енергії для сонячних електростанцій зі збільшеною встановленою потужністю фотомодулів та рівною потужності інвертора. За допомогою техніко-економічного розрахунку визначено термін окупності додаткових вкладень, що необхідні для досягнення відповідності між сумарною потужністю масиву фотомодулів та потужністю інверторів. Всі результати було наочно продемонстровано за допомогою побудови двовимірних та тривимірних залежностей. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-04-05 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/443 10.36296/1819-8058.2024.1(76).62-72 Vidnovluvana energetika ; No. 1(76) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 62-72 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(76) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 62-72 Відновлювана енергетика; № 1(76) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 62-72 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.1(76) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/443/351 Copyright (c) 2024 V. Budko , Y. Vainshtein, O. Kozachuk, M. Budko, R. Vozhakov https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | renewable energy sources photovoltaic module solar power plant inverter. Budko , V. Vainshtein, Y. Kozachuk, O. Budko, M. Vozhakov, R. ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title | ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title_alt | ОЦІНКА ВПЛИВУ ТА ДОЦІЛЬНОСТІ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ У ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМАХ |
| title_full | ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title_fullStr | ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title_full_unstemmed | ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title_short | ASSESSMENT OF THE INFLUENCE AND FEASIBILITY OF OVERLOADING IN PHOTOELECTRIC SYS-TEMS |
| title_sort | assessment of the influence and feasibility of overloading in photoelectric sys-tems |
| topic | renewable energy sources photovoltaic module solar power plant inverter. |
| topic_facet | renewable energy sources photovoltaic module solar power plant inverter. відновлювані джерела енергії фотоелектричний модуль сонячна електростанція інвертор. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/443 |
| work_keys_str_mv | AT budkov assessmentoftheinfluenceandfeasibilityofoverloadinginphotoelectricsystems AT vainshteiny assessmentoftheinfluenceandfeasibilityofoverloadinginphotoelectricsystems AT kozachuko assessmentoftheinfluenceandfeasibilityofoverloadinginphotoelectricsystems AT budkom assessmentoftheinfluenceandfeasibilityofoverloadinginphotoelectricsystems AT vozhakovr assessmentoftheinfluenceandfeasibilityofoverloadinginphotoelectricsystems AT budkov ocínkavplivutadocílʹnostíperevantažennâufotoelektričnihsistemah AT vainshteiny ocínkavplivutadocílʹnostíperevantažennâufotoelektričnihsistemah AT kozachuko ocínkavplivutadocílʹnostíperevantažennâufotoelektričnihsistemah AT budkom ocínkavplivutadocílʹnostíperevantažennâufotoelektričnihsistemah AT vozhakovr ocínkavplivutadocílʹnostíperevantažennâufotoelektričnihsistemah |