1. Dabartinis būsena fotovoltinės (saulės energijos) pramonės

1.1 Spartus pasaulinės fotovoltinės rinkos augimas

Pastaraisiais metais pasaulinė fotovoltinių elementų pramonė sparčiai augo. Remiantis Tarptautinės energetikos agentūros (TEA) duomenimis, 2023 m. pasaulyje naujai įrengta fotovoltinės energijos galia viršijo 350 GW, o bendra įrengta galia – 1,5 TW. Tokios šalys ir regionai kaip Kinija, Jungtinės Valstijos, Europa ir Indija tapo pagrindinėmis fotovoltinių elementų rinkos varomosiomis jėgomis.

- Kinija: Kinija, būdama didžiausia pasaulyje saulės fotovoltinių elementų rinka, 2023 m. padidino saulės fotovoltinių elementų pajėgumus daugiau nei 200 GW, o tai sudaro daugiau nei 57 % visų naujų įrengtų pajėgumų pasaulyje. Vyriausybės politikos parama, technologinė pažanga ir sąnaudų mažinimas yra pagrindiniai veiksniai, skatinantys Kinijos saulės fotovoltinių elementų pramonės plėtrą.

– Europa: Rusijos ir Ukrainos konflikto paveikta Europa paspartino savo energetikos pertvarką. 2023 m. naujai įrengta saulės fotovoltinių įrenginių galia viršijo 60 GW, o tokiose šalyse kaip Vokietija, Ispanija ir Nyderlandai ji smarkiai išaugo.

- Jungtinės Valstijos: Paskatinta Infliacijos mažinimo įstatymo (IRA), JAV saulės fotovoltinių įrenginių rinka toliau augo, o 2023 m. įrengta naujų pajėgumų skaičius siekė maždaug 40 GW.

- Indija: Indijos vyriausybė aktyviai skatina atsinaujinančiosios energijos plėtrą. 2023 m. naujai įrengta saulės fotovoltinių įrenginių galia viršijo 20 GW, o iki 2030 m. siekiama pasiekti 500 GW įrengtos atsinaujinančiosios energijos galios.

1.2Nuolatinė fotovoltinių technologijų pažanga

Nuolatinės fotovoltinių technologijų inovacijos padidino saulės energijos gamybos efektyvumą ir sumažino sąnaudas:

- Didelio efektyvumo akumuliatorių technologijos, tokios kaip PERC, TOPCon ir HJT: PERC (pasyvuoto emiterio ir galinio kontakto) elementai išlieka pagrindine sritimi, tačiau TOPCon (tunelinio oksido pasyvuoto kontakto) ir HJT (heterojungčių) technologijos pamažu plečia savo rinkos dalį dėl didesnio konversijos efektyvumo (>24 %).

- Perovskito saulės elementai: kaip naujos kartos fotovoltinė technologija, perovskito elementai pasiekė daugiau nei 33 % laboratorinį efektyvumą ir tikimasi, kad ateityje jie bus komerciškai perspektyvūs.

- Dvipusiai moduliai ir sekimo laikikliai: dvipusiai moduliai gali padidinti energijos gamybą 10–20 %, o sekimo laikikliai optimizuoja saulės šviesos kritimo kampą, dar labiau padidindami sistemos efektyvumą.

1.3The Fotovoltinės energijos gamybos kaina toliau mažėja

Per pastarąjį dešimtmetį fotovoltinės energijos gamybos kaina sumažėjo daugiau nei 80 %. Pasak IRENA (Tarptautinės atsinaujinančios energijos agentūros), pasaulinės išlygintos fotovoltinės energijos kainos (LCOE) 2023 m. sumažėjo iki 0,03–0,05 JAV dolerio už kWh, tai yra mažiau nei anglies ir gamtinių dujų energijos gamybos kaina, todėl tai yra vienas konkurencingiausių energijos šaltinių.

1.4 Koordinuotas energijos kaupimo ir fotovoltinių įrenginių vystymas

Dėl fotovoltinės energijos gamybos pertraukiamo pobūdžio, energijos kaupimo sistemų (pvz., ličio baterijų, natrio jonų baterijų, srauto baterijų ir kt.) naudojimas kartu tapo tendencija. 2023 m. naujai įrengta pasaulinių fotovoltinių ir energijos kaupimo projektų galia viršijo 30 GW, ir tikimasi, kad per ateinantį dešimtmetį ji išliks sparčiai auganti.

2. The svarba fotovoltinės pramonės

2.1 Klimato kaitos sprendimas pokyčiai ir anglies dioksido neutralumo tikslų skatinimas

Visame pasaulyje šalys spartina savo energetikos pertvarką, siekdamos sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Saulės energija, kaip pagrindinis švarios energijos komponentas, atlieka labai svarbų vaidmenį siekiant „anglies dioksido neutralumo“ tikslo. Pagal Paryžiaus susitarimą, iki 2030 m. atsinaujinančiosios energijos dalis pasaulyje turi pasiekti daugiau nei 40 %, o saulės energija taps vienu iš pagrindinių energijos šaltinių.

2.2 Energetinis saugumas ir nepriklausomybė

Tradiciniams energijos šaltiniams (pvz., naftai ir gamtinėms dujoms) didelę įtaką daro geopolitinė padėtis, o saulės energijos ištekliai yra plačiai paplitę ir gali sumažinti priklausomybę nuo importuojamos energijos. Pavyzdžiui, Europa sumažino rusiškų gamtinių dujų paklausą, dislokuodama didelio masto fotovoltines elektrines ir taip padidindama savo energetinę autonomiją.

2.3 Ekonomikos augimo ir užimtumo skatinimas

Fotovoltinės pramonės grandinę sudaro daugybė grandžių, tokių kaip silicio medžiagos, silicio plokštelės, baterijos, moduliai, keitikliai, laikikliai ir energijos kaupimas, kurios sukūrė milijonus darbo vietų visame pasaulyje. Kinijos fotovoltinės pramonės tiesioginių darbuotojų skaičius viršija 3 milijonus, o fotovoltinės pramonės šakos Europoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose taip pat sparčiai plečiasi.

2.4 Kaimo vietovių elektrifikavimas ir skurdo mažinimas

Besivystančiose šalyse fotovoltiniai mikro tinklai ir buitinės saulės energijos sistemos tiekia elektrą atokioms vietovėms ir gerina gyventojų gyvenimo sąlygas. Pavyzdžiui, „Saulės namų sistemos“ Afrikoje padėjo dešimtims milijonų žmonių ištrūkti iš elektros energijos tiekimo trūkumo būsenos.

3.Apsaugos nuo viršįtampių įtaiso (SPD) būtinybė fotovoltinėje sistemoje

3.1 Fotovoltinių sistemų keliami žaibo smūgio ir viršįtampių pavojai

Fotovoltinės elektrinės paprastai įrengiamos atvirose vietose (pvz., dykumose, ant stogų ir kalnuose) ir yra labai pažeidžiamos žaibo smūgių ir viršįtampių poveikio. Pagrindinė rizika apima:

- Tiesioginis žaibo smūgis: tiesioginis smūgis į fotovoltinius modulius ar atramas, dėl kurio pažeidžiama įranga.

- Indukuotas žaibas: žaibo elektromagnetinis impulsas kabeliuose sukelia aukštą įtampą, kuri kenkia elektroniniams prietaisams, tokiems kaip keitikliai ir valdikliai.

- Tinklo svyravimai: tinklo pusėje esantys darbiniai viršįtampiai (pvz., jungiklių veikimas, trumpojo jungimo gedimai) gali būti perduoti fotovoltinei sistemai.

3.2 Viršįtampių apsaugos įtaiso (SPD) funkcija

Viršįtampių apsaugos įtaisai yra pagrindinė žaibo apsaugos ir viršįtampių apsaugos įranga fotovoltinėse sistemose. Jų pagrindinės funkcijos apima:

- Trumpalaikių viršįtampių ribojimas: žaibo smūgių ar tinklo svyravimų sukeliamų aukštų įtampų valdymas saugiame diapazone.

- Viršįtampių srovių išleidimas: greitas per didelių srovių nukreipimas į žemę, siekiant apsaugoti pasroviui prijungtą įrangą.

- Sistemos patikimumo didinimas: žaibo smūgių ar viršįtampių sukeltų įrangos gedimų ir prastovų mažinimas.

3.3 SPD taikymas fotovoltinėse sistemose

Fotovoltinių sistemų apsauga nuo viršįtampių turėtų būti suprojektuota keliais lygiais:

- Apsauga nuolatinės srovės pusėje (nuo fotovoltinių modulių iki keitiklio):

- Įrenkite II tipo SPD stygos įėjimo gale, kad išvengtumėte indukuoto žaibo ir darbinių viršįtampių.

- Įrenkite I + II tipo žaibo slopinimo įtaisą (SPD) keitiklio nuolatinės srovės įėjimo gale, kad būtų išvengta bendros tiesioginio ir indukuoto žaibo grėsmės.

- Apsauga kintamosios srovės pusėje (nuo keitiklio iki tinklo):

- Įrenkite II tipo SPD keitiklio išėjimo gale, kad išvengtumėte viršįtampių įsiskverbimo iš tinklo pusės.

- Skirstomojoje spintoje įrenkite III tipo SPD, kad būtų užtikrinta tiksli jautrios įrangos apsauga.

3.4 Svarbiausi viršįtampių apsaugos įrenginių pasirinkimo aspektai

- Įtampos lygio suderinimas: SPD maksimali nuolatinė darbinė įtampa (Uc) turi būti didesnė už sistemos įtampą (pavyzdžiui, 1000 V nuolatinės srovės fotovoltinei sistemai reikalingas SPD, kurio Uc ≥ 1200 V).

- Srovės talpa: nuolatinės srovės pusės SPD nominali iškrovos srovė (In) turėtų būti ≥ 20 kA, o maksimali iškrovos srovė (Imax) turėtų būti ≥ 40 kA.

- Apsaugos lygis: lauko įrengimas turi atitikti IP65 arba aukštesnę apsaugos klasę, tinkamą naudoti atšiauriomis sąlygomis.

- Sertifikavimo standartai: atitinka IEC 61643-31 (standartas, skirtas fotovoltiniams įrenginiams skirtiems SPD) ir UL 1449 bei kitus tarptautinius sertifikatus.

3.5 Galimi pavojai neįdiegus SPD

- Įrangos pažeidimai: tikslūs elektroniniai prietaisai, tokie kaip keitikliai ir stebėjimo sistemos, yra jautrūs viršįtampių smūgiams, o remonto išlaidos yra didelės.

- Elektros energijos gamybos nuostoliai: žaibo smūgiai sukelia sistemų išjungimus, o tai daro įtaką elektros energijos gamybos pelnui.

- Gaisro pavojus: viršįtampis gali sukelti elektros gaisrus, keliančius grėsmę elektrinės saugumui.

4. Pasaulinis PV viršįtampių apsaugos rinkos tendencijos

4.1 Rinkos paklausos augimas

Sparčiai augant fotovoltinių įrenginių pajėgumams, kartu išsiplėtė ir viršįtampių apsaugų rinka. Prognozuojama, kad iki 2025 m. pasaulinės fotovoltinių viršįtampių apsaugų rinkos dydis viršys 2 milijardus JAV dolerių, o metinis augimo tempas (CAGR) sieks 15 %.

4.2 Technologinių inovacijų kryptis

- Pažangus SPD: Įrengtas srovės stebėjimo ir gedimų signalizacijos funkcijomis bei palaiko nuotolinį valdymą.

- Didesnės įtampos lygiai: aukštesnės įtampos (pvz., 1500 V) SPD tapo įprastais.

- Ilgesnis tarnavimo laikas: Naudojant naujas jautrias medžiagas (pvz., cinko oksido kompozicinę technologiją), padidėja SPD patvarumas.

4.3 Politika ir standartinė reklama

- Tarptautiniai standartai, tokie kaip IEC 62305 (Žaibo apsaugos standartas) ir IEC 61643-31 (Fotovoltinių viršįtampių apsaugos sistemų standartas), reikalauja, kad fotovoltinės sistemos būtų aprūpintos apsauga nuo viršįtampių.

- Kinijos „Fotovoltinių elektrinių žaibosaugos techninės specifikacijos“ (GB/T 32512-2016) aiškiai nustato žaibolaidžių parinkimo ir įrengimo reikalavimus.

5.Išvada: Fotovoltinių įrenginių pramonė negali išsiversti be viršįtampių apsaugų

Sparčiai vystantis fotovoltinėms sistemoms, pasaulinė energetikos pertvarka tapo stipriu postūmiu. Tačiau negalima ignoruoti žaibo smūgių ir viršįtampių rizikos. Viršįtampių apsaugos, kaip pagrindinė saugaus fotovoltinių sistemų veikimo garantija, gali veiksmingai sumažinti įrangos gedimo riziką, pagerinti energijos gamybos efektyvumą ir pailginti sistemos tarnavimo laiką. Ateityje, nuolat augant fotovoltinių įrenginių skaičiui ir kuriant išmaniuosius tinklus, didelio našumo ir labai patikimi viršįtampių apsaugos įtaisai taps esminiais fotovoltinių elektrinių komponentais.

Fotovoltinių įrenginių investuotojams, EPC įmonėms ir eksploatavimo bei priežiūros komandoms aukštos kokybės viršįtampių apsaugos įrenginių, atitinkančių tarptautinius standartus, pasirinkimas yra labai svarbi priemonė, užtikrinanti ilgalaikį stabilų elektrinės veikimą ir maksimaliai padidintą investicijų grąžą.