Wstęp
Elektrownie słoneczne na obszarach pustynnych wyłaniają się obecnie jako kluczowe rozwiązanie w globalnej transformacji energetycznej.. Dzięki intensywnemu słońcu, niska gęstość zaludnienia i bardzo niskie koszty gruntów, tereny pustynne —- zwłaszcza w Afryce Północnej (Maroko, Algieria i Tunezja) —- oferują idealne warunki do rozwoju dużych projektów fotowoltaicznych.
Jednakże, budowy elektrowni słonecznej na pustyni nie można improwizować. Pomiędzy ekstremalnymi warunkami klimatycznymi (ciepło, burze piaskowe) oraz szczególne ograniczenia techniczne (struktury, okablowanie, urządzenia przeciwpiaskowe), każdy element systemu musi być starannie dobrany i doskonale dostosowany do otoczenia.
W tym artykule, zaprezentujemy podstawowe wyposażenie niezbędne do budowy elektrowni fotowoltaicznej na terenie pustynnym, oszacować ilość zaoszczędzonej energii i korzyści środowiskowe takiej instalacji, odkryj największe projekty fotowoltaiczne na świecie. Jak również szyte na miarę rozwiązania w zakresie okablowania fotowoltaicznego oferowane przez ZMS Cable dla instalatorów i deweloperów w Afryce i Europie.
Jaki sprzęt jest potrzebny do elektrowni słonecznej na pustyni ?
Obszary pustynne charakteryzują się ekstremalnymi warunkami klimatycznymi : wiatr obciążony ściernym piaskiem, wysokie temperatury, oraz silne amplitudy termiczne pomiędzy dniem i nocą.
Zbudować elektrownię słoneczną w tych środowiskach, konieczne jest użycie sprzętu specjalnie zaprojektowanego, aby wytrzymać te ograniczenia.
Dwustronne moduły fotowoltaiczne
Panele dwustronne są obecnie preferowane w projektach pustynnych. Przechwytując bezpośrednie światło słoneczne z przodu i światło odbite od piasku z tyłu, pozwalają na znaczny wzrost plonów. Moduły te muszą być zaprojektowane ze wzmocnionego szkła i powierzchni odpornych na erozję piaskową.
Konstrukcje wsporcze i fundamenty
Konstrukcja nośna musi być w stanie wytrzymać silny wiatr, na burze piaskowe, itp. Na konstrukcję nośną zwykle wybiera się stal ocynkowaną lub anodyzowane aluminium. Na terenach wydmowych, Zalecamy minimalny prześwit pod pojazdem wynoszący 300 mm, aby zapobiec utknięciu paneli w piasku. Przy wyborze kąta nachylenia należy uwzględnić także dominujący kierunek wiatru i ruch wydm..
System śledzenia słońca (fakultatywny)
Zastosowanie konstrukcji jednoosiowych (poziome trackery) pozwala zwiększyć produkcję 20 ma 30 %. Jednakże, wymagają wzmocnionego systemu chroniącego przed obciążeniem wiatrem i bardziej rygorystycznej konserwacji w środowiskach piaszczystych.
Falowniki fotowoltaiczne do ekstremalnych warunków
Falowniki stosowane w elektrowniach pustynnych powinny być typu zewnętrznego lub zintegrowane ze wstępnie zmontowanymi kontenerami, aby ułatwić transport i instalację w odległych obszarach.
Muszą posiadać certyfikat IP54 lub wyższy, z hermetyczną, pyłoszczelną konstrukcją, aktywne systemy chłodzenia z filtrowaną wentylacją lub uszczelnionymi wentylatorami, oraz zdolność rozruchu w niskiej temperaturze, aby poradzić sobie ze znacznymi różnicami między dniem i nocą.
Falowniki te muszą również charakteryzować się doskonałą odpornością na wiatr piaskowy, aby zapewnić maksymalną niezawodność w trudnych warunkach..
Skrzynki przyłączeniowe i transformatory
Inteligentne skrzynki przyłączeniowe (lub skrzynki przyłączeniowe DC) umożliwiają zdalne monitorowanie łańcuchów modułów fotowoltaicznych i ułatwiają konserwację predykcyjną.
Co do transformatorów mocy, muszą być w stanie wytrzymać znaczne wahania temperatury typowe dla regionów pustynnych. Pełnią także rolę podnoszenia napięcia wyjściowego do 35 twój kV 110 kV. To podniesienie jest niezbędne, aby umożliwić stabilną integrację wytwarzanej energii z siecią elektryczną..
Kable solarne o wysokiej wydajności
Kable fotowoltaiczne są krytycznymi elementami w środowiskach pustynnych. Muszą być :
- Odporny na promieniowanie UV, na ciepło i ścieranie piaskiem，
- zgodny z normą EN 50618 / IEC 62930，
- z izolacją XLPO lub podwójną osłoną (typ H1Z2Z2-K) na dłuższe życie.
W Kabli ZMS, oferujemy szyte na miarę kable solarne, testowany w ekstremalnych warunkach, z ekranowaniem, dostosowywanie sekcji, itp.
Systemy ochrony przed piaskiem
Do stabilizacji podłoża i ochrony instalacji, używamy :
- mechaniczne bariery przeciwpiaskowe (siatki lub gałęzie nylonowe w szachownicę o wymiarach 1m x 1m),
- rośliny wiążące piasek (halofity lub rośliny lokalne, takie jak calligonum lub bylica),
- obszary roślinne pod panelami w celu połączenia produkcji energii i rekultywacji ekologicznej.
Jak działa instalacja fotowoltaiczna? ?
Działanie elektrowni fotowoltaicznej opiera się na zoptymalizowanym łańcuchu konwersji energii, począwszy od wychwytywania światła po wprowadzanie energii elektrycznej do sieci. Oto główne etapy tego procesu :
Zamiana światła na energię elektryczną (prąd stały)
Moduły fotowoltaiczne wychwytują światło słoneczne i dzięki efektowi fotowoltaicznemu wytwarzają stały prąd elektryczny, zjawisko fizyczne wytwarzane przez niektóre materiały półprzewodnikowe (często silikon). Im silniejsze napromieniowanie, tym wyższa jest bieżąca produkcja.
Zamiana prądu stałego na prąd przemienny
Wytwarzany prąd stały nie jest bezpośrednio kompatybilny z sieciami elektrycznymi. Najpierw jest kierowany przez skrzynki przyłączeniowe do falowników (lub falowniki).
Przetwarzają one prąd stały (DC) W prąd przemienny (AC), przy częstotliwościach i napięciach wymaganych przez sieć.
Wstrzyknięcie do sieci (średniego lub wysokiego napięcia)
Przekształcona w ten sposób energia elektryczna jest następnie podnoszona do napięcia za pomocą transformatorów, aby osiągnąć 35 kV, 110 kV lub więcej w zależności od wymagań sieci.
Po zakończeniu tego kroku, energię można wprowadzać do linii średniego lub wysokiego napięcia, następnie rozesłane użytkownikom.
Optymalizacja w czasie rzeczywistym
Nowoczesne elektrownie wykorzystują inteligentne systemy sterowania, szczególnie integrujące :
MPPT (Śledzenie maksymalnego punktu mocy), który na bieżąco dostosowuje pracę modułów tak, aby maksymalnie wykorzystać energię słoneczną ;
systemy SCADA (Kontrola nadzorcza i pozyskiwanie danych) do zdalnego zarządzania, analiza wydajności i konserwacja zapobiegawcza.
Jaki wpływ na środowisko ma elektrownia słoneczna? ?
Elektrownie słoneczne mają wiele pozytywnych skutków dla środowiska, szczególnie pod względem ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, ochrona zasobów, rewitalizacja ekologiczna i promocja zrównoważonego rozwoju. Oto szczegółowa analiza :
Redukcja gazów cieplarnianych i walka ze zmianami klimatycznymi
Produkcja energii elektrycznej bez emisji bezpośrednich
Instalacja fotowoltaiczna nie wytwarza CO₂, ni SOₓ, jest NIEₓ, brak drobnych cząstek podczas pracy. Każda kilowatogodzina energii słonecznej pozwala zaoszczędzić około 0,4 kg emisji CO₂, co oznacza oszczędność 0,16 kg węgla standardowego.
Przykład : W elektrowniach 310 MW zlokalizowana na pustyni Kubuqi (Mongolia Wewnętrzna) generuje 2,74 miliard kWh rocznie, co pozwala na redukcję emisji CO₂ poprzez 23,25 milion ton, zapisać 8,62 milionów ton węgla i osiągnęły równowartość 127 000 hektarów odnowionych lasów.
Niski ślad węglowy w całym cyklu życia
Większość emisji pochodzi z początkowej produkcji modułów. Jednakże, postęp technologiczny – taki jak wykorzystanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w fabrykach – może znacznie zmniejszyć ten ślad. Badania pokazują, że ślad węglowy fotowoltaiki ledwo odzwierciedla 10 % od węgla.
Oszczędzanie wody i redukcja zanieczyszczeń
Prawie zerowe zużycie wody
Tradycyjne elektrownie cieplne zużywają ok 1,5 litr wody na wyprodukowaną kWh, głównie do chłodzenia. Odwrotnie, elektrownia słoneczna potrzebuje jedynie niewielkiej ilości wody do okresowego czyszczenia paneli, co oznacza znaczną oszczędność wody, szczególnie cenne na obszarach suchych.
Eliminacja łańcucha zanieczyszczeń kopalnych
Fotowoltaika pozwala uniknąć :
- niszczycielskie wydobycie węgla,
- zanieczyszczeń związanych z jego transportem,
- pozostałości po spalaniu (proch, gazy kwaśne, kwaśny deszcz).
Renaturyzacja terenów zdegradowanych i poprawa ekosystemów
Waloryzacja gruntów nieuprawnych
Ponad 60 % największych elektrowni słonecznych na świecie zainstalowanych jest na suchych glebach, pustynia lub sól, ograniczając w ten sposób konkurencję z gruntami rolnymi.
Rekultywacja ekologiczna obszarów pustynnych
Panele fotowoltaiczne ograniczają parowanie wody z gruntu. Woda używana do czyszczenia przedostaje się do gruntu, zwiększenie wilgotności.
Przykład : Na terenie elektrowni fotowoltaicznej w Gonghe (prowincja du Qinghai), zawartość wody w glebie pod panelami wzrosła o 40 ma 78 %, roślinność wzrosła o 15 %, i pomnożono materię organiczną gleby 11.
Struktura pól fotowoltaicznych tworzy fizyczną barierę ograniczającą cyrkulację wiatru na poziomie gruntu. Z tego powodu, prędkość wiatru spada o więcej niż 40 %, wzrasta wilgotność powietrza 2,8 %, i maleje amplituda temperatur dzień/noc – warunki sprzyjające wznowieniu mikroorganizmów i lokalnej flory.
Wielofunkcyjne zagospodarowanie terenu
Fotowoltaika rolnicza : Ogień (Chine), Pod panelami uprawia się truskawki, łączenie produkcji rolnej i energetycznej przy jednoczesnym zmniejszeniu zapotrzebowania na energię w szklarniach. Hodowla pod panelami : W regionie Talatan (Qinghai), pod panelami pasą się owce, w naturalny sposób utrzymując roślinność i umożliwiając hodowcom zwiększenie dochodów podczas regeneracji pastwisk.
Promowanie różnorodności biologicznej i odporności na zmiany klimatyczne
Tworzenie korytarzy ekologicznych
Badania pokazują, że przemyślany układ instalacji – szczególnie odstępy między panelami – pomaga zachować pasy roślinności służące jako siedliska lokalnej fauny i flory..
Na przykład, na stronie Kubuqi, ptaki i małe ssaki powróciły, aby się osiedlić.
Łagodzenie efektu miejskiej wyspy ciepła
Rozwiązania BIPV (zintegrowany budynek fotowoltaiczny) — montaż paneli na dachach lub elewacjach — ograniczenie pochłaniania ciepła przez budynki, zmniejszyć zużycie klimatyzacji i poprawić mikroklimat miejski.
Jak przebiega budowa elektrowni słonecznej na pustyni? ?
Budowa elektrowni słonecznej w środowisku pustynnym to złożony projekt wymagający starannego przygotowania, wybory techniczne dostosowane do ekstremalnych warunków, jak również ścisłą koordynację na każdym etapie. Oto przegląd głównych faz procesu :
Badanie terenu i wybór lokalizacji
Przede wszystkim, analizy środowiskowe, badania geologiczne i klimatyczne prowadzone są przez kilka miesięcy :
- Unikaj obszarów z ruchomymi wydmami, gleby zasolone lub niestabilne
- Zbieraj dane pogodowe na 30 odpowiedź : światło słoneczne, przeważające wiatry, burze piaskowe
- Oceń charakter i ruchliwość piasku, topografia, i dostęp do sieci elektroenergetycznych
Należy preferować obszary pustynne o wysokim potencjale nasłonecznienia., duże dostępne obszary i niska gęstość zaludnienia, jak te z Maghrebu (na przykład południowe Maroko lub wnętrze Tunezji) i regionu Sahelu.
Projekt techniczny dostosowany do pustyni
Inżynierowie muszą uwzględnić wyzwania specyficzne dla tych środowisk już na etapie projektowania :
- Podwyższone konstrukcje, aby uniknąć zamulenia (prześwit ≥ 300 mm)
- Optymalna orientacja i nachylenie modułów w celu kompensacji różnic wynikających z mikrowypukłości na podłożu
- Wybór materiałów odpornych na korozję, na ścieranie piaskowe i szok termiczny
- Jednoosiowe systemy śledzenia energii słonecznej (trackery) wzmocnione, aby wytrzymać podmuchy wiatru
Integracja ekologiczna i stabilizacja gruntów
Aby uniknąć erozji wiatrowej i ograniczyć wpływ na środowisko, podejmowane są środki z budowy :
- Siatki lub bariery chroniące przed piaskiem (razem, trzcina lub nylon) na obrzeżach i na dominujących osiach wiatru
- Kontrolowane odnawianie roślinności za pomocą lokalnych gatunków (były. : bylica, saksaoul, jujubier), odporny na suszę
- Regulowane strefy zacienienia pod panelami, sprzyja odnowie lokalnej flory
Logistyka, transport i instalacja
Dostarczenie materiału na miejsce jest kluczowym krokiem, szczególnie w odległych obszarach :
- Wybór pojazdów przystosowanych do piaszczystego terenu
- Zgodność ze standardami odporności na środowisko
- Instalacja modułowa i szeregowa : podpory, panele, falowniki i kable są instalowane w blokach, aby skrócić czas narażenia na działanie wiatru i pyłu
Inteligentne uruchamianie i konserwacja
Nowoczesne elektrownie preferują automatyzację, aby ograniczyć zależność od siły roboczej na miejscu :
- Systemy SCADA do zdalnego monitorowania w czasie rzeczywistym (produkcja, temperatury, awarie)
- Roboty do czyszczenia paneli słonecznych, zmniejszenie zużycia wody i kosztów konserwacji
- Konserwacja predykcyjna za pomocą zintegrowanych czujników (temperatura, pył, wilgotność)
Poprzez staranne planowanie, dostosowane wybory technologiczne i zintegrowane projektowanie ekologiczne, obecnie możliwe jest przekształcenie pustynnych obszarów w obszary zrównoważonej produkcji energii, bez narażania równowagi lokalnej.
Strategiczna rola kabli w elektrowniach pustynnych
Jeśli panele słoneczne są sercem elektrowni fotowoltaicznej, kable elektryczne to układ nerwowy : zapewniają niezawodne przesyłanie energii z modułów do transformatorów, następnie do sieci. W pustynnym środowisku, naprężenia w kablach są szczególnie wysokie – ekstremalne temperatury, intensywne promieniowanie UV, ścieranie piasku, instalacja zakopana lub napowietrzna na duże odległości.
Oto najczęściej używane kable, oraz kluczowe kryteria gwarantujące ich skuteczność na pustyni :
Kable solarne prądu stałego (DC)
Są to kable łączące panele fotowoltaiczne z puszkami przyłączeniowymi (skrzynki przyłączeniowe), następnie do falowników.
Niezbędne funkcje :
- Izolacja podwójna (często XLPE + zewnętrzna powłoka i LSZH lub PVC) odporny na promieniowanie UV i ciepło
- Wysoka odporność termiczna : ciągła praca w temperaturze do 90°C, tolerancja na wartości szczytowe 120°C
- Elastyczność mechaniczna : do montażu na konstrukcjach ruchomych (trackery słoneczne) lub na zakrętach
- Aktualne standardy : W 50618 / TÜV 2 Pfg 1169
W Kabli ZMS, dostarczamy kable solarne typu PV1-F i H1Z2Z2-K, testowane w środowiskach o wysokiej temperaturze i dużym natężeniu światła słonecznego, w razie potrzeby z opcjami przeciw gryzoniom lub ognioodpornym.
Kable zasilające prądu przemiennego (AC)
Kable te łączą falowniki z transformatorami, następnie do stacji dostaw w celu podłączenia do sieci energetycznej.
Ograniczenia specyficzne dla pustyni :
- Duże odległości przesyłu energii elektrycznej, wymagające odpowiedniego przekroju kabla w celu ograniczenia strat
- Instalacja antenowa, w rowie, lub w rynnie technicznej, odporna na piasek i szok termiczny
- Możliwa obecność gryzoni lub czynników żrących, w zależności od regionu
ZMS oferuje ekranowane kable miedziane lub aluminiowe, z izolacją XLPE lub EPR, dla napięć do 35 kV. Dopasowujemy konstrukcję (prosty, skręcony, trójbiegunowy) w zależności od konfiguracji witryny.
Okablowanie systemów sterowania i monitorowania (SCADA)
Nowoczesne elektrownie słoneczne wykorzystują inteligentne systemy monitorowania, wymagające specjalnego okablowania :
- Kable komunikacyjne RS485, światłowód lub Ethernet do transmisji danych (produkcja, temperatura, alarmy)
- Kable czujnika (temperatura, wilgotność, inklinometry)
- Odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)
ZMS może dostarczyć kable ekranowane do automatyki i transmisji danych, zgodne ze standardowymi protokołami przemysłowymi i przetestowane pod kątem długotrwałej ekspozycji na promieniowanie UV.
Dlaczego zły dobór kabla może zagrozić całej instalacji
Usterka izolacji, może to prowadzić do nieprawidłowego wymiarowania przekroju lub przedwczesnego starzenia się kabla :
- Utrata efektywności energetycznej
- Ryzyko zwarcia lub pożaru
- Kosztowna konserwacja w trudno dostępnych miejscach
Dlatego też wyboru kabli należy dokonać w zależności od lokalnego klimatu., normy krajowe i profil obciążenia instalacji. Rozwiązanie szyte na miarę, w połączeniu z niezawodną logistyką i certyfikatami zgodności, robi różnicę w projektach na dużą skalę.
Wniosek
Elektrownie słoneczne instalowane na obszarach pustynnych nie są już prostymi projektami eksperymentalnymi – stanowią obecnie strategiczny filar globalnej transformacji energetycznej, szczególnie w krajach francuskojęzycznych w Afryce i Europie Południowej, bogate w słońce i mało eksploatowane tereny.
Projekty referencyjne na skalę światową już ilustrują ten kolosalny potencjał :
- Park słoneczny Talatan w Qinghai, w Chinach, obejmuje prawie 600 km² i dostarcza ponad 3,4 milionów domów każdego roku – służąc jednocześnie jako ekologiczne pastwisko 20 000 owce.
- W Arabii Saudyjskiej, osiągnie trwający projekt Al Shuaibah 2,6 GW, co uczyni z niej największą pojedynczą elektrownię fotowoltaiczną na świecie.
- Wciąż w Chinach, elektrownia Midong (Xinjiang) wyświetla potęgę 3,5 GW, z roczną produkcją ok 6 miliard kWh, równowartość zużycia energii elektrycznej w małym kraju.
Z wieloma korzyściami — masową produkcją czystej energii elektrycznej, redukcja emisji CO₂, rewaluacja gruntów zdegradowanych, oszczędność wody, a nawet odbudowę ekologiczną — projekty te ucieleśniają model zrównoważonej energii o obiegu zamkniętym.
Ale aby zagwarantować ich wydajność i trwałość, każdy element musi być starannie zaprojektowany zgodnie z ograniczeniami środowiskowymi charakterystycznymi dla pustyni. Dotyczy to nie tylko paneli i konstrukcji, ale także mniej widoczne, ale równie istotne elementy, takie jak kable elektryczne.
Jako dostawca rozwiązań w zakresie okablowania fotowoltaicznego, ZMS Cable wspiera programistów, instalatorom i EPC w regionie EMEA w projektowaniu niezawodnych projektów fotowoltaicznych, zgodne z międzynarodowymi standardami, i przystosowane do ekstremalnych warunków.
Pustynia nie jest już próżnią energetyczną – jest źródłem przyszłości.