Średnie napięcie obniża koszty i zużycie materiałów w dużych elektrowniach fotowoltaicznych

Transformacja energetyczna w Niemczech wymaga zainstalowania aż 400 GWp mocy fotowoltaicznej do 2045 roku. Tak ambitny cel niesie za sobą ogromne zapotrzebowanie na cenne surowce, takie jak aluminium, miedź czy stal. W odpowiedzi na te wyzwania niemiecki instytut badawczy Fraunhofer ISE realizuje projekt „SeVen”, którego celem jest zwiększenie efektywności materiałowej i ekonomicznej kluczowych komponentów farm PV poprzez zastosowanie technologii średniego napięcia.

Wyzwania materiałowe i kosztowe w dużych farmach PV

Choć ceny modułów PV spadły w ostatniej dekadzie o około 80%, to koszty tzw. balance of system (BoS) – czyli inwerterów, okablowania, rozdzielnic AC/DC oraz przyłączenia do sieci – stają się coraz istotniejszą częścią całkowitych wydatków inwestycyjnych. Rosnące ceny surowców dodatkowo podnoszą udział kosztów materiałowych w projektach wielkoskalowych.

Innowacyjna koncepcja średniego napięcia

Projekt „SeVen” koncentruje się na farmach PV o mocy powyżej 5 MW. Badacze z Fraunhofer ISE testują w swoim laboratorium różne topologie i poziomy napięć, skupiając się na integracji rozwiązań średnionapięciowych (powyżej 1000 V AC). w tej chwili typowe duże instalacje fotowoltaiczne pracują w zakresie napięć AC 400–880 V.

Podniesienie napięcia do poziomu średniego pozwala znacząco obniżyć prądy, co przekłada się na dwie najważniejsze korzyści:

• możliwość zastosowania przewodów o mniejszych przekrojach, co oznacza niższe zużycie materiałów i kosztów instalacyjnych,
• zwiększenie wydajności podsystemów i ograniczenie liczby transformatorów oraz rozdzielnic przy tej samej mocy elektrowni.

Oszczędności materiałowe i technologiczne

W ramach projektu naukowcy planują stworzyć demonstrator inwertera oraz string combiner, które zostaną przetestowane laboratoryjnie. Celem jest osiągnięcie następujących oszczędności materiałowych:

• 20% mniej materiału na radiatorach,
• 75% mniej materiału na przewodach,
• 30% mniej miedzi i ferrytu w uzwojeniach.

Dodatkowo analizowane są możliwości ograniczenia liczby elementów ochronnych oraz wdrożenia funkcji analitycznych w string combinerach. Projekt obejmuje również badania nad efektywnym włączaniem strony DC w hybrydowych elektrowniach PV.

Partnerzy projektu i perspektywy

W projekcie „SeVen”, który potrwa do 2028 roku, uczestniczą firmy KACO New Energy GmbH oraz SUMIDA Components & Modules GmbH, a także partnerzy stowarzyszeni: Streamergy GmbH i BayWa r.e. Solar Projects GmbH.

Naszym celem jest opracowanie całościowej i zrównoważonej koncepcji dla dużych elektrowni PV, która zoptymalizuje koszty produkcji energii oraz zwiększy efektywność wykorzystania zasobów. Analizujemy cały system – od stringu modułów PV po przyłącze do sieci, uwzględniając wszystkie najważniejsze komponenty.

Źródło: Fraunhofer ISE