1. Текущий статус фотоэлектрической (солнечной) промышленности

1.1 Быстрый рост мирового рынка фотоэлектрических элементов

В последние годы мировая индустрия фотоэлектрической энергии переживает взрывной рост. Согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2023 году глобальная установленная мощность новых фотоэлектрических электростанций превысила 350 ГВт, а совокупная установленная мощность — 1,5 ТВт. Такие страны и регионы, как Китай, США, Европа и Индия, стали основными движущими силами на рынке фотоэлектрической энергии.

- Китай: Будучи крупнейшим в мире рынком солнечной фотоэлектрической энергии, Китай в 2023 году ввел в эксплуатацию более 200 ГВт солнечных фотоэлектрических мощностей, что составляет более 57% от общемировой установленной мощности. Поддержка со стороны правительства, технологический прогресс и снижение затрат являются ключевыми факторами, стимулирующими развитие китайской солнечной фотоэлектрической промышленности.

- Европа: Под влиянием российско-украинского конфликта Европа ускорила свой энергетический переход. В 2023 году установленная мощность солнечных фотоэлектрических систем превысила 60 ГВт, при этом значительный рост наблюдался в таких странах, как Германия, Испания и Нидерланды.

- Соединенные Штаты: Благодаря Закону о снижении инфляции (IRA), рынок солнечной фотоэлектрической энергии в США продолжил расти, достигнув к 2023 году новой установленной мощности в приблизительно 40 ГВт.

- Индия: Правительство Индии активно содействует развитию возобновляемой энергетики. В 2023 году установленная мощность солнечных фотоэлектрических систем превысила 20 ГВт, а цель состоит в достижении 500 ГВт установленной мощности возобновляемой энергетики к 2030 году.

1.2Непрерывный прогресс в фотоэлектрических технологиях.

Непрерывные инновации в фотоэлектрических технологиях привели к повышению эффективности и снижению затрат на производство солнечной энергии:

- Высокоэффективные аккумуляторные технологии, такие как PERC, TOPCon и HJT: элементы PERC (пассивированный эмиттер и задний контакт) остаются основными, но технологии TOPCon (туннельный оксидный пассивированный контакт) и HJT (гетеропереход) постепенно расширяют свою долю рынка благодаря более высокой эффективности преобразования (>24%).

- Перовскитные солнечные элементы: Будучи фотоэлектрической технологией следующего поколения, перовскитные элементы достигли лабораторной эффективности более 33% и, как ожидается, станут коммерчески жизнеспособными в будущем.

- Двусторонние модули и системы слежения: Двусторонние модули могут увеличить выработку электроэнергии на 10–20%, а системы слежения оптимизируют угол падения солнечного света, еще больше повышая эффективность системы.

1.3Он Стоимость производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем продолжает снижаться.

За последнее десятилетие стоимость производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем снизилась более чем на 80%. По данным IRENA (Международного агентства по возобновляемым источникам энергии), глобальная приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) для фотоэлектрических систем в 2023 году упала до 0,03–0,05 долларов США за кВт·ч, что ниже, чем у электроэнергии, вырабатываемой на углях и природном газе, и делает их одним из наиболее конкурентоспособных источников энергии.

1.4 Скоординированное развитие систем хранения энергии и фотоэлектрических технологий.

В связи с прерывистым характером выработки электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем, использование систем хранения энергии (таких как литиевые батареи, натрий-ионные батареи, проточные батареи и т. д.) в сочетании с ними стало тенденцией. В 2023 году объем новых установленных мощностей глобальных проектов по использованию фотоэлектрических систем в сочетании с системами хранения энергии превысил 30 ГВт, и ожидается, что в течение следующего десятилетия темпы роста сохранятся.

2. Он важность фотоэлектрической промышленности

2.1 Решение проблемы изменения климата изменения и продвижение целей углеродной нейтральности

Страны по всему миру ускоряют свой энергетический переход с целью сокращения выбросов парниковых газов. Солнечная энергия, как ключевой компонент чистой энергии, играет решающую роль в достижении цели «углеродной нейтральности». Согласно Парижскому соглашению, к 2030 году глобальная доля возобновляемой энергии должна превысить 40%, и солнечная энергия станет одним из основных источников энергии.

2.2 Энергетическая безопасность и независимость

Традиционные источники энергии (такие как нефть и природный газ) в значительной степени зависят от геополитики, в то время как солнечная энергия широко распространена и может снизить зависимость от импорта. Например, Европа сократила потребление российского природного газа за счет развертывания крупномасштабных фотоэлектрических электростанций, тем самым повысив свою энергетическую автономию.

2.3 Содействие экономическому росту и занятости

Производственная цепочка фотоэлектрической отрасли включает в себя множество звеньев, таких как кремниевые материалы, кремниевые пластины, батареи, модули, инверторы, кронштейны и системы хранения энергии, и создала миллионы рабочих мест по всему миру. В китайской фотоэлектрической отрасли непосредственно занято более 3 миллионов человек, а фотоэлектрические отрасли в Европе и США также быстро развиваются.

2.4 Электрификация сельских районов и борьба с бедностью

В развивающихся странах фотоэлектрические микросети и бытовые солнечные системы обеспечивают электроэнергией отдаленные районы и улучшают условия жизни населения. Например, «солнечные домашние системы» в Африке помогли десяткам миллионов людей выбраться из состояния отсутствия электричества.

3.Необходимость использования устройств защиты от перенапряжения (SPD) в фотоэлектрических системах.

3.1 Риски ударов молнии и скачков напряжения, которым подвержены фотоэлектрические системы.

Фотоэлектрические электростанции обычно устанавливаются на открытых пространствах (таких как пустыни, крыши зданий и горы) и крайне уязвимы для ударов молнии и перенапряжений. Основные риски включают в себя:

- Прямой удар молнии: прямое попадание молнии в фотоэлектрические модули или опоры, приводящее к повреждению оборудования.

- Индуцированная молния: электромагнитный импульс от молнии индуцирует высокое напряжение в кабелях, повреждая электронные устройства, такие как инверторы и контроллеры.

- Колебания напряжения в сети: Эксплуатационные перенапряжения на стороне сети (например, срабатывания выключателей, короткие замыкания) могут передаваться в фотоэлектрическую систему.

3.2 Функции устройства защиты от перенапряжения (УЗП)

Устройства защиты от перенапряжения являются ключевым оборудованием для защиты от молнии и перенапряжения в фотоэлектрических системах. Их основные функции включают в себя:

- Ограничение кратковременных перенапряжений: контроль высоких напряжений, возникающих в результате ударов молнии или колебаний в электросети, в пределах безопасного диапазона.

- Отвод импульсных токов: Быстрое направление избыточных токов в землю для защиты оборудования, расположенного ниже по потоку.

- Повышение надежности системы: снижение количества отказов оборудования и простоев, вызванных ударами молнии или скачками напряжения.

3.3 Применение SPD в фотоэлектрических системах

Защита от перенапряжения для фотоэлектрических систем должна быть спроектирована на нескольких уровнях:

- Защита на стороне постоянного тока (от фотоэлектрических модулей до инвертора):

- Установите устройство защиты от перенапряжения типа II на входном конце гирлянды, чтобы предотвратить наведенную молнию и перенапряжения в рабочем режиме.

- Установите устройства защиты от перенапряжения типа I + II на входе постоянного тока инвертора, чтобы предотвратить совокупную угрозу прямой и наведенной молнии.

- Защита на стороне переменного тока (от инвертора к сети):

- Установите устройство защиты от перенапряжения типа II на выходном конце инвертора, чтобы предотвратить проникновение перенапряжения со стороны сети.

- Установите устройство защиты от перенапряжения типа III в распределительном шкафу для обеспечения точной защиты чувствительного оборудования.

3.4 Ключевые моменты при выборе сетевых фильтров

- Согласование уровней напряжения: максимальное непрерывное рабочее напряжение (Uc) устройства защиты от перенапряжения должно быть выше напряжения системы (например, для фотоэлектрической системы на 1000 В постоянного тока требуется устройство защиты от перенапряжения с Uc ≥ 1200 В).

- Номинальная разрядная мощность: номинальный разрядный ток (In) устройства защиты от перенапряжения на стороне постоянного тока должен быть ≥ 20 кА, а максимальный разрядный ток (Imax) — ≥ 40 кА.

- Уровень защиты: Для наружной установки требуется степень защиты IP65 или выше, что подходит для эксплуатации в суровых условиях.

- Стандарты сертификации: Соответствует IEC 61643-31 (стандарт для фотоэлектрических детекторов рассеяния света) и UL 1449, а также другим международным стандартам сертификации.

3.5 Потенциальные риски, связанные с неустановкой СПД

- Повреждение оборудования: Прецизионные электронные устройства, такие как инверторы и системы мониторинга, уязвимы к скачкам напряжения, и затраты на их ремонт высоки.

- Потери в выработке электроэнергии: удары молнии приводят к отключению системы, что влияет на прибыль от производства электроэнергии.

- Пожарная опасность: перенапряжение может привести к возникновению электрических пожаров, представляющих угрозу безопасности электростанции.

4. Глобальный Тенденции рынка устройств защиты от перенапряжения для фотоэлектрических систем

4.1 Рост рыночного спроса

В связи с быстрым ростом мощностей фотоэлектрических установок одновременно расширился и рынок устройств защиты от перенапряжения. Прогнозируется, что к 2025 году объем мирового рынка устройств защиты от перенапряжения для фотоэлектрических систем превысит 2 миллиарда долларов США, при этом среднегодовой темп роста составит 15%.

4.2 Направление технологических инноваций

- Интеллектуальный SPD: оснащен функциями мониторинга тока и сигнализации о неисправностях, а также поддерживает дистанционное управление.

- Более высокие уровни напряжения: устройства защиты от перенапряжения с более высоким номинальным напряжением (например, 1500 В) стали широко распространены.

- Увеличенный срок службы: Использование новых чувствительных материалов (таких как композитная технология на основе оксида цинка) повышает долговечность устройств защиты от перенапряжения.

4.3 Политика и продвижение стандартов

Международные стандарты, такие как IEC 62305 (стандарт защиты от молнии) и IEC 61643-31 (стандарт защиты от перенапряжения для фотоэлектрических систем), предписывают оснащение фотоэлектрических систем защитой от перенапряжения.

В Китае в «Технических условиях по молниезащите фотоэлектрических электростанций» (GB/T 32512-2016) четко определены требования к выбору и установке устройств защиты от перенапряжения (SPD).

5.Вывод: Фотоэлектрическая промышленность не может обойтись без сетевых фильтров.

Быстрое развитие фотоэлектрической отрасли придало мощный импульс глобальному энергетическому переходу. Однако нельзя игнорировать удары молнии и риски перенапряжения. Устройства защиты от перенапряжения, являясь ключевой гарантией безопасной работы фотоэлектрических систем, могут эффективно снизить риск повреждения оборудования, повысить эффективность выработки электроэнергии и продлить срок службы системы. В будущем, с непрерывным ростом фотоэлектрических установок и развитием интеллектуальных сетей, высокопроизводительные и надежные устройства защиты от перенапряжения станут важнейшими компонентами фотоэлектрических электростанций.

Для инвесторов в фотоэлектрические системы, компаний, занимающихся проектированием, закупками и строительством, а также команд по эксплуатации и техническому обслуживанию выбор высококачественных устройств защиты от перенапряжения, соответствующих международным стандартам, является важнейшей мерой для обеспечения долгосрочной стабильной работы электростанции и максимизации отдачи от инвестиций.