Home Начало
Wind farm development Вятърни паркове
Solar PV park engineering Фотоволтаични паркове
Water stream power Хидроенергетика
Distributed power generation Разпределена енергетика
Hydrogen car patents  Патенти за водородни  автомобили
Fiber-optic cables over wires Интегрирани ел-ком линии
New Books Нови книги

 

Първият в България фотоволтаичен парк с капацитет 1 MW

Фондация "Ековат технологии"

Слънцето е най-големият и неизчерпаем енергиен екологичен източник на планетата. Територията на България е много подходяща за неговото енергийно използване, което гарантира дългосрочно устойчиво развитие. Изграждането и експлоатацията на фотоволтаични паркове у нас е нов бизнес.   Този бизнес има редица преимущества, което го прави перспективен:

Най-важното за фотоволтаичните електроцентрали, както и за другите електроцентрали на възобновяеми енергийни източници, е фактът, че инвестициите са начално направени за тях, а впоследствие няма текущи разходи за горива и скъпа поддръжка. Инфлацията и нарастващият глобален енергиен дефицит увеличават пряко и косвено приходната част (продажните цени на тока и на зелените сертификати), което прави този бизнес много изгоден, поради което финансовите институции предпочитат да кредитират такива електроцентрали.

На 25 юни 2008 г. се състоя посещение на първия едномегаватов фотоволтаичен парк в страната ни, организирано от фондация „Ековат технологии”. През 2006 / 2007 година, екип от фондацията районира България на слънчево-енергийни зони, според производството на електричество от фотоволтаици, съобразно техните видове и в зависимост от технологиите на изграждане на инсталациите.

На горната снимка е показана част от парка, разположен в землището на село Пауново, община Ихтиман върху земеделска площ от 43 дка. Теренът, върху който е развит соларният парк, е избран през 2007 г. по преценка на екип от фондацията с ръководител Георги Тончев. В последствие същият екип изготви задължителния слънчево-енергиен одит за обекта. Всеки един екоенергиен обект стартира с изготвянето на предварителен вариантен проект съгласно Наредба № 16 - 27 от 22.01.2008 г. за условията и реда за извършване на оценка за наличния и прогнозния потенциал на ресурса за производство на енергия от възобновяеми и/или алтернативни енергийни източници, издадена от Министъра на икономиката и енергетиката. Времето за  изготвяне на проекта е около 3 месеца, а за монтажа на терена е в рамките на 6 месеца.

Предвидено е до края на месец август 2008 г., монтажът да бъде завършен и фотоволтаичната електроцентрала да бъде включена към енергийната система.  Общият размер на инвестицията е приблизително 4 млн.евро. За финансирането са използвани собствени и привлечени средства. Очакваната възвръщаемост на инвестицията е в рамките на 7-9 години. Оперативните разходи по експлоатацията на фотоволтаичния парк са около 15 000 евро годишно.

Законово гарантирано е 100% изкупуване на електроенергията от парка от електроразпределителното дружество ЧЕЗ България по преференциална цена от 718 лв/MWh, съгласно Решение №Ц-033 от 29.12.2006 г., издадено от Държавната комисия по енергийно и водно регулиране. Производството на електроенергия от фотоволтаичния парк ще спести годишно парникови газове с еквивалент около 700 000 тона въглероден диоксид и в същото време ще захрани с електричество приблизително 800 домакинства.

Инвеститор е дъщерно дружество на „Адванс Икуити Холдинг" - „Енерджи Инвест" ЕАД, което притежава мажоритарен дял от дружеството „ИнтерСол" АД, което бе създадено в края на 2007 година за реализиране на проекта.

За обекта е използвана екологична технология за монтаж на стойките на фотоволтаиците към терена без бетон. Така не се нарушава целостта на почвата и не се провокира почвената ерозия. Безбетонната технология дава възможност за облекчаване и ускоряване на процедурите по одобрението на инвестицията. Мокрите строителни процеси отпадат,  значително се опростява изграждането на обекта и се съкращава периодът за строителството на фотоволтаичните паркове.

На обекта са монтирани тънкослойни фотоволтаични модули на японската компания Kaneka,  произведени в Чехия с фабрична гаранция 5 години.  До момента са монтирани 11 760 броя фотоволтаични модула по 75 W (Kaneka K75), което прави инсталираната мощност на парка 882 kW. Сервизната гаранция на модулите е 25 години, с гарантирана мощност, не по-малко от 80% от номиналната. Модулите са монтирани стационарно, наклонени и обърнати на юг. За такива, и подобни, случаи е разработена патентована отражателна система (вижте позиция 52 на началната страница) за увеличаване електропроизводителността на фотоволтаиците, която подробно е описана по-долу:

 

Отражателна система за фотоволтаични модули

Съкратено  описание на изобретение под патентна закрила

Целта на техническото решение е да се увеличи годишното електропроизводство на фотоволтаични инсталации чрез иновативна отражателна система, насочваща допълнително светлина към фотоволтаиците, в случаите, когато те не работят на пределната си мощност. По-специално, чрез нея се увеличава електропроизводството от стационарни фотоволтаици във фотоволтаични инсталации, наклонено монтирани на покривите на сгради и на терените в соларни фотоволтаични паркове, какъвто е описан по-горе.

За да се увеличи електродобивът от фотоволтаиците се използват механични системи (тракери), които целодневно ги насочват (въртят), следвайки движението на слънцето. Използването на тракери има ограничени възможности, защото не се насочва допълнителна светлина към фотоволтаиците.
Познати са технически решения, които използват различни видове рефлектори (отражатели) на слънчева светлина, които насочват допълнителна светлина към фотоволтаиците. Едно такова решение е известно от патент на Япония № JP2007150220. В него е описана двойка „отражател (огледална клапа) и фотоволтаичен модул». Клапата е свързана подвижно  към едната страна на фотоволтаичен модул. Тя, чрез направляващ механизъм, целодневно се движи над плоскостта на фотоволтаичния модул, въртейки се възвратно постъпателно около едната му страна. При движението си тя се движи така, че да насочва допълнителна светлина към фотоволтаика, но същевременно хвърля дълги сенки зад себе си, особено сутрин и вечер, когато слънчевите лъчи са най-полегати към хоризонта.
Описаното техническо решение има поне три важни недостатъка:
Първият е, че то е неподходящо за соларни фотоволтаични паркове, защото избягването на взаимното засенчване на отделните двойки „отражател -фотоволтаик” изисква големи разстояния между тях, което ангажира повече терен и се удължават свързващите електрически линии в парка, с което не само се оскъпява инсталацията като цяло, но се увеличават и електрическите загуби.
Гореказаното за фотоволтаичните паркове е недостатък и за инсталации върху покриви на сгради, както и в урбанизирани територии, където площта е още по-дефицитна и уплътняването на инсталираната електрическа мощност е единственият начин за увеличаване на електропроизводството на инсталациите, както в дневен, така и за годишен цикъл.
Третият недостатък е, че отражателната клапа не се управлява автоматизирано, с оглед максимизация на електропроизводството на фотоволтаика.

Техническа същност на изобретението
Цел на настоящото изобретение е да се създаде отражателна система за фотоволтаични модули, която да не засенчва съседните й системи и да се управлява автоматизирано, с оглед максимизация на електропроизводството на фотоволтаика.
Основната цел е постигната чрез отражателна система за фотоволтаични модули, състояща се от двойка „отражател и фотоволтаичен модул", при което отражателят е подвижно свързан към едната страна на фотоволтаичния модул и направляващ механизъм върти отражателя, характеризираща се с това, че фотоволтаичният модул е монтиран неподвижно към опорна конструкция, под наклон спрямо хоризонта, а отражателят е подвижно свързан към ниската страна на фотоволтаичния модул.

Допълнителната цел е постигната като направляващият механизъм, чрез изпълнителен механизъм, е свързан към изхода на управленски компютърен блок, към чиито входове са присъединени изводите, съответно от датчик за положението на слънцето, от комбиниран датчик за температурата на повърхността на фотоволтаика и влажността на въздуха, от друг комбиниран датчик за силата и посоката на вятъра и от датчик за параметрите на моментната електрическа генерация от фотоволтаичния модул.

В едно предпочитано изпълнение на отражателната система за фотоволтаични модули отражателят и фотоволтаичният модул са плоски и сключват тъп ъгъл помежду си.

В друго предпочитано изпълнение на отражателната система за фотоволтаични модули имат възможност да променят наклона си периодично, както и едновременно да се променят наклоните на отражателите и модулите.

Предимствата на отражателната система за фотоволтаични модули са, че чрез нея се постига висока степен на използване на инсталираната мощност на модулите, без да е необходима допълнителна площ за това и възможността да се надграждат съществуващи стационарни инсталации с допълнителни отражатели, съгласно изобретението. И това става без никаква промяна на конфигурацията на съществуващата инсталация. Допълнителните отражатели не понасят ветрово натоварване, защото те са почти хоризонтални и са в заслона между редовете на фотоволтаичните модули.

Съществено предимство на инсталацията е следствие от факта, че управленската й система не допуска прегряване на модулите, респективно спад на електропроизводството, поради повишаване на електрическото съпротивление на фотоволтаиците.

В определени случаи, отражателите могат да се монтират стационарно така, че в пиковите часове на максимално огряване на модулите, съответно при работа на фотоволтаиците на пределна мощност, те да не насочват допълнителна светлина към тях. А да правят това в случаите, когато фотоволтаиците работят ненатоварени. Така не се налага рефлекторите да са подвижни и отпада необходимостта от механичната система, която ги върти, както и от управленската им система. Като друго предимство ще отбележим и факта, че отражателите могат да бъдат подвижни, но да се преместват ръчно периодично, а не автоматично и непрекъснато. Това също води до поевтиняване им, както и в гореописания случай със стационарни отражатели.

Използваните отражатели, не само уплътняват инсталираната мощност на фотоволтаиците, но и на свързаните с тях инвертори, както и на всички свързващи силови и комуникационни кабели и други структури и съоръжения на фотоволтаичните инсталации и соларните паркове.

Ниско монтираните подвижни рефлектори, вместо подвижни модули, имат преимущество, че увеличават осветеността на модулите, без да засенчват нито тях, нито на другите двойки „отражател - модул” в съседство. Двойките „отражател - модул”, съгласно изобретението, се монтират редово, плътно една до друга, поради което могат да се използват общи механични задвижки за въртенето на отражателите и централно компютърно управление.

Инвестиционните преимущества на отражателната система за фотоволтаични модули, съгласно изобретението са, че чрез нея инвестициите се възвръщат бързо, защото допълнителните разходи за отражателите са малки, в сравнение с допълнително генерираното електричество. А ползите от допълнителното електричество са двупосочни, защото приходи се получават не само от продажбата на електричество, но и от продажбата на зелените сертификати, заради екологичната електрогенерация.

Разработена е специална компютърна програма, която предварително да изчислява, оптималните наклони на отражателите, например, помесечно и те ръчно да се преместват. Със същата програма се изчисляват и оптималните размери на рефлекторите, в зависимост от габаритите и стационарния наклон на модулите. Фотоволтаиците също могат да променят наклоните си, едновременно или не, с наклоните на отражателите. Тази програма служи и за проектиране на фотоволтаични инсталации с отражатели, съгласно изобретението.
И накрая, същата програма се ползва за определяне стационарната позиция и размерите на рефлекторите при неподвижното им монтиране. Изчисленията показаха, че с неголеми по размер отражатели може да се постигне висока отражателна ефективност.

Повече за фотоволтаичните паркове вижте на www.solextra.eu  и на  www.b2b.bg/newenergy.html

Гореописаната отражателна система за фотоволтаични модули има най-различни приложения. Едно от тях е за автономно електрозахранваното улично осветление от фотоволтаични модули. Съкратеното му патентно описание следва:

ИНТЕЛИГЕНТНА УЛИЧНА ОСВЕТИТЕЛНА СИСТЕМА СЪС СВЕТОДИОДИ
Изобретение под патентна защита

Настоящето изобретение се отнася до интелигентна улична осветителна система със светодиоди, предназначена за намаляване на електроконсумацията на уличното осветление. По-специално, тя е предназначена за индивидуално автономно електрозахранване от електрогенератори, работещи за сметка слънчева, вятърна енергия или с хибридно ветро-фотоволтаично електрозахранване.

Предшестващо състояние на техниката
За да се намали електроконсумацията на уличното осветление все по-масово се използват светодиоди, комплектовани с различни видове увеличителни лещи и/или отражателни (рефлекторни) системи
Китай е водеща страна в света, където се произвеждат светодиодни улични осветители, захранвани от фотоволтаици. Най-активни изобретатели на такива осветители са китайските изобретатели.
Едно такова решение е известно от патент на Китай № CN101101096. В него е описан отражател с овални отражателни стени, формиращи бедрата на равнобедрено криволинейно трапецовидно сечение на отражателя, като в късата му права страна има отвори за светодиоди, подредени в една права линия, а дългата му права страна е отворена. Такива еднакви отражатели са монтирани неподвижно, успоредно един на друг в обща кутия, и формират едно осветително тяло.
Описаното техническо решение има поне четири важни недостатъка:
Първият е, че то е с неподвижни отражатели, които не могат да се местят и осветителното тяло с тях винаги осветява една и съща площ.
Вторият е, че не е предвидено, нито ръчно, нито автоматично, да се регулират (завъртат) отражателите, в зависимост от местоположението на трасетата на минаващите обекти по осветяваните пътни ленти.
Третият е, че не е предвидено автоматично да се регулира силата на светеното на диодите, или да светят отделни групи от тях, в зависимост от интензивността на движението по осветяваните трасета.
Четвъртият недостатък е, че в резултат на изброените недостатъци се преразходва електроенергия за осветяване на невинаги нужни места с невинаги подходяща сила на светлината. А това е особено важно, когато енергийните първоизточниците са вятър и слънце, които невинаги гарантират достатъчно електроенергия, особено след няколко дни слаб вятър и облачно време.

Цел на настоящото изобретение е да се създаде енергоикономична интелигентна улична осветителна система със светодиоди, която да може автоматично да насочва излъчваната светлина в нужното направление и автоматично да регулира силата на светеното й.
Основната цел е постигната чрез интелигентна улична осветителна система със светодиоди, включваща няколко еднакви успоредни помежду си отражатели, всеки със сечение като на равнобедрен криволинеен трапец с еднакви бедра и къса страна, в която има линейно разположени отвори за светодиоди, а дългата страна на трапеца е отворена. Системата се характеризира с това, че всеки отражател е свързан към надлъжен по оста му вал, монтиран на две лагерни опори, въртящ се от обща рейка, задвижвана от изпълнителен механизъм, получаващ сигнали от компютърен блок, към входовете, на който са свързани изходите от един датчик за местоположението на трасетата на движещите се обекти и друг датчик за интензивност на осветеността.
Допълнителната цел е постигната чрез интелигентна улична осветителна система със светодиоди, при която компютърният блок е свързан и към втори изпълнителен механизъм за управление на силата на светене на светодиодите.

Предимствата на интелигентна улична осветителна система със светодиоди са, че тя е много електроикономична, благодарение на интелигентното управление на направлението и силата на светеното на лампите.
Като следващо предимство ще отбележим, че отражателите могат ръчно да се преместват и насочват еднократно при монтажа на системата и изобщо да няма никаква необходимост от датчици, интелигентно управление, автоматизирана въртяща система и т.н., което значително опростява и поевтинява осветлението като цяло.
Важно предимство е универсалността на лампите, съгласно изобретението, защото те са напълно еднакви и винаги могат да се монтират пряко под фотоволтаичните панели. Само с подходящо насочване (включително ръчно и еднократно при монтажа) те осветяват необходимите места. А подпанелният им монтаж не изисква допълнителни конзоли, което олекотява и поевтинява като цяло стълба и фундамента му.
Инвестиционните преимущества на интелигентна улична осветителна система със светодиоди, съгласно изобретението са, че чрез нея инвестициите се възвръщат по-бързо, защото допълнителните разходи за отражателите са малки, в сравнение с допълнително генерираното електричество. Затова размерите на фотоволтаичните панели са малки и те не оказват голямо съпротивление на вятъра, а в най-критичния ветрорежим фотоволтаиците заслоняват и предпазват слънцеотражателите. В резултат върховото усилие върху стълбовете е малко и не се изискват усилени стълбови и фундаментни конструкции, което също води до поевтиняване на осветлението като цяло.
Важно предимство е универсалността на лампите, защото те са еднакви и винаги се монтират пряко под фотоволтаичните панели и могат ръчно и еднократно при монтажа да се насочват в подходящото направление, при което отпада необходимостта от допълнителни конзоли, което поевтинява като цяло стълба и фундамента му.

 

Съобщение за медиите
от пресконференция в прес-клуб БТА на бул. „Цариградско шосе” 49
11.00 часа, 11 юни, сряда, 2008 г.

Георги Тончев

Новоизобретен български слънчев термо-фотоволтаичен (електрически) когенератор.
Ток и топлина от слънцето.


Петролът е в основата на съвременната индустриална цивилизация. Безпрецедентното нарастване на цената му, която по някои прогнози може да достигне и надхвърли 200 долара за барел през 2009 година, изправя света пред небивало тежка енергийна криза. А като се прибавят и екологичните замърсявания при изгарянето на изкопаемите енергийни ресурси и високите енергийни разходи за добиване на горивата за АЕЦ еднозначно се определя перспективата пред енергетиката. А тя, без никакво съмнение, все повече ще разчита на природосъобразните естествено самообновяващи се енергийни ресурси (ВЕИ). Ако този неизбежен преход, някои експерти очакваха да се интензифицира в близките години, то днешната енергийна ситуация е такава, че еволюционната замяна на конвенционалните енергийни горива с ВЕИ, вече се превръща в революционна.

В челото на зелената енергийна революция е слънчевата енергетика. До земята достига слънчева енергия с мощност около 1000 вата на всеки квадратен метър. Това е колосално количество енергия, което е в състояние да задоволи, след преобразуване, напълно световните нужди от електричество и топлина. А най-ефективните енергийно слънчеви системи едновременно произвеждат електричество и топлина. Те се наричат още и когенератори.

Главен проблем на фотоволтаиците е, че те генерират електрически ток, осветявани само от видимите слънчевите лъчи. А невидимите слънчеви инфрачервени лъчи, които доминират в слънчевия спектър, ги загряват и значително намаляват производителността им. Съществено предимство на когенератора е, че водата в него се затопля от поглъщаните (почти 100%) от нея инфрачервени (топлинни) слънчеви лъчи и така тя препятства попадането им върху фотоволтаика, с което не се допуска прегряването му, поради което той работи с висока ефективност. Водата в когенератора, или воднобазиран топлоносител, представлява същевременно и филтър за топлинните лъчи, като пропуска светлинните, а само те се преобразуват в електричество от фотоволтаика. В това се състои и енергийният „win-win” ефект в когенератора, заради което безплатното слънчево греене се преобразува в ток и топлина по много ефективен начин, с коефициент на полезно действие достигащ 90%.

Когенераторът произвежда едновременно топла вода, топъл въздух и електричество (три в едно). Той има две камери.

Едната е огледална концентрираща слънчевите лъчи камера, във фокуса на която е фотоволтаикът. Другата камера е с черни стени, които се нагряват и въздухът в нея се загрява. В огледалната камера, между отражателните й стени и фотоволтаика циркулира прозрачен топлоносител (например вода), който изцяло поглъща топлоносещите инфрачервени лъчи (служи като инфрачервен филтър и се загрява) и пропуска само фокусираната видима светлина към фотоволтаика, която не го загрява и изцяло се преобразува в електричество. Така фотоволтаикът се предпазва от нагряване и работи с висока ефективност. Същевременно топлината от инфрачервените лъчи се усвоява най-пълно по два начина - чрез загряване на течния топлоносител в огледалната камера и загряване на въздуха в черната камера. Двете камери може да не са отделени, а в огледалната топлоносителят да е в прозрачна тръба. В такива случаи фотоволтаикът е извън камерата.

При двукамерна конструкция, всяка от двете камери може да бъдат разделена на две части, а във всяка от огледалните части може да има по един вертикален фотоволтаик. Големините и формите на камерите, както и местоположението и ориентацията на фотоволтаика/ците в тях, се определя според нуждите на консуматора в различните пропорции "ток : топла вода : топъл въздух". А цялостната конструкция на когенератора се проектира, според това дали е неподвижен или следва движението слънцето по азимутно, зенитно или и по двете направления едновременно.

Структурата на когенератора е такава, че максимално да усвоява слънчевата енергия. Например, ако по някаква причина огледалният слой потъмнее, то ще се намали отражателната му способност и съответно електропроизводството, но ще се увеличи топлопроизводството, защото слънчевите лъчи ще загряват отражателите, т.е. те ще поглъщат част от слънчевите лъчи (загряване), а останалите ще ги отразяват и пречупват към фотоволтаика за електропроизводство. Така се получава енергийна самокомпенсация и общата енергийна ефективност на когенератора остава почти непроменена. В случая енергийните «топлинни» загуби се преобразуват почти 1:1 в оползотворена топлинна енергия.

Обратното – ако черните стени на когенератора, по някаква причина намалят 100-процентовата си поглъщаемост на слънчевите лъчи, то непогълнатите лъчи ще се пречупят и отразят вътре в камерите, с което пак ще предизвикат загряване, и/или част от тях ще се насочат към фотоволтаика и ще увеличат електрогенерацията му. В случая намаляването на топлопроизводството може да се самокомпенсира (повече или по-малко) от увеличено електропроизводство.

Новоизобретеният слънчев термо-фотоволтаичен когенератор е подходящ за отопление (и електронужди) на сгради, болници, училища, детски градини, административни сгради, спортни центрове, хотели, къщи, оранжерии, гъбарници, промишлени сгради, промишлени инсталации за отопление и подгряване на вода, горещ въздух за изсушаване на плодове, зеленчуци, билки, тютюн, царевица, пшеница, както и за производствени технологични процеси, включително в енергетиката за отопление на така наречените "слънчеви градове". Така също и за нагряване, затопляне на басейни и битова вода, за охлаждане с топлинно захранвани климатици и т.н.. Когенераторът може да се ползва самостоятелно, както и в различни комбинации с термопомпи, за битово и промишлено отопление/охлаждане, при което необходимото електрозахранване за термопомпите се осигурява също от когенератора. Слънчевият когенератор, самостоятелно или в комбинация с реактивна вятърна турбина, може да осигурява енергийните нужди на несвързани към електрическата мрежа сгради и така наречените "zero energy homes" - къщи с нулев разход на енергия.

Концентрацията на слънчевите лъчи позволява значително поевтиняване на изобретените когенератори като цяло, защото вместо скъпи фотоволтаици се използват сравнително евтини слънчеви рефлекторни или лещови (френелови и други) концентратори или различни комбинации лещи/рефлектори-огледала.

Собствениците на такива когенератори стават производители на електричество, за което могат да се възползват от високите преференциални изкупни цени за ток, произведен от фотоволтаици, а също и от Евросубсидии, достигащи до 90% за частни фирми, а за държавни и общински обекти - 100%. Проекти с такива когенератори се субсидират приоритетно по всички оперативни европрограми.

Повече информация за когенератора вижте на: www.tonchev.org/pvtermocogeneratorvideo.html

За иновации в слънчевата когенерация повече може да прочетете тук 

 

Георги Тончев

София - 1784, бул. Йерусалим 39А,  Тел.: 02 8760 431, 02 8770 481, 0897 872 857, Е-mail: mig@bulinfo.net

George Tonchev

Inventions & Technologies of Renewable Energy

Inventor and patent holder: George Tonchev

39A, Jerusalem Street. Sofia, BG - 1784,  E-mail me  Voice / Fax: +3592 8760 431, +3592 8770 481, +3598 9787 2857

 

 

 

language="javascript">