Когда в 2012 году Япония ввела национальную программу льготных тарифов на электроэнергию (FIT), регион Тохоку, пострадавший от землетрясения и цунами в марте 2011 года, стал одной из важнейших площадок для испытаний крупномасштабных фотоэлектрических (PV) электростанций. Одним из проектов, реализованных в рамках восстановительных работ, стала фотоэлектрическая электростанция «Исиномаки-Нумазу» — наземная станция мощностью около 14 МВт (постоянного тока), построенная на месте бывшего поля для гольфа в городе Исиномаки префектуры Мияги. Введенная в эксплуатацию 1 сентября 2017 года, станция рассчитана на выработку около 16,08 млн кВт·ч экологически чистой электроэнергии в год — этого достаточно для покрытия годового потребления примерно 4 400 обычных японских домохозяйств.

Для разработчиков проектов, EPC-подрядчиков и инвесторов, занимающихся оценкой солнечных фотоэлектрических панелей для крупных электростанций, Исиномаки — это нечто большее, чем просто набор цифр. Он демонстрирует, как ограниченные условия на участке, пострадавшем от стихийного бедствия, суровый климат и 20-летний договор на покупку электроэнергии в совокупности определяют точные требования к характеристикам солнечных панелей. В данном тематическом исследовании подробно рассматривается проект, инженерные решения, принятые в его рамках, а также уроки, которые покупатели должны учесть при выборе поставщиков.

Таблица 1. Краткая информация о проекте — Фотоэлектрическая электростанция «Исиномаки-Нумазу»

1. Превращение заброшенного поля для гольфа в электростанцию

Одним из самых примечательных решений в Исиномаки является само местоположение проекта: заброшенное поле для гольфа площадью около 22 гектаров на окраине города. Подобное повторное использование заброшенных промышленных территорий является привлекательным в Японии, где равнинные участки, пригодные для застройки, являются дефицитом, а плодородные сельскохозяйственные угодья находятся под охраной. Благодаря реконструкции уже выровненного и осушенного участка застройщик избежал конкуренции с сельским хозяйством и сократил сроки получения разрешений.

Однако поля для гольфа — это не ровные поля. Их холмистые склоны, площадки для удара и заросли создают неровный рельеф, неоднородную глубину грунта и нерегулярный дренаж. Инженерная команда решила работать в согласии с рельефом, а не против него: при подготовке участка они использовали существующий рельеф для расширения площади, доступной для установки солнечных фотоэлектрических панелей, проводя планировку только там, где это было абсолютно необходимо. Кроме того, в соответствии с постановлением префектуры Мияги был построен специальный регулирующий пруд, чтобы ливневые стоки с обширной территории, покрытой панелями, подвергались контролю до попадания в местные водотоки.

Вместо того чтобы навязывать единую схему размещения стеллажей на всей территории объекта, команда разделила массивы на четыре основных типа и подобрала каждый тип с учетом грунтовых условий соответствующей зоны. Крупные массивы станции были построены с использованием четырёх модулей, установленных в вертикальной (портретной) ориентации, что позволило разместить больше панелей на одной несущей конструкции и помогло проектной команде достичь оптимального коэффициента преобразования энергии для имеющейся площади. В результате получился проект, который выглядит как созданный специально для этого участка, а не навязанный ему.

2. Проектирование солнечных фотоэлектрических панелей и массивов с учетом климатических условий префектуры Мияги

Префектура Мияги расположена на тихоокеанском побережье региона Тохоку, известного обильными зимними снегопадами, периодическими ветрами силы тайфуна, высокой влажностью и, конечно же, высокими сейсмическими нагрузками. Любая солнечная фотоэлектрическая панель, установленная здесь, должна выдерживать снеговую нагрузку на поверхности модуля, значительные перепады температур между летней жарой и зимними морозами, прибрежный соленый туман и вибрацию при землетрясениях. Мощность 14 МВт постоянного тока / 10 МВт переменного тока — с небольшим превышением мощности переменного тока над постоянным — также типична для зрелых японских проектов по льготным тарифам (FIT): это позволяет извлечь больше киловатт-часов из инвертора и подключения к сети в месяцы с низкой инсоляцией, а именно в это время короткие и снежные дни Тохоку играют важную роль.

Стоит подробнее остановиться на вертикальной установке. В снежных климатических условиях вертикально ориентированные ряды быстрее сбрасывают снег, чем широкие горизонтальные массивы, и снижают риск длительных зимних простоев. Кроме того, при такой установке легче справляться с загрязнением лицевой стороны панелей. Каждый тип массива, выбранный для Исиномаки, представляет собой компромисс между энергетической отдачей, нагрузкой на конструкцию и долгосрочной обслуживаемостью — те же самые компромиссы, которые покупатели в любом регионе с четырьмя сезонами должны учитывать при составлении технических требований к панелям и опорным системам.

Также стоит отметить соотношение мощности 14 МВт постоянного тока к 10 МВт переменного тока. Коэффициент завышения мощности при преобразовании постоянного тока в переменный, составляющий около 1,4, широко распространен в регионах, где зимняя инсоляция низкая, а летние пики кратковременны: это позволяет инверторам работать ближе к полной нагрузке в течение большего количества часов в году, выравнивая годовую производительность, а не стремясь к достижению одного летнего пика. Для покупателей модулей это означает, что выбранные вами солнечные фотоэлектрические панели будут большую часть своего срока службы работать при частичной нагрузке, когда низкий температурный коэффициент и эффективность при слабом освещении имеют такое же значение, как и номинальная мощность.

3. Почему качество панелей определяет окупаемость инвестиций за 20 лет

В рамках японской программы FIT электроэнергия, вырабатываемая в Исиномаки, продается компании «Тохоку Электрик Пауэр» по долгосрочному контракту с гарантированным тарифом. Такая структура полностью меняет суть работы солнечных фотоэлектрических панелей: эффективность станции оценивается не в день её ввода в эксплуатацию, а по тому, сможет ли она в течение двух десятилетий и далее поддерживать выработку на уровне, близком к номинальной мощности.

Для проекта, привлекательного с точки зрения финансирования и поддерживаемого институциональным инвестором, таким как GE Energy Financial Services, это означает, что сами модули должны соответствовать требованиям, необходимым для получения банковского финансирования. На практике это сводится к краткому перечню обязательных технических характеристик: сертификация по стандартам IEC 61215 и IEC 61730 в отношении конструкции и безопасности; высокая устойчивость к PID (деградации, вызванной потенциалом) при воздействии высокой температуры и влажности; низкий начальный показатель LID; линейная гарантия производительности сроком на 25 лет с годовым снижением мощности, как правило, на уровне не более 0,5–0,7 процента; а также стабильное и отслеживаемое качество производства во всех партиях, поставляемых на объект. В прибрежных и снежных регионах дополнительным преимуществом являются испытания на воздействие солевого тумана и снеговой нагрузки.

Существует также аргумент, связанный с энергетической плотностью. Поскольку вся станция должна разместиться на фиксированной площади в 220 000 м², каждый дополнительный процент эффективности модулей напрямую приводит к увеличению количества киловатт-часов в течение всего срока эксплуатации станции — и, соответственно, к дополнительным доходам по договору. Выбор самой дешёвой солнечной фотоэлектрической панели в расчёте на ватт выглядит привлекательно на первый взгляд, но модуль, который быстрее теряет эффективность, выходит из строя из-за PID или требует частой замены, незаметно подрывает тот самый денежный поток, на который рассчитывали инвесторы, участвующие в программе FIT.

4. Результаты и влияние на сообщество

С момента ввода в коммерческую эксплуатацию 1 сентября 2017 года станция “Исиномаки-Нумазу” поставляет в региональную энергосистему около 16,08 млн кВт·ч солнечной электроэнергии в год — это соответствует годовому потреблению примерно 4 400 обычных домохозяйств. Название компании-застройщика — «Исиномаки Кизуна ГК» — напоминает о контексте: «кизуна» в переводе с японского означает «связи», и станция является частью более широких усилий по восстановлению города, который потерял более 6 000 жителей в результате цунами 2011 года.

Помимо мегаватт-часов, проект демонстрирует воспроизводимую модель: частный капитал для финансирования инфраструктуры, международный опыт в сфере EPC, рекультивированная заброшенная промышленная площадка и специализированная команда по эксплуатации и техническому обслуживанию, отвечающая за круглогодную готовность станции к работе. Именно такой проект стал эталоном для солнечных электростанций сетевого масштаба во всей Восточной Азии.

5. Рекомендации для покупателей, закупающих солнечные фотоэлектрические панели

Какие выводы должны сделать застройщик или EPC из опыта Исиномаки при выборе солнечных фотоэлектрических панелей для следующей электростанции?

Во-первых, ориентируйтесь на климатические условия, а не на цену на ценнике. Снег, соль, высокие температуры и сейсмические нагрузки должны определять сертификацию модулей, конструкцию каркаса, выбор стекла и ориентацию монтажа ещё до того, как речь зайдёт о бюджете. Во-вторых, требуйте надежной документации: полную сертификацию по стандартам МЭК, линейные гарантии на производительность сроком на 25 лет, отслеживаемость партий продукции и производителя, способного просуществовать на протяжении всего срока эксплуатации проекта. В-третьих, стандартизируйте использование одной модели модулей на всей площадке, чтобы обеспечить простоту поставки запасных частей, обучения персонала и технического обслуживания на протяжении десятилетий. В-четвертых, рассматривайте планировку площадки как часть выбора оборудования: даже правильная панель в неправильной геометрии массива будет работать неэффективно.

Именно поэтому интегрированный производитель — то есть компания, которая под одной крышей занимается разработкой и производством солнечных элементов, фотоэлектрических модулей, литиевых аккумуляторов и готовых солнечных систем — как правило, получает заказы на крупные объекты. Теперь не нужно координировать работу четырёх разных поставщиков: производителей элементов, ламинатов для модулей, системных интеграторов и сервисных служб, обеспечивающих гарантийное обслуживание.

Наконец, не ограничивайтесь рассмотрением самого модуля и обратите внимание на систему в целом. Современная электростанция мощностью 14 МВт все чаще комплектуется аккумуляторными батареями, системой мониторинга на уровне цепочек и средствами удаленного управления и технического обслуживания. Солнечные фотоэлектрические панели, которые хорошо взаимодействуют с инверторами и накопителями — благодаря согласованным диапазонам напряжения, стабильным температурным коэффициентам и предсказуемым кривым деградации — позволяют извлечь из каждого мегаватт-часа больше пользы, чем можно было бы предположить, исходя только из номинальной мощности. Проект в Исиномаки был реализован до того, как гибридизация с аккумуляторными батареями стала стандартом в Японии, но его инженерная логика по-прежнему служит образцом: подбирайте панели с расчетом на 20-летний климатический и финансовый контракт, а не исходя из предложения, полученного на этой неделе.

О компании JA TECH

Компания JA TECH, основанная в 2007 году, специализируется на разработке, производстве и продаже солнечных элементов, фотоэлектрических модулей, литиевых аккумуляторов и интегрированных солнечных систем. От крупных наземных электростанций, таких как Исиномаки, до коммерческих установок на крышах зданий и систем с аккумуляторными батареями — наша команда инженеров поставляет надежные фотоэлектрические панели, рассчитанные на работу в суровых климатических условиях и имеющие 25-летний срок службы. Если вы планируете реализовать проект наземной, крышной или гибридной солнечной электростанции и хотите получить технические характеристики модулей и цены с учётом местных климатических условий и требований к подключению к сети, обратитесь к нашему отделу продаж для получения индивидуального предложения.

Источники

Данные о проекте, приведенные в данной статье, основаны на пресс-релизе компании juwi Shizen Energy Inc. № PR_88 “Компания juwi Shizen Energy завершила строительство фотоэлектрической электростанции мощностью 14 МВт в Исиномаки-Нумазу, префектура Мияги” (31 января 2018 г.), опубликованных данных о проектах компании Trina Solar, а также данных о электростанциях, содержащихся в базе данных Global Energy Monitor. Марки модулей, фактически установленных на объекте, указаны в документации подрядчиков, выполнивших проектирование, закупку и строительство (EPC); данный пример из практики представлен в качестве справочного материала для инженеров и специалистов по закупкам.