1. Текущ статус фотоволтаичната (слънчева енергия) индустрия

1.1 Бърз растеж на световния пазар на фотоволтаици

През последните години световната фотоволтаична индустрия отбеляза експлозивен растеж. Според данни на Международната агенция по енергетика (МАЕ), през 2023 г. глобалният нов инсталиран капацитет на фотоволтаична енергия надхвърли 350 GW, а кумулативният инсталиран капацитет надхвърли 1,5 TW. Държави и региони като Китай, Съединените щати, Европа и Индия се превърнаха в основните движещи сили на пазара на фотоволтаици.

- Китай: Като най-големият пазар на слънчеви фотоволтаични системи в света, Китай добави над 200 GW слънчеви фотоволтаични мощности през 2023 г., което представлява повече от 57% от новоинсталирания капацитет в световен мащаб. Подкрепата от страна на правителството, технологичният прогрес и намаляването на разходите са ключовите фактори, движещи развитието на китайската индустрия за слънчева фотоволтаична енергия.

- Европа: Засегната от конфликта между Русия и Украйна, Европа ускори енергийния си преход. През 2023 г. новият инсталиран капацитет на слънчеви фотоволтаични системи надхвърли 60 GW, със значителен ръст в страни като Германия, Испания и Холандия.

- Съединените щати: Насърчен от Закона за намаляване на инфлацията (IRA), пазарът на слънчеви фотоволтаични системи в САЩ продължи да расте, с нов инсталиран капацитет от приблизително 40 GW през 2023 г.

- Индия: Индийското правителство енергично насърчава развитието на възобновяемата енергия. През 2023 г. новият инсталиран капацитет на слънчеви фотоволтаични системи надхвърли 20 GW, с цел постигане на 500 GW инсталиран капацитет на възобновяема енергия до 2030 г.

1.2Непрекъснатият напредък във фотоволтаичната технология

Непрекъснатите иновации във фотоволтаичните технологии доведоха до повишена ефективност и намалени разходи за производство на слънчева енергия:

- Високоефективни технологии за батерии като PERC, TOPCon и HJT: PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) клетките остават основни, но технологиите TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) и HJT (Heterojunction) постепенно разширяват пазарния си дял поради по-високата си ефективност на преобразуване (>24%).

- Перовскитни слънчеви клетки: Като фотоволтаична технология от следващо поколение, перовскитните клетки са постигнали лабораторна ефективност над 33% и се очаква да бъдат търговски жизнеспособни в бъдеще.

- Двустранни модули и проследяващи монтировки: Двустранните модули могат да увеличат производството на енергия с 10% до 20%, докато проследяващите монтировки оптимизират ъгъла на падане на слънчевата светлина, като допълнително повишават ефективността на системата.

1.3The Цената на производството на фотоволтаична енергия продължава да намалява

През последното десетилетие цената на производството на фотоволтаична енергия е спаднала с повече от 80%. Според IRENA (Международна агенция за възобновяема енергия), глобалната изравнена цена на електроенергията (LCOE) за фотоволтаична енергия през 2023 г. е паднала до 0,03 - 0,05 щатски долара за kWh, което е по-ниско от това на производството на електроенергия от въглища и природен газ, което я прави един от най-конкурентните енергийни източници.

1.4 Координирано развитие на съхранението на енергия и фотоволтаиката

Поради непостоянния характер на производството на фотоволтаична енергия, използването на системи за съхранение на енергия (като литиеви батерии, натриево-йонни батерии, проточни батерии и др.) заедно се превърна в тенденция. През 2023 г. новоинсталираният капацитет на глобалните проекти за фотоволтаична енергия и съхранение на енергия надхвърли 30 GW и се очаква да поддържа висок темп на растеж през следващото десетилетие.

2. The важност на фотоволтаичната индустрия

2.1 Справяне с климата промяна и насърчаване на целите за въглероден неутралитет

Държавите по света ускоряват енергийния си преход, за да намалят емисиите на парникови газове. Слънчевата енергия, като основен компонент на чистата енергия, играе ключова роля за постигането на целта за „въглеродна неутралност“. Според Парижкото споразумение, до 2030 г. глобалният дял на възобновяемата енергия трябва да достигне над 40%, а слънчевата енергия ще се превърне в един от основните енергийни източници.

2.2 Енергийна сигурност и независимост

Традиционните енергийни източници (като петрол и природен газ) са силно повлияни от геополитиката, докато ресурсите от слънчева енергия са широко разпространени и могат да намалят зависимостта от вносна енергия. Например, Европа намали търсенето си на руски природен газ чрез разполагане на големи фотоволтаични електроцентрали, като по този начин увеличи енергийната си автономност.

2.3 Насърчаване на икономическия растеж и заетостта

Веригата на фотоволтаичната индустрия включва множество звена, като силициеви материали, силициеви пластини, батерии, модули, инвертори, скоби и съхранение на енергия, които са създали милиони работни места по целия свят. Преките служители във фотоволтаичната индустрия в Китай надхвърлят 3 милиона, а фотоволтаичните индустрии в Европа и Съединените щати също се разрастват бързо.

2.4 Електрификация на селските райони и намаляване на бедността

В развиващите се страни фотоволтаичните микромрежи и домакинските слънчеви системи осигуряват електричество на отдалечени райони и подобряват условията на живот на жителите. Например, „Слънчевите домашни системи“ в Африка са помогнали на десетки милиони хора да се измъкнат от състоянието на липса на електричество.

3.Необходимостта от устройство за защита от пренапрежение (SPD) във фотоволтаичната система

3.1 Рискове от мълнии и пренапрежение, пред които са изправени фотоволтаичните системи

Фотоволтаичните електроцентрали обикновено се инсталират на открити пространства (като пустини, покриви на сгради и планини) и са силно уязвими към удари от мълнии и пренапрежение. Основните рискове включват:

- Директен удар от мълния: Директен удар върху фотоволтаични модули или опори, причиняващ повреда на оборудването.

- Индуцирана мълния: Електромагнитният импулс от мълнията индуцира високо напрежение в кабелите, което уврежда електронни устройства като инвертори и контролери.

- Колебания в мрежата: Работните пренапрежения от страната на мрежата (като например действия на превключватели, късо съединение) могат да се предадат на фотоволтаичната система.

3.2 Функция на устройството за защита от пренапрежение (SPD)

Защитите от пренапрежение са ключовото оборудване за мълниезащита и защита от пренапрежение във фотоволтаичните системи. Основните им функции включват:

- Ограничаване на преходните пренапрежения: Контролиране на високите напрежения, генерирани от мълнии или колебания в мрежата, в рамките на безопасен диапазон.

- Разреждане на пренапрегнати токове: Бързо насочване на прекомерните токове към земята за защита на оборудването надолу по веригата.

- Повишаване на надеждността на системата: Намаляване на повреди на оборудването и прекъсвания на работата, причинени от удари от мълнии или пренапрежения.

3.3 Приложение на SPD във фотоволтаични системи

Защитата от пренапрежение за фотоволтаични системи трябва да бъде проектирана на няколко нива:

- Защита от страната на постоянен ток (от фотоволтаични модули до инвертор):

- Инсталирайте SPD тип II на входния край на веригата, за да предотвратите индуцирани мълнии и оперативни пренапрежения.

- Инсталирайте SPD тип I + II на DC входа на инвертора, за да се справите с комбинираната заплаха от директна и индуцирана мълния.

- Защита от страна на променливотоковото захранване (от инвертора към мрежата):

- Инсталирайте SPD тип II на изходния край на инвертора, за да предотвратите проникване на пренапрежение от страната на мрежата.

- Инсталирайте SPD тип III в разпределителния шкаф, за да осигурите прецизна защита на чувствително оборудване.

3.4 Ключови моменти при избора на предпазители от пренапрежение

- Съвпадение на нивото на напрежение: Максималното непрекъснато работно напрежение (Uc) на SPD трябва да е по-високо от системното напрежение (например, фотоволтаична система с напрежение 1000Vdc изисква SPD с Uc ≥ 1200V).

- Токов капацитет: Номиналният разряден ток (In) на DC SPD трябва да бъде ≥ 20kA, а максималният разряден ток (Imax) трябва да бъде ≥ 40kA.

- Ниво на защита: Външният монтаж трябва да отговаря на степен на защита IP65 или по-висока, подходяща за тежки условия на околната среда.

- Стандарти за сертифициране: Съответства на IEC 61643-31 (стандарт за фотоволтаични SPD) и UL 1449 и други международни сертификати.

3.5 Потенциални рискове от неинсталиране на SPD

- Повреда на оборудването: Прецизните електронни устройства, като инвертори и системи за мониторинг, са уязвими към пренапрежения и разходите за ремонт са високи.

- Загуба на производство на електроенергия: Ударите от мълнии причиняват прекъсвания на системата, което влияе върху печалбите от производството на електроенергия.

- Опасност от пожар: Пренапрежението може да предизвика електрически пожари, представляващи заплаха за безопасността на електроцентралата.

4. Глобално Пазарни тенденции на фотоволтаичните защити от пренапрежение

4.1 Растеж на пазарното търсене

С бързото увеличаване на капацитета на фотоволтаичните инсталации, пазарът на предпазители от пренапрежение също се разшири едновременно. Прогнозира се, че размерът на световния пазар на фотоволтаични SPD ще надхвърли 2 милиарда щатски долара до 2025 г., със сложен годишен темп на растеж (CAGR) от 15%.

4.2 Посока на технологичните иновации

- Интелигентен SPD: Оборудван с функции за наблюдение на тока и алармени сигнали за повреда, както и с поддръжка на дистанционно управление.

- По-високи нива на напрежение: SPD с по-високи номинални напрежения (като например 1500V) са се превърнали в масово разпространени.

- По-дълъг живот: Използване на нови чувствителни материали (като например технологията на цинков оксид като композит), повишаващо издръжливостта на SPD устройствата.

4.3 Политика и стандартно насърчаване

- Международни стандарти като IEC 62305 (Стандарт за мълниезащита) и IEC 61643-31 (Стандарт за фотоволтаични SPD) изискват фотоволтаичните системи да бъдат оборудвани със защита от пренапрежение.

- „Техническите спецификации за мълниезащита на фотоволтаични електроцентрали“ (GB/T 32512-2016) в Китай ясно определят изискванията за избор и монтаж на SPD.

5.Заключение: Фотоволтаичната индустрия не може без предпазители от пренапрежение

Бързото развитие на фотоволтаичната индустрия даде силен тласък на глобалния енергиен преход. Рисковете от мълнии и пренапрежение обаче не могат да бъдат пренебрегнати. Устройствата за защита от пренапрежение, като ключова гаранция за безопасната работа на фотоволтаичните системи, могат ефективно да намалят риска от повреда на оборудването, да подобрят ефективността на производството на електроенергия и да удължат живота на системата. В бъдеще, с непрекъснатия растеж на фотоволтаичните инсталации и развитието на интелигентни мрежи, високопроизводителните и високонадеждни устройства за защита от пренапрежение (SPD) ще станат съществени компоненти на фотоволтаичните електроцентрали.

За инвеститорите във фотоволтаични системи, EPC компаниите и екипите за експлоатация и поддръжка, изборът на висококачествени предпазители от пренапрежение, които отговарят на международните стандарти, е ключова мярка за осигуряване на дългосрочна стабилна работа на електроцентралата и максимална възвръщаемост на инвестицията.