1. Praegune staatus fotogalvaanilise (päikeseenergia) tööstuse

1.1 Globaalse fotogalvaanika turu kiire kasv

Viimastel aastatel on ülemaailmne fotogalvaanikatööstus kogenud plahvatuslikku kasvu. Rahvusvahelise Energiaagentuuri (IEA) andmetel ületas 2023. aastal fotogalvaanilise energia ülemaailmne uus installeeritud võimsus 350 GW ja kumulatiivne installeeritud võimsus ületas 1,5 TW. Riigid ja piirkonnad nagu Hiina, Ameerika Ühendriigid, Euroopa ja India on muutunud fotogalvaanika turu peamisteks liikumapanevateks jõududeks.

- Hiina: Maailma suurima päikesepaneelide turuna lisas Hiina 2023. aastal üle 200 GW päikesepaneelide võimsust, mis moodustab üle 57% kogu maailma uuest paigaldatud võimsusest. Valitsuse poliitiline toetus, tehnoloogia areng ja kulude vähendamine on Hiina päikesepaneelide tööstuse arengu peamised tegurid.

- Euroopa: Venemaa-Ukraina konflikti mõjul kiirendas Euroopa oma energiasiirdeid. 2023. aastal ületas päikesepaneelide uus paigaldatud võimsus 60 GW ning märkimisväärne kasv oli sellistes riikides nagu Saksamaa, Hispaania ja Holland.

- Ameerika Ühendriigid: Inflatsiooni vähendamise seaduse (IRA) innustusel jätkas USA päikesepaneelide turg kasvu ning 2023. aastal paigaldati uut võimsust ligikaudu 40 GW.

- India: India valitsus edendab jõuliselt taastuvenergia arendamist. 2023. aastal ületas päikesepaneelide uus paigaldatud võimsus 20 GW ning eesmärk on saavutada 2030. aastaks 500 GW taastuvenergia paigaldatud võimsus.

1.2Fotogalvaanilise tehnoloogia pidev areng

Fotogalvaanilise tehnoloogia pidev innovatsioon on suurendanud päikeseenergia tootmise efektiivsust ja vähendanud kulusid:

- Suure tõhususega akutehnoloogiad, näiteks PERC, TOPCon ja HJT: PERC (passiveeritud emitteri ja tagakontaktiga) elemendid on endiselt peavoolus, kuid TOPCon (tunneloksiid-passiveeritud kontakt) ja HJT (heteroühendus) tehnoloogiad laiendavad järk-järgult oma turuosa tänu kõrgemale muundamise efektiivsusele (>24%).

- Perovskiidi päikesepatareid: Järgmise põlvkonna fotogalvaanilise tehnoloogiana on perovskiidi elemendid saavutanud laboratoorse efektiivsuse üle 33% ja eeldatavasti on need tulevikus kaubanduslikult tasuvad.

- Kahepoolsed moodulid ja jälgimisalused: Kahepoolsed moodulid võivad suurendada energiatootmist 10–20%, samas kui jälgimisalused optimeerivad päikesevalguse langemisnurka, suurendades veelgi süsteemi efektiivsust.

1.3See Fotogalvaanilise energia tootmise maksumus langeb jätkuvalt

Viimase kümnendi jooksul on fotogalvaanilise energia tootmise maksumus langenud enam kui 80%. Rahvusvahelise Taastuvenergia Agentuuri (IRENA) andmetel on fotogalvaanilise energia globaalne tasandatud elektrienergia maksumus (LCOE) 2023. aastal langenud 0,03–0,05 USA dollarini kWh kohta, mis on madalam kui kivisöe ja maagaasi baasil toodetud elektrienergia puhul, muutes selle üheks konkurentsivõimelisemaks energiaallikaks.

1.4 Energia salvestamise ja fotogalvaanika koordineeritud arendamine

Fotogalvaanilise energia tootmise katkendliku iseloomu tõttu on energiasalvestussüsteemide (nt liitiumakud, naatriumioonakud, vooluakud jne) kooskasutamine muutunud trendiks. 2023. aastal ületas ülemaailmsete fotogalvaaniliste ja energiasalvestusprojektide äsja paigaldatud võimsus 30 GW ning eeldatavasti säilitab see järgmise kümnendi jooksul kõrge kasvumäära.

2. See tähtsus fotogalvaanikatööstuses

2.1 Kliimaküsimustega tegelemine muutuste ja süsinikuneutraalsuse eesmärkide edendamise

Riigid üle maailma kiirendavad oma energiasiirdeid, et vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid. Päikeseenergia kui puhta energia põhikomponent mängib olulist rolli süsinikuneutraalsuse eesmärgi saavutamisel. Pariisi kokkuleppe kohaselt peab taastuvenergia osakaal maailmas 2030. aastaks ületama 40% ja päikeseenergiast saab üks peamisi energiaallikaid.

2.2 Energiajulgeolek ja -sõltumatus

Traditsioonilisi energiaallikaid (nagu nafta ja maagaas) mõjutab suuresti geopoliitika, samas kui päikeseenergia ressursid on laialt levinud ja võivad vähendada sõltuvust imporditud energiast. Näiteks on Euroopa vähendanud oma nõudlust Venemaa maagaasi järele, kasutades selleks suuremahulisi fotogalvaanilisi elektrijaamu, suurendades seeläbi oma energiaautonoomiat.

2.3 Majanduskasvu ja tööhõive edendamine

Fotogalvaanikatööstuse ahel hõlmab mitmeid lülisid, nagu ränimaterjalid, räniplaadid, akud, moodulid, inverterid, kronsteinid ja energia salvestamine, mis on loonud miljoneid töökohti kogu maailmas. Hiina fotogalvaanikatööstuse otseseid töötajaid on üle 3 miljoni ning ka Euroopa ja Ameerika Ühendriikide fotogalvaanikatööstus laieneb kiiresti.

2.4 Maapiirkondade elektrifitseerimine ja vaesuse leevendamine

Arengumaades varustavad fotogalvaanilised mikrovõrgud ja kodumajapidamiste päikesesüsteemid elektriga äärealasid ja parandavad elanike elutingimusi. Näiteks on Aafrikas loodud päikeseenergiasüsteemid aidanud kümnetel miljonitel inimestel elektrita olukorrast pääseda.

3.Ülepingekaitseseadme (SPD) vajadus fotogalvaanilises süsteemis

3.1 Fotogalvaaniliste süsteemide välgulöögi ja pingetõuke ohud

Fotogalvaanilised elektrijaamad paigaldatakse tavaliselt avatud aladele (näiteks kõrbetesse, katustele ja mägedesse) ning on väga haavatavad välgulöökide ja ülepinge mõjude suhtes. Peamised riskid on järgmised:

- Otsene välgulöök: otsene tabamus fotogalvaanilistele moodulitele või tugedele, mis kahjustab seadmeid.

- Indutseeritud välk: välgu elektromagnetiline impulss indutseerib kaablites kõrgepinge, mis kahjustab elektroonikaseadmeid, näiteks invertereid ja kontrollereid.

- Võrgu kõikumised: Võrgu poolel esinevad tööülepinged (nt lülitustoimingud, lühised) võivad kanduda üle fotogalvaanilisele süsteemile.

3.2 Ülepingekaitseseadme (SPD) funktsioon

Liigpingekaitsed on fotogalvaaniliste süsteemide piksekaitse ja ülepingekaitse võtmeseadmed. Nende peamised funktsioonid hõlmavad järgmist:

- Mööduvate ülepingete piiramine: välgulöökide või võrgu kõikumiste tekitatud kõrgepingete kontrollimine ohutus vahemikus.

- Liigvoolude maandamist: Liigvoolude kiire suunamine maasse allavoolu seadmete kaitsmiseks.

- Süsteemi töökindluse suurendamine: välgulöökidest või pingetõrgetest tingitud seadmete rikete ja seisakute vähendamine.

3.3 SPD-de rakendamine fotogalvaanilistes süsteemides

Fotogalvaaniliste süsteemide ülepingekaitse peaks olema projekteeritud mitmel tasandil:

- Alalisvoolupoolse kaitse (fotogalvaanilistest moodulitest inverterini):

- Paigaldage stringi sisendotsa II tüüpi SPD, et vältida indutseeritud välku ja tööülepingeid.

- Paigaldage inverteri alalisvoolu sisendotsa I + II tüüpi SPD, et vähendada otsese ja indutseeritud välgulöögi kombineeritud ohtu.

- Vahelduvvoolu kaitse (inverterist võrku):

- Paigaldage inverteri väljundotsale II tüüpi ülepingekaitse, et vältida võrgupoolset ülepinge sissetungi.

- Paigaldage jaotuskappi III tüüpi ülepingekaitse, et pakkuda tundlikele seadmetele täpset kaitset.

3.4 Ülepingekaitsmete valimise põhipunktid

- Pingetaseme sobitamine: SPD-i maksimaalne pidev tööpinge (Uc) peab olema kõrgem kui süsteemi pinge (näiteks 1000 V alalisvoolu fotogalvaaniline süsteem vajab SPD-d, mille Uc ≥ 1200 V).

- Voolutaluvus: Alalisvoolupoolse SPD nimivool (In) peaks olema ≥ 20 kA ja maksimaalne tühjendusvool (Imax) peaks olema ≥ 40 kA.

- Kaitsetase: Välistingimustes paigaldamisel peab vastama IP65 või kõrgemale kaitsetasemele, mis sobib karmidesse keskkondadesse.

- Sertifitseerimisstandardid: Vastab standardile IEC 61643-31 (fotogalvaaniliste spetsiifiliste SPD-de standard) ja UL 1449 ning muudele rahvusvahelistele sertifikaatidele.

3.5 SPD-i paigaldamata jätmise võimalikud ohud

- Seadmete kahjustused: Täppiselektroonikaseadmed, näiteks inverterid ja jälgimissüsteemid, on ülepingeimpulsside suhtes haavatavad ja remondikulud on suured.

- Elektritootmise kadu: välgulöögid põhjustavad süsteemi seiskamisi, mis mõjutavad elektritootmise kasumit.

- Tuleoht: Ülepinge võib põhjustada elektripõlenguid, mis ohustavad elektrijaama ohutust.

4. Globaalne PV ülepingekaitsme turu trendid

4.1 Turunõudluse kasv

Fotogalvaaniliste paigaldusvõimsuse kiire kasvuga on samaaegselt laienenud ka ülepingekaitsete turg. Prognooside kohaselt ületab fotogalvaaniliste SPD-de ülemaailmse turu maht 2025. aastaks 2 miljardit USA dollarit, mille liitkasvumäär on 15%.

4.2 Tehnoloogilise innovatsiooni suund

- Intelligentne SPD: Varustatud voolu jälgimise ja rikkehäire funktsioonidega ning toetab kaugjuhtimist.

- Kõrgemad pingetasemed: kõrgema pingereitinguga (näiteks 1500 V) SPD-d on muutunud peavooluks.

- Pikem eluiga: Uute tundlike materjalide (näiteks tsinkoksiidkomposiittehnoloogia) kasutamine suurendab SPD-de vastupidavust.

4.3 Poliitika ja standardne reklaamimine

- Rahvusvahelised standardid, näiteks IEC 62305 (piksekaitse standard) ja IEC 61643-31 (fotogalvaaniliste SPD-de standard), nõuavad, et fotogalvaanilised süsteemid oleksid varustatud ülepingekaitsega.

- Hiinas on fotogalvaaniliste elektrijaamade piksekaitse tehnilised kirjeldused (GB/T 32512-2016) selgelt sätestanud piksekaitselülitite valiku ja paigaldamise nõuded.

5.Kokkuvõte: fotogalvaanikatööstus ei saa ilma ülepingekaitsmeteta hakkama

Fotogalvaanikatööstuse kiire areng on andnud tugeva tõuke ülemaailmsele energiasiirdele. Siiski ei saa ignoreerida välgulöökide ja ülepingeohtu. Ülepingekaitsmed kui fotogalvaaniliste süsteemide ohutu töö peamine tagatis saavad tõhusalt vähendada seadmete kahjustamise ohtu, parandada energiatootmise efektiivsust ja pikendada süsteemi eluiga. Tulevikus, fotogalvaaniliste seadmete pideva kasvu ja nutikate võrkude arenguga, saavad suure jõudlusega ja väga töökindlatest ülepingekaitselülititest fotogalvaaniliste elektrijaamade olulised komponendid.

Fotogalvaaniliste investorite, EPC-ettevõtete ning käitus- ja hooldusmeeskondade jaoks on kvaliteetsete ja rahvusvahelistele standarditele vastavate ülepingekaitsete valimine ülioluline meede, et tagada elektrijaama pikaajaline stabiilne töö ja maksimeerida investeeringutasuvust.