1. Ағымдағы мәртебе фотоэлектрлік (күн энергиясы) өнеркәсібінің

1.1 Әлемдік фотоэлектрлік нарықтың жылдам өсуі

Соңғы жылдары әлемдік фотоэлектрлік индустрия қарқынды өсімге қол жеткізді. Халықаралық энергетика агенттігінің (ХЭА) мәліметтері бойынша, 2023 жылы фотоэлектрлік қуаттың жаһандық жаңа орнатылған қуаты 350 ГВт-тан асты, ал жиынтық орнатылған қуаты 1,5 ТВт-тан асты. Қытай, Америка Құрама Штаттары, Еуропа және Үндістан сияқты елдер мен аймақтар фотоэлектрлік нарықтың негізгі қозғаушы күштеріне айналды.

- Қытай: Әлемдегі ең ірі күн фотоэлектрлік нарығы ретінде Қытай 2023 жылы 200 ГВт-тан астам күн фотоэлектрлік қуатын қосты, бұл жаһандық жаңа орнатылған қуаттың 57%-дан астамын құрайды. Үкіметтің саяси қолдауы, технологиялық прогресс және шығындарды азайту Қытайдың күн фотоэлектрлік өнеркәсібінің дамуының негізгі факторлары болып табылады.

- Еуропа: Ресей мен Украина арасындағы қақтығыстан зардап шеккен Еуропа энергетикалық көшуді жеделдетті. 2023 жылы күн фотоэлектрлік станцияларының жаңа орнатылған қуаты 60 ГВт-тан асты, Германия, Испания және Нидерланды сияқты елдерде айтарлықтай өсім байқалды.

- Америка Құрама Штаттары: Инфляцияны төмендету туралы заңның (IRA) қолдауымен АҚШ-тың күн фотоэлектрлік нарығы өсуін жалғастырды, 2023 жылы жаңа орнатылған қуаттылығы шамамен 40 ГВт құрады.

- Үндістан: Үндістан үкіметі жаңартылатын энергия көздерін дамытуды белсенді түрде ынталандырады. 2023 жылы күн фотоэлектрлік станцияларының жаңа орнатылған қуаты 20 ГВт-тан асты, ал 2030 жылға қарай 500 ГВт жаңартылатын энергия көздерінің орнатылған қуатына жету мақсаты қойылды.

1.2Фотоэлектрлік технологиядағы үздіксіз прогресс

Фотоэлектрлік технологиядағы үздіксіз инновациялар күн энергиясын өндірудегі тиімділіктің артуына және шығындардың төмендеуіне әкелді:

- PERC, TOPCon және HJT сияқты жоғары тиімді батарея технологиялары: PERC (пассивті эмиттер және артқы жанасу) ұяшықтары негізгі ағым болып қала береді, бірақ TOPCon (туннель оксидінің пассивті жанасуы) және HJT (гетероөткізгіш) технологиялары жоғары конверсия тиімділігіне (>24%) байланысты нарықтағы үлесін біртіндеп кеңейтуде.

- Перовскит күн батареялары: Келесі буын фотоэлектрлік технологиясы ретінде перовскит батареялары зертханалық тиімділікке 33%-дан астам қол жеткізді және болашақта коммерциялық тұрғыдан тиімді болады деп күтілуде.

- Екі бетті модульдер және бақылау бекіткіштері: Екі бетті модульдер қуат өндірісін 10%-дан 20%-ға дейін арттыра алады, ал бақылау бекіткіштері күн сәулесінің түсу бұрышын оңтайландырады, бұл жүйенің тиімділігін одан әрі арттырады.

1.3The Фотоэлектрлік энергия өндіру құны төмендеуді жалғастыруда

Соңғы онжылдықта фотоэлектрлік энергия өндіру құны 80%-дан астамға төмендеді. IRENA (Халықаралық жаңартылатын энергия агенттігі) мәліметтері бойынша, фотоэлектрлік энергияның жаһандық деңгейленген құны (LCOE) 2023 жылы кВт/сағ үшін 0,03 - 0,05 АҚШ долларына дейін төмендеді, бұл көмір мен табиғи газбен өндірілетін энергияға қарағанда төмен, бұл оны ең бәсекеге қабілетті энергия көздерінің біріне айналдырады.

1.4 Энергия сақтау және фотоэлектрлік жүйелерді үйлестірілген дамыту

Фотоэлектрлік энергия өндірудің үзіліссіз сипатына байланысты энергия сақтау жүйелерін (мысалы, литий батареялары, натрий-иондық батареялар, ағынды батареялар және т.б.) бірге пайдалану үрдіске айналды. 2023 жылы жаһандық фотоэлектрлік және энергия сақтау жобаларының жаңадан орнатылған қуаты 30 ГВт-тан асты және алдағы онжылдықта жоғары өсу қарқынын сақтайды деп күтілуде.

2. The маңыздылық фотоэлектрлік өнеркәсіптің

2.1 Климат мәселесін шешу көміртегі бейтараптығы мақсаттарын өзгерту және ілгерілету

Әлем елдері парниктік газдар шығарындыларын азайту үшін энергетикалық көшуді жеделдетуде. Таза энергияның негізгі құрамдас бөлігі ретінде күн энергиясы «көміртегі бейтараптығы» мақсатына жетуде маңызды рөл атқарады. Париж келісіміне сәйкес, 2030 жылға қарай жаңартылатын энергияның жаһандық үлесі 40%-дан астамға жетуі керек, ал күн энергиясы негізгі энергия көздерінің біріне айналады.

2.2 Энергетикалық қауіпсіздік және тәуелсіздік

Дәстүрлі энергия көздеріне (мысалы, мұнай және табиғи газ) геосаясат үлкен әсер етеді, ал күн энергиясы ресурстары кең таралған және импортталатын энергияға тәуелділікті азайта алады. Мысалы, Еуропа ірі көлемді фотоэлектрлік электр станцияларын орналастыру арқылы Ресейдің табиғи газына деген сұранысын азайтты, осылайша өзінің энергетикалық автономиясын арттырды.

2.3 Экономикалық өсімді және жұмыспен қамтуды ынталандыру

Фотоэлектрлік өнеркәсіп тізбегі кремний материалдары, кремний пластиналары, батареялар, модульдер, инверторлар, кронштейндер және энергия сақтау сияқты көптеген буындарды қамтиды, бұл бүкіл әлемде миллиондаған жұмыс орындарын құрды. Қытайдың фотоэлектрлік индустриясындағы тікелей қызметкерлер саны 3 миллионнан асады, ал Еуропа мен Америка Құрама Штаттарындағы фотоэлектрлік өнеркәсіп те тез дамып келеді.

2.4 Ауылдық жерлерді электрлендіру және кедейшілікті азайту

Дамушы елдерде фотоэлектрлік микрожелілер мен тұрмыстық күн энергиясы жүйелері шалғай аудандарды электр қуатымен қамтамасыз етеді және тұрғындардың өмір сүру жағдайларын жақсартады. Мысалы, Африкадағы «Күн энергиясымен жұмыс істейтін үй жүйелері» ондаған миллион адамға электр қуатының жоқтығынан құтылуға көмектесті.

3.Фотоэлектрлік жүйеде кернеуден қорғау құрылғысының (SPD) қажеттілігі

3.1 Фотоэлектрлік жүйелердің найзағай соққысы және кернеудің жоғарылауы қаупі

Фотоэлектрлік электр станциялары әдетте ашық жерлерде (мысалы, шөлдерде, шатырларда және тауларда) орнатылады және найзағай соққылары мен шамадан тыс кернеу әсеріне өте осал. Негізгі тәуекелдерге мыналар жатады:

- Тікелей найзағай соққысы: Фотоэлектрлік модульдерге немесе тіректерге тікелей соққы жасау, жабдыққа зақым келтіру.

- Индукцияланған найзағай: Найзағайдан пайда болатын электромагниттік импульс кабельдерде жоғары кернеулерді тудырады, инверторлар мен контроллерлер сияқты электрондық құрылғыларды зақымдайды.

- Тордың ауытқулары: Тор жағындағы жұмыс кернеуінің жоғарылауы (мысалы, қосқыштардың істен шығуы, қысқа тұйықталу ақаулары) фотоэлектрлік жүйеге берілуі мүмкін.

3.2 Кернеуден қорғайтын құрылғының (SPD) функциясы

Фотоэлектрлік жүйелерде найзағайдан және асқын кернеуден қорғаудың негізгі жабдықтары кернеуден қорғайтын құрылғылар болып табылады. Олардың негізгі функцияларына мыналар кіреді:

- Өтпелі асқын кернеулерді шектеу: найзағай соққыларынан немесе электр желісінің ауытқуларынан туындайтын жоғары кернеулерді қауіпсіз диапазонда басқару.

- Кернеу токтарын шығару: Ағынды жабдықты қорғау үшін артық токтарды жерге тез бағыттау.

- Жүйенің сенімділігін арттыру: найзағай соққыларынан немесе кернеудің күрт көтерілуінен туындаған жабдықтың істен шығуын және жұмыс істемей қалуын азайту.

3.3 Фотоэлектрлік жүйелерде SPD қолдану

Фотоэлектрлік жүйелерді кернеуден қорғау бірнеше деңгейде жасалуы керек:

- Тұрақты ток жағындағы қорғаныс (фотоэлектрлік модульдерден инверторға дейін):

- Найзағайдан және жұмыс кернеуінің жоғарылауынан туындаған ақаулардың алдын алу үшін тізбектің кіріс ұшына II типті SPD орнатыңыз.

- Тікелей және индукцияланған найзағайдың біріккен қаупін жою үшін инвертордың тұрақты ток кіріс ұшына I + II типті SPD орнатыңыз.

- Айнымалы ток жағындағы қорғаныс (инвертордан электр желісіне дейін):

- Тор жағындағы шамадан тыс кернеудің енуіне жол бермеу үшін инвертордың шығыс ұшына II типті SPD орнатыңыз.

- Сезімтал жабдықты дәл қорғауды қамтамасыз ету үшін тарату шкафына III типті SPD орнатыңыз.

3.4 Кернеуден қорғайтын құрылғыларды таңдаудың негізгі тармақтары

- Кернеу деңгейін сәйкестендіру: SPD-нің ең жоғары үздіксіз жұмыс кернеуі (Uc) жүйе кернеуінен жоғары болуы керек (мысалы, 1000 В тұрақты ток фотоэлектрлік жүйесі Uc ≥ 1200 В болатын SPD қажет).

- Ток сыйымдылығы: Тұрақты ток жағындағы SPD номиналды разряд тогы (In) ≥ 20 кА, ал максималды разряд тогы (Imax) ≥ 40 кА болуы керек.

- Қорғаныс деңгейі: Ашық ауада орнату IP65 немесе одан жоғары қорғаныс деңгейіне сәйкес келуі керек, қатал орталарға жарамды.

- Сертификаттау стандарттары: IEC 61643-31 (фотоэлектрлік арнайы SPD үшін стандарт) және UL 1449 және басқа да халықаралық сертификаттарға сәйкес келеді.

3.5 SPD орнатпаудың ықтимал қауіптері

- Жабдықтың зақымдануы: Инверторлар мен бақылау жүйелері сияқты дәл электронды құрылғылар кернеудің күрт өзгеруіне осал және жөндеу құны жоғары.

- Электр энергиясын өндірудегі шығындар: Найзағай соққылары жүйенің істен шығуына әкеліп соғады, бұл электр энергиясын өндіруден түсетін пайдаға әсер етеді.

- Өрт қаупі: Шамадан тыс кернеу электр станциясының қауіпсіздігіне қауіп төндіріп, электр өрттерін тудыруы мүмкін.

4. Әлемдік Фотоэлектрлік кернеуден қорғайтын құрылғылар нарығының үрдістері

4.1 Нарықтық сұраныстың өсуі

Фотоэлектрлік қондырғылардың қуаттылығының тез өсуімен қатар, кернеуден қорғайтын құрылғылар нарығы да кеңейді. 2025 жылға қарай жаһандық фотоэлектрлік SPD нарығының көлемі 2 миллиард АҚШ долларынан асады, ал жылдық өсу қарқыны (CAGR) 15% құрайды деп болжануда.

4.2 Технологиялық инновация бағыты

- Интеллектуалды SPD: Ағымдағы бақылау және ақаулық дабылы функцияларымен жабдықталған және қашықтан басқаруды қолдайды.

- Жоғары кернеу деңгейлері: жоғары кернеу рейтингі бар (мысалы, 1500 В) SPD негізгі ағымға айналды.

- Ұзақ қызмет ету мерзімі: Жаңа сезімтал материалдарды (мысалы, мырыш оксидінің композиттік технологиясын) пайдалану, SPD-лердің беріктігін арттыру.

4.3 Саясат және стандартты ілгерілету

- IEC 62305 (найзағайдан қорғау стандарты) және IEC 61643-31 (фотоэлектрлік SPD стандарты) сияқты халықаралық стандарттар фотоэлектрлік жүйелердің кернеудің асқын кернеуінен қорғаумен жабдықталуын талап етеді.

- Қытайдағы «Фотоэлектрлік электр станцияларын найзағайдан қорғаудың техникалық сипаттамаларында» (GB/T 32512-2016) SPD таңдау және орнату талаптары нақты көрсетілген.

5.Қорытынды: Фотоэлектрлік индустрия кернеуден қорғайтын құрылғыларсыз жұмыс істей алмайды

Фотоэлектрлік индустрияның қарқынды дамуы жаһандық энергетикалық ауысуға күшті серпін берді. Дегенмен, найзағай соққылары мен кернеудің күрт көтерілу қаупін елемеуге болмайды. Фотоэлектрлік жүйелердің қауіпсіз жұмыс істеуінің негізгі кепілі ретінде кернеуден қорғайтын құрылғылар жабдықтың зақымдану қаупін тиімді түрде азайта алады, электр энергиясын өндіру тиімділігін арттыра алады және жүйенің қызмет ету мерзімін ұзарта алады. Болашақта фотоэлектрлік қондырғылардың үздіксіз өсуімен және ақылды желілердің дамуымен жоғары өнімді және жоғары сенімді SPD-лер фотоэлектрлік электр станцияларының маңызды компоненттеріне айналады.

Фотоэлектрлік инвесторлар, EPC компаниялары және пайдалану және техникалық қызмет көрсету топтары үшін халықаралық стандарттарға сай келетін жоғары сапалы кернеуден қорғайтын құрылғыларды таңдау электр станциясының ұзақ мерзімді тұрақты жұмысын қамтамасыз ету және инвестициялық кірісті барынша арттыру үшін маңызды шара болып табылады.