1. Núverandi staða sólarorkuiðnaðurinn (ljósaorkuiðnaðurinn)

1.1 Hraður vöxtur alþjóðlegs sólarorkumarkaðar

Á undanförnum árum hefur alþjóðlegur sólarorkuiðnaður orðið vitni að sprengikrafti. Samkvæmt gögnum frá Alþjóðaorkustofnuninni (IEA) fór ný uppsett afkastageta sólarorku árið 2023 yfir 350 GW og samanlögð uppsett afkastageta fór yfir 1,5 TW. Lönd og svæði eins og Kína, Bandaríkin, Evrópa og Indland hafa orðið helstu drifkraftar á markaði fyrir sólarorku.

- Kína: Sem stærsti sólarorkumarkaður heims bætti Kína við yfir 200 GW af sólarorkuframleiðslugetu árið 2023, sem nemur meira en 57% af nýrri uppsettri afkastagetu í heiminum. Stuðningur stjórnvalda, tækniframfarir og kostnaðarlækkun eru lykilþættirnir sem knýja áfram þróun sólarorkuiðnaðar Kína.

- Evrópa: Fyrir áhrifum af átökum Rússlands og Úkraínu hraðaði Evrópa orkuskiptum sínum. Árið 2023 fór ný uppsett afkastageta sólarorkuvera yfir 60 GW, með verulegum vexti í löndum eins og Þýskalandi, Spáni og Hollandi.

- Bandaríkin: Hvatning frá verðbólgulögum (IRA) hélt markaðurinn fyrir sólarorkuframleiðslu í Bandaríkjunum áfram að vaxa og ný uppsett afkastageta nam um það bil 40 GW árið 2023.

- Indland: Indversk stjórnvöld hvetja ötullega til þróunar endurnýjanlegrar orku. Árið 2023 fór ný uppsett afkastageta sólarorkuvera yfir 20 GW, með það að markmiði að ná 500 GW af uppsettri afkastagetu endurnýjanlegrar orku fyrir árið 2030.

1.2Stöðugar framfarir í sólarorkutækni

Stöðug nýsköpun í sólarorkutækni hefur leitt til aukinnar skilvirkni og lægri kostnaðar við framleiðslu sólarorku:

- Hágæða rafhlöðutækni eins og PERC, TOPCon og HJT: PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) rafhlöður eru enn vinsælar, en TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) og HJT (Heterojunction) tækni er smám saman að auka markaðshlutdeild sína vegna meiri umbreytingarnýtni (>24%).

- Perovskít sólarsellur: Sem næsta kynslóð sólarorkutækni hafa perovskítsellur náð yfir 33% skilvirkni í rannsóknarstofum og er búist við að þær verði hagkvæmar í framtíðinni.

- Tvíhliða einingar og rakningarfestingar: Tvíhliða einingar geta aukið orkuframleiðslu um 10% til 20%, en rakningarfestingar hámarka sólarljósshornið og auka enn frekar skilvirkni kerfisins.

1.3Hinn Kostnaður við sólarorkuframleiðslu heldur áfram að lækka

Á síðasta áratug hefur kostnaður við sólarorkuframleiðslu lækkað um meira en 80%. Samkvæmt IRENA (Alþjóðastofnun endurnýjanlegrar orku) hefur alþjóðlegur rafmagnskostnaður (LCOE) fyrir sólarorku árið 2023 lækkað í 0,03 - 0,05 Bandaríkjadali á kWh, sem er lægra en kostnaður við orkuframleiðslu með kolum og jarðgasi, sem gerir hana að einni samkeppnishæfustu orkulindinni.

1.4 Samræmd þróun orkugeymslu og sólarorku

Vegna óreglulegrar eðlis sólarorkuframleiðslu hefur notkun orkugeymslukerfa (eins og litíumrafhlöður, natríumjónarafhlöður, flæðirafhlöður o.s.frv.) orðið vinsæl. Árið 2023 fór nýuppsett afkastageta sólarorku- og orkugeymsluverkefna um allan heim yfir 30 GW og búist er við að það haldi áfram miklum vexti á næsta áratug.

2. Hinn mikilvægi sólarorkuiðnaðarins

2.1 Að takast á við loftslagsmál breytingum og eflingu markmiða um kolefnishlutleysi

Lönd um allan heim eru að hraða orkuskiptum sínum til að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda. Sólarorka, sem kjarnaþáttur hreinnar orku, gegnir lykilhlutverki í að ná markmiðinu um „kolefnishlutleysi“. Samkvæmt Parísarsamkomulaginu þarf heimsvísu hlutdeild endurnýjanlegrar orku að ná yfir 40% fyrir árið 2030 og sólarorka verður ein helsta orkulindin.

2.2 Orkuöryggi og sjálfstæði

Hefðbundnar orkugjafar (eins og olía og jarðgas) eru mjög undir áhrifum frá landfræðilegum aðstæðum, en sólarorkuauðlindir eru víða dreifðar og geta dregið úr þörf fyrir innflutta orku. Til dæmis hefur Evrópa dregið úr eftirspurn sinni eftir rússnesku jarðgasi með því að koma upp stórum sólarorkuverum og þar með aukið sjálfstæði sitt í orkumálum.

2.3 Að efla efnahagsvöxt og atvinnu

Keðja sólarorkuiðnaðarins inniheldur marga hlekki eins og kísilefni, kísilþynnur, rafhlöður, einingar, invertera, festingar og orkugeymslur, sem hafa skapað milljónir starfa um allan heim. Beinir starfsmenn í sólarorkuiðnaði Kína eru yfir 3 milljónir og sólarorkuiðnaðurinn í Evrópu og Bandaríkjunum er einnig í örum vexti.

2.4 Rafvæðing dreifbýlis og fátæktarminnkun

Í þróunarlöndum sjá sólarorkuver örnet og sólarkerfi fyrir heimili fyrir rafmagni á afskekktum svæðum og bæta lífskjör íbúa. Til dæmis hafa „sólarkerfi fyrir heimili“ í Afríku hjálpað tugum milljóna manna að flýja úr rafmagnsleysi.

3.Nauðsyn þess að nota spennuvörn (SPD) í sólarorkukerfi

3.1 Hætta á eldingum og straumbylgjum sem sólarorkukerfi standa frammi fyrir

Sólarorkuver eru venjulega sett upp á opnum svæðum (eins og í eyðimörkum, á þökum og í fjöllum) og eru mjög viðkvæm fyrir eldingum og ofspennuáhrifum. Helstu áhætturnar eru meðal annars:

- Beint eldingaráfall: Beint högg á sólarorkueiningar eða undirstöður sem veldur skemmdum á búnaðinum.

- Eldingar: Rafsegulbylgjur frá eldingum valda háspennu í kaplum og skemma rafeindabúnað eins og invertera og stýringar.

- Sveiflur í raforkukerfinu: Rekstrarofspennur á raforkukerfishliðinni (svo sem rofavirkni, skammhlaupsgalla) geta borist í sólarorkukerfið.

3.2 Virkni spennuvarna (SPD)

Yfirspennuvörn er lykilbúnaðurinn fyrir eldingarvarnir og yfirspennuvörn í sólarorkukerfum. Helstu hlutverk þeirra eru meðal annars:

- Takmörkun á tímabundinni ofspennu: Stjórnun á háspennu sem myndast við eldingar eða sveiflur í raforkukerfinu innan öruggs bils.

- Afleiðing straumbylgna: Beina óhóflegum straumum hratt niður í jörðina til að vernda búnað niðurstreymis.

- Að auka áreiðanleika kerfisins: Að draga úr bilunum í búnaði og niðurtíma af völdum eldinga eða spennubylgna.

3.3 Notkun SPD í sólarorkukerfum

Yfirspennuvörn fyrir sólarorkukerfi ætti að vera hönnuð á mörgum stigum:

- Vörn á jafnstraumshliðinni (frá sólarorkueiningum til invertera):

- Setjið upp SPD af gerð II við inngangsenda strengsins til að koma í veg fyrir eldingar og ofspennu í rekstri.

- Setjið upp SPD af gerð I + II við jafnstraumsinntaksenda invertersins til að bregðast við samanlagðri ógn af beinum og framkallaðri eldingum.

- Vernd á riðstraumshliðinni (frá inverter til raforkukerfis):

- Setjið upp SPD af gerð II við útgangsenda invertersins til að koma í veg fyrir ofspennu í raforkukerfinu.

- Setjið upp SPD af gerð III í dreifingarskápinn til að veita nákvæma vörn fyrir viðkvæman búnað.

3.4 Lykilatriði við val á yfirspennuvörnum

- Spennujöfnun: Hámarks samfellda rekstrarspenna (Uc) SPD-sins verður að vera hærri en kerfisspennan (til dæmis þarf 1000Vdc sólarorkukerfi SPD með Uc ≥ 1200V).

- Straumgeta: Nafnútskriftarstraumurinn (In) á jafnstraumsafleiðaranum ætti að vera ≥ 20kA og hámarksútskriftarstraumurinn (Imax) ætti að vera ≥ 40kA.

- Verndunarstig: Uppsetning utandyra verður að uppfylla IP65 eða hærri vernd, hentar fyrir erfiðar aðstæður.

- Vottunarstaðlar: Í samræmi við IEC 61643-31 (staðal fyrir sólarorku-sértæka SPD-a) og UL 1449 og aðrar alþjóðlegar vottanir.

3.5 Hugsanleg áhætta af því að setja ekki upp SPD

- Skemmdir á búnaði: Nákvæm rafeindabúnaður eins og inverterar og eftirlitskerfi eru viðkvæm fyrir spennubylgjum og viðgerðarkostnaðurinn er hár.

- Tap á orkuframleiðslu: Eldingar valda stöðvun kerfa, sem hefur áhrif á hagnað orkuframleiðslunnar.

- Eldhætta: Ofspenna getur valdið rafmagnsbruna og ógnað öryggi virkjunarinnar.

4. Alþjóðlegt Markaðsþróun fyrir PV-bylgjuvörn

4.1 Vöxtur eftirspurnar á markaði

Með hraðri aukningu á afkastagetu sólarorkuvera hefur markaðurinn fyrir spennuvörn einnig stækkað samtímis. Gert er ráð fyrir að alþjóðlegur markaður fyrir spennuvörn fyrir sólarorku muni fara yfir 2 milljarða Bandaríkjadala árið 2025, með 15% samsettum árlegum vexti.

4.2 Stefna tækninýjunga

- Greindur SPD: Búinn með straumvöktun og bilunarviðvörunaraðgerðum og styður fjarstýringu.

- Hærri spennustig: SPD-rofa með hærri spennu (eins og 1500V) eru orðnir almennir.

- Lengri líftími: Notkun nýrra viðkvæmra efna (eins og sinkoxíð-samsettra tækni) eykur endingu SPD-rofa.

4.3 Stefna og staðlaðar kynningar

- Alþjóðlegir staðlar eins og IEC 62305 (eldingarvarnastaðall) og IEC 61643-31 (ljósrafmagns-SPD staðall) krefjast þess að sólarorkukerfi séu búin yfirspennuvörn.

- Í kínversku „Tæknilegar forskriftir um eldingarvarnir sólarorkuvera“ (GB/T 32512-2016) eru skýrar kröfur um val og uppsetningu á SPD.

5.Niðurstaða: Sólarorkuiðnaðurinn getur ekki verið án spennuvarna

Hröð þróun sólarorkuiðnaðarins hefur gefið hnattræna orkuskiptin mikinn kraft. Hins vegar er ekki hægt að hunsa hættu á eldingum og spennubylgjum. Spennuvörn, sem lykilábyrgð á öruggum rekstri sólarorkukerfa, getur á áhrifaríkan hátt dregið úr hættu á skemmdum á búnaði, bætt skilvirkni orkuframleiðslu og lengt líftíma kerfanna. Í framtíðinni, með sífelldum vexti sólarorkuvera og þróun snjallneta, munu afkastamiklir og mjög áreiðanlegir spennuvarnar (SPD) verða nauðsynlegur hluti af sólarorkuverum.

Fyrir fjárfesta í sólarorkuverum, EPC fyrirtæki og rekstrar- og viðhaldsteymi er val á hágæða yfirspennuvörnum sem uppfylla alþjóðlega staðla mikilvæg ráðstöfun til að tryggja langtíma stöðugan rekstur virkjunarinnar og hámarka ávöxtun fjárfestingarinnar.