Як отримати необмежену кількість електроенергії для своєї бази в No Man s Sky (2022). Сонячна панель Nms

Дослідження масивних плавучих сонячних панелей над озером Насер

Останнім часом технологія плавучих фотоелектричних панелей продемонструвала ряд переваг перед наземними установками, включаючи більш швидке розгортання, менші витрати на обслуговування та вищу ефективність. Озеро Насер. друге за величиною рукотворне прісноводне озеро у світі з площею поверхні майже 5000 квадратних кілометрів. Перебуваючи в одному з найспекотніших регіонів світу, випаровування води призводить до втрати дуже цінних і дефіцитних ресурсів: прісної води. На щастя, озеро також розташоване в дуже багатій на сонячну енергію місцевості. У цій роботі представлено дослідження щодо використання поверхні озера Насер для масового виробництва сонячної енергії, при цьому значно зменшуючи втрати води при випаровуванні з поверхні озера. Проект має потенціал стати одним з найбільших у світі виробників дешевої екологічно чистої електроенергії для Європи та регіону Близького Сходу та Північної Африки (MENA), особливо з урахуванням зусиль, що докладаються для з’єднання країн Північної Африки з європейською суперенергетичною мережею. Дослідження показує, що перша фаза проекту, як очікується, забезпечить близько 16% європейської потреби в електроенергії і заощадить близько 3 млрд м3 прісної води. Наступні етапи забезпечать дешеву зелену енергію для заміщення горючих видів палива в Європі до 2045 року, заощаджуючи при цьому до 10-12 млрд. м3 прісної води, що втрачається через випаровування з озера Насер.

Вступ

Європейський Союз (ЄС) визначив охорону навколишнього середовища та перехід на відновлювані джерела енергії як стратегічні цілі [1]. Європейська переглянута директива з відновлюваної енергетики 2018/2001/EU встановила ціль, що частка відновлюваної енергії (гідроенергія, сонячна енергія та енергія вітру) має досягти або перевищити 32% до 2030 року [2].

У 2016 році Європа споживала майже 3100 ТВт-год/рік [3]. На горючі джерела припадає 48.7% виробленої електроенергії. На вітрову та сонячну енергію припадало 9.7% та 3.5%, відповідно. Однак нещодавній спад виробництва енергії наземного вітру в Німеччині викликає занепокоєння щодо потенціалу вітроенергетики у досягненні європейських екологічних цілей [4].

Дослідження, проведене Інститутом сонячних енергетичних систем Фраунгофера (ISE), вивчило технічний потенціал розгортання сонячних технологій у Північній Африці та його здатність задовольнити європейські потреби в електроенергії [5]. У звіті оцінюється попит на електроенергію Північної Африки та Європи у 5850 ТВт-год у 2050 році та пропонується створити супер-електричну мережу для інтеграції виробництва сонячної енергії в Північній Африці з Європою.

Єгипет вже розпочав реалізацію низки великомасштабних проектів з виробництва сонячної електроенергії. Наприклад, проект Бенбан, 4-ї за величиною сонячної електростанції у світі, спрямований на створення сонячного парку площею понад 37.2 квадратних кілометрів, у південній частині Єгипту. Проект Бенбан має потенціал для виробництва майже 1.7 ГВт, із загальною річною виробничою потужністю 3.8 ТВт-год [6].

Нещодавно плавучі фотоелектричні панелі (FPV) були продемонстровані в декількох регіонах по всьому світу [7, 8]. Технологія FPV обіцяє забезпечити сонячну енергію дешевше, ніж наземні фотоелектричні установки, оскільки вона має вищу ефективність, ніж наземні установки, завдяки охолоджуючому ефекту водної маси. Установки FPV також швидше розгортаються і потребують менших витрат на очищення порівняно з витратами на очищення/обслуговування наземних установок у сухих запилених пустельних районах [9].

Озеро Насер в Єгипті має площу поверхні близько 5000 км 2. Він розташований в одному з найбагатших на сонячну енергію регіонів світу. У цій статті ми представляємо дослідження щодо масового розгортання плавучих фотоелектричних станцій над озером Насер для забезпечення дешевої зеленої електроенергії для Європи та Північної Африки, інтегрованої з європейсько-північноафриканською супермережею [5]. Покриття поверхні озера також може заощадити до 12-16 млрд м3 /рік випаровуваної води, що достатньо для пом’якшення деяких наслідків впливу ефіопської греблі епохи ренесансу на Єгипет. Представлене дослідження має на меті надати комплексний аналіз ключових факторів, щоб допомогти всім зацікавленим сторонам розробити найкращі економічні та інженерні стратегії такого тераскального проєкту, а також стати відправною точкою для подальших економічних, інженерних, соціальних та екологічних досліджень. Наступний розділ містить огляд географічних, гідрологічних та кліматичних факторів озера Насер. Наступні розділи охоплюють проблему випаровування води та водозбереження, потенціал сонячної енергії та оціночну вартість на основі сучасної комерційної технології фотоелектричних установок та технологічних тенденцій. Далі ми обговоримо різні варіанти технологій зберігання енергії та пом’якшення можливого впливу проекту на рибальство та екологію.

Озеро Насер

Озеро Насер з’явилося в результаті будівництва Єгипетської високої греблі в період з 1958 по 1971 рік [10]. Озеро є водосховищем Високої дамби, що простягається приблизно від 21 ° 12

32 пн. ш. і 30°40 32 сх. д. в Судані до 23°58 25 пн. ш. і 32°51 43 сх. д. в Єгипті [11]. Єгипетська частина відома як озеро Насер (див. рис. 1), тоді як частина в Судані відома як озеро Нуба. Однак 83% води озера знаходиться на єгипетській стороні. Довге водосховище має 100 бічних великих рукавів або заток, які називаються Хорс; їх кількість на східному березі більша, ніж на західному. Водосховище оточене скелястою пустельною місцевістю. На заході знаходиться велика пустеля Сахара, в той час як східна сторона пустелі тягнеться до Червоного моря, з кількома прибережними плато висотою 50-100 метрів над рівнем води. Середня ширина озера становить 12 км, середня глибина. 25 метрів, а глибина біля греблі сягає 107 метрів (350 футів) [11].

електроенергії, 2022, сонячна

2.1. Гідрологія та управління водними ресурсами

Знання сезонних та річних коливань рівня поверхні озера Насер є важливим для правильного проектування швартовних систем плавучих корпусів. Повідомляється, що загальна ємність водосховища становить близько 162 куб. км [11], що складається з мертвого об’єму 31.6 куб. км (85-147 м над рівнем моря (ASL)), активне водосховище 90.7 куб. км (147-174 м над рівнем моря), і аварійне сховище для захисту від повеней, яке становить 41 куб. км (175-182 м над рівнем моря); див. Водний рік починається 1 серпня, коли рівень води підтримується на позначці 175 м над рівнем моря. Коли рівень води вище за течією досягає відмітки між 178 м та 183 м, надлишок води спрямовується до пологої форми рельєфу, відомої як Тошківська депресія, та, за необхідності, до аварійних водоскидів. Максимальний рівень утримання води на позначці 180 м НРМ досягається в листопаді. Потім рівень води продовжує знижуватися з січня по липень, оскільки вода скидається для нормального споживання населенням.

Згідно з даними Міністерства водних ресурсів, залежність між площею водної поверхні та периметром озера від рівня води зображена на рисунку 3.

електроенергії, 2022, сонячна

периметр озера пов’язаний з рівнем води за емпіричною формулою

середньомісячний рівень води [13].

Було проведено декілька досліджень з використанням даних супутникового дистанційного зондування для оцінки змін рівня води [14, 15] та об’єму води [16-18]. Ці дослідження допомогли також оцінити щорічні втрати води через випаровування з озера. Середньорічна зміна рівня водної поверхні за даними спостережень з 1992 по 2018 рік становить близько 6 метрів [15], як показано на рисунку 4.

електроенергії, 2022, сонячна

2.2. Клімат

Середні мінімальні та максимальні температури в м. Асуан (близько 7 км на північ від Високої греблі) показані на Рисунку 5. З рисунку видно, що середня максимальна температура влітку становить 42°C градуси, в той час як середня мінімальна температура взимку становить близько 10 градусів [19]. Очевидно, що при виборі будівельного матеріалу та проектуванні електронних компонентів для КПП необхідно враховувати весь діапазон температур навколишнього середовища в районі озера Насер.

електроенергії, 2022, сонячна

Дослідження кліматичних записів регіону Асуан з 1955 по 2013 рік не виявило значних змін клімату внаслідок будівництва Високої дамби. Він також дійшов висновку, що температура на висоті 2 м є основним фактором, що впливає на втрати від випаровування [20].

Швидкість вітру має помірну середньомісячну швидкість близько 3.8 м/с, як показано на рисунку 5, що становить близько 13.7 км/год [20]. Зведені дані сезонної статистики швидкості вітру наведені в таблиці 1. Напрямок вітру переважно північний, як показано на рисунку 6.

електроенергії, 2022, сонячна

Швидкість та напрямок вітру є важливими факторами при проектуванні нахилених ФЕС, а також при проектуванні веж електропередач та зв’язку і для оцінки навантаження на швартовні системи. Кількість опадів на озері Насер становить лише кілька міліметрів на рік [21].

З іншого боку, середній відсоток неба, вкритого хмарами, зазнає відносно невеликих сезонних коливань протягом року. За даними [22], у грудні небо переважно хмарне 25% часу і ясне, переважно ясне або частково хмарне 75% часу. Найбільш ясний період року в Асуані. з середини травня до середини липня. Червень зазвичай є найяснішим місяцем року.

2.3. Температура води

Загалом, температура повітря і води зростає з півночі на південь [23]. Найвища температура води, 34.1°C, була зафіксована в Абу-Сімбелі влітку; найнижча. 16.2°C, на Високій дамбі взимку [24]. Температура води в північній частині озера становить близько 27°C в серпні, 22-23 градуси в листопаді і березні, і 16-17 градусів в лютому. Температура також зменшується з глибиною. На глибині понад 30 метрів температура залишається між 16 і 20°C цілий рік.

Знання температури води є важливим для оцінки ефективності УЗВ. Супутникові знімки були використані для визначення температури поверхневої води [17]. Виявлено, що температура поверхневої води залежить від глибини води. Супутниковий знімок, зроблений у березні, показує, що в середині озера (на великій глибині) температура коливається в межах 12.4 та 18.9°C, на менших глибинах біля берегів. в межах 18.9-21.5°C, тоді як на мілководних ділянках температура поверхневої води становила 21.5 і 25.86°C.

Випаровування води

Квота Єгипту на воду з річки Ніл обмежена приблизно 55 млрд. м3 /рік і, як очікується, буде зменшуватись через зростання попиту на воду з боку інших країн басейну Нілу [25]. Згідно з доповіддю єгипетського уряду [26], загальна кількість населення Єгипту зросла з 22 мільйонів у 1950 році до близько 85 мільйонів у 2010 році (наразі вона досягла майже 100 мільйонів). Населення, ймовірно, досягне від 120 до 150 мільйонів до 2050 року. Єгипет досяг стану водної бідності, коли наявна кількість води накладає обмеження на його національний економічний розвиток [27]. В якості індикатора дефіциту води зазвичай використовується порогове значення в 1000 м 3 /на душу населення/рік. Єгипет вже опустився нижче цього порогу з дев’яностих років, і очікується, що до 2025 року він перетне поріг абсолютного дефіциту в 500 м 3 /на душу населення/рік [26].

Єгипет активізує зусилля для вирішення проблеми дефіциту води за високу ціну [28], пообіцявши виділити 900 млрд єгипетських фунтів (51 млрд дол. США) на національний план управління водними ресурсами протягом 20 років.

Продовжуючи зусилля щодо задоволення своїх зростаючих потреб у воді, Єгипет має намір побудувати найбільші у світі опріснювальні установки для морської води. Загальна існуюча потужність опріснення становить 235 600 м 3 /добу. Нові проекти додадуть загальну потужність понад один мільйон м3 /добу. Встановлена вартість опріснювальних установок становить приблизно 1 млн. євро на кожні 1000 кубометрів на добу встановленої потужності.

З іншого боку, щорічні втрати води на випаровування з озера Насер оцінюються від 12 до 16 млрд кубометрів [29], що становить 20-30% єгипетської частки нільської води. Ця втрата води була відзначена як серйозна національна проблема, оскільки озеро є водним берегом Єгипту.

Оцінка швидкості випаровування з озера Насер з використанням методу енергетичного бюджету коефіцієнта Боуена (BREB) була запропонована в [30]. Коефіцієнт Боуена. це співвідношення між розумним нагріванням і прихованим нагріванням. Відчутний теплообмін пов’язаний з різницею температур, тоді як прихований теплообмін пов’язаний зі зміною станів без зміни температури. Розрахунки базувалися на місцевих метеорологічних та гідрологічних даних з трьох плавучих метеостанцій.

Швидкість випаровування BREB оцінюється за допомогою наступного рівняння:

де. швидкість випаровування в мм/добу. густина води, що випаровується. прихована теплота випаровування (Дж/кг). питома теплоємність води. чиста енергія випромінювання. коефіцієнт Боуена. a

, де. референтна температура. температура поверхні озера. приріст енергії, що зберігається у водоймі. чиста енергія, що надходить у водойму внаслідок притоку та відтоку води.

Середньомісячний показник випаровування BREB коливався в межах 3.від 4 до 13.3 мм/день, із загальним середнім значенням 7.22 мм/добу. Ця оцінка наближається до прийнятої цифри Міністерства водних ресурсів та іригації Єгипту 7.54 мм/день. Автори також порівняли метод BREB з результатами шести традиційних методів кількісної оцінки випаровування.

В іншому дослідженні 2012 року було використано двадцять чотири супутникові знімки за 2008 рік для оцінки максимальних і мінімальних втрат на випаровування з озера при температурі 16.3 та 12.5 мільярдів кубометрів на рік [31].

Хассан [32] оцінив швидкість випаровування з озера Насер за допомогою алгоритму балансу поверхневої енергії для суші (SEBAL). SEBAL. це модель обробки зображень для розрахунку інтенсивності випаровування (ET) на основі супутникових зображень спектрального випромінювання в ближній інфрачервоній (NIR), видимій (VIS) та тепловій інфрачервоній (TIR) частинах спектра [33]. Метод також був адаптований і застосований для великих водних об’єктів у [34].

Рівняння балансу поверхневої енергії має вигляд [32]

де. чиста радіація (Вт/м2 ) на поверхні води. оцінено за спектральними даними Landsat TM озера. де. відчутний тепловий потік. потік випаровування маси води. прихована теплота випаровування. прихований тепловий потік, необхідний для випаровування. приріст енергії, що зберігається у водному об’єкті, і. визначені раніше. і були зроблені на основі гідрологічних і метеорологічних вимірювань, зібраних з трьох плавучих метеорологічних станцій. Інші метеорологічні дані також були виміряні або виведені. Розрахунковий коефіцієнт випаровування становив 6.6 мм/добу [32].

У більш пізньому дослідженні 2018 року [35] було оцінено втрати на випаровування з використанням двох різних методів; перший метод інтегрує методи географічної інформаційної системи (ГІС) та знімки MODIS. Результат показав, що втрати води на випаровування з озера Насер коливаються в межах від 12.3 до 12.9 млрд. м3 на рік. Другий метод виявив, що річні втрати становлять 16.від 3 до 17.4 млрд м3 з використанням даних знімків MERRA та ECMWF (ERA-Interim) [35].

У кількох дослідженнях було запропоновано різні методи зменшення втрат води через випаровування з озера Насер. У дослідженні 2007 року було оцінено декілька методів зменшення випаровування з озера Насер, включаючи плаваючі покривні листи, подібні до тих, що показані на Рисунку 7 (а). Автори також запропонували нову технологію, коли на поверхні води розміщується понтонний каркас, що охоплює квадратні ділянки поверхні площею

заповнений круглими пінопластовими листами, як показано на рисунку 7 (b). Було вивчено кілька варіантів відсоткового покриття та матеріалу покриття. Вони також оцінили середньорічну швидкість випаровування на рівні 6.33 мм/день або близько 2.3 м 3 на м 2 на рік [13].

електроенергії, 2022, сонячна

(a)

електроенергії, 2022, сонячна

(b)

(а) (б)

(а) Приклад комерційних покриттів для запобігання випаровуванню. (b) Запропоновані круглі пінопластові листи [13].

Щоб зменшити втрати від випаровування з озера Насер, у дослідженні 2010 року було запропоновано відключити (повністю або частково) деякі з його вторинних каналів (Хорс) [36].

У нещодавньому дослідженні 2019 року автор розглянув дві схеми компенсації втрат води від випаровування, а саме: модифікацію погоди та збір води з повітря. Дослідження оцінило втрати від випаровування з озера Насер в діапазоні від 5 до 10 мм/день протягом року з середнім значенням 7 мм/день.4 мм/м2 /день. Ці втрати від випаровування оцінюються в 20% від річного споживання води Єгиптом для сільськогосподарських, промислових та побутових потреб [37].

Короткий огляд існуючих методів зменшення випаровування з водних поверхонь був проведений у 2019 році. Методи зменшення випаровування були класифіковані як фізичні методи, біологічні методи та хімічні методи [38]. Фізичні методи, які включають плаваючі або підвісні накриття, можуть заощадити великий відсоток води (від 70 до 95%); однак, їх капітальні витрати є високими. Біологічні методи, такі як плаваючі рослини, вітрозахисні екрани та пальмове листя, можуть забезпечити значне зменшення обсягу випаровування. Однак, для оцінки ефективності їх використання з метою зменшення випаровування необхідно враховувати воду, що виділяється та використовується рослинами на транспірацію. Крім того, занепокоєння щодо довгострокових екологічних наслідків накладає певні обмеження на їх використання.

Хімічні методи, з іншого боку, мають відносно низьку капітальну вартість (на м 2 водної поверхні). Швидкі та прості методи розгортання хімічних методів роблять їх привабливими для фермерських ставків та невеликих озер, але їх ефект залежить від стану поверхні, включаючи хвилі, вітер, течії та температуру. Для великих озер витрати на обслуговування хімічних методів можуть бути значними, оскільки під дією течій, вітру та хвиль хімічні плівки можуть зміщуватися і руйнуватися [38].

Вищезазначені дослідження випаровування послідовно оцінюють щорічні втрати води через випаровування з озера Насер щонайменше як 20% єгипетської квоти з річки Ніл, і не існує життєздатного рішення для вирішення цієї проблеми.

З іншого боку, в літературі встановлено, що ЗПВ сприяють зменшенню втрат води шляхом випаровування з озер [38-40]. Наприклад, у дослідженні [39] в Іспанії представлено теоретичний та експериментальний аналіз покриття поверхневого водосховища площею 4490 м2 плавучими ФЕС. У дослідженні повідомляється, що було досягнуто щорічної економії води на 25%, в той час як було вироблено понад 400 МВт-год відновлюваної енергії на рік. Огляд [40] технологій FPV показав, що плавучі фотоелектричні системи можуть зменшити випаровування до 33% на природних озерах і ставках та 50% на штучних об’єктах.

Сукупна економічна цінність економії води та виробництва електроенергії робить запропонований проект дуже привабливим з економічної точки зору та скорочує час беззбитковості проекту.

Потенціал сонячної енергії

Озеро Насер розташоване в одному з найбагатших на сонячну енергію регіонів світу, як показано на рисунку 8 [41], із середньодобовою сонячною енергією близько 6.72 кВт-год/м 2 глобального горизонтального опромінення (GHI), в той час як середнє пряме нормальне опромінення (DNI) досягає 7.92 кВт-год/день [42]. Середньорічна потужність DNI становить від 320 до 340 Вт/м2. в той час як середньорічна потужність GHI становить від 280 до 290 Вт/м2. Середній потенціал фотоелектричних станцій в регіоні Асуана оцінюється в 2455 кВт-год/рік на квадратний метр [42].

електроенергії, 2022, сонячна

Однак середньодобова падаюча сонячна енергія зазнає певних сезонних коливань протягом року. Найсвітліший період року триває 3.9 місяців, з 28 квітня по 25 серпня, з середньою енергією коротких хвиль 7.6 кВт-год/день на квадратний метр, з середнім піком 8.4 кВт-год/день на квадратний метр. Темний період року, з листопада по 31 січня, має середню падаючу енергію коротких хвиль на квадратний метр 5.3 кВт-год/день. Середньомісячна кількість сонячних годин близька до 322 годин на місяць, як показано на Рисунку 9. Середньорічна кількість сонячних годин становить 3865.0 годин за 2018 рік. Середній показник у липні та серпні перевищує 380 сонячних годин [43]. При використанні недорогих фотоелектричних технологій з ефективністю 21%, ми очікуємо середньодобове виробництво сонячної електроенергії на рівні 1.41 кВт-год/м 2.

електроенергії, 2022, сонячна

У внутрішніх установках відбиття від навколишньої гарячої поверхні землі сприяє перегріву наземних фотоелектричних модулів і знижує ефективність фотоелектричних модулів. Температура негативно впливає на потужність фотоелемента [44, 45]. Типова залежність потужності сонячного елементу від температури показана на рисунку 10. На малюнку показана залежність пікової потужності фотоелектричного модуля від напруги, коли його температура змінюється від 25°C до 65°C з кроком 20 градусів при постійному сонячному випромінюванні 1000 Вт/м2. На рисунку чітко видно негативний вплив підвищеної температури панелі на вихідну потужність панелі.

електроенергії, 2022, сонячна

Кілька досліджень підтвердили вищу ефективність FPV-установок, від 10 до 17.5%, в порівнянні з внутрішніми установками через охолоджуючий ефект водних об’єктів. Наприклад, дослідження продуктивності плавучих фотоелектричних систем потужністю 100 кВт і 500 кВт на водосховищі в Південній Кореї показало, що обидві системи забезпечували більш високу генерацію електроенергії протягом усього періоду випробувань у порівнянні з наземними фотоелектричними системами. Дослідження показало, що плавуча фотоелектрична система має вищу виробничу потужність на 7.6% до 13.5%, ніж у наземних фотоелектричних систем [46]. Моделювання показало, що розміщення сонячних батарей на воді збільшить їх вихід енергії та рівень ефективності на 8-10% [47].

Незважаючи на високу температуру повітря, особливо влітку, температура поверхневої води озера Насер є помірною порівняно з температурою повітря, як показано на Рисунку 11, і може значно підвищити ефективність ФПВ.

електроенергії, 2022, сонячна

Відповідно, виходячи з наведених досліджень та м’якої температури води озера Насер, ми очікуємо від 8 до 13% підвищення ефективності у порівнянні з наземними установками, що працюють при тій самій температурі повітря. Однак, необхідні подальші польові дослідження для отримання точних цифр для підтримки аналізу витрат і вигод операційних компаній.

Аналіз ринку та економіки

Споживання електроенергії в Європі в період з 1990 по 2016 рік показано на Рисунку 12. У 2016 році Європа споживала майже 3100 ТВт-год/рік, що становить близько 8.49 Гіга кВт-год/день [3].

електроенергії, 2022, сонячна

Німеччина, Франція та Великобританія мали найвищі показники виробництва електроенергії у 2016 році серед країн-членів ЄС, причому частка кожної з них виражається двозначним числом. Згідно з Рисунком 13, частка сонячної енергії становила лише 3.5% від загального обсягу виробництва електроенергії у 2016 році, тоді як на горючі види палива припадає 48.7%.

електроенергії, 2022, сонячна

Очікується, що проект сонячної енергетики на озері Насер буде реалізований у два або три етапи. Перший етап спрямований на покриття близько 1000 км 2 озера Насер фотоелектричними панелями протягом 10 років. Відповідно, перша фаза проекту може забезпечити Європу достатньою кількістю електроенергії для заміщення щонайменше 30% горючого палива в Європі, з потенціалом повного заміщення горючого палива до 2050 року, на наступних фазах.

Дослідження, проведене Fraunhofer ISE [5], спрогнозувало вартість вітрової, фотоелектричної та концентрованої сонячної енергії (CSP) до 2050 року і дійшло висновку, що до 2050 року витрати на виробництво електроенергії для потенціалу генерації 2000 ТВт-год/рік становитимуть 50 євро/МВт-год для вітрової енергетики, нижче 48 євро/МВт-год для фотоелектричної енергетики, і нижче 56 євро/МВт-год для CSP. Згідно з цим звітом, фотоелектрична енергія буде мати найнижчу вартість установки для великих проектів і найнижчу вартість виробництва. У звіті підкреслюється важливість інтеграції виробництва сонячної енергії в Північній Африці з європейською енергосистемою. Різні економічні дослідження також дійшли висновку, що фотоелектрична сонячна електроенергія буде найдешевшою серед усіх джерел електроенергії [48].

Інше дослідження Fraunhofer ISE [49] показало, що вартість електроенергії для промислового застосування становить від 7 до 18 євро/МВт-год серед європейських країн із середнім показником близько 12 євро/МВт-год. З іншого боку, вартість споживання домогосподарствами становить від 10 до 31 євро/МВт-год і, як очікується, досягне від 55 до 65 євро/МВт-год до 2040 року. Обсяг ринку електроенергетики в Європі оцінюється в 372 млрд євро.

Таким чином, сонячна електроенергія з Близького Сходу та Північної Африки повинна надходити на європейський ринок за ціною 4-5 євроцентів/кВт-год, включаючи вартість передачі [50].

Зі збільшенням податків на викиди CO2 в Європі, єгипетська сонячна електроенергія може легко проникнути на європейський ринок електроенергії, з потенціалом обігнати і замінити ринок електроенергії, що виробляється з горючого палива, до 2050 року. Проект сонячної енергетики на озері Насер має потенціал для задоволення майбутніх потреб Європи в електроенергії, оскільки проект продовжує розширюватися по горизонталі за рахунок збільшення площі покриття і по вертикалі за рахунок використання більш ефективних фотоелектричних технологій.

Перша фаза проекту Lake Nasser спрямована на покриття близько 20% озера Насер, що становить майже 1000 км 2. Цільова площа поверхні може бути розділена на ділянки площею приблизно 25 км 2. Потім Єгипет може шукати міжнародних інвесторів та підрядників для будівництва та експлуатації цього проекту Тера з розподілом доходів протягом терміну експлуатації проекту (20-25 років) або на основі аукціону з умовою демонтажу фотоелектричних панелей після закінчення терміну дії ліцензії.

По-перше, ми припускаємо, що близько 20% поверхні виділеної ділянки буде використовуватися для обслуговування. Фактична площа поверхні, що покривається, становитиме 20 квадратних кілометрів. Ми також припускаємо, що фотоелектричні панелі розташовані горизонтально і займають близько 0.8 плавучої платформи. Решта 20% поверхні платформи використовується для кабелів, силової електроніки, контрольно-вимірювальних приладів та пішохідних доріжок. Загальна фотоелектрична поверхня

У цьому попередньому аналізі ми припускаємо, що ми використовуємо недорогу фотоелектричну технологію з ефективністю 21% та GHI 6.72 кВт-год/м 2 в районі Асуана [42]. Очікувана середньодобова сонячна електрична енергія становитиме 1.41 кВт-год/м 2 на день.

Вартість плавучої платформи, якщо вона буде виготовлена в Єгипті, оцінюється на рівні менше 1/м 2.

За останні два (2019-2020) роки спостерігається прискорене зниження вартості фотоелектричних установок. Огляд найнижчої сонячної потужності у світі станом на 28 січня 2021 року показав, що ціна кВт-год кВт-год фотоелектричної установки побутового масштабу на аукціоні знизилася в діапазоні від 1.35 до 1.97 центів/кВт-год [51]. Таке різке падіння вартості сонячних панелей за останні кілька років відбулося завдяки багатьом досягненням в технології фотоелектричних елементів, включаючи наступні: (i) Фотоелементи з кристалічного кремнію (c-Si) є найпопулярнішою технологією у фотоелектричних установках, головним чином завдяки швидкому зниженню їх вартості (/Wp) та перевіреній надійності. Станом на 2020 рік ціна на модулі з монокристалічного кремнію (c-Si) становить близько 0.20 Вт і мульти-c-Si модулів ціна становить близько 0.17/W. Однак він має обмежену ефективність і є важчим, ніж тонкоплівкова технологія. Поточні дослідження зосереджені на ультратонких кристалічних кремнієвих поглинаючих шарах, вдосконаленні технологій виробництва та оптимізації процесів росту, що може призвести до подальшого зниження собівартості та ваги модулів [52] (ii) Фотоелектричні концентратори (CPV) використовують лінзи або вигнуті дзеркала для фокусування сонячного світла на невеликих високоефективних багатоперехідних (МДж) сонячних елементах. Експериментальні модулі CPV продемонстрували до 46.0% ККД. CPV може бути перспективною технологією для установок на озері Насер, оскільки вона краще працює при звичайному опроміненні [53] (iii) Панелі з телуриду кадмію (CdTe) є найпопулярнішим типом тонкоплівкової сонячної технології, що використовується в установках сьогодні. Основний шар, що виробляє енергію, виготовлений з телуриду кадмію. Істотне підвищення ефективності за останні кілька років, з досягненням ефективності протягом терміну служби 22-28%, було досягнуто за рахунок використання CdSeTe в поглинаючому шарі [54]. Крім того, запропонована технологія CdSeTe покращує термін служби та інші важливі експлуатаційні параметри сонячного елемента [55] (iv) Технологія пасивного емітера та тильного елемента (PERC) значно підвищила ефективність монокристалічного кремнію (c-Si) та мульти-c-Si модулів і знизила вартість їх виробництва. Технологія PERC збільшує здатність фотоелемента вловлювати довші довжини хвиль. Довші довжини хвиль особливо присутні вранці та ввечері або в похмурі дні. Поточні фотоелектричні панелі PERC 2020 року мають ефективність від 19 до 22% [56] (v) Інші нові високоефективні технології, але більш дорогі, включають IBC (міжрозрядні фотоелементи зі зворотним контактом) та HJT (гетероперехідні фотоелементи) [57]

Ці технологічні тенденції і надалі сприятимуть подальшому зниженню вартості фотоелектричних установок та/або збільшенню виробництва електроенергії на м2. Технологічні тенденції також є факторами ризику і повинні бути ретельно вивчені інвесторами, які повинні зважити початкові витрати на встановлення та довгострокову вигоду від високовартісних високоефективних панелей. (i) Проривні технології: під час такого довгострокового проекту Єгипту необхідно оцінити ризики і можливості, створені проривними технологіями. Наприклад, методи фотокаталітичного розщеплення води для отримання водню привернули велику увагу в останні кілька років завдяки своєму потенціалу для перетворення та зберігання сонячної енергії [58-60]. Водень має прибутковий ринок (4-5 грн/кг, 2020 рік) для автомобілів високого класу, виробництва аміаку, водневих елементів, зберігання сонячної енергії, нафтопереробки, різних промислових застосувань і, нарешті, для переробки CO2 для виробництва синтетичного метану, метанолу та багатьох вуглеводневих продуктів [61]. Таким чином, коли ця технологія стане зрілою для розгортання на великій акваторії, вона може бути більш прибутковою, ніж FPV

Плавучі платформи

Останні кілька років стали свідками значного зростання FPV у всьому світі. Перший великомасштабний проект плавучих ФЕС в Європі був розгорнутий у 2017 році на водосховищі Королеви Єлизавети II у Великобританії FPV-розробка складається з 23 046 фотоелектричних панелей, кожна з яких встановлена на поплавку і згрупована разом, щоб сформувати плавучу платформу. Потім сонячні панелі були відбуксировані до середини водосховища і закріплені на місці за допомогою 177 якорів [62].

електроенергії, 2022, сонячна

Китай завершив у 2018 році будівництво найбільшої у світі плавучої сонячної електростанції, див. Проект охоплює 13 окремих острівців на площі 140 га (1 400 000 м2 ), підключення до електромережі, тестування та введення в експлуатацію було здійснено у березні 2019 року [63].

електроенергії, 2022, сонячна

Уряд Тайваню розпочав реалізацію проекту плавучої сонячної електростанції потужністю 181 МВт у прибережному індустріальному парку Чанхуа. Проект є початком амбітного плану встановлення 20 ГВт сонячної енергії до 2025 року [64].

Плавуча сонячна фотоелектрична система зазвичай складається з п’яти підсистем [65], як показано на рисунку 16: фотоелектрична підсистема, плавуча платформа, швартовна підсистема, підводні кабелі, які передають вироблену енергію на сушу, а також підсистема електропостачання та управління.

електроенергії, 2022, сонячна

Плавуча підсистема включає плавучу конструкцію, понтони, поплавки та стійки для кріплення фотоелектричних панелей. Підсистема швартування стабілізує положення плавучої платформи і автоматично підлаштовується під зміну рівня води. Швартовна система складається з швартового троса і якоря. Швартовна лінія з’єднує якір на дні озера з плавучою конструкцією.

Існує два основних класи конструкцій плавучих платформ: рамні масиви та незалежні плавучі платформи [66]. Рамний масив зазвичай використовується в установках потужністю понад 1 МВт. Система складається з рядів поплавків циліндричного або прямокутного перерізу (див. Рис. 17), на яких у вигляді масивів, що повторюються, розміщена конструкція каркасів фотоелектричних панелей. Система проста в обслуговуванні та забезпечує кращу вентиляцію і фотоелектричну генерацію за рахунок водного ефекту. Незалежні плавучі конструкції. це модульні блоки, зазвичай виготовлені з ПНД, які можуть бути з’єднані між собою точками з’єднання, утворюючи надводні понтони. на які монтуються фотоелектричні панелі за допомогою армованого волокном пластику (FRP) [67].

електроенергії, 2022, сонячна

електроенергії, 2022, сонячна

(a)

електроенергії, 2022, сонячна

(b)

(a) (b)

Розмір поплавків є важливим параметром при проектуванні платформи. Виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витісненої рідини, повинна бути в змозі збалансувати повну вагу платформи за будь-яких умов експлуатації та навколишнього середовища.

У наступному прикладі ми представляємо спрощений розрахунок виштовхувальної сили для модуля платформи, який підтримує 8 стандартних 96-коміркових фотоелектричних панелей. Фотоелектричні панелі мають розміри рами приблизно.

Ex.1: the overall floating platform surface is

, supported by 3 high-density polyethylene (HDPE) closed-end pipes of diameter

, each of length 4.4 meters, as shown in Figure 17. The panels are mounted on galvanized steel racks. The weight budget is given in Table 2.

The parameters used for the following calculations are shown in Figure 19(b). The submerged pipe cross-sectional area. is given by

The buoyant force is given by

where is the total HDPE pipe length and is the density of the water.

електроенергії, 2022, сонячна

(a)

(b)

(a) (b)

(a) Illustration of mounting racks carried by pipe pontoons. (b) Parameters used to calculate the bounce force in Ex.1.

електроенергії, 2022, сонячна

Figure 20 shows the plot of the gross weight of the platform (to be carried by the buoyant force) and the submerged depth

The graph indicates that for the gross weight in Table 2 the submerged depth is about 21 cm.

The wide span of possible water level variation of Lake Nasser (about 6 meters every year) is a challenging problem and requires special considerations in the design of the anchoring and mooring system. Two common anchoring methods have been used for FPVs; anchoring at the banks is the most cost-effective anchoring system, while anchoring at the bottom is the most widely installed. Both options should be carefully studied.

To overcome the problem of varying water levels, anchoring isles can be placed at the corners of the floating platform, where anchoring wenches with automatic tension adjustment can be installed. Alternatively, a technique using hanging loads, called auxiliary mooring structure, is shown in Figure 21. The auxiliary mooring structure operates simply by gravity of the auxiliary weights.

електроенергії, 2022, сонячна

A low-cost structure, shown in Figure 22, is being investigated at Zewail City of Science and Technology, Egypt, which utilizes UPVC pipes for the floating frame and marine-grade foam for the pontoons. The supporting structures of PVs are made of galvanized steel sections. The modules are made to fit inside standard shipping containers to facilitate transportations. The connection of the units is made with special rubber strips to mitigate the effect of 6D displacements between the units.

електроенергії, 2022, сонячна

Considering PV tilting options, the flat horizontal panels could be the best option due to several reasons; being omnidirectional simplifies design and installation, eliminates shadow problems, and reduces maintenance cost. However, it is not theoretically efficient, compared with tilted solutions. Nevertheless, the loss of efficiency is compensated by the increase of efficiency due to the cooling effect of the water surface. The direction of the wind in Lake Nasser is mainly north (see Figure 6), which would make a flat design more favourable to avoid wind forces on the tilted structures.

The second tilting option is using a single tilt angle. However, it needs to be orientation-stabilized on the water surface, which increases the platform construction and installation cost and could create shadow problems and leaves limited options for modular design. On the other hand, it increases energy production by 5% over the flat platform. The fixed tilt angle at latitude of 22 degrees is about 18 degrees (facing south) [67].

For the two-angle option, Table 3, in addition to the increase in the cost of the platform modules, it substantially increases the maintenance and operational costs.

For four angles, the tilt angles for spring and fall would be about 20 degrees [68]. Fully steerable 2D PVs need lifetime cost-benefit analysis, considering the potential for increased output by 25% over the flat surface. The use of PV tilting options requires new innovative solutions to be a truly viable option in such massive projects.

Solar Energy Storage Solutions

Solar energy storage enables the use of solar energy 24 hours. With the fast introduction of solar energy, the energy storage market will see Rapid expansion in the next few years: the global storage market is forecasted to reach at least 250 billion by 2040 [69].

Expanding the use of solar energy requires, on the one hand, an hourly based tariff to encourage customers to save solar energy during the day and, on the second hand, a distributed approach for solar energy storage. The geographically distributed solution could be at three vertical levels of energy storage: (1) Residential battery storage (2) Industry/enterprise level energy storage (3) Utility or state energy storage

The residential energy storage batteries can be made to charge when tariff is the lowest and turned on during the highest tariff rates. Such small-scale electric storage solutions will have a crucial role in expanding onsite consumption. There are several emerging battery technologies which promise low cost and higher capacities [70].

For industry and enterprises with up to 200 MW, cryogenic energy storage [71] could be a very promising solution. Cryogenic technology converts air to liquid by cooling down air to.196°C (-320°F). The air then can be efficiently stored in insulated rooms. When air is brought to ambient temperatures, it regasifies and its volume expands to 700-fold, which is then used to drive a turbine and generate electricity without combustion. These systems can be built from 10 MW to more than 200 MW power output, with a storage capacity more than 2000 MWh. The lifespan of cryogenic energy storage systems is over 30 years with efficiency between 60 and 75%. Large-scale batteries are also available [72] for small and medium enterprises.

For utility and large-scale energy storage, two technologies are available; the first one is hydraulic pumping, where pumps are used to move water to higher level tanks, converting the electric energy to gravitational energy during the day time and then using it to drive turbine generators at night. Because of the simplicity and low cost of this approach, pumped hydro plants account for almost 96% of current large-scale installations [70, 73]. In addition, pumped hydro plants are a mature technology, capable of storing huge amounts of energy, and have relatively high efficiency (70-80%) and expected lifespan of 40-60 years. Pumped hydro systems could be a viable energy storage solution bringing water from Lake Nasser to nearby higher level areas, which exist on the east side of Lake Nasser. Nevertheless, such hydraulic plants are expected to support only a few gigawatts of power, which is far below the scale of the project. We believe a distributed energy storage solution would be the most economical and practical solution. The second approach for utility scale energy storage is to convert energy into fuel, for example, using electricity to generate H2 from water by electrolysis [73, 74]. Hydrogen may then be stored or transported and used as a fuel. The generated H2 could be used in a process known as methanation [74], where the generated H2 is combined with captured CO2 to generate synthetic methane, which could then be stored and transported. The process has a positive impact on the environment by utilizing captured CO2 from CO2-emitting industries.

Impact on Environment and Fishery Sector

The current production of fish from Lake Nasser is about 26,000 ton/y that is less than 5.2 ton per/km 2 or 5.2 kg/1000 m 2. In fact, it is reported that during the recent years, with the growing number of fishing boats and poor compliance with the technical measures, the yield from the fishery in Lake Nasser has exhibited a declining trend since 1981, indicating unsustainable rates of exploitation [75].

On the other hand, according to [76], cage fish farming along a coastal line could yield 20 kg per m 3 of water with trained operators and properly regulated and managed cage farming [77].

The large number of small Khors along the coastline of Lake Nasser can be converted to fish enclosures [78] by closing their entrance by a large net. Enclosures increase production per unit of area and make it possible to adopt intensive culture practices and protection from predators. As such, the impact of the project on Lake Nasser fishery can be mitigated by modernizing the current unsustainable fishing practices. over, the available low-cost electricity from the project will enable the introduction of state-of-the-art value chain and introduction of lucrative fish industries.

On the other hand, several positive environmental impacts of FPVs were consistently reported in the literature. For example, it is reported in [79] that the shade provided by the FPVs reduces the presence of algae blooms in bodies of freshwater. Algae blooms can be dangerous for human health if they occur in source of drinking water and can also lead to the death of plants and animals living in the body of water.

An NREL-sponsored study [80] in the USA reported that floating PVs can help mitigate algae growth in water bodies. Another benefit of shading water surfaces is the reduction of the incidence of solar radiation in water and therefore its temperature. The reduction in water temperature increases phytoplankton growth rates, which is an important player in the fish food chain [81].

During the course of execution and operation of such a massive project, several precautions must be taken into consideration to avoid adverse impacts on the environment. In a study sponsored by the Asian Development Bank (ADB) [82], it discusses several potential environmental impacts of FPV projects and proposes a number of mitigation measures. The construction phase usually involves site preparation (e.g., grading and levelling), transportation, installation, and commissioning of infrastructure (including the floats, PV panels, inverters, transformers, access road, transmission lines, and land control centres). These activities are likely to generate air emissions and impacts on land and aquatic habitats. Mitigating measures include land and water traffic management, and regulatory measures during the construction phase should be enforced regarding using appropriate machinery, trucks, cars, and waste and oil waste disposal measures.

During operation, it is also recommended to place zoning, water and landmarks, and separation of the regular waterway traffic from the maintenance traffic. Contractors will be responsible to report and clean construction wastes, debris, and parts that could accidentally fall in the land or in water. In addition, the use of chemicals on the floating PVs should be prohibited.

Finally, the license contract should stipulate removal the PV panels at the end of the project and dispose them in accordance with the recommendations of the International Renewable Energy Agency (IRENA) and the International Energy Agency Photovoltaic Power Systems (IEA-PVPS) [83] or according to the international regulations at the time of the decommissioning of the project.

Nevertheless, the project is expected to generate a range of positive impacts on the local community including local training and employment opportunities as well as substantial growth opportunities for local business and industry.

Conclusions

The paper presented a study of the energy production and water saving of a massive deployment of floating PVs over Lake Nasser in south Egypt. The area is very rich in solar energy. It also enjoys mild wind, low surface waves, and almost year-round sunshine. If only 20% of the lake is covered, about 1000 km 2. it will produce low-cost green electricity that is enough for almost 16% of European need, with the potential to entirely replace coal- and fossil-based electricity in Europe during the subsequent phases of the project. The project will also help to reduce water loss by evaporation from Lake Nasser, which represents almost 20-25% of the Egyptian yearly consumption of water. The availability of low-cost electrical energy could make Lake Nasser’s neighbourhood a world hub for electric energy intensive industries.

Data Availability

Links to the sources of data are listed in the reference section. Generated data and calculations will be made available after publication, upon request.

Conflicts of Interest

The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this paper.

Acknowledgments

The authors would like to thank Zewail City of Science and Technology for its support of this study.

References

J. Vogler, “The European contribution to global environmental governance,” International Affairs, vol. 81, no. 4, pp. 835–850, 2005. View at: Publisher Site | Google Scholar

T. Buck, “Decline in new German wind farms sparks concern,” Financial Times, 2019, https://www.ft.com/content/b0f94478-c998-11e9-a1f4-3669401ba76f. View at: Google Scholar

W. Platzer, I. Boie, M. Ragwitz et al., Supergrid study– approach for the integration of renewable energy in Europe and North Africa, Technical report, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, 2016.

F. Haugwitz, “Floating solar PV gains global momentum,” PV Magazine, September, vol. 22, 2020, https://www.pv-magazine.com/2020/09/22/floating-solar-pv-gains-global-momentum/. View at: Google Scholar

World Bank Group, ESMAP and SERIS, Where Sun Meets Water: Floating Solar Market Report, World Bank, Washington, DC, 2019. View at: Publisher Site

R. Cazzaniga and M. Rosa-Clot, “The booming of floating PV,” Solar Energy, vol. 6, 2020. View at: Publisher Site | Google Scholar

R. M. A. Hassan, N. T. H. Hekal, and N. M. S. Mansor, “Evaporation reduction from Lake Naser using new environmentally safe techniques,” in Eleventh International Water Technology Conference, IWTC11 2007 Sharm El-Sheikh, Egypt, 2007. View at: Google Scholar

M. A. El-Shirbeny and K. A. Abutaleb, “Monitoring of water-level fluctuation of Lake Nasser using altimetry satellite data,” Earth Systems and Environment, vol. 2, no. 2, pp. 367–375, 2018. View at: Publisher Site | Google Scholar

E. Muala, Y. A. Mohamed, Z. Duan, and P. van der Zaag, “Estimation of reservoir discharges from Lake Nasser and Roseires Reservoir in the Nile Basin using satellite altimetry and imagery data,” Remote Sensing, vol. 6, no. 8, pp. 7522–7545, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar

H. M. Ebaid and M. Aziz, “Integrating radar altimeters and optical imagery data for estimating water volume variations in lakes and reservoirs (case study: Lake Nasser),” Journal of Geographic Information System, vol. 9, no. 6, pp. 648–662, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. M. Mostafa and H. K. Soussa, “Monitoring of Lake Nasser using remote sensing and GIS techniques,” in ISPRS Mid-term Symposium Proceeding, May 2006. View at: Google Scholar

M. I. El-Mekawy, Z. Salah, and M. M. A. Wahab, “Climatology of Lake Nasser in Egypt,” Middle East Journal of Applied Sciences, vol. 8, no. 3, pp. 719–726, 2018. View at: Google Scholar

R. H. Goma, “Seasonal and spatial variation of nutrients,” in Sustainable fish production in Lake Nasser: ecological basis and management policy, J. F. Craig, Ed., ICLARM Conf. Proc, pp. 33–38, International Center for Living Aquatic Resources Management (ICLARM), Penang, Malaysia, 2000. View at: Google Scholar

G. M. El-Shabrawy, “Lake Nasser—Nubia,” in The Nile. Monographiae Biologicae, H. J. Dumont, Ed., vol. 89, Springer, Dordrecht, 2009. View at: Publisher Site | Google Scholar

Water politics. sharing the Nile, The Economist, Middle East and Africa, 2016, December 2019, http://www.economist.com/middle-east-and-africa/2016/01/16/sharing-the-nile.

M. E. D. M. Omar and A. M. A. Moussa, “Water management in Egypt for facing the future challenges,” Journal of Advanced Research, vol. 7, no. 3, pp. 403–412, 2016. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. A. Mosalam Shaltout and T. El Housry, “Estimating the evaporation over Nasser Lake in the upper Egypt from meteosat observations,” Advances in Space Research, vol. 19, no. 3, pp. 515–518, 1997. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. Elsawwaf, P. Willems, A. Pagano, and J. Berlamont, “Evaporation estimates from Nasser Lake, Egypt, based on three floating station data and Bowen ratio energy budget,” Theoretical and Applied Climatology, vol. 100, pp. 439–465, 2009. View at: Publisher Site | Google Scholar

I. H. Abou El-Magd and E. M. Ali, “Estimation of the evaporative losses from Lake Nasser, Egypt using optical satellite imagery,” International Journal of Digital Earth, vol. 5, no. 2, pp. 133–146, 2012. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. Hassan, “Evaporation estimation for Lake Nasser based on remote sensing technology,” Ain Shams Engineering Journal, vol. 4, pp. 593–604, 2013. View at: Publisher Site | Google Scholar

W. G. M. Bastiaanssen, M. Menenti, R. A. Feddes, and A. A. M. Holtslag, “A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL) 1. Formulation,” Journal of Hydrology, vol. 212–213, pp. 198–212, 1998. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. Ashfaque and W. G. M. Bastiaanssen, “Estimating evaporation from Lake Naivasha, Kenya using remotely sensed Landsat Thematic Mapper (TM) spectral data,” Journal of Civil Engineering, The Institution of Engineers, Bangladesh, vol. CE28-2, 2000. View at: Google Scholar

M. M. Abdel Wahab, Y. H. Essa, A. A. Khalil, K. Elfadli, and G. Panegrossi, “Water loss in Egypt based on the Lake Nasser evaporation and agricultural evapotranspiration,” Environment Asia, vol. 11, pp. 192–204, 2018. View at: Google Scholar

H. M. I. Ebaid and S. S. Ismail, “Lake Nasser evaporation reduction study,” Journal of Advanced Research, vol. 1, no. 4, pp. 315–322, 2010. View at: Publisher Site | Google Scholar

B. E. Abulnaga, “Harvesting the skies of Egypt: an option to recover the evaporation losses from the Aswan High Dam Reservoir,” in Grand Ethiopian Renaissance Dam Versus Aswan High Dam. The Handbook of Environmental Chemistry, A. Negm and S. Abdel-Fattah, Eds., vol. 79, pp. 385–415, Springer, Cham, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

Y. W. Youssef and A. Khodzinskaya, “A review of evaporation reduction methods from water surfaces,” E3S Web of Conferences, vol. 97, article 05044, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. R. Santafé, J. B. T. Soler, F. J. S. Romero, P. S. F. Gisbert, J. J. F. Gozálvez, and C. M. F. Gisbert, “Theoretical and experimental analysis of a floating photovoltaic cover for water irrigation reservoirs,” Energy, vol. 67, pp. 246–255, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. Sahu, N. Yadav, and K. Sudhaka, “Floating photovoltaic power plant: a review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 66, pp. 815–824, 2016. View at: Publisher Site | Google Scholar

“Solar resource maps and GIS data for 180 countries, Solargis,” December 2020, https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/egypt. View at: Google Scholar

P. Kosmopoulos, S. Kazadzis, and H. El-Askary, Solar Atlas of Egypt, European Horizon 2020 Project# NO 690133, 2018.

“Average monthly hours of sunshine in Aswan (Aswan Governorate), Egypt,” December 2020, https://weather-and-climate.com/average-monthly-hours-Sunshine,Aswan,Egyp. View at: Google Scholar

A. Razak, Y. M. Irwan, W. Z. Leow, M. Irwanto, I. Safwati, and M. Zhafarina, “Investigation of the effect temperature on photovoltaic (PV) panel output performance,” International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology, vol. 6, pp. 682–688, 2016. View at: Publisher Site | Google Scholar

S. Dubey, J. N. Sarvaiya, and B. Seshadri, “Temperature dependent photovoltaic (PV) efficiency and its effect on PV production in the world. a review,” Energy Procedia, vol. 33, pp. 311–321, 2013. View at: Publisher Site | Google Scholar

Y. K. A. Choi, “Study on power generation analysis of floating PV system considering environmental impact,” International Journal of Software Engineering and Its Applications, vol. 8, pp. 75–84, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. McKay, Floatovoltaics: quantifying the benefits of a hydro-solar power fusion, [Pomona Sr. theses], Claremont University, 2013.

P. Ralon, Global renewable energy cost trends, International Renewable Energy Agency IRENA, 2018, http://www.reeem.org/wp-content/uploads/2018/04/Pablo-Ralon-IRENA.pdf.

C. Kost, S. Shammugam, V. Jülch, H. T. Nguyen, and T. Schlegl, Levelized cost of electricity renewable energy technologies, Fraunghofer ISE, 2018.

A. Dobbins, F. Fuso Nerini, P. Deane, and S. Pye, “Strengthening the EU response to energy poverty,” Nature Energy, vol. 4, no. 1, pp. 2–5, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

D. F. R. Margolis, Q2/Q3 2020 Solar industry update, National Renewable Energy Laboratory (NREL), US, 2020, https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/78625.pdf.

M. Steiner, T. Gerstmaier, and A. W. Bett, “10. Concentrating photovoltaic systems,” in The Performance of Photovoltaic (PV) Systems, N. Pearsall, Ed., pp. 297–320, Woodhead Publishing, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar

W. K. Metzger, S. Grover, D. Lu et al., “Exceeding 20% efficiency with in situ group V doping in polycrystalline CdTe solar cells,” Nature Energy, vol. 4, no. 10, pp. 837–845, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. Rong Wang, “Enhanced performance of Se-alloyed CdTe solar cells: the role of Se-segregation on the grain boundaries,” Journal of Applied Physics, vol. 129, no. 2, article 024501, 2021. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. Blakers, “Development of the PERC solar cell,” IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 9, no. 3, pp. 629–635, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

C. Y. Toe, Z. Zheng, H. Wu, J. Scott, R. Amal, and Y. H. Ng, “Transformation of cuprous oxide into hollow copper sulfide cubes for photocatalytic hydrogen generation,” The Journal of Physical Chemistry C, vol. 122, no. 25, pp. 14072–14081, 2018. View at: Publisher Site | Google Scholar

H. Wu, “A pulse electrodeposited amorphous tunnel layer stabilises Cu2O for efficient photoelectrochemical water splitting under visible-light irradiation,” Journal of Materials Chemistry A, vol. 8, no. 11, pp. 5638–5646, 2020. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. Wang and G. Lu, “Improved light harvesting and efficiency for overall water splitting by embedding TiO2 transition,” RRL Solar, Wiley Online Library, 2020. View at: Publisher Site | Google Scholar

E. C. Ra, K. Y. Kim, E. H. Kim, H. Lee, K. An, and J. S. Lee, “Recycling carbon dioxide through catalytic hydrogenation: recent key developments and perspectives,” ACS Catalysis, vol. 10, no. 19, pp. 11318–11345, 2020. View at: Publisher Site | Google Scholar

“Europe’s largest floating solar farm, Lightsource BP,” December 2020, https://www.lightsourcebp.com/uk/stories/qe2/. View at: Google Scholar

S. H. Kim, S. J. Yoon, and W. C. Choi, “Design and construction of 1 MW class floating PV generation structural system using FRP members,” Energies, vol. 10, no. 8, article 1142, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar

“Solar Electricity Handbook, 2019 Edition, Solar Panel Angle Calculator,” December 2020, http://www.solarelectricityhandbook.com/solar-angle-calculator.html. View at: Google Scholar

T. M. Gur, “Review of electrical energy storage technologies, materials and systems: challenges and prospects for large-scale grid storage,” Energy Environmental Science, vol. 11, pp. 2696–2767, 2018. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. Poullikkas, “A comparative overview of large-scale battery systems for electricity storage,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 27, pp. 778–788, 2013. View at: Publisher Site | Google Scholar

O. Achkari and A. El Fadar, “Renewable energy storage technologies. a review,” in Conference Internationale en Automatique Traitement de Signal (ATS-2018), Proceedings of Engineering and Technology –PET, vol. 35, pp. 69–79, 2018. View at: Google Scholar

J. Gao, Y. Wang, Y. Ping et al., “A thermodynamic analysis of methanation reactions of carbon oxides for the production of synthetic natural gas,” RSC Advances, vol. 2, no. 6, pp. 2358–2368, 2012. View at: Publisher Site | Google Scholar

A. Halls, “Lake Nasser fisheries: recommendations for management, including monitoring and stock assessment,” Tech. Rep., Penang, Malaysia, WorldFish Program Report, 2015. View at: Google Scholar

Food and Agriculture Organization of the United Nations, 4. Aquaculture methods and practices: a selected review, FAO, December 2020, http://www.fao.org/3/t8598e/t8598e05.htm.

J. M. Njiru, C. M. Aura, and J. K. Okechi, “Cage fish culture in Lake Victoria: a boom or a disaster in waiting?” Fisheries Management and Ecology, vol. 26, pp. 426–434, 2018. View at: Google Scholar

O. A. Habib, M. Shehata, M. Zaki, H. Ammar, and S. H. Abdel Rahman, “Building fish enclosure in Lake Nasser,” in Lake Nasser Development Authority, WorldFish Center technical manual no.1950, The WorldFish Center, Penang, Malaysia, 2009. View at: Google Scholar

R. S. Spencer, J. Macknick, A. Aznar, A. Warren, and M. O. Reese, “Floating photovoltaic systems: assessing the technical potential of photovoltaic systems on man-made water bodies in the continental United States,” Environmental Science Technology, vol. 53, pp. 1680–1689, 2019. View at: Publisher Site | Google Scholar

M. A. E. Galdino and M. M. de Almeida Olivieri, “Some remarks about the deployment of floating PV systems in Brazil,” Journal of Electrical Engineering, vol. 5, pp. 10–19, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar

Asian Development Bank (ADB), “Floating solar energy project. Initial environmental and social examination report,” in Project Number: 51327-001, Environmental Resources Management (ERM), Vietnam, 2018. View at: Google Scholar

S. Weckend, A. Wade, and G. Heath, “End-of-life management: solar photovoltaic panels,” Tech. Rep., International Renewable Energy Agency (IRENA) and the International Energy Agency (IEA), Report Number: T12-06:2016, 2016. View at: Google Scholar

Copyright

Copyright © 2021 Moustafa Elshafei et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

How to get unlimited electricity for your base in No Man’s Sky (2022)

електроенергії, 2022, сонячна

No Man’s Sky is a space exploration game in its truest sense, as it allows players not only to roam across numerous galaxies but to settle on a single planet by building a home. Everyone can choose their terrain, build their structure, and start a new life, even as a farmer, with the number of choices No Man’s Sky throws at them.

However, most basic structures require source of electricity to get up and run. While the most basic way to gather power on any planet is via a Battery and a Solar Panel, things tend to feel pretty limited if you have a big picture in mind. Thankfully, there is a way to get an unlimited source of power for your base.

електроенергії, 2022, сонячна

Guide to getting unlimited power for your base in No Man’s Sky (2022)

Step 1

електроенергії, 2022, сонячна

To get started, you need to have your Anomaly unlocked. It appears in space after you have made one warp to a different Galaxy. Once you’re cleared, open your in-game menu and summon the Anomaly.

електроенергії, 2022, сонячна

електроенергії, 2022, сонячна

Once you’re in, go up the stairs and head far back to where the upgrade merchants are. Go to the Multi-Tool upgrade merchant on the far right and purchase the Survey Device upgrade with your Nanites. It requires 3 Magnetic Resonators, 1 Quantum Computer, and 2 Wiring Looms.

Most of these items can be bought through a terminal on any Space Station.

Step 2

електроенергії, 2022, сонячна

After installing your Survey Device, you need to use it on any given planet. Once you’re done choosing a planet you’d like to build your base on, open your Analysis Visor and switch to Power Survey Mode.

If the screen shows you something like Hotspot Proximity, followed by a specific number of distances, you now have a location where you can get infinite electricity. If nothing shows up on your Survey Device, try going further from your current location and looking for it again.

Step 3

електроенергії, 2022, сонячна

Once you have found your Hotspot, go back to Anomaly and look for the Electromagnetic Generator blueprint in the Construction Module panel. It requires 2 Metal Platings, 60 Magnetized Ferrite, and 75 Chromatic Metals. Once crafted, try placing it near the center of the Hotspot.

електроенергії, 2022, сонячна

Depending on the range from the core, it will supply power for your entire base. Each Electromagnetic Generator has four outlets from which you can start wiring your bases and gadgets. You can even place multiple Generators to stack the overall power supply.

As long as each Generator stays within the radius of the main Hotspot, you can place more than one. However, wiring each gadget from the Generator needs to be done within a particular range.

Nms solar panel

електроенергії, 2022, сонячна

All you need to know to power your home with solar

Solar panels generally have a life of 25 years so they may be lighting up your toddler’s wedding functions.

Did the world turn black when you saw your latest electricity bill? If so, you are not alone.

The heat demands air conditioning, electricity providers demand fistfuls of money, the International Monetary Fund demands higher tariffs and Russian President Vladimir Putin demands Ukraine’s annihilation.

But it is impossible to explain the concoction of reasons to a toddler who just wants to sleep with a teddy bear while the AC is running. Harnessing solar power is a happy solution for those who can afford it.

Here are some factors to consider before opting for a solar solution:

Quality

One can take a gander down Regal Chowk in Karachi and pick up a solution that costs a few hundred thousand rupees compared to a million-plus option that a branded supplier could provide but it comes with its set of drawbacks.

The solution providers at the lower price end tend to import a container of solar paraphernalia and hire an everyday electrician to install it. Given its technical nature, the lack of support may create some issues.

Shoddy-quality solar panels can cause short circuits and sparks. In the best-case scenario, the system will shut down and you will be chasing after the supplier that may or may not be able to provide after-sales service.

“Even if a top-tier branded solar solution was installed in your house, it can act up a year or two after purchase,” says Musa Khan Durrani, the head of business and planning at SkyElectric. “You call up your local supplier but he may have switched his business to real estate and suggests you contact the manufacturer directly.”

“In the worst-case scenario, the sparks from inferior quality panels can start a fire,” cautions Mujtaba Raza, CEO of Solar Citizen.

Registration

Reputable solar providers are registered with the Alternative Energy Development Board (AEDB). While AEDB in no way vets or guarantees the quality of the panels or service, its registration allows the supplier to set up the net metering system which is where all the cost savings lie.

Compare it to buying a car: given the price tag and longevity of the purchase, you would opt for a trusted name such as Toyota or Honda rather than an unknown entity, if your budget permits. Solar panels generally have a warranty of 10-15 years and a life of 25 years so they may be lighting up your toddler’s wedding functions.

Net metering

Cost savings lie in net metering, which is a billing mechanism that credits solar energy system owners for the electricity they add to the grid.

A company registered with AEDB can set up the net metering process on behalf of its customer. According to its website, KE processes applications received by AEDB-listed vendors only though this may not apply to all electric supply companies.

For example, you have a bungalow in Defence, Karachi, with a photo voltaic system on your terrace. It may generate more electricity than you need during the day, allowing you to sell the surplus to K-Electric.

Using the numbers of your annual electricity consumption, some companies can offer you a package that will bring down your electricity bill to zero. If your household consumes Rs1,000 of electricity at night on average, you can sell Rs1,000 worth of credits while the sun shines that can be availed after the sun goes down.

So during the day, you would use your own generated solar energy and KE would purchase the excess. Without batteries, at night, you would shift back to using electricity by KE which means load shedding at night requires the use of the good old generator running on the ever-pricey diesel.

To avoid power outages completely, you will need batteries to store the electricity generated while the sun is shining. There are different kinds of batteries, from the tubular batteries you are familiar with from the UPS system to the more expensive solar-specific solutions that can cost a further Rs250,000 per kilowatt for a home solution from a reputable company.

Solar solutions are less feasible for apartments because there is not enough open space that gets direct sun exposure. Though arguably, common areas such as parking can theoretically be solarised which may not take a complete load of all the apartments but can subsidise electricity bills.

Upfront cost and maintenance

Ali Karimjee, a resident of DHA in Karachi, installed an 11kW solar system in 2018 that cost him about Rs1.1m. “With the credits I earn through solar, I don’t pay electricity bills during the cooler months from November to March,” he says.

At the previously lower tariffs, at the peak of summer, his bill did not exceed Rs7,000-8,000 per month though three air conditioners, two fridges and an assortment of household appliances run on electricity. As electricity tariffs climb, he expects higher savings.

All this is peachy keen but the cost of solar is a hefty one and rises with the exchange rate. “As a rule of thumb, a normal household with three to four ACs and the usual appliances requires a solution of 10kW which now costs roughly Rs1.3m without batteries,” says Raza.

However, it can go as high as Rs2m, says Durrani. A 10kW system, including batteries, can cost between Rs1.8m to Rs3m but while the panels can last decades, the batteries may have a life of only a couple of years.

Being completely independent from grid electricity entirely is not the wisest of options. Batteries are expensive and need to be replaced frequently, so it could be upwards of an extra Rs300,000 every two years. If the purpose of the PV installation is to decrease the electricity bill, then a hybrid solution adds up to the most savings. If the purpose is to thumb your nose at KE, than by own means, go ahead.

A small additional cost is related to maintenance which involves washing the solar panels frequently. “A man comes to service my solar panels every week,” says Karimjee. “I pay him Rs3,500 per month.”

Financing

How can one afford a Rs1m-plus solar system? The State Bank offers financing at a flat six per cent rate, which is not linked to the Karachi Interbank Offered Rate. Generally, the tenure of the loan is three to five years with a down payment of 20pc equity.

Depending on electricity consumption and the amount spent on the solar solution, what you owe the bank could tally up to a smaller figure at the end of the month compared to your bill. For example, if you spend Rs25,000 a month paying off the bank when your electricity consumption is at Rs40,000, you will be saving money, even with a loan.

Keep in mind that while electricity tariffs increase, the amount of instalments remains constant so your savings will increase in proportion to the rise in energy rates.

However, banks take months to process solar loans, industry insiders complain. Given the technology involved, panels and assorted parts are imported and the Rapid depreciation of the rupee jacks up prices. A few months down the road when the loan is finally processed, the cost of the package could have risen as well.

Solar Panel To Battery Ratio (Kw Watts)

Designing a home solar energy system is certainly an exciting process, but it can become rather confusing too. When designing your system, there are two vital components to consider first; solar panels and batteries.

Once you’ve decided your energy needs, you’ll need to decide how many batteries you need and what size panels are required to charge your battery bank.

However, this is easier said than done, and just what is the correct solar panel to battery ratio?

In general, you’ll need a panel that can charge your batteries at a steady rate so that you can have them fully or almost fully charged at the end of the day. This charge rate depends on a variety of factors, but there are some formulas to help you choose the perfect panel/battery ratio.

In this article, we’ll be covering the following:

  • Choosing the right panel/battery combination
  • Calculating panel to battery ratios
  • Calculating your panel and battery power needs

If you’ve just invested in a new battery for your solar system and want to know what panel you need to run it properly, you’ve come to the right place!

електроенергії, 2022, сонячна

How to choose a battery for a solar panel?

Choosing the right panel and battery combination depends on a variety of factors, including:

  • Your energy consumption. How much power are you currently using every day?
  • Your location. Do you live close to the equator? How much sun do you get every day, and how much-overcast weather is there in your area?
  • Your energy needs. What are the energy needs of your solar setup? Are just using it for backup or are you completely off-grid?
  • Your budget. While solar panels and other solar products have become more affordable in the past decade, converting to 100% solar power is still not cheap. Your budget may dictate how quickly you can make the transition.

When matching your panel and battery, consider the above points before making a decision, as this will help you make the best choices for your system in the long run. Let’s look at how to choose the battery for a solar panel.

A good general rule of thumb for most applications is a 1:1 ratio of batteries and watts, or slightly more if you live near the poles.

For example, if you have a 100-watt panel producing about 6 amps per hour, or 30aH per day, coupled with a 200aH battery, your battery will not be getting enough amps for it to charge fully within a day or two, unless you are using less than 30ah per day.

This could work if you are only drawing minimal power for charging phones or something similar, but it will put unnecessary strain on your solar setup.

Alternatively, a 300-watt panel charging a 100aH battery results in much wastage.

Even if you were using the battery to its maximum potential daily, you would only need 50aH of incoming charge per day to charge the battery fully. A 300-watt panel can easily provide double that, which is not used to its full potential.

As we mentioned earlier, a bigger panel-to-battery ratio is preferable in areas where you are not getting very much sun or if you live closer to the poles.

Ideally, no matter your application, the 1:1 ratio is a good rule to follow, especially for small solar setups under a kilowatt. A 100-watt panel and 100aH battery is an ideal small setup; you can expand it from there.

електроенергії, 2022, сонячна

Matching solar panel to battery size

Let’s take a look at the general rule of thumb mentioned earlier: a 1:1 ratio of batteries and watts. A 200-watt panel and 200aH battery is a great combination to begin with.

If you’re using a 200-watt solar panel you can estimate roughly 15 amps of incoming power per hour — in perfect conditions.

This will equate to roughly 7 hours of charge time, or 100aH per day, depending on where you live and how much sun reaches your panel.

It’s important to note that a 200aH battery will only have 100aH (50%) of usable power, as going any lower than this will potentially ruin your battery, or dramatically shorten its life in the best-case scenario.

With a 200aH battery and a 200-watt panel, you should be able to fully charge your battery — or at least get very close — in a single day.

With this formula in mind, you’ll need to calculate your energy needs, and then from there, you can estimate what battery storage you need, and then what panel you’ll need to charge the batteries sufficiently.

електроенергії, 2022, сонячна

How do you calculate a battery for a solar panel?

There is a simple formula for deducing what panel size you need for your battery, but this depends on how many hours of sunlight(roughly) you’re getting per day, which, for most cases, we can average out at around six. This simple formula is:

Battery amp hours are multiplied by voltage and then divided by daylight hours.

For example, a 100ah, 12v battery would be 100×12=1,200. This divided by 6 hours equals 200. So, if you want to charge a 100ah battery from flat to full daily, a 200-watt panel in ideal conditions would do it.

Now that we’ve got a better idea of what to consider when matching a solar panel and batteries, let’s take a look at the best panel size for particular battery setups.

Ideally, you’ll want slightly more power coming from your panel than you need from your batteries, as this will reduce the chance of running out of power and help during overcast days.

Remember, these are rough estimates, like your location and your energy needs will also play a part in the battery and panel size you need. Here are the best panel sizes — in general — for most common battery specifications.

12v battery

A 12v battery needs at least 13.6 volts to charge efficiently. However, a 12v battery can be as small as 50aH or as big as 200aH, so the amp hour rating of your battery is most important.

With that said, you’ll need a panel that is delivering between 13.6 and 17 volts, and depending on your battery’s ah rating and your power needs, we recommend a panel of at least 100 watts.

24v battery

Panels made for charging 12v batteries can be as small 10-watts and as large as 200-watts, but panels for 24v batteries begin at around 300-watts, minimum.

So, depending on your needs, you’ll need to get a 24v panel of at least 300-watts.

48v battery

When charging 48v batteries, you’re going to need a ton of power. These batteries hold roughly 5700-watt hours of power, and depending on your power usage you’ll need a lot of panel power to recharge the battery every day.

Ideally, you’ll need at least two kilowatts(2kWp) of panel power. This could come from eight 250-watt panels wired in series or five to six 350-watt panels.

50ah battery

A 100-watt panel is the best bet for a 50ah battery. You’ll be getting around 6 amps per hour (maximum), which will easily charge your battery in a day or less.

  • 【Similar Usable Energy but 5 Times Faster Charging】LiTime 12V 50Ah LiFePO4 lithium battery has 640Wh energy.
  • 【Top Protection 8 Times Lifespan】LiTime 12V 50Ah LiFePO4 battery is made of automotive grade LiFePO4 cells, which has.
  • 【4 Times the Value for Money】LiTime 12V 50Ah LiFePO4 battery ensures you 5-year warranty while the best-selling lead-acid.

80ah battery

According to the formula mentioned above, you’d need a panel of between 120 and 140-watts to charge an 80ah battery in a day.

  • TL1275/FP12750 Battery 12V 75AH Sealed Lead Acid Rechargeable Maintenance Free AGM Deep Cycle; Parcel: 1 x Battery (screws.
  • Dimensions: 10.02 x 6.65 x 8.94 inches. High Performance, Long Service Life and Deep Discharge Recover.
  • Fit For Wayne ESP25 Back-Up Pump, Electric Scooter, Golf Cart Electric DC, Solar Energy Storage, Pride Mobility Jazzy 1420.

100ah battery

While you could get away with a 100-watt panel as mentioned in our 1:1 ratio example, if you have a lot of power needs a 180-200 watt panel is best.

  • MAINTENANCE FREE: 12.99x 6.73x 8.43 inches. WEIZE 12v 100Ah sealed lead acid battery is manufactured with absorbent glass.
  • OPERATING TEMPERATURE: Charging Temp ranges from 14℉ (-10℃) to 122℉ (50℃), discharging Temp ranges from 5℉ (-15℃).
  • LONGER LIFESPAN: Compared with flooded counterparts, its lower self-discharge of 1-3% per month allows long storage before.

120ah battery

For best results, a panel of around 210-watts is ideal for a 120ah battery but anything above 120 watts will do the trick too.

  • 12 Volt 125Ah Group 31 AGM Deep Cycle Heavy Duty Battery
  • Military grade custom made plates
  • Float service life span of 8 to 10 years

140ah battery

Ideally, you’ll need around 250-watts to charge a 140ah battery in a day, but 150-watts and above is fine more most applications.

Batteries at the 140ah range are limited – it’s best practice to get the higher ah for high demand and longevity.

200ah battery

200ah is a lot of power, and your panel will be working hard to provide it. A panel of 350-watts is ideal, but 200-watts and above will manage too.

  • High Quality Cells: LOSSIGY lithium iron phosphate batteries are manufactured of A-grade cells with higher energy density.
  • 10-Year Lifespan: LOSSIGY Lifepo4 battery provides at least 4000 charge discharge cycles. The built-in BMS effectively.
  • Easy Connectivity: LOSSIGY deep cycle lithium battery can be connected in series or in parallel with the same type batteries.

електроенергії, 2022, сонячна

Solar panel battery sizes:

100-watt solar panel

Maximum 80-100ah, but ideally a 50ah battery.

200-watt solar panel

Ideally, a battery of 100-120ah but could work for a 150ah battery too.

300-watt solar panel

Best for 24v setups, and you’ll need a battery of at least 100ah to draw 1,000 watts or more, but a 200ah battery is ideal.

400-watt solar panel

Around 250ah of power, ideally a 200ah battery, or 2x120ah batteries.

500-watt solar panel

A 500-watt panel setup(2x 250-watt panels) can easily charge a 200ah battery in a day, so you could have 2x200ah batteries charging if you are not running them flat every day.

1000 watt solar panel

With 1,000 watts of panel power (4×250-watt panels, 3x 330-watt panels), you could easily get enough power to charge 2x200ah batteries, and probably three or even four if your energy usage is moderate.

  • High Quality Cells: LOSSIGY lithium iron phosphate batteries are manufactured of A-grade cells with higher energy density.
  • 10-Year Lifespan: LOSSIGY Lifepo4 battery provides at least 4000 charge discharge cycles. The built-in BMS effectively.
  • Easy Connectivity: LOSSIGY deep cycle lithium battery can be connected in series or in parallel with the same type batteries.

електроенергії, 2022, сонячна

Solar panel battery ratios:

When we start getting into large solar setups — 1kw and larger — you’ll need to start looking at 24v and 48v systems, which can handle the higher voltage loads.

For these large systems, 12v panels and inverters will not be sufficient. 12v, 24v panels, and 12v batteries can be used, but they’ll just need to be wired properly in series to bump up the voltage.

1kw solar system

This will depend on the individual panel sizes you opt for. As an example, you’ll need four 250-watt panels or three 330-watt panels.

The biggest single panel currently available is 615-watts, which you’ll need two of for a 1kw system.

Again, you’ll need to look at the load you need to run. If you’re running a 1kw continuous load, a 200ah battery will run for an hour, maximum.

Ideally, a battery bank of four 200ah batteries with 1kw of panels is best, or around 600ah of battery power.

2kw solar system

2kw of panels(8x 250-watt panels, 6x 330 panels, 3x 615-watt panels), and up to ten 200ah batteries.

4kw solar system

4kw of panels(12x 330-watt panels, 6x 615-watt panels), and 2,400ah of battery storage. Once you start getting into systems as large as 4kw, it’s best to go for lithium-ion batteries for power storage.

8kw solar system

8kw of panels (12x 615-watt panels), and 5,000ah of lithium-ion battery storage.

10kw solar system

10kw of panels (15x 615-watt panels), and 7,500ah of lithium-ion battery storage.

12kw solar system

12kw of panels (18x 615-watt panels), and 10,000ah of lithium-ion battery storage.

14kw solar system

14kw of panels (21x 615-watt panels), and 12,500ah of lithium-ion battery storage.

Choosing the right size

Choosing the right solar panel for your batteries depends on several factors, from your location to your energy needs, but there are some basic formulas you can follow.

Hopefully, we have helped remove some of the mystery and helped you work out the perfect panel and battery combination for your power needs!

How long do solar panels last?

How long solar panels last depends on their quality and how well looked after. In general, though, most solar panels will last between 25 and 30 years, with the most expensive models having a life expectancy of 40–50 years. That being said, solar panels will still produce energy after this time, although their capability will have declined significantly.

How do you set up a solar panel system?

The first step in setting up a solar system is determining how much power you need, and planning your solar system accordingly. After this, the setup is fairly straightforward;1. Gather all the required components together; panels, inverter, batteries, cables, etc. 2. Find a safe space in your home to house the inverter and batteries3. Fix the panels to your roof or a stand4. Connect the panels to your inverter or charge controller5. Connect your inverter to your batteries

What is required for solar panel installation?

Again, the first crucial step for any solar installation is calculating your power needs. Once you’ve done this, you’ll need to purchase the appropriate components. These include;1. Solar panels2. Batteries3. Inverter4. Charge controller5. Suitable cablesThese components are typically purchased separately according to your needs, but you can purchase ready-made solar kits that have all the components you need too.

Can I set up solar panels myself?

With a bit of basic DIY and electrical knowledge, you can certainly set up solar panels yourself, especially smaller systems. The setup can become somewhat complicated for large, high-power systems that are grid-tied, though, and you may want to get assistance from a qualified electrician.

Sol Voltaics is an affiliate and an Amazon Associate, we earn from qualifying purchases. at no extra cost to you.

Solar Power System (on-grid) project

електроенергії, 2022, сонячна

Obtaining low-cost renewable solar energy has always had much appeal, but historically the investment costs has been rather off-putting, especially in the U.K. where it is perceived that the climate doesn’t provide a reliable enough amount of sunshine.

електроенергії, 2022, сонячна

However, in recent years a number of things have changed this evaluation. Performance improvements in solar panels and associated power inverters have resulted gains in energy creation, coupled with the availability of modern battery arrays substantial enough to store the energy produced for later reuse. At the same time, shocks to world fuel have results in a Rapid shorting of the ‘payback period’; once it was considered that a typical household solar installation would take in the order of 25 years to recoup the investments costs. This has tumbled to around an estimated 8 years based on calculations made last year, and taking into account the recent price increases for domestic electricity supply, the period could be approaching 4 years with further shortening likely as energy continue to rise. The recent removal of VAT by the UK government on the implementation of solar energy systems is an added boost.

One additional further benefit that has recently arisen is the introduction by some power utility companies, such as Octopus Energy, of ‘agile’ export tariffs, which pay increased amounts at peak demand times. This can be taken advantage of by the use of Smart meters, supplying surplus generated or stored energy to the grid at the best times to maximise revenue, offsetting the purchase of electricity from the grid at other times.

Given that the future is anticipated to require increasing use of electricity to provide power for EV cars and hybrid vehicles, generating your own electricity makes increasing sense.

Overview of our implemented system

електроенергії, 2022, сонячна

Given the now obvious benefits of a solar energy, we have acted accordingly and implemented a system, which has the following component parts:

  • 13x 385W JA Solar Monocrystalline Panels with PERC technology, limited by the available roof space, but sufficient for energy needs.
  • Alumero Mounting accessories Tigo Optimisers to enhance performance when part of the solar array is shaded.
  • Luxpower Hybrid Auto Inverter, 16A single phase, to convert the generated 12V DC electricity to 240V AC for household consumption or export.
  • 4.8 kW Aoboet Uhome battery storage array to store excess energy for later use.
  • AC and DC isolators to connect the component system parts.
  • Generation meter to measure energy production.
  • Wi-Fi Monitoring portal for displaying instantaneous and historical performance.

The calculated annual yield for this system is 3,679kWh, which should be enough to fulfil the household’s electricity needs, estimated at 3,207kWh based on previous usage.

Solar Panels – the ‘heart’

електроенергії, 2022, сонячна

Key to the collection of energy from the sun are naturally the solar panels. These vary in size, and technology is improving continuously, so the latest available are more efficient than previous generations.

Those selected for this project were 13 x 385W JA Solar Monocrystalline Panels with latest PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) technology. Monocrystalline are more expensive but more efficient, with a longer lifespan than other types available. PERC technology improves light capture near the rear surface, optimising electrons flow and thereby achieving higher efficiencies.

електроенергії, 2022, сонячна

The amount produced by a solar array naturally depends on sunlight hours and will be much lower with poor weather or as daylight reduces, whilst household electricity demand also varies during the day.

The ultimate aim of using solar power is to reduce as far as practically possible the need to source energy from the grid. Consequently, a larger array of modules than those just to meet the typical usage amount is needed to ensure adequate production whatever the weather, with the excess being stored or exported.

електроенергії, 2022, сонячна

Alumero mounting kits were used for fixing the solar panels to the property roof, together with Tigo optimisers which maximise the generation from each panel. Without such optimisation, the power output from all solar modules can be reduced when some of the array is in shade.

електроенергії, 2022, сонячна

DC isolators connect two ‘strings’ of series connected panels to the Hybrid Inverter.

Hybrid Inverter – ‘the brains’

In order for the system to be truly useful, power conversion and energy management functions are needed, to ensure a seamless and uninterrupted supply of electricity from the available sources i.e. an appropriate mix of the local generation, storage and grid supply. Chosen for this installation was a Lux Hybrid Automated 16 Amp single phase inverter.

електроенергії, 2022, сонячна

The Hybrid Inverter ensures that when solar energy is available i.e. during daylight hours, this is firstly routed to provide for domestic consumption, and then used to charge the battery storage (as required, if not full). Any additional energy is exported to the external grid. When there is not enough energy generation from the solar array, the hybrid inverter routes the energy storage to the household, and when this is depleted, electricity is imported from the grid in the usual way. Critically, where to source electricity from is completely seamless such that the domestic consumption is never interrupted and the household is unaware of these ‘decisions’ being made.

It’s the inverter’s job to take the DC electricity produced by the solar panels and turn it into 240V AC electricity for household use. It’s a sad fact that many domestic appliances then take this 240V AC and convert it back to DC and lower voltages like 12V and 5V; this double conversion adding theoretical inefficiencies. But this is simpler to implement than rewiring the entire building and trying to then integrate with power to and from the grid.

електроенергії, 2022, сонячна

електроенергії, 2022, сонячна

AC Isolators connect the Inverter’s output to the household electricity supply.

Batteries – ‘the memory’

Quite literally, ‘saving for a rainy day’ is the function of the batteries, which add to the capability and capacity of solar power generation. They are effectively ‘optional’ since the system can be run without them. But since there is a huge natural variation between maximum sunlight and night-time, it makes sense to capture excess energy at peak times, and use this when sunlight is not available or sufficient.

Chosen for this project were 2x Aoboet Uhome-LFP 2400 providing 4.8kW of storage capacity.

електроенергії, 2022, сонячна

At the beginning of a day, the batteries are naturally somewhat depleted, and therefore excess solar energy is initially used to charge them. Once full, they remain ‘on standby’ until later when generation is unable to fulfil the immediate electricity needs, in which case they start discharging their stored energy. Ideally, they will not become completely depleted over the course of the day and night, so that energy is not needed to be imported from the grid.

Grid – import / export

Electricity from the grid is the “insurance” for times when the solar energy is not able to fulfil demand. Naturally, this is likely to be due to a lack of winter daylight hours and/or poor weather, which of course has to be paid for.

електроенергії, 2022, сонячна

But at other times, there will be an excess of energy that can be exported to earn back some of these costs. A Generation Meter as part of the solar energy system enables this export of electricity.

електроенергії, 2022, сонячна

електроенергії, 2022, сонячна

The bi-directional energy flow is measured with a ‘Smart’ meter using a suitable import / export tariff from the Utility company, such as the Octopus with their Agile tariff, and displayed on an associated Wi-Fi monitor.

As to be expected, the amount paid by the Utility for kWh export is considerably less than that charged for import, so it’s worth making best use of the generated and stored energy as much as possible, like running appliances when the sun shines!

електроенергії, 2022, сонячна

An EPS (Emergency Power Supply) socket was additionally included in this project. Though optional, it was chosen for providing ‘backup power’ from the solar energy system in the event of a power outage from the grid supply. It is standard practice in such an event to shut off the export to the grid from solar energy systems to avoid difficulties whilst restoration work is in progress. But during such a period, the household can make use of the generated and stored local energy, for a limited time and restricted to a maximum of 13A. Avoiding excessive consumption, it should be possible to maintain a local supply for 12 hours, assuming a fully charged battery array.

електроенергії, 2022, сонячна

To complete the project to become an ‘energy generator’ (as well as satisfying own consumption needs), an MCS (Microgeneration Certificate Scheme) certificate is issued, together with receiving acceptance documentation from the DNO (District Network Operative). This then allows the establishment of the export tariff with the Utility provider so that payments for excess energy exported will be made.

Operating performance

A Wi-Fi Portal provides the householder with an overview of the current operation of the solar energy system, displaying instantaneous status and historical energy performance for tracking generation yield and import / energy export.

електроенергії, 2022, сонячна

Initially, it can be reported that average energy yield is around 0.86kWh, ranging between a typical peak of 2-4kW during the day and zero at night, compared with average consumption of approximately 0.35kWh, with the excess charging the batteries in the morning and exporting to the grid during the rest of the day. During the night, the consumption is met from the battery storage, with the batteries depleted to around 11% by the next day. It is noted that even during relatively cloudy days, at least around 10% of the 5kWh maximum power is generated, enough to at least meet the immediate consumption needs and even provide some battery replenishment.

A complete picture of the operating performance of the solar energy system will be known after a full year, taking into account the peak of summer and the shortest winter daylight period. Rising costs of electricity will also impact on the longer-term cost savings anticipated.

Conclusions

Hopefully this ‘project description’ is of interest and perhaps of use to anyone contemplating installing a Solar Energy system at their home or office premises. Please feel free to get in touch if you would like us to provide consultancy advice (on a no-obligation FOC basis) leading to a quotation for establishing your own system, or just to gain an in-depth appraisal and more information from our first-hand experience of implementing a Solar Energy system.

Our summary of conclusions at this stage having now implemented a system are:

  • Solar energy collection has developed rapidly in recent years, particularly now that home energy storage is practical enough to capture excess energy during peak daylight and release it for use during the night or whenever demand exceeds generation.
  • Although such systems are still a significant investment, given the recent escalation in energy costs, the ‘break-even’ point has reduced dramactically and the trend is for energy costs to continue to rise thereby making the payback period increasingly shorter.
  • An attractive feature is the notion of being paid to supply energy to the grid, though it should be noted that currently at best this is 7.5p per kWh, so unlikely to be a significant revenue source. But it does mean that energy bills over the longer term will be vanishingly small.
  • The contribution to the nation’s renewable energy mix helps in a small way to aid the drive to reduced carbon emissions and tackle climate change.
  • Naturally, a suitable oriented roof or land space for solar panel installation is required, as well as a location for housing the inverter and batteries (loft space is ideal). Plus, it should be noted that a PV cable needs to be installed (most likely running down the outside wall of the building) to link the inverter to the consumer unit.
  • Should power cuts from the grid occur in the future, the solar energy system is capable (thanks to the EPS socket) of providing power for a limited period to maintain household electricity use.
  • With the increasing use of electric cars (all new will need to be at least hybrid by 2030), being able to source local renewable energy will make increasing sense.

@YellowsBestLtd our mission is in “Keeping Customers Operational”. We’re always keen to enhance our range of #business services, increase the #enterprise infrastructure we support and expand our mix of #sustainable solutions we offer for supply and maintenance of new and legacy #technologies and products for our customers.

Please help us understand what would be of interest to you by getting in touch to discuss your management services or solutions requirements, whether you’re implementing new systems or maintaining existing infrastructure networks to serve your operational business needs. We look forward to hearing from you.

thoughts on “Solar Power System (on-grid) project”

Nice write-up, Bernie. You’re right about the inefficiency of inverting the DC only to rectify it back to DC again. Specifically, this would be a case for EVs The charging of EVs is going to become increasingly prevalent; what can be done to provide a circuit that will allow an EV to charge at a higher rate than simply domestic 240v AC ?

Thanks for the feedback, Jon. Always happy to receive Комментарии и мнения владельцев. Take a look at my latest blog post, in which I’ve tried to expand on the points you have raised. https://www.yellowsbest.com/solar-energy-generation-applications-ac-vs-dc/ I hope this helps a bit in navigating the electric future!

Leave a Reply Cancel reply

Copyright © 2022 Yellows Best Limited. All Rights Reserved.

Залишити відповідь