Стоимость электроэнергии от солнечных батарей.

Инвестиции в солнечную электростанцию, как все правильно посчитать.

  Данная статья посвящена расчету себестоимости электроэнергии, производимой солнечными батареями. Приведённые в статье расчеты не претендуют на абсолютную точность, это скорее, попытка перевести модные сейчас слова «энергоэффективность», «бесплатная солнечная энергия» в некие цифры, дающие представление о реальной стоимости солнечной энергии.

  За точку отсчета мы взяли некую «усредненную» солнечную панель, наиболее часто используемую в домашних солнечных установках. Обычно это фотоэлектрический модуль мощностью 250 Вт, чаще поликристаллический, чем монокристаллический (что, впрочем, не так существенно для расчетов), стоимостью близкий к нижнему ценовому диапазону на данное оборудование в Украине, примерно 1 доллар за Вт, или 250 $ за панель. Естественно, встречаются как более дешевые варианты, так и значительно более дорогие, при желании все можно пересчитать самостоятельно, основываясь на данном примере.

  Итак, в наших расчетах солнечная панель имеет определенную мощность при определенных условиях, которая подвержена изменению со временем (деградация материалов); обычно производитель указывает номинальную мощность, и дает на её изменение определенную гарантию. Чаще всего, это десятилетняя гарантия 90 % мощности и двадцатилетняя гарантия 80% мощности. Если обобщить эти все изменения, солнечная батарея после первого года эксплуатации теряет в мощности примерно 3 %, и далее каждый год по 0,7 %. Ниже диаграммы и графики от разных производителей, иллюстрирующие уменьшение мощности солнечных панелей.

  Используя значение мощности и её постепенное уменьшение, посчитаем электроэнергию, которую произведет наша солнечная батарея за условный отрезок времени, скажем, двадцать лет. Тут небольшое пояснение – данный временной отрезок принят, исходя из информации европейских компаний о максимальном периоде эксплуатации их клиентами солнечных установок до модернизации; в нашей стране немного другая картина – считанные частные солнечные установки эксплуатируются больше семи – восьми лет. Вместе с тем, двадцать пять лет, по истечении которых производители дают гарантию на 80 % мощности – не предел эксплуатации солнечных батарей. Есть примеры успешной работы солнечных панелей, установленных 30 и более лет назад, опять же, не в Украине.

  Итак, прогнозируемый расчет производительности нашей панели в автокалькуляторе по Киеву дает цифру 275 кВт*ч электроэнергии в год на выходе, но не панели, а на выходе фотоэлектрической системы, связанной с сетью, то есть, системы для прямого преобразования солнечной энергии в сетевую электрическую. Нам это как раз и важно, какая энергия будет на выходе установки, а не то, что дает сама панель. При этом в автокалькуляторе учитывается и оптимальный угол установки солнечной батареи, и потери энергии, как в самой солнечной батарее – температурные потери, потери на отражение, так и системные потери – из-за не согласованности параметров, в кабеле, в инверторе, прочее.

  Теперь масштабируем на выбранный период работы солнечной батареи (двадцать лет) её производительность энергии, с учетом ухудшения параметров; первый год работы посчитан, исходя из потери мощности в 3 %, остальные – 0,7 %. Для наглядности все сведено в таблицу.

  Далее простая арифметика: за двадцать лет солнечная панель стоимостью 250 $ произведет 2940кВт*ч электроэнергии, соответственно, стоимость этой энергии –

250$ / 2940 кВт*ч = 0,09$/кВт*ч

  В целом это не полная картина по реальной стоимости кВт/ч, так как солнечные батареи – хоть и главный, но не единственный элемент системы для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую. В полный комплект фотоэлектрической сетевой системы входят так же солнечный инвертор, автоматика защиты по постоянному и переменному току (иногда она встроена в инвертор), система креплений, кабельно-проводниковые соединения, и прочие элементы. В процентном соотношении панели занимают примерно 60-65 % от полной стоимости такой системы, в зависимости от мощности (напоминаем, рассматриваем только домашние солнечные установки), производителей преобразовывающего оборудования, материала креплений, и так далее.

Таким образом, условная стоимость системы с нашей солнечной панелью 250 Вт будет составлять:

250$ / 65% х 100 = 385$ или 250$ / 60% х 100 = 417$

  Рассчитываем теперь полную стоимость электроэнергии на выходе системы:

385 $ / 2940 кВт*ч = 0,13 $/кВт* или 417$ / 2940 кВт*ч = 0,14 $/кВт*ч

  Итого, стоимость электроэнергии от домашней солнечной сетевой установки составляет примерно 0,13-0,14 $/кВт*ч. Это при условии, что установка работает безаварийно в течении 20 лет. На практике такое вполне достижимо, так как базовая гарантия на инверторы европейского производства, а так же некоторые китайские, составляет 5 лет. Конструкция, автоматика прослужат не меньше. Если же учесть дополнительные затраты, например, периодическую очистку панелей, продление гарантии на инверторы, регламентные работы, то себестоимость солнечной энергии в таких системах будет на уровне 0,15$/кВт*ч.

  Итак, основную задачу мы решили. Но это еще не все. В последнее время достаточно часто слышу от людей, что, мол, электроэнергия постоянно дорожает, думаем поставить солнечную установку, отключиться от сети, никому не платить. Что ж, попытаемся ответить еще на этот вопрос – сколько стоит энергия от домашней солнечной установки, предназначенной для резервного/сезонного автономного электроснабжения. Подчеркиваю, резервного, или сезонного автономного электроснабжения, а не полностью автономная система, так как для автономных установок расчет будет выглядеть совсем по-другому (там уже необходимо учитывать работу ветрогенератора, дизель-генератора).

  В домашних солнечных установках, предназначенных для резервного электроснабжения, солнечные батареи занимают различное соотношение от общей стоимости системы; можно с большой долей вероятности утверждать, что это примерно 25 %.

  Но данная цифра очень усредненная, так как реальное процентное соотношение стоимости панелей и всей системы зависит от массы дополнительных данных. Например, в системах с недорогим преобразовывающим оборудованием стоимость солнечных батарей достигает почти 30 %, а с премиумным оборудованием и высоко ресурсными аккумуляторами – порядка 20 %. Кроме того, есть зависимость соотношения стоимости панелей и от необходимого выхода электроэнергии. Поэтому пока остановимся на очевидном усреднении финансовой доли солнечных батарей в установках для резервного электроснабжения – 25 %.

  Далее, в солнечных установках для резервного электроснабжения есть компоненты, срок службы которых намного ниже расчетного периода работы солнечных панелей, это аккумуляторные батареи. Количество отработавших комплектов за расчетный период в 20 лет составит не менее 3-ех (справедливо для аккумуляторах батарей с высоким ресурсом), а примерная доля комплекта аккумуляторных батарей в общей стоимости системы – 40 %. Таким образом, базовая стоимость солнечных установок для резервного электроснабжения будет увеличиваться на 40 % за период 20 лет не менее 2-ух раз.

  Еще одна переменная, влияющая на расчет стоимости энергии от солнечной установки для резервного электроснабжения– более высокие потери энергии в цикле её преобразования от солнечной панели до конечного потребителя. Обобщенно можно сказать, что в солнечной установке для резервного электроснабжения дополнительно теряется не менее 15 % энергии.

  Приняв во внимание все выше перечисленные факторы, получаем следующий расчет полной стоимости системы с нашей усредненной панелью за 20 лет эксплуатации:

(250$ / 25% х 100) + (2 х 40%) = 1800$

  Примерный выход энергии от такой системы, с учетом более высоких потерь:

2940кВт*ч – 15% = 2500кВт*ч

  Таким образом, стоимость энергии от нашей установки для резервного электроснабжения, с учетом полного срока эксплуатации – 20 лет, составляет:

1800$ / 2500 кВт*ч = 0,72$/кВт*ч

  Учитывая потребности в обслуживании такой системы, в регламентных и ремонтных работах, стоимость энергии от нее за 20 лет эксплуатации составит порядка 0,75$/кВт*ч.

  Из данных расчетов можно сделать несколько выводов. Первый, лежащий на поверхности – солнечная энергия совершенно не бесплатна. Второй – самое оправданное использование солнечных батарей – для компенсации, замещения сетевой электроэнергии, при её стоимости, близкой к стоимости энергии от солнечных батарей. Либо же, что еще выгоднее, продажа солнечной энергии по более высокому, «зеленому» тарифу. Кстати, последняя схема в Украине с успехом работает, несмотря на все экономические сложности. Домохозяйства, установившие солнечные панели и получившие «зеленый» тариф, не только экономят электроэнергию, потребляемую от сети, но и получают выплаты по высокому тарифу за всю не использованную ими солнечную энергию.

  Еще один вывод, касающийся стоимости солнечной энергии – получение её от солнечных установок для резервного/сезонного автономного электроснабжения, с учетом периодической замены аккумуляторов в таких системах, довольно дорого, и использование данных систем в каждом конкретном случае надо хорошо просчитывать. Тут есть масса нюансов, позволяющих добиться снижения стоимости, в целом это достойно темы отдельного разговора.

  А о новой тенденции в направлении оптимизации использования солнечной энергии в домашних системах питания я обязательно упомяну. Речь идет о комбинированных солнечных установках для хранения и собственного потребления энергии, имеющих функции как прямого преобразования солнечной энергии в сетевую электрическую, так и резервного/автономного электроснабжения выделенных групп. В данных системах, благодаря специфике компоновки и применяемого оборудования (гибридного инвертора), лучше соотношение стоимости различных компонентов. Солнечные батареи занимают примерно 40 % от общей стоимости оборудования, а аккумуляторы – в районе 20 %, так как нет необходимости использовать очень емки и высокоресурсные батареи. Кроме того, системные потери энергии в них так же несколько ниже, чем в установках для резервного/сезонного автономного электроснабжения. Все вместе позволяет занчительно снизить стоимость солнечной энергии, примерное значение которой можете посчитать самостоятельно, на основе выше приведенного алгоритма.