Стоимость электроэнергии от солнечных батарей.

Данная статья посвящена расчету себестоимости электроэнергии, производимой солнечными батареями. Приведенные 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 250Вт, 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 нашасолнечная 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 275кВт*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 250Вт будет составлять:

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

Рассчитываем теперь полную стоимость электроэнергии на выходе системы:

385$ / 2940кВт*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.