Если мы спросим среднестатистического человека на улице: "Выгодно ли в России, на широте Москвы, построить и эксплуатировать солнечную электростанцию?", он, скорее всего, ответит "НЕТ" и будет, в общем-то, прав. Отсутствие окупаемости связано даже не с относительно высокой стоимостью самих солнечных батарей (панелей)

Всю идею солнечной энергии для дома экономически "убивают" именно аккумуляторы. Попробую проиллюстрировать буквально "на пальцах".

Возьмем условный аккумулятор напряжением 12 вольт, емкостью 100 Ач, изготовленный по технологии AGM и работающий в составе солнечной станции.

И пусть он заряжается каждый раз абсолютно бесплатной солнечной энергией и отдает ее потребителю 220В через инвертор со 100% КПД.

Пусть он у нас "просто супер" и отработает 1000 циклов заряда-разряда на 100% емкости. И купили мы его где-то удачно всего за 10000 рублей. Зададим сразу идеальные условия, для показательности дальнейшего расчета.

Итак, в такой аккумулятор "помещается" 1,2 кВтч электроэнергии (опять же, в идеале). За время его жизни, с его помощью, мы сможем "прокачать" потребителям 1200 кВт часов "бесплатной" энергии от солнечных панелей. Суммарная стоимость этой энергии, при потреблении от сети, порядка 6000 рублей.

Если бы мы не идеализировали, то стоимость эксплуатации аккумуляторов в составе солнечной станции оказалась бы более чем в два-три раза больше стоимости выработанной и потребленной энергии. К этому еще стоит добавить, что в большинстве случаев маломощных СЭС, энергия накапливается (как мы уже выяснили) в "дорогих" аккумуляторах и "сжигается" в ночное время, освещая участок светодиодными светильниками. А ведь в ночное время, при двухтарифном учете, сетевая электроэнергия стоит почти в три раза дешевле! Такое использование солнечной энергии встанет Вам дороже ночного освещения участка от сети в 7-10 раз!!!

Для увеличения картинки нажмите на нее

 

И вот, в таких современных технологических реалиях, я предлагаю побороться за экономическую эффективность применения солнечных панелей в частном хозяйстве...

В мае 2020 года исполнилось пять лет моей солнечной электростанции на даче.

На участке нет (и не будет) газа, электроэнергия сильно ограничена по мощности (5 кВт), напряжение не стабильно, частые перебои с электроснабжением. Построить МСЭС на участке было и интересно, и нужно. Был изготовлен отдельно стоящий металлический конструктив для крепления панелей.

Ориентация - идеально на юг, угол установки панелей - 60 градусов. На конструктив смонтировано 14 панелей FSM-200M.

Основа системы - гибридный инвертор Axpert MKS 5K со встроенным MTTP контроллером заряда на 3000 Вт и выходной мощностью 4000 Вт (5000 ВА).

Первоначально, аккумуляторную батарею собрал из доставшихся б/у (списанных) 96 штук AGM 12 В 7 Ач от UPS. Если бы они были новыми, емкость бы составила 168 Ач при напряжении 48 В (8 кВтч), но реальная остаточная емкость не превышала 50%. В начале мая 2015 станция была запущена и начался период эксплуатации, радостей и разочарований, наблюдений и экспериментов...

 

 

С самого начала эксплуатации СЭС я мониторил и систематизировал все данные. До и после инвертора были установлены счетчики электроэнергии. Каждую субботу я записывал в таблицу Excel показания счетчиков, высчитывал выработанную энергию, ее процент в общепотребленной, стоимость, исходя из текущей стоимости сетевой электроэнергии по дневному тарифу

 

 

Стоит признаться, если не впадать в эйфорию от самого факта наличия и работы солнечной домашней станции, а накопить статистический материал и честно все посчитать - картина грустная, мягко говоря.

А в зимний период - почти плачевная. Основная проблема выработки солнечной энергии в средней полосе России - огромная неравномерность генерации в зависимости от погоды и времени года.

Как говорится - "то густо, то пусто". Увеличивать емкость аккумуляторов, как мы уже рассмотрели выше, не вариант, это только увеличит экономические потери.

 

 

Сезонную неравномерность выработки энергии СЭС усугубляет совершенно обратная неравномерность ее потребления при отоплении дома электричеством.

Летом ее "девать некуда", зимой она очень нужна - ее крайне мало.

Все факторы, с которыми можно столкнуться, эксплуатируя МСЭС с "классической" компоновкой (на основе гибридного инвертора с аккумуляторами) можно свести в таблицу и попытаться сделать выводы:

 

№	Замечание	Вывод	Решение
1	Накопление энергии в аккумуляторах экономически неэффективно	Отказаться от накопления энергии в аккумуляторах	Найти способ прямого полезного использования энергии СБ
2	Подавляющее количество энергии за год требуется на отопление дома	Оптимизировать использование солнечной энергии для отопления	Максимально адаптированная схема преобразования в тепло
3	СБ не должны «простаивать», нужно использовать всю выработанную интегральную энергию	Нагрузить СБ постоянной полезной согласованной нагрузкой	Обеспечить точку максимальной мощность панелей подключением согласованного ТЭН

 

Предложение весьма простое: в осенне-весенний период скоммутировать панели для получения постоянного напряжения на нагрузке, близкое к действующему значению переменного 220 В, и запитывать напрямую ТЭНы нагревательных приборов дома.

Для питания постоянным напряжением подойдут бытовые обогреватели 220В без электроники и термостатов. Я, для начала, использовал ИК-обогреватели.

Проблема заключается еще и в том, что размыкать цепи относительно высокого постоянного напряжения обычными средствами коммутации (выключателями, реле, контактами термостатов и т.п.) не получится. При размыкании нагруженной цепи возникает электрическая дуга, буквально выжигающая контакты.

Выходом может служить использование высоковольтных твердотельных реле постоянного тока. Итак, у меня 14 панелей по 200 Вт. Номинальное напряжение 24В, поэтому включены последовательно по две и 7 цепочек уже в параллель. При этом, напряжение в точке пиковой мощности панели FSM-200M - 36,2 В, а ток при пиковой мощности - 5,56 А.

Значит, если соединить последовательно по 4 панели, получим напряжение в максимуме мощности - 144,8 Вольт - годится!

Получается, можно соединить по такой схеме только 12 панелей - три параллельные цепочки по четыре панели. Если подобрать согласованное сопротивление нагрузки (8,7 Ом) , то в солнечный день в цепи потечет ток 5,56х3=16,68А и будет выделяться мощность 2,4 кВт.

В итоге, у меня получились "летний" и "зимний" режимы включения панелей. Летом все панели попарно работают на инвертор с аккумуляторами. Зимой 12 панелей "отапливают" дом напрямую, а две панели обеспечивают поддержку инвертора, работающего в режиме ИБП.

В систему "прямого солнечного" отопления был добавлен электронный счетчик энергии постоянного тока с диапазоном до 300 Вольт и 100 Ампер

Для увеличения нажмите на картинку

 

Это позволило регистрировать киловатты выработанной и потребленной энергии и продолжать вести статистику каждую неделю. Постоянное напряжение 12 Вольт посредством термостата и мощных твердотельных реле (до 220 В и 40 А постоянного тока) управляет максимальной температурой нагрева воздуха в доме.

Статистика выработанной и потребленной на отопление дома энергии собиралась за недельные периоды в отопительный сезон 2019/2020.

 

 

На графике показаны первоначально полученные данные, когда еще не удалось набрать обогревателями согласованную нагрузку в 8,7 Ом, система была недогружена и максимальная выделяющаяся мощность была порядка 1,8 кВт вместо возможных 2,4 кВт. Сейчас ситуация исправлена.

Но было явно видно, что именно при такой, в чем-то весьма примитивной, схеме работы СЭС, достигается максимально экономически эффективное использование солнечной энергии. Опять же оговоримся, при имеющихся в России возможностях и условиях развития в этой сфере.

Тут уместно, для полноты картины, обсудить появившуюся с конца 2019 года возможность сдачи излишков генерируемой энергии до 15 кВт по заранее установленному тарифу энергосбытовой компании согласно поправкам в 35-ФЗ «Об электроэнергетике».

Проблема лишь в том, что генерируемую энергию будут принимать по оптовым ценам, а это порядка 1,5 рубля за кВт*ч.

С учетом того, что для этого Вам потребуется оснастить свою СЭС сетевыми инверторами, а их текущая рыночная стоимость начинается от 10 тысяч рублей за киловатт мощности, Вас опять с окупаемостью начнет разделять пропасть.

Отапливая свой дом «напрямую», Вы хоть потратитесь практически только на панели и отбивать будете свое самое дорогое дневное потребление по дневному же тарифу.

Вспоминаю, как идею «прямого солнечного отопления» лишь только я озвучил на известном ресурсе Forumhouse, меня сразу засыпали комментариями, обвиняющими в технической отсталости идеи «сжигания на ТЭНах технологичной солнечной энергии».

Но не все технологичное экономически выгодно, а порой часто наоборот.

К примеру, возвращаясь к стоимости эксплуатации «профильных» AGM аккумуляторов в составе СЭС на гибридных инверторах, пришел к выводу, что самую низкую стоимость владения и эксплуатации имеет вариант использования автомобильных жидкостных аккумуляторов большой емкости (195–210 Ач) при организации дополнительных мер по удалению или рекомбинации водорода

 

 

Да, у них меньше срок службы, чем у AGM (на практике не так значительно, как пишут). Да, они не переносят глубокого разряда более 50% (просто не доводите до него настройками системы).

Но стоимость их срока службы и возможность заменить на новые с дисконтом за сданные – перечеркивает все!

А будете использовать еще более современный литий – станет совсем плохо с окупаемостью. Я не просто так вернулся к стоимости аккумулирования энергии.

При том, что уже определился с эффективностью использования СЭС в варианте получения тепла. А ведь аккумулирования тепла – задача на порядок проще электричества.

Тепло «дешево и сердито» хранится в теплоизолированных водяных теплоаккумуляторах.

В теплоаккумулятор Drazice емкостью 1000 литров и стоимостью порядка 30 тысяч рублей, при разнице температур нагревания/охлаждения в 50 градусов (40 – 90 С) «входит» почти 60 кВт*ч электрической/тепловой энергии!

И это при практически бесконечном ресурсе

 

 

Что касается задачи оптимизации выработки солнечной энергии под задачи отопления дома, то тут стоит отметить вывод о целесообразности вертикальной установки солнечных панелей с ориентацией на юг.

Это позволит эффективно «работать» с низким зимним солнцем и избежать снега на солнечных батареях.

В зимний период этот прием, в сочетании с мерами обеспечения отсутствия затеняющих элементов на значительной площади перед батареями, позволит существенно увеличить эффективность.

А летом, когда вертикальное расположение панелей будет давать низкую эффективную поверхность батареи, как мы уже отметили, много электричества и не очень нужно. Бонусом - снизится эффект выжигания элементов при высокой инсоляции и увеличится срок службы.

 

 

И тут я плавно подхожу к своеобразному анонсу рассказа о моем новом строящемся загородном доме, работы по которому подходят к завершению. Благодаря комплексному использованию современных технологий энергоэффективного строительства, отопления и получения энергии, объект может стать домом, который лет так 50 сможет комфортно отапливаться «ничем»!!!

Что реализовано в солнечной электростанции для дома, кратко:

- Одноэтажное строение, площадь дома 80м2 (просто мне столько достаточно);

- Фундамент – модернизированная УШП (утепленная шведская плита);

- Основное утепление стен – 150 мм напыления полиуретана высокой плотности с закрытой ячейкой;

- Входные двери – двухкамерный стеклопакет, I-стекло;

- 100% отопления дома - стяжка с водяными теплыми полами на утеплителе (150 мм экструдированного пенопласта), радиаторов нет;

- Отдельно стоящая котельная с теплоаккумуляторами емкостью 3000 литров;

- Забор 24х2,5 метра из вертикально установленных солнечных панелей суммарной мощностью 9 кВт;

- Прямой нагрев воды в теплоаккумуляторах постоянным напряжением солнечных панелей, коммутируемым твердотельными реле;

- Абсолютно ровный открытый рельеф участка перед солнечными панелями (искусственный пруд 800 м2, 1500м3) обеспечивает максимальную инсоляцию панелей в течении дня, особенно зимой.

 

 

Что уже достигнуто?

При средней температуре на улице -10С, для постоянного поддержания в доме +22С достаточно температуры подаваемого теплоносителя +25С и потока энергии менее 1,5 кВт.

С учетом того, что в установленные теплоаккумуляторы «входит» 175 кВт*ч энергии, дому этого хватит минимум на 5 суток в период максимального потребления на отопление.

Продолжение следует…

С Уважением к читателям, Сергей КЗ