Солнечные батареи для частного дома или дачи. Выгодна ли их установка

Солнечные батареи на крыше дома

Использование солнечной энергии является очень перспективным направлением. Но есть два противоположных мнения: часть людей считает, что солнца в России очень мало и использовать солнечную энергию невозможно. Другая часть наоборот думает: вот я сейчас поставлю солнечную станцию и привет энергосбыту.

Я раньше считал, что в Краснодарском крае все крыши домов покрыты солнечными панелями и люди горя не знают с получением дармового электричества. Приехав сюда я увидел, что это совсем не так и такие панели большая редкость. Например, в посёлке Ахтырском светильники с такими панелями я увидел только в одном месте, в Ахтырском техникуме Профи-Альянс.

Светильник с солнечной батареей в пгт АхтырскийАхтырский. Светильник с солнечной панелью

В этой статье я хочу показать, от чего зависит экономическая эффективность солнечных батарей для частных домов: от солнца или скорее от тарифов на электроэнергию. Рассмотрим в каких регионах солнца вполне достаточно. Приведу пример моего эксперимента на практике по эксплуатации светильника с солнечной панелью. 

Также приведу расчёт оборудования солнечной станции для частного дома на реальном объекте. Покажу насколько это выгодно и какие меры принимает наше государство в поддержке этого направления. 

Уровень инсоляции в моём районе

Живу я в Краснодарском крае, в посёлке городского типа Ахтырский. Приехал я сюда в 2002 году из города Стрежевой, Томской области. Об этом написано в статье “Об авторе”.

Недавно узнал, что город Краснодар находится на 45 параллели. Чем же она примечательна? Эта параллель является равноудалённой от Северного полюса и экватора, что определяет очень благоприятный климат. Другое её название - “Золотая параллель”.

На этой широте находятся такие известные города мира: американский Миннеаполис и итальянский Турин, канадская Оттава и французский Бордо. Наверно поэтому вина Фанагории соперничают с французскими винами. На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский. 

В Краснодаре на улице Захарова, рядом с торговым центром “Сити Центр” установлен знак о нахождении г. Краснодара на этой параллели. Он представляет из себя трёхметровый земной глобус из гранита на котором отмечены перечисленные выше города. Рядом со знаком находиться памятная доска на которой написано, что он установлен в честь 175-летия Русского географического общества и передан в дар жителям Краснодара компанией “Магнит”.

Памятный знак на 45 параллели в Краснодаре45 параллель, памятный знак в Краснодаре

На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский в котором я проживаю.

Но вернёмся к нашей теме. Что же такое инсоляция?

Инсоляция это облучение поверхностей солнечным светом, поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.

Википедия

В переводе на простой язык это значит как светит солнышко в определённом месте.

Для того, чтобы узнать какая инсоляция в разных регионах, воспользуемся данными On-line калькулятора солнечной энергии. Здесь мы получаем среднегодовую мощность за сутки и суммарную за год от солнечной панели мощностью 1 кВт.

Для разных регионов Европейской части России она выглядит так:

№ п/пГородСреднегодовая выработка электроэнергии, кВтч/суткиСуммарная выработка электроэнергии за год, кВтч
1Архангельск2,70984,86
2Вологда3,051111,51
3Ярославль3,101130,90
4Москва3,231178,28
5Воронеж3,381234,88
6Ростов-на-Дону3,751369,05
7Волгоград3,781379,48
8Сочи4,001458,67
9Астрахань4,041474,22
10Махачкала4,241546,78

Из приведённых данных видно, что уровень инсоляции возрастает от северных регионов к южным, что вполне ожидаемо.

Местоположение моего домаНа карте указано место в котором я проживаю

В месте расположения моего дома среднегодовая выработка электроэнергии от солнечной панели мощностью 1 кВт составляет 3,91 кВтч/сутки, а за весь год - 1426,33 кВтч. По сравнению с Махачкалой, где самый высокий уровень инсоляции, это на 7,8% меньше, а  с Сочи на 2,2% меньше, что не так уж и много.

Уровень инсоляции в АхтырскомГрафик выработки электроэнергии от солнечной панели 

Разница между июлем - самым производительным по электроэнергии месяцем и декабрём - самым низким, получается в 3,1 раза. Все эти выкладки интересны, но надо на практике проверить как работает солнечная батарея и будет ли от неё толк.

Мой эксперимент по эксплуатации солнечной батареи

Четыре года назад, в августе 2017 года мною был приобретён комплект состоящий из светодиодной лампы, солнечной панели и аккумулятора, на Алиэкспресс.

Заказ на светильник с солнечной батареейЗаказ светильника на Алиэкспресс

Отметим, что степень защиты солнечной батареи - IP65, это говорит о том, что такой прибор может быть использован при воздействии дождя и снега. Первая цифра в такой кодировке - 6 обозначает полную защиту от пыли, а вторая - 5 предусматривает защиту устройства от воды, направленную струёй с любого направления.

Технические параметры светильникаДанные на заказанный мной светильник

Солнечная батарея оснащена датчиком освещённости, что позволяет автоматически включаться лампе вечером при заходе солнца и выключаться утром - при восходе. Таким образом днём производится зарядка аккумулятора, а вечером и ночью его разрядка на освещение.

Состав комплекта светильникаВнешний вид комплекта светильника

В состав комплекта входит стойка, с помощью которой светильник можно закрепить на вертикальной стене или на трубе. Получается что светильник полностью автономный, не требуется подключение к электрической сети.

В ходе эксплуатации данной модели стало выясняться, что время работы светильника колеблется от двух до четырёх часов. Это никак не соответствует заявленным производителем параметрам. Ведь он указывает, что время разряда от восьми до двенадцати часов. 

Через два года эксплуатации я разобрал этот светильник: снял солнечную панель, удалил аккумулятор. Присоединил данный прибор через блок питания на 6 вольт к сети 220 вольт и устройство, которое через Wi-Fi управляет включением и выключением светильника по восходу и заходу солнца. А также имеется возможность управлять работой светильника через смартфон. 

Предлагаемое улучшение работы солнечной батареи

Посмотрим, что нам скажет on-line калькулятор про данную солнечную батарею.

Вносим свои данные:

  • солнечная батарея - 10 Вт;
  • ёмкость аккумулятора 6,6 Ач
  • напряжение аккумулятора 4 В, калькулятор в этом пункте не воспринимает запятую. Поэтому вместо 3,7 ставим 4;
  • нагрузку вычисляем так: светодиоду SMD 5730 для нормального свечения требуется ток 120 мА. Таких светодиодов в нашем устройстве 12, общий потребляемый ток получается 1,44 А. Потребляемая мощность или нагрузка получается 3,7 В х 1,44 А = 5,32 Вт. Допустим светить устройство должно в течении 10 часов. Тогда нагрузка получается 53,2 Вт/сутки, или 0,0532 кВт/сутки, причём летом и зимой одинаковая.

Вносим данные в калькулятор и наблюдаем весьма грустную картинку.

Результаты о работе солнечной батареиДанные онлайн-калькулятора о работе солнечной батареи

Почему грустную, потому что из полученных результатов видно:

  1.  Выработанной солнечной батареей энергии мало для требуемой нагрузки. Только в июле и августе кривая выработки совпадает с прямой нагрузки. То есть следует увеличить мощность солнечной панели.
  2. При аккумуляторе ёмкостью 6,6 Ач калькулятор показывает что светодиоды горят 9 часов. Но кривая выработки у нас проходит ниже необходимого, поэтому происходит недозаряд аккумулятора. Также на его работу влияет температура. И ещё, китайские производители завышают показатели, т. е. следует ожидать что ёмкость аккумулятора далека от 6,6 Ач. Если в калькулятор вставить ёмкость аккумулятора наполовину меньше - 3,3 Ач, то получается 4 часа работы, что близко к практике.

Теперь попробуем добавить ещё одну солнечную батарею мощностью 10 ватт и увеличим ёмкость аккумулятора до 8,8 Ач. Вводим новые данные в калькулятор и получаем более приемлемый итог.

Данные калькулятора после модернизации светильникаГрафики работы светильника после улучшения

Результаты модернизации:

  1. Кривая выработки энергии пошла значительно выше прямой нагрузки, что даст хороший заряд аккумулятору. И только зимой в январе и декабре может не хватать для заряда и время работы светильника уменьшится.
  2. Увеличение ёмкости аккумуляторной батареи привело к тому, что светильник может светить до 12 часов.

Выгодно ли применять такую солнечную батарею

Ранее мы выяснили, что данный светильник потребляет 0,0532 кВт/сутки, в год 0,0532 кВт/сутки х 365 дней = 19,418 кВтч. Стоимость 1 кВтч в нашем регионе 5,24 рубля.

Таким образом, если мы запитаем этот светильник от сети, то мы потратим за год 19,418 кВтч х 5.24 рубля = 101,75 рублей.

Из заказа на Алиэкспресс видно, что стоимость светильника: 6173,91 рубля. Посчитаем когда светильник окупиться:  6173,91/101,75 = 60.7 лет. Как видим, даже при постоянном увеличении тарифов на электроэнергию ждать положительного финансового результата не стоит. И это без учёта модернизации, чтобы довести это устройство до ума.

Кроме того производитель указывает, что срок службы солнечной панели - 15 лет, светодиодного светильника - 5 лет, аккумуляторной батареи - 2 года. Это говорит о том, что устройство окажется на свалке намного раньше, чем через 60 лет. 

Солнечные батареи для частного дома или дачи

В общем случае в состав оборудования входит:

  1. Солнечные панели.
  2. Контроллер заряда.
  3. Инвертор.
  4. Аккумуляторная батарея.

Схема оборудования солнечной батареи для частного домаОбщая схема солнечной электростанции

Как же работает вся эта конструкция? От солнечных батарей в зависимости от освещённости получается напряжение величиной от 3 до 30 вольт. Оно преобразуется контроллером заряда в напряжение приемлемое для заряда аккумуляторов. Инвертор, получая постоянное напряжение от аккумуляторов, преобразует его в переменное, величиной 220 вольт, для питания потребителей. 

При наличии внешнего питания от электросети, инвертор может от неё подзаряжать аккумуляторы. В случае пропадания питания от сети инвертор переключается на преобразование постоянного напряжения аккумуляторов в переменное для потребителей. Вместо внешней сети возможно использование бензинового генератора.

Расчёт оборудования

Рассмотрим практический пример расчёта оборудования с солнечными панелями для моего дома. Первым делом необходимо определиться с максимальной нагрузкой потребителей.

Перечислим все устройства в доме с указанием мощности:

Электрические приборы Мощность, Вт
Стиральная машина2500 
Холодильники 2 шт.200
Телевизор100
Пылесос1600
Водяной насос700
Газовый котёл130
Лампочки 40 шт. х 10 Вт400
Утюг1500
Инструменты
Триммер1000
Цепная электропила1800
Электролобзик600
Электродрель310
Болгарка900

Складываем указанные мощности, с учётом того что лампочки не горят все сразу, берём 10 лампочек, это 100 вт. Из всего инструмента обычно используется какой-то один, для расчёта берём самый мощный - цепная электропила 1800 вт. Отопление и горячая вода производиться с помощью газового котла.

В итоге максимальная мощность получается 8630 вт. Эта величина определяет мощность выбираемого инвертора.

Теперь выясним какое количество электроэнергии нам необходимо за год и среднее в сутки. Для этого берём квитанции по оплате электроэнергии за 12 месяцев и выписываем помесячно показания счётчика.

2020 год2021 год
июльавгустсентябрьоктябрьноябрьдекабрьянварьфевральмартапрельмайиюнь
268303264311300339297338271243283296

Общее потребление за год составляет 3573 кВтч.

Среднее потребление за сутки 3573/365 = 9,79 кВтч.

Как видим потребление в зимний период не сильно отличается от летнего. Это объясняется тем, что летом много работает насос для полива выращиваемых в огороде овощей. Поэтому для упрощения расчёта сезонность не учитываем.

Выбор оборудования

Опять пользуемся калькулятором и вводим наши данные. Производим выбор солнечных батарей - 15 штук по 270 Вт. 

Выработка электроэнергии 15 солнечными панелями по 270 ВтГрафик о выработке электроэнергии выбранными панелями

По графику получается, что максимальная отдача от солнечных батарей получается в июле и превышает необходимую нам величину в два с лишним раза. А зимой в январе и декабре получаем меньше необходимой нам величины. Эта нехватка будет восполнена за счёт электросети.

Можно добавить солнечных батарей до 20 штук, тогда получится перекрыть потребление по всем месяцам. Но в этом случае в июле суточная выработка электроэнергии будет выше необходимой в три раза, суммарная за год и средняя за сутки в году - в два раза. Пока остановимся на 15 панелях. Стоимость одной панели типа RE270 - 60P - 8950 рублей, а 15 штук - 134250 рублей.

Таким образом полная мощность всей системы солнечных батарей 15 х 270 = 4050 ватт. Для выбора контроллера заряда необходимо определиться с выходным током этого прибора. Суть в том, что если взять аккумулятор на 12 вольт получаем ток 

4050 Вт/12 В = 337,5 А. Ток получается очень большой, это ведёт к усложнению контроллера и к выбору проводов для присоединения аккумулятора большого сечения.

Попробуем контроллер на напряжение 48 В, получаем 4050 Вт / 48 В = 84.375 А. Это уже приемлемо, максимальный ток который пойдёт на аккумуляторы будет 84,375 А.

Учитывая потери в контроллере и проводах берём с током побольше. Выбираем контроллер отечественного производителя близкий по току KES DOMINATOR MPPT 200-100. Его максимальный ток 100 ампер. Стоимость по каталогу на сайте производителя 59900 рублей.

Ранее было определено, что максимальная мощность потребления дома - 8630 вт. Исходя из этой величины выбираем инвертор марки MAP DOMINATOR 48-15, мощность его 15 кВт, цена из того же каталога - 239900 рублей. У производителя есть инвертор на 9 кВт, который дешевле (168800), но тогда не будет запаса по мощности и этим самым получится ограничение по расширению применения новых электроустройств. Например, захотим подключить кондиционер, посудомоечную машину или электродуховку. И не забываем, что у любого устройства КПД ниже 100%.

Выбор контроллера и инвертора из каталога производителяИз каталога производителя берём необходимые нам контроллер и инвертор

Теперь осталось сделать выбор аккумуляторов. Учитываем, что у аккумулятора тоже есть КПД, который зависит от типа и температуры окружающей среды. Делаем допуск , что они будут находиться в тёплом помещении при постоянной температуре.

Применим  аккумуляторную батарею DELTA Battery GEL 12-100 100 Ач. Это гелиевый аккумулятор, срок службы его 12 лет. Нам необходимо 4 штуки, цена одного 21000 рублей. Всего:  21000 х 4 = 84000 рублей. Подставляем наши данные в онлайн калькулятор и получаем, что от аккумуляторов наш дом остаётся с питанием до 9 часов. Это время можно значительно увеличить, если в этот момент исключить использование мощных приборов.

Данные калькулятора по подбору аккумуляторовВыбор аккумуляторов для установки

Окупаемость установки с солнечными батареями

Определяем стоимость всей установки, для этого суммируем цену на выбранное нами оборудование.

ОборудованиеЦена, руб.
Солнечные батареи RE270 - 60P, 15 шт.134250
Контроллер заряда KES DOMINATOR MPPT 200-10059900
Инвертор MAP DOMINATOR 48-15239900
4 аккумулятора DELTA Battery GEL 12-10084000
ИТОГО518050

Ещё необходимы дополнительно: предохранители, автоматические выключатели, коннекторы для соединения солнечных панелей, соединители для аккумуляторов, разветвители разных типов, кабель для соединения, устройство УЗИП - устройство защиты от молний и наводок. Всё это хозяйство будет стоить больше 20000 рублей. И это без учёта стеллажа под аккумуляторы. Добавляем к полученной сумме и получаем 538050 рублей.

Общее потребление за год составляет 3573 кВтч. Тариф за электроэнергию по нашему району - 5,24 руб за 1 кВтч. Определяем сколько платим за электроэнергию в год: 3573 х 5,24 = 18722,52 рублей.

Теперь делим стоимость установки на стоимость потреблённой энергии за год: 538050/18722,52 = 28,7 лет. В итоге получили срок окупаемости около 29 лет.

Также необходимо учесть затраты на транспортировку оборудования на место монтажа и его профессиональную установку, расходные материалы и наладку.

На эти работы потребуется порядка 30000 рублей, что также ведёт к увеличению срока окупаемости.

Как продать излишки электроэнергии от солнечных панелей

Люди часто бывающие за границей, отмечают большое распространение солнечных панелей и ветрогенераторов. Например в Великобритании, где инсоляция такая же как и в средней полосе России, используется около 1 миллиона небольших солнечных электростанций мощностью до 10 киловатт. Это обусловлено тем, что в этих странах в течении десятков лет проводилась государственная политика по субсидированию развития солнечной энергетики. 

Начинаются подвижки в этом направлении и у нас в России. Ещё в декабре 2019 года правительство приняло Федеральный закон от 27.12.2019 N 471-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об электроэнергетике" в части развития микрогенерации". Из этого документа следует что объектом микрогенерации является объект, присоединённый к электросетям до 1000 вольт и позволяющий вырабатывать и передавать электроэнергию в общую сеть объёмом не превышающем величину технологического присоединения, но не более 15 киловатт. В переводе с канцелярского на простой язык, если у вас имеется ветряная или солнечная электростанция, то она может быть объектом микрогенерации.

В продолжение развития этой тенденции 2 марта 2021 года правительство выпустило постановление №299 "О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации в части определения особенностей правового регулирования отношений по функционированию объектов микрогенерации". Из этого постановления следует:

  1. Владелец объекта микрогенерации может продавать излишки выработанной электроэнергии при заключении соответствующего договора с местным энергосбытом.
  2. В течении месяца можно выданную в сеть электроэнергию использовать бесплатно при недостаче её от солнечных батарей (например в ночное время).

Цена продажи определяется средневзвешенной ценой электрической энергии на оптовом рынке. В итоге она намного ниже стоимости покупки электроэнергии. Так для первого полугодия 2021 года цена продажи для объектов микрогенерации:

  • для Европейской части РФ и Урала - 2,1 руб./кВтч;
  • для Сибири - 1,9 руб./кВтч.

Такие расценки не совсем выгодны для продажи солнечной электроэнергии. 

Более интересным представляется бесплатное использование электроэнергии ранее выданной в сеть. То есть общая сеть используется как большой аккумулятор. Когда у нас есть излишки электроэнергии мы отдаём её в сеть, а при недостаче - забираем обратно из сети в том же объёме бесплатно. 

Все ранее приводимые расчёты по поводу окупаемости солнечных панелей подразумевают, что вся вырабатываемая ими электроэнергия была использована и не пропала даром. Но мы, как правило, некоторую часть времени (чаще днём) проводим вне дома: на работе, в отпуске, в магазине и т.д., а в это время солнечные панели работают и производят электроэнергию. Использование сети в качестве аккумулятора делает возможным запасти произведённую солнечными панелями электроэнергию и использовать её в удобное время.

Таким образом, если за месяц мы использовали 300 кВтч, а выработка от солнечных панелей составила 200 кВтч, то за 100 кВтч необходимо заплатить по тарифу (5,24 руб./кВтч) из сети. А если выработка - 300 кВтч, а потребление - 200 кВтч, то разницу в 100 кВтч купит энергосбытовая компания по цене оптового рынка (2,1 руб./кВтч).

Для того, чтобы всё это стало рабочей схемой, необходимо:

  1. Сделать технологическое присоединение солнечной станции, для этого заключить договор с местной энергосбытовой организацией. Для физических лиц это стоит 550 рублей.
  2. С той энергосбытовой организацией, которая Вас обслуживает, заключить договор купли-продажи электрической энергии. Это можно сделать одновременно с процедурой технологического присоединения или после.

Таким образом, установив солнечные панели на крыше своего дома, можно производить электроэнергию не только для своего хозяйства, но и продавать её излишки. И местная организация энергосбыта обязана произвести необходимое подключение и подписать договор в сроки предусмотренные постановлением №299 правительства РФ.

Основные выводы

Из приведённых выше примеров по эксперименту по эксплуатации солнечной батареи и расчёту солнечной станции для дома видно, что использование такой энергии пока не выгодно. В первом случае срок окупаемости до 60 лет, во втором около 30, даже для такого южного региона как Краснодарский край.

Почему же в странах Европы и США это считается выгодным и используется повсеместно? Во - первых там есть государственная поддержка в этом вопросе, а во - вторых стоимость электроэнергии там намного выше. Так в Германии на конец 2020 года стоимость 1 кВтч составляла 0,43$, что в рублях 0,43 х 73 руб. = 31,39 руб. То есть эта величина превышает тариф за электроэнергию в Краснодарском крае в 6 раз, соответственно и срок окупаемости будет для солнечной установки рассчитанной ранее не 30 лет, а 5. С учётом субсидирования этот срок ещё меньше, а оборудование производится в основном в Китае и его стоимость не сильно отличается в разных странах.

А в наших условиях при желании установить солнечные батареи следует знать:

  1. Так как цены на оборудование со временем падают, КПД новых разработок солнечных панелей неуклонно растёт и растут тарифы на электроэнергию, целесообразность использования солнечных станций тоже растёт.
  2. Для юридических лиц использование солнечной энергии тоже выгоднее, так как тарифы на электроэнергию для них выше. Так в Краснодарском крае тариф для юрлиц - 10,08 руб./кВтч.
  3. Чем больше мощность солнечной станции, тем ниже себестоимость вырабатываемой ею электроэнергии.
  4. Для продажи излишков электроэнергии необходимо официально подключить станцию к сетям и заключить договор с энергосбытовой организацией.

Из всего сказанного выше следует вывод: сейчас использование солнечных панелей в наших условиях невыгодно, но лет через десять, а может и раньше ситуация должна измениться. Правительство принимает новые законы, способствующие этому, тарифы растут с каждым годом.

Если Вы считаете эту информацию полезной то, пожалуйста поделитесь ей с друзьями в социальных сетях! При возникновении вопросов и дополнений пишите об этом в комментариях!

С уважением, Алексей.

2 комментария

Аватар комментатора Володя Автор: Володя

Интересная, познавательная заметка.

Аватар комментатора Алексей Автор: Алексей

Хорошо что Вам это интересно.

Оставить комментарий

Отправить комментарий Отменить

Сообщение