Общее описание, стоимость, гарантии, обслуживание и расчет окупаемости энергосистем на солнечных батареях

ПРЕДЛАГАЕМ НА РАССМОТРЕНИЕ 4 ВАРИАНТА СИСТЕМ

Исходные данные для расчетов:

                               г.Пенза расположен на 53 градуса С.Ш. и  45 градусов В.Д.

                               В календарном году 365 дней-8760 часов, из которых 4503,83 световых часа.

                               Принятый для расчета тариф покупки электроэнергии 5,7 рублей за 1 кВт/ч.

Статистика роста тарифов в г.Пензе  не опубликована.

По данным сайта «Мосэнерго»  рост тарифов  за 2000-2015 годы составил 1100%.

В  Пензе рост тарифов меньше, но он существенен и игнорировать его нельзя.

Расчеты не учитывают рост инфляции и рост курса мировых валют. Электроника и части компонентов к ней импортного производства, поэтому закупочная стоимость их растет вместе с ростом курса Евро и Доллара.

Расчеты не учитывают потери генерации электрической энергии из-за отсутствия солнца и малой освещенности панелей вследствие плохой погоды. В пасмурную погоду станция будет вырабатывать электроэнергию, но предугадать её объем невозможно , так как невозможно оценить снижение потока солнечной радиации от облачности, дождя, снега. Можно принять потери в плохую погоду в диапазоне 10-30% от генерации. На все предлагаемое к поставке оборудование имеется поддержка  и гарантии производителей.

Учитывая размещение солнечных панелей на двухскатной  крыше торгового центра, наиболее эффективным является использование  в качестве несущей конструкции для всех вариантов   энергосистем  солнечного трекера  с  6 несущими осями UST-HSAT-6  собственного производства (модернизированный вариант трекера UST-HSAT-12.) Описание прилагаем.  Первая презентация разработанного нашей компанией солнечного трекера состоялась на форуме «Открытые инновации» в г. Москве в 2014 году, при поддержке правительства Пензенской области.

Данный трекер  имеет  одну степень свободы, что позволяет одновременно перемещать 12 осей, по 6 осей на каждом скате крыши. Перемещение осуществляется одним электромеханическим приводом (линейным актуатором) .  Трекер оснащен навигационным приёмником ГЛОНАСС/GPS и датчиком скорости ветра, возможно подключение датчика тяжелых осадков и метеостанции.  Имеется защита от молнии и перегрузок . Возможно удаленное управление и принудительное управление режимами  работы со щита управления. Система управления трекером основана на использовании собственного контроллера UST-C7 – первого Российского специализированного контроллера для ориентации солнечных батарей.

Общий вес трекера  вместе с солнечными панелями составляет  до 10 тонн  При площади крыши в 800 кв.м. (40м х20м) распределенная нагрузка составит  12,5 кг на 1 квадратный метр. 

Стоимость трекера UST-HSAT-6   , включая монтажные работы , составляет 650000 рублей.

Достоинства:

1) Нагрузка распределена по всей плоскости крыши. Увеличение  полезной нагрузки (количества солнечных батарей) возможно.

2)Трекер отслеживает положение солнца, и устанавливает солнечные панели под оптимальным для генерации углом , в результате  эффективность системы повышается на 20-30%.

3) Повышается надежность и безопасность системы. При сильном ветре солнечные панели  переориентируются параллельно плоскости крыши, сокращая ветровую нагрузку на крышу здания.

4)  В зимнее время значительно сокращается время на чистку крыши, а вертикальное положение солнечных панелей зимой не дает скапливаться снегу на  их поверхностях . Отпадает необходимость в чистке  солнечных панелей в отличии от фиксированных систем.

5)  Минимальные затраты на обслуживание. Со стороны пользователя необходим  только визуальный контроль и уборка снега зимой около трекера, без контакта с высоковольтной системой.  Расстояние между осями трекера 6 м,  достаточно для чистки снега.

6)   При граде и ледяном дожде возможна переориентация трекера, при котором солнечные панели займут вертикальное положение, чтобы избежать  повреждения  панелей  и обледенения.

Рис.1 . Общий вид двухскатной крыши с группировкой солнечных панелей.

 ВАРИАНТ  I -  ГИБРИДНАЯ НАКОПИТЕЛЬНАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА

Общая схема системы на базе гибридного инвертора компании «МикроАрт» приведена ниже:

Рис.2

В состав системы входят аккумуляторы, накапливающие энергию, солнечные батареи, преобразующие солнечную энергию в электрическую, контроллер заряда солнечных батарей, инвертор, преобразующий постоянное напряжение с аккумуляторов в стандартное переменное 220В.

Гибридная система от солнечных батарей накапливает энергию в аккумуляторах и выдает её в нагрузку в стандартном виде (220 или 380В). В случае нехватки солнечной энергии гибридная система подпитывается от городской сети, компенсируя недостаток электричества для бесперебойной работы нагрузки (потребителя).

Стоимость гибридной системы, работающей только на накопление и расходование накопленной энергии,  представлено нами в коммерческом предложении (№1) составляет  2655120 рублей. Вместе с трекером общая стоимость энергосистемы составляет 3305120 рублей.

Номинальная мощность системы 12,5кВт. Стоимость 1 вКт/ч составляет 5,7 рублей.

Годовые траты на обеспечение нагрузки мощностью 12,5 кВт составляют:  12,5х4503,83х5,7=305898 рублей (где 4503,83-число световых часов в году).

Окупаемость системы без учета роста тарифов на электроэнергию составит:

3305120/305898=10,8 лет

Если для расчета принять ежегодный рост тарифов на 15%, то система окупится меньше чем за 7 лет. В представленной ниже таблице отражены затраты на покупаемую  электроэнергию с учетом роста тарифов, по нарастающей:

Сократить срок окупаемости системы возможно за счет увеличения мощности станции и соответствующем увеличении числа солнечных панелей и инверторов. Ниже,  в варианте 2 приведен расчет с учетом данного увеличения.

ВАРИАНТ  II -  ГИБРИДНАЯ НАКОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА  С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПРЯМОЙ ГЕНЕРАЦИИ

При увеличении мощности системы ВАРИАНТА I до 20 кВт её  стоимость  возрастет на 530000 рублей и составит 3835120 рублей (160 солнечных модулей, дополнительный инертор и контроллер).

Годовые траты на обеспечение нагрузки мощностью 20 кВт составляют:  20х4503,83х5,7=513436 рублей  (где 4503,83-число световых часов в году).

Окупаемость системы без учета роста тарифов на электроэнергию составит:

3835120/513436=7,47 лет .

 В представленной ниже таблице отражены затраты на покупаемую электроэнергию с учетом роста тарифов:

Таким образом, срок окупаемости  системы  по варианту 2 составит  5,1 года.

В отличие от первого варианта, где система накапливает энергию, а потом тратит, в данном варианте имеется возможность потребления части солнечной энергии без накопления в аккумуляторах, напрямую от солнечных батарей.

Увеличить производительность и уменьшить  окупаемость систем ВАРИАНТА I , ВАРИАНТА II и ВАРИАНТА IV возможно с использованием ветрогенераторов с вертикальным расположением лопастей, небольшой мощности, для монтажа на крышу здания. Обращаем внимание, на то, что при этом не придется покупать дополнительно электрооборудование и аккумуляторы. Предложенная нами электроника сможет работать с ними. Наша компания поставляет ветряные станции от  российского  завода изготовителя.

ВАРИАНТ III - СЕТЕВАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА

C етевая энергосистема наиболее распространенная во всем мире. В ней нет накопления энергии. Роль накопителя выполняет городская электросеть. Вырабатываемая станцией энергия отдается в нагрузку, излишки энергии передаются в городскую сеть, при нехватке энергии станция забирает недостающую электроэнергию из городской электросети.  В Европе для этого устанавливаются двунаправленные электросчетчики, по результатам показаний которых рассчитывается баланс потребителя. В России  потребитель не может продавать (поставлять) электроэнергию в сеть, поэтому для построения сетевой энергосистемы  необходимо не допустить отдачи вырабатываемой  энергии в городскую сеть, иначе установленный у потребителя электросчетчик прибавит к показаниям потребленной из городской сети энергии  энергию, выработанную солнечной электростанцией. Эту задачу мы успешно решаем.

Рис.3  Информационное табло инвертора SMA и схема сетевого подключения.

Рис.4  Структура промышленной сети с использованием сетевых  группы инверторов.

Сетевая система строится на базе сетевого инвертора  мощностью 20кВт.

Мы поставляем оборудование и сетевые инверторы производства немецкой компании SMA-мирового лидера в области производства оборудования для солнечной энергетики. Компания производитель даёт гарантию 5 лет, а по завершении текущей гарантии возможно получение расширенной на 5,10,15,20 лет.

Внешний вид инвертора приведен ниже  на рис. 5

рис.5

Стоимость сетевой системы,  составляет  1708300 рублей. Вместе с трекером общая стоимость составляет 2358300 рублей.

Номинальная мощность системы 20кВт. Стоимость 1 вКт/ч составляет 5,7 рублей.

Годовые траты на обеспечение нагрузки мощностью 20 кВт составляют:  20х4503,83х5,7=513437 рублей (где 4503,83-число световых часов в году).

Окупаемость системы без учета роста тарифов на электроэнергию составит:

2358300/513437=4,59 лет

Если для расчета принять ежегодный рост тарифов на 15%, то система окупится за 3,9 года . В представленной ниже таблице отражены затраты на покупаемую электроэнергию с учетом роста тарифов:

Как видно срок окупаемости системы 3,9 года. Данный срок можно сократить за счет увеличения общей мощности системы как в варианте 2.

Данный Вариант наиболее экономически целесообразен.

ВАРИАНТ IV - КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА

Является комбинацией вариантов 2 и 3. Дает возможность автономной работы энергосистемы. Потребление энергии из городской сети необходимо лишь для задания опорного напряжения сетевого оборудования и потребления электроэнергии при длительном отсутствии солнца.

Мощность системы  40кВт.  Стоимость комбинированной системы,  составляет  6193420 рублей.

Годовые траты на обеспечение нагрузки мощностью 20 кВт составляют:  40х4503,83х5,7=1026873рубля (где 4503,83-число световых часов в году).

Окупаемость системы без учета роста тарифов на электроэнергию составит:        6193420/1026873=6 лет

Если для расчета принять ежегодный рост тарифов на 15%, то система окупится за 4,9 года . В представленной ниже таблице отражены затраты на покупаемую электроэнергию, с учетом роста тарифов:

Срок окупаемости комбинированной системы с 4,9 лет можно сократить за счет расширения несущей возможности солнечного трекера, но для этого необходимо дополнительное обследование  зданий на предмет увеличения нагрузки на единицу площади.

Использование комбинированной системы актуально для достижения максимальной энергетической безопасности и независимости объекта заказчика.

Таким образом, сроки  окупаемости систем, следующие:

ВАРИАНТ  I    (мощность 12,5 кВт)  - 7 лет

ВАРИАНТ  II     (мощность 20 кВт)    - 5,1 года

ВАРИАНТ  III    (мощность 20кВт)     - 3,9 года

ВАРИАНТ  IV    (мощность 40кВт)    -  4,9 года

Приведенные выше расчеты могут быть скорректированы после более детальной проработки проекта, так как мы обладаем лишь общей информацией об объекте заказчика. На этапе заключения договора они должны быть уточнены  исходя из тех. задания заказчика. Возможно построение энергосистем на других моделях трекеров, с использованием комплектации любых производителей. Структура и состав солнечной электростанции может быть изменены по согласованию с заказчиком, исходя из его потребностей и технической возможности.