Солнечная электростанция для дома: нюансы, о которых следует знать

Станция на N кВт – это не N кВт постоянной генерации

Когда говорят, к примеру, «станция на 5 кВт», речь идёт о мощности системы, а не о том, сколько энергии она будет стабильно производить в час. Номинальная мощность панели или всей станции указывается для стандартных тестовых условий, а если ещё точнее, то лабораторно-идеального сценария эксплуатации. Для PV-модулей (из которых и состоят солнечные панели) это:

• температура ячейки 25°C;
• солнечное излучение 1000 Вт/м²;
• стандартный солнечный спектр AM1.5, который используют для испытаний и сравнений фотоэлектрических элементов.

Само собой, в реальной жизни крыша твоего дома или балкон квартиры – это не лаборатория. Поэтому система на 5 кВт не означает, что она будет весь день честно выдавать тебе по 5 кВт мощности, а за час генерировать по 5 кВт·ч энергии. В целом это всё нужно чётко разделять:

1. Инвертор на 5 кВт может отдать в нагрузку до 5 кВт мощности. То есть он не сможет отдать в дом больше 5 кВт мощности одновременно, даже если панели генерируют 6 кВт·ч. 
2. Массив панелей на те же 5 кВт в идеальных условиях может кратковременно выдавать около 5 кВт мощности, а если бы он удерживал такую мощность 4 часа, то выработал бы 20 кВт·ч энергии. Сохранив её в батареях и с учётом всех потерь, ты получишь 15-18 кВт·ч полезной энергии, которую потом сможешь использовать.

При тех самых стандартных тестовых условиях 1 кВт солнечных панелей теоретически может дать до 1 кВт·ч за час, но фактическая выработка обычно ниже и зависит от погоды, сезона, времени суток, климата, локации, угла наклона панелей, их ориентации, загрязнения, затенения и других факторов. Это и есть нормальный эксплуатационный режим любой солнечной электростанции.

NREL (Национальная лаборатория возобновляемой энергии США) чётко указывает на тот факт, что нужно обязательно закладывать в расчёт СЭС потери от загрязнения, тени, снега, несовпадения характеристик модулей, проводки, соединений и световой деградации. То есть нормальный расчёт твоей будущей солнечной станции начинается не с того, что «моё жильё находится на супер солнечной стороне», а с чёткого понимания, что потери гарантированно будут.

СЭС под N кВт единовременной нагрузки и под N кВт·ч в день – это совершенно разные солнечные станции 

На этом моменте у многих возникает путаница и в итоге самостоятельный просчёт домашней СЭС может быть как сильно занижен, так и чересчур преувеличен. Давай разберём эти два сценария использования солнечной станции.

N кВт единовременной нагрузки

Представим, что в твоём жилище в какой-то момент в пике нагрузка может доходить до 5 кВт на несколько часов и тебе нужно чтобы СЭС могла покрывать такую нагрузку. Тебе потребуется:

• гибридный инвертор – минимум 5 кВт, а лучше с запасом на пусковые токи от насосов, холодильника, кондиционера и т.д. Типовой бытовой запас – это мощность умноженная на коэффициент 1.2. В нашем случае 5х1.2 = инвертор на 6 кВт. Но это не универсальная формула и корректнее всё считать под конкретные нагрузки;
• солнечные панели – а вот их лучше точно брать с запасом по мощности, ведь генерация, как мы уже выяснили, величина очень непостоянная. Нормальным стартовым просчётом будет являться умножение на коэффициент 1.3. Для инвертора 5 кВт – это 6.5 кВт панелей, а для 6 кВт – 8 кВт панелей. При условии, что инвертор допускает такое соотношение по DC-входу (производитель разрешает подключить к этому инвертору определённую суммарную мощность панелей) и нет выхода за лимиты по напряжению/току MPPT.

И вот такая СЭС сможет тебе единовременно давать 5 кВт мощности при условии качественной сборки всей системы и что немаловажно – в пиковые часы солнечного света. Естественно, что этих часов может быть 4-5 в день, а может – 2 часа. Если же задача не просто покрыть нагрузку днём в солнечное окно, а обеспечить питание дольше, в пасмурную погоду, вечером, ночью или при отключениях сети, тогда такой компоновки СЭС будет недостаточно. Потребуется более крупный массив панелей и аккумуляторы (в некоторых случаях и более мощный инвертор, способный принять на себя нагрузку от большого числа солнечных панелей). В данном случае уже нужны максимально точные просчёты для сборки солнечной электростанции.

Интересно по теме: Как выбрать зарядную станцию и действительно ли она может всё?

N кВт·ч энергии за определённый период

Представим, что твоя квартира потребляет 5 кВт·ч в сутки, и ты хочешь полностью покрывать этот объём за счёт СЭС. Если брать очень грубый классический расчёт, то при 2 пиковых солнечных часах в сутки и типовых потерях системы ориентиром может быть гибридный инвертор 5 кВт, панели 3.2-3.5 кВт и батарея LiFePo4 на 7.2 кВт·ч. А если в расчёте брать за основу 4 пиковых солнечных часа в день, то панелей потребуется уже лишь 1.5-1.8 кВт.

Почему все приблизительные расчёты домашней солнечной электростанции – это очень грубая оценка необходимого оборудования

То, о чём я тебе писала выше – это как раз сценарий просчётов большинства людей, которые задумываются об установке СЭС. На деле же всё куда сложнее и требует исключительно профессионального подхода. Здесь либо человек сам с головой окунается в вопрос, либо же обращается за помощью к специалистам. Сначала нужно чётко определить, какие именно задачи ты хочешь покрыть с помощью солнечной электростанции:

1. Перекрыть годовое потребление в среднем. Требуется просчёт по годовой выработке.
2. Перекрывать потребление почти каждый месяц, включая зиму. Тогда считаешь по худшему месяцу в году, а не по среднегодовой цифре.
3. Жить автономно без сети. Самый масштабный и дорогостоящий проект, требующий особо скрупулезного подхода к реализации.

На практике расчёт СЭС в себя включает местоположение жилья, сезонную генерацию энергии в конкретном регионе, угол наклона панелей, азимут, модули устанавливаются на крыше или отдельно стоящие, потери системы, мощность массива панелей и многое другое. Плюс часто не учитываются дополнительные траты, которые, к слову, тоже требуют ощутимых финансовых вложений. Проводка, крепежи, монтажные профили, плата за работу и т.д. Вот и получается, что ожидание-реальность в 99% случаев не имеют между собой ничего общего. Классика, когда самостоятельный просчёт и установка СЭС безмерно радует летом вырабатывая, например, 3 кВт. А зимой ты видишь генерацию в 200 Вт и твоему расстройству нет предела.

Интересно по теме: Света нет, а интернет – есть! Как подключить Wi-Fi, когда нет электричества

Солнечная станция – это не столько про экономию на электричестве, сколько про энергонезависимость и комфорт

Солнечная станция, безусловно, может снижать счета за электричество и это не миф. Но есть большая разница между «может экономить» и «быстро окупится с последующей экономией».

Если мы говорим о домашней системе с аккумуляторами, которую ставят прежде всего ради резервного питания, то главным продуктом здесь становится не «дешёвый киловатт», а комфорт с возможностью спокойно пережить отключение света. Ну и конечно же, само чувство, что ты больше не зависима (или лишь частично зависима) от энергосети.  А вот с окупаемостью всё менее романтично. Причина банальная: домашнее накопление энергии само по себе стоит заметных денег, причём стоимость зависит не только от мощности, но и от ёмкости батарей. Национальная лаборатория возобновляемой энергии США акцентирует внимание на том, что именно батареи очень сильно меняют стоимость проекта, так как они являются одним из самых дорогостоящих компонентов системы.

Далее нас встречает ещё один неудобный момент. Панели и батареи, само собой, не вечные, а инвертор вообще обычно «живёт» меньше модулей. Судя по данным DOE (Министерство энергетики США), типичный срок службы силовой электроники в солнечных системах – около 10 лет. То есть менять инвертор нередко приходится задолго до того, как сами панели доработают свой полный срок. А средний рабочий срок службы солнечных панелей сегодня оценивается в 25-30 лет. Хотя на фактический результат непосредственно влияют условия эксплуатации, погода, качество монтажа и другие факторы, которые зачастую сокращают срок службы, а не увеличивают его.

Интересно по теме: Электрокамин. 100% согласия, 0% возражения

Такая же история и с батареями. Они начинают терять эффективную ёмкость фактически с момента установки, а срок их службы зависит от режима работы, глубины разряда, количества циклов, температуры и времени, проведённого на низком уровне заряда. NREL (Национальная лаборатория возобновляемой энергии США) отдельно отмечает, что в типичной связке «солнечные панели + батареи», последние, за полный цикл работы солнечной системы могут потребовать замены два раза и более. Проще говоря, каждые 7-10 лет (и это при нормальных условиях эксплуатации).

И вот здесь нужно просто снять розовые очки:

1. Вложусь сейчас, а через несколько лет выйду в чистый плюс и потом буду жить на бесплатной энергии солнца без счетов за электричество. Это слишком позитивно и в большинстве бытовых случаев нереалистично.
2. Хочу, чтобы дом/квартира были менее зависимы от сети и мне было банально комфортнее жить. Вот это уже ближе к тому, что может предоставить солнечная электростанция.

Есть ещё один нюанс, о котором не любят упоминать те, кто занимается установкой СЭС. Технологии не стоят на месте и если ты просто внимательно посмотришь, что мы имели 20 лет назад и что есть сейчас – будет лёгкий шок. Вполне реалистичный сценарий, что через 7-12 лет (как раз срок службы львиной доли компонентов СЭС) рынок может заметно измениться. По стоимости накопителей, характеристикам модулей, эффективности инверторов, архитектуре домашних систем и правилам работы с сетью. Нет, это не значит, что нынешняя станция «устареет уже завтра», но смотреть на неё как на средство экономии на счетах за электричество в корне не верно и немного наивно. СЭС для дома – это прежде всего инфраструктура под твой текущий образ жизни и уровень комфорта, а не сказочное бесплатное электричество.

Поэтому если мы говорим конкретно о домашних солнечных станциях с батареями, то забудь про мнимую экономию даже спустя 7-10 лет. Максимум ты выйдешь приблизительно в ноль в сравнении с тем, если бы просто платила за свет ежемесячно. Да, очень многое зависит от тарифа, генерации, размера системы и компенсации за экспорт энергии в сеть. Но мы сейчас говорим исключительно о наших реалиях, где СЭС – это безоговорочный комфорт, на который необходимо раскошелиться, а не средство экономии.

Не забудь жмакнуть лайк, если статья была для тебя полезной.