Расчет себестоимости производства солнечной электроэнергии для собственных нужд домохозяйства в центре Европы06.01.2020 01:17

Как ответ на комментарии к цене электричества в Германии и резонному вопросу «Так доколе народ будет это терпеть?» я решил привести свой расчет в данной статье.

Вступление

Данный расчет я делаю уже второй раз. Первый делал пару лет назад, и следующий буду делать как только появятся обновленные данные. Он не рассчитывает на объективность, а служит только для ответа на вопрос «Есть ли смысл?»

Задача рассчитать себестоимость солнечной электроэнергии, выработанной у себя дома с учетом сегодняшних цен на оборудование и текущие сроки эксплуатации и без учета различных субсидий, «зеленых тарифов» и прочей фигни, так это все равно рано или поздно отменят, а Солнце — оно постоянно. Полученную цифру можно будет сравнить с текущей ценой электроэнергии в данном регионе и понять будут ли окупаться инвестиции в собственный ВИЭ.
Я специально учитываю только основное оборудование и не учитываю стоимость монтажных работ, проводки и т.д, так как это не должно сильно влиять, но усложняет расчет.

Начальные условия

Для расчетов возьмем такие начальные условия.

• Пусть у нас будет дом где-то в центре Европы, например под Мюнхеном. Это необходимо для определения инсоляции и соответственно необходимой площади солнечных батарей.
• У нас есть достаточно большая площадь для установки батарей, направленная на юг.
• Годовое потребление нашего домохозяйства пусть будет 4000 кВт*ч. Пусть оно будет равномерно распределено по месяцам. Т.е. месячное потребление составит 4000 / 12 = 333 кВт*ч.

Расчет оборудования и его стоимости

Сразу скажу — расчет будет делаться для «честной» системы, в которой пик потребления может не совпадать с пиком производства, а поэтому система будет состоять из солнечных батарей + аккумуляторов + инверторов. Это на мой взгляд единственный вариант системы, позволяющий в лучшем случае полную автономность и независимость от сетевых тарифов. В худшем случае вы будете изредка подсасывать электричество из сети.

Второй дисклеймер — так как погода непостоянна, мы говорим о статических цифрах. В реальности может месяц идти дождь и тогда все расчеты не имеют никакого значения.

Солнечные батареи

Итак начнем с солнечных батарей. Нам надо узнать сколько их нужно, чтобы обеспечить нашу потребность в электричестве в худшем случае. Мы знаем две цифры — необходимое количество электричества — 4000 кВтч/год и местоположение — г. Мюнхен.

Расчет инсоляции

По местоположению нам надо получить среднее количество солнечной радиации на квадратный метр. Оно считается в кВтч/м²/день. То есть сколько энергии получает от солнца каждый квадратный метр поверхности за один день. Для расчета используем вот этот калькулятор, который даст нам статистику по месяцам с учетом облачных дней, туманов и т.д.

Так как нам надо наше электричество и зимой, когда солнце светит мало, нас интересует месяц с самой низкой инсоляцией — декабрь или январь. Это даст нам наихудший вариант для расчетов.
Можно считать для плоской поверхности и потом находить оптимальный угол солнечных батарей, но калькулятор сделает это за нас, поэтому сразу кликаем на оптимальный наклон для зимы (27 градусов) и получаем заветные цифры:

Т.е минимальная инсоляция у нас будет в декабре и составлять 1.51 кВтч/м²/день. Мало? Но не забываем, что это в день. А в месяц наберется 1.51×30,5= 46кВтч/м².

Определение количества панелей

Чтобы перевести полученную цифру в электричество, нам надо:

а) Определиться с типом солнечных панелей и их КПД
б) Определиться с количеством солнечных панелей

По а) я не долго думая выбрал вот эти.

Почему их? Не знаю, наверное потому, что мы на Хабре и для нас важно наличие технических данных, даташитов и прочих пруфов. По ссылке все это присутствует.

В чем прикол в солнечно-батарейном строении? В том, что производители всех солнечных батарей уже в названии модели приводят заветную цифру — выработку при номинальной инсоляции в 1000Вт/м². В данном случае она равна 330Вт и одной этой цифрой привязывает и КПД и площадь.
Площадь этой солнечной панели стандартная — 1,6 м. Значит ее КПД будет 330/(1000×1,6)=20,6%, что соответствует даташиту. И прикол получается, что умножив 330Вт на 1.51 — среднюю инсоляцию в декабре, мы получим 498Вт*ч — именно столько электричества выработает нам одна такая панель в Мюнхене зимой в день, настроенная на зимний угол. Это важная цифра для дальнейших расчетов.

По б) необходимое количество панелей определяем так. Так как нам калькулятор выдал генерацию в день, то и потребление надо пересчитать на дни. Т.е. делим 4000 кВтч на 365 и получаем 10,96 кВтч/день. Зная, что одна панель нам выдаст 498 Вт*ч легко определить, что нам понадобится 10,96/0,498= 22 панели.

Много это или мало — каждый решает сам. Тут есть такие нюансы:

• эти панели должны быть установлены строго на юг под углом 27 градусов. То есть если брать плоскую крышу, реально занимаемая площадь панелями будет больше. Гораздо больше.
• если же крыша имеет скат, но не направлена строго на юг, производительность батарей будет меньше.
• Следует учитывать, что 22 панели понадобятся в случае, если мы хотим даже в декабре получать всю потребляемую электроэнергию от солнца. Если же мы смягчим это условие, например решив, что в ноябре, декабре и январе мы можем подсасывать из сети, то минимальная инсоляция у нас уже будет 2.59 (в Октябре) и общее количество необходимых панелей уменьшится до 10,96/(2,59×0,330)= 13. Т.е почти в 2 раза меньше.

Мы еще вернемся к вопросу выбора количества панелей, когда будем считать себестоимость. Хотя нет, наверное. Давайте сразу определимся здесь.

Цена вопроса

Итак идем на сайты по продажам солнечных батарей и гуглим нашу панель VBHN330SA16. У меня получились цены от 250 до 280 евро за одну панель. Т.е 22 панели обойдутся нам в 22×270(среднее)= 5 940 Евро.

Теперь, внимание! Так как это не ноунейм мы читаем даташит и видим, что Панасоник дает гарантию на панели в 25 лет. При этом он гарантирует, что панели деградируют не более, чем на 10% за это время. Беря этот срок за срок жизни и считая, что через 25 лет мы выбрасываем эти панели, нетрудно расчитать и себестоимость киловаттчаса при условии, что мы будем отбирать только наши 4000кВтч в год. За 25 лет мы снимем 100 000 кВтч (100МВтч). Делим 5 940 евро на 100000, получаем 0,0594 евро/кВтч или грубо говоря 6 евроцентов за кВтч.

Напоминаю, что это только составляющая от солнечных батарей. И это только в том случае, если мы будем запасать все вырабатываемое электричество где-то и потом использовать (в декабре, конечно).

Солнечный Инвертор

Идем дальше — инвертор. Тут я немного плаваю, поэтому прошу в комментариях подсказать, если неправильно посчитал.

Выбор

Если считать, что нам в день надо потребить не менее 10кВтч, я думаю, что пиковая мощность должна быть где-то киловатта в 4–5. Может где-то есть данные о пиковой инсоляции в полдень в декабре, чтобы посчитать хватит его или нет.

Цена вопроса

Типовой инвертор — тот же SMA Sunny Boy 4.0 стоит примерно 1000 евро. Т.е опять же разделив эти деньги на нашу выработку, получаем + 0,01 евро.

Нюансы:

• Уже видно, что солнечный инвертор — это минимум в общей стоимости. Поэтому можно без проблем взять подороже и помощнее. У нас мощный массив солнечных батарей.

Аккумуляторы

Выбор

Тут у меня простой выбор — Tesla Powerwall. www.tesla.com/de_DE/powerwall? redirect=no
7200(специально не учитываю установку) евро за 13,5 кВтч емкости. 10 лет гарантии. 4,6кВт мощности. Мощность — ОК, соответствует солнечному инвертору, но вот с емкостью не очень. Если наш дом потребляет 11кВтч в день, то 13,5 кВтч хватит едва на сутки. Надо ставить больше. Хотя бы 2 шт.

Цена вопроса

Так как гарантия на Powerwall всего 10 лет, без ограничений по перекачанным киловатт-часам, то и считаем, что за 25 лет мы поменяем 2+2+2/2=5 Powerwalloв общей стоимостью 7200×5= 36 000 евро. Делим на 100000кВтч и получаем 0,36 евро.

Итоги

Итоговая себестоимость солнечного электричества у нас оказалась равна:

• Солнечные батареи: 0,06
• Инвертор: 0,01
• Аккумуляторы: 0,36

Всего: 0,43 евро.

Из этой суммы львиная доля приходится на аккумуляторы, и в основном из-за возможно малого срока службы — всего 10 лет. Но будем надеяться, что это скоро изменится в лучшую сторону. Возможна экономия за счет того, чтобы солнечные панели подключались напрямую к Powerwall через DC/DC преобразователь. Так можно сэкономить на одном инверторе. Но это в итоге будет опять же пара центов в стоимости киловатт-часа.

Итоговый дисклеймер.

• Если сравнить полученную цену с ценой электричества из розетки в Германии в 0,30 евро, то можно предположить, что данный проект пока не окупается. Но, стоит учесть, что если статистика покажет, что Powerwall может прожить те же 25 лет без замены, то общая стоимость солнечного кВтч снизится до 0,21–0,22 евро, что может стать уже гораздо интересней. Поэтому я принципиально считаю, что 30 центов — это психологический барьер, выше которого народ начнет серьезно задумываться о том, чтобы переходить на локальную генерацию в данном регионе. И этот барьер снижается, так как батареи дешевеют, а электромобили появляются.
• Так как погода непостоянна, все это всего лишь статистика. Можно поиметь всего два солнечных дня в декабре и придется сосать электричество из сети или подключать другие варианты генерации (дизель, или брать из своего электромобиля).
• Поэтому сеть нужна по-любому, но из нее надо будет сосать достаточно маленькую мощность.
• Понятно, что летом у нас будет гораздо большая выработка электричества, чем зимой — примерно в 2,7 раза, или почти 30кВтч/день при потреблении в 11кВтч/день. Т.е. летом надо максимизировать потребление, так как оно фактически бесплатное — кондиционеры можно не выключать. И вообще, чем больше вы сможете расходовать электричества летом, тем дешевле оно будет. Т.е всякие бойлеры и прочее надо переводить на электричество тоже.
• И вообще летом за неделю будет набегать лишнего электричества почти на один «бак» для Теслы Модел С, поэтому электромобиль — это маст хэв в таком случае. На халяву рассекать.
• Ну и есть такое преимущество — если свет везде отключат, у вас он все равно останется. В Германии, конечно, не принципиально, но все же.
• Существует мнение, что солнечная электростанция на крыше поднимает стоимость дома. То есть инвестиции окупаются еще и за счет этого.

Короче преимуществ ИМХО больше, чем недостатков.

В комментариях предлагаю обсудить именно статью, дисклеймеры, нюансы и возможности получения лучших цифр, уточненных данных, для другой территории и т.д. Зеленую энергетику же вообще предлагаю обсуждать в уже упомянутой в начале статье.

Спасибо, что прочитали эту статью.

© Habrahabr.ru