Солнечные панели и стоимость ЭЭ

Введение

Некоторое время назад мне потребовалось посчитать экономическую эффективность использования возобновляемых источников энергии (в форме солнечных панелей) в России для конкретного домохозяйства. Вопрос стоял просто: окупают ли себя солнечные панели или нет за вменяемый срок. На входе следующие параметры: стоимости квадратного метра панелей разной мощности, стоимость электроэнергии (покупка у сетевой компании и продажа вырабатываемой ЭЭ) и срок окупаемости в 5 лет. Необходимо построить модель и оценить, какая конфигурация (площадь/стоимость, цена покупки/продажи ЭЭ) наиболее выгодная. Для расчетов был выбран Краснодар.

Солнечное излучение

Ни для кого не секрет, что солнечные лучи по-разному освещают нашу землю в зависимости от времени года, времени суток и точки на земном шаре. Я нашел распределение солнечного излучения для Краснодара. Вот две диаграммы позволяющие оценить интенсивность излучения на квадратный метр:

Source: http://mainstro.ru/articles/ing/energosnabjenie/altenerg/altenerg_558.html
Source: http://reshetnikov-in.name/works/статьи/планирование-тепличного-выращивания-освещение-питание.html

Как можно заметить, в течение года интенсивность меняется по синусу. В течение дня вероятнее всего тоже синус, но я его усреднил в линейную функцию, ибо разница для дня не столь критична. Получилась следующая модель:

На графике показано, что в полдень зимнего солнцестояния на один квадратный метр прилетает 200 Ватт солнечного излучения, в то время как в полдень летнего солнцестояния прилетает 800 Ват. Площадь по графиком – количество энергии получаемое в течение дня, график передвигается по синусу от зимы к лету и обратно. Для упрощения зимнее солнцестояние приходится на первое января, хотя это немного неверно. У меня получилась следующая функция, описывающая кривую распределения солнечной энергии для каждого дня: Y=-100(x-12)+500+300sin(2PI(D/365)-PI/2), все коэффициенты в ваттах, D - день года.

Абсорбция

Для меня важно было понять, какие бывают панели с точки зрения их способности абсорбировать солнечный свет. Есть несколько разных технологий, как следствие у панелей разная мощность (абсорбция с квадратного метра). 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт, как я понимаю, существуют, 600 Вт и 800 Вт могут быть. Больше 800 Вт бессмысленно для Краснодара, так как такого излучения не будет. А вот если панель имеет мощность 100 Вт, то даже в летний день она не сможет с квадратного метра дать больше 100 Вт, и это важный компонент модели. Соответствующие вычисления представлены на графике ниже.

Соответственно, были получены четыре графика распределений абсорбции в соответствии с мощностью панелей:

Можно заметить, что разница между 800 Вт и 600 Вт не такая большая, как между 200 и 400 Вт, 400 Вт и 600 Вт панелями.

Денежный поток

При оценке окупаемости я использовал следующие параметры: Площадь панелей (2, 4 или 6 квадратный метров), Мощность панелей (200, 400, 600 или 800 Вт/м2). Кроме того, я использовал два коэффициента – 2.45 рубля за кВтч с закупочной энергии (это максимальная стоимость по региону – однозонный тариф) и 2.0 рубля за кВтч при продаже излишков сетевой компании. Вряд ли этот ценник оправдан – предполагаю, что сетевая компания будет закупать в разы (если не на порядок) дешевле. Соответственно, для каждого дня я вычисляю стоимость. Если день «теплый», то мы вырабатываем больше, чем потребляем, и излишки продаются. Если день «холодный», то мы потребляем больше, чем получаем, а значит, закупаем ЭЭ у сетевой компании. Граница – 400 кВтч в месяц – коэффициент, показавшийся мне разумным. Это больше, чем я потребляю дома с учётом использования газа. Вот что у меня получилось:

По оси X – дни, по оси Y – стоимость ЭЭ в конкретный день. Если число положительное – это затраты, то есть это холодный день и необходимо закупать. Если отрицательно – то день теплый и это чистая прибыль. Как можно заметить – 200 Вт в 2 м2 абсолютно не прибыльны, и некоторые конфигурации более выгодные, чем другие. Далее я суммирую по месяцам за год для всех конфигураций и получаю следующий результат:

На графике видно, что с точки зрения выплат за год – лучший вариант это панели в 400 Вт площадью 4 м2 . Они позволяют заработать (мы продаем ЭЭ больше, чем покупаем), и эти панели относительно дёшевы.

Окупаемость

А вот тут начинается самое интересное. 2000 рублей за год - это 10000 рублей за 5 лет. Стоимость одной панели без дополнительного оборудования, без Meter-устройства, осуществляющего покупку ЭЭ, без установки и прочего – порядка 16000 рублей. Даже с учетом старого курса это было бы 8000 рублей, что всё равно не помогает сделать систему окупаемой за 5 лет. Всему виной великая удача и великое проклятье – низкая стоимость ЭЭ. Те же расчеты для Германии, где стоимость ЭЭ примерно в 10 раз больше, за пять лет дают прибыль в 100000 рублей, что покрывает издержки на все оборудование, включая Meter.

Калькулятор

Я накидал маленький калькулятор, который позволяет просчитать модель для абсолютно разных значений входных переменных (мощность, площадь, стоимости), но конкретно для Краснодара. Если кто-нибудь знает где взять аналитические и эмпирические числа солнечного излучения для произвольной точки мира - напишите мне (sartakov@ksyslabs.org).