ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ТЕРРИТОРИИ РФ

Глобальная энергетическая ситуация в настоящее время обусловлена ограниченностью невосполнимых ресурсов, помимо угрозы экологического характера, такие как  создание парникового эффекта, загрязнение вод суши и океана. Данные проблемы требуют поиска  и использования альтернативных видов энергии. Растущее потребление энергии человечеством удвоилось по сравнению с 1970 годом и утроится до 2030 года. Это связано с растущими производственными и муниципальными потребностями таких стран как Россия, Китай, Индия. Германии сегодня удалось достигнуть экономического роста производства с сокращением потребления энергии на 5% по сравнению с 1990 годом, и это показывает правильность выбранного направления развития. Для обеспечения безопасности будущих поколений нам необходимо поступательно двигаться в этом направлении. [1]

Целью данного исследования является расчет возможности эффективного использования солнечных панелей на территории РФ. Ограниченные запасы нефти и газа не могут в долгосрочной перспективе покрыть все более возрастающую потребность в энергетическом сырье. Необходимо уменьшить потребление ограниченных ресурсов, повысить эффективность их использования и в большей мере широко применять оборудование, работающее на альтернативных видах энергии.[2]

Солнечные панели широко распространены в солнечных странах, в Греции и в Италии можно встретить дома, где полное электроснабжение происходит от солнечных панелей. Россия имеет широкую территорию с абсолютно разными климатическими условиями, в связи с этим можно рассчитать, где установление солнечных панелей будет экономически эффективно, а где невыгодно или невозможно в достаточной степени получать энергию солнца.

За неделю на территорию России поступает солнечная энергия, превышающая энергию всех российских ресурсов нефти, газа, угля и урана, данный потенциал оценивается в 12,5 млн. т условного топлива в год [1]. Но возможность использования данной энергии в значительной степени зависит от региона и времени года, так как это обуславливает количество поступающей солнечной энергии на территорию выбранного региона.

Для оценки потенциала преобразования энергии солнечного излучения в электроэнергию было выбрано 13 регионов России между 41 и 82 градусами северной широты.[3]

  

Таблица 1.

Количество солнечной энергии, поступающей в регион.

Город

месячный минимум
(декабрь)
кВт•ч / м2

месячный максимум
(июнь или июль)
кВт•ч / м2

суммарно за год кВт•ч / м2

Архангельск

1.1

159.7

850

Астрахань

26.6

209.9

1371

Владивосток

57.8

143.9

1289.5

Екатеринбург

12.8

170.8

1045

Москва

11.7

166.7

1020.7

Новосибирск

15.6

177.2

1110

Омск

15.6

177.8

1113

Петрозаводск

2.4

167.1

860.0

Петропавловск-Камчатский

23.3

155.8

1098.4

Ростов-на-Дону

22.2

188.3

1278

Санкт-Петербург

2.2

160.6

840

Сочи

34.7

206.8

1365.1

Южно-Сахалинск

41.7

162.8

1267.5

Уровень радиации в разных регионах существенно варьируется [4]. Значительными ресурсами обладают регионы на юго-западе, именно в этих районах рекомендуется использование установок, преобразующих солнечную энергию [5].

Из таблицы видно, что наблюдаются большие сезонные колебания в поступлении солнечной энергии, в связи с этим не во всех регионах можно рассматривать установку солнечных панелей в качестве единственного источника энергии.

При рассмотрении солнечного модуля в качестве единственного источника необходимо учесть, что данная система требует учета погодных условий.

С каждым годом качество панелей и КПД работы повышается. Но на сегодняшний день самыми высоко эффективными являются монокристаллические модули с возможностью эксплуатации от -40 до +80 °С и КПД 17,4%. [6] Для анализа была выбрана модель ФСМ-300М, завоевавшая популярность в данном сегменте. Максимальная мощность составляет 300 Вт, а преимуществом является долгий срок службы более 30 лет при высоких показателях процента остаточной мощности.

Для каждой области, количество необходимых модулей для полноценной работы конструкции будет различно. Данный показатель зависит от географического положения: длины светового дня, погодных условий. Данные условия учтены в формуле:

 

http://meridian-journal.ru/uploads/2976-2.PNG

где:  Pcп - мощность одной солнечной панели;

K - КПД данной модели;

S – площадь одной панели;

Pинc — мощность инсоляции на земной поверхности в сутки.

                                  

где: Кп- количество панелей необходимых для полноценной работы всех приборов;

Э- энергия, необходимая для работы всех приборов;

Рсп- мощность одной солнечной панели.  

В таблице 2. «Расчет количества модулей для выработки энергии» приведены данные, полученные при расчете количества энергии, вырабатываемой одним модулем, и высчитано количество модулей для полноценной работы установки.

  

Таблица 2.

Расчет количества модулей для выработки энергии.

Город

Выработка энергии одной панелью, кВт*ч

Угол наклона панели

Количество панелей, шт.

Архангельск

319

64

10

Астрахань

565,26

46

5

Владивосток

640,6

43

4

Екатеринбург

479,89

56

5

Москва

475,7

55

5

Новосибирск

504

54

5

Омск

505,25

55

5

Петрозаводск

427,45

61

6

Петропавловск-Камчатский

499,68

53

5

Ростов-на-Дону

554,5

47

5

Санкт-Петербург

442,14

60

6

Сочи

633,11

43

4

Южно-Сахалинск

511

46

5

Стоимость одной панели составляет 25 тыс. руб., в комплектацию также необходимы контролер и инвертор 40 тыс. руб., аккумуляторы 30 тыс./руб. за штуку. Таким образом, средняя стоимость установки колеблется от 260 тыс. руб. до 370 тыс. руб. Тариф на электроэнергию составляет 5,38 руб./кВт по данным [7] от 1 января 2019 года.

В результате расчета получается, что установка четырех панелей окупается за 20 лет, а установка шести за 28 лет, больше шести панелей устанавливать не выгодно, так как срок службы ограничен 30 годами.

Необходимо отметить, что с постоянным ростом тарифов на электроэнергию срок окупаемости данной системы заметно сократится, только по сравнению с 2018 годов тарифная ставка увеличилась на 2,6%, а с ростом нехватки ресурсов данный показатель заметно возрастет.  [7]

 

Список литературы:

  1. Безруких, П.П. Возобновляемая энергетика как стимул развития электротехнической промышленности / П.П. Безруких // Електро. - 2010. - С. 11-16.
  2. Безруких, П.П. Возобновляемые источники энергии и надежность электроснабжения / П.П. Безруких // Энергетическая политика. - 2008. - № 3. - С. 3-10.
  3. Бутузов, Б.А. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности / Б.А. Бутузов // Энергосбережение. - 2009. - № 3. - С. 70-72.
  4. Воронин, С.М. Автономная система электроснабжения на основе солнечной электростанции / С.М. Воронин, А.А. Таран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 3. -С. 24-25.
  5. Воронин, С.М. Пути совершенствования автономных солнечных электростанций / С.М. Воронин, А.А. Таран // Высокие технологии энергосбережения: труды международ, школы-конф.: Российская академия электротехнических наук ВГТУ. -2005.-С. 121-123.
  6. Дубинин Д.В. Лаевский В.Е. Энергетическая эффективность работы солнечных батарей в реальных режимах эксплуатации/ Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -2015. С. 58-62

7.МосЭнергоСбыт- официальный сайт. https://mosenergosbyt.info/tarify/ Дата обращения: 04.11.2019