Сравнительный анализ солнечных станций для коттеджных поселков и отдельных типов домов

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №9, 2017г.

С течением времени потребление электроэнергии увеличивается, а запасы обычных источников энергии – угля и нефти – ограниченны, поэтому появляется потребность в применении и разработке возобновляемых и альтернативных источников. Использование возобновляемых источников энергии (ВИЗ) наиболее привлекательно, так как не нарушается естественный баланс энергии, получаемой нашей планетой.

К ВИЗ относятся: солнечная радиация, энергия ветра, энергия рек, приливов и океанских волн, энергия, заключенная в биомассе и органических отходах [1, 2, 3].

Наиболее рациональным представляется преобразование солнечного излучения, как неиссякаемого источника энергии. Количество солнечной энергии, получаемой Землей за неделю, гораздо больше всех запасов нефти, газа, угля и урана на планете. Энергия солнца может получить широкое распространение в нашей стране. Во многих областях Сибири и на юге страны число солнечных дней в году может достигать трехсот. Эти показатели можно сравнить с климатическим состоянием Южной Европы, где солнечная энергетика очень популярна. В настоящий момент рекордное число КПД солнечных станций – 40 % – принадлежит американцам. В теории предел КПД составляет 87 % [3, 4].

На рисунке показана продолжительность солнечного излучения в год на территории Российской Федерации.

Устойчивый миф о том, что Россия – не самая подходящая для развития солнечной энергетики территория, с точки зрения суммы солнечной радиации, развенчивается легко. Достаточно сказать, что в российской средней полосе примерно на 10 % больше солнца, чем в Германии. Между тем эта страна – мировой лидер солнечной генерации, на которого приходится 31 % совокупной мощности [5].

В современном мире люди все больше задумываются о проблемах экологии и сбережения ресурсов, поэтому тема использования энергосберегающих устройств достаточно актуальна. В России людям гораздо сложнее перейти на альтернативные источники энергии. Несмотря на рост цен на электроэнергию и другие коммунальные услуги, людям сложно заменить свой привычный образ жизни на более современный, хотя в зарубежных странах этот опыт достаточношироко применяется: создаются индивидуальные строения, солнечные и ветряные поселки и многое другое. Нашей основной проблемой является отсутствие технологий и ресурсов для собственного производства. Возможно, если бы можно было осуществить запуск энергосберегающих устройств в серийное или даже массовое производство, мы бы смогли существенно снизить стоимость на данный тип товара и тем самым увеличить спрос граждан на него.

Рисунок. Продолжительность солнечного излучения в год

В таблице производится сравнение вариантов солнечных станций. Представлены типы станций, их производительность, количество солнечных панелей, количество аккумуляторов, используемых в данной станции, номинальная мощность, пиковая мощность и примечания, в которых описываются варианты использования солнечных станций в частных домах или коттеджных поселках.

Таблица

Технико-экономическое сравнение солнечных электростанций

  
Тип солнечной электростанцииПроизводительностьСолнечные панелиАккумуляторы
Номинальная мощностьПиковая мощностьПримечание
1234567
AЮsЭrКХТК 10 кВт

10 кВт∙ч40 шт.
по 200 Вт
32 шт.
по 200 А∙ч 
Электроснабжение дома или коттеджа
Система солнечных батарей 2 кВт 48 В – 150 А∙ч

6–13 кВт∙ч8 шт
по 260 Вт
24 шт.
по 150 А∙ч
2 кВт3 кВтДостаточно для обеспечения электричеством экономно потребляющей энергию семьи
Система солнечных батарей 2,4 кВт MPPT

10 кВт∙ч12 шт. 205 Вт24 шт.
по 150 А∙ч
4,6 кВт5 кВтТакую систему можно использовать для дома постоянного проживания с полным набором электроприборов, кроме электронагревательных (плиты, бойлера, обогрев)
Система солнечных батарей 3,6 кВт 96 В 150 А∙ч

14 кВт∙ч18 шт. 
по 205 Вт
50 шт.
по 150 А∙ч 
3,6 кВт5 кВтПредназначена для дома постоянного проживания со сравнительно небольшим потреблением электроэнергии, освещения, использования всех основных бытовых электроприборов
Солнечная усадьба 9,0 кВт/2400 А∙ч/21,6 кВт∙ч21,6 кВт∙ч12 шт.
по 240 Вт
12 шт.
по 2400 А∙ч 
9 кВт20 кВтДостаточно для работы любых электроприборов в нормальном режиме использования







Солнечно-ветровая гибридная система 7 + 2 кВт26 кВт∙ч35 шт.
по 200 Вт
110 шт.
по 150 А∙ч
Достаточно для работы любых электроприборов в нормальном режиме использования
Солнечный коттедж 8,0 кВт/2400 А∙ч/28,8 кВт∙ч28,8 кВт∙ч18 шт.
по 220 Вт
12 шт.
по 1220 А∙ч
8 кВт20 кВтДостаточно для работы любых электроприборов в нормальном режиме использования
Система солнечных батарей 20 кВт66 кВт∙ч81 шт.
по 260 Вт
126 шт.
по 200 А∙ч
Эта система может хорошо подойти для нескольких потребителей

Выводы

Стремительное истощение природных энергоносителей выводит задачу поиска принципиально новых способов получения энергии на первый план. Во всем мире сокращается использование углеводородов и выбросов парниковых газов. Стоимость производства энергии из ВИЗ будет падать, а сложность и стоимость добычи ископаемого топлива, наоборот, возрастать.

В работе проведен сравнительный анализ систем солнечных батарей, в результате которого выявлены наиболее эффективные станции:

1. Для индивидуального жилого дома наиболее рационально использовать солнечно-ветровую гибридную систему 7 + 2 кВт. Вырабатываемой энергии этой станции достаточно, чтобы обеспечить работу любых электроприборов в нормальном режиме использования, а также, благодаря сочетанию с ветровой энергией, позволяет использовать данный тип станции в городах с недостаточным солнечным излучением.

2. Для коттеджных поселков наиболее рационально использовать систему солнечных батарей 20 кВт. Вырабатываемой энергии будет достаточно, чтобы обеспечить работу электроприборов в нормальном режиме использования для нескольких потребителей.

Данное исследование поможет производителям энергетического оборудования, строительным предприятиям и частным лицам руководствоваться при выборе системы энергоснабжения и определиться с эксплуатацией конкретного типа солнечных электростанций.