ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ (В УСЛОВИЯХ ГОРОДА УЛЬЯНОВСК)

Аннотация. В работе исследуется технико-экономическая возможность интеграции фотоэлектрической системы в энергетический комплекс типового многоквартирного жилого здания в г. Ульяновск. Проанализирован солнечный потенциал региона, предложена конфигурация сетевой солнечной электростанции (СЭС) мощностью 50 кВт, рассчитана ее потенциальная выработка и выполнена оценка экономических показателей проекта. Определены ключевые барьеры (организационные, технические, экономические) и предложены пути их преодоления. Результаты показывают, что при существующих тарифах и условиях проект имеет срок окупаемости около 10 лет, который может быть сокращен за счет мер государственной поддержки. Делается вывод о принципиальной реализуемости и целесообразности подобных проектов в условиях Ульяновска.

Ключевые слова: солнечная энергетика, фотоэлектрическая система, многоквартирный дом, распределенная генерация, возобновляемые источники энергии, экономическая эффективность, Ульяновск.

Введение

Глобальный тренд на декарбонизацию и развитие возобновляемой энергетики актуален и для России. Солнечная генерация, являясь одним из наиболее динамично развивающихся направлений, демонстрирует снижение капитальных затрат и рост эффективности, что открывает перспективы для её применения не только в промышленном масштабе, но и в распределённой энергетике, в том числе в городской среде [1]. Для многоэтажных жилых зданий внедрение солнечных электростанций (СЭС) может решить задачи снижения нагрузки на сеть, экономии на оплате энергоресурсов и повышения экологической ответственности управляющих компаний и жильцов.

Цель данной работы — исследовать технико-экономическую возможность и целесообразность использования фотоэлектрических систем для дополнительного электроснабжения типового многоэтажного жилого здания в городе Ульяновске. Задачи исследования включают: анализ солнечного потенциала региона, проектирование конфигурации системы, оценку экономических показателей и выявление ключевых барьеров для реализации.

1. Анализ солнечного энергетического потенциала Ульяновска

Ульяновск расположен в зоне умеренно-континентального климата. Ключевым параметром для оценки потенциала солнечной энергетики является уровень инсоляции — количества солнечной радиации, поступающей на единицу площади. Согласно смоделированным климатическим данным, Ульяновск характеризуется выраженной сезонностью в поступлении солнечной энергии.

Основные климатические особенности:

• Среднегодовая инсоляция: Уровень инсоляции в регионе составляет порядка 3.0–3.5 кВт·ч/м²/сутки в среднем за год. Это ниже, чем в южных регионах России (например, в Ставропольском крае или Калмыкии, где показатель достигает 4.0–4.5 кВт·ч/м²/сутки), но является достаточным для эффективной работы современных фотоэлектрических модулей [3], [6].
• Сезонное распределение: Пик генерации приходится на период с мая по август, когда продолжительность солнечного сияния максимальна, а количество пасмурных дней минимально. Зимой выработка существенно снижается из-за короткого светового дня, низкого угла солнца над горизонтом и повышенной облачности. Так, в декабре-январе суточная выработка может составлять лишь 5-10% от летних показателей [6].
• Распределение по сторонам света: для максимальной эффективности панели необходимо ориентировать на юг с оптимальным углом наклона, равным широте местности (для Ульяновска — около 54°) [2].

Таким образом, солнечный потенциал Ульяновска, хотя и уступает южным регионам, является вполне достаточным для рентабельной работы СЭС при условии правильного проектирования и учёта сезонного характера генерации.

2. Концепция и техническое решение для многоэтажного здания

Для электроснабжения многоэтажного дома оптимальным решением является сетевая (On-Grid) или гибридная солнечная электростанция.

2.1. Конфигурация системы:

1. Фотоэлектрические модули: устанавливаются на крыше здания. Для городских условий и ограниченной площади предпочтительны модули с повышенным КПД (20% и выше). Возможна установка на плоской крыше с использованием специальных монтажных конструкций, обеспечивающих нужный угол наклона, или на скатной кровле южной ориентации.
2. Сетевой инвертор: преобразует постоянный ток (DC) от панелей в переменный (AC) 220/380В и синхронизирует его с параметрами централизованной сети. Позволяет направлять излишки выработанной энергии в общую сеть.
3. Система учёта (двунаправленный счётчик): регистрирует как потреблённую из сети, так и отданную в неё электроэнергию.
4. Опционально — система накопления энергии (Аккумуляторы): В гибридном варианте аккумуляторные батареи (АКБ) позволяют запасать излишки дневной генерации для использования в вечерние часы пик или при кратковременных отключениях сети, повышая автономность.

2.2. Расчёт мощности и генерации (на примере 9-этажного дома):

• Среднегодовая Полезная площадь крыши: приблизительно 500 м².
• Установленная мощность СЭС: при размещении панелей суммарной мощностью 50 кВт (около 250 м² полезной площади с учётом проходов и монтажных зон).
• Расчётная годовая выработка: Для Ульяновска с учётом инсоляции, потерь на КПД системы, затенения и загрязнения панелей ориентировочная выработка составит: 50 кВт * 3.25 кВт·ч/м²/сутки * 365 дней * 0.75 (коэффициент потерь) ≈ 44 500 кВт·ч в год.
• Нагрузка здания: Для общего имущества (освещение подъездов, лифты, насосы) потребление может составлять 25 000 – 35 000 кВт·ч/год. Таким образом, проектируемая СЭС потенциально может покрывать более 100% потребления мест общего пользования в летний период и значительную часть — в переходные месяцы.

3. Экономическое обоснование проекта

3.1. Структура капитальных затрат (ориентировочно):

Таблица 1.

Структура капитальных затрат

3.2. Доходы, экономия и окупаемость:

1. Прямая экономия на оплате электроэнергии: При тарифе для юридических лиц (управляющей компании) около 6 руб./кВт·ч, годовая экономия составит до 267 000 руб. (44 500 кВт·ч * 6 руб.).
2. Продажа излишков по «зелёному тарифу»: В России действуют программы поддержки ВИЭ, включая гарантированный выкуп энергии. Это может стать дополнительным источником дохода для ТСЖ/управляющей компании [1].
3. Срок окупаемости: без учёта программ поддержки: 2 800 000 руб. / 267 000 руб./год ≈ 10.5 лет. При наличии государственных субсидий, льготного кредитования или возможности продажи излишков срок окупаемости может сократиться до 5-7 лет, что соответствует средним показателям для проектов в Волгоградской области [3].
4. Дополнительные выгоды: Повышение капитализации здания, снижение рисков от роста тарифов на электроэнергию, вклад в улучшение экологической обстановки.

4. Правовые и технические барьеры и пути их преодоления

1. Правовой и организационный барьер: Отсутствие отработанной практики принятия решений о установке СЭС на общем имуществе многоквартирного дома (требуется решение общего собрания собственников). Необходима разъяснительная работа с жильцами и разработка типовых решений для ТСЖ.
2. Технический барьер: Сезонная и суточная неравномерность генерации. Это ключевая проблема для регионов с умеренной инсоляцией [5]. Решением является проектирование гибридной системы (сеть + АКБ) или, на первом этапе, сетевой СЭС, работающей в режиме покрытия дневной нагрузки здания без полного автономного снабжения.
3. Технический барьер: Ограниченная площадь крыши. Использование модулей с высоким КПД и современные технологии (например, двусторонние панели) позволяют максимизировать выработку на ограниченном пространстве [3].
4. Экономический барьер: Высокие первоначальные инвестиции. Необходимо активное использование мер государственной поддержки: льготные кредиты (например, программы Фонда развития промышленности), освобождение от налога на имущество для объектов ВИЭ с 2025 года, а также рассмотрение моделей энергосервисных контрактов [1].
5. Информационный барьер: Недостаток информированности населения и управляющих компаний о возможностях и выгодах солнечной энергетики. Требуется популяризация успешных пилотных проектов в жилом секторе [1].

Заключение

Проведённый анализ показывает, что использование солнечной генерации для дополнительного электроснабжения многоэтажного здания в Ульяновске является технически осуществимым и экономически целесообразным в среднесрочной перспективе.

Основные выводы:

1. Солнечный потенциал Ульяновска позволяет генерировать значительное количество электроэнергии, достаточное для покрытия потребления мест общего пользования.
2. Наиболее эффективной моделью является сетевая или гибридная СЭС, установленная на крыше здания.
3. Срок окупаемости проекта при текущих тарифах составляет около 10 лет, но может быть существенно сокращён за счёт мер государственной поддержки и грамотной эксплуатации.
4. Ключевыми препятствиями являются не климатические условия, а организационные, правовые и финансовые вопросы, которые требуют комплексного подхода.