Анализ эффективности использования солнечных коллекторов в Амурской области

Аннотация: В статье представлен анализ показателей эффективности работы солнечного коллектора, произведен расчет потребления электроэнергии посредством солнечной электростанции, приведено описание солнечной электростанции SA-5000M.

Солнечный коллектор – это инновационное техническое устройство, которое служит для преобразования солнечной энергии в тепловую и  активное используется на Западе, в европейских странах. Однако данное техническое изобретение только сегодня постепенно начинает внедряться в электроэнергетическую систему России, в частности, систему нашего региона, и это вполне объяснимо.

Ответить на вопрос, выгодно и эффективно ли использовать солнечные коллекторы, можно в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей. Регион проживания – это один из самых важных критериев при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Ни для кого не секрет, что солнечная активность (продолжительность солнечного сияния) в разных регионах нашей страны значительно различается.

Изучив источники по данной теме, мы выяснили, что  наиболее благоприятными регионами для использования солнечной энергии являются районы с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположенные в южных районах нашей страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения.

Чтобы понять, эффективно ли использование солнечных коллекторов для получения электроэнергии в Амурской области, нами был проведен эксперимент.

Для эксперимента нами была выбрана солнечная электростанция 5 кВт Модель: SA-5000M стоимостью 201 тыс. руб. Готовый комплект SA-5000M собран на российском оборудовании МАП Энергия. Солнечная электростанция SA-5000M предназначена для использования в частном доме в качестве системы автономного электропитания. 

Мощности инвертора достаточно для длительной работы любого электрооборудования максимальной суммарной мощностью до 5 кВт.

Шесть солнечных батарей суммарной мощностью 1,5 кВт вырабатывают около 9 кВт*час электроэнергии в сутки в солнечную погоду. Поскольку весной и летом в Амурской области в среднем около 20 солнечных дней/мес, то в течение месяца среднесуточное поступление энергии от батарей составит около 5 кВт*час в сутки.

Основные параметры солнечной электростанции SA-5000M:

1) Постоянное рабочее напряжение: 48 В.

2) Переменное напряжение на выходе: 220 В, 50 Гц, чистый синус.

3) Тип выходных контактов 220 В: двойная розетка и клеммы для кабеля

4) Максимальная выходная мощность: 6 кВт.

5) Продолжительность работы при отсутствии солнца на нагрузку 5 кВт*ч/сутки (при 100% разряде): 2 суток

6) Температура эксплуатации оборудования: от -25°C до +45°C

7) Температура эксплуатации солнечных панелей: от -40°C до +85°C

8) Общий вес всех компонентов солнечной электростанции, кг: 440

5 кВт*час в сутки или 5*30=150 кВт*час в месяц – это типичное потребление электроэнергии в доме, где проживают 2-3 человека, при условии использования газовой плиты:

1) Автономная работа без подключения к сети (вход инвертора настраивается на подключение генератора)

2) Работа с постоянным подключением к сети 220 Вольт. В этом случае, при наличии энергии от солнечных батарей будет использоваться, в первую очередь, энергия Солнца, а при недостатке солнечной энергии – электроэнергия из сети.

3) В случае отключения сети, ночью будет использоваться энергия из аккумуляторов, а днем – из аккумуляторов, и солнечная энергия.

В комплект солнечной электростанции для дома входит:

1. Солнечные батареи (1500 Ватт): CHN250-60P (250 Вт) — 6 шт.
2. Контроллер заряда: ECO Энергия MPPT Pro 200/60
3. Инвертор с ЗУ: MAP-HYBRID-48-6 (ном. мощн. 4 кВт, макс. мощн. 6 кВт, заряд 48 В, 40 А)
4. Аккумуляторы: Delta GX12-200 (12 В, 200 А*ч) — 4 шт.
5. Предохранитель с держателем: 160 А и 60 А
6. Автомат постоянного тока для СБ: 63 А
7. Комплект кабелей и разъемов: один комплект с длиной кабелей для солнечных батарей 15 м.

Данные представленные метеоцентром города Благовещенска,  для более удобного просмотра рассчитаны среднемесячные показатели.

Таблица 1.

Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация в Амурской области на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, МДж/м².

Таблица 2.

Выработка солнечных батарей в разные периоды года.

В таблице 2 приведены и обработаны итоги работы солнечной электростанции с января по декабрь 2018 года.

Для обеспечения энергией выбранных электроприборов нам требовалась среднемесячная потребность 135 кВт*ч.

В таблице мы видим, что только три месяца в году выработка составляла менее 135 кВт*ч, и если в январе и ноябре выработка составила 128 кВт*ч, то в декабре она была существенно ниже и составила 90 кВт*ч, в эти месяцы, особенно в декабре система не могла обеспечит все электроприборы.

В другие месяцы с февраля по октябрь система работала отлично.

В летний период солнечной энергии достаточно для обеспечения систем большей мощности.

Эксперимент проводился в с. Чигири Амурской области. Солнечные  батареи были установлены на крыше частного жилого дома под определенным углом, который можно менять в зависимости от времени года и расположения Солнца.

Оптимальный угол наклона установки для северной широты – 50 градусов.

Экономические расчеты показывают, что при существующих и постоянно растущих ценах на топливо, срок окупаемости солнечных коллекторов составляет 10-12 лет, в то время как реальный срок службы составляет 25–30 лет, а по данным некоторых производителей и более 30-ти лет.