В погоне за максимальным экономическим эффектом от внедрения сетевой фотоэлектрической станции (ФЭС) / солнечной электро-станции (СЭС), солнечными батареями/панелями заполняется почти все свободное пространство на крыше дома, а если не хватило, то и пространство на участке.

Это и понятно, т.к. только избыточная ежемесячная выработка СЭС (свыше собственного потребления) учитывается и оплачивается по боле высокому «зеленому» тарифу. Поэтому, если в части собственного потребления электроэнергии она полностью или частично расходуется для генерации тепла – для подогрева горячей воды/нагрева бассейна/воды для полива или отопления, то, значит, за эту энергию НЕ будут получены деньги по высокому тарифу!

Фотопанели пока обладают достаточно низким КПД, поэтому для их размещения требуются большие площади. Если часть места выделить для солнечных коллекторов, то они выработают примерно в 2.5-4.5 раза больше энергии (тепловой) с той площади, которую занимали бы фотопанели.

Максимальная выработка энергии по «зеленому» тарифу возможна в весенне-летне-осенний период, поэтому именно для этого оптимизируется угол наклона и ориентация панелей. При этом, в то время как КПД фотоэлектрических модулей с повышением температуры окружающего воздуха падает, КПД солнечных коллекторов возрастает. Естественно, летом отопление не требуется, но даже если рассмотреть работу солнечных коллекторов только на ГВС – от этого будет заметный эффект, т.к. вся сэкономленная электроэнергия сразу будет оплачена по «зеленому» тарифу.

Таким образом, в самый солнечный период года с той же общей площади, можно получать больше денег по «зеленому» тарифу, а также повысить устойчивость/надежность Ваших систем, и продлить срок службы другого оборудования.

Например, если для отопления и ГВС используется тепловой насос, то летом у него будет только самый энергозатратный и нагруженный режим – подогрев горячей воды. При этом его реальная общая эффективность падает минимум в два раза (по сравнению с работой в режиме низкотемпературного отопления +35^оС), т.к. даже чтобы нагреть питьевую воду до +45^оС на выходе из теплового насоса будет +55..+65^оС. Как следствие - повышается износ компрессора, что приводит к уменьшению его эффективного срока службы. При этом, нагрузка по ГВ не стабильна, поэтому даже инверторному ТН придется периодически выключаться, а потом заново стартовать и выходить на режим. Если же еще данный ТН (обычно воздух-вода) используется для кондиционирования, то для нагрева ГВ ему придется переключать режим работы, что еще больше увеличит расход электроэнергии и снизит общую эффективность. Также многие не знают, что для антибактериальной обработки воды (режим «антилегионелла» - при этом вода в бойлере прогревается до температуры +65..+70^оС) автоматика теплового насоса выключает компрессор и использует только встроенный или внешний ТЭН.

При выборе солнечного коллектора (плоский или трубчатый вакуумный), предпочтение лучше отдать плоскому типу, т.к. он имеет лучшее соотношение габаритной и полезной площади, что с той же зоны размещения позволяет получить существенно больше энергии. При этом, даже при анализе апертурных (активных) площадей, часто производительность плоского солнечного коллектора на ГВС превосходит производительность популярных вакуумных трубчатых коллекторов (с учетом их углового коэффициента).

Ниже мы представили это все графически.

ПОЯСНЕНИЯ.
Для некоторого упрощения сравнения, были приняты следующие ограничения:

1. На крыше рассматривается зона размещения солнечных панелей точно 1х2 м и кратная ей.
2. Размер оборудования и его характеристики пересчитываются таким образом, чтобы в выбранную зону размещения также влезли все необходимые крепежные элементы и элементы для коммутации магистралей.
3. Потери из-за запыленности прозрачной изоляции = 3%.
4. Потери на магистралях, на коммутации, на промежуточных элементах, на преобразовании (инвертор) или на первом прогреве и доставке тепловой энергии теплоносителем (насосный модуль, с учетом небольшого потребления электроэнергии насосом) = 5%.
5. Потери тепла бойлером и на рециркуляции ГВ учитываются одинаково как для СЭС так и для СК т.к. имеют место в обоих случаях.

Выбор ФЭП: в целом наиболее часто используются панели с двумя размерами, площадью около: 1.6м² и 1.9..2м², их пиковая мощность (обычно до 400Вт) и годовая производительность различны, т.к. это зависит от многих технологических факторов, что существенно отражаться на их цене. Также в последнее время начали появляться панели и с большей площадью – около 2.2м², что также сказалось на их характеристиках и цене. За основу был взят «среднебюджетный» вариант и прибавлено к мощности еще 3% (т.к. с каждым годом появляются модули с большим КПД) = 0.38 кВтпик. Температурный фактор по мощности -0.4%/^оС.

Пиковая мощность на фотоэлектрический модуль обычно указывается при инсоляции 1000 Вт/м² и температуре кристалла +25^оС (STC), что в реальных условиях маловероятно. Для этого получения реальной пиковой мощности, ориентировочно, условия должны быть такими: например, конец февраля-начало марта; температура окружающего воздуха -5..-7^оС; абсолютно ясное небо; солнце в зените; поверхность стекла модуля абсолютно чистое; модуль новый; солнечные лучи падают строго перпендикулярно поверхности (т.е. угол наклона по отношению к горизонтальной плоскости 50..55^о).

Но для получения максимальной годовой выработки, угол наклона модулей редко превышает 35^о (т.е. рассчитывают на летнее возвышение солнца). Также при кажущейся ясности неба, реальная мощность излучения может быть ниже, а окружающий воздух (особенно на крыше) легко может достигать температуры +30^оС. Поэтому логичнее ориентироваться на номинальную мощность при инсоляции 800 Вт/м² и температуре кристалла +45..+55^оС (*параметры NMOT указываются при температуре окружающего воздуха +20^оС, и скорости ветра 1 м/с, тогда температура кристалла +40..+45^оС ). Т.е. выбранный нами модуль, будет иметь пиковую мощность: 800/1000 х 380 х (1 - (50^оС - 25 ^оС) х 0.4) = 273 Втпик = 0.27 кВтпик

Если же учесть потери на транспортировку и преобразование энергии (DC / AC), тогда с 2м² получим реальных – 0.25 кВтпик

*также следует учитывать, что это при солнечных лучах, перпендикулярных поверхности модуля. Фактически, за день реальная мощность модуля постоянно меняется, т.к. зависит как от угла падения солнечных лучей, реальной мощности инсоляции, а также и от температур в конкретный момент времени.

Выбор СК: солнечные коллекторы имеют еще большее разнообразие конструкций и цен, чем фотоэлектрические панели, но есть тенденция в Украине, что плоские высокоселективные цельнолистовые солнечные коллекторы с высоким оптическим КПД (80-85%) и тепловыми потерями 3-4 Вт/м²К, европейского производства уже преобладают. Их габаритная площадь обычно 2-2.3 м², поэтому для нашего сравнения пришлось пересчитывать характеристики в сторону уменьшения. Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы представлены в основном китайскими производителями (в том числе и под украинскими торговыми марками), получить достоверную информацию по их теплотехническим характеристикам крайне сложно. Поэтому в каталоге SPF были взяты данные на первый в списке подобный солнечный коллектор с не самым низким оптическим КПД (приведенный к апертурной площади = 65%) и коэффициентом тепловых потерь около 2…

Таким образом, в те же 2 м² площади крыши можно разместить плоский солнечный коллектор мощностью - 1.54 кВтпик, а трубчатый вакуумный – 0.76 кВтпик.

Реальный КПД солнечного коллектора также зависит от средней температуры теплоносителя (который в данный момент через него циркулирует), относительно окружающего воздуха.
*формула КПД уже описывалась в других статьях нашего сайта.
Поэтому, такая пиковая мощность возможна при одинаковой температуре воздуха и средней температуре теплоносителя. Если же учесть реальный температурный режим, то лучше ориентироваться на мощность для плоских – 1.11 кВтпик, для трубчатых вакуумных – 0.56 кВтпик

С учетом потерь на доставку энергии, имеем для плоского солнечного коллектора - 1.02 кВтпик, а для трубчатого вакуумного - 0.51кВтпик, соответственно. Эти значения и предлагаем использовать далее для анализа.

Режим горячего водоснабжения: некоторые устанавливают себе СЭС за кредитные деньги и для получения максимального экономического эффекта (быстрейшего возвращения инвестиций) начинают экономить на всем собственном электропотреблении, поэтому такие семьи мы не можем рассматривать.

За основу мы взяли средний дом с комфортным проживанием 4-6 человек. Холодная вода – из собственной скважины (температура 10..12^оС). По статистике, в среднем 1 человек потребляет 50 л/сутки в пересчете на горячую воду +55^оС* (с учетом использование душа). Также учитываем, что для быстрого получения горячей воды в точке водоразбора, используется рециркуляция, контур которой запускается через два полотенцесушителя.

*учитывается температура горячей воды +55^оС как минимально-необходимая в бойлере для обеспечения антибактериального режима. Также следует учитывать, что вода, с температурой +45^оС уже воспринимается как горячая, поэтому в некоторых случаях может поддерживаться и такая, но хотя бы раз в неделю необходимо прогревать бак до +65^оС.

На выходе из бака устанавливается автоматический термосмеситель, который не дает поступать в трубу сильно горячей воде, удерживая ее в пределах 44..47^оС (комфорт, защита от ожогов и дополнительная экономия во время расхода). При использовании в душе, горячая вода разбавляется до +38..+40^оС.

Таким образом, для подогрева 200 л горячей воды 55^оС или 260 л 45^оС в сутки нужно тепловой энергии:

(55^оС - 12^оС) х 1.16Втч/кг^оС х 200кг = (45 - 12) х 1.16 х 260 = 10000 Втч/сутки = 10 кВтч/сутки
Тепловые потери бака + потери на магистралях и арматуре + потери при рециркуляции + отбор тепла полотенцесушителями = 7..8 кВтч/сутки

Т.е. всего на горячее водоснабжение необходимо 17..18 кВтч/сутки х 31 день = 527..558 кВтч/месяц, принимаем среднее – 540 кВтч/месяц

=====================================================================

Для примера рассмотрим СЭС с пиковой (STC) мощностью фоэлектрических модулей 10 кВтпик (27 шт. займут скат крыши, размером 10 х 7 м), при этом номинальная (реальная) полезная мощность, которая может быть доставлена до потребителя = 6.8 кВтпик.
В самые солнечные и производительные месяцы можно ожидать выработку 1626 кВтч/месяц (*естественно, год на год не приходися, поэтому в какой-то выработка будет больше, в другой меньше...)

Учитывая собственное электропотребление 1000 кВтч/месяц (с учетом указанного подогрева горячей воды), по «зеленому тарифу» будет учтено около 626 кВтч.

Если же вместо всего лишь 3 фотомодулей установить 3 плоских солнечных коллектора, то по «зеленому тарифу» уже может быть учтено в 1.5 раза больше – 977 кВтч.

Через 10 лет эксплуатации снижение выработки произойдет
- от солнечных коллекторов - на 2.5%,
- от фотоэлектрических модулей - на 10%.

Утилизация:

Солнечные коллекторы – металл и стекло, минеральная вата (легкая, нетаксивная переработка).

ФЭП – сложная и вредная (на заводе).