Практичні питання-відповіді сонячної енергетики для приватного домогосподарства

На написання цього матеріалу мене спонукали чисельні рекламні пропозиції в соціальних мережах. Автори зазначених статей пропонують поставити вам сонячну електростанцію (далі іменовані як СЕС), яка буде не тільки покривати ваші нагальні потреби, але й заробляти гроші. Я вирішив сформулювати перелік не складних базових питань на які я намагатимуся відповісти:

1. Чи зароблю я додаткові кошти, якщо встановлю в себе на ділянці сонячну електростанцію.
2. Чи під силу змонтувати, підключити обладнання СЕС самотужки.
3. Коротко про можливі конфігурації СЕС
4. Коротко про показники ефективності вашої майбутньої СЕС, на що варто звернути увагу.
5. Комп'ютерна модель невеличкої СЕС 4,35 кВт для Херсона, Івано-Франківська, Сум. Скільки можливо згенерувати енергії і на скільки вона покриває ваші реальні навантаження
6. Скільки приблизно це буде коштувати, якщо робити усе самому

Отже, коротенький перелік питань окреслений і я можу почергово пробігтися по зазначених питаннях.

Зелений тариф – це державна програма, яка спонукує споживачів переходити на відновлювані джерела для зменшення техногенного впливу на довкілля, в свою чергу пропонується спеціальна (підвищена) ціна за якою виробники «зеленої енергії» гарантовано продадуть її державі. Так, на період до 31.12.2024 року ціна за якою відбувається «викуп» має становити 0,16 євро/кВт*год з ПДВ (приблизно 4,46 грн без ПДВ згідно актуального курсу НБУ). Що стосується грошей так званого «зеленого тарифу»  (feed-in grid) то ситуація доволі складна тож особисто я б не радив приватним особам, які встановлюють в себе на земельній ділянці розраховувати на компенсації від продажу власної генерації в мережу 0,4 кВ Оператору Системи Розподілу (або ж надалі ОСР, так тепер називаються колишні обленерго). З початком війни розрахунки між міністерством енергетики України, через спеціалізоване підприємство ДП «Гарантований покупець», яке було зобов'язане викупати енергію від СЕС і інших виробників електроенергії з альтернативних джерел практично призупинились. Головна причина – це різке зростання заборгованості НЕК «Укренерго» з ДП «Гарантований покупець». Також мала місце нова норма згідно з наказом Міністерства енергетики України №140 від 28.03.2022 и №206, які набули чинності 5 липня 20222 року. Мова йде про розподіл коштів ДП «Гарантований покупець» між виробниками енергії з відновлюваних джерел. Так виробникам СЕС і вітрових електростанцій компенсується 18%, виробникам на біогазі – 30%, а виробникам на біомасі 75% від середньозваженого тарифа «зеленої енергії». На останок додам, що додаткові розрахунки з боку ДП «Гарантований покупець» можливі в разі залишку коштів на рахунках підприємства за підсумками місяцю. Ну і трохи з гумором: якщо «Гарантований покупець» не викупає вашу електроенергію ви може її продати сусіду за попередньо узгодженою ціною.

Змонтувати та підключити обладнання самотужки не є якимось надзвичайно складним квестом, який здолати можуть лишень супер навчені працівники. Я вважаю, якщо чоловік вільно працює електроінструментом, має базове розуміння по електротехнічних питаннях (змінний-постійний струм, спад напруги), здатний зробити опорні металоконструкції, то і власну СЕС побудувати здатен. Обладнання СЕС не є чимось громіздким чи космічним за параметрами підключення та складністю налаштування і включає в себе:

• сонячні панелі (фотоелектричні модулі) потужність яких варіюється від 100 до 600 Вт розміри яких зазвичай не перебільшують 2,5 м2 (не більше листа гіпсокартону) и вага зазвичай до 25 кг.
• інвертор – перетворювач постійного струму з сонячних панелей на змінний синусоїдальний струм 50гЦ. Він може бути однофазним чи трифазним за виконанням. Інвертори бувають потужністю від 0,75 кВт до… зупинимося на побутових потребах тож до 30-40 кВт. Cучасні інвертори, які представлені на ринку зазвичай містять контролер МРРТ (він же й акумулятори заряджає), якій відслідковує точки максимальної потужності – раніше їх купляли окремо.
• акумулятори (опціонально) – це доволі дороге задоволення – зберігати й накопичувати електроенергію. Зазначу, що звичайні акумулятори такі, як у авто не підійдуть. Мінімально можливі – це акумулятори герметичні типів AGM, мультігель чи гель – такі використовують в джерелах безперебійного живлення. Але якщо більш зважено підійти до цього питання то вам знадобляться літій-залізо-фосфатні акумулятори так, для прикладу, акумулятор Pylontech US3000c на 48В і 74 А*год має потужність 3,55 кВт*год і коштує коло 2200 євро. Думаю, що переконав вас у тому, що акумулятор річ дуже не дешева і може затягнути на більшу половину вартості вашої СЕС. Але і тут є над чим розмірковувати, якщо не брати літій-залізо-фосфатні акумулятори.

Далі – дрібниці: опорні металоконструкції, кабельні з'єднання, монтаж щита для укриття обладнання, блискавкозахист. Щодо можливих конфігурацій то можливі такі: почну з найпопулярнішого – коли енергія від СЕС перетікає до будинку підчас споживання, а надлишок видається в мережу 0,4 кВ ОСР і навпаки, далі можливо додати в систему акумулятори в такому разі енергія від СЕС буде йти до акумуляторів і до навантаження, можлива конфігурація, коли надлишок енергії з СЕС йде до спеціальної термальної системи накопичення, також ваша СЕС може бути повністю автономна скажімо дачний варіант (з акумуляторами чи без них – денний варіант), коли немає фізичного зв'язку з мережею 0,4 кВ ОСР (Stand-Alone PV System)

Показники ефективності (performance ratio). Почну з того, що загальна фізична можливість споживати енергію від сонця суттєво залежить від географічного місця розташування СЕС. Далі коротенька довідка: серед обласних центрів України середньорічне значення коефіцієнту сонячної інсоляції коливається від 1076 кВт/м2 для Львова до 1338 кВт/м2 у Херсоні. Якщо взяти ширше, то в Карпатах чи окремих регіонах Полісся інсоляція може бути нижча за 1000 кВт/м2 , а на півдні Одещини чи півночі Криму сягне 1400 кВт/м2. Тут зробимо перший простий висновок – у Херсоні з тої самої СЕС можна отримати на 24,3% більше електроенергії при інших рівних умовах. На даний момент не така вже значна частина сонячної енергії, яка потрапляє на ваш фотоелектричний модуль перетворюється на електричну. Так, ККД сучасних недорогих сонячних панелей лежить між 19,5-22% для монокристалічних  і між 16-17,5% для полікристалічних. Тут лишень додам, що значення ККД за останні 10 років зросли в середньому на 5-6% що, звісно, тішить і додає оптимізму. 

Вкрай важливим критерієм отримання максимальної потужності з СЕС є розташування сонячних панелей: кут нахилу та орієнтація. Якщо коротко, то усім тим хто мешкає на північній півкулі (і ми серед них) для отримання максимального ККД потрібно встановлювати модулі строго на південь. А кут нахилу обирати по північній широті вашої місцевості – це орієнтовний середньорічний кут, взимку його було б добре збільшувати на 10-15%, а влітку зменшувати на 10-15%. Виникає питання особливо у тих, хто не хоче бігати з компасом по ділянці і вираховувати оптимальний кут нахилу панелей, а тим більше, якщо вже вирішив панелі покласти прямо на готовий дах: чи сильно залежатиме виробіток моєї СЕС від цих координат? Дуже сильно! Приклад з комп'ютерного моделювання: припустимо що наша СЕС змонтовано в Одесі, в першому варіанті обрано кут нахилу 30 град з орієнтацією строго на південь, а в другому обрано кут нахилу 50 град з орієнтацією строго на північний схід. При інших рівних умовах СЕС з першого варіанту згенерує протягом року на 77% більше електроенергії чим СЕС з другого варіанту!!!   

Подальший критерій —  ККД інвертора, він зазвичай лежить в діапазоні 97-99% тому не є визначним з огляду на загальну ефективність.

На останок втрати потужності в кабелях від панелей до інвертора. Залежно від того як ви підключите панелі паралельно чи послідовно ви отримаєте відповідний рівень напруги (його буде вести МРРТ контролер) і відповідно струм, чим меншим буде струм тим меншим перерізом кабелю можна обійтись для мінімізації втрат потужності. Ілюстративно поясню, значення падіння напруги при струмі в 20А на ділянці в 10м зменшується в 4 рази (від 1,4В до 0,35В) при заміні кабелю перерізом 2,5 мм2  на 10 мм2  - в загальному балансі втрат це доволі скромний показник (кілько відсотків), але я би не відкидав можливості його мінімізувати.

Отже дістався до найбільш практичного питання, яке турбує багатьох хто заміслюється над будівництвом СЕС у себе вдома. Задля наглядності я змоделював роботу СЕС в трьох обраних містах України: це північний схід, захід і південь. Зрозуміло що рівень сонячної інсоляції різний тож якусь різницю в роботі того самого обладнання в різних містах можна побачити. В моделі були використані недорогі сонячні панелі, які без проблем можна купити в Україні, мій вибір пав на Risen Energy RSM144 та Leapton Solar LP182. Моделювання показало, що рівні за потужностю панели цих двох виробників дають дещо різні результати — Risen Energy RSM144 виявилися ефективнішими на 5,5% від Leapton Solar LP182, тому далі в моделі були використані саме Risen Energy моделі RSM144-7-435М тобто на 435Вт.

Так для СЕС з 10 модулів загальною потужністю 4,35 кВт*год (займає площу 22,1 м2 ) підключених до інвертора Growatt New Energy моделі MIN 4600TL-XE/X отримано показники наведені в таблиці нижче:

Багато це чи мало? Середнє споживання родини, яка мешкає з однією дитиною становить 3929 кВт*год/рік, при цьому споживання у грудні – 353 кВт*год, у червні 308 кВт*год. Який маємо висновок? Для родини з трьох чоловік СЕС потужністю 4,35 кВт*год здатна забезпечити трохи більше як половину споживання влітку і коло 10% взимку. Цілком зрозумілим є той факт, що надлишок (який зазвичай утворюється в сонячні дні) буте генеруватись в мережу 0,4 кВ ОСР і в розрізі року дана СЕС згенерує на 20-45% більше від потреби в залежності від місця розташування СЕС. Так, для прикладу Франківська, влітку пікова продуктивність такої СЕС може сягнути більш як 600 кВт*год/міс, в той час як в грудні продуктивність навряд чи перебільшить позначку у 100 кВт*год/міс. Ці дані добре узгоджуються з цифрою у 4000-4200 кВт*год/міс за липень які мені, як працівнику ОСР надав власник СЕС на Франківщіні потужністю 30 кВт. Додатково для тих, хто схоче хоча б два рази на рік міняти оптимальний кут (зимовий і літній) можна додатково отримати 10-20% виробітку потужності.

На останок питання ціни, можна писати багато, але якщо брати наведений вище приклад СЕС 4,35 кВ, то вартість панелей (ціни приблизні в євро): 230х8= 1840, інвертора – 660, метал для зварювання опорних конструкцій встановлених на землі (з профілю 60х30х3) – 450, кабелі – 50, щит для монтажу обладнання – 300 (з обладнанням).

Тож остаточно маємо без урахування вашої праці – 3300 євро (коло 130-140 тис. грн), тож в перерахунку на вартість 1 кВ*год СЕС виходить 760 євро. Звичайно, якщо у вас є доступ до дешевшого металу і ви використаєте дешевший щит ви матимете більш привабливу ціну. І на останок – я би радив зробити надійний контур заземлення і простенький грозорозрядник, про необхідність вирівнювання потенціалів напевно той хто за це візьметься не забуде.

P.S. Я свідомо опустив ціну питання приєднання вашої СЕС до мереж 0,4 кВ ОСР. Якщо коротенько, то вартість приєднання визначається договірною кількістю кВт*год, якщо згідно вашого договору з ОСР у вас зазначена договірна потужність 5 кВт*год, то для приєднання вашої (для прикладу однофазнорї) СЕС потужністю 10 кВт*год вам прийдеться «докупити» у ОСР 5 кВт резерву потужності, що становитиме 17106 грн з ПДВ (при приєднанні до міських мереж Франківщіни), 5382 грн з ПДВ (при приєднанні до міських мереж Сумщіни), 5376 грн з ПДВ (при приєднанні до міських мереж Херсонщіни).