Аналіз функціонування гібрідної системи резервного електропостачання з мережевою підтримкою

Дієвими методами економії електроенергії підрозділами Залізниць безумовно є впровадження енергозберігаючого обладнання, зменшення втрат при транспортуванні та перетворенні електроенергії, впровадження енергозаощадливих технологій. На рівні з заощадженням, підприємства залізниць України мають великі можливості і у генерації електроенергії для власних потреб.

Цікавість до можливості використання сонячної енергії на виробництві та побуті цілком раціональна. По-перше українці багато разів бачили як в Европі широко використовуються сонячні технології. По-друге введення «Зеленого тарифу» на електроенергію вироблену з альтернативних джерел підігріває цікавість до самої теми. Та і різке почастішання віяльних вимкнень змушують шукати варіанти рішення таких проблем.

Тенденції такі, що вартість однієї кіловат-години від традиційного джерела енергії постійно зростає. Так ціна однієї кВт*год. встановлена НКРЕ (Національна комісія, що здійснює державне регулювання у сфері енергетики) на травень 2015 року складає 119,48 коп/кВт*год, без ПДВ для споживачів першого класу, та відповідно 138,50 коп/кВт*год для споживачів другого класу. Вартість 1 кВт*год. у травні 2012 року складала 73,42 коп/кВт·год, без ПДВ для споживачів першого класу, та 93,46 коп/кВт·год для споживачів другого класу (як видно з графіку).

За три роки електрична енергія здорожчала для споживачів першого та другого класів на 62%. Натомість ціни на обладнання сонячних електростанцій постійно знижуються. Причому до останнього часу зниження цін на обладнання проходило на багато швидше ніж підвищення цін на електроенергію. Так вартість сонячних батарей (основного елемента сонячної електростанції) у 2010 році складала 3,8 $ за 1 Ватт, у травні 2015 року 1 Ватт коштує менше 1 $. Загальна ж вартість сонячної електростанції з перетворюючим обладнанням в межах 1,2 $ за Ватт. Бум розвитку систем електропостачання на базі сонячних модулів можливий при досягненні паритету цін між традиційною та сонячною електроенергетикою.

Проведемо приблизний розрахунок собівартості однієї кіловат-години електроенергії, що вироблена сонячною електростанцією. У самому найпростішому варіанті сумарні інвестиції в проектування, обладнання, побудову по теперішнім цінам необхідно розділити на проектне вироблення електроенергії на протязі 25 років. Розмір сонячної електростанції впливає на ціну обладнання, тому собівартість виробленої електроенергії буде залежати від потужності станції.

Потужність станції 100 кВт - собівартість електроенергії 150 коп кВт*ч

Потужність станції 500 кВт - собівартість електроенергії 100 коп кВт*ч

Потужність станції 1 МВт - собівартість електроенергії 90 коп кВт*ч

Потужність станції 5 МВт - собівартість електроенергії 85 коп кВт*ч

Виходить, що для сонячних електростанцій потужністю від 500 кВт та більше ми практично досягли паритету цін порівняно з вартістю традиційної електроенергії першого класу. Для споживачів електроенергії по другому класу ця потужність складає вже від 100 кВт і вище.

Для малих та середніх промислових підприємств, різної форми власності, що сплачують за електроенергію по другому класу від 138,50 коп/кВт*год взагалі перехід на сонячну енергетику це інвестиції в майбутнє, які будуть приносити прибуток на протязі 25 років.

От же встановивши сонячну електростанцію на вільних площах дахів будівель та споруд, інших незадіяних площах що належать власникам можна суттєво зекономить при оплаті за електроенергію. Наприклад: сонячна електростанція потужністю 100 кВт, встановлена на даху споруди в Дніпропетровській області займе площу 1250 кв.м. та за рік згенерує 110 МВт*ч.

Фінансовий бартер – основний фактор, що спиняє втілення сонячних технологій. Ціна сонячної електростанції потужністю 10 кВт на сьогоднішній день складає 12 тисяч доларів. Для більшості підприємств та окремих українців інвестувати таку суму в сонячну технологію не представляється можливим.

Всім, хто тільки-но починає цікавитися можливостями сонячної енергетики відомо, що просто фотоелектричних панелів для запуску електростанції недостатньо. Між фотоелектричними панелями та розеткою розташовується ще цілий ряд пристроїв

- інвертори;

- акумулятори;

- контролери заряду.

Саме вони забезпечують безліч необхідних функцій для роботи сонячної електростанції – перетворюючи постійний струм у змінний, відстежуючи рівень заряду батарей, перемикання генерації на мережу та інше.

Державним підприємством “Дніпропетровський орган з сертифікації залізничного транспорту” в рамках роботи сектору енергетичного аудиту в березні 2015 року було реалізовано проект по створенню гібридної системи резервного електропостачання з мережевою підтримкою. Фактично було складено техніко економічне обґрунтування встановлення сонячної електростанції на даху приватного будинку, проведено монтаж та наладку обладнання. На теперішній час ведеться робота по отриманню «Зеленого тарифу».

Склад сонячної електростанції:

10 штук полікристалічних фотоелектричних модулів потужністю 300 Вт.;

1 мережевий сонячний інвертор з резервною функцією та максимальною потужністю приєднаних сонячних модулів у 4,5 кВт.;

Гелева акумуляторна батарея на напругу 48 В. та загальною ємністю 400 А/г.

Технічні характеристики сонячної електростанції обмежуються можливостями інвертору та складають:

Номінальна потужність сонячних модулів – 3 кВт.

Номінальна потужність при генерації енергії в мережу - 3 кВт.

Номінальна потужність інвертору при роботі з мережою – 5,1 кВт.

Номінальна потужність інвертору при роботі від акумуляторної батареї – 4,4 кВт.

Номінальний струм заряду акумуляторної батареї - 25 А.

Номінальний струм розряду акумуляторної батареї - 92 А.

Мережевий інвертор з резервною функцією одночасно суміщає в собі такі можливості:

- працює як звичайний мережевий сонячний інвертор.

- працює як джерело безперебійного живлення (ББЖ).

- працює як автономний інвертор.

- працює яка зарядний пристрій для акумуляторів. Зарядка може виконуватися як від сонячних батарей так і від мережі.

- дозволяє управляти джерелами електроенергії (мережа, сонячні батареї, акумулятори), які ми використовуємо в кожен момент часу. Це дуже важлива функція, бо дозволяє максимально використовувати енергію сонячних батарей і оптимізувати витрати на електроенергію. Можна вибирати, чи продавати надлишки електроенергії за "Зеленим тарифом" або накопичити надлишки в акумуляторах для подальшої мінімізації споживання мережевої електрики.

Майже плоский дах дозволив вибрати рекомендований азимут у 180⁰ та кут нахилу модулів відносно горизонту 55⁰.

Згідно вказаних даних середньомісячна генерація електроенергії за добу складе в кВт*г:

Середньо річна генерація за добу складє – 12,55 кВт*г;

Сумарна генерація електроенергії за рік – 4581,92 кВт*г.

Час автономної роботи при граничній глибині розряду акумуляторних батарей 25% та споживанні власником у літній період 15 кВт*г за добу складе 23 години. При споживанні власником у зимовий період 20 кВт*г за добу час автономної роботи складе 17 годин.

Інвертор має два порти передач даних RS-232 та USB. Програмне забезпечення, що входить до комплекту поставки дозволяє відстежувати декілька параметрів роботи інвертора:

- режим роботи;

- напруга мережі;

- частота мережі;

- рівень завантаження;

- температура інвертора.

та кілька параметрів сонячної електростанції:

- вхідна потужність фотомодулів;

- вхідна напруга фотомодулів;

- потужність навантаження;

- напруга акумуляторної батареї;

- ємність акумуляторної батареї;

- струм заряду.

Вказані данні записуються у форматі Microsoft Excel. На малюнку зображений добовий запис даних інвертора від 27-28 березня 2015 року.

Термін простої окупності станом на травень 2015 року при умові продажу електричної енергії в мережу по «Зеленому тарифу» складе:

Прибуток = Е*Ц = 4581,92 кВт*г * 3,5041 грн./ кВт*г. = 16055,5 грн.

Де, Е - Сумарна генерація електроенергії за рік; – 4581,92 кВт*г;

Ц – «зелений тариф для приватних домогосподарств – 350,41 коп./кВт*год. (без ПДВ).

Строк окупності, років = (4000 $ * 22 грн.) / 16055,5 = 5,5 років

Гарантований термін експлуатації сонячної електростанції складає 25 років. На протязі цього терміну буде вироблено 4581,92 кВт*г * 25 років = 114548 кВт*годин.

Відповідно ціна генерованого 1 кВт*години складе:

(4000 $ * 22 грн.) / 114548 кВт*годин= 0,77 грн.

Все більше домовласників придивляються до систем альтернативного енергозабезпечення, особливо враховуючи анонсоване подорожчання електроенергії з березня 2017 року до 1,68 грн. за 1 кВт*год. для побутових споживачів. Ось і приходиться міркувати, а не дешевше буде придбати необхідне обладнання та виробляти свою електроенергію.