Оценка годовой выработки солнечной энергии
Ожидаемая годовая выработка электроэнергии солнечной фотоэлектрической (ФЭ) системой обычно оценивается методом «пиковых часов солнца», который умножает номинальную мощность системы постоянного тока в киловаттах (кВт) на среднее число пиковых часов солнца в день на участке и на 365 дней в году, а затем уменьшает результат на коэффициент системных потерь, учитывающий неэффективность инвертора, потери в проводке, загрязнение панелей, температурные эффекты и другие реальные потери между выходной мощностью постоянного тока панелей и полезной переменной электроэнергией, поступающей в дом.
«Пиковые часы солнца» измеряют эквивалентное число часов в день, в течение которых солнечное излучение должно было бы в среднем составлять 1 000 ватт на квадратный метр, чтобы обеспечить ту же суммарную дневную энергию, что и реальный, переменный солнечный свет участка -- это не то же самое, что число световых часов дня. Широко используемое значение по умолчанию для коэффициента системных потерь -- 14%, что совпадает со стандартными суммарными системными потерями, используемыми в калькуляторе PVWatts Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) -- стандартном инструменте для оценки выработки солнечных ФЭ систем.
Что означает срок окупаемости
Простой срок окупаемости -- это время, необходимое для того, чтобы накопленная экономия на счетах за электроэнергию от солнечной системы сравнялась с её первоначальной стоимостью, рассчитываемое делением полной стоимости системы на расчётную годовую экономию. Он отвечает на простой вопрос -- сколько лет пройдёт, прежде чем система «окупит себя» за счёт сэкономленных расходов на электроэнергию, -- без корректировки на временную стоимость денег, затраты на финансирование или изменение цен на электроэнергию за этот период.
Годовая экономия оценивается умножением годовой выработки электроэнергии системой в киловатт-часах (кВт·ч) на местный тариф на электроэнергию за кВт·ч, исходя из предположения, что выработанная электроэнергия напрямую замещает электроэнергию, которая иначе была бы куплена у энергосбытовой компании. Это упрощение: то, насколько данный кВт·ч солнечной выработки фактически снижает счёт, зависит от таких факторов, как время собственного потребления, накопитель энергии и конкретная схема сетевого учёта (net metering) или оплаты за экспорт энергии, предлагаемая местной энергосбытовой компанией, -- ничего из этого простой расчёт окупаемости не учитывает.
Пример расчёта: система 4 кВт
Рассмотрим жилую солнечную систему мощностью 4 кВт, установленную на участке со средним показателем 4 пиковых часа солнца в день, используя стандартный коэффициент системных потерь NREL PVWatts в 14% и тариф на электроэнергию $0,25 за кВт·ч. Годовая выработка составляет 4 × 4 × 365 × (1 − 0,14) = 4 × 4 × 365 × 0,86 ≈ 5 022,4 кВт·ч в год.
При тарифе $0,25 за кВт·ч эта выработка стоит примерно 5 022,4 × 0,25 ≈ $1 255,60 годовой экономии. Если установленная система стоила $8 000, простой срок окупаемости составляет 8 000 ÷ 1 255,60 ≈ 6,37 года -- то есть экономия на счетах системы сравняется с её первоначальной стоимостью немногим более чем за шесть лет при этих конкретных допущениях.
| Шаг | Расчёт | Результат |
|---|---|---|
| Годовая выработка | 4 кВт × 4 ч/день × 365 × 0,86 | ≈5 022,4 кВт·ч |
| Годовая экономия | 5 022,4 кВт·ч × $0,25/кВт·ч | ≈$1 255,60 |
| Простая окупаемость | $8 000 ÷ $1 255,60 | ≈6,37 года |
Факторы, меняющие результат
Пиковые часы солнца существенно варьируются в зависимости от географического положения, местного климата и сезона, и участок с бо́льшим числом часов солнца в день даёт пропорционально бо́льшую выработку -- а значит, и бо́льшую годовую экономию -- от той же системы, что сокращает расчётный срок окупаемости. Поскольку пиковые часы солнца сильно зависят от конкретного места, профессиональная оценка солнечной системы или спутниковая оценка выработки для конкретного участка, ориентации и наклона крыши даёт гораздо более точную цифру, чем общий региональный ориентир.
Используемый в расчёте тариф на электроэнергию оказывает прямое пропорциональное влияние на годовую экономию: более высокий тариф за кВт·ч означает, что каждая единица солнечной выработки замещает больше расходов, сокращая окупаемость, а более низкий тариф её удлиняет. Системные потери действуют в противоположном направлении -- более высокий коэффициент потерь (из-за менее эффективного инвертора, большего затенения или загрязнения) снижает полезную выработку от той же номинальной мощности, уменьшая экономию и удлиняя окупаемость; стандартное значение NREL PVWatts в 14% -- это универсальная отправная точка, которую конкретная установка может как превзойти, так и не достичь в зависимости от фактического оборудования и условий участка.
Что не учитывает простой срок окупаемости
Простая окупаемость, рассчитанная выше, делит стоимость системы на расчётную экономию за один год и не учитывает постепенное снижение выработки панелей на протяжении срока службы системы (часто упоминаемый темп деградации составляет около 0,5% в год), а также не учитывает изменение цен на электроэнергию -- как правило, рост -- за годы, необходимые для достижения окупаемости, оба из которых изменили бы реальное число лет, требуемых на практике.
Расчёт также исключает затраты на финансирование (если система финансируется за счёт кредита, а не оплачена сразу), доступные налоговые льготы, субсидии или другие стимулы, снижающие фактическую стоимость системы, и конкретную политику сетевого учёта или компенсации за экспорт энергии местной энергосбытовой компании -- всё это может существенно сократить или удлинить реальный срок окупаемости по сравнению с простой оценкой. Простую окупаемость лучше рассматривать как иллюстративную отправную точку, а не точный финансовый прогноз.
Часто задаваемые вопросы
Как рассчитывается срок окупаемости солнечных панелей?
Простой срок окупаемости рассчитывается делением полной стоимости солнечной системы на расчётную годовую экономию от сэкономленных покупок электроэнергии. Например, система стоимостью $8 000, дающая около $1 255,60 годовой экономии, имеет простую окупаемость 8 000 ÷ 1 255,60 ≈ 6,37 года. Эта оценка исключает затраты на финансирование, льготы, изменение цен на электроэнергию и деградацию панелей.
Сколько электроэнергии вырабатывает солнечная система 4 кВт в год?
По методу пиковых часов солнца при 4 пиковых часах солнца в день и стандартном коэффициенте системных потерь NREL PVWatts в 14% система 4 кВт вырабатывает примерно 4 × 4 × 365 × 0,86 ≈ 5 022 кВт·ч в год. Фактическая цифра сильно зависит от конкретных часов солнца и потерь системы на участке.
Что такое пиковые часы солнца?
Пиковые часы солнца измеряют эквивалентное число часов в день, в течение которых солнечное излучение должно было бы в среднем составлять 1 000 ватт на квадратный метр, чтобы обеспечить фактическую суммарную дневную солнечную энергию местности. Это не то же самое, что число световых часов дня, и показатель существенно варьируется по региону, сезону и местной погоде.
Почему калькулятор использует коэффициент системных потерь 14%?
14% -- стандартный коэффициент снижения суммарных системных потерь, используемый в калькуляторе PVWatts Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), учитывающий неэффективность инвертора, потери в проводке, загрязнение, температурные эффекты и другие реальные потери между номинальной мощностью постоянного тока панели и полезной переменной электроэнергией. Конкретный установщик может назвать другую цифру для конкретного участка.
Учитывает ли простой срок окупаемости налоговые льготы или субсидии?
Нет. Простая окупаемость, рассчитанная здесь, делит полную стоимость системы только на полную годовую экономию. Налоговые льготы, субсидии и другие стимулы, где они доступны, снижают фактическую первоначальную стоимость и сократили бы реальный срок окупаемости по сравнению с этой простой оценкой.
Источники
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) — PVWatts Calculator documentation, including the default 14% total system losses derate factor.
- U.S. Department of Energy, Solar Energy Technologies Office — overview of solar PV system performance factors.
- Jordan DC, Kurtz SR. "Photovoltaic Degradation Rates — an Analytical Review." Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2013;21(1):12-29.