Стоит ли проектировать солнечную систему с запасом?

На первых этапах проектирования солнечной системы инженеры обязательно спросят вас не только о текущих счетах за электроэнергию, но и о планах на ближайшие 5-10 лет. Это не формальность. Солнечная электростанция прослужит 25 лет или больше, а энергопотребление дома вряд ли останется все это время неизменным. У вас может появиться электромобиль, бассейн, или вы решите добавить кондиционеров, или построить на участке гостевой дом, или начнете работать из дома – все это потребует дополнительной энергии. Часто сам факт доступа к бесплатной солнечной энергии приводит к тому, что владелец начинает намного активнее пользоваться электроэнергией, и расход в итоге увеличивается. Даже если сейчас вы ничего такого не планируете, через несколько лет все может измениться.

Поэтому при проектировании возникает вопрос: стоит ли сразу закладывать запас мощности или разумнее построить систему под текущие потребности и расширить её позже? Ответ зависит массы разных факторов. О них и поговорим в этой статье.

От чего растет потребление

Электромобиль

Сегодня в Таиланде именно покупка электромобиля часто становится главным поводом для пересмотра размеров солнечной системы.

Средний электромобиль потребляет примерно 400 кВт·ч в месяц. Это до 5 МВт·ч в год. Для компенсации такого расхода нужно 5-10 солнечных панелей мощностью 450-650 Вт.

При этом во время зарядки типичная домашняя станция Level 2 обычно потребляет около 7-11 кВт мощности. Это влияет на размер солнечного массива – и на профиль нагрузки дома. Если зарядка происходит днём одновременно с работой кондиционеров, бассейнового насоса и других потребителей, солнечная система должна быть способна покрыть эту дополнительную нагрузку. Поэтому при проектировании вместе с годовым объемом потребления учитывается и максимальная мощность, которую дом может потребовать в отдельные часы.

Но часто электромобиль заряжают вечером и ночью, когда солнечные панели не работают. Поэтому увеличение мощности массива не всегда решает проблему само по себе. Для эффективного использования солнечной энергии нужно либо перенести зарядку на дневное время, либо установить аккумуляторы.

Кондиционеры и расширение дома

Мы уже писали, что в жарком климате кондиционирование – одна из крупнейших статей потребления.

В зависимости от мощности и режима работы центральный кондиционер может потреблять до 10 000 кВт·ч в год и больше:

‍

• 9 000 BTU/h – примерно 6-8 кВт·ч в сутки
• 12 000 BTU/h – примерно 8-10 кВт·ч в сутки
• 18 000 BTU/h – примерно 12-16 кВт·ч в сутки
• 24 000 BTU/h – примерно 16-20 кВт·ч в сутки
• 36 000 BTU/h – примерно 24-30 кВт·ч в сутки

Даже один дополнительный кондиционер заметно увеличивает потребление.

Бассейны и дополнительные сооружения

Бассейн часто воспринимается как второстепенная нагрузка, однако его влияние на энергопотребление может быть очень заметным.

Одноступенчатый насос бассейна мощностью 1,5-2,0 кВт за 8 часов потребляет примерно 12-16 кВт·ч. Это соответствует 4-6 МВт·ч в год.

Если есть электрический подогрев или тепловой насос, нагрузка возрастает ещё больше. В некоторых случаях подогрев бассейна потребляет больше электроэнергии, чем весь жилой дом.

Расширение дома и дополнительные сооружения

Допустим, вы захотите построить гостевой домик площадью 50-80 м² - это добавит 750-1000 кВт·ч в месяц. Новым помещениям нужны освещение, кондиционирование, вентиляция и бытовая техника.

Аналогичным образом на потребление влияют мастерские, уличное освещение и системы полива.

Поэтому инженеры всегда оценивают и планы по развитию объекта.

Увеличение числа проживающих

Для роста энергопотребления не обязательно покупать новые крупные электроприборы. Иногда достаточно изменения образа жизни.

Если к вам вдруг переезжают родители или появляются дети, больше используются кондиционеры, освещение, горячая вода, бытовая и кухонная техника. Это может добавить сотни киловатт-часов в месяц.

Даже приезд гостей в отпуск в жаркий сезон может вдвое увеличить расход электроэнергии за счет дополнительного кондиционирования и подогрева воды.

Похожий, или даже больший, эффект может дать переход на удалённую работу. Дом, который раньше пустовал большую часть дня, начинает потреблять электроэнергию непрерывно. Например, если кондиционер мощностью 1,5 кВт начинает работать дополнительно 6-8 часов в день, это увеличивает потребление на 360 кВт·ч в месяц.

* * *

Рост не обязательно связан только с одним фактором. Иногда новые небольшие нагрузки постепенно меняют профиль потребления.

Что еще нужно учитывать

Для солнечной энергетики важно не только общее количество потребляемой энергии, но и время её использования. Самую большую экономию приносит энергия, которую дом потребляет непосредственно в момент генерации. В Таиланде владельцы солнечных систем ориентируются на увеличение собственного потребления, поскольку продажа избыточной генерации в сеть все еще ограничена административными барьерами.

Существенные факторы – постепенная деградация солнечных панелей и снижение производительности из-за высокой температуры. Современные модули теряют сравнительно немного, однако через 10-15 лет выработка будет на 4-6% ниже, чем в первый год эксплуатации.

Все это можно учесть на стадии проектирования солнечной электростанции.

Главная сложность – неопределённость будущего. Не каждый владелец готов сформулировать долгосрочные планы. Невозможно точно предсказать, как изменятся, например, тарифы на электроэнергию.

Поэтому инженерный резерв правильно рассматривать не как попытку угадать будущее, а как способ компенсировать неопределённость и технические ограничения системы.

Нужно ли сразу устанавливать больше панелей?

Планируемые будущие нагрузки ещё не означают, что систему следует максимально увеличивать уже сегодня. На этот случай есть две стратегии.

Запас по мощности массива

Система изначально проектируется на 10-30% больше текущего потребления.

Такой подход оправдан, если электромобиль планируется в ближайшие 1-2 года, строительство бассейна уже запланировано или расширение дома уже на стадии проекта.

Запас по архитектуре системы

Во многих случаях более разумно не устанавливать дополнительные панели сразу, но подготовить инфраструктуру для будущего расширения.

Для этого выбирают инвертор с резервом по мощности, предусматривают свободное место на крыше, прокладывают дополнительные кабельные трассы и оставляют место в распределительном щите.

Такой подход позволяет избежать дорогостоящей модернизации в будущем без инвестиций в лишние панели сегодня.

* * *

Независимо от того планируете ли вы резерв сегодня, некоторые архитектуры лучше подходят для поэтапного наращивания мощности. Например, если использовать микроинверторы, дополнительные панели можно подключать постепенно, без замены существующего оборудования и без серьёзной реконструкции системы.

Почему слишком большой запас невыгоден

Не всегда большая солнечная система – это хорошо. Дополнительные панели имеют смысл тогда, когда выработанная энергия приносит экономическую пользу. Если дом не успевает потреблять всю дневную генерацию, остаток оказывается невостребованным.

В некоторых странах избыток генерации от солнечной установки можно продавать в сеть, и это меняет экономику проекта. В Таиланде эта схема существует в теории, но ее реализация связана с административными ограничениями и на практике доступна далеко не всем объектам. Ситуация может измениться в будущем. Если механизмы покупки электроэнергии у частных производителей станут более доступными, избыточная генерация получит дополнительную ценность. Однако при проектировании системы инженеры обычно исходят из текущих правил и существующей экономики проекта.

Один из способов использовать излишки энергии – установка аккумулятора. Батарея позволяет переносить часть дневной генерации на вечерние и ночные часы, повышая долю собственного потребления. Но это увеличивает первоначальные инвестиции и также должно учитываться при расчёте окупаемости.

Поэтому задача инженера состоит не в том, чтобы установить максимально возможное количество панелей, а в том, чтобы найти баланс между текущими потребностями, вероятным ростом нагрузки, стоимостью оборудования и возможностью будущего расширения.

Как принимается решение

При проектировании системы инженеры анализируют текущее потребление и вероятность его изменения в будущем.

Сначала изучаются счета за электроэнергию и профиль нагрузки дома. Важно понять, сколько энергии потребляется за месяц, и когда возникает основной спрос – днём или вечером.

Затем обсуждаются планы владельца на ближайшие годы: появление новых крупных потребителей, строительство, изменение количества жильцов.

После этого моделируются несколько сценариев. Рассчитывается система для текущего потребления, для дома с электромобилем или для дома с электромобилем и дополнительным кондиционированием. Учитывается доступная площадь крыши, допустимая мощность инвертора, возможность установки аккумулятора и условия подключения к сети. Для каждого варианта рассчитываются стоимость, ожидаемая экономия и срок окупаемости.

Только после этого определяется оптимальный размер солнечной станции.

Вывод

Запас мощности не является обязательным требованием для каждой солнечной системы. Однако прогнозирование потенциальных изменений – часть любого проекта. Если ожидается покупка электромобиля, строительство бассейна или расширение дома, умеренный резерв экономически оправдан. Если планы неопределённы, разумнее строить систему под текущее потребление, но предусмотреть возможность расширения.

Главная задача проектировщика – не установить максимально большую систему, а создать решение, которое останется эффективным и через десять лет, когда потребности дома изменятся.

‍