Эффективность использования солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга

Эффективность использования солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 23.02.2017 2017-02-23

Статья просмотрена: 1756 раз

Библиографическое описание:

Квашнина В. А., Астахов М. Ю. Эффективность использования солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга // Молодой ученый. — 2017. — №8. — С. 52-55. — URL https://moluch.ru/archive/142/40003/ (дата обращения: 02.03.2019).

Работа посвящена выгодности использования солнечной энергии в Санкт-Петербурге. Данная проблема особо актуальна сегодня, в период возросшего интереса к энергосбережению и возможности использования альтернативных источников энергии. Целью работы было определить окупаемость солнечных батарей на основе расчета производства энергии среднестатистическими батареями. Расчет производился по данным посезонного использования ламп накаливания и средней инсоляции за каждый месяц в Санкт-Петербурге. Полученные результаты выработки энергии позволили рассчитать окупаемость батарей — 130 лет, что с учетом среднего срока службы в 10 лет является крайне невыгодным. Был сделан вывод о значительных потерях при установке батарей.

Ключевые слова: солнечные батареи, энергоэффективность, энергосбережение, автономные источники энергии, солнечная энергия

В настоящее время огромное внимание уделяется вопросам энергосбережения в строительстве, это выгодно предприятиям, как с экологической, так и с экономической точки зрения. Одним из основных способов сохранения энергии и природных ресурсов является использование альтернативных источников энергии, в частности, солнечной энергии. В данной работе определяется, насколько выгодно использование солнечных батарей в Санкт-Петербурге на основе расчета производства энергии среднестатистическими батареями в исследуемых климатических условиях.

Сегодня можно найти большое число работ, посвященных энергоэффективности, в том числе способы энергосбережения закреплены в нормативных документах [1, 2, 3]. Одним из основных направлений развития экономики России является повышение энергоэффективности в различных сферах, уровень которой явно недостаточный в сравнении с мировым опытом [4–8]. В работах [9–16] рассмотрены основные способы энергосбережения в строительстве, среди них и использование солнечных батарей [17–19].

Целью работы является исследование эффективности использования солнечных батарей в Санкт-Петербурге. Для этого были поставлены следующие задачи:

‒ проанализировать географического положения и климатических условий Санкт-Петербурга;

‒ привести условия расположения батареи и характеристики взятого дома;

‒ привести и проанализировать результаты расчета мощности солнечного излучения и выработки энергии;

‒ определить окупаемость исследуемых солнечных батарей.

Эффективность солнечных батарей была рассмотрена на примере загородного стандартного дома площадью 90 м 2 в поселке Левашово Выборгского района города Санкт-Петербурга. Принято реальное количество комнат (8) и ламп в каждой из них (Таблица 1).

Посезонное использование ламп накаливания

1 комната

2 комната

3 комната

4 комната

5 комната

6 комната

7–8 комнаты

кухня

туалет

прихожая

кочегарка

коридор

прихожая (лестница)

количество ламп, шт.

Использование 1 ед. лампы, ч/сут

Выбран 0° наклон солнечной батареи относительно горизонта (батарея расположена горизонтально). Выработка энергии рассчитана для среднестатистических солнечных батарей Centrosolar 215 Вт [20].

Рис. 1. Солнечная батарея

Выработка фотоэлектрической панели определяется по формуле (1):

(1)

где — выработка энергии солнечной батареей за месяц;

— месячная инсоляция квадратного метра [21];

— номинальная мощность солнечной батареи;

η — общий КПД передачи электрического тока по проводам, контроллера солнечной батареи и инвертора при преобразовании низковольтного постоянного напряжения в стандартное (если предполагается использовать низковольтное напряжение напрямую, то при достаточно толстых и коротких проводах η можно приравнять к 1, т. е. не учитывать);

— максимальная мощность инсоляции квадратного метра земной поверхности (1000 Вт). Инсоляция и желаемая выработка должны быть в одних и тех же единицах (либо киловатт-часах, либо джоулях).

На основе полученных значений месячной инсоляции, была определена номинальная мощность солнечной батареи, требуемую для обеспечения необходимой месячной выработки (2).

Мощность солнечного излучения меняется от месяца к месяцу, а номинальная мощность солнечной батареи неизменна, и именно на неё следует ориентироваться при выборе места для установки и определении затрат. Формула (2) удобна, чтобы оценить номинальную мощность батареи для конкретных условий инсоляции, но мало подходит для оценки её возможностей в течение всего года. Поэтому для данной работы, когда важно знать, сколько и в какие месяцы солнечные модули смогут выработать энергии, правильнее руководствоваться данными, полученными по формуле (1) — (Таблица 2).

Выработка энергии батареей

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

инсоляция за месяц, кВт*ч/м 2

часов нагорает за день, ч/сут

всего за месяц, ч

батарея потребляет за месяц кВт*ч

плата за месяц, руб

Необходимое число батарей, шт

12,3

3,6

0,6

0,4

0,2

0,2

0,2

0,2

0,5

1,4

5

32,4

батарея мощностью 215 Вт

Выработка энергии E

Итого: Средняя плата за месяц: 48 рублей. Среднее количество батарей: 5 шт. Стоимость одной батареи 19900 руб.

14900*5=74500 руб, откуда находим окупаемость батарей:

Как видно из таблицы, особо трудно обеспечить достаточную выработку энергии в зимний период.

Стоит заметить, что окупаемость батарей 130 лет, а срок службы батареи — 10 лет, из чего следует сделать вывод, что батареи не окупаемы для данного региона и устанавливать их невыгодно.

В работе был проведен расчет эффективности использования солнечных батарей в Санкт-Петербурге для стандартного загородного дома. На основе этих подсчетов был сделан вывод о значительных потерях при установке батарей. Таким образом, установка солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга крайне невыгодна.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *