Для любого сельхозпредприятия характерно наличие обширных территорий, на которых располагаются сельскохозяйственные угодья, основные, вспомогательные и обслуживающие подразделения. Не все территории электрифицированы и эффективность (окупаемость) инвестиций в проведение электричества будет низкая и не окупаемая. Для решения данной проблемы современные сельхозпредприятия могли бы использовать систему из солнечных батарей, которая также может быть на мобильной основе. Применение солнечных батарей в сельском хозяйстве широкое. При этом важными вопросами в применении данной технологии у большинства пользователей будут являться «Насколько выгодно и эффективно использование солнечных батарей? Как правильно подобрать необходимый комплект солнечных батарей на определенные цели? Из чего должна состоять автономная солнечная батарея? Какие затраты необходимо произвести при эксплуатации солнечной батареи и с какой периодичностью осуществлять замену оборудования? Как повысить эффективность использования солнечных батарей в производстве? Имеются ли специальные методики расчета эффективности применения данной технологии?» и многие другие вопросы. Решение вышеуказанных вопросов возможно лишь после проведения специальных расчетов. Таким образом, нами разработаны методика и вспомогательные таблицы позволяющие упростить процедуру соответствующих расчетов по применению солнечных батарей.
Основными компонентами солнечной батареи являются: солнечные панели, инвертор напряжения, аккумуляторные батареи, контроллер заряда аккумулятора. Для расчета эффективности и подбора комплекта оборудования, необходимо определить, сколько энергии понадобится пользователю в месяц или др. расчетный период. Для этого необходимо составить список всех электроприборов, которые будут использоваться в производственном процессе или личном пользовании. Обязательно по каждому прибору необходима информация о ее мощности и пиковой пусковой нагрузке. Данную информацию можно получить в паспорте электроприбора. Далее, определяется количество каждого вида электроприборов и среднее время их использования в сутки, неделю или месяц для расчета суммарного потребления электроэнергии за рассчитываемый период. Далее, пользователь солнечной батареи должен выбрать для себя в зависимости от целей необходимый режим использования системы автономного электроснабжения: полный, комфортный, умеренный или аварийный.
Таблица 1. Расчет потребления электроэнергии и выбор режима с использованием солнечной батареи
По итогам выбранного режима, необходимо рассчитать следующие параметры: суммарное месячное потребление электроэнергии, среднюю нагрузку, максимальную нагрузку, пиковую пусковую нагрузку.
Таблица 2. Расчет вспомогательных параметров при подборе оборудования солнечной батареи
После того, как выбран тот или иной режим электроснабжения посредством солнечной батареи и известна общая потребность электроэнергии, необходимо подобрать комплект оборудования для солнечной батареи, обеспечивающей данное электроснабжение. Основным элементом солнечной батареи является солнечная панель, как преобразователь солнечного излучения в электроэнергию. Для расчета необходимого количества солнечных панелей, необходима информация об инсоляции, площади одной солнечной панели и КПД панели.
Таблица 3. Расчет количества солнечных панелей (не известна производительность солнечной батареи)
Таблица 4. Расчет количества солнечных панелей (известна производительность солнечной батареи)
С точки зрения потребителя, солнечные энергосистемы обладают серьезнейшим недостатком: режим выработки электроэнергии не совместим ни с ритмом производства при промышленном использовании солнечной энергии, ни с круглосуточной потребностью в электроэнергии индивидуальных потребителей. Только часть светового дня солнечные электростанции могут эффективно работать, так как утром и вечером интенсивность солнечного излучения снижается. А ведь это, как раз, время пикового потребления электроэнергии. Поэтому накопление и сохранение энергии является важнейшей задачей при разработке фотоэлектрических энергосистем.
Надежность и эффективность работы солнечной батареи во многом определяется правильностью выбора аккумуляторных батарей. Выбор аккумуляторных батарей (АКБ) для конкретной солнечной электросистемы определяется рядом факторов, основными из которых являются: низкий уровень саморазряда, способность работать с малыми зарядными токами, а также в режимах глубокого разряда, работоспособность при низких температурах (это касается систем круглогодичного использования), минимальные требования по техническому обслуживанию.
Емкость аккумуляторного блока подбирается в зависимости от величины суточного потребления электроэнергии, учитывая глубину разряда и часов работы, в течение которых система должна работать без подзарядки. Мощность инвертора должна быть с запасом на 25-50% больше мощности макс. нагрузки электроприборов.
Таблица 5. Расчет необходимой емкости АКБ
После того, как произведены вышеуказанные расчеты и получены параметры необходимого оборудования для комплектации солнечной батареи. Пользователь может осуществить заказ необходимого комплекта солнечной батареи и вспомогательного оборудования у поставщика.
Таблица 6. Расчет затрат на закупку и монтаж необходимого комплекта солнечной батареи
Для расчета эффективности использования солнечной батареи, в т.ч. в сельском хозяйстве, следующим шагом необходимо учесть тот факт, что за рассчитываемый период то или иное оборудование в комплекте солнечной батареи может выйти из строя, либо потерять свои полезные свойства, либо срок эксплуатации оборудования меньше срока расчета эффективности СБ. Таким образом, важно в расчетах получить информацию об эксплуатационных затратах по содержанию солнечной батареи.
Таблица 7. Расчет эксплуатационных затрат по содержанию солнечной батареи за период эксплуатации
Последним шагом является определение стоимости 1 кВт/ч электроэнергии полученной от солнечной батареи за расчетный период. Для сравнения, можно, осуществить расчет стоимости единицы электричества полученной от энергосбытовых компаний с учетом инфляции.
Таблица 8. Пример расчета стоимости 1 кВт/ч электроэнергии от энергосбытовых компаний
Таблица 9. Пример расчета стоимости 1 кВт/ч электроэнергии за расчетный период от солнечной батареи
Предлагаемый расчет и формат представления информации позволяет заранее определить набор приборов, который будет использован в основном производстве предприятия или в личном домашнем использовании в разрезе мощности и пиковой нагрузки. При этом расчет позволяет выбрать подходящий режим электроснабжения в зависимости от поставленных целей заинтересованного пользователя.