Эффективность использования солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (142) февраль 2017 г.

Дата публикации: 23.02.2017

Статья просмотрена: 922 раза

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: 26.05.2018).



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

  1. Введение

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.

  1. Обзор литературы

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].

  1. Цели и задачи

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.

  1. Описание исследования

Эффективность солнечных батарей была рассмотрена на примере загородного стандартного дома площадью 90 м2 в поселке Левашово Выборгского района города Санкт-Петербурга. Принято реальное количество комнат (8) и ламп в каждой из них (Таблица 1).

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.

3

2

2

6

1

3

2

1

1

1

1

1

1

Использование 1 ед. лампы, ч/сут

лето

2

2

2

2

1

2

1

2

3

24

8

4

3

осень-весна

4

4

4

4

0

4

1

5

3

24

8

4

3

зима

10

10

10

12

0

10

2

12

3

24

8

4

3

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).

(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).

Таблица 2

Выработка энергии батареей

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

инсоляция за месяц, кВт*ч/м2

5,83

19,72

59,44

91,94

143,06

160,56

151,39

109,44

63,89

25,56

6,94

2,22

часов нагорает за день, ч/сут

232

232

113

113

113

79

79

79

113

113

113

232

всего за месяц, ч

7192

6496

3503

3390

3503

2370

2449

2449

3390

3503

3390

7192

батарея потребляет за месяц кВт*ч

23,2

23,2

11,3

11,3

11,3

7,9

7,9

7,9

11,3

11,3

11,3

23,2

плата за месяц, руб

82,4

82,4

40,1

40,1

40,1

28

28

28

40,1

40,1

40,1

82,4

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

1,88

6,36

19,17

29,65

46,14

51,78

48,82

35,3

20,6

8,24

2,24

0,72

(1 батареей)

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.

  1. Выводы

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.

Литература:

  1. SNiP 23–02–2003 Teplovaja zashhita zdanij. Gosstroj Rossii. [Thermal protection of buildings. State Committee for Construction of Russia] М., 2004. 30 p. (rus)
  2. Federal law № 261-ФЗ «Ob jenergosberezhenii i o povyshenii jenergeticheskoj jeffektivnosti i o vnesenii izmenenij v otdel'nye zakonodatel'nye akty Rossijskoj Federacii». [About energy saving and about increase of power efficiency and about modification of separate acts of the Russian Federation] М., 2009. (rus)
  3. GOST Р 52106–2003 Resursosberezhenie. Obshhie polozhenija. [Resource-saving. General provisions] М., 2003. (rus)
  4. Jakovlev A. S., Barysheva G. A. Jenergojeffektivnost' i jenergosberezhenie v Rossii na fone opyta zarubezhnyh stran. [Energy efficiency and energy saving in Russia against experience of foreign countries] // Izvestija tomskogo politehnicheskogo universiteta. 2012. № 6. pp. 25–30.
  5. Zverev A. V. Jenergojeffektivnost' i jenergosberezhenie: mirovoj opyt dlja Rossii. [Energy efficiency and energy saving: world experience for Russia] M.: Izd-vo Statistika Rossii, 2011. 175 p.
  6. Tihonenko Ju.F. Ob organizacii jenergosberezhenija za rubezhom i rossijskie realii. [About the organization of energy saving abroad and Russian realities] [Digital resource]. URL: http://portal-energo.ru/articles/details/id/483 (Date of the request: 23.12.2014).
  7. Kuznik I. V. Principy bjudzhetnogo stimulirovanija jenergosberegajushhih meroprijatij v Rossii. [The principles of the budgetary stimulation of energy saving actions in Russia] [Digital resource]. URL: http://stroyprofile.com/archive/2555 (Date of the reques: 27.06.2012).
  8. Spiridonov A. V., Shubin I. L. Zakonodatel'stvo po jenergosberezheniju v SShA, Evrope i Rossii. Puti reshenija. [The legislation on energy saving in the USA, Europe and Russia. Solutions] // Vestnik MGSU. 2011. T. 1. № 3. pp. 4–14.
  9. Savin V. K., Savina N. V. Arhitektura i jenergojeffektivnost' zdanij. [Architecture and energy efficiency of buildings] // Gradostroitel'stvo. 2013. № 1 (23). pp. 82–84.
  10. Vatin N. I., Gorshkov A. S., Nemova D. V. Jenergojeffektivnost' ograzhdajushhih konstrukcij pri kapital'nom remonte. [Energy efficiency of the protecting designs at capital repairs] // Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzhenij. 2013. № 3 (8). pp. 1–11.
  11. Avsjukevich A. D. Jenergojeffektivnost' i jenergosberezhenie v sistemah teplosnabzhenija. [Energy efficiency and energy saving in systems of heat supply] // Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzhenij. 2013. № 2 (7). pp. 40–54.
  12. Kaz'min S. I., Fintisov A. I. Solnechnaja batareja. [Solar battery] // Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzhenij. 2013. № 2 (7). pp. 40–54.
  13. Zadvinskaya T., Gorshkov A. Comprehensive method of energy efficiency of residential house // Advanced Materials Research. 2014. № 953–954. pp. 1570–1577.
  14. Vatin N., Nemova D., Kazimirova A., Gureev K. Increase of energy efficiency of the building of kindergarten // Advanced Materials Research. 2014. № 953–954. С. 1537–1544.
  15. Vatin N., Nemova D., Tarasova D., Staritcyna A. Increase of energy efficiency for educational institution building // Advanced Materials Research. 2014. № 953–954. pp. 854–870.
  16. Vatin N., Gamayunova O. Choosing the right type of windows to improve energy efficiency of buildings // Applied Mechanics and Materials. 2014. № 633–634. pp. 972–976.
  17. Murgul V. Features of energy efficient upgrade of historic buildings (illustrated with the example of Saint-Petersburg) // Journal of Applied Engineering Science. 2014. № 12 (1). pp. 1–10.
  18. Aronova E., Radovic G., Murgul V., Vatin N. Solar Power Opportunities in Northern Cities (Case Study of Saint-Petersburg) // Applied Mechanics and Materials. 2014. № 587–589. pp. 348–354.
  19. Murgul V., Vatin N., Aronova E. Solar power supply in the system of restoration and reconstruction remote historic and cultural objects (on the example of Montenegro) // Applied Mechanics and Materials. 2014. № 635–637. pp. 2029–2035.
  20. Murgul V. Solar Energy systems in the reconstruction of heritage historical buildings of the northern towns (for example Saint-Petersburg) // Journal of Applied Engineering Science. 2014. № 12 (2). pp. 121–128.
  21. CentroSolar [Digital resource]. URL: http://www.centrosolar.de/en/ (Date of the reques: 23.12.2014).
  22. Perpetuum mobile. Moshhnost' solnechnogo izluchenija. [Sunlight power] [Digital resource].URL:http://khd2.narod.ru/gratis/insolate.htm (Date of the reques: 23.12.2014).
Основные термины (генерируются автоматически): солнечных батарей, energy efficiency, energy efficiency of, of energy, energy saving, of energy efficiency, and energy, Date of, Energy efficiency and, efficiency and energy, and energy saving, of energy saving, Increase of energy, использования солнечных батарей, Vatin N, efficiency of buildings, journal of applied, of applied engineering, of energy efficient, stimulation of energy.


Ключевые слова

энергоэффективность, солнечная энергия, энергосбережение, солнечные батареи, автономные источники энергии

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос