Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Калининская средняя общеобразовательная школа»
Республика Хакасия
Проект на тему:
«Солнечные батареи и их применение»
Выполнил: Чернов Артем,
ученик 8 «Б» класса.
Руководители: Деркачева Н.Я.
учитель математики.
с. Калинино, 2025
Оглавление
Введение ………………………………………………………………………………………
Глава 1. Теоретические основы возникновения солнечных батарей
1.1. Понятие и внешний вид солнечных батарей…………………………
1.2. История и предпосылки возникновения……………………………..
1.3. Принципы работы солнечных батарей
Глава 2. Применение солнечных батарей в жизни человека
2.1. Виды солнечных батарей …………………………………………….
2.2. Перспективы использования солнечных батарей в мире и России.
Глава 3. Практическая часть………………………………………………………
Заключение…………………………………………………………………………
Список литературы………………………………………………………………..
Введение
В современном мире для удовлетворения новых человеческих потребностей и дальнейшего развития общества необходимо большое количество энергии. Энергия – главное условие создания материальных благ и повышения уровня жизни людей. Поиск новых источников энергии и развитие альтернативных способов получения энергии – это основная приоритетная задача человечества в новом тысячелетии. Это связано с тем что традиционные энергоносители довольно близки к исчерпанию. Одним из перспективных альтернативных источников энергии является солнечная энергия. Солнце способно удовлетворять масштабные потребности человека и предоставить количество энергии, превышающее необходимые ресурсы в десять раз. Общее количество солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли за 7 дней, намного превосходит энергию всех запасов нефти, газа, угля и урана на планете. Вряд ли на сегодняшний день найдется человек, возражающий против огромных перспектив, открывающихся перед использованием солнечных батарей. Современные солнечные батареи нашли широкое применение в различных сферах жизни, они с успехом применяются в космонавтике, авиастроении, автомобилестроении, водном транспорте, электрообеспечении зданий и наружном освещении. Кроме того, солнечные батареи для дома – это уже обычная практика. Они позволяют обеспечить дом электричеством и забыть об отключениях электроэнергии.
Цель: изучение целесообразности использования солнечных батарей в частных домах.
Задачи:
1) изучить информацию по теме исследования;
2) описать общее строение и принципы работы солнечных батарей;
3) изучить вопросы использования солнечной энергии и источников преобразования данной энергии, перспективы развития солнечной энергетики;
4) провести экономические расчеты и сделать соответствующие выводы, подтверждающие или опровергающие эффективность применения солнечных батарей.
Методы исследования: анализ, эксперимент.
Гипотеза: возможно, что установка солнечных батарей в частных домах нашего села может привести к долгосрочной экономии на счетах за электроэнергию.
Практическая значимость проекта: на основе данных полученных в ходе работы можно будет обосновать необходимость или бесполезность использования солнечных батарей в частных домах с. Калинино и сделать выводы об условиях при которых использование солнечных батарей будет оправдано как с практической так и с экономической точки зрения.
Глава 1. Теоретические основы возникновения солнечных батарей.
- Понятие и внешний вид солнечной батареи.
Солнце как источник энергии интересует человека уже очень давно. Энергия солнца может использоваться для решения множества задач. Одна из них – это преобразование солнечной энергии в электрическую. Для преобразования солнечного света в электричество используют солнечные батареи.
Солнечная батарея представляет собой соединение фотоэлементов, то есть приспособлений, которые преобразуют солнечный свет в электроэнергию. Преобразование энергии основано на фотоэффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света и любого электромагнитного излучения. Фотоэлементы — это преобразователи энергии фотонов в ток. Фотон ─ материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля, то есть солнечная батарея — это источник постоянного электрического тока от преобразованной энергии солнца при помощи фотоэлементов.
Солнечные батареи можно установить где угодно. Солнечный свет есть всегда, даже если на улице пасмурно, батареи все равно получают энергию, пусть и не в полную силу. Мощность собранной батареи определяется ее площадью. То есть, чем больше отдельных пластин будет закреплено на панели, тем больше электричества будет выработано. Для увеличения выходных параметров (тока, напряжения и мощности) солнечные элементы (пластины), из которых состоит солнечная батарея, соединяются последовательно и параллельно. Комбинируя параллельное и последовательное типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.
Сама солнечная батарея представляет собой панель, с герметично заламинированными на ней кремниевыми пластинами (одинаковыми фотоэлементами), с помощью которых и происходит преобразование энергии. Кремний второй по распространенности элемент на Земле, запасы которого огромны, до сих пор остается основным материалом для производства фотоэлементов. Он входит в состав обыкновенного речного песка и в промышленном его использовании есть одна большая проблема — его очистка. Процесс этот очень трудоемкий и затратный, поэтому чистый кремний стоит дорого, что влияет в свою очередь на себестоимость выпускаемых солнечных батарей, в чем мы сможем убедиться в практической части проекта.
Кроме того, солнечные батареи для эффективной работы, кроме как таковых солнечных панелей, должны иметь коннекторы, то есть соединители, провода и инверторы, которые преобразуют постоянный ток от солнечных панелей в переменный и позволяют управлять потоками электроэнергии.
Бытовые солнечные станции (батареи) бывают сетевые, автономные и гибридные. Как следует из названия, сетевые используются в тех случаях, когда объект присоединен к внешней электрической сети и работает одновременно с ней. Автономные и гибридные могут работать без подключения к внешней сети. Сетевые дешевле всех и позволяют уменьшить счета за электроэнергию, снижая объем потребления из внешней сети. Автономные и гибридные дороже, за счет присоединения аккумуляторных батарей, которые используются в темное время суток или когда подача электроэнергии прерывается.
Использование солнечной энергии, как и любая технология, имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам относят:
- Экологичность. Использование солнечной энергии не выделяет загрязнений, что делает ее одним из наиболее экологичных способов получения электроэнергии.
- Экономия. После окупаемости установки, солнечные панели практически бесплатно производят электроэнергию, позволяя сократить расходы на коммунальные услуги.
- Независимость. Возможность получать электроэнергию вдали от централизованных сетей, что особенно актуально для удаленных и труднодоступных мест.
Недостатки:
- Высокая начальная стоимость. Установка солнечных панелей и связанного оборудования требует значительных капиталовложений.
- Зависимость от погодных условий. В пасмурные и дождливые дни эффективность производства электроэнергии снижается.
- Занимают много места. Для обеспечения дома необходимым количеством энергии требуется большая площадь панелей.
- История и предпосылки возникновения солнечных батарей.
Предпосылкой возникновения солнечной батареи стало открытие фотогальванического эффекта. Этот базовый принцип в 1839 году был обнаружен французским физиком Александром Эдмоном Беккерелем. Он проводил опыты с электролитами и выявил что если на одну из пластин направить свет, то сила тока в цепи незначительно увеличится.
В 1876 году Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дей обнаружили, что селен способен вырабатывать электричество под воздействием мощного источника света.
В 1883 году американскому изобретателю Чарльзу Фриттсу удалось собрать первый фотоэлектрический модуль, где фотоэлементами стали селеновые пластины, покрытые тонким слоем золота. Эффективность этого модуля составляла всего 1 % тем не менее, Фриттс был уверен в революционности своего изобретения.
В 1880 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц наблюдая явление фотоэлектрического эффекта установил, что энергии получается больше при использовании ультрафиолетового света.
Свой неоценимый вклад в эту область физики внёс и Альберт Эйнштейн. В 1905 году он полностью смог объяснить саму суть процесса перехода энергии фотонов к электронам, то есть явление фотоэффекта. В 1921 году за этот труд Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.
В течение последующих нескольких десятков лет учёные пытались добиться более эффективной работы солнечных установок. Препятствовало продвижению вперёд два фактора: необходимость использовать золото и природные физические ограничения селеновых пластин. В 1940 году специалисты американской лаборатории Белла в ходе опытов обнаружили, что если направить свет на кремниевые образцы, находящиеся в электрической цепи, то измерительные приборы показывают увеличение силы тока и напряжения. В дальнейшем этот эффект целенаправленно изучался, и в 1950 году Уильям Шокли разработал теоретическую модель p-n перехода, за что был удостоен Нобелевской премии. Эта модель и стала базой для дальнейших разработок.
В 1953-1954 году Кэлвин С. Фуллер; Джеральд Л. Пирсон; Дэрил М. Чапин — объявили об удачном применении в качестве фотоэлементов пластин из кремния. Вначале показатель эффективности экспериментальной установки составлял 4%, но спустя год поднялся до 6%. В дальнейшем эффективность ячейки была повышена до 15%. Это был первый пример солнечной технологии, которая могла приводить в действие электрическое устройство в течение нескольких часов в день.
Впервые солнечные батареи применили при освоении Космоса в 1957 году. Они были установлены на спутнике и вырабатывали электрическую энергию для его работы. Основным элементом для производства батарей являлся кремний. Это событие показало, что солнечные панели могут служить единственным и достаточным источником энергоснабжения стационарных спутников, что подтвердило компетентность солнечных батарей и стало важным моментом для развития их применения.
Далее множество учёных работали над тем, чтобы увеличить коэффициент полезного действия солнечной батареи. В 2020 году учёные Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США) разработали солнечные батареи с максимальным на сегодняшний момент коэффициент полезного действия. Он составляет 39,2% при естественной освещенности солнцем, и при концентрированном солнечном свете — более 47%.
- Принцип работы солнечных батарей
Солнечная батарея — бытовой термин, используемый вне науки. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Основа солнечной батареи кристалл чистого кремния, в природе кремний встречается только в виде песка, поэтому цилиндры из кремния выращивают искусственно, затем придают форму куба и режут на пластины толщиной всего в 180 микрон ─ это примерно 3 человеческих волоса. На кремниевую пластину наносят небольшое количество бора и фосфора. В слое кремния с добавками фосфора возникают свободные электроны (полупроводник n-типа). В слое кремния с добавками бора возникают отсутствующие электроны, так называемые «дырки» (полупроводник p-типа). Эти примеси помогают фотоэлементу вырабатывать больше энергии, повышают его КПД в несколько раз, по сравнению с чистой кремниевой пластиной. На стороне кремниевой пластины с примесью фосфора у атомов появляется один лишний электрон, и атомы становятся анионами (отрицательно заряженные ионы), и эту сторону называют n-слоем. А на стороне с бором, наоборот, у атомов отсутствуют один электрон или, по-другому, появляются «дырки», и атомы становятся катионами (положительно заряженные ионы), эту сторону называют p-слоем. Также между этими слоями появляется переход, который назвали p-n-переходом. Пластину кладут на металлическую подложку (положительный электрод) p-слоем, а сверху прикрепляют металлические контакты (отрицательный электрод). При световом излучении, фотоны выбивают электроны с n-слоя, и тогда начинается перемещение заряженных частиц, то есть появляется разность потенциалов.
Таким образом, солнечный свет, попадая на фотоэлектрический слой, полупроводниковых пластин приводит к высвобождению излишних электронов из обоих слоёв (n и p). На место, оставшееся после освобождения электронов в одном слое встают освобожденные электроны другого слоя. Происходит постоянное передвижение электронов из одного слоя в другой через p-n переход. В результате этого на внешней цепи начинает появляться напряжение. При замыкании цепи появляется электрический ток.
Глава 2. Применение солнечных батарей в жизни человека
2.1 Виды солнечных панелей
В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.
В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния.
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных или органических материалов;
- Из нескольких материалов одновременно.
Хотя разновидностей панелей множество, львиную долю в потребительском обороте имеют кремниевые и теллурий–кадмиевые солнечные панели. Эти два типа выбирают из–за соотношения уровень коэффициента полезного действия и цена. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность их достигает15%. По себестоимости эти элементы ненамного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и к тому же обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Другие материалы фотоэлементов также не получили широкого распространения в основном из-за низкого коэффициента полезного действия. Так модули, созданные на основе полимерных и органических материалов, используются только в последние 10 лет, они создаются в виде плёночных конструкций, толщина которых редко превышает 1 мм. Их коэффициент полезного действия близок к 10%, хотя их стоимость ниже кристаллических аналогов.
Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и достаточно высоким уровнем коэффициента полезного действия. Как мы уже отмечали выше кремний является повсеместно доступным материалом. Немалую роль играет и разработанность технологии его обработки, поскольку кремний очень широко используется в разных видах электроники. Вместе с тем, процесс очищения кремния довольно сложен, да и расположить кристаллы в единой направленности нелегко. Сложность процессов, отвечающих за повышение коэффициента полезного действия конвертируется в высокую цену за подобное оборудование.
Кроме размера и мощности, панели отличаются способом, которым изготавливаются из кремния отдельные элементы. Кремниевые фотоэлементы бывают:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Поликристаллические панели дешевле, чем монокристаллические, но кремний, который используются в фотоэлементах, имеет неоднородную структуру и множество оттенков синего цвета, так как кристаллы изготавливаются из низкокачественного сырья и выращиваются быстрыми и простыми способами, что уменьшает коэффициент полезного действия (17%-20%) панели и его срок службы (до 30 лет). Солнечные панели из поликристаллов довольно тонкие, но ввиду меньшей производительности их потребуется больше, чтобы обеспечить себя необходимым количеством энергии. Но, несмотря на существенные минусы, поликристаллические солнечные батареи пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они менее прихотливы к захватыванию солнечного света и работают с большей отдачей в пасмурную погоду. Кроме того, с каждым годом инженеры работают над повышением величины коэффициента полезного действия поликристаллических модулей, что в скором времени приблизит их к показателю 22-25%.
Солнечные элементы, изготовленные из монокристаллического кремния, очень легко узнать. Их отличают насыщенный цвет и однородная поверхность. Такие ячейки производят из монокристаллов высокочистого кремния (порядка 99,99%), поэтому они обладают более высокими эксплуатационными показателями. Из-за качественного сырья, структуры монокристаллического кремния и его сложного и качественного выращивания эти панели имеют высокий коэффициент полезного действия (до 30%), долгий срок эксплуатации (до 50 лет) и, следовательно, высокую стоимость. Кроме того, из-за высокой мощности и производительности их можно использовать в меньшем количестве, тем самым экономя на площади.
Солнечные ячейки из аморфного кремния также называют «гибкими панелями». Это название полностью отражает все их особенности, и прежде всего — гибкую тонкопленочную структуру. В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. По продуктивности они особо не отличаются от других типов. Главным их достоинством является возможность установки на различных поверхностях, даже на самых кривых и непредсказуемых. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через несколько лет такой элемент перестает давать энергию.
2.2. Перспективы использования солнечных батарей в мире и в России
Солнечная энергетика получает все более широкое распространение в разных странах и на разных континентах. Производство солнечных панелей растет. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления. Причиной более широкого распространения солнечных электростанций в последние годы стало:
- Развитие новых технологий, позволяющее снижать стоимость оборудования;
- Желание людей иметь независимый источник энергии;
- Автономность использования – батареи не требуют подключения к электросетям, полностью автономны в работе и способны обеспечить электроснабжение жилого дома, удаленного от инфраструктуры.
- Чистота производства получаемой энергии («зеленая энергетика»);
- Возобновляемый источник энергии.
Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт — в США и Европу. Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань — 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.
К сожалению, доля России в списке стран производителей очень мала. Вместе с тем, в России открыты и успешно функционируют ряд солнечных электростанций. Потенциалом для развития солнечной энергетики обладают южные районы нашей страны – республики Кавказа, Краснодарский и Ставропольский край, южные районы Сибири и Дальнего Востока.
По данным СО ЕЭС — системного оператора единой электроэнергетической системы России — суммарная установленная электрическая мощность солнечных электростанций ЕЭС России на 1 октября 2022 года составляла 2113 МВт, или 0,85% от установленной мощности энергосистемы. За 2021 они выработали 2253 млн кВт*ч. Общее количество действующих солнечных электростанций на территории России по данным Википедии составляет 59 штук, кроме того еще 10 штук находятся в стадии запуска. Очень много станций работают в Оренбургской области: «Сакмарская им. А. А. Влазнева», установленной мощностью 25 МВт; Светлинская СЭС установленной мощностью 30,0 МВт, «Домбаровкая СЭС» установленной мощностью 25,0 МВт, «Переволоцкая», установленной мощностью 5,0 МВт; в Ставропольском крае «Старомарьевская СЭС» установленной мощностью 100,0 МВт; в Республике Башкортостан: «Бурибаевская», установленной мощностью 20,0 МВт; «Бугульчанская», установленной мощностью 15,0 МВт; в Республике Алтай: «Майминская СЭС» установленной мощностью 25 МВт, «Кош-Агачская», установленной мощностью 10,0 МВт; «Усть-Канская», установленной мощностью 5,0 МВт; в Республике Калмыкия «Аршанская СЭС» установленной мощностью 115,6 МВт; в Республике Дагестан «Южно-Сухокумская СЭС» установленной мощностью 15 МВт; в Республике Бурятия одновременно в 2019 открылись три станции СЭС «Тарбагатай», «Кабанская СЭС», «СЭС «БВС» установленной мощностью 15,0 МВт; в Волгоградской области «Волгоградская СЭС» установленной мощностью 25 МВт; в Астраханской области: «СЭС «Нива»», и «СЭС Промстройматериалы», «Заводская СЭС» установленной мощностью 15 МВт каждая. В Республике Крым, независимо от Единой энергетической системы страны, работает 13 солнечных электрических станций, общей мощностью 289,5 МВт. На территории нашей Республики также имеется одна солнечная электростанция: «Абаканская», установленной мощностью 5,2 МВт. Как видно из приведённого списка солнечная энергетика в нашей стране набирает обороты. В перспективе количество солнечных электростанций будет только увеличиваться, и если использование энергии солнца в государственных масштабах является однозначно целесообразным, то ответить на вопрос эффективности использования солнечных батарей в быту мы постараемся в практической части нашего проекта.
Глава 3. Расчет эффективности применения солнечных батарей в быту
Солнечные батареи часто рекламируются как способ сэкономить электроэнергию и сократить счета на электричество. Вооружившись теоретическими знаниями о работе солнечных батарей проведем расчеты, подтверждающие или опровергающие целесообразность установки солнечных батарей в частном доме села Калинино.
Отметим, что электричество в селе Калинино отключается регулярно на разные, достаточно большие, промежутки времени. Это доставляет потребителям электроэнергии заметные неудобства, так как в доме все оборудование, включая водоснабжение и отопление работает от электричества.
Вот что нам необходимо знать для выбора станции и расчета эффективности:
- Уровень инсоляции в нашем регионе.
- Действующие цены — тарифы.
- Объем нашего потребления электроэнергии.
- Оборудование станции, которое нам необходимо приобрести исходя из нашего потребления.
Для того чтобы определиться и выбрать необходимую нам солнечную батарею, необходимо проанализировать нашу потребность в электроэнергии за год. Составим таблицу потребленной электроэнергии. Проще всего посмотреть свое потребление в квитанциях на оплату электричества, в них указаны стоимость и потребленные киловатт-часы в месяц.
| Месяц | Уплаченная сумма за электроэнергию, руб | Среднее потребление за месяц бытовыми электроприборами кВт | Расходы на электроэнергию по отоплению кВт |
| Январь | 8126 | 473 | 3872 |
| Февраль | 7652 | 463 | 3629 |
| Март | 4894 | 449 | 2168 |
| Апрель | 3256 | 427 | 1314 |
| Май | 795 | 425 | |
| Июнь | 711 | 380 | |
| Июль | 735 | 393 | |
| Август | 780 | 417 | |
| Сентябрь | 1628 | 436 | 435 |
| Октябрь | 5420 | 455 | 2443 |
| Ноябрь | 6840 | 469 | 3189 |
| Декабрь | 7846 | 476 | 3720 |
| итого | 5263 | 21252 |
Исходя из данных таблицы можно отметить, что ежемесячное условно-постоянное потребление электроприборами составляет 440 кВт, а значительная часть электроэнергии расходуется на отопление.
Как отмечалось ранее, эффективность вложений в солнечные батареи зависит от того, где они используются. Конечно, в южных и солнечных регионах России выгода от установки солнечных батарей будет больше, чем в северных и малосолнечных. Изучим данные по инсоляции нашего региона по таблицам солнечной энергии и инсоляции. Исходя из них, Хакасия подвергается достаточно высокому уровню солнечного воздействия и имеет продолжительное солнечное сияние более 2000 часов в год. На основе данных о среднесуточном количестве солнечных часов, рассчитаем выработку солнечной батареи.
Для того, чтобы обеспечить средний дом электроэнергией в течение года автономно и полностью, нужна достаточно большая солнечная батарея, поэтому произведем расчеты эффективности, использовав солнечные батареи мощностью примерно 3 кВт в сутки (12 солнечных панелей по 250-280 Вт).
Суммарная выработка электроэнергии с учетом количества солнечных часов, при которых работа солнечных батарей будет наиболее эффективной составит:
| Месяц | Среднее количество солнечных часов в сутки | Кол-во солнечных часов в месяц | Выработка солнечной батареи в месяц, кВт |
| Январь | 1,4 | 43,4 | 130,2 |
| Февраль | 1,6 | 44,8 | 134,4 |
| Март | 2,9 | 89,9 | 269,7 |
| Апрель | 6,6 | 198 | 594 |
| Май | 10,6 | 328,6 | 985,8 |
| Июнь | 11,4 | 342 | 1026 |
| Июль | 11,3 | 350,3 | 1050,9 |
| Август | 10,8 | 334,8 | 1004,4 |
| Сентябрь | 6,9 | 207 | 621 |
| Октябрь | 3,4 | 105,4 | 316,2 |
| Ноябрь | 2,5 | 75 | 225 |
| Декабрь | 1,2 | 37,2 | 111,6 |
| Годовая выработка: | 5334,6 | ||
Из таблицы видно, что потребности в электроэнергии будут полностью перекрываться системой только в летние месяцы (с апреля по сентябрь), в период с октября по март система может работать только в качестве дополнительного источника энергии. При этом затраты на покупку такой солнечной батареи составят:
| Компонент | Суммарная стоимость оборудования по предложениям поставщиков |
| Солнечные панели 12 штук | 141200 |
| Контроллер заряда батарей | 9430 |
| Инвертор | 28140 |
| Аккумуляторные батареи 14 штук | 79968 |
| 258 738 рублей |
Рассчитаем срок окупаемости оборудования: наши затраты на электроэнергию в год составляют 48683 рублей, за счет солнечных батарей мы сможем сократить наши затраты на 5335 кВт *1,87 рублей = 9974 руб. ежегодно, по сегодняшним тарифам, таким образом учитывая затраты на приобретение системы 258738 рублей и годовую экономию расходов на электроэнергию 9974 рублей, получим ориентировочный срок окупаемости оборудования составит 258738 / 9974 = 25 лет при среднем сроке службы оборудования 30 лет. Конечно, это очень большой срок, поэтому мы решили рассмотреть возможность уменьшения срока окупаемости за счет увеличения мощности солнечных батарей и взяли в расчет 24 батареи по 250-280 Вт. Тогда количество выработанной энергии ими за год увеличится кратно и составит 11070 Квт, при этом экономия от их использования сложится в размере 20699 руб. Стоимость такой солнечной батареи будет уже равна 308720 рублей, тогда срок окупаемости составит 308720 / 20699 = 15 лет. Выгода становится очевидней, но при этом следует учитывать, что на 24 батареи потребуется еще достаточное количество площади для ее установки. Необходимо также отметить, что в тех регионах, где стоимость кВатт/часа равна например 4 рублям, окупаемость батарей существенно возрастает даже при 16 батареях и составляет всего 258738 / 21340 = 12 лет.
Однако несмотря на все это, исходя из наших расчетов, мы убедились, что мы не сможем покрыть всю нашу потребность в электроэнергии за год, даже обеспечив нашу систему батарей мощными аккумуляторами. Использование системы позволит полностью исключить затраты на электроэнергию в период с апреля по сентябрь и немного уменьшить затраты в зимний период. Существует только два способа решения этой проблемы: временное подключение к общей сети электроэнергии в зимний период или вложение еще больших денег в покупку более мощной автономной мини солнечной электростанции. Таким образом, наша гипотеза о том, что возможно установка солнечных батарей в частных домах нашего села может привести к долгосрочной экономии на счетах за электроэнергию, не нашла своего подтверждения с точки зрения экономической эффективности. С помощью проведенных расчетов мы увидели, что приобретение солнечных батарей жителями нашего села не даст им возможности существенно экономить средства на электроэнергии, но они будут защищены от проблем, возникающих при временном и длительном отключении электроэнергии. Делая свой выбор между солнечной энергией и традиционными источниками электроэнергии, каждый потребитель будет принимать решение индивидуально, проводя анализ множества факторов, таких как: имеющийся бюджет, местоположение своего участка, получаемая независимость при энергопотреблении, экологические предпочтения и другие.
Заключение
В последние годы интерес к использованию возобновляемых источников энергии, в частности солнечных панелей, в России растет. Этот рост обусловлен не только стремлением к экологически устойчивому развитию, но и потенциальной экономией на электроэнергии. Первоначальные инвестиции в солнечную энергетику — это, прежде всего, затраты на приобретение и установку солнечных панелей. Стоимость может варьироваться в зависимости от производителя, мощности и типа панелей. Также необходимо учитывать затраты на инверторы, монтажные работы и возможное оборудование для хранения энергии. Солнечные панели отличаются долгим сроком службы, который может достигать 25-50 лет.
Использование солнечной энергии позволяет сократить зависимость от централизованных сетей электроснабжения и, соответственно, уменьшить ежемесячные платежи за электроэнергию. Экономия зависит от региона проживания, текущих тарифов на электроэнергию и эффективность солнечной системы в целом. При принятии решения об установке солнечных батарей необходим тщательный анализ и планирование для определения потенциальной экономичности и эффективности в каждом конкретном случае. В среднем срок окупаемости солнечных батарей достаточно большой, однако в связи с не бесконечностью ископаемого топлива, доля энергии получаемой солнечными батареями будет неминуемо возрастать. Так же росту использования солнечных батарей будут способствовать разработки, направленные на повышение коэффициента полезного действия батарей и понижения их стоимости.
