Солнечная станция для школы и детского сада: где ловушка
Школьную станцию нельзя считать по учебному году: максимум выработки в июне—августе приходится на каникулы, когда потребление падает в разы. На условной школе станция 10 кВт использует на месте около 83 % выработки, а станция 30 кВт — всего около 61 %, так что мощность выбирают по летнему минимуму нагрузки, а не по зимнему максимуму.
В чём ловушка
У школы и детского сада нагрузка сезонная, причём в обратную сторону по отношению к солнцу. Дневное потребление есть с сентября по май, а в эти месяцы выработка Минска невелика: с 1 кВт в ноябре получается около 25 кВт·ч, в декабре около 19. В июне—июле, когда станция работает на пределе (134 и 131 кВт·ч с киловатта), здание закрыто, и остаётся только дежурная нагрузка: холодильники пищеблока, охрана, сеть, ремонтные работы.
Ловушка в том, что при расчёте от годового счёта получается внушительная цифра: расход школы большой, значит, можно поставить станцию побольше. Но это только годовой итог. Для станции важно, что потребляется именно днём и именно тогда, когда светит солнце. В школе, как и на любом предприятии без продажи в сеть, считают два числа: сколько энергии вырабатывается и сколько из неё удаётся использовать.
Условная школа: исходные данные
Для расчёта возьмём среднюю школу с пищеблоком. Все цифры ниже — допущения для иллюстрации, свою школу нужно считать по данным счётчика.
- Учебный день: средняя нагрузка в светлое время около 15 кВт (освещение, компьютерный класс, вентиляция, пищеблок) — это 120 кВт·ч за 8 часов.
- Выходной, каникулы, лето: дежурная нагрузка около 3 кВт, то есть 24 кВт·ч за 8 светлых часов.
- Число учебных дней в месяце: сентябрь 21, октябрь 21, ноябрь 20, декабрь 19, январь 15, февраль 20, март 19, апрель 21, май 19, июнь—август 0.
Станцию рассматриваем в двух вариантах: 10 кВт (в Минске около 10 120 кВт·ч в год) и 30 кВт.
Помесячный баланс
В таблице — потребление в светлые часы, выработка станции 10 кВт и та часть выработки, которая реально может быть использована (меньшее из двух чисел за месяц).
| Месяц | Потребление днём, кВт·ч | Выработка 10 кВт, кВт·ч | Использовано, кВт·ч |
|---|---|---|---|
| Январь | 2 184 | 324 | 324 |
| Февраль | 2 592 | 497 | 497 |
| Март | 2 568 | 833 | 833 |
| Апрель | 2 736 | 1 204 | 1 204 |
| Май | 2 568 | 1 295 | 1 295 |
| Июнь | 720 | 1 343 | 720 |
| Июль | 744 | 1 311 | 744 |
| Август | 744 | 1 252 | 744 |
| Сентябрь | 2 736 | 987 | 987 |
| Октябрь | 2 760 | 628 | 628 |
| Ноябрь | 2 640 | 252 | 252 |
| Декабрь | 2 568 | 191 | 191 |
| За год | 25 560 | 10 117 | 8 419 |
Станция 10 кВт использует 8 419 из 10 117 кВт·ч, около 83 %. Потери — летние излишки (около 1 700 кВт·ч), и они ограничены: каникулярная нагрузка около 720 кВт·ч в месяц почти равна июньской выработке станции 5 кВт (около 670 кВт·ч).
Теперь та же школа со станцией 30 кВт. Выработка по месяцам втрое выше, и в апреле, сентябре и мае она уже превышает потребление; летом излишек огромен. Из 30 350 кВт·ч в год используется около 18 400, то есть примерно 61 %. Каждый следующий киловатт мощности даёт всё меньше: первые 5 кВт используются целиком (около 5 060 кВт·ч в год), вторые 5 кВт — уже на две трети (около 3 360 кВт·ч).
Как выбирать мощность
Простое правило: мощность станции в киловаттах примерно равна летнему дневному минимуму потребления, делённому на 134 кВт·ч с киловатта в июне, и на число дней. В примере это 720 кВт·ч в месяц, делённые на 134, то есть около 5,4 кВт. Станция 5 кВт использует всю выработку круглый год и будет окупаться быстрее всего в пересчёте на вложенный рубль. Станция 10 кВт — компромисс: больше экономии в абсолютных числах, но с летним излишком. Всё, что выше, имеет смысл только если у школы есть летняя нагрузка побольше.
Летом нагрузку в здании можно повысить осознанно: ремонт, лагерь, кружки, работа пищеблока, вентиляция учебных помещений, зарядка электрооборудования. Если вы заранее знаете, что лето не пустое, станцию можно увеличить.
Хорошие потребители в школе и детском саду
- Пищеблок. Электроплиты, пароконвектоматы, посудомойки, холодильные камеры. В детском саду пищеблок работает в течение всего года, включая июль—август, когда группы частично закрыты на отпуска, но не полностью.
- Бассейн (если есть). Насосы, подогрев воды и вентиляция идут и летом, это одна из немногих крупных нагрузок, которая не зависит от учебного года.
- Горячая вода. Если нагрев электрический, излишки можно отправлять в бойлер: см. греем воду вместо отдачи в сеть.
- Вентиляция и серверная. Работают круглый год.
Детский сад отличается от школы тем, что работает и летом, хотя и не на полную нагрузку, и у него почти всегда есть пищеблок. Поэтому станция для детсада обычно использует выработку лучше, чем школьная той же мощности.
Ограничение отдачи и техническая сторона
Чтобы летний излишек не уходил в сеть, инвертор настраивают в режим, при котором он подстраивает выработку под текущую нагрузку здания (по паспорту инвертора это называется ограничением отдачи или нулевым перетоком, для него обычно ставится датчик тока на вводе). Это согласовывается с энергоснабжающей организацией при подключении, так же как любая станция. Подробности по оформлению для организаций — в статьях о постановке на учёт и ответственном за электрохозяйство. Требования пожарной безопасности для крыши с детьми внизу строже обычных: их описывает материал о пожарной безопасности крышной станции.
Бюджетная организация: деньги, закупка, обслуживание
Школа или детский сад не может просто купить оборудование по собственному решению. Работает обычная для бюджетных учреждений цепочка: источник финансирования (бюджет, программы энергосбережения, спонсорская помощь), технико-экономическое обоснование, закупка по правилам, которые действуют для бюджетной организации, и после ввода — обслуживание по договору. Для заказчика важно, чтобы срок окупаемости был посчитан честно, на основании летнего минимума, как выше, а не по формуле «мощность умножить на годовую выработку». Тогда экономия в рублях совпадёт с фактической, и у проверяющих не будет вопросов.
Отдельный плюс, не связанный с деньгами: станция — учебный объект. Экран мониторинга в холле, на котором видно мощность, дневную и накопленную выработку, превращается в наглядное пособие для уроков физики, географии и экологии. На сайте есть школа по солнечной энергетике с материалами, которые можно взять за основу занятий.
Частые вопросы
Можно ли поставить станцию побольше, а излишки передавать соседним зданиям?
Станция работает на собственное потребление объекта, подключённого к счётчику. Передачу энергии другим потребителям нужно отдельно согласовывать, и в типовых проектах для школ этого не делают.
Что лучше для школы: сетевой инвертор или с накопителем?
Для экономии — сетевой: школа потребляет днём, и накопитель не нужен. Накопитель добавляют, если требуется резерв для охранной и пожарной сигнализации или серверной при отключении, но это отдельная задача.
Выдержит ли крыша школы панели?
Это определяет обследование кровли и расчёт нагрузки. Панели с креплением весят порядка 15 кг на квадратный метр, но важны состояние кровли и несущей конструкции, а при плоских кровлях — балласт или крепление. Без обследования проект не делают.
Сколько панелей нужно для станции 5 кВт?
При панелях мощностью 450 Вт — 11–12 штук, площадью около 28–30 м². Подробнее в статье о площади крыши под станции 5, 10 и 15 кВт.