Cálculo do custo de produção de eletricidade solar para necessidades próprias de uma família no centro da Europa

Como resposta aos comentários sobre o preço da eletricidade na Alemanha e à pergunta razoável "Por quanto tempo as pessoas aguentarão isso?", Decidi fazer meu cálculo neste artigo.

Entrada

Estou fazendo esse cálculo pela segunda vez. O primeiro foi feito há alguns anos, e o próximo, farei assim que os dados atualizados aparecerem. Ele não conta com objetividade, mas serve apenas para responder à pergunta "Isso faz sentido?"

A tarefa de calcular o custo da eletricidade solar gerada em casa, levando em consideração os preços atuais dos equipamentos e os períodos operacionais atuais e sem levar em consideração vários subsídios, "tarifas verdes" e outro lixo, é que ela será cancelada mais cedo ou mais tarde, e o Sol constantemente. O valor resultante pode ser comparado com o preço atual da eletricidade nessa região e entender se os investimentos em energia renovável própria serão pagos.
Considero especificamente apenas o equipamento básico e não considero o custo do trabalho de instalação, fiação etc., pois isso não deve afetar muito, mas complica o cálculo.

Condições iniciais

Para cálculos, adotamos essas condições iniciais.

• Vamos ter uma casa em algum lugar no centro da Europa, por exemplo, perto de Munique. Isso é necessário para determinar a insolação e, consequentemente, a área necessária dos painéis solares.
• Temos uma área grande o suficiente para a instalação de baterias, voltada para o sul.
• Deixe o consumo anual de nossa casa ser de 4000 kWh. Que seja distribuído uniformemente ao longo dos meses. I.e. o consumo mensal será de 4000/12 = 333 kW * h.

Cálculo do equipamento e seu custo

O primeiro aviso - direi imediatamente, o cálculo será feito para um sistema "honesto", no qual o pico de consumo pode não coincidir com o pico de produção e, portanto, o sistema será composto de painéis solares + baterias + inversor. Na minha opinião, esta é a única versão do sistema que permite, na melhor das hipóteses, total autonomia e independência das tarifas da rede. Na pior das hipóteses, você ocasionalmente consumirá eletricidade da rede. Um diagrama aproximado desta solução é mostrado na figura abaixo.



Em termos gerais, funciona assim: os painéis solares são conectados à rede CA doméstica através de um inversor. As baterias também são conectadas à mesma rede pelo inversor. A rede doméstica também está conectada a uma rede regular. O gerenciamento inteligente controla a operação dos inversores de forma que o potencial dos painéis solares seja sempre usado ao máximo. I.e. se a energia do sol for suficiente para alimentar todos os dispositivos domésticos, o excesso de energia é absorvido pela bateria da rede doméstica e está sendo carregado. Quando o sol desaparece, a rede doméstica começa a ser alimentada por uma bateria, descarregando-a. Somente no caso em que a bateria está completamente descarregada e não há sol, a casa começa a receber eletricidade da rede.

O segundo aviso - como o clima é inconsistente, estamos falando de números estatísticos médios. Na realidade, pode chover por um mês e, em seguida, todos os cálculos não têm significado.

Painéis solares

Então, vamos começar com painéis solares. Precisamos descobrir quantos eles precisam para atender nossa pior necessidade de eletricidade. Conhecemos dois números - a quantidade necessária de eletricidade é de 4000 kWh / ano e o local é Munique.

Cálculo de insolação

Por localização, precisamos obter a quantidade média de radiação solar por metro quadrado. É considerado em kWh / m2 / dia. Ou seja, quanta energia cada metro quadrado de superfície recebe do sol em um dia. Para o cálculo, usamos esta calculadora , que nos fornece estatísticas por mês, levando em consideração dias nublados, neblina etc.

Como precisamos de eletricidade, mesmo no inverno, quando o sol brilha um pouco, estamos interessados ​​no mês com a menor insolação - dezembro ou janeiro. Isso nos dará o pior cenário possível.
Podemos levá-lo para uma superfície plana e, em seguida, encontrar o ângulo ideal dos painéis solares, mas a calculadora fará isso por nós, então clique imediatamente na inclinação ideal para o inverno (27 graus) e obtenha os números estimados:



Ou seja, a insolação mínima será em dezembro e será de 1,51 kWh / m2 / dia. Não é suficiente? Mas não esqueça que é um dia. E em um mês serão digitados 1,51 * 30,5 = 46 kWh / m2.

Determinando o número de painéis

Para converter o valor resultante em eletricidade, precisamos:

a) Decidir sobre o tipo de painéis solares e sua eficiência
b) Decidir sobre o número de painéis solares

Por a) eu, sem hesitação, escolhi esses

Por que eles? Não sei, provavelmente porque estamos em Habré e a disponibilidade de dados técnicos, fichas técnicas e outras provas é importante para nós. Por referência, tudo isso está presente.

Qual é o problema no prédio da bateria solar? O fato de os fabricantes de todos os painéis solares já em nome do modelo valorizarem a figura estimada - produção a uma insolação nominal de 1000 W / m2. Nesse caso, é igual a 330 W e esse valor por si só liga eficiência e área.
A área deste painel solar é padrão - 1.6m. Portanto, sua eficiência será 330 / (1000 * 1,6) = 20,6%, o que corresponde à folha de dados. E a piada mostra que, se multiplicarmos 330W por 1,51 - a insolação média em dezembro, obteremos 498W * h - será a quantidade de eletricidade que um painel desses gerará para nós em Munique no inverno por dia, configurado para uma esquina de inverno. Esta é uma figura importante para cálculos adicionais.

De acordo com b) o número necessário de painéis é definido da seguinte forma. Como a calculadora nos deu a geração por dia, o consumo deve ser recontado por dias. I.e. divida 4000 kWh por 365 e obtenha 10,96 kWh / dia. Sabendo que um painel nos dará 498 Wh, é fácil determinar que precisamos de 10,96 / 0,498 = 22 painéis.

É muito ou pouco - todo mundo decide por si mesmo. Existem tais nuances:

• esses painéis devem ser instalados estritamente ao sul em um ângulo de 27 graus. Ou seja, se você usar um telhado plano, a área ocupada real pelos painéis será maior. Muito mais
• se o teto tiver uma inclinação, mas não for direcionado estritamente para o sul, o desempenho da bateria será menor.
• É preciso lembrar que serão necessários 22 painéis se quisermos obter toda a energia consumida pelo sol, mesmo em dezembro. Se amenizarmos essa condição, por exemplo, decidindo que em novembro, dezembro e janeiro podemos sugar da rede, teremos uma insolação mínima de 2,59 (em outubro) e o número total de painéis necessários diminuirá para 10,96 / (2,59 * 0,330) = 13. Ou seja, quase 2 vezes menos.

Voltaremos à questão da escolha do número de painéis quando considerarmos o custo. Embora não, eu acho. Vamos decidir imediatamente aqui.

Preço de emissão

Então, vamos aos sites que vendem painéis solares e pesquisamos no Google nosso painel VBHN330SA16. Eu tenho preços de 250 a 280 euros por painel. Ou seja, 22 painéis nos custam 22 * ​​270 (média) = 5 940 Euros.

Agora atenção! Como esse não é um nome sem nome, lemos a folha de dados e vemos que a Panasonic oferece uma garantia no painel de 25 anos. Ao mesmo tempo, ele garante que os painéis não se degradem mais de 10% durante esse período. Tomando esse prazo por toda a vida útil e considerando que após 25 anos jogamos fora esses painéis, não é difícil calcular o custo por quilowatt-hora, desde que selecionemos apenas nossos 4000 kWh por ano. Por 25 anos, removeremos 100.000 kWh (100 MWh). Dividimos 5 940 euros por 100.000, obtemos 0,0594 euros / kWh ou aproximadamente 6 centavos de euro por kWh.

Lembro que este é apenas um componente dos painéis solares. E isso é apenas se armazenarmos toda a eletricidade gerada em algum lugar e depois a usarmos (em dezembro, é claro).

Inversor solar

Vamos mais longe - o inversor. Aqui estou nadando um pouco, então peço que você me diga nos comentários se contei incorretamente.

A escolha

Se considerarmos que precisamos consumir pelo menos 10 kWh por dia, acho que o pico de potência deve estar em torno de 4-5 quilowatts. Talvez em algum lugar haja dados sobre o pico de insolação ao meio-dia de dezembro para calcular se é suficiente ou não.

Preço de emissão

Um inversor típico - o mesmo SMA Sunny Boy 4.0 custa cerca de 1000 euros. Ou seja, novamente, dividindo esse dinheiro em nossa produção, obtemos + 0,01 euros.

Nuances:

• Já é visível que o inversor solar é um valor mínimo no custo total. Portanto, você pode facilmente levar mais caro e mais poderoso. Temos uma poderosa variedade de painéis solares.

Baterias

A escolha

Aqui eu tenho uma escolha simples - Tesla Powerwall. www.tesla.com/de_DE/powerwall?redirect=no
7200 (não considerando especificamente a instalação) euros por 13,5 kWh de capacidade. 10 anos de garantia. 4.6kW de potência. Potência - OK, corresponde ao inversor solar, mas com capacidade não é muito. Se nossa casa consome 11 kWh por dia, 13,5 kWh são suficientes para apenas um dia. É necessário colocar mais. Pelo menos 2 peças.

Preço de emissão

Como a garantia da Powerwall é de apenas 10 anos, sem restrições de quilowatt-hora bombeado, acreditamos que em 25 anos mudaremos 2 + 2 + 2/2 = 5 Powerwalls com um custo total de 7200 * 5 = 36.000 euros. Divida por 100000 kWh e obtenha 0,36 euros.

Sumário

Custo por kWh

O custo total da eletricidade solar foi igual a:

• Painéis solares: 0.06
• Inversor: 0,01
• Baterias: 0,36

Total: 0,43 euros.

Desse montante, a maior parte recai sobre as baterias, e principalmente devido à vida possivelmente curta - apenas 10 anos. Mas vamos torcer para que isso mude em breve para melhor. É possível economizar devido ao fato de os painéis solares serem conectados diretamente ao Powerwall através de um conversor DC / DC. Então você pode economizar em um inversor. Mas isso no final será novamente alguns centavos no custo de um quilowatt-hora.
Curiosamente, o custo dos painéis solares no custo total foi bastante baixo - principalmente devido à longa vida útil. Portanto, não faz sentido economizar ferro, mas é melhor investir em equipamentos confiáveis, a fim de evitar a substituição cara de baterias em altura. Bem, você pode variar o número de painéis sem muita influência no preço final da eletricidade.

Empréstimo

Como geralmente não temos dinheiro para esses investimentos e queremos pagar nossa eletricidade, de preferência com um pequeno pagamento mensal, precisamos tomar um empréstimo.

Então, eu preciso de 43 mil euros de investimento único em equipamentos. Mais precisamente, não é assim. Preciso de 7000 euros para painéis solares por 25 anos e 14400 para duas Powerwalls por 10 anos, já que precisamos apenas de 2 peças de Powerwalls.

OK, vou ao banco mais próximo e tomo dois empréstimos a 2% - por exemplo , aqui .

Martelamos os valores indicados na calculadora Darlehen e recebemos pagamentos mensais de 29,67 e 132,50 euros por mês ou um total de 162,17 * 12 = 1946 euros por ano - este é o preço da nossa eletricidade livre, levando em consideração o empréstimo e pagando valores mensais em vez de investimentos únicos .
Como resultado, a eletricidade aumenta de 43 para 49 centavos, ou 14%.

Isenção de responsabilidade final

• Se compararmos o preço recebido com o preço da eletricidade da tomada na Alemanha em 0,30 euros, podemos assumir que este projeto ainda não foi recompensado. Mas vale a pena considerar que, se as estatísticas mostrarem que a Powerwall pode viver os mesmos 25 anos sem substituição, o custo total de kWh solar cairá para 0,21-0,22 euros (0,25 incluindo empréstimos), o que pode se tornar muito mais interessante. Portanto, acredito fundamentalmente que 30 centavos é uma barreira psicológica, acima da qual as pessoas começarão a pensar seriamente em mudar para a geração local nesta região. E essa barreira está diminuindo à medida que as baterias ficam mais baratas e os carros elétricos aparecem.
• Como o clima é instável, tudo isso são apenas estatísticas. Você pode ter apenas dois dias ensolarados em dezembro e precisa sugar a eletricidade da rede ou conectar outras opções de geração (diesel ou retirá-la do seu carro elétrico).
• Portanto, a rede é necessária de qualquer forma, mas a partir dela será necessário sugar uma energia pequena o suficiente.
• É claro que no verão teremos uma geração de eletricidade muito maior do que no inverno - cerca de 2,7 vezes, ou quase 30 kWh / dia, com um consumo de 11 kWh / dia. I.e. no verão, é necessário maximizar o consumo, uma vez que é realmente gratuito - os aparelhos de ar condicionado não podem ser desligados. Em geral, quanto mais você puder gastar eletricidade no verão, mais barato será. Ou seja, todos os tipos de caldeiras e outras coisas também precisam ser convertidos em eletricidade.
• E, em geral, no verão, durante uma semana, a eletricidade extra funcionará em quase um "tanque" para o Tesla Modelo C, portanto, um carro elétrico é obrigatório nesse caso. De graça para dissecar.
• Bem, existe essa vantagem - se a luz estiver apagada em todos os lugares, você ainda a terá. Na Alemanha, é claro, não fundamentalmente, mas ainda assim.
• Há uma opinião de que uma usina de energia solar no telhado aumenta o custo da casa. Ou seja, o investimento compensa também devido a isso.

Em suma, as vantagens do IMHO são mais do que as desvantagens.

Nos comentários, proponho discutir exatamente o artigo, isenções de responsabilidade, nuances e possibilidades de obter os melhores números, dados atualizados, para outro território, etc. Proponho discutir a energia verde em geral no artigo já mencionado no início.

Obrigado por ler este artigo.