ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ СОВРЕМЕННЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ СОВРЕМЕННЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

Путилов Станислав Сергеевич

генеральный директор, ООО «ЭнергоЭксперт Групп»,

РФ, г. Москва

PROSPECTS FOR THE USE OF MODERN ALTERNATIVE SOLAR PANELS IN RUSSIA

Stanislav Putilov

CEO EnergoExpert Group LLC,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрена возможность применение альтернативной технологии солнечной генерации электрической энергии в России на примере технологии Solar Roof компании Tesla.

ABSTRACT

This article considers the possibility of using alternative solar power generation technology in Russia on the example of Solar Roof technology by Tesla.

Ключевые слова: солнечные панели, солнечная энергия, энергоэффективные технологии, энергосбережение, энергоэффективность, системы, экономия, ресурсы, окружающая среда, экологическая инженерия.

Keywords: solar panels, solar energy, energy efficient technology, energy conservation, energy efficiency, systems, savings, resources, environment, environmental engineering.

В конце 2019 года солнечная энергетика производила 2,8% всей электроэнергии в мире [1]. В первой половине 2020 года за счет энергии солнца и ветра было произведено почти 10% глобальной электроэнергии. Доля этих двух источников за последние пять лет выросла в два раза. Россия остается одной из крупнейшей стран мира, которая практически не использует солнечную и ветровую энергию — на эти два источника в первой половине 2020 года пришлось лишь 0,2% генерации всей электроэнергии в стране [2]. Таким образом, Россия отстает от других стран в области солнечной энергетики, с другой стороны, она обладает огромным потенциалом развития данной отрасли.

Говоря о солнечной энергии, мы обычно представляем себе классические солнечные панели: установленные на крыше черные панели, которые поглощают солнечные лучи, падающие на поверхность материала. Лучи проходят через прозрачный защитный слой и попадают на полупроводниковый слой, где фотоэлектрический эффект высвобождает электроны и создает электрический потенциал между двумя слоями полупроводника внутри панели. Этот потенциал собирается и направляется в электрическую цепь. Однако современные технологии предоставляют нам альтернативу и на крышах некоторых домов можно заметить необычный кровельный материал, по виду не отличимый от обычной черепицы. Это современный взгляд на генерацию энергии при помощи технологии Solar Roof, что вольно можно перевести, как «Солнечная крыша», но далее по тексту будет использоваться именно оригинальное название - Solar Roof. Рассмотрим ее применение на примере США, так как там технология Solar Roof представлена наиболее широко, а также сравним ее с обычными солнечными панелями.

Разработкой данной технологии занимается компания Tesla, с того времени как в 2016 году она купила производителя солнечных панелей SolarCity [3]. На тот момент SolarCity была лидером американского рынка солнечных панелей для домовладений. Взяв за основу технологии, применяемые SolarCity, компания Tesla представила на рынок новый продукт под названием Solar Roof. С тех пор на рынок солнечных панелей для домовладений в США вышло множество других компаний, представляющих традиционные солнечные панели, и некоторые из них, такие как Sunrun, Titan Solar Power, Trinity Solar Power, конкурировали с Tesla за звание лидера рынка. Хотя ни один поставщик не занимает более 15% доли рынка, рейтинги колеблются в зависимости от анализируемого года, квартала или даже месяца. Благодаря присущему разнообразию потенциальные покупатели могут искать лучшую альтернативу и определять, какие отдельные предложения лучше всего соответствуют их требованиям и бюджету, что позитивно сказывается на ценовых предложениях и ценовой конкуренции в отрасли.

Рисунок 1. Доля рынка США компаний по установке солнечных панелей [4]

Как мы видим доля рынка, занимаемая компанией Tesla, неуклонно снижается от года к году, начиная с 2017. Однако, только у компании Tesla есть альтернатива обычным солнечным панелям, а это и есть Solar Roof, полноценная черепица с интегрированными солнечными панелями.

Разберем особенности технологии. Solar Roof состоит из двух типов текстурированной стеклянной черепицы:

• активная солнечная панель/черепица
• неактивная панель/черепица

При использовании данной технологии вся крыша подлежит замене комбинацией активной и неактивной солнечной черепицы. Активные солнечные плитки содержат солнечные элементы, поэтому они могут производить солнечную энергию для использования в нуждах домовладения. Неактивная черепица функционирует как обычная черепица и не производит электричества.

Активная солнечная панель состоит из трех слоев:

• закаленное стекло, которое делает элемент солнечный панели достаточно прочным
• цветная пленка
• высокоэффективная солнечная панель

Рисунок 2. Структурная схема солнечной панели Solar Roof [5]

Основное различие между обычными солнечными панелями и Solar Roof заключается в том, что Solar Roof предназначена для замены традиционной крыши, в то время как обычные солнечные панели обычно устанавливаются поверх существующей крыши. По сути, Solar Roof объединяет функцию крыши и солнечных панелей в одном устройстве.

Кроме того, Solar Roof использует инвертор, преобразующий постоянный ток, который генерируется солнечными ячейками, в переменный ток, который может быть использован в доме или передан в сеть. Также Solar Roof имеет функцию хранения энергии в батареях Powerwall, что позволяет использовать солнечную энергию даже в тех случаях, когда солнце не светит.

На сайте Tesla предлагается демонстрация ударопрочности материала:

«Solar Roof состоит из стеклянных солнечных плиток и металлических кровельных плит. Стеклянные солнечные плитки производят энергию, а металлические плиты, изготовленные из архитектурной стали, обеспечивают долговечность и устойчивость к коррозии крыши. Оба типа плит прочные, долговечные и специально разработаны для защиты от любых погодных условий. С гарантией на 25 лет, Solar Roof продолжит производить чистую энергию и защищать ваш дом на десятилетия вперед.»

Рисунок 3. Демонстрацией ударопрочности Solar Roof по сравнению с обычной черепицей (на изображениях по краям представлены разные виды черепицы, по центру – панели Solar Roof) [6]

Поговорим о цене. Пожалуй, основным недостатком Solar Roof является то, что она требует больших инвестиций. Значительно больше, чем стандартные солнечные панели и главный вопрос - насколько больше?

Конечно, сравнить, что называется «в лоб» цены будет невозможно, уж очень много разных вводных данных для расчета окончательной стоимости: местоположения объекта, суточное потребность в электроэнергии, налоговые льготы от местных властей и прочее. Например, по оценкам EnergySage, крупнейшего маркетплейса солнечных панелей в США, в 2022 году средняя стоимость одного ватта для установки системы в 6 кВт составила $2,99. (до налоговых льгот), а общая стоимость системы $17 960 [7]. В целом, Solar Roof намного дороже обычных солнечных панелей. Согласно открытым источникам, стоимость установки Solar Roof 6 кВт для одноэтажного дома составит около $46 000 включая установку необходимой системы Powerwall [8]. Одной из особенностей этой системы является то, что она не только может накапливать электрическую энергию, выработанною Solar Roof, но и продавать обратно в городскую сеть, в часы пик нагрузки, что может послужить дополнительным источником дохода.

Итак, стоимость традиционных солнечных панелей и Solar Roof одной и той же мощности отличается в разы, что не может не сказываться на скорости распространения этой технологии среди потребителей.

Итак, если сравнивать Solar Roof и привычные нам солнечные панели, то можно выделить несколько характерных различий:

1. Цена и срок окупаемости.

Как мы рассмотрели выше, стоимость установки системы солнечных панелей и Solar Roof одной и той же мощности, выигрывают солнечные панели, $17 960 против $46 000. Надо сказать, что и в том, и в другом случае власти США предоставляют налоговый вычет до 30%. Данная налоговая практика является стимулирующим фактором для установки потребителями энергоэффективных систем. На данный момент уверенно можно выделить 2 группы потенциальных потребителей:

• люди с прогрессивным мышлением, обладающие финансовой возможностью и готовые сразу же вложить от $46 000 на реконструкцию своей крыши и быть в повестке энергоэффективного дома, снижения своего углеродного следа и «зеленой планеты».
• люди, которые и так планировали ремонт и замену черепицы. В этом случае переплата за установку Solar Roof начинается от $10 000 по сравнению с обычными кровельными материалами.

В России же в 2019 году был принят Федеральный Закон №471 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации» [9]. Одной из основных задач, которого была стимуляция использования альтернативных источников генерации электрической энергии, в частности солнечной. В соответствии с ФЗ, потребители электроэнергии могут стать по совместительству ее производителями или просьюмерами, установив на территории объект микрогенерации и подключив его к сети. Установленная мощность такого объекта не ограничивается законом, но выдача генерирующей мощности в сеть ограничена 15 кВт. Гарантирующие поставщики обязаны покупать излишки электроэнергии, произведённой микрогенерирующими установками. Продажа такой электроэнергии не считается предпринимательской деятельностью. ФЗ не позволит заработать на солнечной генерации, однако он позволит сэкономить на ней и создаст условия для удобного перехода домохозяйств на возобновляемые источники энергии. В частности, подключая свою генерацию к сети, домохозяйства не будут испытывать необходимость приобретать аккумуляторы, что, возможно, экономически выгоднее американского подхода. Но в данном аспекте следует учитывать Постановление Правительства РФ от 27.12.2004 N 861, которое выставляет технические требования для осуществления технологического присоединение к сетям гарантирующего поставщика, выполнение которых сопряжено с существенными финансовыми и временными затратами, что может нивелировать возможную выгоду для потребителя. В связи с чем, возможно, на уровне государственной политики, стоит рассмотреть также и введение определенных государственных дотаций, стимулирующих использование возобновляемых источников энергии в целом.

Можно вычислить приблизительный срок окупаемости:

Средняя стоимость электрической энергии в США для домовладений составляет $0,1596 кВт*ч [10].

Примерное среднее количество выработанной электрической энергии системой солнечной генерации за 1 день составит = 6 кВт * 5,5 солнечных часов/день = 33 кВт*ч.

В деньгах за 1 день = 29,7 * $0,1596 =5,27 $/ кВт*ч.

Приблизительный срок окупаемости традиционных солнечных панелей = $17 960 / $5,27 = 3407,97 дней = 9,33 лет.

Приблизительный срок окупаемости Solar Roof = $46 000 / $5,27 = 8728,65 дней = 23,91 лет

2. Установка.

Процесс инсталляции солнечных энергосистем разных типов может отличаться по сложности. Традиционные солнечные панели установить проще, поскольку их можно разместить в разных местах, не только на крыше здания и сооружения. В зависимости от планировки вашего участка традиционные солнечные панели можно разместить как на крыше, так и на земле. Solar Roof может быть установлена только на крыше. Очевидно, что это более сложная задача, поскольку требует замены части или всей крыши. Так же стоит отметить, что компания Tesla не производит установку оборудования своими силами, для этого она сертифицирует сторонних специалистов. Трудно сказать, связано ли это с экономической обоснованностью или со сложностью установки, но, если рассматривать возможность реализации такой технологии на территории России, этот факт тоже необходимо учитывать.

3. Возможности солнечной энергии.

С точки зрения фактической способности генерировать электрическую энергию, Solar Roof более эффективна, чем солнечные панели. Стоимость одного ватта у активной панели Solar Roof ниже $1,8 ¹¹ против $2,99 у обычных солнечных панелей. Средняя стоимость электрической энергии в США для домовладений составляет $0,1596 кВт*ч [10] (12,44 руб. кВт*ч при пересчете на момент написания $1=78 рублей).

Согласно отчету издательства Энергетика и промышленность России [12], средний тариф для населения в России составляет 4,17 руб. кВт*ч. Как мы видим разница в три раза, что с одной стороны безусловно хорошо для жителей России, но с другой стороны при одних и тех же капитальных затратах на установку систем солнечной генерации электрической энергии, увеличивает срок окупаемости примерно в эти же самые 3 раза.

4. Мобильность.

Одним из недостатков Solar Roof является то, что она не может перемещаться вместе с владельцем. Отсутствует возможность разобрать ее и поставить на другой дом, потому что ее размер и форма строго индивидуализированы под крышу конкретного строения. Обычные солнечные панели обеспечивают немного бóльшую мобильность в этом отношении, поскольку при переезде свою систему генерации можно взять с собой, сняв с места установки. Но можно предпочесть оставить ее, чтобы воспользоваться преимуществами повышения стоимости недвижимости, которую она обеспечивает. В России данный фактор не является значимым, так как переезды частных домовладельцев в России не так распространены, как в США.

5. Срок службы.

Solar Roof изготовлен из закаленного стекла повышенной прочности и имеет длительный гарантийный срок службы – 25 лет. Таким образом, это заявление производителя о гарантии можно интерпретировать как минимальный срок эксплуатации. Кроме того, плитки Solar Roof разработаны для выдерживания в экстремальных погодных условиях, включая град, сильный ветер и снегопады [11]. Что может быть актуально для соответствия российским погодным условиям.

Заявления производителей о сроке службы традиционных солнечных панелей разнятся от 10 до 25 лет. Таким образом, при выборе и расчете экономической эффективности конкретной марки панелей, необходимо исходить из срока службы, заявленного производителем в том или ином случае.

В заключение.

Несмотря на то, что Solar Roof является довольно инновационным решением, которое предлагает ряд преимуществ, включая финансовую экономию в процессе эксплуатации, экологические преимущества и длительный срок службы, однако высокая первоначальная стоимость, длительный срок окупаемости, сложности установки делают его менее привлекательным вариантом.

На вопрос нужна ли подобная технологи в России и сможет ли она эффективно работать, однозначно можно ответить утвердительно. Как отмечалось ранее, рынок генерации солнечной энергии России малоразвит и имеет огромный потенциал. Однако, в стране есть ряд особенностей, которые тормозят развитие этого рынка:

• Низкая стоимость традиционной электрической энергии, которая дешевле в сравнении со многими другими странами. Это сильно ухудшает экономический эффект от внедрения западных технологий, имеющих высокую стоимость. Выход – разработка и налаживание собственных технологий, в том числе и солнечных панелей, имитирующих кровельные материалы. Технологий, которые позволят экономике проекта внедрения солнечной генерации иметь рациональный смысл.
• Высокие капитальные затраты. Капитальные затраты на установку солнечных панелей сейчас приближаются к 60-65 тыс. рублей за киловатт (в пересчете на 1 ватт примерно $0,83). При мощности для домохозяйства 6 кВт стоимость солнечных панелей составит около 360-390 тыс. рублей.

• Недостаточная информированность потребителей о преимуществах, предусмотренных законодательством в части возможности продажи гарантирующим поставщикам излишек электроэнергии, произведённой микрогенерирующими установками, а также обозначенные в статье сложности в реализации данного преимущества.

Список литературы:

1. REN21 (2020). Renewables 2020. Global status report URL: https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/gsr_2020_full_report_en.pdf
2. Ember (2020). Wind and solar now generate one-tenth of global electricity URL: https://ember-climate.org/project/global-electricity-h12020/  
3. «Tesla и SolarCity договорились о слиянии» URL: https://www.vedomosti.ru/technology/news/2016/08/01/651280-tesla-solar-city?ysclid=lh8g3zkax4735463720 URL:
4. «Competition heats up for the top three US residential solar installers» URL: https://www.woodmac.com/news/opinion/competition-heats-up-for-the-top-three-us-residential-solar-installers/#:~:text=Enphase%20beat%20out%20SolarEdge%20in,for%20the%20second%20consecutive%20year
5. «Tesla filed a new patent 'Solar roof tile with a uniform appearance'»URL: https://www.tesmanian.com/blogs/tesmanian-blog/tesla-filed-a-new-patent-solar-roof-tile-with-a-uniform-appearance
6. URL: https://www.tesla.com/solarroof
7. «How much do solar panels cost?» URL: https://www.consumeraffairs.com/solar-energy/how-much-do-solar-panels-cost.html
8. «How Much Does A Tesla Solar Roof Cost? » URL:  https://www.forbes.com/home-improvement/solar/tesla-solar-roof-cost/
9. Федеральный закон от 27.12.2019 г. № 471-ФЗ URL:  http://www.kremlin.ru/acts/bank/44996
10. Electric Power Monthly URL:https://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php?t=epmt_5_6_a
11. «Tesla Solar Roof review: is it worth the hype? » URL: https://www.solarreviews.com/blog/tesla-solar-roof-do-the-solar-shingles-match-the-hype
12. Отчет Энергетика и промышленность России URL:https://www.eprussia.ru/upload/iblock/50a/50a6a3fa1ebbe63c01344552b77f7d90.pdf