Солнечная станция для цеха металлообработки: сварка, станки и компрессор — как не упереться в пики

Цех металлообработки работает днём, и это хорошо для сетевой станции: энергия потребляется в те часы, когда панели её дают. Но нагрузка у такого цеха рваная. Сварочные аппараты и пуски станков дают короткие пики мощности, и станция их не срезает — её мощность зависит от солнца, а не от того, что включили на участке. Пики закрывают сеть или накопитель, и эту разницу надо понимать до заказа оборудования.

Расчёт ниже — на условном цехе. Цифры нагрузки придуманы для примера и показывают метод, а у вашего цеха они свои: возьмите их из счёта и паспортов станков.

Что станция делает в цехе, а что нет

Сетевая станция работает параллельно с сетью. Пока выработка выше нагрузки, цех питается от солнца, а лишнее уходит в сеть. Когда включилась сварка и нагрузка превысила выработку, недостающая мощность приходит из сети — так же, как раньше. Станция не уменьшает пиковую мощность, которую цех берёт из сети, в моменты, когда облако закрыло солнце или смена идёт вечером. Если ваша проблема — ограничение мощности присоединения, у нас об этом есть статья «Срезание пиков мощности накопителем», а станцией проблема не решается.

Станция экономит киловатт-часы, накопитель — киловатты на вводе. Это две разные задачи, и цену они имеют разную.

Расчёт на условном цехе

Допустим, цех работает в одну смену 8 часов, пять дней в неделю. Ровная дневная нагрузка: освещение, вентиляция, компрессор в циклическом режиме, станки на холостом ходу — условно 12 кВт. Сверху накладываются сварка и работа станков под нагрузкой, и средняя за смену нагрузка получается около 20 кВт. Годовой расход в таком случае — порядка 41 600 кВт·ч (20 кВт × 8 ч × 5 дней × 52 недели).

Возьмём станцию 50 кВт. Удельная выработка по данным PVGIS: Москва — 973 кВт·ч с 1 кВт, Екатеринбург — 1 101.

• Москва: 50 × 973 = 48 650 кВт·ч в год.
• Екатеринбург: 50 × 1 101 = 55 050 кВт·ч в год.

Экономию считаем на ориентире сайта 9,5 руб./кВт·ч без НДС: цена для бизнеса нерегулируемая и меняется каждый месяц, поэтому это именно ориентир. Вложения — около 60 000 руб. за 1 кВт, итого около 3 000 000 руб. Для коммерческих станций стоимость может отличаться, зависит от крыши, кабельных трасс и проекта.

• Москва, всё потребляется самим цехом: 48 650 × 9,5 ≈ 462 000 руб. в год, срок — около 6,5 года.
• Екатеринбург: 55 050 × 9,5 ≈ 523 000 руб. в год, срок — около 5,7 года.

Теперь честная поправка. Цех работает пять дней из семи, поэтому выходные дни, по выработке — около 2/7 года, станция отдаёт в сеть по более низкой цене. Остаётся около 70 % годовой выработки. Тогда в Москве: 48 650 × 0,7 × 9,5 ≈ 324 000 руб. в год и срок около 9,3 года; в Екатеринбурге: 55 050 × 0,7 × 9,5 ≈ 366 000 руб. и около 8,2 года. Цифра 70 % условная, при двухсменной работе и в субботу она выше. И ещё одно наблюдение: средняя нагрузка цеха 20 кВт, а станция в ясный летний полдень даёт заметно больше — то есть 50 кВт для такого цеха много, и, вероятно, имеет смысл рассмотреть меньшую мощность, ближе к базовой нагрузке.

Общий метод оценки для предприятий описан в статье «Солнечная станция для предприятия: как считать экономику».

Оборудование и характер нагрузки

Оборудование	Характер нагрузки	Чем закрывать
Освещение, вентиляция, бытовка	Ровная, днём постоянная	Солнце
Компрессор	Циклическая: включается и выключается по давлению, при пуске ток выше номинального	Солнце в основном, пуски — из сети
Станки на холостом ходу	Небольшая ровная	Солнце
Станки под нагрузкой (токарные, фрезерные, пресс)	Переменная, с пусковыми токами	Солнце плюс сеть
Сварочные аппараты	Короткие мощные пики с большой разницей между режимами	Сеть, при ограничении мощности — накопитель
Плазменная резка, печи	Тяжёлая постоянная нагрузка в рабочее время	Солнце и сеть, расчёт по паспорту

Используйте таблицу как каркас: пройдите по списку оборудования цеха, выпишите по паспортам потребляемую мощность и режим работы, затем определите ровную базовую нагрузку — именно её станция закрывает лучше всего.

Сварка и качество сети

Сварочные аппараты искажают форму тока и дают скачки нагрузки. На сетевую станцию это обычно влияет слабо, если инвертор подключён к той же сети и выдерживает её колебания, но у гибридных инверторов с резервированием есть ограничение: сварочник на выходе резервной нагрузки (в режиме автономной работы) может перегрузить инвертор или вызвать сбои. Здесь надо читать инструкцию изготовителя инвертора и сварочного аппарата, и подключать оборудование так, как они допускают. Если они не оговаривают работу с такими нагрузками — не подключайте.

Выбор инверторов для бизнеса мы разбирали в статье «Сетевой инвертор для бизнеса 10–100 кВт», а общее сравнение с другим производством — в статье «Солнечная станция для мебельного цеха».

Трёхфазная нагрузка и перекос фаз

Станки в цехе — как правило, трёхфазные, а сварочные аппараты и часть вспомогательной нагрузки — однофазные. Если однофазные аппараты сидят на одной фазе, в сети возникает перекос. Станцию нужно подключать к трём фазам трёхфазным инвертором, а однофазные потребители желательно распределить по фазам равномерно. Основы выбора фазности — в статье «Однофазный или трёхфазный инвертор». Проект и распределение нагрузки делает электрик или проектировщик.

Накопитель для срезания пиков

Накопитель имеет смысл, когда мощность присоединения ограничена, а сварка периодически упирается в потолок. Он отдаёт энергию на короткий пик и заряжается в остальное время. Для такой роли выбирают коммерческие накопители — раздел коммерческих систем накопления — с мощностью по пикам, а не по ёмкости. Окупаемость такого решения считается отдельно и зависит от того, сколько стоит увеличение мощности присоединения у вашей сетевой организации. Стоимость и сроки уточняйте у неё.

Пыль, окалина и размещение инвертора

Металлическая пыль и окалина проводят ток и забивают вентиляцию. Инвертор и щиты лучше размещать вне цеха или в отдельном закрытом помещении с чистым воздухом, а не рядом с участком шлифовки и резки. Если иначе нельзя, берите корпуса с подходящей степенью защиты и планируйте регулярную чистку по регламенту изготовителя. Панели на крыше цеха загрязняются сильнее обычного, поэтому закладывайте мойку.

Граница мощности микрогенерации для юридических лиц — до 150 кВт, так что станция 50 кВт в неё укладывается.

Частые вопросы

Можно ли запитать сварку прямо от солнечной станции?

Сетевая станция питает сварку вместе с сетью. Автономно, через гибридный инвертор, — только если инструкция инвертора допускает такую нагрузку по мощности и по характеру тока.

Если цех работает только в одну смену, это выгодно?

Да, но часть выработки в выходные уйдёт в излишки по низкой цене, поэтому считайте окупаемость с учётом этого, как в расчёте выше.

Нужен ли накопитель каждому цеху?

Нет. Если мощность присоединения достаточна, а цель — экономия на киловатт-часах, достаточно сетевой станции.

Кто проектирует подключение?

Проектировщик или электрик, обученный работать с такими установками. Работу на постоянном токе и в щитах вы не должны выполнять самостоятельно.

Расчёт под ваше предприятие можно запросить на странице расчёта.