Солнечная станция для фермы и теплицы
Ферме и теплице солнечная станция выгодна там, где нагрузка летняя и дневная: полив, вентиляция, охлаждение. Там, где главный потребитель работает в темноте — досветка зимней теплицы, утренняя и вечерняя дойка, — станция закрывает только часть потребности, и это нужно знать до покупки. Ещё два отличия сельского объекта: места много, поэтому панели ставят на земле, а сеть часто слабая или находится далеко.
Какие нагрузки совпадают с солнцем
| Потребитель | Когда работает | Совпадение с выработкой | Как улучшить |
|---|---|---|---|
| Насосы полива | днём, с мая по сентябрь | почти полное | поливать в солнечные часы, держать запас воды в ёмкости |
| Водоснабжение фермы | круглые сутки, короткими включениями | среднее | водонапорная башня или бак: качать днём |
| Вентиляция коровника, птичника | круглосуточно, летом днём на максимуме | хорошее | не требуется |
| Охлаждение молока | после дойки: рано утром и вечером | слабое | аккумулятор холода, который намораживают днём |
| Вентиляция и зашторивание теплицы | днём, в тёплое время | хорошее | не требуется |
| Досветка теплицы | зимой, утром, вечером и в пасмурные дни | нет | станцией не закрывается |
| Кормоцех, дробилки, зерноочистка | по графику хозяйства | хорошее, если работу ставить на день | перенести тяжёлые операции на 10–16 часов |
Общее правило: всё, что можно включить днём и запасти в виде воды, холода или готового корма, станция закрывает дёшево. Всё, что привязано к тёмному времени, требует аккумулятора, и экономика меняется.
Сколько энергии нужно насосу и охладителю молока
Полив. Чтобы поднять 1 м³ воды на 50 м, нужна работа 1 000 кг × 9,81 м/с² × 50 м = 490 500 Дж, то есть около 0,136 кВт·ч. У насоса с двигателем общий КПД порядка 50 %, значит, из сети уйдёт примерно 0,27 кВт·ч на кубометр. Полив 100 м³ в день — это около 27 кВт·ч, и расходуются они в те же недели, когда выработка максимальна. Вода в баке — самый дешёвый «аккумулятор»: насос качает днём от панелей, а полив идёт тогда, когда удобно агроному. Подбор насоса и инвертора разобран в статье о станции для скважины и полива; там же про пусковые токи, из-за которых насос нельзя выбирать «впритык» к инвертору.
Молоко. Охладить 1 000 л молока с 35 до 4 °C — значит отвести 1 000 л × 1,03 кг/л × 3,9 кДж/(кг·°C) × 31 °C ≈ 124 500 кДж, или 34,6 кВт·ч тепла. Холодильная машина тратит на это в 2,5–3 раза меньше электроэнергии: примерно 11,5–14 кВт·ч на каждую тысячу литров. Сложность во времени: утренняя дойка заканчивается, когда солнце только встало, вечерняя — когда оно садится. Решение известно молочным фермам давно — аккумулятор холода. Генератор ледяной воды намораживает лёд днём, от панелей, а молоко охлаждается этим льдом во время дойки. Запасать холод в виде льда обычно дешевле, чем ту же энергию в электрическом аккумуляторе.
Теплица: лето — да, зимняя досветка — нет
Летом теплице нужны вентиляторы, приводы форточек и штор, насосы полива и подачи раствора. Всё это работает днём, и чем ярче солнце, тем интенсивнее. Совпадение с выработкой почти полное.
Зимняя теплица с досветкой — другой случай. Лампы включают тогда, когда естественного света мало, а значит, мало и выработки. В Москве 1 кВт панелей даёт в декабре 19,1 кВт·ч за месяц против 131,1 кВт·ч в июне — в 6,9 раза меньше. На юге перепад мягче: в Краснодаре 49,9 кВт·ч в декабре против 138,2 кВт·ч в июне, в 2,8 раза. Но вывод одинаков: станция для теплицы окупается летними нагрузками, а не лампами. Ставить её в расчёте «закрыть досветку» — ошибка.
Пример: станция 50 кВт на ферме
Станция 50 кВт даёт за год 50 × 1 219 = 60 950 кВт·ч в Ставрополе и 50 × 1 110 = 55 500 кВт·ч в Воронеже. В июле — 147,2 × 50 = 7 360 и 139,6 × 50 = 6 980 кВт·ч, в декабре — 48,5 × 50 = 2 425 и 27,8 × 50 = 1 390 кВт·ч. Цифры для других городов есть в калькуляторе выработки.
Если хозяйство потребляет всё само, экономия равна выработке, умноженной на цену киловатт-часа. Цена у сельхозпредприятий и фермерских хозяйств своя и зависит от поставщика; возьмём условные 9,5 руб./кВт·ч без НДС как пример. Тогда выходит 60 950 × 9,5 = 579 025 руб. в год в Ставрополе и 55 500 × 9,5 = 527 250 руб. в Воронеже. Полное собственное потребление — допущение: оно выполняется, если дневная нагрузка летом не ниже 40 кВт. Хозяйству с нагрузкой 15 кВт такая станция велика, и считать нужно от меньшей мощности.
Наземная установка
На ферме редко приходится экономить место, зато крыши коровников и ангаров часто не годятся: старый шифер, слабые фермы, пыль и аммиак под кровлей. Поэтому панели ставят на земле, на винтовых или забивных сваях.
- Площадь. На 50 кВт нужно около 86 панелей по 580 Вт, это примерно 224 м² самих модулей. Ряды разносят, чтобы зимой они не затеняли друг друга, и участок получается около 500 м² — пять соток плюс проезд и ограждение.
- Угол. На земле панели можно поставить под оптимальным углом: для Ставрополя это 35°, для Воронежа 39°. Крутой наклон лучше сбрасывает снег и повышает зимнюю выработку.
- Высота нижнего края. Выше уровня снега и травы. Если под панелями будут пастись овцы — выше их роста, а кабели убирают в короба.
- Кабель до потребителя. Сто метров от поля до щита — уже заметные потери. Обычно инвертор ставят ближе к панелям, а длинный участок ведут одним кабелем переменного тока; сечение проверяют в калькуляторе сечения кабеля.
- Ограждение. От скота, техники и посторонних. Крупный рогатый скот чешется об опоры и рвёт кабель.
- Земля. До монтажа проверьте, допускает ли вид разрешённого использования участка размещение энергетического оборудования для собственных нужд хозяйства, — этот вопрос решается в местной администрации.
Конструкции для такого монтажа собраны в разделе грунтовых систем крепления, а шаг рядов и выбор свай разобраны в статье о наземной установке.
Слабая линия и удалённость от сети
Сельская линия 0,4 кВ длиной в километр ведёт себя иначе, чем городская. При пуске насоса напряжение на конце линии проседает, а когда станция в солнечный день отдаёт излишек в сеть, оно, наоборот, растёт — и инвертор отключается по защите от повышенного напряжения. Лечится это тремя способами: ограничением выдачи в сеть, трёхфазным подключением с равномерной загрузкой фаз и гибридной схемой с накопителем, который забирает излишек днём и отдаёт его вечером.
Если сети нет совсем или подвести её дорого, станция работает автономно, в паре с накопителем и дизель-генератором. Экономика такого решения считается иначе: сравнивают не с ценой киловатт-часа из сети, а с расходом топлива и стоимостью присоединения, которую нужно запросить в сетевой организации. Как устроен такой гибрид, описано в статье о замене дизеля солнцем и накопителем.
И несколько сельских особенностей. Инвертор не ставят внутри животноводческого помещения: аммиак и влага разрушают электронику. Кабели защищают от грызунов гофрой или трубой. Отдельно стоящее в поле оборудование нуждается в заземлении и защите от импульсных перенапряжений. Панели возле зернотока и грунтовых дорог в уборочную приходится мыть.
Частые вопросы
Нужен ли ферме накопитель?
Для экономии — обычно нет: дешевле запасать воду и холод. Для надёжности — да, если отключение сети грозит потерями. В птичнике остановка вентиляции опасна уже через десятки минут, доильный зал не может встать посреди дойки. Здесь ставят гибридный инвертор с аккумулятором и резервный генератор на длительные отключения.
Можно ли продавать излишки в сеть?
Для объектов до 15 кВт действует порядок микрогенерации: излишки покупает гарантирующий поставщик по цене, привязанной к оптовой, — она заметно ниже розничной. Станцию мощнее рассчитывают на собственное потребление и настраивают ограничение выдачи.
Окупит ли станция досветку зимней теплицы?
Нет. Зимой выработка в несколько раз ниже летней, а лампы работают именно в тёмные часы. Станция закроет летние нагрузки тепличного комплекса и снизит годовой счёт, но не зимний.
Можно ли использовать землю под панелями?
Да. Траву косят или отдают под выпас овец, между рядами оставляют проезд для техники. Выращивать под панелями светолюбивые культуры не получится: тень от рядов слишком плотная.