Экономическая эффективность использования солнечных модулей

Панченко Владимир Анатольевич – кандидат технических наук, доцент Российского университета транспорта; старший научный сотрудник Федерального научного агроинженерного центра ВИМ.

Дегтярёв Кирилл Станиславович – кандидат географических наук, научный сотрудник Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Аннотация: В статье рассмотрена экономическая эффективность использования солнечных модулей при использовании в различных электростанциях. Рассмотрен расчёт основных финансовых показателей трёх различных солнечных электростанций: большой мощности с возможностью продажи электроэнергии; малой мощности во владении потребителя электроэнергии с возможностью продажи электроэнергии в сеть и малой мощности во владении автономного потребителя без централизованного электроснабжения. Сделана оценка простого срока окупаемости рассмотренных электростанций.

Ключевые слова: Солнечная электростанция, энергоснабжение, срок окупаемости, эффективность.

Последние тенденции в области солнечной энергетики говорят о стабильном ежегодном снижении как стоимости самих солнечных модулей, так и стоимости электроэнергии, ими вырабатываемой. Наряду с уменьшением стоимости солнечных модулей год от года их эффективность увеличивается. Стоит также отметить, что при увеличении срока службы солнечных модулей количество выработанной электроэнергии увеличивается, что положительно сказывается на инвестиционной привлекательности таких проектов.

В качестве иллюстрации экономической эффективности использования солнечных электростанций, ниже приведены несколько примеров использования солнечных модулей различной конструкции [1 – 3] в таких электростанциях:

Солнечная электростанция большой мощности с возможностью продажи электроэнергии (электрическая эффективность 18 %, стоимость установленной мощности 100 руб./Вт, установленная мощность 1 МВт, работает в электрическую сеть, стоимость продажи электричества 5 руб./кВт·ч, срок номинальной мощности фотоэлектрических преобразователей 40 лет) (таблица 1).
Солнечная электростанция малой мощности во владении частного потребителя электроэнергии с возможностью продажи электроэнергии в электрическую сеть (электрическая эффективность 18 %, стоимость установленной мощности 70 руб./Вт, установленная мощность 15 кВт, работает в электрическую сеть, стоимость покупки и продажи электричества 5 руб./кВт·ч, срок номинальной мощности фотоэлектрических преобразователей 40 лет) (таблица 2).
Солнечная электростанция малой мощности во владении автономного потребителя без централизованного электроснабжения (электрическая эффективность 18 %, стоимость установленной мощности 150 руб./Вт вместе с аккумуляторами, установленная мощность 15 кВт, стоимость электричества 20 руб./кВт·ч (топливный электрогенератор как альтернатива), срок номинальной мощности фотоэлектрических преобразователей 40 лет) (таблица 3).

Для расчёта экономической эффективности применения солнечных модулей для трёх электростанций в ходе расчётов были приняты следующие допущения:

выработка электроэнергии с учётом электрической эффективности рассчитывается исходя из данных о приходе солнечной радиации на горизонтальную поверхность;
учитывается только среднегодовая величина прихода солнечной радиации без деления по временам суток и года;
для широты Краснодарского края и Крыма приход солнечной радиации составляет около 1300 кВт·ч/м² в год;
выработка считается произведением приходящей солнечной радиации на электрическую эффективность;
в инвестиционные затраты (100 руб./Вт) включено всё, включая приобретение (отведение) земли на строительство станции и другие затраты;
предполагается, что строительство станций осуществляется исключительно за счёт собственных средств инвестора;
операционные затраты не учитываются, для расчёта стоимости 1 кВт·ч учитываются только инвестиционные затраты;
вся выработанная электроэнергия идёт на продажу;
потребление электроэнергии домохозяйством составляет 150 кВт·ч в месяц, или 1800 кВт·ч в год (берётся среднегодовой показатель без учёта суточных и сезонных колебаний);
с помощью солнечных модулей будет производиться 75 % электроэнергии – топливный генератор не сможет быть замещён полностью, поэтому он замещает 25 %;
при расчётах экономической эффективности не учитывается время строительства электростанции;
срок номинальной мощности фотоэлектрических преобразователей всех солнечных электростанций – не менее 40 лет, исходя из того, что все они работают стабильно, деградация и необходимость замены тех или иных компонентов на данном отрезке времени не учитываются;
цены на электроэнергию неизменны;
домохозяйства платят единый налог на вменённый доход (15 %), владелец автономной электростанции никаких налогов не платит;
предприятия платят земельный налог (1,5 %; стоимость земли принимается 100000 руб./га, исходя из условий Краснодарского края и Крыма); НДС (18 %); налог на прибыль (20 %); налог на имущество (2 % от стоимости; стоимость принимается равной затратам на строительство станции без НДС; линейная амортизация, норма 5 % в год).

В качестве иллюстрации первого варианта солнечной электростанции в качестве электрогенерирующих компонентов приняты перспективные солнечные модули, которые имеют увеличенный срок номинальной мощности по сравнению со стандартными солнечными модулями [4, 5]. Увеличение срока службы достигается за счёт применения при герметизации фотоэлектрических преобразователей кремнийорганического двухкомпонентного полисилоксанового компаунда.

Для стационарной солнечной электростанции (проект 1) общая выработка электроэнергии, вырабатываемой станцией, считается исходя из выработки со всей площади станции. В таблице 1 представлены основные параметры солнечной электростанции (проект № 1) и экономическая эффективность её использования.

Таблица 1. Движение денежных средств в проекте № 1 в первые 3 года и по итогам 40 лет.

Показатели	Ед. изм.	0 год	1 год	2 год	3 год	…	40 год	Всего
Расчёт денежного потока:
Выручка от реализации продукции (с НДС)	тыс. руб.	0	6 500	6 500	6 500	…	6 500	260 000
Инвестиционные затраты (с НДС)	тыс. руб.	-100 000	0	0	0	…	0	-100 000
Операционные затраты (с НДС)	тыс. руб.	0	0	0	0	…	0	0
Движение денежных средств по НДС	тыс. руб.	0	14 263	-992	-992	…	-992	-24 407
Уплата земельного налога	тыс. руб.	0	-1	-1	-1	…	-1	-36
Уплата налога на имущество	тыс. руб.	0	-1 653	-1 568	-1 483	…	0	-16 949
Уплата налога на прибыль	тыс. руб.		0	0	0	…	-1 102	-23 721
Денежный поток (чистый поток денежных средств, ЧПДС)	тыс. руб.	-100 000	19 109	3 940	4 025	…	4 406	94 887
ЧПДС накопленный	тыс. руб.	-100 000	-80 891	-76 951	-72 926	…	94 887	94 887
Возврат инвестиций	%	0,0%	19,1%	3,9%	4,0%	…	4,8%	94,9%
Поступления в бюджеты, бюджетная эффективность (налоговые платежи)	тыс. руб.		-12 609	2 560	2 475	…	2 094	*65 113*
Расчёт ВНД проекта:
ЧПДС	тыс. руб.	-100 000	19 109	3 940	4 025	…	4 406	94 887
Ставка дисконтирования	%	4,2%	4,2%	4,2%	4,2%	…	4,2%
Коэффициент дисконтирования	-	1,00	0,96	0,92	0,88	…	0,19
ЧПДС дисконтированный	тыс. руб.	-100 000	18 335	3 627	3 555	…	842	0

При рассмотрении солнечной электростанции, используемой в частном домовладении (проект № 2) целесообразно применение кровельных солнечных панелей [6 – 8]. Кровельные солнечные панели являются перспективными солнечными модуля благодаря отличительным положительным особенностям. Основа панелей изготавливается из вторичного пластика, что положительно сказывается на экологии. Использование концентраторов солнечного излучения [9 – 12] позволяет сократить количество фотоэлектрических преобразователей. Герметизация кремнийорганическим компаундом увеличивает срок номинальной мощности фотоэлектрических преобразователей. Под кровельными панелями нет необходимости в установке защитного строительного покрытия, а внешне они выглядят более эстетично в компоновке конструкции зданий и сооружений.

В таблице 2 представлены основные параметры солнечной электростанции малой мощности (проект № 2) и экономическая эффективность её использования.

Таблица 2. Движение денежных средств в проекте № 2 в первые 3 года и по итогам 40 лет.

Показатели	Ед. изм.	0 год	1 год	2 год	3 год	…	40 год	Всего
Расчёт денежного потока:
Выручка от реализации продукции	тыс. руб.	0	98	98	98	…	98	3 900
Инвестиционные затраты	тыс. руб.	-1 050	0	0	0	…	0	-1 050
Операционные затраты	тыс. руб.	0	0	0	0	…	0	0
Уплата налога на вменённый доход	тыс. руб.		-15	-15	-15	…	-15	-585
ЧПДС	тыс. руб.	-1 050	83	83	83	…	83	2 265
ЧПДС накопленный	тыс. руб.	-1 050	-967	-884	-801	…	2 265	2 265
Возврат инвестиций	%	0%	7,9%	7,9%	7,9%	…	7,9%	215,7%
Поступления в бюджеты, бюджетная эффективность (налоговые платежи)	тыс. руб.		15	15	15	…	15	*585*
Расчёт ВНД проекта:
ЧПДС	тыс. руб.	-1 050	83	83	83	…	83	2 265
Ставка дисконтирования	%	7,5%	7,5%	7,5%	7,5%	…	7,5%
Коэффициент дисконтирования	-	1,00	0,93	0,87	0,81	…	0,06
ЧПДС дисконтированный	тыс. руб.	-1 050	77	72	67	…	5	0
Расчёт NPV проекта (ставка дисконтирования 25%):
ЧПДС	тыс. руб.	-1 050	558	558	558	…	558	21 288
Ставка дисконтирования	%	25,0%	25,0%	25,0%	25,0%	…	25,0%
Коэффициент дисконтирования	-	1,00	0,80	0,64	0,51	…	0,00
ЧПДС дисконтированный	тыс. руб.	-1 050	447	357	286	…	0	1 184
*То же, накопленный*	*тыс. руб.*	*-1 050*	*-603*	*-246*	40	…	*1 184*	*1 184*

Для стационарной солнечной электростанции автономного домовладения (проект № 3) выработка электроэнергии станцией считается исходя из необходимого потребления (1350 кВтч в год), исходя из чего и рассчитывается мощность и площадь такой электростанции (таблица 3). Площадь электростанции составит 1350/234 (выработка электроэнергии 1 м² солнечных модулей в год) = 6 м². При номинальной мощности 180 Вт/м² общая мощность станции составит 1038 Вт.

Таблица 3. Движение денежных средств в проекте № 3 в первые 3 года и по итогам 40 лет.

Показатели	Ед. изм.	0 год	1 год	2 год	3 год	…	40 год	Всего
Расчёт денежного потока:
Экономия	тыс. руб.	0	27	27	27	…	27	1 080
Инвестиционные затраты	тыс. руб.	-156	0	0	0	…	0	-156
Операционные затраты	тыс. руб.	0	0	0	0	…	0	0
ЧПДС	тыс. руб.	-156	27	27	27	…	27	924
ЧПДС накопленный	тыс. руб.	-156	-129	-102	-75	…	924	924
Возврат инвестиций	%	0,0%	17,3%	17,3%	17,3%	…	17,3%	592,5%
Расчёт ВНД проекта:
ЧПДС	тыс. руб.	-156	27	27	27	…	27	924
Ставка дисконтирования	%	17,3%	17,3%	17,3%	17,3%	…	17,3%
Коэффициент дисконтирования	-	1,00	0,85	0,73	0,62	…	0,00
ЧПДС дисконтированный	тыс. руб.	-156	23	20	17	…	0	0
Расчёт NPV проекта (ставка дисконтирования 25%):
ЧПДС	тыс. руб.	-156	27	27	27	…	27	924
Ставка дисконтирования	%	15,0%	15,0%	15,0%	15,0%	…	15,0%
Коэффициент дисконтирования	-	1,00	0,87	0,76	0,66	…	0,00
ЧПДС дисконтированный	тыс. руб.	-156	23	20	18	…	0	24
*То же, накопленный*	*тыс. руб.*	*-156*	*-132*	*-112*	*-94*	…	24	24

Годовой возврат инвестиций составит 17,3 %. Поскольку речь идёт о частном лице, то для него альтернативой может стать депозит в банке, однако таких высоких ставок по депозитам нет, таким образом, инвестиции оправданы.

В сводной таблице 4 представлены сравнительные показатели трёх рассмотренных проектов, из которой видно, что минимальный срок окупаемости рассчитан у автономной солнечной электростанции, замещающей топливный электрогенератор (из-за высокой стоимости выработки электроэнергии генератором).

Таблица 4. Расчёт основных финансовых показателей трёх проектов.

Показатели	Единица измерения	1	2	3
Электрическая эффективность	%	18%	18%	18%
Номинальная мощность 1 м² солнечных модулей	Вт	180	180	180
Номинальная мощность электростанции	Вт	1 000 000	15 000	1 038
Общая площадь солнечных модулей	м²	5556	83	6
Среднее поступление солнечной радиации в год	Вт/м²	1 300	1 300	1 300
Электрическая эффективность солнечных модулей	%	18%	18%	18%
Выработка электроэнергии 1 м² солнечных модулей в год	кВт·ч	234	234	234
Выработка электроэнергии всей станцией в год	кВт·ч	1 300 000	19 500	1 350
Цена реализации 1 кВтч электроэнергии	руб./кВт·ч	5,0	5,0	20,0*
Общая годовая выручка от реализации электроэнергии	руб.	6 500 000	97 500	27 000*
Инвестиционные затраты на 1 кВт установленной мощности	руб./кВт	100 000	70 000	150 000**
Общие инвестиционные затраты	руб.	100 000 000	1 050 000	155 769
Простой срок окупаемости	лет	15,4	10,8	5,8

* стоимость 1 кВт·ч электроэнергии при выработке дизель-генератором/экономия на замещении генератора солнечной энергией;

** с учётом затрат на систему аккумуляции.

Вариант домовладения с параллельным с сетью электроснабжением от солнечной электростанции окупится быстрее стационарной солнечной электростанции, поскольку ниже инвестиционные затраты на 1 кВт установленной мощности.

Также при расчёте экономической эффективности использования стоит обратить внимание на то, что использование теплофотоэлектрических солнечных модулей [13 – 17] позволяет получить более высокую электрическую эффективность (25 – 28 %), а также получать наряду с электроэнергией ещё и тёплую энергию, что ускорит окупаемость такого рода солнечных установок.

Список литературы

Панченко В.А. Обзор и применение солнечных модулей, разрабатываемых и выпускаемых ГНУ ВИЭСХ // Вестник ВИЭСХ, 2014, № 4 (17), c. 20 – 29.
Панченко В.А. Солнечные модули Федерального научного агроинженерного центра ВИМ различных типов и конструкций для автономного энергоснабжения // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность – 2017, с. 1030 – 1033.
Дегтярёв К.С., Панченко В.А. Развитие и реализованные проекты солнечной энергетики в России // Сантехника, отопление, кондиционирование, №9, 2019, с. 74-79.
Стребков Д.С., Персиц И.С., Панченко В.А. Солнечные модули с увеличенным сроком службы // Инновации в сельском хозяйстве, № 3(8)/2014, с. 154 – 158.
Панченко В.А., Стребков Д.С., Персиц И.С. Разработка солнечных модулей с увеличенным сроком номинальной работы // Наноструктурированные материалы и преобразовательные устройства для солнечной энергетики, 2015, с. 91 – 94.
Стребков Д.С., Панченко В.А., Иродионов А.Е., Кирсанов А.И. Разработка кровельной солнечной панели // Вестник ВИЭСХ, 2015, № 4 (21), с. 107 – 111.
Стребков Д.С., Бобовников Н.Ю., Иродионов А.Е., Кирсанов А.И., Панченко В.А., Филиппченкова Н.С.. Программа ''Один миллион солнечных крыш'' в России // Вестник ВИЭСХ, 2016, № 3 (24), с.84 – 87.
Панченко В.А. Кровельные солнечные панели для энергоснабжения инфраструктурных объектов // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта, 2018, с. 109 – 117.
Синицын С.А. Моделирование линейных погрешностей при конструировании поверхности концентратора солнечного модуля // Научный электронный журнал Меридиан, 2020, № 4 (38), с. 219-221.
Синицын С.А. Энтропийная погрешность при моделировании конструктивных форм теплофотоэлектрических солнечных модулей // Научный электронный журнал Меридиан, 2020, № 3 (37), с. 438-440.
Синицын С.А. Информационная методика управления качеством поверхности солнечного концентратора, заданной дискретным множеством точек // E-Scio, 2020, № 1 (40), с. 421-427.
Синицын С.А., Стребков Д.С., Панченко В.А. Паркетирование поверхности параболического концентратора солнечного теплофотоэлектрического модуля по заданным дифференциально-геометрическим требованиям // Геометрия и графика, 2019, Т. 7, № 3, с. 15-27.
Стребков Д.С., Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечный тепло-фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором // Альтернативная энергетика и экология, 2013, № 1-2 (118), с. 35-39.
Стребков Д.С., Панченко В.А., Филиппченкова Н.С. Обзор различных конструкций солнечных теплофотоэлектрических модулей (гибридных коллекторов) // Инновации в сельском хозяйстве. № 3 (13), 2015, с. 199 − 203.
Панченко В.А., Филиппченкова Н.С.. Теплофотоэлектрические бесконцентраторные солнечные модули (гибридные солнечные коллекторы) // Инновации в сельском хозяйстве, № 5 (15), 2015, с. 128 − 133.
Филиппченкова Н.С., Панченко В.А.. Разработка и исследование солнечных теплофотоэлектрических модулей // Инновации в сельском хозяйстве, № 5 (20), 2016, с. 136− 141.
Панченко В.А.. Теплофотоэлектрическая планарная кровельная панель // Инновации в сельском хозяйстве, № (3) 28, 2018, с. 210 – 218.

Интересная статья? Поделись ей с другими: