Установка солнечных панелей в США: стоимость и процесс

Если счета за электроэнергию приводят в ужас, а на их оплату уходит значительная часть бюджета, то стоит обратить внимание на опыт жителей Америки. Они всё чаще устанавливают солнечные панели и экономят свои средства. Давайте разберемся, как это происходит.

Использование солнечной энергии позволяет жителям США неплохо экономить на счетах за электричество. Сумма экономии зависит от штата, размера федеральных налоговых льгот и средних расходов электроэнергии.

Ежедневно пользоваться посудомойкой, стиральной машиной, смотреть телевизор, а в конце месяца не сходить с ума от счета за электроэнергию - мечта любого взрослого. Один из вариантов ее достичь - перейти на зеленые источники энергии.

США - вторая страна в мире по установленной мощности солнечных систем. Росту помогает поддержка государства. Например, администрация президента страны разработала план, по которому Америка должна перейти на зеленую энергию к 2035 году.

На первом месте - Китай, который вырабатывает 393 ГВт в год и остается главным мировым поставщиком панелей и солнечных элементов. Причина первенства - борьба Поднебесной с плохой экологией и постоянным смогом в городах. К 2060 году государство планирует достичь углеродной нейтральности за счет развития солнечной энергетики.

Как установить солнечные панели своими руками

Выгодные и невыгодные штаты для установки солнечных панелей

Устанавливать солнечные панели выгодно не во всех штатах. Во-первых, из-за неподходящего климата. Например, на Аляске суровые погодные условия, которые не подходят для работы батарей: из-за низких температур ячейки могут сломаться. А в Луизиане высокий уровень влажности, который уменьшает производительность солнечных панелей. Во-вторых, не во всех регионах действуют налоговые льготы. Например, в Колорадо придется платить полную стоимость установки панелей и государство не возместит затраты.

Чтобы сэкономить на электричестве, жители этих регионов могут присмотреться к другим источникам альтернативной энергии, например ветряным мельницам или биоэнергетике.

Проблемы развития солнечной энергетики в других странах

Другие страны не могут похвастаться такими темпами развития. Вот какие проблемы тормозят рост:

• Устаревшая электрическая инфраструктура. Сети часто не выдерживают переменные нагрузки, которые оказывают на них солнечные системы. Инфраструктуру нужно модернизировать, а это миллиардные вложения, к которым готовы не все страны.
• Зависимость от Китая. По данным Financial Times, Поднебесная производит и экспортирует более 85% компонентов для изготовления солнечных ячеек. Если она уменьшит экспорт, многие страны останутся без необходимого сырья, поэтому солнечная энергетика пока не кажется им надежным вариантом.

США уже стараются снизить зависимость от Китая. Например, в 2022 году Конгресс принял закон, который должен стимулировать производство кремниевых пластин внутри страны. Примеру могут последовать и другие государства.

Этапы производства солнечных панелей

Основной элемент для производства солнечных панелей - диоксид кремния, который содержится в песке. Кратко расскажем об основных этапах изготовления батарей.

Этап 1. В диоксиде кремния содержится много разных примесей - в таком виде он не подходит для производства панелей. Поэтому его очищают и превращают в чистый кремний - поликремний.

Этап 2. Материал нагревают в печи, наносят слой фосфора и бора: так кремний будет лучше проводить электричество.

Этап 3. Массу покрывают антибликовым покрытием, раскатывают и разрезают - на выходе получаются ячейки, которые уже могут поглощать солнечную энергию и преобразовывать ее в электроны. Чтобы превратить их в ток, добавляют серебро, а в роли проводника выступает медь.

Этап 4. На нижнюю сторону солнечной панели устанавливают защитный лист из прочного пластика или металла, а на верхнюю часть - тонкий лист стекла. В конце «слоеный пирог» помещают в алюминиевую форму.

Типы солнечных панелей

На американском рынке есть четыре основных вида солнечных панелей. Они отличаются по способу изготовления, производительности, внешнему виду.

• Монокристаллические. Их изготавливают из цельного кристалла кремния, который выращивают в вакуумных печах. У таких панелей чистый состав без примесей, поэтому их КПД один из самых высоких - 20% и выше. Например, ячейка получила 100 Вт солнечной энергии, а выдала 20 Вт электричества. Единственный минус - высокая стоимость: стандартная система в 6 кВт обойдется от 6000 до 9000 $, потому что на производство панелей уходит много кремния.
• Поликристаллические. В производстве используют разные кристаллы кремния, которые переплавляют и заливают в форму. Энергоэффективность таких панелей немного ниже, чем у монокристаллических - 15-17%, зато они дешевле: от 5400 до 6000 $.
• PERC-панели. Это вид монокристаллических панелей, которые проапгрейдили. На поверхность ячейки наносят пассивирующий слой. Благодаря ему световые волны отражаются от задней поверхности и снова проходят через ячейки - так батареи получают больше энергии. Еще этот слой защищает панель от перегрева, и она работает эффективнее. Коэффициент полезного действия PERC-панелей - от 25%, а стоимость системы - от 1920 до 3900 $.
• Тонкопленочные. Панели состоят из тонкого слоя проводника, например аморфного кремния или теллурида кадмия, который наносят на гибкую подложку. Их можно использовать даже на кривых поверхностях, например на куполах зданий. Еще тонкопленочные батареи легкие и подходят для установки на окна домов. Но они вырабатывают гораздо меньше электричества, чем кристаллические - их эффективность от 6 до 15%, в зависимости от типа проводника. Стоимость гибких панелей - от 4200 до 6000 $ за систему мощностью 6 кВт.

Расчет необходимого количества солнечных панелей

Чтобы понять, какое количество солнечных панелей понадобится, придется посчитать, сколько электроэнергии вы расходуете ежегодно, знать мощность одной солнечной панели и коэффициент продуктивности.

Мощность панели указывает производитель, а коэффициент продуктивности зависит от множества факторов, например производительности панели в тени, ее расположения, наклона, размера батареи. Чтобы не заморачиваться с расчетами, можно взять средний показатель по США - 1,3-1,6.

Вот формула расчета:

Нужное число панелей = Объем потребляемой энергии за год ÷ Коэффициент продуктивности солнечной энергии ÷ Мощность панели

Например, вы расходуете в год 10 000 кВт⋅ч электроэнергии, продуктивность - 1,5, а мощность - 400 Вт. Подставим цифры в формулу и узнаем необходимое количество солнечных батарей:

10 000 кВт⋅ч÷ 1,5 ÷ 400 Вт = 17 панелей

Необходимое оборудование для солнечной электростанции

Чтобы пользоваться солнечной энергией, одних панелей недостаточно. Нужно дополнительное оборудование:

• Инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный, который течет по проводам и поступает в розетки. Такой тип тока подходит для электроприборов и бытовой техники.
• Аккумуляторные батареи. Они накапливают излишки энергии, которую можно потратить при недостаточной выработке, например во время пасмурных или дождливых дней.
• Контроллер заряда. Он измеряет и поддерживает постоянное напряжение в аккумуляторных батареях, чтобы не случилось аварии.

Выбор места установки солнечных панелей

От локации и выбора места установки солнечных панелей зависит, насколько эффективно они будут работать. Например, если дом или предприятие находятся к северу от экватора, батареи должны смотреть на юг, а если они расположены к югу, то на север. Также нужно подобрать правильный угол наклона, обычно он близок к географической широте, на которой находится дом.

Способы монтажа солнечных панелей

Монтировать солнечные панели можно разными способами, на эффективность работы батарей вариант установки не влияет. Вот куда можно их закрепить.

• На крыше. Батареи крепят в одной плоскости с конструкцией или под определенным углом. Этот способ - один из самых простых и популярных.
• На земле. Чтобы закрепить панели, используют металлические конструкции. Они бывают двух видов: стеллажные столы или отдельные столбы. Можно выбрать любой вариант. Обычно батареи находятся в одном положении, но если хотите, чтобы солнечные панели следили за положением солнца, стоит установить трекинговые системы: они будут поворачивать конструкцию в течение дня. Отслеживающие устройства подойдут и для плоских крыш.
• На фасадах зданий. В этом варианте солнечные панели можно интегрировать в стены и окна здания. Для этого разрабатывают специальные монтажные конструкции, которые учитывают особенности помещений.

Во всех способах панели крепят с помощью прижимных фиксаторов или болтов в нижней части рамы. Опорная конструкция должна быть из антикоррозийных материалов, например алюминия или оцинкованной стали, иначе со временем она может разрушиться и солнечную электростанцию придется менять.

Вариант монтажа зависит от размеров крыши, земельного участка и необходимого количества энергии. Например, в частном доме без заднего двора солнечные панели можно установить на крыше или фасаде, а на предприятии - на большом поле, чтобы получить больше электричества для работы компании.

Обслуживание солнечных панелей

Солнечные панели не требуют какого-то специального обслуживания, но их нужно регулярно очищать от пыли, песка, снега. Интенсивность загрязнения зависит от местности. Например, в степях или округе с плохой экологией батареи будут пачкаться быстрее. Грязные панели работают не так эффективно: по данным The National Renewable Energy Laboratory, они могут терять до 25% вырабатываемой энергии.

Чистить панели можно вручную и автоматически. Если используете солнечную энергию в частном доме, подойдет любой способ. В промышленных масштабах лучше выбрать второй вариант, иначе для мытья панелей придется нанять штат уборщиков и закупиться сотнями швабр.

Ручной способ очистки

Самый экономный, но не самый легкий способ. Если панели на крыше - придется включать ловкость и грацию кошки, чтобы не упасть и ничего не сломать.

Перед началом уборки нужно выключить панели и дождаться, пока они остынут, иначе от контакта с холодной водой они могут треснуть. Стоит вооружиться шваброй с длинной ручкой или мягкой губкой, шлангом или ведром с водой. Нельзя использовать мыло и жесткие абразивы: можно повредить поверхность ячеек или на них останется пленка, которая затеняет панели.

Автоматический способ очистки

Чтобы ускорить и упростить мытье панелей, в США есть разные автоматические системы очистки.

• Система опрыскивания. На солнечные панели устанавливают разбрызгиватели, которые автоматически включаются и очищают поверхность водой за пару минут.
• Бесконтактная система. В этом случае панели очищают с помощью электрического заряда, который отталкивает пыль. Проводники размещают по бокам батареи или над всей поверхностью, а при необходимости включают.
• Роботизированная система. На рынке есть разные типы роботов, которые подходят для очистки солнечных панелей на больших площадях. Например, можно выбрать компактную машину и удаленно ей управлять или подобрать роботов побольше, которые одновременно очищают сразу несколько панелей.
• Вибрационная система. При использовании этого метода к панелям подключают двигатель постоянного тока. Во время очистки он создает вертикальные вибрации, которые убирают с поверхности грязь и пыль.

Срок службы и окупаемость солнечных панелей

По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, солнечные панели каждый год становятся менее эффективными на 0,5%. Спустя 20 лет использования выработка энергии будет всего на 10% ниже первоначального уровня.

Специалисты рекомендуют менять батареи через 25-30 лет после установки: это их оптимальный срок службы. Затем не обязательно заказывать установку новой системы. Можно продолжать использовать старую, но она будет давать гораздо меньше электричества. А если энергии не хватит на нужды семьи, солнечные панели придется заменить.

Солнечные панели в среднем окупаются через 8,5 года - это примерно треть срока их службы. В оставшийся период - чистая экономия на счетах за электричество.

Приведу пример. Мы решили установить солнечную станцию мощностью 5 кВт в штате Флорида: такой хватит на семью из четырех человек. Ее стоимость вместе с установкой равна 16 550 $. Средний счет за использование электроэнергии - 144 $ в месяц, а в год - 1728 $. Посчитаем, за сколько лет окупится установка солнечных панелей. Разделим ее стоимость на сумму ежегодных трат на электроэнергию:

16 550 $ ÷ 1728 $ = 9,5 года

Если воспользоваться налоговыми льготами от властей штата, на покупке можно сэкономить: солнечная система обойдется в 11 585 $. В этом случае панели окупятся еще быстрее:

11 585 $ ÷ 1728 $ = 6,7 года

Текущая ситуация на рынке солнечной энергетики в США

Солнечные батареи в США становятся все более востребованными. Согласно анализу BloombergNEF (BNEF), в этом году домохозяйства США установят рекордное количество солнечных батарей, чтобы сократить счета за электроэнергию. Солнечная энергия действительно является хорошим способом, чтобы сэкономить на растущих тарифах на электроэнергию. Новый способ получения электроэнергии обусловлен сразу же несколькими причинами. Согласно данным BNEF, в этом году домохозяйства США установят в три раза больше солнечных батарей, чем коммерческие клиенты, и будут лидировать до 2030 года. Очень вероятно, что к 2030-2050 годам значимая часть всей добываемой электроэнергии в развитых европейских государствах и США будет основана на возобновляемых и экологичных источниках.

Стоимость солнечных панелей в США стремительно снижается на протяжении более 15 лет. Специалисты задаются вопросом: как долго будет продолжаться такое снижение цены и до какого уровня она дойдет? Применим ли к фотоэлектрическим системам (PV) своеобразный закон Мура? Стоимость небольших фотоэлектрических систем (менее 500 кВт) для нежилых помещений в 2014 году снизилась на $0,40 за ватт, а стоимость более мощных систем от 500 кВт снизилась на $0,70 за ватт. Таким образом, уже пятый год подряд отмечается существенное снижение цен на солнечные батареи с установкой. Постоянное снижение цен на фотоэлектрические системы особенно примечательно на фоне относительно стабильной цены на сами PV-модули. Она почти не менялась с 2012 года, отмечают авторы отчета. В итоге, серьезно снижается стоимость «солнечного электричества», которое вырабатывается на коммерческих солнечных электростанциях.

На следующем графике показана стоимость контрактов, подписанных с операторами таких электростанций с 2007 по 2015 годы. Диаметр окружности соответствует выдаваемой мощности электростанции. Как видим, за последние 7-8 лет стоимость упала с $200 за МВТч (то есть 20 центов за кВтч) почти до $40 за МВТч (4 цента за кВтч). Особенно четко падение цен прослеживается, если вывести зависимость не по времени, а по совокупной мощности уже установленных панелей, то есть введенный в строй электростанций.

Аналитики обращают внимание на сильный разброс цен в США. Так, 20% самых дешевых PV-систем для жилых домов были установлены по цене менее $3,50/Вт, а 20% самых дорогих - по дороже $5,30/Вт.

Отчет “Tracking the Sun” основан на информации, собранной с более чем 400 000 фотоэлектрических систем, установленных на жилых и нежилых помещениях с 1998 по 2014 годы в 42 штатах.

До какого же уровня будут падать цены на солнечную энергию? Если «закон Мура» здесь сохранит свою силу, то к 2020 или 2021 году совокупная мощность всех солнечных электростанций в мире достигнет 600 ГВт, а стоимость электроэнергии без субсидий опустится до 4,5 центов за кВтч для самых солнечных территорий (юг США, Австралия, Ближний Восток и др.) и до 6,5 центов за кВтч для умеренно солнечных территорий (Центральная Европа, большая часть территории США). И это еще не предел, считают приверженцы солнечной энергетики.

Когда объемы генерации удвоятся еще четыре раза, то солнечная энергия обеспечит 16% мировых потребностей в энергии. В этом случае стоимость упадет до 3-4,5 центов за кВтч.

Аренда солнечных панелей Tesla

Tesla, компания знаменитого Илона Маска, «топит» за скорейшее распространение солнечных элементов электропитания, наверно, сильнее всех остальных. Дело в том, что еще пару-тройку лет назад Tesla пыталась запустить сервис по аренде солнечных панелей для питания домов. Тогда в силу ряда причин (в первую очередь, из-за невыгодности), программу пришлось свернуть. Но сейчас компания возвращается на рынок с очень «вкусным» предложением: всего за 50 долларов в месяц можно арендовать солнечные панели Tesla.

Как работает программа по аренде солнечных батарей

Все выглядит довольно привлекательно. Для обустройства жилых домов у компании Tesla есть специальная тарифная сетка (о которой чуть ниже). После заказа клиент получает абсолютно бесплатно набор солнечных панелей и все необходимое для подключения к электросети дома оборудование, услуги по монтажу этого самого оборудования и круглосуточную техподдержку. Также в случае неисправностей, произошедших не по вине пользователя, инженеры Tesla бесплатно произведут замену и ремонт требуемых деталей.

На данный момент перейти на «чистую энергию» могут жители штатов Аризона, Калифорния, Коннектикут, Массачусетс, Нью-Джерси и Нью-Мексико. Стоимость аренды солнечных панелей начинается от 50 долларов США в месяц (в зависимости от размера самих панелей). Маленький комплект рассчитан на 3,8 кВт, а два других - средний и большой - на 7,6 кВт и 11,4 кВт соответственно. В компании Илона Маска даже любезно подсчитали выгоду от установки солнечных панелей в каждом штате.

Стоимость аренды панелей Tesla:

Штат	Абонентская плата	Генерация электроэнергии в год	Предположительная выгода
Аризона	$50	$700	$650
Калифорния	$50	$600	$550
Коннектикут	$50	$550	$500
Массачусетс	$50	$500	$450
Нью-Джерси	$50	$650	$600
Нью-Мексико	$50	$750	$700

В чем подвох?

Во-первых, крайне странно, что на сайте Tesla не упоминается стоимость аренды среднего и большого комплектов, а при попытке заказа сайт выдает полную стоимость оборудования. Но если исходить из нее, то аренда среднего и большого комплектов обойдется в примерно 100 и 150 долларов соответственно (но это лишь наши догадки).

Во-вторых, если вы решите прекратить свое сотрудничество с Tesla и захотите, чтобы солнечные панели и оборудование были удалены, вы должны будете заплатить Tesla 1500 долларов за демонтаж оборудования. Более того, компания не указывает, что произойдет в том случае, если вы решите оставить солнечные панели себе. Некоторые эксперты предполагают, что в этой ситуации вам придется выкупить оборудование. А его стоимость, между прочим, начинается от 7000 долларов США (не включая налоги). Так что установка солнечных панелей может оказаться не такой уж выгодной, как кажется на первый взгляд.

Новости по теме: Солнечные панели смогут вырабатывать электричество, используя снег.