Норт-Палм-Бич, Флорида – 9.3кВт PCM Solar, Renogy и SolarEdge, построенные Coronado Solar

Имеет ли смысл солнечная энергия для моей крыши?

Солнечная энергия для жилых домов — это крупный бизнес: 2099 МВт по цене около 3,60 доллара за ватт означают 7,6 миллиарда долларов продаж в США в 2015 году. SolarCity, крупнейший национальный установщик, выполняющий около 34% всех установок для жилых домов, является одной из тысяч компаний-установщиков. Только в моем родном штате Массачусетс более 400 компаний и 15 000 сотрудников задействованы в цепочке поставок солнечной энергии. По всей территории США в солнечной энергетике занято больше сотрудников (более 200 000 на данный момент), чем в нефтяной отрасли. И, конечно же, недавно мы преодолели отметку в 1 000 000 установок солнечных батарей в жилых домах США. Возможно, вы один из многих, кто рассматривает эти инвестиции. Давайте углубимся в дьявольские детали…

Если вы рассматриваете возможность установки солнечных батарей, получите предложение от нескольких подрядчиков на understandsolar.com. Если вы хотите получить отзыв о полученном предложении – напишите мне по электронной почте john @ 9to5mac dot com или отправьте твит.

Начнем!

Хотя Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии считает, что США могут получать 40% своей электроэнергии с крыш – по их оценкам, только 22-27% крыш жилых домов имеют потенциал для солнечной энергии. Вопросы, которые вам следует рассмотреть, следующие:

• Насколько сложна ваша крыша?
• В каком направлении ориентирована ваша крыша и каковы углы наклона кровельных поверхностей?
• Из какого материала сделана ваша крыша?
• Какова ситуация с затенением? Можете ли вы повлиять на это, срубив деревья и т.д.?
• Сколько лет вашей крыше?
• Может ли конструкция выдержать дополнительный вес?
• Сколько солнечной энергии вы можете разместить на крыше?

Инструменты для расчета размеров

Вам следует ознакомиться с PVWatts – этот инструмент разработан Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL). Прогноз производства электроэнергии PVWatts, вероятно, потребуется при подаче заявки на подключение (подключение вашей солнечной энергетической системы к более крупной энергосети). Если вы хотите углубиться в детали – выбор модулей и инверторов – вы можете использовать такой инструмент, как Helioscope. Цель этих двух инструментов – помочь вам лучше понять общее количество солнечных панелей, которое можно разместить на вашей крыше, и сколько электроэнергии эти модули будут производить.

Сложность крыши

Чрезмерно сложная крыша, как показано выше, хоть и красива, не всегда способствует установке солнечных панелей. Многочисленные пики и впадины уменьшают количество доступного непрерывного полезного пространства. Солнечный модуль имеет размер около 5 футов на 3 фута, и идеальное минимальное пространство должно вмещать 10-20 модулей (200-400 кв. футов). Сложные крыши увеличивают время, необходимое установщикам для планирования, и усложняют прокладку кабелепроводов (кабелепровод содержит медную проводку, соединяющую модули с вашей электрической панелью) – это дополнительное время и оборудование повлияют на вашу стоимость.

Направление крыши:

В дополнение к сложности крыши важны направление, в котором она ориентирована, и углы наклона. Крыша, смотрящая на восток или запад, будет производить до 15% меньше электроэнергии, чем крыша, смотрящая строго на юг, как показано на изображении выше. Ваш первый выбор всегда – строго на юг. Если вам приходится выбирать между востоком и западом – в настоящее время существует потребность в большем количестве крыш, смотрящих на запад, из-за роста потребления электроэнергии вечером. Этот спрос на западное направление может измениться по мере того, как стимулы и аккумуляторные системы станут популярными. В последнее время много написано на эту тему.

Угол наклона вашей крыши также играет роль – хотя и меньшую. Разница между крышей с углом 5° и 30° составляет 10% в производстве, однако переход от 30° к 40° или от 30° к 20° дает лишь около 1% разницы. Отличное техническое описание этого можно найти на хорошо названном веб-сайте SolatPanelTilt.com. Конечно, угол наклона вашей крыши не может измениться – это зависит от того, как построен ваш дом. Если у вас крыша с углом 5° или плоская, то обязательно инвестируйте в монтажную систему, которая наклонит ваши модули ближе к 20%. Повышение производства на 10% за весь срок службы компенсирует ожидаемое увеличение цены примерно на 0,10-25 центов/Вт. Если ваша крыша имеет угол более 15-20°, то я бы порекомендовал придерживаться этого угла, так как увеличение высоты также увеличивает воздействие ветра на вашу систему – и это увеличение не стоит тех 1-2°, которые вы получите.

Материал крыши:

Изображение слева показывает типичное соединение на крыше из битумной черепицы – L-образная опора, расположенная на плоской алюминиевой накладке с большим количеством силиконового герметика. Эти L-образные опоры являются основой, на которой вы строите полноценную систему крепления для солнечных модулей. Именно здесь требуется тщательная работа, чтобы не было протечек. Справа вы видите аналогичный процесс с крышей из испанской черепицы. Испанская черепица и дранка более хрупкие, чем битумная черепица, и их необходимо снимать, а затем устанавливать заново. Эта хрупкость означает, что во время строительства, чтобы не повредить кровельный материал, ваше передвижение по крыше должно быть медленнее. Замена материала и медленное передвижение могут добавить от 10% до 25% к стоимости монтажных работ.

Затенение

Очевидно, вы хотите, чтобы ваши солнечные модули получали как можно больше солнечного света. Если у вас широкая открытая территория – без деревьев, простая крыша и нет близлежащих строений, то вы можете пропустить этот раздел. Отличный инструмент для начала, если вы находитесь в подходящем районе, это Project SunRoof от Google, который показывает, сколько солнечного света будет получать ваша крыша с точки зрения спутников. В противном случае, поднимитесь по лестнице или на близлежащий холм/дерево в солнечный день и осмотритесь.

Если у вас все же есть тени, то хорошее планирование может сделать солнечную систему финансово выгодной для вас. Жилая солнечная энергетическая система будет иметь две или три «струны» солнечных модулей – струна это группа солнечных модулей, соединенных одним проводом. При использовании стандартного солнечного инвертора тень на одном солнечном модуле повлияет на все солнечные модули в этой же струне. В настоящее время у вас есть варианты.

В 2014 году около 55% жилых фотоэлектрических установок использовали ту или иную форму «электроники на уровне модуля». Эта электроника – такая как EnPhase, SolarEdge и Tigo – предлагает решения, которые уменьшают потери энергии в условиях сильного затенения. Журнал Photon (очень уважаемая группа по анализу солнечной энергетики) проанализировал SolarEdge в условиях затенения и обнаружил выгоду от 4,4% до чуть более 10% (в условиях сильного затенения). Если на большой площади крыши есть небольшая проблема с тенью, попросите вашего дизайнера солнечных систем предоставить отчет о производстве с учетом тени и обычного инвертора, а затем анализ с использованием продукта типа электроники на уровне модуля. Сравните стоимость модернизации с дополнительной выработанной энергией – и вы узнаете, можно ли решить ваши проблемы с тенью или их следует просто избегать.

Возраст крыши

Из всех частей установки солнечной энергии – ситуация с кровлей та, которая требует наибольшей «интуиции». Система солнечной энергии легко может прослужить 40 лет. Как правило, на крыше, гарантия на которую истекла и которая имеет проблемы с протечками, не следует устанавливать солнечные батареи. Перемещение панелей для устранения протечки или снятие и повторная установка модулей при замене крыши требует дополнительных затрат. Чтобы добавить сложности – солнечные модули продлевают срок службы крыши и снижают температуру под ними на 30-50°F. Ваше решение по ситуации с кровлей будет сильно зависеть от вашего уровня комфорта с домашним ремонтом.

Где-то через 10-12 лет эксплуатации 20-25-летней крыши я начинаю советовать обычному домовладельцу проверить крышу. Пригласите профессионала, чтобы он осмотрел чердак на предмет протечек, плесени и гнили, а также проверил черепицу на наличие повреждений. 15- или 20-летняя крыша иногда может прослужить еще 15 или 20 лет – талантливый кровельщик может это обеспечить. Некоторые черепичные крыши прослужат 35 и более лет, а некоторые металлические крыши – 50 лет и более.

Несущая способность крыши

Если вы действительно хотите углубиться в науку о несущей способности – копайте глубже! По сути, это чисто инженерный вопрос – и в рамках процесса получения разрешений вам потребуется провести структурный анализ, выполненный профессиональным инженером (PE). Большинство современных крыш жилых домов обладают необходимой структурной прочностью, чтобы выдержать вес солнечной установки. Солнечные модули и крепления для их удержания добавляют около 3 фунтов/кв. фут к весу крыши. Этот вес примерно эквивалентен слою черепицы. Если у вас есть доступ к оригинальным архитектурным/инженерным чертежам – поищите в документах термин «несущая способность». Если ваша доступная несущая способность превышает 3 фунта/кв. фут – и вы не планируете устанавливать что-либо еще, то солнечная энергия подходит с точки зрения веса.

Производственная мощность крыши

Вопрос «Сколько солнечной энергии можно разместить на моей крыше?» значительно упростился благодаря современным программным инструментам. PVWatts и Helioscope – это те два, с которыми я наиболее знаком. Если вы действительно хотите углубиться в покупку солнечной энергии, создайте учетную запись на Helioscope. Программное обеспечение бесплатно в течение тридцати дней, и вы сможете завершить свой проект за гораздо меньшее время. Вероятно, вам захочется записаться на часовой вебинар – вводного вебинара будет достаточно, чтобы вы могли сделать проект, который поможет вам в обсуждениях с подрядчиками.

Солнечный модуль для жилых домов имеет размеры примерно 6 футов на 2,5 фута (модули коммерческого размера – 6 футов на 3 фута). Эмпирическое правило, которое я использую, заключается в том, что одному солнечному модулю требуется 20 квадратных футов пространства. Пространство, необходимое для этих солнечных модулей, также желательно сгруппировать – минимум четыре или шесть модулей – чтобы максимизировать время, проведенное на крыше (и минимизировать количество отверстий в вашей крыше).

Как только вы получите представление о количестве модулей, которые вы можете разместить – умножьте это число на 250 ватт. 250 Вт – это примерно самый маленький размер модуля, который вы найдете сегодня для жилой установки. Среднее потребление электроэнергии для бытового потребителя в США составляет около 10 932 кВтч/год – и поскольку один солнечный модуль мощностью 250 Вт будет производить от 280 до 450 кВтч/год, это означает, что вам потребуется от 24 до 38 солнечных модулей, чтобы свести ваши счета к нулю. А 24–38 модулей, по 20 кв. футов каждый, означают, что потребуется от 480 до 760 кв. футов пространства. Конечно, это число ОЧЕНЬ приблизительное. Ваше потребление электроэнергии и географическое положение повлияют на ваши потребности и на выходную мощность солнечных модулей.

В следующем посте мы расскажем о том, как определить необходимое количество солнечной энергии, какое оборудование следует рассмотреть и каковы финансовые аспекты установки солнечных батарей. И, пожалуйста, в комментариях задавайте вопросы, оставляйте замечания и публикуйте фотографии, так как этот пост является развивающимся, живым инструментом, который будет обновляться.