Оценка размера вашей солнечной электрической системы

Фермы требуют много энергии для выполнения повседневных задач. Электроэнергия — это простой и чистый вариант для выполнения многих энергоемких работ. Производство возобновляемой энергии на ферме с помощью солнечных электрических систем может стабилизировать и снизить годовые затраты на энергию для фермы. Прежде чем инвестировать в систему, важно понять объем и масштаб солнечной электрической системы, которая потребуется для достижения ваших целей. Правильный размер будет соответствовать потребностям фермы в электроэнергии для эффективной и недорогой солнечной электрической системы.При рассмотрении солнечной электрической системы на ферме, первая цель состоит в том, чтобы точно оценить ваше потребление электроэнергии и определить, какой размер солнечной электроэнергии может быть разработан для удовлетворения части или всего использования. Большинство разработчиков и установщиков солнечных электростанций предлагают услуги по подбору системы для вашей фермы на основе своего опыта и измерений на месте. Вы можете использовать следующую информацию, чтобы понять подход разработчика и/или провести собственную оценку размеров.

Рассмотрите возможность проведения энергоаудита

Генерация солнечной энергии на ферме заключается в сокращении количества электроэнергии, которую вы покупаете у коммунальных предприятий. Прежде чем инвестировать в солнечную электрическую систему на ферме, вы должны провести оценку энергопотребления, чтобы определить стратегии по сокращению энергопотребления и интегрировать методы повышения энергоэффективности. Энергетический аудит фермы или сельскохозяйственного предприятия следует рассматривать как часть процесса. Энергетический аудит обычно может быть проведен вашим местным поставщиком электроэнергии или рекомендованной консалтинговой фирмой. В некоторых случаях стоимость энергетического аудита может быть возмещена вашим местным поставщиком услуг, поскольку многие из них поддерживают снижение пиковых потребностей своих клиентов в электроэнергии. Энергоаудит выявляет неэффективное использование энергии и/или время пиковых нагрузок в бизнесе. Оба подхода могут дать некоторую экономию энергии.

Понимание вашего использования

Сбор данных важен для того, чтобы знать, с чего начать. Ваши собственные данные об использовании электроэнергии являются наиболее ценными, потому что особенности вашей фермы уникальны для правильного расчета солнечной генерации электроэнергии. Соберите все свои счета за электричество за последние 12 месяцев и оцените каждый из них. У вас может быть счет с конкретными данными электросчетчиков для различных частей дома, фермы или сельскохозяйственного предприятия. Найдите раздел счета, в котором указано количество использованных киловатт-часов (кВтч). Запишите на листе бумаги или в электронной таблице название первого месяца и количество кВтч, использованное в течение этого месяца.Сделайте это за предыдущие 12 месяцев, вплоть до текущего месяца. Вы можете начать видеть тенденции и отношения, характерные для вашего бизнеса, связанные с использованием электроэнергии. Сложите общее количество киловатт-часов за эти 12 месяцев, чтобы рассчитать количество киловатт-часов, которые вы использовали в течение этого 12-месячного периода. Получив общую сумму, разделите ее на 12. Это даст вам среднемесячное потребление кВтч в год для этого электросчетчика.

Например, на рис. 1 показано ежемесячное использование кВтч на небольшом предприятии по разведению свиней и коз в южном Огайо с опоросом, питомником и помещением для выращивания коз. В этом примере среднемесячное потребление за 12 месяцев составляет 2705 кВтч. Вентиляторы используются в течение всего года, обогреватели в каждом коровнике и несколько обогревательных ламп осенью и зимой, что способствует пиковому потреблению электроэнергии в размере 5 200 кВтч в январе.

Если у вас нет счетов за электроэнергию за последние 12 месяцев, вы можете связаться со своим поставщиком электроэнергии, и они помогут определить ваше ежемесячное и годовое потребление кВтч.

Журнал энергии фермы

Еще один способ понять, как вы используете электроэнергию, — это вести журнал энергопотребления. Журнал энергопотребления — это запись количества энергии, использованной на вашей ферме или в вашем бизнесе в течение определенного периода времени. Журнал энергии фермы ничем не отличается от отслеживания ваших расходов для увеличения сбережений или подсчета калорий для похудения. Это запись об электрических устройствах, которые вы используете, о том, как долго вы их используете, и о скорости, с которой устройство потребляет электричество. Электродвигатель или оборудование обычно оцениваются по потребляемой мощности. Простое уравнение используется для определения ватт-часов, даже если ватты не указаны на устройстве. Устройство работает, используя определенное количество ампер. Уравнение ампер х вольт = ватт может быть использован. Если устройство работает на 5 ампер и подключено к электрической цепи 120 вольт, мощность равна 600 ваттам. Если устройство на 600 ватт используется в течение 125 часов в год, годовое потребление составляет 75 кВтч (600 ватт X 125 часов/1000 = 75). кВтч).Также существует множество простых недорогих устройств, которые можно использовать для измерения энергопотребления непосредственно в розетке или цепи.

Журнал энергопотребления будет использоваться для записи нескольких устройств, используемых на ферме или в сельскохозяйственном бизнесе. Важно, чтобы количество использованной энергии отслеживалось в дополнение к стоимости единицы энергии. Стоимость единицы энергии можно определить из ежемесячного счета за электроэнергию, разделив сумму счета на кВтч, использованные в течение расчетного периода, или связавшись с поставщиком электроэнергии. Журнал энергопотребления фермы представляет собой простую процедуру. Вы можете начать прямо сейчас или подумать о сборе прошлых счетов и вводе старых данных. В Приложении A представлен образец журнала энергопотребления, измененный из E3A Изучение энергоэффективности и альтернатив Инструментарий для преподавателей которые вы можете использовать на своей ферме или в бизнесе (Университет штата Вайоминг и Университет штата Монтана, 2011 г.). Журнал энергопотребления также может помочь вам учесть будущие расширения ваших сельскохозяйственных операций, которые могут увеличить потребление электроэнергии. Предлагаемые расширения могут включать добавление оборудования, потребляющего электроэнергию, которое может иметь спецификации, описывающие потребление электроэнергии на устройство.

Сколько электроэнергии вы хотите компенсировать?

При разработке солнечной электрической системы на ферме цель состоит в том, чтобы частично или полностью компенсировать годовой спрос вашей фермы на электроэнергию. В штате Огайо инструмент политики под названием нетто-счетчики поддерживает развитие внутрихозяйственных энергетических систем. Чистый учет — это механизм выставления счетов, при котором потребители, производящие электроэнергию самостоятельно, могут получить кредит на свои счета за электроэнергию за любую дополнительную электроэнергию, произведенную потребителем, которая возвращается в систему распределения электроэнергетической компании. Излишние кредиты на выработку энергии могут накапливаться до тех пор, пока они не будут использованы для покрытия будущих расходов на счет за электроэнергию клиента. По состоянию на 2013 год 43 штата внедрили политику чистых измерений. Политика чистых измерений штата Огайо применяется к коммунальным предприятиям штата, принадлежащим инвесторам, и не имеет определенного ограничения мощности.В соответствии с Административным кодексом штата Огайо (OAC 4901: 10-28) система учета электроэнергии должна быть спроектирована таким образом, чтобы компенсировать часть или все потребности клиента в электроэнергии, но не превышать использование в течение 12 месяцев. Сельские электроэнергетические кооперативы и муниципальные электроэнергетические компании не обязаны проводить чистые измерения (Комиссия по коммунальным предприятиям штата Огайо, 2014 г.). Хотя это и не требуется по закону, многие сельские электроэнергетические кооперативы и муниципальные коммунальные предприятия Огайо предлагают чистые измерения, но могут иметь ограничения по мощности в зависимости от размера системы. Ограничение мощности будет ограничивать количество электроэнергии, которую потребитель может производить и возвращать в распределительную систему коммунального предприятия. Свяжитесь с вашим сельским электроэнергетическим кооперативом или муниципальной коммунальной службой, чтобы узнать подробности об их программах.

При принятии решения о том, сколько электроэнергии производить для компенсации спроса на электроэнергию, следует учитывать несколько факторов. Например, некоторые фермы могут иметь цель компенсировать 100% своих потребностей в электроэнергии за счет системы генерации на месте. Однако цель компенсировать 100% может быть ограничена такими факторами, как требуемые капиталовложения или пространство для разработки, доступное для солнечных электрических панелей. Еще одним соображением, которое может повлиять на ваши цели компенсации, является изменчивость ваших потребностей в электроэнергии. Подумайте о сушке зерна и о том, как в некоторые годы мы сушим много зерна для надлежащего хранения, в то время как в другие годы нам может не понадобиться сушить так много из-за севооборота или естественной сушки, которая происходила перед сбором урожая в поле. Кроме того, поскольку в штате Огайо применяется чистое измерение, вы будете получать меньше за электроэнергию, которая подается в сеть и отключается в последующие месяцы, чем за электроэнергию, вырабатываемую и используемую при ее производстве. Например, система солнечной энергии, используемая для компенсации сушки зерна за один месяц, может быть не такой экономичной, как солнечная энергия, используемая для компенсации постоянной базовой нагрузки, такой как вентиляторы, освещение или охлаждение.Чтобы учесть эту изменчивость, обязательно посмотрите на свои текущие счета и отметьте пики и впадины. Краткий обзор факторов, которые могут повлиять на размер вашей солнечной электрической системы, включает:

• Сколько денег я должен инвестировать в солнечную электрическую систему?
• Сколько места у меня есть для разработки?
• Есть ли у моего поставщика коммунальных услуг ограничения мощности, ограничивающие размер моей системы?
• Есть ли у меня планы на будущее по расширению фермы с добавлением оборудования или зданий, требующих электричества?
• Является ли мое потребление электроэнергии достаточно постоянным или переменным?

Хотя вы можете захотеть генерировать всю свою электроэнергию с помощью солнца, многие владельцы солнечных электрических систем начинают с небольшой системы в дополнение к своему основному источнику электроэнергии. Небольшая система означает меньшие первоначальные затраты и возможность оценить, сколько генерирующих мощностей необходимо (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 2002 г.). Кроме того, генерация доли вашего потребления более экономична в расчете на кВтч, чем генерация, близкая к 100% вашего использования.

Ежедневная солнечная радиация

Есть несколько факторов, которые определяют солнечное излучение для вашего местоположения. Основными факторами являются местоположение на земле (широта и долгота), время года, время суток, климат (погодные условия) и загрязнение воздуха. Единицей измерения солнечной радиации является кВтч/м²/сутки.

В Огайо максимальное излучение в июне (кВтч/м²/день) для плоских коллекторов, обращенных на юг с наклоном по широте в различных местах, составляет: 5,7 (Толедо), 5,3 (Янгстаун), 5,5 (Акрон), 5,5 (Мэнсфилд), 5,5 (Кливленд), 5,4 (Колумбус) и 5,6 (Дейтон). В июне наблюдается максимальный уровень радиации из-за длины светового дня и ориентации солнца на поверхность земли. Уровень радиации для Толедо в декабре и январе составляет 2,2 и 2,8 соответственно. Среднегодовая радиационная мощность Толедо для указанного коллектора составляет 4,4. Основываясь на некоторых примерах в Огайо, хорошая оценка состоит в том, что вы можете ожидать 1100 кВтч на установленный кВт солнечной энергии в год в Огайо.

Шаги для оценки размера системы

Размер солнечной электрической системы можно оценить, используя данные, собранные о предлагаемом участке, ежемесячном использовании кВтч и мощности солнечной панели. Следующие шаги были изменены из информационного бюллетеня Министерства энергетики США под названием Как определить размер солнечной электрической системы, подключенной к сети и преобразует ваши данные в расчеты для оценки размера солнечной электрической системы.

1. Определите годовое потребление энергии из своего счета за коммунальные услуги (кВтч).
2. Вычтите кВтч, который вы устраните с сохранением и энергоэффективностью (кВтч).
3. Разделите на 1100 кВтч/год на установленный кВт. Это представляет собой систему, обеспечивающую 100% вашей электроэнергии (кВт).
4. Умножьте на процент электроэнергии, которую вы хотели бы получать с использованием солнечной энергии (кВт).
5. Умножьте на 1000, чтобы получить размер в ваттах (Вт).
6. Умножьте на 1,2 коэффициент неэффективности системы (Вт).
7. Разделите это число на пиковую выработку энергии солнечными панелями, которые вы рассматриваете (например, 250 Вт).

Используя пример работы с небольшими свиньями и козами в южном Огайо, на диаграмме 1 показан 7-шаговый процесс для оценки размера солнечной электрической системы в Огайо. Как показано на рис. 1, среднемесячное потребление кВт·ч за 12-месячный период на этой ферме составляет 2 705 кВт·ч, в общей сложности 32 460 кВт·ч в год.

Используя правый столбец, вы можете использовать расчеты примера с вашими конкретными данными. После того, как у вас будет предполагаемый размер вашей системы, как указано в шаге 4 выше (22,4 кВт), вы можете использовать онлайн-калькуляторы для дальнейшей оценки производительности системы. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) разработала инструмент электронного проектирования под названием «Калькулятор PVWatts» (pvwatts.nrel.gov). Калькулятор PV Watts Calculator использует спутниковые снимки вашего адреса и позволяет наложить потенциальную систему солнечной энергии на участок. Калькулятор также предоставляет ежемесячную оценку кВтч, которые будет генерировать ваша система.На Рисунке 2 показано наложение потребляемой и вырабатываемой электроэнергии для примера с небольшим свинарником и козлятником, рассчитанное с помощью калькулятора PVWatts. Это помогает проиллюстрировать, как работает чистое измерение, поскольку система будет производить больше электроэнергии, чем потребляет коровник в летние месяцы, и будет получать кредит за избыточную выработку, которую можно восстановить в зимние месяцы, когда потребление выше. Однако важно помнить, что по истечении 12 месяцев вы должны быть нетто-пользователем электроэнергии, а не ее производителем.

Сколько места мне понадобится?

Как обсуждалось ранее, одним из факторов, который может ограничить количество электроэнергии, компенсируемой солнечной электрической системой на ферме, является количество места, доступного для развития. Чтобы рассчитать площадь необходимой солнечной электрической системы, умножьте количество панелей, рассчитанное выше, на площадь каждой панели (длина х ширина). Умножьте это число на 1,05, чтобы учесть расстояние между панелями. Это площадь крыши или площадь земли, которая потребуется для количества панелей, рассчитанного выше. В качестве общего руководства для солнечной электрической системы потребуется 100 квадратных футов крыши (или площади во дворе) на каждый киловатт (кВт) произведенной электроэнергии (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 2009 г.).Ознакомившись с данными и шагами по оценке размера системы, вы сможете более точно представить, как панели разных размеров повлияют на общую занимаемую площадь, необходимую для разработки.

Например, шаг 7 в этом примере рекомендует разделить общую мощность системы на пиковую мощность солнечной панели. В этом примере мы использовали панели мощностью 250 Вт, что предполагает, что системе потребуется 107 панелей. Для сравнения, как показано на диаграмме 2, если в этом примере заменить панели мощностью 140 Вт, системе потребуется 192 панели. Как обсуждалось в этом примере, если пространство является потенциальным ограничивающим фактором для размера вашей системы, вы можете уменьшить площадь, занимаемую системой, увеличив эффективность ваших панелей или изменив процент электроэнергии (шаг 5), чтобы компенсировать ее с системой на ферме. .

Резюме

Используя шаги, описанные в этом информационном бюллетене, вы получите общую оценку размера солнечной электрической системы, необходимой для удовлетворения ваших потребностей. Эти шаги предназначены для того, чтобы помочь вам лучше понять факторы, влияющие на размер системы, но они не должны быть единственным источником, используемым для определения размера системы. Для подтверждения ваших прогнозов можно использовать множество онлайн-инструментов и системных калькуляторов. В конечном счете, разработчик/установщик солнечной электростанции может провести анализ, который будет учитывать больше деталей и создавать более комплексный дизайн системы.

Дополнительные ресурсы

• Набор материалов для преподавателей по изучению энергоэффективности и альтернатив E3A — e3a4u.info
• Energize Ohio: инструменты для использования возобновляемых источников энергии на фермах—energizeohio.osu.edu/farm-renewable-energy-development
• Калькулятор мощности фотоэлектрических модулей NREL — pvwatts.nrel.gov
• Инструмент электронной таблицы стоимости возобновляемых источников энергии (CREST) ​​NREL—financere.nrel.gov/finance/content/crest-cost-energy-models

использованная литература

• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. (2002, август). Как определить размер солнечной электрической системы, подключенной к сети. Произведено для Министерства энергетики США. МЭ/ГО-102002-1607.
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. (2009). Владейте своей силой! Руководство для потребителей по солнечной электроэнергии для дома. Министерство энергетики, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США. Министерство энергетики США.
• Комиссия по коммунальным предприятиям штата Огайо. (2014). Часто задаваемые вопросы о чистом измерении. Получено из Комиссии по коммунальным предприятиям штата Огайо, март 2014 г.: puco.ohio.gov/puco/index.cfm/consumer-information/consumer-topics/net-metering-faq/
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. (1994). Руководство по данным солнечного излучения для плоских и концентрирующих коллекторов. Министерство энергетики, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США. Министерство энергетики США. rredc.nrel.gov/solar/pubs/redbook/
• Университет Вайоминга и Университет штата Монтана. (2011, октябрь). E3A Изучение энергоэффективности и альтернатив Инструментарий для преподавателей. E3A-SE9. Получено из рабочего листа Solar Electricity—Electricity Use Worksheet за март 2014 г.: e3a4u.info/wp-content/uploads/SolarElectric-step9.pdf.