ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЪЕКТА МИКРОГЕНЕРАЦИИ НА ОСНОВЕ ПРИЗМАТИЧЕСКОГО СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ

УДК 621.311.6:621.383
DOI 10.57112/E251-816

Доставалов Никита Александрович

Аннотация:
В статье представлены результаты исследования экономической и технической эффективности внедрения инновационного объекта микрогенерации на основе солнечного модуля призматического типа в условиях сельскохозяйственного предприятия Алтайского края. Целью работы являлась сравнительная оценка традиционной и призматической конструкций солнечных электростанций (СЭС). В ходе эксперимента, проводившегося с сентября 2025 года, подтверждены основные преимущества призматического модуля: увеличение продолжительности эффективной генерации в течение суток на 70-80% и рост общей суточной выработки на 25-35% по сравнению с классической системой. Полученные данные формируют основу для оценки срока окупаемости подобных проектов в условиях специфических региональных тарифов. Результаты работы подтверждают перспективность технологии для повышения энергоэффективности и энергонезависимости предприятий в сельской местности.

Ключевые слова: микрогенерация, солнечная энергетика, призматический модуль, распределенная энергетика, сельскохозяйственное предприятие, экономическая эффективность, Алтайский край.

ASSESSMENT OF THE EFFICIENCY OF A MICROGENERATION FACILITY BASED ON A PRISMATIC SOLAR MODULE

Author: Nikita Alexandrovich Dostavalov

Abstract:
The article presents the results of a study of the economic and technical efficiency of implementing an innovative microgeneration facility based on a prismatic solar module at an agricultural enterprise in the Altai Territory. The purpose of the work was a comparative assessment of traditional and prismatic designs of solar power plants (SPP). During the experiment, which began in September 2025, the main advantages of the prismatic module were confirmed: an increase in the duration of effective generation during the day by 70-80% and an increase in total daily output by 25-35% compared to the classical system. The obtained data form the basis for assessing the payback period of such projects under specific regional tariff conditions. The results of the work confirm the promise of the technology for improving energy efficiency and energy independence of enterprises in rural areas.

Keywords: microgeneration, solar energy, prismatic module, distributed energy, agricultural enterprise, economic efficiency, Altai Territory.

 Согласно данным Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA), сектор возобновляемых источников энергии (ВИЭ) обеспечивает более 16 млн рабочих мест по всему миру, а рост установленной мощности продолжает бить рекорды, во многом благодаря снижению стоимости технологий и внедрению цифровых решений для управления энергосистемами [1].

В Российской Федерации потенциал ВИЭ, особенно солнечной генерации, огромен, однако темпы её внедрения остаются относительно невысокими. Несмотря на создание правовой основы в виде Федерального закона № 471-ФЗ «О микрогенерации», на пути массового распространения технологии стоят существенные барьеры: высокая стоимость финансирования, административные сложности и неразвитость инфраструктуры поддержки [2].

В условиях, когда традиционные наземные солнечные электростанции (СЭС) требуют значительных земельных площадей и капитальных вложений, актуальной задачей становится поиск и апробация компактных, эффективных и адаптированных к местным условиям решений. Одним из перспективных направлений является разработка инновационных конструкций фотоэлектрических модулей, позволяющих повысить удельную выработку без увеличения установленной мощности. К таким решениям относится энергетический модуль призматического типа, конструкция которого предполагает вертикальное размещение панелей по периметру, обеспечивая приём солнечного излучения с разных сторон горизонта.

Целью настоящего исследования является комплексная оценка экономической и технической эффективности внедрения объекта микрогенерации на основе солнечного модуля призматического типа для сельскохозяйственного предприятия в Алтайском крае.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1.    Анализ глобальных и региональных трендов микрогенерации для выявления барьеров и возможностей в Алтайском крае.
2.    Разработка методологии сравнительного анализа затрат и моделирования ключевых показателей эффективности (КПЭ) объектов микрогенерации.
3.    Описание инженерно-технических решений по интеграции призматической СЭС в действующую систему электроснабжения сельхозпредприятия.
4.    Предварительная оценка эффективности призматического модуля на основе данных его экспериментальной эксплуатации (сентябрь–декабрь 2025 г.) в сравнении с классической СЭС.

Научная новизна работы состоит в проведении натурного эксперимента, по сравнительной оценке, эффективности инновационного призматического модуля в реальных условиях эксплуатации сельхозпредприятия, расположенного в зоне с характерными для юга Западной Сибири климатическими и тарифными условиями.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности их использования для обоснования инвестиционных решений по внедрению микрогенерации в агропромышленном комплексе, а также для разработки рекомендаций по адаптации подобных технологий для других регионов России.

Согласно отчету Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA) Global Renewable Energy Trends 2024-2025, мировая установленная мощность возобновляемых источников энергии достигла рекордных значений - более 4443 ГВт. Этот сектор обеспечивает 16,2 млн рабочих мест по всему миру. Ключевым трендом является снижение стоимости генерации и широкое внедрение цифровых решений для управления энергосистемами. Эти данные указывают на то, что микрогенерация является не локальным явлением, а частью общемирового технологического и экономического сдвига.

Россия обладает огромным потенциалом для развития возобновляемой энергетики, но, темпы её внедрения остаются невысокими. Согласно отчету Министерства энергетики РФ (Прогноз развития энергетики мира и России 2024) основными препятствиями являются высокая стоимость кредитов, административные барьеры и отсутствие полноценной законодательной базы.

Анализируя развитие микрогенерации в мире, следует учитывать то, что ситуация в России имеет свою специфику. С одной стороны, Федеральный закон № 471-ФЗ «О микрогенерации» создал правовую основу для развития сектора, разрешив продажу излишков электроэнергии в сеть для установок мощностью до 15 кВт. Однако, как отмечают эксперты, на пути массового внедрения существуют барьеры:

•  Высокая стоимость финансирования: Лизинг для СЭС в России составляет 30-40% годовых, что является ключевым сдерживающим фактором. Для сравнения, в Армении внедрение льготного лизинга под 0-2% для юрлиц привело к трехкратному росту введенных мощностей за три года [2].
•  Потенциал рынка: По косвенным оценкам, частные СЭС в России составляют около 200 МВт. Эксперты полагают, что при нормализации условий финансирования рынок микрогенерации мог бы достичь 28 ГВт, что составило бы 10-11% от общей мощности генерации в стране [2].
•  Технологическое разнообразие: Помимо СЭС, перспективным направлением являются быстровозводимые энергетические комплексы, например, на базе паровых поршневых машин, способные работать на местном и альтернативном топливе [3].

Все эти проблемы характерны и для Алтайского края, особенно если речь идет о предприятиях в сельской местности, где цены на электроэнергию негативно влияют на все основные экономические показатели. Здесь основная проблема кроется в высокой стоимости подключения к электросети и повышенных тарифах для потребителей с низким напряжением (0,4 кВ). Из-за особенностей передачи и обслуживания сетей малые фермы и бизнес в сельской местности несут большие финансовые нагрузки, ухудшающие их конкурентоспособность. Традиционные наземные солнечные станции нуждаются в обширных площадях, что увеличивает начальные вложения и усложняет реализацию проектов. Такая ситуация особо критична для аграрного сектора Алтайского края, использующего низкие уровни напряжения, где повышение тарифов напрямую сказывается на рентабельности сельского предпринимательства [4].

Как было отмечено выше, цель исследования связана с оценкой экономической и технической эффективности внедрения призматического солнечного модуля как объекта микрогенерации климатических условиях в Алтайского края. Одним из результатов исследования должна быть количественная оценка экономического эффекта от внедрения объекта микрогенерации (солнечной электростанции призматического типа) для сельскохозяйственного предприятия, специализирующегося на овощеводстве.

Призматический модуль - это экспериментальная установка, состоящая из двух отдельно расположенных массивов солнечных панелей. Один из массивов - обычная, солнечная электростанция, второй - энергетический модуль выполнен в форме призмы, где солнечные панели размещены вертикально и обращены ко всем сторонам горизонта (юг, восток, север, запад). Такая конструкция отличается от традиционных солнечных электростанций, где панели монтируются наклонно (~53° для юго-западной Сибири) исключительно в южном направлении. Новая концепция позволяет эффективнее использовать солнечное излучение с разных направлений, что согласуется с тенденциями развития современной фотоэлектрической техники, включая бифациальные модули [5].

Объектами исследования являются:

·       Энергетическая система сельскохозяйственного предприятия.

·       Потребители: холодильное оборудование, системы орошения, вентиляции и прочие технологические процессы овощеводства (с сезонным пиком в летний период).
·       Генерирующий объект: солнечная электростанция (СЭС) призматического типа, подключенная к внутренней сети предприятия и к сетям общего пользования в рамках закона № 471-ФЗ «О микрогенерации».

Предполагается, что внедрение СЭС призматического типа позволит снизить совокупные затраты предприятия на электроэнергию за счет прямого замещения покупной электроэнергии из сети собственной генерацией. Кроме того, возможно получение дохода от продажи излишков выработанной электроэнергии в сеть по договору с гарантирующим поставщиком [6].

Сравнительный анализ затрат «до» и «после» в процессе эксперимента будет производиться в течении календарного года (для учета сезонной вариабельности выработки СЭС и потребления предприятия).

Анализ затрат за период «до» − это период, предшествующий установке СЭС. Источником данных в этом случае являются счета и фактуры от гарантирующего поставщика (энергосбытовой компании).

Рассчитываемые показатели:

Э_потр - общий объем потребленной электроэнергии за период (кВт×ч).

С_эл - общая сумма расходов на электроэнергию за период (руб.).

Т_ср - средневзвешенный тариф (С_эл / Э_потр, руб./кВт×ч).

График почасового/помесячного потребления (для оценки корреляции с генерацией).

Анализ затрат «после» − это прогноз или фактические данные о затратах после ввода СЭС в эксплуатацию.

Источником данных в этом случае являются данные мониторинга по выработке СЭС, климатические данные (статистика инсоляции для Алтайского края - до 1500 кВт×ч/кВт в год), а также договор с гарантирующим поставщиком (тариф, порядок сальдирования).

Рассчитываемые показатели за период:

W_сэс  - общая выработка СЭС (кВт×ч).

W_само - объем генерации, потребленный предприятием напрямую (самопотребление, кВт×ч).

W_изл - объем излишков, отданных в сеть (W_сэс - W_само, кВт×ч).

W_куп - объем электроэнергии, закупленной у сети (Э_потр - W_само, кВт×ч).

Доход продаж - выручка от продажи излишков (W_изл × Т_{покупки_сбыта}, руб.).

Расход_покупка - затраты на покупку энергии у сети (W_куп × Т_{продажи_сбыта}а, руб.).

Ключевым показателем по результатам эксперимента являются С_{эл_нов}  - новые чистые затраты на электроэнергию (Расход_покупка - Доход_продаж, руб.).

Расчет ключевых показателей эффективности (КПЭ) производился на основе следующих собранных данных:

Годовая экономия в абсолютном выражении: ΔС = С_{эл_баз} - С_{эл_нов}  (руб./год).

Степень снижения затрат: ΔС / С_{эл_баз} ×  100% (%).

Коэффициент самопотребления: K_само = W_само / W_сэс (доля собственной генерации, используемая на месте).

Срок окупаемости капитальных вложений (CAPEX): T_ок = Инвестиции_в_СЭС / ΔС (лет). Инвестиции включают стоимость оборудования, монтаж и подключение.

Расчет с учетом роста тарифов: Применение прогнозных индексов (например, +1,7% с 01.01.2026 и региональный индекс с 01.10.2026) для моделирования экономии в будущих периодах.

Схема сбора и обработки данных представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема сбора и обработки данных для анализа эффективности СЭС

Все массивы солнечных панелей подключены через диоды Шоттки, которые защищают панели от затенения и перегрева, а также обеспечивают гальваническую развязку цепочек.

После диодной защиты установлен автоматический выключатель для возможности оперативного отключения массива.

Гибридный инвертор мощностью 6,2 кВт обеспечивает работу системы в трёх основных режимах (рисунок 2):

1.    Гибридный режим: автоматическое переключение между солнечной энергией, сетью и аккумуляторами в зависимости от нагрузки и уровня генерации.
2.    Сетевой режим: при недостатке солнечной энергии система добирает необходимое количество электроэнергии из центральной сети.
3.    Резервный режим: при отключении центральной сети система мгновенно переходит на автономное питание от аккумуляторов и солнечных панелей.

Рисунок 2 - Схема подключения инвертора

Инвертор подключён к двум фазам электрической сети мастерской, питая технологическое оборудование, электроинструменты и систему отопления. Встроенный Wi-Fi-модуль позволяет вести удалённый мониторинг параметров системы через специализированное мобильное приложение.
Для реализации проекта был выбран гибридный инвертор ANENJI ANJ-6200W-48V-WIFI номинальной мощностью 6,2 кВт.

Непрерывный мониторинг системы посредством встроенного Wi-Fi-модуля инвертора велся с сентября 2025 года по январь 2026 г.  Данные передавались на облачный сервер и были доступны в реальном времени через мобильное приложение (рисунок 3). Мониторились следующие показатели:

•    напряжение и ток СЭС;
•    суточная и накопленная выработка;
•    уровень самопотребления и объём продажи излишков;
•    состояние аккумуляторов и нагрузка.

Рисунок 3 – Общий вид системы мониторинга в мобильном приложении

Подконтрольная эксплуатация объекта микрогенерации проводилась с сентября по декабрь 2025 года. Данный период характеризуется значительным снижением инсоляции и продолжительности светового дня, что позволяет оценить работу СЭС в наихудших для солнечной генерации условиях (осенне-зимний сезон). Мониторинг осуществлялся в режиме реального времени через Wi-Fi модуль инвертора, что обеспечило высокую достоверность данных.
Графики выработки электроэнергии в течении суток в солнечный и пасмурный дни приведены на рисунке 4. 

Рисунок 4 – Суточные графики данных при различных погодных условиях
 
Кроме того, одной из основных задач эксперимента было количественное сравнение суточной и общей выработки энергии инновационной призматической конструкцией и классической СЭС с углом наклона 50°. Результаты среднемесячной выработки приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнение среднемесячной выработки призматической и классической СЭС (кВт·ч)

Анализ почасовых данных (09:00, 13:30, 17:00) подтвердил ключевое инженерное преимущество призматической конструкции - расширенное время эффективной генерации. Так, например, по данным полученным 20.10.2025 г. видно, что призматический модуль начинал генерацию раньше и заканчивал позже, демонстрируя более равномерный график выработки в течение светового дня. В утренние и вечерние часы, когда солнце находится низко над горизонтом, вертикальные грани призмы (юго-восток, юго-запад) обеспечивали значительную генерацию, в то время как классическая панель была практически неактивна.

На основе полученных данных за 4 месяца выполнена экстраполяция экономического эффекта на годовой период для сельхозпредприятия (таблица 2).

Таблица 2 - Предварительный расчет экономических показателей 

Таким образом, призматическая СЭС продемонстрировала увеличение общей выработки в 4 раза по сравнению с классической системой эквивалентной установленной мощности, что превысило ожидаемые 25-35%. Это обусловлено как расширенным временем генерации, так и эффективной работой в условиях рассеянной освещённости. Даже в период низкой инсоляции система способна генерировать значимый объем энергии. Экстраполяция данных на годовой цикл показывает, что проект имеет положительный экономический эффект и срок окупаемости в пределах типичного для малой солнечной энергетики горизонта (2-2,5 года).

Важным фактом является и стабильность энергоснабжения. Более плавный график выработки призматического модуля снижает пиковую нагрузку на сеть предприятия и повышает надежность энергоснабжения за счет большего покрытия собственных нужд в течение всего дня.

Проведённое исследование и натурный эксперимент в реальных условиях сельскохозяйственного предприятия Алтайского края убедительно доказали высокую техническую и экономическую эффективность инновационного объекта микрогенерации на основе энергетического модуля призматического типа.

Подконтрольная эксплуатация энергетического модуля призматического типа не только подтвердила его работоспособность, но и экспериментально верифицировал его высокий экономический потенциал. Внедрение подобных решений вносит вклад в достижение целей энергетической стратегии России по развитию распределённой энергетики и может стать действенным инструментом повышения устойчивости и доходности сельского хозяйства.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Global Renewable Energy Trends 2024-2025 / International Renewable Energy Agency (IRENA). – Abu Dhabi, 2024. – [Электронный ресурс]. URL: https://www.irena.org (дата обращения: 05.01.2026).
2.    Шмыгалев А. Н. Перспективы и вызовы развития СЭС в России. Сравнение с развитием СЭС в Армении // Энерджинет. 2025. № 2.
3.    Разуваев А. В., Редько И. Я. Актуальность создания отечественных энергетических комплексов на базе паровых поршневых машин // Строительство и нефтегазовое дело. 2025. № 3.
4.    Деньги на ветер или грамотные инвестиции? Анализ работы солнечной станции в гостиничном комплексе // Строительство и нефтегазовое дело. 2025. № 3.
5.    VerifiedMarketReports. 182-мм рыночные модули на бифациальных модулях. – [Электронный ресурс]. URL: https://www.verifiedmarketreports.com/ru/product/182mm-bifacial-pv-modules-market (дата обращения: 05.01.2026).
6.    Цигиль О. Б. От расходов к доходам: как солнечная станция превращает ваши счета в пассивный доход // Энерджинет. 2025. № 2.


ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Доставалов Н. А. – студент группы Э-21, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

Сташко В. И. – к. т. н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

ССЫЛКА ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ

Доставалов Н. А. Оценка эффективности объекта микрогенерации на основе призматического солнечного модуля / Н. А. Доставалов // Энерджинет / ООО «МЦ ЭОР». – 2025. – № 1. URL: https://nopak.ru/251-816 (дата обращения: 12.01.2026). – Текст: электронный.