Kiçikmiqyaslı quraşdırılmış günəş (Small-Scale Embedded Solar, SSES), yaşayış evi, kommersiya obyekti və ya sənaye sahəsi kimi istehlak nöqtəsində qurulan və elektrik şəbəkəsinə qoşularaq işləyə bilən kiçikmiqyaslı fotovoltaik istehsal sistemidir. Bu tədqiqat Cənubi Afrikanın Western Cape bölgəsindəki bir real yaşayış tipli SSES sisteminin 2024-cü il ölçmələrindən istifadə edərək istehsal gücünün nə qədərinin istifadə olunduğunu, sistemdən alınan elektrik enerjisinin maya dəyərini və istifadə olunmayan günəş enerjisinin ikitərəfli sayğac vasitəsilə şəbəkəyə satılmasının iqtisadi nəticələrini araşdırır.

Araşdırılan sistem təxminən 6,5 kWp PV gücü, batareya, inverter və maksimum güc nöqtəsi izləyicisindən ibarətdir. Sistem bir il ərzində fasiləsiz izlənmiş, məlumatlar dəqiqəlik qeydə alınmış və saatlıq qeydlər həftəlik müqayisələrə çevrilmişdir. Mənbə sahədə nəzəri maksimum panel səmərəliliyini %17,5 hesablayır; mövcud günəş enerjisinin ən azı %54-nün istifadə olunmadığını və ümumi SSES istifadə səmərəliliyinin %46 olduğunu bildirir. Tədqiqatın xülasə və nəticə bölmələri istifadə olunmayan gücü daha ümumi şəkildə təxminən %50 kimi ifadə edir.

Mənbədə SSES üçün hesablanan LCOE ZAR5,63/kWh, şəbəkə əsaslı elektrik üçün müqayisə edilən vahid xərc isə təxminən ZAR2,96/kWh-dir. Cədvəl 4-də eyni illik istehlak səviyyəsi olan 5828 kWh üçün SSES-in ümumi xərci ZAR30.740, şəbəkə əsaslı elektrik xərci ZAR17.553 göstərilir. Tədqiqatçı bu fərqi ev sahibi baxımından SSES-in enerji xərcinin təxminən %75 daha yüksək olması kimi ümumiləşdirir. Bununla belə, mənbə daxilində %70, %75 və birbaşa LCOE dəyərlərinin nisbəti arasında tam ədədi uyğunluq olmadığından bu ifadələr zorla eyniləşdirilməməlidir.

İqtisadi ssenari istifadə olunmayan günəş elektrikinin ikitərəfli sayğaclarla şəbəkəyə ötürülməsinin yalnız ev sahibləri üçün deyil, elektrik paylayıcıları üçün də dəyər yarada biləcəyini irəli sürür. Cape Town nümunəsində təxminən 100 MW qeydiyyatsız və ya hələ sistemə inteqrasiya edilməmiş SSES gücü əsasında ildə təxminən 153 GWh istifadə olunmayan enerji potensialı hesablanmış və paylayıcı baxımından qoşulma dəstəyinin fayda/xərc nisbəti mənbədə 5,2:1 kimi verilmişdir. Lakin bu nəticə bir yaşayış sistemi, bir coğrafi mövqe və ssenari fərziyyələrinə əsaslanır; Cənubi Afrikadakı bütün SSES sistemlərinin birbaşa ölçülmüş iqtisadi göstəricisi deyil.

Kiçikmiqyaslı Quraşdırılmış Günəş Sistemi Nədir?

Kiçikmiqyaslı quraşdırılmış günəş sistemi elektriki böyük mərkəzi stansiya əvəzinə istehlak nöqtəsinə yaxın PV qurğusunda istehsal edən və lazım olduqda şəbəkə ilə ikitərəfli enerji mübadiləsi apara bilən kiçikmiqyaslı elektrik istehsal sistemidir. Tədqiqatın kontekstində SSES günəş panelləri, maksimum güc nöqtəsi izləyicisi, inverter, batareya, yaşayış elektrik yükləri və şəbəkə bağlantısından ibarət sistemdir.

Kiçikmiqyaslı quraşdırılmış istehsal yalnız günəş enerjisi ilə məhdud anlayış deyil; mənbə kiçikmiqyaslı külək, mikro-hidro, biokütlə, bioqaz və bəzi yanacaq əsaslı texnologiyaların da eyni geniş kateqoriyaya daxil ola bildiyini bildirir. Bu tədqiqat isə yalnız fotovoltaik əsaslı SSES üzərində cəmlənir.

Prosumer anlayışı

Şəbəkəyə qoşulu SSES-in mühüm xüsusiyyətlərindən biri elektrik istehlakçısını yalnız istehlakçı olmaqdan çıxara bilməsidir. İstifadəçi ehtiyac duyduğu anda şəbəkədən enerji alır, başqa bir anda isə öz PV sistemindəki artıq enerjini şəbəkəyə verə bilirsə, həm istehsalçı, həm də istehlakçı olur. Mənbə bu rol üçün prosumer terminindən istifadə edir.

Bu ikitərəfli münasibətin baş verməsi üçün enerji axını yalnız şəbəkədən evə doğru deyil, evdən şəbəkəyə doğru da ölçülə bilməlidir. Buna görə ikitərəfli sayğac tədqiqatın iqtisadi arqumentinin əsas texniki komponentlərindən biridir.

SSES niyə istifadə olunmayan güc yaradır?

Tədqiqatdakı əsas mühəndislik problemi mövsümidir. Yaşayış PV sistemi qışda günəş şüalanmasının aşağı, günlərin qısa və elektrik tələbinin yüksək olduğu şəraiti qarşılamaq üçün ölçüləndikdə, eyni panel sahəsi yayda daha çox enerji istehsal etmək potensialına malik olur. İstehlak bu istehsalla uyğunlaşmırsa artıq güc yaranır.

Mənbənin Şəkil 2-si 2024-cü il boyunca nəzəri potensial günəş istehsalını, faktiki istifadə edilən günəş enerjisini və istifadə olunmayan hissəni həftələr üzrə müqayisə edir. Qışda təxminən 20–36-cı həftələr arasında istifadə olunmayan hissə azalarkən, ilin qalan hissəsində potensial istehsal ilə istifadə edilən istehsal arasındakı fərq böyüyür.

Bu nəticə yalnız illik ümumi enerji miqdarının deyil, istehsal və tələbin eyni vaxtda baş verib-verməməsinin də mühüm olduğunu göstərir. PV panel günorta saatlarında artıq enerji istehsal edə bilər; lakin evin ən yüksək istehlakı günəş batdıqdan sonra baş verirsə, bu güc birbaşa istehlak edilə bilməz.

Gücün Təxminən Yarısının İstifadə Olunmaması Nə Deməkdir?

Təxminən %50 istifadə olunmayan güc, PV sisteminin fiziki olaraq elektrik istehsal edə bilməməsi deyil, mövcud günəş resursundan istehsal oluna biləcək enerjinin mühüm hissəsinin yaşayış evi tərəfindən istehlak edilə və ya şəbəkəyə satıla bilməməsi deməkdir. Tədqiqatın hesablamalarında ölçməyə əsaslanan istifadə olunmayan enerji ən azı %54, istifadə edilən potensialın payı isə %46 müəyyən edilmişdir; nəticə və ssenari bölmələrində bu vəziyyət yuvarlaq şəkildə təxminən %50 artıq güc kimi ifadə olunur.

Gündüz istehsalı ilə axşam tələbi arasındakı uyğunsuzluq

Mənbənin Şəkil 3-ü il ərzində yaşayış evinin enerji tələbini günəşdən birbaşa evə gedən enerji, batareyaya gedən enerji və şəbəkədən alınan enerji komponentləri ilə göstərir. Şəkil 4 isə yay və qış üçün gündəlik profilləri müqayisə edir.

Yay profilində günəş istehsalı evin gündüz tələbindən nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksək ola bilər. Qışda potensial istehsal azalır və istifadə edilən günəş enerjisi ümumi potensiala daha çox yaxınlaşır. Buna baxmayaraq mənbə qış aylarında ümumi tələbin bəzi dövrlərdə %60-a qədər olan hissəsinin SSES tərəfindən qarşılanmadığını bildirir. Bunun səbəbi enerji miqdarından çox vaxtlamadır: günəş enerjisinin azaldığı axşam saatlarında isitmə və yemək hazırlama kimi yüklər artır.

Fraction of Demand Served — FDS

Fraction of Demand Served (FDS), ümumi elektrik tələbinin yerli enerji sistemi tərəfindən qarşılanan hissəsini ifadə edən etibarlılıq göstəricisidir. Mənbənin araşdırdığı sistem üçün LCOE müqayisəsinin aparıldığı halda FDS dəyəri %71 kimi verilir.

Mənbə həmçinin ədəbiyyatda Sahraaltı Afrikadakı oxşar sistemlər üçün təxminən %90 FDS ətrafında enerji xərcinin aşağı ola bildiyini və daha yüksək etibarlılıq tələblərində xərcin sürətlə artdığını bildirir. Nəticə bölməsində isə təxminən %85 FDS-nin optimal ola biləcəyinə dair daha ümumi şərh yer alır. Bu iki ifadə eyni eksperimental ölçmə deyil və mənbədə vahid ortaq optimal dəyərə riyazi şəkildə uzlaşdırılmamışdır.

Şəbəkədən tam müstəqil olmaq niyə bahadır?

PV istehsalı dəyişkəndir. Yaşayış evi günlərlə aşağı günəş şüalanmasına məruz qala bilər və gecə istehsal baş vermir. Tam müstəqillik hədəflənərsə, bu intervalları qarşılamaq üçün böyük batareya tutumu tələb olunur. Mənbə %99-dan yuxarı tələbin qarşılanma səviyyəsinə çatmaq üçün tələb olunan investisiyanın iqtisadi olmadığını müdafiə edir.

Buna görə tədqiqatın iqtisadi məntiqi şəbəkədən ayrılmaq əvəzinə PV-batareya sisteminin şəbəkə ilə ikitərəfli münasibət qurmasına əsaslanır. Şəbəkə günəşin az olduğu dövrlərdə ehtiyat mənbə rolunu oynayarkən, artıq istehsal dövrlərində SSES şəbəkə üçün mənbə ola bilər.

Tədqiqatda istifadə olunan yaşayış evi və enerji profili

Araşdırılan sistem üç yataq otaqlı bir evin enerji ehtiyacları üçün layihələndirilmişdir. Əsas yüklər kondisioner, qazma quyusu nasosu və qışda məkanın isidilməsidir. İsti suyun böyük hissəsi ayrıca günəş su isitmə sistemi ilə təmin edildiyindən elektrik su qızdırıcısı əsas yüklər arasında deyil.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Texno-iqtisadi model

Tədqiqat texniki performansla iqtisadi xərci birlikdə qiymətləndirən texno-iqtisadi modeldən istifadə edir. Texniki qatda günəş şüalanması, panel istehsalı, batareya/inverter itkiləri, yaşayış tələbi və şəbəkə istehlakı yer alır. İqtisadi qatda kapital xərci, istismar və texniki xidmət, layihə ömrü, diskont dərəcəsi, şəbəkə tarifləri və artıq elektrik üçün alış/satış qiymətləri qiymətləndirilir.

Modelin iqtisadi nüvəsi səviyyələndirilmiş enerji dəyəri (Levelised Cost of Energy, LCOE) yanaşmasıdır. Mənbə burada hesablanan göstəricinin batareya və inverter dövr itkilərindən sonra evə çatdırılan enerjiyə əsaslandığı üçün texniki baxımdan “levelised cost of delivery” kimi də şərh edilə biləcəyini bildirir.

Bu Tədqiqatda LCOE Hansı Fərziyyələrlə Hesablandı?

Tədqiqatdakı LCOE hesabı real sistem satınalma xərclərindən, real 2024 Cənubi Afrika randından, %8 real diskont dərəcəsindən, ZAR205/kW/il istismar-texniki xidmət xərcindən və 20 illik layihə ömründən istifadə edir. Model 20 il ərzində əsas kapital avadanlıqlarının dəyişdirilməsini və ya PV panellərinin zamanla səmərəlilik itkisini xərc hesabına daxil etmir; buna görə nəticə bu fərziyyələr çərçivəsində şərh edilməlidir.

Şəbəkə elektrik xərcləri

PV, inverter və batareya sistemi

Mənbə uyğunluğu qeydi: Texniki cədvəldə panel gücü 545 W və ümumi güc 6,540 kW kimi verilir; avadanlıq layihələndirməsi mətnində isə 12 ədəd 555 W paneldən bəhs edilir. Bu ifadələr eyni dəyər deyil. Verianla cədvəl məlumatını dəyişdirmir və mətndəki 555 W ifadəsini də səssizcə düzəltmir.

Kapital xərci

Mənbə ümumi quraşdırılmış xərci təxminən ZAR33.000/kW kimi ifadə edir. Bu xərc ikitərəfli sayğac, qeydiyyat və qoşulma/sertifikatlaşdırma xərclərini əhatə etmir.

2024 sahə məlumatlarının toplanması

Sistem 1 Yanvar–31 Dekabr 2024 arasında fasiləsiz izlənmişdir. Ölçmələr hər dəqiqə qeydə alınmış, saatlıq qeydlər daha sonra endirilmişdir. Saatlıq qeydlər hər həftənin hər günü üçün 24 saatlıq profillər yaradacaq şəkildə orta hesablanmış və tədqiqat ümumilikdə 1248 məlumat nöqtəsi üzrə həftələrarası müqayisə aparmışdır.

Endirilən əsas dəyişənlər:

• \(D_T\): ümumi enerji tələbi,
• \(S\): faktiki günəş enerjisi istehsalı,
• \(G\): günəş şüalanması,
• \(E_G\): elektrik şəbəkəsindən alınan enerji.

Batareya və inverter enerji balansı

Mənbə əvvəlcə batareya/inverter tərəfinə yönələn enerjini belə müəyyən edir:

\[ D_B = D_T-S-E_G \]

\(D_B\), ümumi tələblə birbaşa günəş istehsalı və şəbəkə enerjisi arasındakı fərq vasitəsilə batareya/inverter yoluna daxil olan enerji komponentini ifadə edir.

Batareyadan evə verilən enerji üçün mənbə:

\[ D_H = D_T-S-D_L \]

əlaqəsini verir. \(D_L\), inverter və batareya dövründə sərf olunan/itirilən enerjidir.

Ümumi dövr itkisi:

\[ D_L=\sum D_B-\sum D_H \]

kimi hesablanır.

Batareya/inverter səmərəliliyi isə mənbədə:

\[ \eta_B=1-\frac{D_L}{D_T} \]

kimi müəyyən edilir. Burada \(\eta_B\) ölçüsüz səmərəlilik əmsalıdır. İtkilər artdıqca \(D_L/D_T\) nisbəti artır və səmərəlilik azalır.

Mənbə daha sonra il ərzində SSES-dən evə xalis verilən enerjini:

\[ D_H=\eta_B D_T \]

kimi ifadə edir.

Potensial günəş istehsalı

Günəş şüalanmasından nəzəri/potensial PV istehsalı aşağıdakı əlaqə ilə hesablanır:

\[ S_P = \text{Irradiance} \times \text{Panel Efficiency} \times \text{Conversion Factor} \]

\(S_P\) potensial günəş istehsalını ifadə edir. Çevirmə əmsalı temperaturdan asılı olduğuna görə sabit qəbul edilməmişdir. Mənbə yay üçün 0,0039 kW/(W/m²), qış üçün 0,0052 kW/(W/m²) empirik dəyərlərini verir.

İstifadə olunmayan günəş enerjisi:

\[ S_U=S_P-S \]

ilə hesablanır. \(S_U\) potensial istehsalla faktiki istifadə edilən/istehsal olunan \(S\) arasındakı fərqdir.

Ümumi SSES istifadə səmərəliliyi:

\[ \eta_{SSES}=\frac{S}{S_P} \]

şəklindədir. Bu nisbət mövcud potensial günəş enerjisinin nə qədərinin sistem tərəfindən faktiki istifadə edilə bildiyini göstərir.

Panel və sistem səmərəliliyi

SSES-in Enerji Xərci Niyə Şəbəkə Elektrikindən Daha Yüksək Çıxır?

Araşdırılan sistemdə kapital investisiyası batareya, inverter, MPPT və digər avadanlıqlara bölünərkən, istehsal edilə biləcək günəş enerjisinin mühüm hissəsi istehlak olunmadığı üçün bu investisiyanın xərci daha az çatdırılmış kilovatsaat üzərinə yayılır. Mənbənin hesabında %46 güc istifadəsi və %8,4 batareya/inverter itkisi ilə SSES LCOE dəyəri ZAR5,63/kWh, müqayisə edilən şəbəkə vahid xərci isə təxminən ZAR2,96/kWh-dir; buna görə istifadə olunmayan istehsalın dəyərləndirilməsi iqtisadi nəticənin mərkəzindədir.

Tədqiqat mövcud sistemdə daha yüksək güc istifadəsinin LCOE-ni azalda biləcəyini müdafiə edir. Əgər mövcud potensial enerjinin hamısı istifadə oluna bilsə və artıq enerji istehsal maya dəyərindən alınsa, mənbə “breakeven cost” adlandırdığı dəyəri ZAR2,53/kWh hesablayır.

Feed-in tarifi nə qədər fərq yaradır?

Mənbədə Cənubi Afrika bələdiyyələrindəki feed-in tariflərinin ZAR0,32/kWh ilə ZAR1,30/kWh arasında olduğu və orta göstəricinin təxminən ZAR0,87/kWh olduğu bildirilir. Bu orta qiymət tədqiqatın ZAR2,53/kWh kimi hesabladığı breakeven maya dəyərinin yalnız bir hissəsini qarşılayır.

Orta feed-in tarifi tətbiq edildikdə mənbə araşdırılan sistem üçün LCOE-nin ZAR5,63/kWh-dən ZAR4,56/kWh-yə düşdüyünü və enerji müstəqilliyi üçün qalan xərc əlavəsini %54 hesablayır.

İkitərəfli Sayğac İqtisadi Modeldə Niyə Kritikdir?

İkitərəfli sayğac evin şəbəkədən aldığı elektriklə şəbəkəyə verdiyi artıq PV elektrikini ayrı istiqamətlərdə ölçə bildiyi üçün istifadə olunmayan SSES gücünün kommersiya enerjisinə çevrilməsini təmin edən əsas qoşulma elementidir. Tədqiqatın təklif etdiyi modeldə artıq istehsalın şəbəkəyə satılması SSES-in güc istifadəsini artırarkən paylayıcıya daha aşağı xərcli yerli enerji mənbəyi verir; əvəzində sayğac, qeydiyyat və sertifikatlaşdırma xərclərinin prosumer üzərində saxlanması iştirakı azaldır.

Cape Town ssenarisi

Mənbə Cape Town üçün təxminən 100 MW qeydiyyatdan keçmiş SSES olduğunu, ümumi gücün təxminən 200 MW ola biləcəyinə dair xarici mənbədən istifadə edərək əlavə 100 MW gücün əlçatan olduğunu fərz edir.

%17,5 panel səmərəliliyi ilə ssenari ildə təxminən 153 GWh istifadə olunmayan SSES elektrikinin əlçatan ola biləcəyini hesablayır. City of Cape Town feed-in qiyməti ZAR1,0595/kWh istifadə edildikdə bu enerjinin alış dəyəri təxminən ZAR162 milyon, pərakəndə dəyəri isə təxminən ZAR460 milyon göstərilir. Ümumi alış-satış fərqi təxminən ZAR297 milyondur.

Lakin bələdiyyənin SSES enerjisini satması onsuz da Eskom-dan aldığı elektrikin bir hissəsini əvəz edəcəyinə görə bu ZAR297 milyonun hamısı əlavə qazanc deyil. Mənbə Eskom-un orta topdansatış qiymətini ZAR2/kWh götürərək əlavə marjanı təxminən ZAR144 milyon hesablayır.

Mənbə daxilində uyğunsuzluq: Eyni səhifədəki mətn sayğac xərcini ZAR6043, sertifikatlaşdırmanı təxminən ZAR11.500, maksimum yeni qoşulmanı ildə 2000, illik əlavə qoşulma xərcini ZAR20,8 milyon və əlavə illik ümumi qazancı ZAR107 milyon kimi izah edərək təxminən 5,2:1 nisbətinə çatır. Bu mətn dəyərləri Cədvəl 5-in bütün sətirləri ilə eyni deyil. Mənbə iki hesablama dəstinin niyə fərqli verildiyini izah etmədiyindən Verianla onları vahid “düzəldilmiş” ssenaridə birləşdirmir.

Yalnız pul təşviqi kifayətdirmi?

Xeyr. Tədqiqat iqtisadi təşviqin zəruri olduğunu müdafiə etməklə yanaşı, prosumer bazarının yalnız ikitərəfli sayğac dəstəyi ilə öz-özünə yaranmayacağını da bildirir. Elektrik paylayıcılarının etimad, şəffaflıq və müştəri kommunikasiyası problemlərini həll etməli olduğu açıq şəkildə qeyd edilir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi və dəstəkləmədiyi şərhlər

Tədqiqatın əsas məhdudiyyəti

Ən mühüm metodoloji məhdudiyyət texniki ölçmə nəticələrinin yalnız bir SSES sistemi və Cənubi Afrikada bir coğrafi mövqeyə əsaslanmasıdır. Western Cape-də araşdırılan evin mövsümi günəş profili, gecə-gündüz tələb bölgüsü, qış isitmə yükləri və sistem ölçüləndirilməsi başqa evlərdən və ya bölgələrdən fərqli ola bilər.

Müəllif nəticələrin daha geniş coğrafi bölgələrdə və fərqli sistem konfiqurasiyalarında aparılacaq tədqiqatlarla gücləndirilməli olduğunu bildirir. Buna görə %46 istifadə səmərəliliyi, %54 istifadə olunmayan enerji və ya müəyyən LCOE dəyərləri milli orta göstərici kimi oxunmamalıdır.

Bundan əlavə model 20 illik layihə ömrü ərzində kapital avadanlıqlarının yenilənməsini nəzərə almır və sahə məlumatı olmadığı üçün PV panel performansının uzunmüddətli pisləşməsini modelləşdirmir. Bu fərziyyələr uzunmüddətli LCOE nəticəsinin əhatə dairəsini məhdudlaşdırır.

Mənbə və Metod Qeydi

Maliyyələşdirmə təfərrüatı: Tədqiqat South African National Research Foundation tərəfindən dəstəklənən “Deployment of Vehicle to Grid for Decarbonisation, Resilience and Sustainability” adlı daha geniş layihə çərçivəsində aparılmışdır.

Təşəkkür: Müəllif Victron inverter məlumatlarının bərpasında göstərdiyi köməyə görə Daniel Roux-a və South African/German Collaborative Research Programme (SAG-CORE) vasitəsilə National Research Foundation dəstəyinə təşəkkür edir.

Müəllif töhfəsi: Məqalədə ayrıca CRediT/müəllif töhfələri bölməsi bildirilməmişdir. Tədqiqatın yeganə müəllifi David R. Walwyn-dir; mənbədə olmayan ətraflı töhfə rolları Verianla tərəfindən çıxarılmamışdır.

Metodoloji məhdudiyyət: Ölçmə hissəsi Western Cape-də bir yaşayış evinə aiddir. Cape Town bələdiyyə hesablaması isə bu bir sistem ölçmələrini ədəbiyyat və bələdiyyə qiymət/güc məlumatları ilə birləşdirən ssenari modelidir. Buna görə bir evin ölçülmüş performansı ilə şəhər miqyaslı iqtisadi proyeksiya bir-birindən ayrılmalıdır.

Ədədi uyğunluq qeydi: Mənbənin müxtəlif bölmələrində istifadə olunmayan güc %50 və ən azı %54; xərc fərqi %70 və %75; panel gücü 545 W və 555 W kimi fərqli ifadələrlə görünür. Cədvəl 5 ilə eyni səhifədəki fayda/xərc mətnində də sayğac, sertifikatlaşdırma, qoşulma sayı və illik xərc girişləri fərqlidir. Verianla bu fərqləri səssizcə düzəltməmiş və ya vahid dəyər yaratmaq üçün birləşdirməmişdir.