Солнечные уличные фонари против уличных фонарей, работающих от сети: анализ совокупной стоимости владения на протяжении всего жизненного цикла для муниципальных закупок.

Введение

Бюджеты на муниципальное освещение находятся под давлением. По мере расширения городов в пригородные и сельские районы руководители закупок все чаще сталкиваются с дилеммой: расширить сеть или установить солнечные батареи. Неправильный выбор может привести к перерасходу средств, превышающему 40% от первоначальной сметы капитальных затрат за 15-летний срок службы актива. В этой статье представлена ​​структурированная модель общей стоимости владения (TCO), охватывающая капитальные затраты, эксплуатационные расходы, техническое обслуживание и логику окупаемости, которая поможет инженерам и руководителям закупок принять обоснованное, подкрепленное данными решение до утверждения технических условий.</p>

Контекст принятия решения: почему общая стоимость владения важнее, чем указанная цена

Подключение к электросети и уличное освещение на солнечных батареях выглядят совершенно по-разному в плане закупок. Стоимость светодиодного уличного светильника, подключенного к сети, может составлять от 150 до 400 долларов за единицу; аналогичный универсальный уличный светильник на солнечных батареях может стоить от 350 до 900 долларов за единицу в зависимости от емкости аккумулятора, мощности панели и системы управления. В разбивке бюджета по статьям расходов вариант с солнечными батареями часто кажется дороже.

Однако сравнение удельных цен на инфраструктурные активы в корне некорректно. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) в своем отчете «Стоимость производства возобновляемой энергии в 2023 году» отмечает, что первоначальные капитальные затраты составляют лишь часть расходов на протяжении всего жизненного цикла автономных энергетических систем — эксплуатационные и финансовые затраты часто доминируют в течение 10–20 лет.

Реальными переменными решения являются:

• Расстояние до ближайшей точки подключения к электросети — Стоимость строительных и кабельных работ нелинейно возрастает после 500 метров
• Динамика местных тарифов на электроэнергию — В прогнозе МЭА «Мировой энергетический прогноз на 2023 год» прогнозируется сохранение волатильности цен на коммерческую электроэнергию в Юго-Восточной Азии, странах Африки к югу от Сахары и Латинской Америке.
• Стоимость доступа для технического обслуживания и трудозатраты — Для дорожных коридоров в районах с низкой плотностью населения или в отдаленных районах затраты на ремонт в каждом конкретном случае могут быть в 3–8 раз выше, чем в городских центрах (Всемирный банк ESMAP, Отчет о тенденциях рынка автономных солнечных электростанций, 2022 г.)
• Структура финансирования проекта — Проекты, финансируемые за счет грантов, могут иметь иной вес капитальных затрат, чем проекты, финансируемые за счет муниципальных облигаций

Правильный анализ совокупной стоимости владения нормализует эти переменные в рамках общего временного периода — обычно 15 лет, в соответствии с предположениями о сроке службы светодиодов и литий-железо-фосфатных батарей.

Сравнение капитальных затрат: солнечные уличные фонари против уличных фонарей, подключенных к сети

Уличное освещение, подключенное к электросети: что входит в капитальный бюджет

Цена светильника указана только одной строкой. Полная установка, работающая от сети, обычно включает в себя:

• Прокладка траншей и кабельных каналов: 15–60 долларов за погонный метр в зависимости от состояния грунта и типа дорожного покрытия
• Кабель среднего/низкого напряжения: 8–25 долларов за метр бронированного 4-жильного кабеля (рыночные цены, 2023–2024 гг.)
• Трансформатор и распределительный шкаф: 3000–12000 долларов США за зону питания (амортизация по опорам)
• Столб и фундамент: 200–600 долларов за точку в зависимости от высоты и класса ветровой нагрузки
• Светильник (светодиодный): 150–400 долларов за единицу, мощность 70–150 Вт, типично для магистральных дорог

Для дорожного коридора длиной 1 километр с опорами, расположенными на расстоянии 35 метров друг от друга (примерно 29 опор), капитальные затраты на инфраструктуру электросети, за исключением светильников, обычно составляют от 18 000–55 000 долларов США В зависимости от длины траншеи и местных строительных затрат. Эта сумма не отражается в стоимости единицы оборудования, но полностью относится к проекту.

Уличное освещение на солнечных батареях: комплексная структура капитальных затрат

Универсальный солнечный уличный фонарь объединяет панель, аккумулятор, контроллер и светильник в единый блок, устанавливаемый на столб. Стоимость установки одного устройства обычно составляет:

• Начальный уровень (эквивалентная мощность 60–80 Вт, автономность 1–2 ночи): 400–650 долларов США с установкой
• Средний диапазон (эквивалент 80–120 Вт, LiFePO₄, автономность 3 ночи): 700–1100 долларов США с установкой
• Высокие технические характеристики (эквивалент 120 Вт+, автономность до 5 ночей, интеллектуальное затемнение): 1100–1800 долларов США с установкой

Крайне важно, Затраты на инфраструктуру электросети отсутствуют. Стоимость фундамента и опор аналогична стоимости сетевых систем. Точка безубыточности капитальных затрат, при которой общая стоимость установки солнечных батарей соответствует общей стоимости установки в сети (оборудование + инфраструктура), обычно достигается, когда расстояние расширения сети превышает .200–400 метров на столб, в зависимости от местных ставок гражданского строительства.

Эксплуатационные расходы и техническое обслуживание: как цифры расходятся со временем

Стоимость энергии: системы, работающие от сети

Подключенные к сети уличные фонари потребляют электроэнергию непрерывно, оплачивая ее по тарифам для коммерческого или общественного освещения. При использовании светильника мощностью 100 Вт, работающего 11 часов в сутки (4015 часов в год):

Годовое потребление энергии на единицу балла: 100 Вт × 4015 ч = 401,5 кВтч/год

При коммерческом тарифе в 0,10 долл. США/кВтч (характерном для рынков с более низкими тарифами в Юго-Восточной Азии и некоторых частях Африки) это равно 40,15 долл. США/единица/год. При цене 0,15 долл./кВтч (Восточная Европа, Латинская Америка) этот показатель возрастает до .60,23 долл. США/единица/год<р>.<р>

За 15 лет при умеренном ежегодном повышении тарифов на 3% совокупные затраты на электроэнергию на один светильник составляют приблизительно 740–1120 долларов США, в зависимости от уровня тарифа.

Стоимость электроэнергии: солнечные уличные фонари

Уличные фонари на солнечных батареях вырабатывают собственную энергию. Текущие затраты на электроэнергию практически равны нулю при наличии достаточного количества солнечной энергии. Данные NASA POWER подтверждают, что большинство тропических и субтропических регионов (широта от 15°N до 35°N, включая Северную Африку, Южную/Юго-Восточную Азию и Центральную Америку) получают 4,5–6,5 часов пикового солнечного сияния (PSH) в среднем за год в сутки, чего достаточно для обеспечения круглосуточного освещения с помощью аккумуляторных систем соответствующего размера.

Соответствующие эксплуатационные расходы для солнечных энергосистем составляют замена батареи, которая является самой крупной переменной, отражающей повторяющиеся затраты.

Стоимость замены батареи

Литий-железо-фосфатные (LiFePO₄) батареи, ставшие отраслевым стандартом для солнечных уличных фонарей, рассчитаны на 2000–3000 циклов при 80% глубине разряда (DoD) в контролируемых условиях, что соответствует сроку службы в полевых условиях приблизительно 6–8 лет при типичных режимах циклической работы (ссылка IEEE: Анализ жизненного цикла элементов LiFePO₄ для стационарных систем хранения энергии, различные исследования 2019–2022 гг.). Это подразумевает один цикл замены батареи в течение стандартного 15-летнего проектного горизонта.

Стоимость замены аккумуляторного блока обычно составляет 80–200 долларов за единицу (по заводской цене), плюс стоимость работ. В доступных городских условиях общая стоимость замены может составлять 120–280 долларов за единицу. В отдаленных районах с высокими затратами на мобилизацию эта цифра может достигать 350–500 долларов за единицу.

Техническое обслуживание и реагирование на неисправности

В системах, подключенных к сети, требуется диагностика электрических неисправностей, затрагивающих как светильник, так и вышестоящую цепь питания. При возникновении неисправностей кабелей, срабатывании автоматических выключателей или проблемах с трансформатором время и стоимость ремонта значительно выше, чем для автономных солнечных установок.

Типичные ориентиры затрат на корректирующее техническое обслуживание (Всемирный банк ESMAP, 2022):

Событие технического обслуживания	Система сетки (для каждого события)	Солнечная система (за одно событие)
Замена лампы/драйвера	30–80 долларов	30–80 долларов
Устранение неисправностей кабеля	200–1500 долларов США и более	Н/Д
Неисправность контроллера/датчика	50–150 долларов	40–120 долларов США
Замена батареи	Н/Д	120–500 долларов
Ежегодная проверка каждого столба	15–40 долларов	10–30 долларов

Солнечные системы полностью исключают риск повреждения кабелей и упрощают локализацию неисправностей на уровне отдельных опор.

Срок окупаемости и расчет совокупной стоимости владения за 15 лет

Пример расчета структурированной совокупной стоимости владения</p>

В следующем примере для иллюстрации методологии расчета совокупной стоимости владения используются общепризнанные предположения. Командам по закупкам следует заменить каждую переменную местными значениями.

Сценарий: Проект дорожного освещения на 50 опорах, коридор 2 км, 400 м от точки подключения к сети. Местоположение: тропический регион, средняя выработка электроэнергии 5,2 л/с (NASA POWER, представитель полуостровной Юго-Восточной Азии). Местный тариф на электроэнергию: 0,12 долл. США/кВтч, увеличивается на 3% в год. Стоимость привлечения рабочей силы: умеренная (доступная асфальтированная дорога).

Предположения изложены явно; фактические значения проекта могут отличаться.

Вариант подключения к сети – 15-летняя общая стоимость владения (50 опор)

Статья затрат	Стоимость единицы продукции	Всего (50 столбов)
Светильник (светодиодный 100 Вт)	280 долларов США	14 000 долларов США
Столб + фундамент	400 долларов	20 000 долларов США
Разрытье траншей (400 м по цене 30 долларов за м)	<р>—<р>	12 000 долларов США
Кабель (400 м по цене 15 долларов за м)	<р>—<р>	6000 долларов США
Распределительный шкаф (с амортизацией)	200 долларов США/поле	10 000 долларов США
Итого по капитальным затратам		62 000 долларов США
Энергия (15 лет, повышение на 3%, 0,12 долл. США/кВтч)	~860 долларов США/поле	43 000 долларов США
Плановое техническое обслуживание (15 лет)	400 долларов США/поле	20 000 долларов США
Смета на ремонтные работы</p>	250 ​​долларов США/поле	12 500 долларов США
Итого по операционным расходам (за 15 лет)		75 500 долларов США
Общая суммарная стоимость владения за 15 лет		137 500 долларов США
Твокое потребление электроэнергии на полюс		2750 долларов США

Вариант установки уличного освещения на солнечных батареях – 15-летняя общая стоимость владения (50 опор)

Статья затрат	Стоимость единицы продукции	Всего (50 столбов)
Универсальный солнечный блок (среднего класса, LiFePO₄)	850$	42 500 долларов США
Столб + фундамент	$380	19 000 долларов США
Установочные работы	120 долларов за поле	6000 долларов США
Итого по капитальным затратам		67 500 долларов США
Стоимость энергии	$0	$0
Замена батареи (7-й год, приблизительно)	220 долларов США/поле	11 000 долларов США
Плановое техническое обслуживание (15 лет)	280 долларов США/поле	14 000 долларов США
Смета на ремонтные работы</p>	150 долларов за поле	7500 долларов США
Итого по операционным расходам (за 15 лет)		32 500 долларов США
Общая суммарная стоимость владения за 15 лет		100 000 долларов США
Твокое потребление электроэнергии на полюс		2000 долларов США

Результат:При этих предположениях вариант с использованием солнечной энергии обеспечивает Снижение совокупной стоимости владения на 27% за 15 лет (100 000 долларов против 137 500 долларов), несмотря на более высокую цену покупки за единицу. Простая окупаемость капитальных затрат по сравнению с экономией на эксплуатационных расходах сети составляет приблизительно 5–6 лет<р>.<р>

Когда расстояние до сети сокращается до менее 100 метров, а местные тарифы на электроэнергию ниже 0,08 долл./кВтч, вариант с подключением к сети может сохранить преимущество в стоимости жизненного цикла. Инженерам следует смоделировать оба сценария с учетом местных условий, прежде чем окончательно утвердить технические характеристики.

Поддержка принятия решений: сравнительная структура и контрольный список закупок

Сравнительный анализ: солнечное и централизованное уличное освещение

Измерение оценки	Светодиод, подключенный к сети	Солнечный уличный фонарь (LiFePO₄)
Первоначальная стоимость (только оборудование)	Нижний	Высшее
Инфраструктурные капитальные затраты	Высокая (траншейная прокладка, кабель, трансформатор)	Минимальный
Годовые затраты на электроэнергию	40–120 долларов США/столб/год	Фактически ноль
Зависимость сетки	Полный	<р>Нет<р>
Цикл замены батареи	Н/Д	Каждые 6–8 лет (LiFePO₄)
Изоляция неисправностей	Уровень схемы (сложный)	Уровень столба (простой)
Подходит для отдаленных районов/районов, не подключенных к электросети	Нежизнеспособно на расстоянии более ~500 м	Подходящий
Подходит для густонаселенных городских районов	Экономически эффективно	Стоимость зависит от тарифа.
Совместимость с интеллектуальным управлением	Да (DALI, Zhaga)	Да (встроенный PIR-датчик, регулировка яркости)
Применимые стандартные ссылки	EN 13201, IEC 60598	IEC 62133, IEC 61427
Типичная окупаемость проекта по сравнению с базовым показателем	<р>—<р>	4–8 лет (зависит от сценария)
Совокупная стоимость владения за 15 лет (репрезентативный сценарий)	Выше в коридорах с низкой плотностью населения	Низкий уровень в условиях отсутствия централизованного электроснабжения или удаленности

Контрольный список закупок для оценки солнечных уличных фонарей

Прежде чем объявлять открытый тендер на установку солнечных уличных фонарей, менеджерам по закупкам следует проверить следующее:

1.  Достаточность солнечных ресурсов: Использовались ли данные NASA POWER или PVGIS для подтверждения минимального среднегодового уровня выбросов 4,0 PSH/день в районе расположения проекта?
2.  Указано количество дней автономии: Требуется ли в спецификации как минимум 2–3 последовательных пасмурных дня резервного питания от батареи при 50% номинальной мощности?
3.  Химический состав батареи подтвержден:Указан ли химический состав LiFePO₄? (Избегайте свинцово-кислотных или NMC-литиевых аккумуляторов для использования в условиях езды на открытом воздухе)
4.  Гарантия срока службы батареи:Гарантирует ли поставщик ≥2000 циклов с сохранением ≥80% мощности? Задокументировано ли это в предложении?
5.  Проверка рейтингов IP и IK:Соответствуют ли светильники и корпуса батарей минимальным требованиям IP65 и IK08 согласно IEC 60529 и EN 62262?
6.  Эффективность водителя:КПД светодиодного драйвера составляет ≥92% при номинальной нагрузке и коэффициенте мощности ≥0,95?
7.  Поддержание светового потока: Требует ли спецификация, чтобы L70 ≥50 000 часов соответствовал данным IES LM-80?
8.  Определена логика интеллектуального затемнения: Указан ли в договоре график затемнения (например, 100% с 18:00 до 23:00, 50% с 23:00 до 05:00)?
9.  Условия гарантии: Указаны ли отдельно гарантии на панель (≥10 лет), батарею (≥5 лет) и светильник (≥5 лет)?
10.  Представлена ​​модель TCO:Обязан ли участник тендера представить модель стоимости жизненного цикла на 15 лет в рамках технического предложения?

Заключение

Когда проект включает в себя дорожные коридоры на расстоянии более 300–500 метров от существующей точки подключения к электросети, или когда местные тарифы на электроэнергию превышают 0,10 долл. США/кВтч и имеют тенденцию к росту, солнечное уличное освещение, как правило, обеспечивает более низкую общую стоимость владения за 15 лет, чем альтернативные варианты, подключенные к сети, — даже с учетом замены батарей. Преимущество в капитальных затратах на солнечные системы обычно окупается в течение 5–8 лет за счет исключения затрат на энергию и инфраструктуру.

Для проектов городской застройки высокой плотности с уже существующей сетевой инфраструктурой анализ меняется: системы, подключенные к сети, могут сохранять ценовое преимущество, и решение должно приниматься на основе модели совокупной стоимости владения (TCO), специфичной для конкретного объекта, а не на основе общих эмпирических правил. Представленная здесь методология обеспечивает воспроизводимость, которую менеджеры по закупкам могут адаптировать к местным условиям.

Если вам требуется Уличная светодиодная система освещения конфигурация Оценка, адаптированная к солнечной энергии вашего проекта, профилю нагрузки и структуре бюджета, ИнфралюминТехническая команда готова предоставить индивидуальный анализ.

Ссылки

1. ИРЕНА · Стоимость производства возобновляемой энергии в 2023 году · 2024 · queen.org
2. МЭА <р>· <р>Мировой энергетический прогноз на 2023 год · 2023 · iea.org
3. Всемирный банк ESMAP ·Отчет о тенденциях рынка автономных солнечных электростанций 2022 г. · 2022 г. · esmap.org
4. NASA POWER · Инструмент доступа к климатологическим данным (солнечная радиация поверхности, PSH по местоположению) · power.larc.nasa.gov
5. PVGIS · Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии, Географическая информационная система для фотоэлектрических систем · re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools
6. IEEE / Академическое справочное направление · Анализ ресурса литий-железо-фосфатных (LiFePO4) батарей для стационарного и наружного применения · Многочисленные исследования, 2019–2022 гг. (Google Scholar: "Ресурс литий-железо-фосфатных батарей для наружного хранения")
7. IEC 62133 · Требования безопасности для портативных герметичных вторичных элементов питания и батарей · Международная электротехническая комиссия
8. IEC 61427 · Вторичные элементы и батареи для фотоэлектрических энергетических систем · Международная электротехническая комиссия
9. EN 13201 · Стандарт дорожного освещения · Европейский комитет по стандартизации
10. IEC 60598 / IEC 60529 · Конструкция светильника и классификация степени защиты IP · Международная электротехническая комиссия