Concerto is co-funded by the European Commission within the 6th Framework Programme

Transcription

1 SONČNA ELEKTRARNA NA MOJI STREHI Smernice za načrtovanje fotonapetostnih sistemov za proizvodnjo električne energije Ljubljana, marec 2009 Concerto is co-funded by the European Commission within the 6th Framework Programme

2 1) Sonce je vir energije Sonce je glavni vir energije na Zemlji, kjer pa Zemlja ne prejme vse razpoložljive energije. Del sončne energije se absorbira v zemeljsko atmosfero, del se je odbije nazaj v vesolje, del energije pa doseže zemeljsko površje. Količina sončnega obsevanja, ki doseže Zemljo, je odvisna od sončeve aktivnosti, geografske širine, vremena (oblačnost, vlažnost zraka) in nadmorske višine ter oblike reliefa. Sončno obsevanje, ki doseže zemeljsko površje je lahko direktno ali difuzno. Difuzno obsevanje nastane s sipanjem direktnega in odbitega sevanja na molekulah, aerosolih in kristalčkih v zraku. Difuzno obsevanje pridobi na pomenu v oblačnem vremenu, ko ni direktnega sončnega obsevanja. Kljub temu je tudi v oblačnem vremenu fotonapetostni sistem sposoben ustvariti sicer nekoliko manjšo količino električne energije. Slika št. 1.: Sončno obsevanje na zemeljsko površje. Vir: Guia da energia solar, Concurso solar. Slika št. 2: Gostota moči sončnega sevanja pri različnih vremenskih razmerah. vreme jasno megleno/oblačno (sonce le slabo vidoblačno (sonce ni vidno) celotno sevanje [W/m 2 ] difuzni delež [%] Vir: Topič M, Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara-Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca. Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na čas dneva, (največ sevanja je opoldne), vremenske razmere in letni čas in jo merimo v vatih na kvadratni meter [W/m 2 ]. Energijo sevanja, to je integrirano moč prek določene časovne periode, imenujemo obsevanje in jo podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Wh/m 2 ]. V jasnem vremenu, ko znaša gostota moči sončevega sevanja okoli 1000 W/m 2, znaša delež difuzne svetlobe le 10 do 20 odstotkov. Direktno sončno obsevanje znaša nad 80 odstotkov. Delež difuzne svetlobe poraste ob meglenem ali oblačnem vremenu, prav tako pa upade sončevo obsevanje na slabo polovico. Ob popolni oblačnosti difuzna svetloba povsem prevladuje, sončno obsevanje pa pade na desetino obsevanja glede na obsevanje v jasnem vremenu.

3 2) Potencial sončne energije v Evropi in Sloveniji Sončno energijo navadno podajamo v poeno- Slika št. 3: PV potencial v Evropi. stavljeni obliki in sicer v ekvivalentu ur sevanja sončne svetlobe. Moč sončne svetlobe, ki v jasnem vremenu in v zenitni legi sonca pade na zemeljsko površje, znaša okoli 1000 W/m2. Ura sončne svetlobe torej v sončnem vremenu prinese 1 kwh/m2. S seštevanjem sončnih ur dobimo podatek, da znaša letno obsevanje med 1000 kwh/m2 v Severni Evropi in 2000 kwh/m2 v Južni Evropi. Prav tako variira letna količina elektrike, proizvedene s pomočjo optimalno postavljenega PV modula vršne moči 1 kw in količnika 0,75. Z 1 kw vršne moči modula lahko na Švedskem proizvedemo 800 kwh elektrike, na Portugalskem pa 1600 kwh elektrike. Letna količina sončnega obsevanja na optimalno postavljen PV modul v kwh/m2 Letna količina elektrike, proizvedene s pomočjo optimalno postavljenega PV modula vršne moči 1 kw in količnika 0,75 v kwh/kwp kwh/m2 kwh/kwp Vir: Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries. Slika št. 4: Letna količina sončnega obsevanja na optimalno postavljen PV modul v Sloveniji. V Sloveniji znaša povprečno letno obsevanje na horizontalno ploskev 1250 kwh/ m2. Trajanje sončnega obsevanja v Sloveniji niha od 1500 ur na leto v dolinah v gorskem svetu, 1800 ur v krajih kontinentalne Slovenije in 2300 ur na Primorskem. Vir: Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries.

4 Dnevna količina proizvedene električne energije pri optimalni postavitvi modulov znaša za potencialno lokacijo v Piranu 4,1 kwh/m 2 (ali nekaj nad 1500 kwh/m 2 v enem letu; glej sliko št. 4!) in s tem okoli 1200 kwh letno proizvedene električne energije na kilovat vršne moči modula. Ostale potencialne lokacije v Sloveniji v povprečju prejmejo manj kot 3,9 kwh povprečnega dnevnega sončnega obsevanja na m 2 (iz slike je razvidno, da to znaša v enem letu okoli 1250 kwh/m 2 ), s čimer v povprečju proizvedejo nekaj pod 1000 kwh električne energije na kilovat vršne moči modula. 3) Svetovni trend fotonapetostnih sistemov in Slovenija Slika št. 5: Svetovna kapaciteta vgrajenih PV modulov v MWp med leti Proizvodnja PV modulov je danes najhitreje rastoča panoga v energetiki. Od leta 2002 naprej se je svetovna proizvodnja vsaki dve leti podvojila. Konec leta 2007 je bilo v svetu kumulativno proizvedenih PV sistemov v višini 12,4 gigavatov, (kar je 2 gigavata več kot je v letu 2006 napovedala Mednarodna agencija za energetiko - IEA). Samo v letu 2007 je kapaciteta na novo proizvedenih sistemov znašala 2,8 gigavatov. Največji tržni delež in sicer 47 % pri tem zavzema Nemčija, sledi ji Španija z 23 %, nato pa se zvrstita Japonska in ZDA z Vir: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century: Renewables 2007; Global Status Report. 8 %. Skoraj 90 % vgrajenih sistemov je priključenih na omrežje. Tudi Slovenija v zadnjih letih beleži hitro rast postavljenih PV sistemov. Prvo Slika št. 6: Skupna instalirana moč sončnih elektrarn v Sloveniji med leti sončno elektrarno vršne moči 1,1 kilovata je v Ljubljani v letu 2001 postavila na streho svoje poslovne stavbe Agencija za prestrukturiranje energetike. Do konca leta 2008 je bilo postavljenih sončnih elektrarn v višini 1156 kilovatov vršne moči, kjer se je instalirana moč v letu 2008 glede na predhodno leto več kot potrojila. Največjo sončno elektrarno so v letu 2009 postavili v podjetju Enersis (Davidov Hram) in sicer se ponaša s 222,5 kilovatov Vir: APE v F 3, Oglasna priloga časnika Finance, Fotovoltaika. instalirane moči.

5 4) Fotovoltaika in fotonapetostni sistem Slika št. 7: Fotonapetostni pojav. Fotovoltaika je znanstvena veda, ki preučuje fotonapetostni pojav, pretvorbo svetlobne energije, ki izvira iz sonca, v električno energijo. Pretvorba se izvrši v sončnih celicah, ki so v večini primerov izdelane iz silicija. Z združevanjem več celic pod stekleno ploščo dobimo fotonapetostni modul, ki je osnovni element fotonapetostnega sistema. Poleg modula fotonapetostni sistem sestavljajo še akumulator, regulator polnjenja in razsmernik. Vir: IEA Photovoltaic Power System Programme. Slika št. 8: p n križišče. Vir: US Department of Energy; Energy Efficiency and Renewable Energy; Solar Energy Technology Program. Slika št. 9: monokristalna, polikristalna in amorfna celica, prikazane od leve proti desni. Sončne celice so polprevodniške diode, ki so zgrajene iz dveh različnih tipov polprevodniških plasti, v večini primerov zgrajenih iz silicija, ki je štirivalenten kemijski element. Prvi silicijevi plasti dodajo fosfor, ki je petvalenten element, s čimer ima ta plast presežek prostih elektronov. To plast imenujemo polprevodnik tipa n. Drugi silicijevi plasti dodajo bor, ki je trivalenten kemijski element, s čimer dosežejo primanjkljaj elektronov. Ta silicijeva plast se imenuje polprevodnik tipa p. Ko obe plasti spojimo med seboj, dobimo p n križišče. Ko na sončno celico posijejo sončni žarki, katere si lahko predstavljamo kot tok energijskih paketov imenovanih fotoni, le ti prenesejo energijo na proste elektrone, ki jih vsebuje polprevodnik tipa n. Elektroni iz polprevodnika tipa n začnejo prodirati proti tipu p, v obratni smeri pa se gibljejo vrzeli. Na robu polprevodnika tipa p tako nastane negativni prostorski naboj, na robu polprevodnika tipa n pa pozitivni prostorski naboj. Ustvarjeni naboj povzroči električno polje, ki zavira nadaljnjo difuzijo delcev. Elektroni se nato pomikajo proti polprevodniku tipa n, vrzeli pa proti polprevodniku tipa p. To nasprotno gibanje povzroči napetostno razliko na kontaktih, kar ustvarja električni tok. Sončne celice so navadno silicijeve rezine s premerom 10-15cm, ki generirajo okoli 35mA/cm2 in 0,5 V enosmerne napetosti pri polni osvetlitvi. Moč, izražena v vatih, ki jo celica generira, je odvisna od števila celic in intenzitete sončevega sevanja na celico. Pri siliciju gre za material sive barve, ki se sveti in od katerega se odbije okoli 30 odstotkov nanj padajoče svetlobe. Zgornji del je treba zato prekriti s tanko plastjo silicijevega monoksida, s čimer zmanjšamo odbojnost za 10 odstotkov. Druga metoda je jedkanje, s katerim ustvarimo stožce ali piramide, ki lovijo svetlobo in jo preusmerjajo v celico.

6 Monokristal je urejena kristalna mreža silicijevih atomov. Polikristal pa je sestavljen iz več posameznih kristalov, kjer imajo mejna območja med kristali strukturne in površinske napake. V mejnih območjih nastaja električno polje. Celice, ki temeljijo na siliciju, se imenujejo celice prve generacije. Drugo generacijo predstavljajo tankoplastne celice iz amorfnega silicija. Amorfni silicij vsebuje vodik, ki ga lahko dopiramo kot p ali n tip. Med obema plastema je intrinsična i-plast, kjer nastane električno polje. Kljub manjšemu izkoristku, so amorfne celice cenovno ugodnejša rešitev, saj je za izdelavo potrebno manj polprevodniškega materiala, plasti pa se izdelujejo v enem kosu, s čimer se zmanjšajo stroški dela. Uporablja se v žepnih računalih urah, kjer je nizka cena pomembnejša od učinkovitosti celice. Kot polprevodnik lahko uporabimo tudi kadmijev telurid, bakrov indijev diselenid in galijev arzenid. Zadnji je sicer zelo učinkovit in deluje tudi pri višjih temperaturah, vendar se zaradi visoke cene uporablja le za vesoljske namene. V zadnjem času testirajo v laboratorijih nove PV nanotehnologije z visoko učinkovitostjo imenovane tudi PV celice tretje generacije. Slika št. 10: Učinkovitost materiala, iz katerega so narejene PV celice. material Učinkovitost v odstotkih Monokristalne silicijeve celice Polikristalne silicijeve celice Amorfne silicijeve celice 5 7 Kadmijev telurid max 10 Bakrov indijev diselenid cca. 10 Galijev arzenid nad 20 Vir: IEA Photovoltaic Power System Programme. Sestavni deli fotonapetostnega sistema so: fotonapetostni moduli kot generatorji energije, polnilni regulator, akumulator, razsmernik in števec električne energije. Slika št. 11: Prerez PV modula. Vir: Topič M, Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara- Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca. Fotonapetostni modul je sestavljen iz medsebojno povezanih celic, ki so prekrite s stekleno površino. Module, ki morajo biti odporni proti vremenskim neprilikam, pritrdimo na aluminijaste nosilce, ki poenostavijo vgradnjo, hkrati pa omogočajo kroženje zraka med modulom in streho, s čimer se preprečuje pregrevanje. EVA folija, stabilna pri visokih temperaturah in visokem ultravijoličnem sevanju, tvori vezivno tkivo modula. Dimenzije modula znašajo lahko 0,5 X 1 m ali 1,6 X 0,9 m, kjer je združenih v prvem primeru 36 celic in v drugem primeru 60 celic. Module lahko vežemo med seboj v mrežo zaporedno ali vzporedno, s čimer povečujemo izhodno moč do želene napetosti in toka. Vršna moč modula se postavlja pod standardnimi testnimi pogoji (AM1.5, 1000 W/m 2, 25 C).

7 Regulator polnjenja nudi akumulatorju zaščito pred prenapolnitvijo ali preizpraznitvijo. Akumulatorju zagotavlja popoln izkoristek kapacitete in s tem njegovo daljšo dobo. Del regulatorja je tudi regulator napetosti, ki pretvarja in prilagaja spreminjajočo se napetost fotonapetostnega generatorja (napetost pri trenutni maksimalni moči) na napetost porabnika. V regulatorju je vgrajen mehanizem, ki ponoči preprečuje prenos elektrike iz akumulatorja nazaj v generator. Akumulator shranjuje energijo, ki jo proizvede PV generator. Največkrat se uporabljajo nikelj-kadmijevi, nikelj-metal-hidridni, svinčevi ali litij-ionski akumulatorji. Svinčevi akumulatorji se uporabljajo pri majhnih samostojnih fotonapetostnih sistemih, v večjih sistemih pa akumulatorji s cevastimi elektrodami. Življenska doba akumulatorja znaša med 5 in 10 let, njegova učinkovitost pa nad 80 odstotkov. Slika št. 12: Sestavni deli PV sistema. Vir: Ekodom, katalog; solarni sistemi Razsmernik (inverter) pretvarja enosmerni tok 12 V, ki ga dobimo iz PV modula ali akumulatorja v izmenični tok 230 V. Preko njega pošiljamo električno energijo v javno omrežje. Njihova učinkovitost presega 90 odstotkov, življenjska doba pa znaša 10 do 12 let. Pri samostojnih PV sistemih je treba pri izbiri moči razsmernika (od 100 do 8000 W) sešteti moč porabnikov energije. Če je neposredno povezan z modulom, vsebuje sledilec maksimalne točke moči (Maximum Power Point Tracker). Ta zagotavlja črpanje maksimalne moči iz modula. 5) Uporaba fotonapetostnih sistemov: Namestimo jih lahko v ure, računalnike, telefone in vozila na sončni pogon. Prav tako jih lahko uporabimo za oskrbo odročnih krajev (gorske koče) ali oddaljenih samostojnih naprav (svetilnik, satelit), ki niso povezane v omrežje. Takšne sončne elektrarne se imenujejo otočne elektrarne, saj proizvedeno električno energijo ti objekti v celoti porabijo za svoje potrebe po električni energiji. Fotonapetostne sisteme pa lahko priključimo tudi na omrežje, s čimer tako proizvedeno elektriko prodajamo elektro distributerju po zajamčeni subvencionirani odkupni ceni. Slika št. 13: vodoodporni, upogljivi, robustni PV moduli, nameščeni na krmo jadrnice. Vir: Bright Green Energy. Slika št. 14: PV moduli, nameščeni na vesoljsko napravo. Vir: Wikipedia, the Free Encyclopedia.

8 Slika št. 15: PV celice kot pomožni sistem za pogon osebnega vozila. Slika št. 16: Primer postavitve sončne elektrarne za napajanje svetilnika. Samostojni fotonapetostni sistemi: Slika št. 17: Skica otočne elektrarne na sonce. Pri načrtovanju samostojnega PV sistema je treba pri določitvi vršne moči modula, kapacitete akumulatorja, moči regulatorja in razsmernika predhodno poznati nekaj osnovnih parametrov kot so lokacija (podatki o dnevnem sončnem obsevanju), režim obratovanja (letni, zimski, celoletni), napetost (12, 24 V), število porabnikov, povprečni čas obratovanja). Kot porabnike je treba izbrati energijsko varčne žarnice in gospodinjske aparate. Aparate z večjo porabo energije je priporočljivo vklapljati le ob sončnih dnevih v času, ko je sonce visoko na nebu. Obratovanje več kot enega večjega porabnika ni priporočljivo, saj bi v tem primeru potrebovali večji razsmernik oziroma baterije, kar povečuje izgube. Določiti je treba število dni, ko lahko popolnoma napolnjen akumulator zagotavlja električno energijo brez dodatnega polnjenja. Samostojni PV sistem deluje pri enosmerni napetosti 12 ali 24 V. Za pretvorbo iz enosmerne v izmenično napetost potrebujemo (sinusni) razsmernik, ki morajo za nekaj sekund prenesti tudi do 300 odstotno preobremenitev za dobavo zagonskega toka večjim porabnikom. Omrežni fotonapetostni sistemi: Vir: Zavod Techaton: Sončne elektrarne. Naprava naj ima tudi vgrajeno tokovno kompenzirano zaščito globine praznjenja baterije. Najprimernejše baterije so izdelane po»dry fit«tehnologiji. Samostojni PV sistem navadno kombiniramo z diesel agregatom, ki tudi polni baterije. Še boljšo rešitev predstavlja kombinacija PV sistema z majhno vetrno elektrarno ali kogeneracijsko napravo (soproizvodnja elektrike in toplote) na lesno biomaso; (hibridni PV sistem). Omrežni sistemi oddajajo električno energijo neposredno v javno omrežje, kjer ločimo razpršene PV sisteme (hišne elektrarne) in centralne PV sisteme, (velike sončne elektrarne), kjer vršna moč znaša nad 100 kwp. Hišne sisteme sestavljajo generator (moduli), razsmernik, števec električne energije in zaščitne komponente. Pri načrtovanju takšnega sistema, ki je manj zapleteno od načrtovanja samostojnih PV sistemov, zasledujemo kriterij čim večje učinkovitosti pri oddaji elektrike v omrežje na letni ravni. Slika št. 18: Primer vezave na omrežje.

9 6) Pravni vidiki postavitve fotonapetostnega sistema Pri postavitvi sončne elektrarne na nov objekt, pridobimo gradbeno dovoljenje sočasno z gradbenim dovoljenjem objekta. Postavitev elektrarne na prostem tudi zahteva gradbeno dovoljenje. Če pa sončno elektrarno postavimo na že obstoječi objekt, zanjo ne potrebujemo posebnega dovoljenja za graditev, saj gre za investicijsko vzdrževalna dela. Postopek izgradnje sončne elektrarne je naslednji: Po naši odločitvi o lokaciji postavitve sončne elektrarne pokličemo lokalno elektro podjetje, da nam pošlje osebo za ogled prostora. Izpolniti moramo standardni obrazec za soglasje za priključitev, ki vsebuje podatke o investitorju, lokacijo, katastrsko občino, številko parcele, delovno moč elektrarne, število modulov, število sončnih celic, maksimalno moč sončne celice, način obratovanja, vrsto, tip, proizvajalca modula, faktor moči, vir pogona, sončno sevanje, predvideno letno proizvodnjo električne energije, predvideno uporabo (za lastne potrebe ali oddajo v omrežje), predvideno leto priključitve v omrežje. Pri tem moramo plačati takso 17,75 EUR. Po obisku pooblaščene osebe iz elektro podjetja pridobimo soglasje za priključitev. Skupaj s soglasjem pošljemo vlogo za izdajo pogodbe o priključitvi na distribucijsko omrežje. Sledi postavitev sončne elektrarne, kjer morata skrbno izbrana projektant/ izvajalec upoštevati vse projektne pogoje, veljavne standarde, tehnične predpise in ukrepe varstva pri delu. Lokalno energetsko podjetje nam mora nato izdati poročilo o preizkusu delovanja zaščit, podjetje, ki postavlja strelovode, pa nam mora izdati poročilo o meritvah strelovoda. Pred priključitvijo elektrarne na omrežje je treba priključek pregledati in izdelati obratovalna navodila. Nato moramo skleniti Pogodbo o priključitvi, ki ureja samo plačilo priključka, njegovo izvedbo, vzdrževanje in premoženjska vprašanja. Sledi pogodba o dobavi in odjemu električne energije, kjer pa je predhodno treba pridobiti še licenco, energetsko dovoljenje, (če je vršna moč elektrarne večja od 1 MW) in urediti pravni status za kvalificiranega proizvajalca. Slika št. 19: Postavitev sončne elektrarne v 10 korakih. korak aktivnost odgovoren 1 ODLOČITEV ZA IZGRADNJO (velikost in zunanji videz postavitve elektrarne) Naročnik: INVESTITOR Sodeluje: ARHITEKT 2 PROJEKTNI POGOJI ZA PRIKLJUČITEV NA ELEKTRIČNO OMREŽJE Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE 3 IZDELAVA PROJEKTNE REŠITVE PRIKLJUČITVE Naročnik: INVESTITOR Izdela: PROJEKTANT 4 SOGLASJE ZA PRIKLJUČITEV Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE 5 IZBIRA IZVAJALCA Naročnik: INVESTITOR Sodeluje: PROJEKTANT 6 POSTAVITEV SONČNE ELEKTRARNE Naročnik: INVESTITOR 7 POGODBA O PRIKLJUČITVI Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE 8 PRIKLJUČITEV ELEKTRARNE Vloga: INVESTITOR Izvede: IZVAJALEC + DISTR. PODJETJE 9 PRIDOBITEV STATUSA KVALIFICIRANEGA PROIZVAJALCA Vloga: INVESTITOR Izda: Ministrstvo za okolje in prostor 10 POGODBA O PRODAJI ELEKTRIČNE ENERGIJE Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR. PODJETJE Vir: PV portal: Slovenski portal za fotovoltaiko.

10 7) Tehnični vidiki postavitve fotonapetostnega sistema Primerna lega: Vgradnja fotonapetostnega sistema zahteva optimalno postavitev fotonapetostnih modulov, ki upoštevajo gibanje sonca na obzorju. Za vgradnjo so pomembni naslednji geometrijski parametri: deklinacija, višina sonca in njegov azimut. Fotonapetostni moduli morajo biti obrnjeni proti jugu in s tem izpostavljeni sončnim žarkom vsaj v času med 9:00 in 15:00. Za dosego maksimalne količine električne energije mora biti naklonski kot (odklon od horizontale) enak 30 stopinj. Če želimo povečati izkoristek v zimskem času, moramo ta naklonski kot povečati za približno 20 stopinj, če pa želimo pridobiti več električne energije v poletnem času, pa je treba naklonski kot zmanjšati za 20 stopinj. Poleg gibanja sonca je treba upoštevati še lokalne podnebne značilnosti, vremenske značilnosti, pogostost meglenih dni, (kar velja predvsem za potencialne lokacije v kotlinah.) in nadmorsko višino. Uporaba dvoosnih sledilnih nosilcev, ki spremljajo sončevo pot in njegovo višino in na katere namestimo module, nam izkoristek fotonapetostnega sistema lahko poveča tudi do 30 %, torej za 300 kwh letno proizvedene električne energije na kilovat vršne moči modula. Pri namestitvi sledilnih nosilcev je treba upoštevati veter in tip tal. Fotonapetostni moduli ne smejo biti senčeni (na primer zaradi okoliških drogov, dimnikov, dreves). Že najmanjše delno senčenje zmanjšuje proizvodnjo električne energije. Slika št. 22: Shema PV sistema. Vir: IEA Photovoltaic Power System Programme. 30 ±20 o Slika št. 20 in 21: Lega postavitve PV modula. Vir: Guia da energia solar, Concurso solar. Montaža: Ko smo pridobili vsa ustrezna dovoljenja, se lahko lotimo same montaže fotonapetostnih sistemov. Pri tem je treba dosledno upoštevati priložena navodila in opozorila proizvajalca ter lokalne, regionalne, nacionalne, mednarodne zahteve, predpise, direktive in priporočila. Moduli ne smejo biti vgrajeni v bližini lahko vnetljivih plinov ali materialov (nevarnost eksplozije), kot tudi ne v pogojih jedke atmosfere ali vlage (vodometi, bližina morja, izpuhi tovarn), saj lahko pride do kemične reakcije s sestavnimi elementi modula. Nosilna konstrukcija mora biti izdelana iz trpežnega materiala, odpornega na UV svetlobo in druge vremenske nevšečnosti (sneg, toča, veter). Biti mora ozemljena in zaščitena pred udarom strele. Če so moduli pritrjeni na strešno konstrukcijo stanovanjskega objekta, mora biti med streho in modulom prazen prostor, s čimer poskrbimo za dovolj učinkovito zračenje modulov na njihovi zadnji strani.

11 S tem preprečujemo zmanjšanje moči modula zaradi povišane temperature v poletnih mesecih, hkrati pa s tem ukrepom dosežemo boljše sušenje. Kadar gre za montažo več modulov hkrati, mora biti med njimi zagotovljen prazen prostor (vsaj 5 mm), saj so moduli podvrženi termičnemu krčenju in raztezanju. Temperatura sončnih celic vpliva na napetost generatorja, saj je izhodna napetost in s tem moč generatorja pri višji temperaturi manjša. Več modulov lahko med seboj povežemo zaporedno, kjer se sešteva napetost sistema, vzporedno, kjer se sešteva električni tok ali kombinirano, kjer se seštevata tok in napetost sistema. Tip modulov mora biti pri vseh vezavah enak, kjer je pri zaporedni vezavi priporočljivo uporabljati module z enakimi tokovnimi lastnostmi, pri vzporedni vezavi pa module z enakimi napetostnimi lastnostmi. Pri vezavi več modulov hkrati mora biti ožičenje pritrjeno na ogrodje modulov. Glede na to, da modul proizvaja enosmerni tok takoj, ko je izpostavljen svetlobi in da je ves čas pod napetostjo tudi v primeru, ko ni vključen v sistem, mora biti pred in med montažo pokrit s svetlobno nepropustno prevleko, ki preprečuje proizvajanje električne energije. Module je treba redno vzdrževati in čistiti, kjer je treba opraviti tudi kontrolni preizkus ozemljitvenih upornosti, občasno izmeriti izhodni tok in napetost ter nadzirati spremembo okolice (pojav senčenja ali novo nastali vir vnetljivega plina). Glede na to, da so moduli postavljeni pod naklonskim kotom, s čimer se omogoča nemoten pretok deževnice, čiščenje načeloma ni potrebno. V primeru, da so moduli v času obratovanja izpostavljeni večjemu onesnaženju, s čimer pride do zmanjšanja njihovega izkoristka, jih je priporočljivo čistiti z mnogo vode. Čiščenje s pomočjo kemičnih čistil je škodljivo, prav tako pa se steklenih površin modulov ne čisti na suho ali z drgnjenjem, saj lahko na površini ostanejo raze. Če vežemo module zaporedno, dobimo verigo, katere moč je enaka najšibkejšemu členu. Če je v zaporedni vezavi eden izmed modulov iz različnih razlogov osenčen (oblak, drog, senca sosednjega objekta), so izgube celotnega PV sistema v proporcionalnem razmerju z izgubami osenčenega modula; glej sliko št. 23. Pri osenčenih celicah prihaja do pregrevanja. Pri zaporedni vezavi modulov stalnega senčenja (zaradi drogov, dreves, sosednjih objektov) zato ne sme biti. Pojavu senčenja se lahko izognemo z vzporedno vezavo modulov ali z uporabo vzporedno vezanih bypass diod. Prednost vzporedno vezanih modulov je v tem, da so izgube pri proizvodnji električne energije, ki nastanejo zaradi senčenja, omejene na vrsto, kjer se nahaja osenčen modul. Ostale, nesenčene vrste delujejo s polno močjo; glej sliko št. 24. Slika št. 23: Primer zaporedno vezanih modulov, kjer zaradi senčenja enega izmed modulov celoten sistem deluje z zmanjšano močjo. Slika št. 24: Primer vzporedno vezanih modulov, kjer senčeni modul v eni izmed vrst ne vpliva na proizvodnjo električne energije s strani ostalih, neosenčenih modulov, vezanih v spodnjih treh vrstah. Vir: Strand A., Harris B.: Improving PV System Energy Yield with Parallel Wiring.

12 Drugi način omejitve učinka senčenja je postavitev bypass diod, ki jih zvežemo vzporedno z modulom. Priporočljivo razmerje med številom diod in celic je 1 dioda na vsakih 15 do 20 celic, torej dve do štiri diode na vsak modul. Vsaka vrsta modulov v paralelni vezavi naj ima vezano še dodatno zaviralno diodo (»blocking diode«), ki preprečuje tok iz neosenčenega v osenčeni modul. Slika št. 25: Vezava Bypass diod. Slika št. 26: Poškodbe na modulu, ki lahko nastanejo zaradi senčenja ene izmed celic. Vir: Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM. Vir: Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM. 85 odstotkov svetlobne energije, ki pade na celico, zgrajeno iz silicija, se spremeni v toploto. Delovna temperatura PV modula je odvisna od toplote, ki jo proizvaja modul, od toplotne prepustnosti modula in od vremenskih pogojev. Slika št. 27: Temperaturna razlika med modulom in okolico ter relativne izgube pri proizvodnji el. energije glede na način vgradnje modula V grobem velja, da vsaka dodatna stopinja PV modula zmanjša učinkovitost pretvorbe za pol odstotka. Pri postavitvi samostojnega PV sistema ni temperaturne razlike med modulom in njegovo okolico, s čimer je takšna postavitev najbolj učinkovita. Vgradnja PV modula v streho ali v fasado povečuje temperaturno razliko med modulom in okolico, s čimer se povečujejo tudi relativne izgube pri proizvodnji električne energije. Vgradnja zahteva upoštevanje tehnik hlajenja PV modulov. Vir: Topič M, Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara-Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca. Fotonapetostne module lahko postavimo na samostojne konstrukcije, lahko pa jih vgradimo v stavbo; (na streho, v streho, v fasado ali kot senčnike). Senčniki so primerna arhitekturna rešitev, ker v poletnih mesecih preprečujejo pregrevanje ob direktnem vpadu sončnih žarkov. Navpične površine, ki so usmerjene proti jugu (južne fasade) omogočajo izkoristke do 70 odstotkov optimalne vrednosti. Slika št. 28: Možnosti postavitve fotonapetostnih modulov. Vir: Ruoss D.: Sustainable Development Using Solar Energy.

13 8) Ekonomika fotonapetostnih sistemov Glede na to, da je proizvodnja fotonapetostnih modulov mlada industrija, katere tehnološki razvoj se je šele v zadnjih dvajsetih letih preselil iz laboratorijev v proces masovne proizvodnje, je proizvodnja električne energije s pomočjo fotonapetostnih sistemov trenutno še vedno dražja v primerjavi s proizvodnjo električne energije iz konvencionalnih virov. Nadaljnji tehnološki razvoj fotonapetostne panoge, dolgoročni naraščajoči trend cen fosilnih energentov kot sta premog in nafta ter vse večja skrb za okolje, so tisti dejavniki, ki cene elektrike, pridobljene iz fotonapetostnih sistemov postopoma približujejo cenam konvencionalnih energentov. Svetovna proizvodnja fotonapetostnih modulov se vsaki dve leti podvoji, stroški za proizvodnjo pa se ob vsaki podvojitvi proizvodnje zmanjšajo za 20 odstotkov. To pomeni, da se vsako leto stroški za proizvodnjo znižajo za 5 odstotkov. Slika št. 29: Napoved stroškov proizvodnje energije iz navedenih energentov v dolarskih centih iz leta 2000 na kilovatno uro električne energije. Nadaljnji tehnološki razvoj p r e d s t a v l j a p o m e m b n o spremenljivko pri nadaljnjem zniževanju stroškov vgradnje obnovljivih virov energije za proizvodnjo električne energije. Söker M, Zitzewitz E.: Renewable Energy and the Clean Development Mechanism; Potential, Barriers and Ways Forward. Iz grafa, nastalega v letu 2007, je razvidno, da se bo v letu 2040 cena elektrike, pridobljene iz fosilnih energentov in hidroelektrarn izenačila s ceno, pridobljeno iz fotonapetostnih sistemov. Po projekcijah, ki so jih v začetku leta 2009 izdelali strokovnjaki v okviru Evropske tehnološke platforme, se čas cenovne izenačitve postavi že v leto Krivulja, ki kaže napovedane padajoče stroške proizvodnje energije iz PV modulov in je obarvana rumeno, se torej z leti pomika vse bolj proti levemu spodnjemu robu diagrama. Cena elektrike, pridobljene iz fotonapetostnih sistemov pa je (zaradi potreb po hlajenju) v poletnih mesecih okoli poldneva že zdaj konkurenčna ceni, pridobljeni iz konvencionalnih virov.

14 Investicija v 1kW vršne moči sončne elektrarne, ki v povprečju na leto proizvede 1000 kwh električne energije, znaša okoli 6000 EUR ali 6 EUR na Wp; (DDV je vključen v ceno). 70 odstotkov cene zajemajo fotonapetostni moduli, 15 do 20 odstotkov razsmerniki, ostalo pa zajema konstrukcijo, kable, strelovod, načrtovanje in delo. Investicija se povrne prej kot v 15 letih, kjer je življenjska doba elektrarne 30 let. Proizvajalec PV modulov navadno izda garancijo, s katero jamči, da izhodna moč modula po 12 letih ne pade pod 90 odstotkov moči novo vgrajenega modula in po 24 letih ne pod 80 odstotkov moči. Tako po izteku dobe vračila investitor uživa sončevo rento zastonj elektriko iz sonca. Površina, ki jo potrebujemo za postavitev elektrarne vršne moči 1 kw, znaša od 7 do 8 m 2. Povprečno gospodinjstvo porabi približno 4000 kwh električne energije na leto. Če bi se investitor odločil, da bi potrebo po električni energiji v celoti pokril sam z izgradnjo samostojnega fotonapetostnega sistema, bi moral postaviti sistem s 4 kw vršne moči. Začetna investicija bi tako znašala EUR. Cena kilovatne ure, ki jo pridobimo iz sončne elektrarne, nameščene v Sloveniji in ki jo oddajamo distributerju po enotni letni odkupni ceni, znaša 0,4 EUR. Predlagana nova vladna uredba iz februarja 2009 zagotavlja odkup elektrike ob isti ceni za 15 let od podpisa pogodbe. Zaradi predvidenih znižanih stroškov proizvodnje PV modulov se bo za investitorje v letih odkupna cena za kilovatno uro zniževala vsako leto za 5 odstotkov in bo za investitorje v letu 2013 znašala 20 odstotkov manj kot za investitorje v letu Donosnost sončne elektrarne znaša okoli 5 odstotkov na leto. Po preteku 15 let elektrike ne moremo več prodajati po subvencionirani odkupni ceni, ampak jo prodajamo po tržni ceni, za katero lahko z gotovostjo trdimo, da bo višja kot je danes. Slika št. 30: Ekonomika PV sistemov v Sloveniji. Življenska doba obratovanja Cena za kwp instalirane moči Doba vračila (brez subvencije) Subvencionirana odkupna cena el. energije Letni prihodek Letni donos za 1 kw vršne moči let 6000 EUR cca 14 let 0,40 euro / kwh 400 EUR 5 odstotkov

15 9) Primeri sončnih elektrarn v Sloveniji Agencija za prestrukturiranje energetike Osnovni podatki elektrarne: Savske elektrarne Osnovni podatki elektrarne: Moč sončne elektrarne Število sončnih modulov Tip sončnih modulov Kot in smer postavitve modulov Zunanje bruto mere modula (dxš) Površina modula 1,1 kwp 10 kom Simens SM 110, monokristalni Si 30 /Jug 1,316 x 0,66 m 0,87 m2 Izkoristek modula pri W/m2 12,6% Tip razsmernika SMA SWR 1100 E (Sunny Boy) Načrtovana letna proizvodnja kwh/leto Dosežena letna proizvodnja kwh Moč sončne elektrarne Število sončnih modulov Tip sončnih modulov Tip razsmernika 35,7 kwp 210 kom 6 SMA Sunny Mini Central 6000 Načrtovana letna proizvo kwh/leto Projektant in izvajalec del Investitor Schott Solar Kon Tiki Solar d.o.o., Kamnik Savske elektrarne Ljubljana d.o.o. Projektant in izvajalec del Kon Tiki Solar d.o.o. Investitor ApE d.o.o. Brdo pri Kranju Osnovni podatki elektrarne: Moč sončne elektrarne Število sončnih modulov Tip sončnih modulov 42,3 kwp 196 kom BISOL BMU-215-1monokristalni Si Kot in smer postavitve modulov 37 /Jug - Zahod Površina modula Izkoristek modula pri W/ m2 Tip razsmernika Načrtovana letna proizvodnja Investitor 1450 m2 12,6% 6 Sunny Mini central 7000 HV ESS 44,2 MWh/leto Vlada Republike Slovenije

16 Sončna elektrarna Strahinj Osnovni podatki elektrarne: Moč sončne elektrarne 83 kwp Število sončnih modulov 394 kom Tip sončnih modulov Tip razsmernika Načrtovana letna proizvodnja Investitor Sanyo HIP210-NHE1 9 Sunny Mini central 8000 TL 3 Sunny boy 4200 TL 85 MWh/leto Gorenjske elektrarne Sončna elektrarna Davidov Hram 2009 Osnovni podatki elektrarne: Moč sončne elektrarne 222,5 kwp Število sončnih modulov 1035 kom moč sončnih modulov 215 Wp Izkoristek modulov 17 % 10) Seznam ponudnikov fotonapetostnih sistemov v Sloveniji BISOL d.o.o. Kon Tiki Solar HTZ VELENJE I.P., d.o.o. APE d.o.o. Visol d.o.o. Tip razsmernika Načrtovana letna proizvodnja Investitor Fronius, 5 kom 267 MWh/leto ENERSIS d.o.o. GRYPS d.o.o. E-BAJT d.o.o. ACTINIA SOLAR d.o.o. IBERSOLAR ENERGIA S.A. ENERSIS d.o.o. Eso d.o.o. Zavod Techaton Narin EKODOM d.o.o Blues Solar d.o.o. Trimo, d. d. ATES d.o.o. SONEL d. o. o. Dom solar, solarni sistemi d.o.o. E 3, energetika, ekologija, ekonomija d.o.o. SVARUN ELEKTRO Bruno Blatnik S.P. Primož Markež s.p. Primož Čelesnik s.p. A.M.P., Pavlovec Miran s.p. Zvonko Zidarič s.p

17 11) Reference: BISOL: Navodila za montažo fotonapetostnih modulov; Velenje, Dostopno na spletni strani: Bright Greeen Energy: Solar Panels and Modules for Boats and Yachts; dostopno na spletni strani: California Energy Commission: A Guide to Photovoltaic (PV) System Design and Installation; Consultant Report, Sacramento, Dostopno na spletni strani: Čarman M.: Analiza ekonomske upravičenosti fotonapetostnih elektrarn v Sloveniji; Magistrsko delo; dr. Nevenka Hrovatin (mentor), dr. Metka Tekavčič (somentor); Univerza v Ljubljani, Ekonomska fakulteta, Ljubljana, Ekodom d.o.o. Katalog; Dostopno na spletni strani: Erjavec K.: Obnovljivi viri energije primer uporabe sončne energije v EU in Sloveniji; dr. Aleksander Aristovnik (mentor); univerza v Ljubljani, Fakulteta za upravo, Ljubljana, F 3, Oglasna priloga časnika Finance, petek. 6. marca 2009: Fotovoltaika. Grobovšek B.: Samostojni fotovoltaični sistem s pomožnim generatorjem. Dostopno na spletni strani: Guia da Energia Solar: Conceitos Gerais de Heliotecnia, Concurso Solar, Padre Himalaya. Dostopno na spletni strani: Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM; Dostopno na spletni strani: IEA Photovoltaic Power System Programme. Dostopno na spletni strani: index.htm Luque A., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley and Sons, West Sussexs, Ministrstvo za gospodarstvo: Uredba o podporah električni energiji proizvedeni iz obnovljivih virov energije predlog za obravnavo, 23. februar 2009; Dostopno na spletni strani: Uredba_OVE_2009_1.pdf PV portal: Slovenski portal za fotovoltaiko; dostopno na spletni strani: Welcome.aspx?action=pv&ID=0 Renewable Energy Policy Network for the 21st Century: Renewables 2007; Global Status Report. Dostopno na strani:

18 Ruoss D.: Sustainable Development Using Solar Energy; Seminar Sustainable Development, 7th August 2007, Pusat Tenaga Malaysia; dostopno na spletni strani: 20Homes.pdf Söker M, Zitzewitz E.: Renewable Energy and the Clean Development Mechanism; Potential, Barriers and Ways Forward; A Guide for Policy-Makers; Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Public Relations Division, Berlin Dostopno na spletni strani: Solar Radiation Estimation and Site Analysis; Dostopno na spletni strani: Strand A., Harris B.: Improving PV System Energy Yield with Parallel Wiring; Sustainable Energy Technologies: ; Dostopno na spletni strani: product_information/parallel_wiring_for_increased_energy_yield_-_whitepaper.pdf Šrot N.: Geografski pogoji rabe sončne energije (fotovoltaika) v Sloveniji in na Portugalskem; Diplomsko delo; dr. Dušan Plut (mentor), Univerza v Ljubljani, Filozofska Fakulteta, Oddelek za Geografijo, Ljubljana, Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries. Solar Energy, 81, ,; dostopno na spletni strani: Topič M., Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara-Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko. Dostopno na: US Department of Energy; Energy Efficiency and Renewable Energy; Solar Energy Technology Program; Dostopno na spletni strani: Zavod Techaton: Sončne elektrarne; dostopno na spletni strani:

19

20

21

22 Brošura»Sončna elektrarna na moji strehi«je nastala v okviru evropskega projekta»concerto Energy in Minds!«, sofinanciranega s strani Evropske komisije. Namen projekta je zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov, osveščanje ljudi glede učinkovite rabe energije in spodbujanje prehoda na obnovljive vire energije. Več o projektu»energy in Minds!«na strani: lang,en/ Brošuro pripravila: Tomaž Dintinjana mag. Aleš Bratkovič ENECON d.o.o. Šmartinska cesta Ljubljana E pošta: info@enecon.si Splet: tel.: fax: mobitel: Concerto is co-funded by the European Commission within the 6th Framework Programme