Deve Andreson PÄIKESEELEKTRIJAAMADE TOOTLIKKUSE PROGNOOSIDE PAIKAPIDAVUS LÕPUTÖÖ Ringmajanduse ja tehnoloogia instituut Keskkonnatehnoloogia- ja juhtimise eriala Tallinn 2018
Mina, Deve Andreson, tõendan, et lõputöö on minu kirjutatud. Töö koostamisel kasutatud teiste autorite, sh juhendaja teostele on viidatud õiguspäraselt. Kõik isiklikud ja varalised autoriõigused käesoleva lõputöö osas kuuluvad autorile ainuisikuliselt ning need on kaitstud autoriõiguse seadusega. Lõputöö autor Deve Andreson... Üliõpilase kood 140820219 allkiri ja allkirjastamise kuupäev Õpperühm KT 71/81 Lõputöö vastab sellele püstitatud kehtivatele nõuetele ja tingimustele. Juhendaja Siret Talve allkiri ja allkirjastamise kuupäev Kaitsmisele lubatud mai 2018 a. Ringmajanduse ja tehnoloogia instituudi direktor Erki Lember
SISUKORD SISUKORD... 3 SISSEJUHATUS... 4 MÕISTED... 6 1. TEOREETILINE TAUST... 8 1.1. Päikeseenergia kasutamise ajalugu... 8 1.2. Päikeseenergia kasutus ja potentsiaal maailmas... 8 1.3. Päikeseenergia mõju keskkonnale... 12 1.4. Päikesepaneelide tehnoloogia... 13 1.5. Näidisjaamades kasutatavad päikesepaneelid... 15 1.6. Inverterid... 17 1.7. Päikesepaneelide efektiivsus... 18 1.8. Päikesejaamade tootlikkuse prognoosimise meetodid... 20 1.9. Valdkonda reguleerivad õigusaktid... 20 2. METOODIKA... 23 3. TULEMUSED... 26 3.1. Päikesejaamade kogutoodang ja eritootlus... 35 3.2. Päikeseparkide tegeliku ja prognoositud tootlikkuse vahe... 36 3.3. Päikeseparkide tegeliku ja prognoositud tootlikkuse erinevus... 37 4. JÄRELDUSED... 39 KOKKUVÕTE... 42 SUMMARY... 44 3
SISSEJUHATUS Päikeseenergia tootmine on maailmas väga kiiresti kasvav energeetikaharu. Rajatakse nii väikeseid päikeseparke, kui ka suuri päikesejaamasid. Väikesteks parkideks võib lugeda mõnekümne kilovatise (kw) võimsusega parke ning suureks parkideks on mõnesaja kilovati (kw) kuni megavati (MW) võimsusega päikesejaamad. Päikeseparke rajatakse nii eramute ja tootmisettevõtete katustele, kui ka maapinnale, aga kõigil kolmel juhul on eesmärk sama, milleks on vähendada elektritarbimisest tulenevaid kulutusi, kasutades maksimaalselt energiat taastuvatest allikatest. Päikeseenergialahenduste pakkujad esitavad iga pargi projekteerimisel kuude lõikes kogu aastase toodangu (kwh) ja eritootluse (kwh/kw). Erinevad ettevõtted kasutavad prognoosi arvutamiseks erinevaid arvutusmeetodeid ning enamus prognoosi arvutamise programme on internetis avalikuks kasutamiseks. Leidub ka ettevõtteid, kes on tootlikkuse prognoosimiseks endale ise arvutusmeetodi välja töötanud. Hetkel puudub aga ülevaade, kui täpselt prognoositud tootlikkused vastavad tegelikkusele ning kas prognoosimise arvutusmeetodeid saab üldse usaldada. Autor valis antud teema huvist taastuvenergia vastu. Soov oli kirjutada mingisugusest taastuvenergia lahendusest ning valituks osutus päikeseenergia. See on hetkel väga aktuaalne teema, aga teadmised päikeseenergia osas ei ole nii suured ning töö käigus oli võimalus uusi teadmisi omandada ja silmaringi laiendada. Lisaks pakkus taastuvenergia lahendustest kõige rohkem huvi just päikeseenergia tehnoloogia. Antud lõputöö eesmärk on päikeseelektrijaamade prognoositud ja tegeliku tootlikkuse võrdlus ühe päikeseenergialahenduste pakkuja näitel. Ettevõte edastas nende poolt paigaldatud üheksa päikesepargi tegelikud ja prognoositud tootlikkuse andmed ning lisaks on võrdlusesse võetud veel kaks internetist leitavat prognoosi arvutusmeetodid. Võrreldavateks prognooside arvutussüsteemideks on Solar4you, PVgis ja PVsyst arvutusmeetodid. Solar4you arvutusmeetod on Tallinna Tehnikaülikooli (edaspidi TTÜ) teadlaste poolt spetsiaalselt ettevõttele loodud ning PVgis ja PVsyst on internetist leitavad prognoosi arvutamiseks mõeldud programmid. Eesmärk on anda ka tagasiside ettevõttele, kellega koostöös antud lõputöö valmib, nende arvutussüsteemi usaldusväärsuse ning prognooside paikapidavuse kohta. 4
Lisaks eesmärgile on töös püstitatud mitmed uurimisküsimused. Esiteks, kas näidisettevõtte poolt klientidele edastatud prognoositud tootlikkus vastab ka tegelikkusele. Lisaks uuritakse kas TTÜ poolt loodud arvutussüsteem on täpsem kui internetist leiduvad arvutusmeetodid või vastupidi. Kolmandaks, asjakohaste järelduste tegemiseks analüüsitakse prognooside paikapidavust kuude lõikes, et hinnata nende asjakohasust erinevates tootmistingimustes. Samuti on eesmärgiks saada vastus küsimusele, kas prognoosid on liialt optimistlikud või vastupidi. Töö osadeks on sissejuhatus, teoreetiline taust, metoodika, tulemused, järeldused ja kokkuvõte. Teoreetilise osa all on kirjutatud päikeseenergia ajaloost, paneelide tehnoloogiast ja paigaldusviisidest, päikeseparkide efektiivsusest ja potentsiaalist ning päikeseelektri maailmaturust. Teoreetilise tausta all on samuti erinevate internetis vabaks kasutuseks olevate arvutusmeetodite kirjeldused, mida töös kasutati. Ülevaade on antud ka valdkonda reguleerivatest õigusaktidest, mille all käsitletakse elektrituruseadust ja seadusest tulenevat taastuvenergia toestust. Metoodika peatüki all käsitletakse töös rakendatud andmete kogumise ja töötluse meetodeid. Tulemuste peatükis esitatakse andmed uuritud päikeseparkide kohta - süsteemiparameetrite tabel, tootlikkuse graafikud ning kokkuvõttev analüüs on paigutatud järelduste peatükki. 5
MÕISTED Alalisvool (AC) vool, mille suund ja tugevus ajas ei muutu. DNI (Direct Normal Irradiance) - päikesekiirguse koguhulk, mis langeb alati pinnaga risti. Fotojuhtivus (Inglise keeles photoconductivity) - teatud materjalide elektrijuhtivuse suurenemine, kui nad puutuvad kokku piisava energiaga. Fotokontrollivõime on vahend nende materjalide sisemiste protsesside mõistmiseks ning seda kasutatakse laialdaselt valguse olemasolu tuvastamiseks ja valgustundlikele seadmetele intensiivsuse mõõtmiseks. GHI (Globaal Horizontal Irradiance) - päikeseenergia koguhulk horisontaalsel pinnal. Inverter Seade, mis muudab alalisvoolu vahelduvvooluks. Jaotamine elektrienergia edastamine jaotusvõrgu kaudu. Kauglugemisseade mõõteseade, mis kauplemisperioodide kaupa salvestab elektrienergia koguste andmed ning võimaldab neid automaatselt edastada mõõteseadme juurde minemata. Mikrotootja - on elektritootja, kes toodab elektrit peamiselt oma majapidamise või ettevõtte tarbeks. Off-grid võrguühenduseta päikeseelektrijaam, koosneb päikesepaneelidest, võrguinverterist, energia laadimiskontrollerist ja akupangast. On-grid võrguühendusega päikeseelektrijaam, koosneb päikesepaneelidest ja võrguinverterist. Otseliin - võrguettevõtja teeninduspiirkonnas asuv liin, millel puudub eraldi võrguühendus võrguga, kuid mis võib olla võrguga kaudses ühenduses tootja või tarbija elektripaigaldise kaudu ning mis on ette nähtud elektrienergia edastamiseks ühest elektrijaamast teise või ühele tarbijale. Photovoltaic (PV) päikeseelement ehk fotogalvaaniline element (inglise keeles solar cell või photovoltaic cell) muudab fotogalvaanilise efekti abil valgusenergia elektrienergiaks. PV element ehk päikeseelement ehk fotogalvaaniline element (Inglise keeles solaar cell või photovoltaic (PV) cell) on fotoelektriline seadis, mis muundab valgusenergia elektrienergiaks. 6
Põhivõrk vähemalt 110 kw pingega üleriigiline võrk koos üle 10 kw pingega ühendustega teiste riikide võrkudega ning süsteemi kui terviku toimimiseks, haldamiseks ja arendamiseks vajalike muude, ka keskpingel talitlevate elektripaigaldistega ning juhtimis-, kaitse- ja sideseadmestikuga, mis moodustavad ühtse majandusüksuse. String inverter ahela inverter. Asjatundjad kasutavad ka Eestis inglise keelset terminit. Tootja - elektriettevõtja, kes toodab elektrienergiat ühe või mitme tootmisseadme abil. Tsentraalinverter kogu PV-süsteemi väljund muundatakse vahelduvvooluks ja antakse võrku. Võrguühendus elektriline ühendus võrgu ja muu elektripaigaldise vahel. 7
1. TEOREETILINE TAUST 1.1. Päikeseenergia kasutamise ajalugu Päikeseenergiat on inimtegevuse tarbeks muundatud juba sajandeid, aga alles 1800. aastatel toimusid esimesed läbimurded fotogalvaanilise efekti kasutuselevõtuks. 1839. aastal E. Becquerel avastas Prantsusmaal fotogalvaanilise efekti. Ta märkas, et elektrit juhtiva vedeliku keskkonnas tekib päikese käes pinge kahe metallelektroodi vahele. 1873. aastal avastas W. Smith, et elemendil seleenium on fotojuhtivad (photoconductivity) omadused. Kolm aastat hiljem lõid W.G. Adams ja R.E. Day seleeniumist PV ehk fotogalvaanilise elemendi, mis toodab elektrit kui see on valguse käes, tõestades, et tahked materjalid on võimelised tootma valgusest elektrit (efektiivsusega alla 1%). Alles 1954. aastal B. Labs arendas esimese räniga PV elemendi, mis on võimeline tootma kasutatavat elektrit ja mille efektiivsus on 4%. Järgmise 30 aasta jooksul saavutati PV elemendi efektiivsus 20% ja 1999. aastal töötasid Pectrolab Inc ja NREL (The National Renewable Energy Laboratory) välja PV elemendi efektiivsusega 32,2%. Selleks kasutati kolme kihti fotogalvaanilist materjali, mis kombineeriti ühte PV elementi. 2015. aastal sai päikesepaneelide tootja SunPower päikesepaneeli efektiivsuseks 22,8% ning need paneelid olid masstootmises. 2016. aastal nad ise murdsid selle rekordi ja said päikesepaneelide efektiivsuseks 24,1%. [1]; [2]; [3] See kiire ülevaade ajaloost näitab, et paneelide efektiivsus on tõusnud, kuid nüüd on tulnud vastu füüsikaseadustest põhjustatud piirangud. Kõrgem efektiivsus nõuab tehnoloogiat, mida on raske juurutada mõistliku hinnaga ja ei tasu oodata hüppelisi arenguid paneelide masstootmisel. [3] 1.2. Päikeseenergia kasutus ja potentsiaal maailmas Päikeseenergia kogust pindala ühiku kohta ajaühikus nimetatakse kiirguseks, mida mõõdetakse kwh/m 2 kas päevas või aastas. Kiirgus on kõige sobivam kriteerium päikeseenergia potentsiaali hindamiseks mingis geograafilises asukohas. Päikesekiirgus koosneb otsesest ja hajutatud kiirgusest. Otsene kiirgus on kiirgus, mis jõuab otse päikesest paneelile. Hajus kiirgus on kiirgus, mis on lahutatud otsesest kiirgusest pilvede, aersoolide ja molekulide kaudu. Otsese ja hajuva kiirguse summat nimetatakse kogu päikese kiirguseks. Osa atmosfääri sisenevast päikesekiirgusest neeldub ja hajub. Päikesekiirguse erinevad komponendid on kujutatud pildil (Pilt 1). [4] 8
Pilt 1. Päikesekiirguse illustratsioon [4] Päikesekiirguse andmeid näidatakse nii GHI kui ka DNI kaardina. GHI (Globaal Horizontal Irradiance) on päikeseenergia koguhulk horisontaalsel pinnal. DNI (Direct Normal Irradiance) on päikesekiirguse koguhulk, mis langeb alati pinnaga risti. Töös on välja toodud ka GHI ja DNI kiirguse hulgad maailmas (Pilt 2) ja (Pilt 3). [4] 9
Pilt 2. GHI kiirguse hulk maailmas [4] Pilt 3. DNI kiirguse hulk maailmas [4] Päikeseenergia tootmine on maailmas väga kiiresti kasvav energeetikaharu. Suur osa päikesepaneelidest on paigaldatud piirkondadesse, kus on suhteliselt madal päikesekiirgus (Euroopa 10
ja Hiina), samal ajal kui potentsiaalsed kõrge päikeseenergiaga regioonid (Aafrika ja Lähis-Ida) jäävad tahaplaanile. Siiski oli päikeseelektrijaamade installeeritud võimsuse kasv aastatel 2010-2016 40%. [4]; [5] Kui vaadata päikesepaneelide tootmist aastal 2016 (Joonis 1), siis Hiina ja Tai on esikohal (68% turumahust), ülejäänud Aasia riigid toodavad 14%. Euroopa panus paneelide tootmisel maailma mastaabis oli 4%, USA ja Kanada kahepeale kokku 6%. Euroopa tootis küll vaid 4%, kuid Euroopasse paigaldati paneele 33% kogu maailma mahust, millest 13% paigaldati Saksamaal ja 6% Itaalias. Räni baasil toodetud päikesepaneelid moodustasid 94% turuosast, milles polükristalliliste paneelide osa oli 70%. [5] Joonis 1. PV paneelide tootmine regiooniti aastatel 1997 2016 [5] Saksamaa on olnud päiksepaneelide paigaldamisel esikohal viimase kümnendi jooksul ja on seda jätkuvalt. 2016. aastal paigaldati Saksamaal paneele 13% (41,3 GW) kogu maailma mahust (320 GW), see on umbes 1,6 miljonit päikeseelektrisüsteemi. Päikeseenergia kattis umbes 7% kogu Saksamaa elektri vajadusest ja taastuvenergia kattis kokku tarbimisest 33%. 2016. aastal hoiti võrreldes fossiilsete allikatega tänu päikeseenergia kasutamisele ära umbes 20 miljonit tonni CO2 heitmeid, kuna päikesepaneelidega toodeti 38,2 TWh elektrienergiat. [4]; [5] 11
Ülejäänud maailm 13% Saksamaa 13% Itaalia 6% Põhja-Ameerika 15% Ülejäänud euroopa 14% Jaapan 13% Hiina 26% Joonis 2. Paigaldiste osakaal regiooniti 2016. aastal [5] 1.3. Päikeseenergia mõju keskkonnale Kuigi päikeseenergia ilmselge kasu võrreldes teiste energiaallikatega on kasvuhoonegaaside heitkoguste madal tase, võib päikeseenergia tehnoloogiate rakendamine kaasa tuua märkimisväärseid keskkonnaalaseid kompromisse. Päikeseenergia keskkonnamõjud võivad vastavalt tehnoloogia ja võimsusele oluliselt erineda. Päikeseenergia süsteemide paigaldamise strateegiate väljatöötamisel tuleb arvestada kahjuliku keskkonnamõjuga. [4] Suurte päikeseparkide rajamisel tuleb arvestada kasutatava maa-ala topograafiaga, kasutatava tehnoloogiaga ja asukoha kiirgusnäitajatega. Eelnevates aspektidest lähtuvalt leitakse rajatavale pargile vajaminev maa-ala suurus. NRLE (National Renewable Energy Laboratory, USA) läbiviidud uuringust selgus, et keskmiselt nõudis 1 MW pargi rajamine 3,6 hektarit. Negatiivne mõju suurte parkide rajamisel avaldub selles, et 30-60 aastat ei saa antud maa-ala millekski muuks (põlluharimiseks) kasutada. [4] 12
PV-elementide tootmisprotsessis tekib laias valikus kahjulikke materjale. Ränist toodetud päikeseelementidel kasutatakse sarnaseid materjale nagu elektroonikatööstuses. Nende hulka kuulub silaan, mis on potentsiaalselt plahvatusohtlik ja tekkiv räni tolm, mis võivad tööstusharude töötajate jaoks põhjustada hingamisraskusi. Räni substraadi puhastamisel kasutatakse kahjulikke kemikaale nagu vesinikkloriidhape, väävelhape, lämmastikhape, trikloroetaan ja atsetoon. Sulfaatheksafluoriidi (SF6), mida kasutatakse räni tootmisel kasutatavate reaktorite puhastamiseks, üleilmse soojenemise põhjustamise potentsiaal on 16 000 korda suurem kui süsihappegaasil. SF6 lenduvate heidete piiramiseks on kehtestatud ranged eeskirjad, et vältida päikeseelementide tootmisest tulenevat globaalse soojenemise riski. [4] Enamik heitmeid päikeseelemendi olelusringis tekib transpordi, tootmise ja paneelide paigaldamise käigus. Kasutatavad materjalid annavad suure osa kogu elemendi olelusringi vältel tekkivatest saasteainete heitkogustest, ulatudes kuni 50%. 50-80% heitmetest tekib paneelide valmistamisel. Saasteainete heitkogused sõltuvad tootmisviisist ja energiaallikast. Ränist toodetud PV elementidel on eriti energiamahukas tootmisprotsess. Uuringud on ka näidanud, et Hiinas toodetud päikesepaneelide süsiniku jalajälg on kaks korda suurem Euroopas toodetud paneelidel. [4] Päikesepaneelidega kaasneb ka mure, et mis saab paneelidest, kui nende kasutusiga on läbi. Paneelide kõrvaldamine võib põhjustada ohtlike ainete lekkimist ümbritsevasse keskkonda ning vanade paneelide taaskasutamine pole levinud, kuna pole veel majanduslikult atraktiivne. Paneelide ümbertöötlemine USA-s võib maksta kuni 400$/tonn. Siiski loodetakse, et paremad jätkusuutlikkuse standardid reguleerivad päikeseenergia tööstust ja tulevikus on võimalik taaskasutada haruldasi elemente vanadest paneelidest. Alates 2015. aastast laienes PV-süsteemidele Saksamaal elektriseadmete ja elektroonikaseadmete seadus, mis nõuab, et tootjad võtaks oma tooted tagasi pärast nende elutsükli lõppu, et motiveerida päikesepaneelide taaskasutamist. [4] 1.4. Päikesepaneelide tehnoloogia Üks peamisest päikeseenergia kasutamise tehnoloogiatest on fotogalvaanika, kus pooljuhtmaterjalide abil toodetakse päikesekiirgusest elektrit. Välja on töötatud erinevaid PV tehnoloogiaid, nendest vähesed võetakse kasutusele ja ülejäänud jäävad teadustöö tasemele. [4] 13
On mitut erinevat tüüpi päikesepaneele. Päikeseenergia turul domineerib hetkel kahte eri tüüpi kristallilise räni tehnoloogiat. Esimene neist on monokristalliline, mis on toodetud suure puhtusastmega räniplaatidest, millest lõigatakse 150 mm läbimõõduga ja 200 mikroni paksusega viilud. Teine on polükristalliline, mis valmistatakse räni valublokist. Hetkel toodetakse rohkem polükristallpaneele, kuid järjest enam on tehastel võimalik toota soodsamalt monokristallilisi paneele, muutes monokristallilise tehnoloogia konkurentsivõimeliseks. [4] Monokristalliline räni on puhtam ja sellest saab toota efektiivsemaid päikesepaneele. Päikesepaneelide efektiivsus käib käsikäes räni puhtusega, kuid puhtuse suurendamiseks kasutatavad protsessid on kallid. Monokristallilisest ränist (mono-si) valmistatud päikesepaneelid on üsna hõlpsasti ära tuntavad välise ühtlase värvi (must) ja väljanägemise poolest, mis näitab kõrge puhtusetasemega räni sisaldust päikeseelemendis. Monokristallilised päikesepaneelid on kõige tõhusamad, sest need on valmistatud kõrgeima kvaliteediga ränist. Monokristalliliste päikesepaneelide efektiivsus on 15-20%. Monokristallilised päikesepaneelid on ruumiefektiivsed, kuna need paneelid annavad suurema väljundvõimsuse, seetõttu vajavad need paneelid teistest paneelidest vähem ruumi. Monokristallilised paneelid on kõige kallimad ja seetõttu eelistatakse tihtipeale polükristallilisi paneele, et kulusid kokku hoida. [3]; [6] Protsess, mida kasutatakse polükristallilise paneeli valmistamiseks, on lihtsam ja odavam ning räni jäätmete kogus on monokristallilise paneeliga võrreldes väiksem. Polükristallilist paneeli toodetakse järgnevalt: toores räni sulatatakse ja valatakse ruudu kujulisse vormi, mis jahutatakse ning seejärel lõigatakse väiksemateks ruudukujulisteks plaatideks. Polükristallilised päikesepaneelid on madalama soojustaluvusega, kui monokristallilised paneelid, see tähendab, et need toimivad kõrgel temperatuuril pisut halvemini. Kuumus mõjutab paneelide efektiivsust ja eluiga, kuid see mõju on siiski suhteliselt väike ja seetõttu ei pöörata sellele erilist tähelepanu. Polükristallilise paneeli efektiivsus on tavaliselt 13-16%, see tuleneb räni ebapuhtusest ja nad on seetõttu ka vähem ruumiefektiivsed. [6] Järgmiste aastate jooksul on fotogalvaanilise tööstuse eesmärk arendada kõrge stabiilsusega fotogalvaanilisi elemente ja tootmismeetodeid, et tagada tavakasutuses olevate päikesepaneelide tehnoloogiale järgmised omadused [4]: väga madal maksumus (< 0,25 EUR W kohta, aastaks 2025), 14
kõrge efektiivsus (üle 20% aastaks 2025), suurepärane ökoloogiline jalajälg (eesmärk vähendada kahjulike materjalide kasutamist), paneeli pikk eluiga (üle 35. aasta) ja madal kuluvus (<0,3% aastas). Hetkel on fotogalvaaniline tööstus tugevalt sõltuv ränist, seetõttu on tehtud palju uuringuid, et leida uusi materjale, millest päikesepaneele toota. Lisaks õhukestele ja orgaanilistele päikeseelementidele kasutatakse järgmise põlvkonna PV elementidel arendamisel ühendit, milleks on perovskiit (kollane, pruun või must mineraal, mis koosneb suuremas osas kaltsiumtitanaadist). Perovskiit elementide efektiivsus on hüppeliselt tõusnud 3,8%-lt üle 20%. Perovskiidist päikeseelementide tootmise tehnoloogia on küll olemas, kuid need elemendid ei ole veel piisavalt efektiivsed ning kuna nende tootmisel praeguse tehnoloogiaga kasutatakse pliid, siis perovskiidist paneelid ei ole ka väga keskkonnasõbralikud. [4] 1.5. Näidisjaamades kasutatavad päikesepaneelid Antud töös analüüsitud jaamades on kasutusel kolme eri tootja paneelid, nendeks tootjateks on Hyundai, JA Solar ning Eurener. JA Solar Co., Ltd on kõrgkvaliteetsete päikesepaneelide tootja, mille suurimaks plussiks on tugev teadus- ja arendustegevus, mis on võimaldanud JA Solaril konkurentidest 6-12 kuud ees püsida juba alates 2008. aastast. JA Solar on maailma üks juhtivaid päikesepaneelide tootjaid juba 2010. aastast pakkudes kõrge efektiivsuse ja töökindlusega päikesepaneele, mis võimaldavad saavutada maksimaalse tasuvuse oma PV projektides. JA Solari plussiks on tuntus maailmaturul. Miinuseks võib lugeda, et tegu on Hiina ettevõttega ja inimesed kardavad, et seetõttu on paneelide kvaliteet madalam. [7] Hyundai oli üks esimesi päikeseenergia tootjaid Koreas, kes sisenes Euroopa turule. Alates 2014. aastast on Hyundaile omistatud BNEF (Bloomberg New Energy Finances) Tier 1 sertifikaat, mis on üheks kinnituseks ettevõtte pakutavale kvaliteedile ja jätkusuutlikkusele. Alates 2016. aastast on Hyundai Heavy Industries (HHI) läinud täielikult üle PERL (passivated emitter, rear locally diffused) tehnoloogiaga päikesepaneelide tootmisele. Hyundai eeliseks võib lugeda, et toodavad kogu paneeli räni maagi kaevamisest kuni paneeli valmimiseni ise ehk kogu paneeli valmimise protsess toimub 15
ühes ettevõttes ning see tagab paneelidele kõrgema kvaliteedi. Hyundai plussiks on samuti tuntus maailmaturul. Miinuseks võib lugeda paneelide raskesti kättesaadavuse Euroopas. [7]; [8] Eureneri moto - Rohkem kui energia - tuleb eesmärgist toota elektrit puhtalt ja võimalikult väikese visuaalse mõjuga ümbritsevale keskkonnale. Eurener valmistab mitmesuguse viimistlusega polü- ja monokristallilisi fotogalvaanilisi mooduleid. [7] Tabelis 1 on välja toodud eelnimetud kolme firma 280 W võimsusega paneelide tehnilised näitajad. Tabelist on näha, et Eureneri paneeli tehnilised näitajad, ka paneeli efektiivsus, on teiste tootjatega võrreldes paremad (Tabel 1). Eureneri miinuseks on see, et ta on väiketootja ning ei ole maailmaturul tuntud ning seetõttu kasutatakse nende paneele vähem, kui teisi. Tabel 1 Päikesepaneelide tehnilised andmed. Hyundai HiS- M280RG JA Solar JAP6-60- 280 Eurener Supersior 280 Võimsus (W) 280 280 280 Paneeli efektiivsus (%) Kollektorite arv päikeseelemendis Läbilaske dioodide arv 17,1 16,51 17,28 4 4 5 3 3 6 Tootmistehnoloogia monokristall polykristall polykristall 16
1.6. Inverterid Inverter muudab päikesepaneelidelt tuleva alalisvoolu meie igapäevasteks tegemisteks vajalikuks vahelduvvooluks (220 V). Inverter salvestab endas ka kogu süsteemi elektrienergia tootlikkuse andmed ning selliselt on saadud antud töös käsitletavad tegelikud tootmismahud. Inverterisse salvestatud tootlikkuse andmeid on võimalik näha nii päevade, kuude kui ka aastate lõikes. Invertereid liigitatakse nende kasutusviisi järgi [9, p. 33] [9]: Tsentraalne inverter kogu PV-süsteemi väljund muundatakse vahelduvvooluks ja antakse võrku. Suurimad inverterid ületavad 1 MW piiri ja kaaluvad üle 20 tonni. Ahela inverter (String) sellist tüüpi inverter ühendatakse külge ühele moodulite rivile, ning selle tüüpiline väljundvõimsus on 1-3 kw. Enamasti on nende kaaluks 5 kg ühe kw kohta. Mitme-ahela inverter (Multi-String) Need inverterid võivad muundada mitme mooduli ahela energiat korraga kui iga ahela tipuvõimsus, orientatsioon, varjud jne. on erinevad, võimaldades igal ahelal töötada oma maksimum võimuspunkti juures. Individuaalsed inverterid (Individual, micro) paljud tootjad pakuvad tänapäeval päikesepaneele, mille küljes juba on väikene inverter selle paneeli jaoks, tehes seega iga paneeli iseseisvaks vahelduvvoolu allikaks. 17
Tabel 2 Inverterite turuosa aastal 2016. [5] Inverter Võimsus Efektiivsu Arvatav Märkused s turuosa String inverter Kuni 100 kw Kuni 98% ~ 42% 0,07-0,20 /W Lihtne asendada Tsentraalinverter Rohkem kui 100 kw Kuni 98,5% ~ 54% ~ 0,06 /W Kõrge usaldusväärsus Tihti müüakse ainult koos hoolduslepinguga Mikroinverter Paneeli võimsuse vahemik 90-95% ~ 1% ~ 0,33 /W Lihtne asendada Tuntumate tootjate inverterite efektiivsus on vähemalt 98%. String inverteerite (ahela inverter) turuosa on hinnanguliselt 42%. Need inverteerid on enamasti kasutusel elamute, väikeste ja keskmise suurusega päikeseparkides. Tsentraalinverterite turuosa on umbes 54%, need inverteerid on enamasti kasutuses suuremahulistes projektides. Väike osa turust, umbes 1%, kuulub mikroinverteritele, mida kasutatakse paneelitasemel ainult eramajadel (1-2 paneeli järele üks mikroinverter) (Tabel 2). [5] 1.7. Päikesepaneelide efektiivsus Fotogalvaaniliste tehnoloogiate peamised mured on efektiivsus, eluiga ja jõudlus aja jooksul. Tavalised päikesepaneelid muudavad vähem kui 20% päikeseenergiast elektrienergiaks. Päikesepaneelide efektiivsus on seotud ka temperatuuri koefitsiendiga, mis üldiselt halveneb temperatuuritõusuga. Hetkel on kõrgeim efektiivsus monokristallilistel paneelidel, üldiselt jääb efektiivsus 17-21% vahele. Polükristalliliste paneelide efektiivsus on 14-16%. [4] 18
Lihtsamalt öeldes on päikesepaneelide efektiivsus päikesepaneeli võimekus muuta päikesest tulenevat energiat elektrienergiaks. Seda arvutatakse järgneva valemi alusel: Päikesepaneeli efektiivsus (%) = toodetud elekter (W) / tarbitud päikese energia. (1) [3] efektiivsus (%) = toodetud elekter (W) tarbitud päikese energia (1) Isegi ilma numbreid vaatamata näeme, et mida rohkem elektrienergiat (W) PV paneel sama päikesevalguse juures suudab toota, seda tõhusam ta on. Üldkasutuses olevate päikesepaneelide hindamisel võib efektiivsus olla oluline, kuid seda käsitletakse hiljem. [3] Kogu aastasest horisontaalsele pinnale langevast päikesekiirgusest ca 85% langeb suveperioodi - aprillist septembrini, seega tuleks paneelide vahekauguste planeerimisel arvestada sellega, et suveperioodi jääva madalaima kiirgusega kuus (septembris) oleks päikesekiirguse langemine paneelidele ca 30 kraadi. Paneelide paigaldusel kaldega 30º tuleb arvestada mustumisest tingitud kadudega 2-10%, väiksema kaldega paigaldamisel suurenevad mustumisest tingitud kaod märgatavalt. [10, p. 22] Teine oluline analüüsi osa on PV-paneelide asimuut ehk suund lõuna suhtes ja sellest sõltuv kiirgus 30-kraadise kaldega PV-paneelidele. Päikesekiirgus ei muutu pinnaühikule kui PV-paneele pöörata lääne või ida suunal 15 kraadi. Kui paneelid on pööratud lõuna suhtes 15-25 kraadi, siis toob see kaasa ca 1% päikesekiirguse languse pinnaühikule sealhulgas ka samaväärse tootlikkuse languse. Et tagada sama tootlikkus, mis on lõunasuunaliselt paigaldatud paneelidel, on soovitav valida paneelide asimuut vahemikus ±15 kraadi. [10, p 22,23] Päikesepaneelide efektiivsuse kaod on kõige suuremad just külmas kliimas. Lumi ja jää võivad moodustuda ja koguneda paneelidele, takistades valguse jõudmist päikese-elementidesse, takistades seeläbi elektri tootmist. Täielik või osaline takistus vähendab oluliselt paneelide tootlikust. Lumi ja jää võivad pärast moodustumist jääda paneeli pinnale pikemaks ajaks, kuni see sulab või eemaldatakse muul viisil. 2013 aastal viidi Ontarios, Kanadas läbi uuring, et näha lume ja jää tekke mõju päikesepaneelide tootlikkusele ning tulemuseks saadi, et kaod on 1-3,5%. Kuna Eesti on Ontario osariigiga samal kõrgusjoonel, siis võime eeldada, et Eestis on kaod suhteliselt sarnased. [10] 19
1.8. Päikesejaamade tootlikkuse prognoosimise meetodid Üheks võimaluseks tootlikkust prognoosida ja arvutada, on kasutada programmi PVgis. Selle on välja töötanud enam kui kümne aasta jooksul Euroopa Komisjoni Teadusuuringute Keskuses (JRC) Itaalias, Ispras. JRC keskendub päikeseenergiaressursi hindamise, fotogalvaaniliste jõudlusuuringute uurimisele ning teadmiste ja andmete levitamisele päikesekiirguse ja PV paneelide jõudluse kohta. Kõige tuntum tulemus ongi PVgis veebirakendus, mis on päikeseenergia kalkulaator (annab PV paneelide aastase väljundvõimsuse), off-grid (võrguühenduseta) või on-grid (võrku ühendatud) süsteemide jaoks nii Euroopas, Aafrikas kui ka Aasias. Antud kalkulaator on kõigile tasuta kättesaadav. Võimalik on koostada nii päikeseenergia generaatori simulatsioon ning vaadata päikese kiirguskaarti. Geograafilise informatsioonisüsteemina pakutakse GoogleMaps rakendust, mis muudab selle kasutamise hõlpsaks. PVgis arvestab ka igakuise ja aastase potentsiaalse elektritootmise E [kwh] arvutamisel fikseeritud moodulite kaldenurka ja orientatsiooni. PVgis veebirakendus on aastatega läbi teinud mitmeid muudatusi, praegune versioon on PVgis 5. Iga tarkvara uus versioon on laiendanud süsteemi võimalusi ja laiendanud kasutatavate andmete geograafilist ulatust. [11]; [12] Teiseks võimaluseks tootlikkust prognoosida ja arvutada, on kasutada programmi PVsyst. Ka see on tarkvara, mis võimaldab selle kasutajal täpselt analüüsida erinevaid konfiguratsioone ning hinnata tulemusi ja määrata kindlaks parim lahendus. PVsyst on mõeldud kasutamiseks arhitektidele, inseneridele ja teadlastele. See programm on ka väga kasulik õppematerjal. Antud programm sisaldab üksikasjalikku kontekstipõhist menüüd, mis selgitab kasutatavaid protseduure ja mudeleid ning pakub kasutajasõbralikku lähenemist koos projekti juhendamisega. [13] Arvutusteks tuleb sisestada päikesepargi kohta järgmised andmed: päikesepargi geograafiline asukoht Eesti, päikesepargi võimsus (kw), paneelide kaldenurk, orientatsioon, paneeli tüüp (standard, custom, määramata), tootmistehnoloogia (monokristall, polükristall, thin film), paigaldusmeetod (lamekatus, viilkatus, maapaigaldus), ventilatsiooni tüüp (vabalt hingav, ventileeritud, ventileerimata)- seejärel süsteem prognoosib tootlikkuse aasta lõikes. [13] 1.9. Valdkonda reguleerivad õigusaktid Tähtsaim õigusakt antud valdkonnas on elektrituruseadus. Paragrahv 1 lõige 1 kohaselt reguleerib elektrituruseadus elektrienergia tootmist, edastamist, müüki, eksporti, importi ja transiiti ning 20
elektrisüsteemi majanduslikku ja tehnilist juhtimist. Seadus näeb ette elektrituru toimimise põhimõtted, lähtudes vajadusest tagada põhjendatud hinnaga, keskkonnanõuete ja tarbija vajaduste kohane tõhus elektrivarustus ning energiaallikate tasakaalustatud, keskkonnahoidlik ja pikaajaline kasutamine. 1. lg 3 kohaselt soodustab elektriettevõtja tarbija tegevust, mille eesmärk on elektrienergiat säästa. [14] Elektrituruseaduse 22. kohaselt peab ettevõtjal olema tegevusluba järgmistel tegevusaladel tegutsemiseks [14]: elektrienergia tootmine, välja arvatud juhul, kui tootja toodab kokku alla 100 kw netovõimsusega tootmisseadmete abil ja kui põhivõrguettevõtja toodab elektrienergiat avariireservelektrijaamas, võrguteenuse osutamine jaotusvõrgu kaudu, võrguteenuse osutamine põhivõrgu kaudu, elektrienergia müük, riigipiiri ületava alalisvooluliini kaudu elektrienergia edastamine, otseliini kaudu elektrienergia edastamine. Elektrituruseaduse 32. kohaselt lisatakse elektrienergia tootmiseks antavale tegevusloale järgmised kõrvaltingimused [14]: tootmisseadme maksimaalne lubatud netovõimsus, tootmisseadme asukoha andmed, tootmisseadme käitamiseks kasutatava energiaallika andmed, andmed selle kohta, kas tegevusloa alusel toodetud elektrienergiat võib müüa käesoleva seaduse -s 59 nimetatud toetust kasutades, nende nõuete loetelu, mida kohaldatakse taastuvast energiaallikast elektrienergia tootmise suhtes ja niisuguseks tootmiseks kasutatavate seadmete suhtes, kui tegevusloa alusel toodetud elektrienergiat võib müüa käesoleva seaduse -s 59 nimetatud toetust kasutades, selliste seadmete kirjeldus, mida võib kasutada elektrienergia tootmiseks ja müügiks käesoleva seaduse -s 59 nimetatud toetust kasutades. 21
Vastavalt elektrituruseadusele makstakse taastuvenergia tootjatele toetust. Elektrituruseaduse 59. kohaselt on tootjal on õigus saada põhivõrguettevõtjalt toetust taastuvast energiaallikast tootmisseadmega, mille netovõimsus ei ületa 100 MW. [14] Elektrituruseaduse 59 lg 2 p 1 kohaselt maksab põhivõrguettevõtja tootjale tema taotluse alusel toetust 0,0537 eurot ühe kilovatt-tunni elektrienergia eest. 59 1 kohaselt makstakse toetust, kui elektrienergia on toodetud käesoleva seaduse ja võrgueeskirja nõuete kohase tootmisseadmega. Vastavalt elektrituruseadusele maksab toetused välja põhivõrguettevõtja ehk Elering. [14] 22
2. METOODIKA Töö uurib päikesejaamade tootlikkuse prognooside paikapidavust ühe ettevõtte rajatud päikesejaamade näitel. Ettevõte kasutab prognoosimiseks 2013. aastal TTÜ teadlaste poolt välikatsetuse põhjal välja töötatud tootlikkuse prognoosimise arvutusvalemit. Katsetuseks paigaldati TTÜ katusele nelja erineva võimsusega paneeli ning neid jälgiti jaanuarist kuni juunini. Antud vaatluse käigus kogutud andmete põhjal on loodud päikesejaama tootlikkuse prognoosimiseks arvutusmeetod. Arvutusmeetodi saamiseks loodi suuremahuline tabel, kus on valemid, mis põhinevad kirjeldatud uuringul. Arvutusüsteemi valemid on setud pargi süsteemiparameetritega ehk sisestades andmed kavandatava päikesepargi kohta süsteemiparameetrite tabelisse, prognoositakse toodang kuude lõikes (kwh), kogu aastane tootmismaht (kwh) ja eritootlus (kwh/kw). Ettevõte on Eestis esimene ja siiani ainus, kes on välja töötanud enda arvutussüsteemi tootlikkuse prognoosimiseks ning ei kasuta internetis olevaid arvutussüsteeme. Töös on võrreldud eelnevalt kirjeldatud valemiga uuritud päikesejaamade kohta teostatud prognoose ning töö teoreetilises osas kirjeldatud tarkvara abil tehtud prognoosidega. Selleks, et võrdluseid ja analüüse läbi viia, kasutati ettevõtte poolt saadud tegelikke tootmismahtusid ja prognoose ning internetis olevate programmidega arvutatud prognoose. Võrdluse aluseks on aastased prognoositud ja tegelikud elektrikogused. Kõik prognoositud tootlikkused on välja arvutatud kolme erineva meetodiga, milleks on Solar4you arvutussüsteem, PVgis ja PVsyst ning arvesse on võetud rajatud päikeseparkide süsteemi parameetreid asukoht, paigalduse viis, paneelide kaldenurk ning orientatsioon. Tegelikud tootmismahud on saadud kahel erineval viisil - osad tegelikud tootlikkused on saadud ettevõtte enda süsteemist ning neid on võimalik vaadata ka internetis olevalt leheküljelt www.pikosolar-portal.com ning teine osa tegeliku tootlikkuse andmetest on alla laetud konkreetselt päikeseparkide inverteritest koha peal. Inverter salvestab endas kogu süsteemi elektrienergia tootlikkuse andmed ning neid andmeid on võimalik alla laadida nii päevade, kuude kui ka aastate lõikes. Võrdlusesse on võetud ja mikro- ja väiketootjate päikesepargid. Mikrotootja on elektritootja, kes toodab elektrit peamiselt oma majapidamise või ettevõtte tarbeks. Mikrotootmisseade on kuni 15 kw 23
nimivõimsusega kolmefaasilises madalpingevõrgus ja kuni 5 kw nimivõimsusega ühefaasilises madalpingevõrgus. Väiketootja, kuni 1000 kw, on elektritootja, kes toodab elektrit nii oma ettevõtte või kodu tarbeks kui ka elektrienergia müügiks. Elektrienergia tootmisest üle jääva elektrienergia müümiseks ja puudu jääva elektrienergia ostmiseks tuleb sõlmida vastavad lepingud. Seejuures tuleb nii ostu- kui ka müügilepingud sõlmida ühe ja sama elektrimüüjaga. Elektrilepingute sõlmimise eeldus on kehtiv mikrotootja võrguleping. [15] Kokku võrreldi üheksat erinevat päikesejaama 2017. aasta andmete alusel, Smarten Logistics päikesepargi puhul on välja toodud lisaks 2017. aasta andmetele ka 2016. aasta tootlikkuse andmed. Pargid on erineva võimsusega, orientatsiooniga ja paigaldusviisiga. Päikeseparke paigaldatakse nii maapinnale ehk maapaigaldusega park kui ka katusele, viimasel juhul sõltub paigaldusviis sellest kas tegu on viil või lamekatusega. Antud töös on uuritud kolme maapaigaldusega parki, kolme viilkatusele ja kolme lamekatusele paigaldatud päikeseparki. Kõige väiksemad pargid töös on viilkatustele paigaldatud päikesepargid ning antud töös kõige suurem on lamekatusele paigaldatud päikesepark, mis on 375 kw. Iga päikesepargi kohta koostati analüüsi käigus kaks tabelit ning joonis. Antud töös on välja toodud süsteemiparameetrite tabel, kus on kõikide käsitletavate päikeseparkide muutuvad parameetrid. Muutuvateks parameetriteks on erinevad aspektid, mis mõjutavad tootlikkust ja nendeks on paigaldusviis, päikesepargi võimsus, paneelide nominaalvõimsus, orientatsioon ja kaldenurk. Tabelis ei ole välja toodud muutumatuid parameetreid. Muutumatud süsteemide parameetrid on järgmised: temperatuurikoefitsient 1, kaabli ristlõikepindala 6 mm 2, kaabli pikkus 50 m, inverteeri maksimaalne efektiivsus 98,3 %, kaod paneeli mustuse tõttu 1,5 %. Teises tabelis on kolme erineva meetodiga prognoositud tootlikkused (AC, kwh) ning tegeliku tootlikkuse (AC, kwh) võrdlused ning sellest infost lähtuvalt on koostatud ka joonised. Joonis illustreerib arvutusliku ja tegeliku tootlikkuse erinevust. Joonistel on välja toodud ka tabel, kus esimesel real on ettevõtte Solar4you OÜ poolt edastatud tegelikud tootmismahud (tegelik AC), teisel 24
real on Solar4you OÜ poolt koostatud prognoosid (tabelis kirjas: prognoositud AC), kolmandal real on PVgis prognoosid ja neljandal real on PVsyst programmi prognoosid. Tulemuste peatüki lõpus on välja toodud ka prognoositud tootlikkus ja tegelik tootlikkus aasta lõikes kokku (kwh) ning eritootlused (kwh/kw) aasta lõikes kokku. Eritootlus on tootlikkus kilovatt-tundi kilovati installeeritud võimsuse kohta. Tabelarvutusteks ja graafikute loomiseks kasutati Microsoft Excel tarkvara. Järelduste peatükist saab ülevaate, kas ettevõttes kasutatav arvutusmeetod on usaldusväärne ja prognoosib tootlikkust täpsemini võrreldes kahe teise meetodiga. Samuti on järelduste peatükis vastused teistele uurimisküsimustele. Analüüsitakse ka erinevaid aspekte, mis võivad tegelikku tootlikkust mõjutada. Selline analüüs ja järeldused on eriti vajalikud päikeseparkide puhul, mille tegelik tootlikkus ei vasta prognoositule. Töö teoreetilise osa allikateks on erinevad inglise keelsed teadusartiklid, uuringud ja aruanded, mis on enamasti koostatud aastatel 2015-2016. Samuti kasutati eestikeelseid artikleid, uuringuid ning ka mõningaid usaldusväärseid võrguallikaid. Allikad on leitud kasutades Google otsingumootorit ning erinevaid teadusartiklite andmebaase. 25
3. TULEMUSED Uuritud päikesejaamade tootlikkuse prognooside arvutamiseks kasutatud muutuvad süsteemide parameetrid on koondatud tabelisse 3. Konstantsed parameetrid, mis on kõigi jaamade puhul samad, olid esitatud metoodika peatükis. Tabel 3 Päikeseparkide süsteemide parameetrid Süsteemide parameetrid pargi nominaalvõimsus (W) pargi võimsus (kw) paneelide orientatsioon (ᵒ) paneelide kaldenurk (ᵒ) paneelide paigaldusviis arv (tk) Vana Tamme maapaigaldus 8,75 kw 250 35-10 45 Kakumäe viilkatus 8,84 kw 260 34 0 45 Muhu maapaigaldus 11 kw 250 48 0 45 Roberti viilkatus 11 kw 250 44 60 40 Talviku viilkatus 11 kw 250 53 3 suunda 60 Unismäe maapaigaldus 15 kw 250 60 0 32 Jaamamõisa Selver lamekatus 120 kw 250 480 15 21 Smarten Logisics lamekatus 225 kw 250 900-45 21 Laagri ärimaja lamekatus 375 kw 250 1500-15 21 Kasutades neid parameetreid prognoositi eraldi kõigi üheksa jaama tootlikkused, mis on esitatud eraldi joonistel. Joonisel 3 on välja toodud Vana Tamme päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Vana Tamme päikesepargi puhul ei saa öelda, milline arvutusmeetod kõige täpsemini prognoosis, kuna Solar4you arvutusmeetod prognoosis kõige täpsemini jaanuari, mai, juuni ja novembri kuudele, PVgis veebruarile, aprillile, märtsile ja augustile ning PVsyst prognoosis kõige täpsemini juuli, septembri, oktoobri ja detsembri kuudele. Kõige rohkem tootis park elektrit maikuus, Solar4you prognoosi järgi oleks kõige suurem tegelik tootlikkus pidanud olema aga juunis. Kõige vähem tootis park elektrit detsembris ning ka Solar4you prognoos on kõige väiksem detsembris ning prognoos on ka üsna samaväärne tegelikule tootlikkusele. Antud pargi puhul võib öelda, et kõik kolm arvutusmeetodit on usaldusväärsed (Joonis 3). 26
Vana Tamme päikesepargi tegeliku ja prognoosi vahe on väga positiivne. Solar4you prognoos on tegelikust märkimisväärselt suurem vaid jaanuaris, mis on madala päikesekiirgusega kuu ning ülejäänud kuudel ületab tegelik tootlikkus prognoositu või on väga lähedane. Tulemuste põhja võib öelda, et antud park on väga efektiivne, tehniliselt korras ja on paigaldatud ideaaltingimustel. Paigaldatud ideaaltingimustel tähendab, et orientatsioon on ideaalne ning pargile ei lange varje ning samuti ei ole mustusest tingitud kadusid. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli August Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 87 448 781 1146 1500 1357 1315 1160 793 456 196 83 Prognoositud AC (kwh) 182 272 573 1023 1392 1423 1224 1308 657 499 197 87 PVGIS AC (kwh) 191 363 847 1160 1270 1190 1170 1060 775 432 171 124 PVsyst AC (kwh) 188 343 870 1104 1298 1222 1278 1048 785 436 124 85 Joonis 3. Vana Tamme 8,75 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 4 on välja toodud Kakumäe päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafikut vaadates võib öelda, et Kakumäe pargi puhul on kõige täpsem prognoos saadud programmiga PVgis, prognoosis kõrge efektiivsusega kuudel kõige lähemale. Solar4you arvutusmeetod prognoosis kõige lähemale tegelikkusele viiel kuul (jaanuar, veebruar, märts, aprill ja september). Suvekuudel, kui on kõrge päikesekiirgus, on Solar4you arvutusmeetodi prognoos liialt optimistlik. Sarnaselt Vana Tamme pargile tootis ka Kakumäe päiksepark kõige rohkem elektrit maikuus ning Solar4you prognoosi järgi oleks tegelik tootlikkus pidanud olema kõige kõrgem juunis. Kõige vähem tootis park elektrit jällegi detsembris ning sama 27
saab välja lugeda ka Solar4you prognoosist, sellegipoolest on tegeliku ja prognoositud tootlikkuse erinevus detsembris üsna suur (Joonis 4). Kõikidel kuudel on tegelik tootlikkus prognoositust märgatavalt väiksem ja kuna selline tulemus on kõikide arvutusmeetodite puhul, siis võib järeldada, et tõenäoliselt langeb paneelidele vari peale, mis tõmbab efektiivsust väiksemaks ehk park ei ole paigaldatud kõiki faktoreid arvesse võttes ideaaltingimustel. Mustusest või lumest tulenevate kadude protsent on üldiselt Eestis väga väike, seega antud faktorid tõenäoliselt siin efektiivsust ei vähenda. Kokkuvõttes teeb park oma töö ära, kuid ei tooda maksimumi. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 35 181 438 825 1201 1016 993 758 497 195 66 20 Prognoositud AC (kwh) 183 277 585 1043 1414 1436 1242 1323 674 510 201 89 PVGIS AC (kwh) 214 361 886 1100 1250 1150 1100 1010 707 438 193 126 PVsyst AC (kwh) 188 342 868 1096 1285 1209 1262 1039 780 435 124 85 Joonis 4. Kakumäe 8,85 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 5 on välja toodud Muhu päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafiku järgi on näha, et Muhu maapaigalduse puhul on madala efektiivsusega kuudel kõige täpsema prognoosi andnud PVsyst, kuid kõrge efektiivsusega kuudel (mai, juuni, juuli, august) on kõige täpsemini prognoosinud Solar4You arvutusmeetod. Kõige rohkem tootis Muhu päikesejaam elektrit sarnaselt eelmistele parkidele samuti maikuus ning jällegi Solar4you prognoosi kohaselt oleks kõige kõrgem tootlikkus pidanud olema juunis. Muhu päikesejaama tootlikkus oli kõige väiksem detsembris ning sama välja lugeda ka prognoosi pealt, erinevus nende vahel on jällegi märgatavalt suur (Joonis 5). 28
Muhu tegeliku ja prognoositud tootlikkuse vahe on üsna positiivne. Tootlikus on prognoosist oluliselt väiksem kõigest kahel kuul ja nendeks kuudeks on jällegi jaanuar ja oktoober, sarnaselt Vana Tamme päikesepargile. Kuuel kuul on tegelik tootlikkus prognoositust kõrgem ja seda päris suurel määral. Ülejäänud neljal kuul on prognoosi ja tegeliku tootlikkuse vahe kas väga väike või samaväärne. Käesoleva pargi puhul ka väga suuri energiakadusid ei ole, seega võib öelda, et päikesepark täidab enda eesmärki ja toodab elektrit vastavalt enda võimsusele. 2500 2000 1500 1000 500 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 93 522 959 1663 2284 1952 1968 1642 1044 532 225 55 Prognoositud AC (kwh) 249 375 794 1416 1920 1950 1686 1796 915 692 273 121 PVGIS AC (kwh) 273 469 1160 1450 1660 1520 1440 1330 926 570 249 162 PVsyst AC (kwh) 239 435 1103 1393 1634 1536 1604 1320 992 553 158 107 Joonis 5. Muhu 11 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 6 on välja toodud Roberti päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafiku järgi on näha, et Roberti päikesepargi puhul on kõige täpsem prognoos saadud programmiga PVgis. Solar4you arvutusmeetod on kõrge päikeseenergia efektiivsusega kuudel jällegi liiga optimistlik. Võrreldes kolme eelmise päikesejaamaga, ei ole ka Roberti pargi puhul suurima ja vähima tootlikkuse osas muutusi samuti suurim tegelik tootlikkus on mais ning Solar4you prognoos lubab suurimat tootlikkust juunis ja vähim tootlikkus on detsembris (Joonis 6). Antud päikesepargi tegeliku ja prognoositud tootlikkuse vahe on üsna negatiivne. Tootlikus on prognoosist oluliselt väiksem kümnel kuul ja nende hulka kuuluvad ka kõrge päikesekiirguse efektiivsusega suvekuud (aprill-august). Päikesepargi puhul on väga negatiivne, kui kõrge 29
efektiivsusega kuudel ei tooda park maksimumi, vaid laseb suure osa energiast kaotsi. Park toodab Solar4you prognoosist rohkem kõigest kahel kuul ning nendeks kuudeks on veebruar ja märts. Pargil on üsna suur efektiivsuse kadu, millest võib järeldada, et sarnaselt Kakumäe pargile võib tootlikkust mõjutada varjude langemine paneelidele. Samuti võib tegu olla lihtsalt liialt optimistlike prognoosidega. 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 58 288 653 991 1528 1393 1318 1170 687 274 106 31 Prognoositud AC (kwh) 129 259 642 1195 1652 1713 1587 1508 759 491 170 71 PVGIS AC (kwh) 164 324 879 1230 1530 1450 1370 1180 749 413 162 93 PVsyst AC (kwh) 155 310 853 1209 1522 1494 1537 1202 827 415 114 74 Joonis 6. Roberti 11 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 7 on välja toodud Talviku päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafiku järgi on näha, et Talviku päikesepargi puhul on kõige täpsem prognoos saadud Solar4you arvutusmeetodiga, antud meetod prognoosis seitsmel kuul kõige lähemale tegelikkusele. Kõige rohkem tootis antud jaam elektrit jällegi maikuus, kuid seekord on ka Solar4you prognoos ennustanud suurimat tootlikkust maikuus. Kõige väiksem tootlikkus oli jällegi detsembris ning seda näitas ka prognoos (Joonis 7). Talviku päikesepargi puhul on väga raske hinnata, kas prognoos on liialt optimistlik olnud, kuna antud pargil on päikesepaneelid kolme erinevasse suunda suunatud (ida, lõuna ja lääne suundadele) ning seetõttu sai ka tootlikust väga umbmääraselt prognoosida. Tootlikus on prognoosist oluliselt väiksem seitsmel kuul, kuid aprilli-juuli kuudes on tootlikkused üsna võrdväärsed. Park toodab Solar4You prognoosist rohkem kõigest ühel kuul ning selleks on maikuu. Kahjuks on ka selle pargi 30
puhul prognoos suurem kui tegelik tootlikkus. Kuna paneelid on katusel suunatud mitmesse erinevasse suunda, siis ei tooda kõik paneelid samal ajahetkel võrdväärselt ning on ka väga reaalne, et kuskil suunal langevad puudelt paneelidele varjud. 2500 2000 1500 1000 500 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 90 210 750 1500 2100 1920 1670 1460 690 380 130 40 Prognoositud AC (kwh) 278 417 875 1 559 2 036 2 015 1 807 1 937 1 031 780 311 141 PVGIS AC (kwh) 338 550 1330 1630 1820 1640 1570 1480 1050 659 301 200 PVsyst AC (kwh) 302 534 1323 1631 1858 1727 1815 1528 1172 672 193 134 Joonis 7. Talviku 13,8 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 8 on välja toodud Unismäe päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafiku järgi on näha, et Unismäe päikesepargi puhul annavad kõige lähedasema prognoosi tegelikkusele Solar4you ja PVsyst arvutusmeetodid. Solar4you prognoos on jällegi kõrge efektiivsusega kuudel liialt optimistlik (v.a juulikuu). Ühte meetodit, mis kõige paremini prognoosiks, ei ole selle pargi all võimalik esile tuua. Kõrgeim tootlikkus on ka selle pargi puhul jällegi maikuus ning Solar4you prognoosi järgi oleks pidanud kõrgeim tootlikkus olema juunis. Kõige vähem tootis park elektrit jällegi detsembris, ka prognoos oli kõige väiksem detsembrikuus (Joonis 8). Unismäe tegeliku ja prognoositud tootlikkuse vahe on pigem negatiivses suunas. Terve aasta vältel on tootlikkus üldiselt prognoosist madalam, kuid märgatavalt suur erinevus on vaid mõnel kuul. Unismäe pargi puhul on Solar4you arvutusmeetod olnud jällegi kõrge efektiivsusega kuudel ehk juunis ja augustis väga optimistlik. Tõenäoliselt täidab antud päikesejaam oma eesmärgi ära, kuid kindlasti on park suuteline mõnel kuul elektrit rohkem tootma. 31
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 67 283 942 1640 2301 2166 2204 1656 1063 412 122 37 Prognoositud AC (kwh) 268 436 973 1766 2462 2542 2198 2253 1117 803 304 132 PVGIS AC (kwh) 320 583 1490 1950 2320 2170 2050 1830 1230 721 301 188 PVsyst AC (kwh) 281 531 1398 1864 2275 2184 2269 1809 1301 695 195 130 Joonis 8. Unismäe 15 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 9 on välja toodud Jaamamõisa Selveri päikesepargi tegelik tootlikkus 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafikust on näha, et Jaamamõisa Selveri päikesepargi puhul annab kõige lähedasema prognoosi tegelikkusele Solar4you arvutusmeetod. Antud päiksejaama puhul on tootlikkus kõige suurem taaskord maikuus ning Solar4you prognoos on taaskord suurim juunikuus. Väiksem tootlikkus on ka samuti jällegi detsembris (Joonis 9). Jaamamõisa Selveri tegeliku ja prognoositud tootlikkuse vahe on suures pildis üsna keskpärane. Terve aasta vältel on tootlikkus üldiselt prognoosist madalam, kuid märgatavalt suuri erinevusi ei ole. Natuke liiga optimistlik on Solar4you prognoos juunis, augustis ja oktoobris. Antud graafiku (Joonis 9) põhjal võib öelda, et käesolev park töötab väga hästi vastavalt oma võimsusele ja paneelide efektiivsusele ning täidab enda eesmärki. 32
25000 20000 15000 10000 5000 0 Jaan Veebr Märts Aprill Mai Juuni Juuli Aug Sept Okt Nov Dets Tegelik AC (kwh) 577 2015 8480 12804 20423 18430 16872 15404 8515 3766 1166 294 Prognoositud AC (kwh) 1707 3101 7410 13683 19482 20367 17785 17454 8503 5740 2058 879 PVGIS AC (kwh) 2010 3910 10300 14300 17500 16700 15700 13600 8800 4940 1970 1160 PVsyst AC (kwh) 1835 3649 9991 14121 17938 17594 18144 14040 9669 4854 1364 878 Joonis 9. Jaamamõis Selveri 120 kw päikesejaama tegelik ja eri meetoditega prognoositud tootlikkus Joonisel 10 on välja toodud Smarten Logistics päikesepargi tegelik tootlikus 2016. ja 2017. aastal ning kolme arvutusmeetodiga prognoositud tootlikkused. Graafiku põhjal võib järeldada, et Smarten Logistics päikesepargi puhul annab kõige lähedasema prognoosi tegelikkusele nii 2016. kui ka 2017. aastal esimeses aasta pooles Solar4you arvutusmeetod ning alates juunist on programmi PVgis prognoos täpseim. Nii 2016. kui 2017. aastal on tegelik tootlikkus jällegi kõige suurem mais ning teistel kuudel on elektritootlikkus võrreldes maikuuga juba märgatavalt väiksem. Käesoleva pargi puhul on aga tegelik tootlikkus 2016. aastal kõige väiksem jaanuaris ning 2017. aastal detsembris (Joonis 10). Smarten Logistics tegeliku ja Solar4you prognoositud tootlikkuse vahe nii 2016. kui ka 2017. aastal on märgatavalt suur juunis-augustis. Tegelik tootlikkus ületab prognoositu mõlemal aastal vaid maikuus. Ülejäänud kuudel on tegelik prognoositust madalam, kuid mitte väga märgatavalt (v.a juuni -august). Antud graafiku (Joonis 10) põhjal võib öelda, et käesolev park töötab üsna hästi vastavalt oma võimsusele ja paneelide efektiivsusele. 33