46
Program Ujedinjenih naroda za razvoj u Hrvatskoj Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za modeliranje optimalnog tehničkog sustava Kolovoz 2015.

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

  • Upload
    others

  • View
    13

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Program Ujedinjenih naroda za razvoj u Hrvatskoj

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije

Metodologija za modeliranje optimalnog tehničkog sustava

Kolovoz 2015.

Page 2: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

1

Sadržaj

1 Uvod ................................................................................................................................................ 4

2 Otočni sustavi .................................................................................................................................. 4

3 Metodologija za odabir sustava ...................................................................................................... 6

3.1 Ulazni parametri i rubni uvjeti ................................................................................................. 7

3.1.1 Potrošnja električne energije .......................................................................................... 7

3.1.1.1 Pretpostavljena dnevna potrošnja većeg kućanstva ................................................... 7

3.1.1.2 Pretpostavljena dnevna potrošnja manjeg kućanstva .............................................. 12

3.1.1.3 Pretpostavljena dnevna potrošnja samačkog kućanstva .......................................... 15

3.1.2 Insulacija ........................................................................................................................ 18

3.1.3 Autonomija sustava ....................................................................................................... 18

3.1.4 Minimalni udio električne energije proizveden iz FN sustava ....................................... 19

3.2 Optimiranje sustava .............................................................................................................. 20

3.2.1 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja ................................................. 20

3.2.2 Proračun snage i broja potrebnih modula..................................................................... 22

3.2.3 Kompatibilnost komponenti sustava ............................................................................. 26

4 Verifikacija u simulacijskom programu ......................................................................................... 27

4.1 Predviđena dnevna potrošnja ............................................................................................... 27

4.2 Satno i dnevno odstupanje u potrošnji električne energije .................................................. 27

4.3 Maksimalni dopušteni manjak u proizvodnji električne energije ......................................... 28

4.4 Podaci o solarnom zračenju .................................................................................................. 28

4.5 Komponente sustava ............................................................................................................. 28

4.5.1 Pomoćni agregat ............................................................................................................ 28

4.5.2 Fotonaponski moduli ..................................................................................................... 29

4.5.3 Solarni akumulator ........................................................................................................ 29

4.5.4 Bidirekcijski pretvarač ................................................................................................... 29

4.5.5 Jedinične cijene komponenti sustava ............................................................................ 30

4.6 Rezultati optimizacije ............................................................................................................ 31

4.6.1 Rezultati optimizacije za PV3000 ................................................................................... 31

4.6.2 Rezultati optimizacije za sustav PV1500 ....................................................................... 32

4.7 Udio komponenti u investicijskom i neto sadašnjem trošku sustava ................................... 33

4.8 Ekonomska isplativost otočnog FN sustava .......................................................................... 35

4.8.1 Definiranje parametara mreže ...................................................................................... 35

4.8.2 Usporedba troška otočnog sustava i klasične elektrifikacije ......................................... 35

Page 3: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

2

5 Procijenjeni trošak održavanja sustava ......................................................................................... 37

5.1 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV3000 ................................................................. 37

5.1.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 38

5.1.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 39

5.2 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1500 ................................................................. 40

5.2.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 40

5.2.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 42

5.3 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1000 ................................................................. 43

5.3.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 44

5.3.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 45

Pregled slika Slika 1 Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog pretvarača .................................................................... 6

Slika 2 Konfiguracija sustava s bidirekcijskim pretvaračem .................................................................... 6

Slika 3 Konfiguracija sustava s mrežnim izmjenjivačem .......................................................................... 7

Slika 4 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za veće kućanstvo ........................................... 11

Slika 5 Graf dnevne utrošene energije za veće kućanstvo .................................................................... 11

Slika 6 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za manje kućanstvo ......................................... 14

Slika 7 Graf dnevne utrošene energije za manje kućanstvo ................................................................. 14

Slika 8 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za samačko kućanstvo ..................................... 17

Slika 9 Graf dnevne utrošene energije za samačko kućanstvo ............................................................. 17

Slika 10 Ozračenost na horizontalnu plohu ........................................................................................... 18

Slika 11 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV3000 .............. 23

Slika 12 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1500 ............... 25

Slika 13 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1000 ............... 26

Slika 14 Udio komponenti sustava u investicijskom trošku .................................................................. 33

Slika 15 Udio komponenti sustava u neto sadašnjem trošku ................................................................ 33

Slika 16 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV3000....................................... 34

Slika 17 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV1500....................................... 34

Slika 18 NPC u ovisnosti o udaljenosti od mreže ................................................................................... 35

Slika 19 Usporedba različitih rješenja elektrifikacije ............................................................................. 36

Pregled tablica Tablica 1 Pretpostavljena potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo .......................................... 8

Tablica 2 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" ...................................... 8

Page 4: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

3

Tablica 3 Pretpostavljena potrošnja za trošila koja nisu predviđena za modelirani sustav .................... 9

Tablica 4 Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima .......... 10

Tablica 5 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo .................................................... 12

Tablica 6 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" .................................... 12

Tablica 7 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima ................................... 13

Tablica 8 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo .................................................... 15

Tablica 9 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" .................................... 15

Tablica 10 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima ................................. 16

Tablica 11 Geografski položaj Karlovca ................................................................................................. 18

Tablica 12 Osnovni parametri sustava .................................................................................................. 20

Tablica 13 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja ........................................................ 21

Tablica 14 Proračun broja potrebnih modula ....................................................................................... 22

Tablica 15 Proračun za sustav PV3000 .................................................................................................. 23

Tablica 16 Proračun za sustav PV1500 .................................................................................................. 24

Tablica 17 Proračun za sustav PV1000 .................................................................................................. 25

Tablica 18 Osnovne pretpostavke pri modeliranju sustava .................................................................. 27

Tablica 19 Cijene komponenti sustava .................................................................................................. 30

Tablica 20 Rezultati optimizacije za sustav PV3000 .............................................................................. 31

Tablica 21 Rezultati optimizacije za sustav PV1500 .............................................................................. 32

Tablica 22 Jedinične cijene klasične elektrifikacije ................................................................................ 35

Tablica 23 Procijenjeni trošak sustava PV3000 po komponentama ..................................................... 37

Tablica 24 Troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 38

Tablica 25 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (25 godina) ........................................... 39

Tablica 26 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (5 godina) ............................................. 39

Tablica 27 Procijenjeni trošak sustava PV1500 po komponentama ..................................................... 40

Tablica 28 Troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 41

Tablica 29 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (25 godina) ........................................... 41

Tablica 30 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (5 godina) ............................................. 42

Tablica 31 Procijenjeni trošak sustava PV1000 po komponentama ..................................................... 43

Tablica 32 Troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 44

Tablica 33 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (25 godina) ........................................... 44

Tablica 34 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (5 godina) ............................................. 45

Page 5: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

4

1 Uvod

Program Ujedinjenih naroda za razvoj u Hrvatskoj (UNDP) provodi projekt “Elektrifikacija ruralnih

krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije“ kojem je cilj osigurati pristup električnoj energiji

kućanstvima koja žive u ruralnim područjima Hrvatske, udaljena od elektroenergetske mreže.

U takvim slučajevima izgradnja elektroenergetske mreže do objekta je u pravilu iznimno skupo. Stoga

je UNDP odabrao pristup kojim se kućanstvima omogućava pristup električnoj energiji, ali

korištenjem otočnih (autonomnih) solarnih sustava, bez potrebe za priključak na elektroenergetsku

mrežu.

Ova metodologija je izrađena za potrebe dimenzioniranja otočnih solarnih sustava koji će se koristiti

za elektrifikaciju kućanstava obuhvaćena projektom. Metodologija je izrađena na temelju tehničkih,

ekonomskih, društvenih i ekoloških kriterija.

Ciljevi metodologije:

1. Modeliranje potrošnje električne energije za kućanstava u ruralnim krajevima

2. Analiza i optimiranje otočnog solarnog sustava na temelju tehno-ekonomske analize

Za potrebe verifikacije rezultata analize i optimiranja sustava koristio se besplatni računalni alat

HOMER.

2 Otočni sustavi

Otočni sustavi su sustavi za proizvodnju električne energije koji nisu priključeni na elektroenergetsku

mrežu. Sustave koji koriste obnovljive izvore energije karakterizira nestalnost proizvodnje električne

energije (proizvode električnu energiju pod zadovoljenim vremenskim uvjetima) pa je osnovni zahtjev

na otočni sustav mogućnost skladištenja energije.

Vrste otočnih sustava:

1.Otočni sustav sa spremnikom energije – prilagođen je varijacijama između prevelike i

nedovoljne proizvedene energije za potrebe kućanstva.

2. Hibridni otočni sustav sa spremnikom energije – sustav koji osim fotonaponskog modula

koristi i druge obnovljive izvore (vjetroturbina ili hidrogenerator) ili električnim generatorom

(benzinski ili dizelski agregat).

Razlog za odabir hibridnog otočnog sustava sa spremnikom energije je veći stupanj sigurnosti i

iskoristivost.

Osnovni dijelovi otočnog fotonaponskog sustava:

1. Fotonaponski moduli

2. Baterije (solarni akumulator)

3. Izmjenjivač

4. Ispravljač (punjač baterije)

5 Pomoćni agregat

Page 6: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

5

Električna energija proizvedena fotonaponskim modulima pohranjuje se preko regulatora punjenja u

baterije (solarni akumulator). Regulator punjenja ima funkciju kontrole punjenja i pražnjenja baterije.

Baterije omogućavaju korištenje električne energije kada nema sunčeve svjetlosti. Kapacitet baterija

izražen je u Ah – umnožak prosječne jakosti struje pražnjenja i vremena pražnjenja baterija.

Izmjenjivač je komponenta sustava koja pretvara istosmjernu struju iz baterije u izmjeničnu, pri čemu

trošilima osigurava i izmjenični napon 230 V / 50 Hz (sve vrste tipičnih mrežnih potrošača kao što su

hladnjaci, perilice, rasvjeta, televizor itd.). Ispravljač pretvara izmjeničnu električnu energiju u

istosmjernu, a ima ulogu punjenja baterije iz smjera agregata u hibridnom sustavu i kontrolu

punjenja. Potreba za ispravljačem, odnosno bidirekcijskim pretvaračem koji je kombinirani uređaj

izmjenjivač/punjač, ovisiti će o odabranoj konfiguraciji sustava.

Postoji niz računalnih simulacijskih programa kojim se mogu modelirati otočni solarni i hibridni

sustavi. HOMER je besplatni program koji obuhvaća sve aspekte prilikom modeliranja sustava te

pronalazi optimalno rješenje unutar zadanih parametara. Hibridni otočni sustav sa spremnikom

energije podvrgnut je tehničkoj i ekonomskoj analizi. Prilikom modeliranja fotonaponskih sustava

nastojalo se prikupiti što točnije podatke o investicijskim troškovima i troškovima rada i održavanja

pojedinih komponenti. Tehnički podaci komponenti koje su razmatrane prilikom modeliranja su

preuzeti s tvorničkih specifikacija.

Slučajevi u kojima je otočni hibridni FN sustav najpraktičnije (i ekonomski najisplativije) rješenje su:

(1) Priključak stambenog objekta nije moguć na vod niskog napona (0,4 kV) zbog prevelikih

gubitaka koji nastaju kao posljedica dužine voda. Maksimalna duljina niskonaponskog voda je oko

500 m. Dakle, priključak stambenog objekta vlastitim NN vodom sa sabirnica niskog napona obližnje

TS 10/0,4 kV nije moguć ako je udaljenost veća od 500 m.

(2) Priključak objekta moguć je samo uz izgradnju novog SN voda (SN 10kV), kao odcjep sa

postojećeg 10 kV voda uz dodatak vlastitog transformatora 10/0,4 kV, i predstavlja milijunsku

investiciju.

Page 7: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

6

3 Metodologija za odabir sustava

Dimenzioniranje komponenti otočnog fotonaponskog sustava i postavljanje rubnih uvjeta za konačan

odabir osnovni su koraci metodologije. Konfiguracija sustava predstavlja način slaganja pojedinih

komponenti.

Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog izmjenjivača, u kojem je punjenje baterije omogućeno iz FN

modula te pomoćnog agregata preko zajedničke DC sabirnice.

Slika 1 Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog pretvarača

U konfiguraciji sustava s bidirekcijskim pretvaračem omogućeno je punjenje baterije pomoćnim

agregatom. Agregat je podređen bateriji i osigurava optimalne cikluse punjenja i pražnjenja. Životni

vijek baterije u ovoj konfiguraciji je dulji u odnosu na prethodnu. Premosni spoj agregata i trošila

omogućava napajanje kućanstva energijom iz agregata bez opterećivanja baterije ili kada je neka od

komponenti sustava u kvaru. Potrebno je omogućiti komunikaciju bidirekcijskog pretvarača i

agregata, a ove automatski upravljane komponente povisuju investicijski trošak sustava.

Slika 2 Konfiguracija sustava s bidirekcijskim pretvaračem

Konfiguracija s mrežnim izmjenjivačem omogućuje optimalno iskorištavanje proizvedene električne

energije iz FN modula i dodatno produljuje životni vijek baterije, ali zahtjeva postojeću stabilnu vezu

prema trošilima.

Page 8: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

7

Slika 3 Konfiguracija sustava s mrežnim izmjenjivačem

3.1 Ulazni parametri i rubni uvjeti

3.1.1 Potrošnja električne energije

Za dimenzioniranje sustava potrebno je razumjeti potrebe kućanstva za električnom energijom.

Prosječna godišnja potrošnja električne energije za prosječno četveročlano kućanstvo u Hrvatskoj

iznosi približno 2.500 kWh. Za potrebe dimenzioniranja otočnog sustava za kućanstvo u ruralnim

krajevima modelirana je potrošnja energije koja odgovara minimalnoj potrošnji električne energije

koja zadovoljava korištenje svih standardnih električnih uređaja, ali uz pretpostavku racionalnog

korištenja električne energije i upotrebu LED rasvjete i energetski efikasnih uređaja.

Za potrebe jednostavnijeg planiranja financijskih sredstava i provedbe postupka javne nabave

opreme, modelirana su tri tipska sustava. Veći sustav (PV3000) za potrebe kućanstva s tri ili više

članova, manji sustav (PV1500) za potrebe dvočlanog kućanstva te mikro sustav (PV1000) za potrebe

samačkog kućanstva za kojeg ne postoji gospodarski potencijal i potrebno je ispuniti samo osnovne

potrebe za električnom energijom.

Dnevna krivulja opterećenja modelirana je prema uobičajenim navikama prosječnog kućanstva i

specifičnim zahtjevima korištenja otočnih solarnih sustava. Ključni parametri za predviđanje

potrošnje električne energije i dimenzioniranje sustava su broj članova kućanstva, energetska

efikasnost, broj i instalirana snaga trošila, geografski položaj i orijentacija objekta. Pri modeliranju

potreba za električnom energijom pretpostavlja se da se za pripremu potrošne tople vode i grijanje

koristi drugi izvor energije.

3.1.1.1 Pretpostavljena dnevna potrošnja većeg kućanstva

Karakteristična potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo prikazana je u Tablici 1. Potrošnja

kućanstva pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.

Page 9: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

8

Tablica 1 Pretpostavljena potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo

Tročlano ili četveročlano kućanstvo Broj

uređaja Snaga

(W)

Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja

(Wh/dan)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Rasvjeta dnevni boravak/kuhinja 20W

2 40 3 5 120 200

Rasvjeta kupaona 11W 2 22 1 1 22 22

Rasvjeta spavaća soba 15W 2 30 1 1 30 30

Rasvjeta spavaća soba 7W 2 14 1 1 14 14

Vanjska rasvjeta 20W 2 40 1 3 40 120

Rasvjeta hodnik 15W 1 15 2 3 30 45

Hladnjak + ledenica (176 l + 40l) 1

- - 634 634

Perilica rublja (5 kg) 1 2.200 100 ciklusa 100 ciklusa 521 521

Pumpa za vodu 1 850 0,5 0,5 425 425

Radio 1 14 4 4 56 56

TV (LCD) 1 60 4 4 240 240

Ostalo

1.850 1.850

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 3.982 4.157

Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)

4.070

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

1.485

Kategorija “Ostalo“ u Tablici 1 obuhvaća upotrebu računala i malih kućanskih aparata – sušila za

kosu, usisavača, kuhala za vodu, miksera i mikrovalne pećnice. Pretpostavljena potrošnja većeg

kućanstva za trošila u ovoj kategoriji prikazana je u Tablici 2.

Tablica 2 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"

Ostalo Sati po ciklusu

korištenja

Broj ciklusa u godini

Sati korištenja godišnje

Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)

Računalo 3 365 1095 130 142.350

Sušilo za kosu 0,25 150 37,5 1.600 60.000

Usisavač 0,25 150 37,5 1.600 60.000

Kuhalo za vodu 0,05 200 10 2.000 20.000

Mikser 0,15 150 22,5 350 7.875

Mikrovalna pećnica 0,08 365 29,2 700 20.440

Godišnja potrošnja – ostalo (Wh/god) 310.665

Dnevna potrošnja – ostalo (Wh/dan) 850

*Dodatna trošila (Wh/dan) 1.000

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.851

*Predviđena je dnevna potrošnja energije od 1.000 Wh za dodatna trošila. Izbor trošila ovisiti će o

specifičnim potrebama pojedinog kućanstva.

Page 10: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

9

Uređaji koji nisu predviđeni pri modeliranju potrošnje, ali je njihova ugradnja u sustav uz racionalno

korištenje (iskorištavanje viškova proizvedene solarne energije) moguća, ili iznimno, spajanjem na

agregat. Upravljati potrošnjom je iznimno bitno za sustave s obnovljivim izvorima energije, a za

solarni sustav to znači da se trošila veće snage koriste u doba dana kada je baterija puna i kada se

sunčeva energija može izravno koristiti, bez potrebe za pražnjenjem baterije (ako se kućanstvo odluči

npr. na ugradnju električnog bojlera). U Tablici 3 dana je pretpostavljena potrošnja većeg kućanstva

uz grijanje potrošne tople vode (PTV) električnim bojlerom i pripremu hrane električno-plinskim

štednjakom. Vidljivo je da ti opcionalni uređaji doprinose ukupnoj potrošnji električne energije s oko

50%. Zbog toga je bolje rješenje instalacija solarnih toplinskih sustava za pripremu PTV te korištenje

plinskih štednjaka za pripremu hrane.

Tablica 3 Pretpostavljena potrošnja za trošila koja nisu predviđena za modelirani sustav

Opcionalni uređaji Broj

uređaja Snaga

(W)

Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja

(Wh/dan)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Električni bojler 65 l 1 2,000 2 2 4,000 4,000

Električno-plinski štednjak 1 4,500 40 ciklusa 40 ciklusa 173 173

Srednja dnevna potrošnja (Wh/dan) 4.173

Nova ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)

8.243

Udio u ukupnoj potrošnji 50,63%

Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima prikazana je

Tablicom 4. Na temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja za veće kućanstvo.

Udjeli pojedinih grupa trošila u dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 4.

Page 11: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

10

Tablica 4 Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima

Hladnjak

Perilica rublja i pumpa za

vodu Rasvjeta TV i radio Ostalo

Utrošena energija (Wh)

00:00 - 01:00 27

10

37

01:00 - 02:00 27

27

02:00 - 03:00 27

27

03:00 - 04:00 27

27

04:00 - 05:00 27

27

05:00 - 06:00 27

27

06:00 - 07:00 27

20 14

61

07:00 - 08:00 27

20 14

61

08:00 - 09:00 27

14

41

09:00 - 10:00 27

20

47

10:00 - 11:00 27

27

11:00 - 12:00 27 425

60

512

12:00 - 13:00 27 521

14

562

13:00 - 14:00 27

20

1000 1047

14:00 - 15:00 27

400 427

15:00 - 16:00 27

20

47

16:00 - 17:00 27

20

47

17:00 - 18:00 27

20

47

18:00 - 19:00 27

30 60 450 567

19:00 - 20:00 27

40 60

127

20:00 - 21:00 27

40

67

21:00 - 22:00 27

40

67

22:00 - 23:00 27

20 60

107

23:00 - 24:00 27

10

37

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)

4.070

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

1.485

Page 12: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

11

Slika 4 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za veće kućanstvo

Na Slici 5 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za veće kućanstvo. Površina ispod krivulje

predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.

Slika 5 Graf dnevne utrošene energije za veće kućanstvo

Page 13: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

12

3.1.1.2 Pretpostavljena dnevna potrošnja manjeg kućanstva

Karakteristična potrošnja za dvočlano kućanstvo prikazana je u Tablici 5. Potrošnja kućanstva

pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.

Tablica 5 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo

Dvočlano kućanstvo Broj

uređaja Snaga

(W)

Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja

(Wh/dan)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Rasvjeta dnevni boravak/kuhinja 20W

2 40 3 5 120 200

Rasvjeta kupaona 11W 1 11 1 1 11 11

Rasvjeta spavaća soba 15W 1 15 1 1 15 15

Rasvjeta spavaća soba 7W 1 7 1 1 7 7

Vanjska rasvjeta 20W 1 20 1 3 20 60

Rasvjeta hodnik 15W 1 15 2 3 30 45

Hladnjak + ledenica (130l + 40l) 1

- - 590 590

Perilica rublja (5 kg) 1 2.200 60 ciklusa 60 ciklusa 312 312

Radio 1 14 3 3 42 42

TV (LCD) 1 60 4 4 240 240

Ostalo

420 420

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.807 1.942

Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)

1.874

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

684

Kategorija “Ostalo“ u Tablici 5 obuhvaća upotrebu računala i malih kućanskih aparata – sušila za

kosu, usisavača, kuhala za vodu, miksera i mikrovalne pećnice. Pretpostavljena potrošnja dvočlanog

kućanstva za trošila u ovoj kategoriji prikazana je u Tablici 6.

Tablica 6 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"

Ostalo Sati po ciklusu

korištenja

Broj ciklusa u godini

Sati korištenja godišnje

Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)

Računalo 1 365 365 130 47.450

Sušilo za kosu 0,25 100 25 1.600 40.000

Usisavač 0,25 100 25 1.600 40.000

Kuhalo za vodu 0,05 150 7,5 2.000 15.000

Mikser 0,15 100 15 350 5.250

Mikrovalna pećnica 0,08 100 8 700 5.600

Ukupno godišnje – ostalo (Wh/god) 153.300

Ukupno dnevno – ostalo (Wh/dan) 420

Page 14: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

13

Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima prikazana je Tablicom 7. Na

temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja za manje kućanstvo. Udjeli pojedinih

grupa trošila u dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 6.

Tablica 7 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima

Hladnjak Perilica rublja Rasvjeta TV i radio Ostalo Utrošena

energija (Wh)

00:00 - 01:00 25

10

35

01:00 - 02:00 25

25

02:00 - 03:00 25

25

03:00 - 04:00 25

25

04:00 - 05:00 25

25

05:00 - 06:00 25

25

06:00 - 07:00 25

20 14

59

07:00 - 08:00 25

20 14

59

08:00 - 09:00 25

14

39

09:00 - 10:00 25

20

45

10:00 - 11:00 25

25

11:00 - 12:00 25

25

12:00 - 13:00 25

60

85

13:00 - 14:00 25 312 20

357

14:00 - 15:00 25

220 245

15:00 - 16:00 25

25

16:00 - 17:00 25

20

45

17:00 - 18:00 25

20

45

18:00 - 19:00 25

20 60 200 305

19:00 - 20:00 25

25 60

110

20:00 - 21:00 25

25

50

21:00 - 22:00 25

30

55

22:00 - 23:00 25

20 60

105

23:00 - 24:00 25

10

35

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)

1.874

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

684

Page 15: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

14

Slika 6 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za manje kućanstvo

Na Slici 7 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za manje kućanstvo. Površina ispod krivulje

predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.

Slika 7 Graf dnevne utrošene energije za manje kućanstvo

Page 16: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

15

3.1.1.3 Pretpostavljena dnevna potrošnja samačkog kućanstva

Karakteristična potrošnja za samačko kućanstvo za kojeg ne postoji gospodarski potencijal i potrebno

je ispuniti samo osnovne potrebe za električnom energijom prikazano je u Tablici 8. Potrošnja

kućanstva pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.

Tablica 8 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo

Samačko kućanstvo Broj

uređaja Snaga

(W)

Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja

(Wh/dan)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Ljeto (182,5 dana)

Zima (182,5 dana)

Unutarnja rasvjeta 10W 4 40 3 5 120 200

Vanjska rasvjeta 20W 1 20 2 3 40 60

Hladnjak + ledenica (130 L + 40L) 1

- - 590 590

TV (LCD) 1 60 4 4 240 240

Ostalo

356 356

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.346 1.446

Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)

1.396

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

510

Kategorija “Ostalo“ u Tablici 8 obuhvaća upotrebu računala, pumpe za vodu i sušila za kosu ili drugog

malog kućanskog uređaja. Pretpostavljena potrošnja samačkog kućanstva za trošila u ovoj kategoriji

prikazana je u Tablici 9.

Tablica 9 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"

Ostalo Sati po ciklusu

korištenja

Broj ciklusa u godini

Sati korištenja godišnje

Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)

Računalo 1 365 365 130 47.450

Sušilo za kosu 0,25 100 25 1.600 40.000

Pumpa 0,5 100 50 850 42.500

Ukupno godišnje – ostalo (Wh/god) 129.950

Ukupno dnevno – ostalo (Wh/dan) 356

Page 17: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

16

Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima prikazana je Tablicom 10. Na

temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja. Udjeli pojedinih grupa trošila u

dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 8.

Tablica 10 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima

Hladnjak Rasvjeta TV Ostalo Utrošena

energija (Wh)

00:00 - 01:00 25 10 35

01:00 - 02:00 25 25

02:00 - 03:00 25 25

03:00 - 04:00 25 25

04:00 - 05:00 25 25

05:00 - 06:00 25 25

06:00 - 07:00 25 10

35

07:00 - 08:00 25 20 45

08:00 - 09:00 25 25

09:00 - 10:00 25 20 45

10:00 - 11:00 25 60 85

11:00 - 12:00 25 250 275

12:00 - 13:00 25

25

13:00 - 14:00 25 10 35

14:00 - 15:00 25 100 125

15:00 - 16:00 25 25

16:00 - 17:00 25 20 45

17:00 - 18:00 25 20 45

18:00 - 19:00 25 20

45

19:00 - 20:00 25 20 60 105

20:00 - 21:00 25 20 60 105

21:00 - 22:00 25 20 60 105

22:00 - 23:00 25 10 35

23:00 - 24:00 25 10 35

Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)

1.400

Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)

510

Page 18: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

17

Slika 8 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za samačko kućanstvo

Na Slici 9 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za samačko kućanstvo. Površina ispod krivulje

predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.

Slika 9 Graf dnevne utrošene energije za samačko kućanstvo

Page 19: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

18

3.1.2 Insulacija

Podaci o intenzitetu Sunčeva zračenja potrebni su za proračun proizvodnje električne energije FN

sustava. Lokacija objekta za koji se modelira FN sustav se specificira zemljopisnom širinom i dužinom.

Pri tome je zemljopisna širina važna varijabla, osobito za fiksne FN module postavljene pod

određenim kutom. Podaci o solarnom zračenju preuzeti su iz Photovoltaic Geographical Information

System (PVGIS) baze podataka.

Odabrana mikrolokacija za potrebne dimenzioniranja sustava je Karlovac. Geografski položaj Karlovca

dan je u Tablici 11.

Tablica 11 Geografski položaj Karlovca

Geografska širina 45° 29' N

Geografska dužina 15° 33' E

Ozračenost na horizontalnu plohu i indeks prozirnosti za Karlovac prikazani su Slikom 10. Prosječna

vrijednost solarnog zračenja iznosi 3,77 kWh/m2/dan. Prosječni broj sunčanih sati godišnje je oko

2.000.

Slika 10 Ozračenost na horizontalnu plohu

3.1.3 Autonomija sustava

Autonomija sustava je vremenski period u kojem sustav može zadovoljavati potrebe kućanstva za

električnom energijom iz energije pohranjene u baterijama, bez korištenja FN sustava.

Dimenzioniranje autonomije otočnog sustava bitno je kako bi potrebe za električnom energijom

kućanstva bile zadovoljene i u periodima kada zbog vremenskih uvjeta ili drugih razloga nije moguća

proizvodnja električne energije iz FN sustava. Autonomija otočnog sustava odnosi se na raspoloživ

kapacitet baterije za pohranu električne energije.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Sij Velj Ožu Tra Svi Lip Srp Kol Ruj Lis Stu Pro

0

1

2

3

4

5

6

7

Ind

eks

pro

zirn

ost

i

Mjesec

Dn

evn

a o

zrač

eno

st (

kWh

/m2

/dan

)

Ozračenost na horizontalnu plohu - Karlovac

Dnevna ozračenost Indeks prozirnosti

Page 20: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

19

Za proračun potrebnih baterijskih jedinica, uz definirano opterećenje i željenu autonomiju sustava,

koristi se sljedeća formula:

𝑁𝑏𝑎𝑡 =𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚,𝑠𝑟 × 𝐴𝑏𝑎𝑡 × (24 ℎ/𝑑𝑎𝑛)−1

𝑉𝑛𝑄𝑛𝑡𝑍

Gdje je

Nbat = broj potrebnih povezanih baterijskih jedinica [#]

Abat = predviđena autonomija baterije [h]

Vn = nazivni napon baterijske jedinice [V]

Qn = nazivni kapacitet baterijske jedinice [Ah]

tZ = koeficijent dubine pražnjenja [%]

Lprim,sr = srednje dnevno opterećenje [Wh/dan]

Za dimenzioniranje sustava, pretpostavlja se minimalni period autonomije od 48 sati (2 dana) za

sustav PV1000 te autonomija od 72 sata (3 dana) za sustave PV1500 i PV3000, prema modeliranoj

prosječnoj dnevnoj potrošnji.

Upotrebom navedene formule za izračun osigurane autonomije sustava uz poznate komponente

sustava

12 V nazivni napon baterijske jedinice,

220 Ah nazivni kapacitet baterijske jedinice,

60% dozvoljena dubina pražnjenja,

te pretpostavljene dnevne potrošnje za tri tipa kućanstva, za koja su predviđena tri tipska sustava

PV1000, PV1500 i PV3000, s parnim brojem baterijskih jedinica kako bi se zadovoljili zahtjevi na

voltažu sustava i trajanje autonomije (za sustave redom 2, 4 i 8 baterijskih jedinica) izračunato je

trajanje autonomije:

PV1000 1400 Wh/dan 2 x 12 V x 220 Ah x 60% 54 sata

PV1500 1874 Wh/dan 4 x 12 V x 220 Ah x 60% 81 sat

PV3000 4070 Wh/dan 8 x 12 V x 220 Ah x 60% 75 sati

Objašnjenje navedenih veličina, kao i detaljni proračun koji uzima u obzir i gubitke u solarnim

sustavima, dani su u poglavlju 3.2 Optimiranje sustava. S obzirom da su baterije dio sustava čije

ponašanje ovisi o načinu potrošnje električne energije (o broju ciklusa punjenja i pražnjenja, brzini

pražnjenja), proračun je ponovljen u simulacijskom programu Homer. Rezultati optimizacije dani su u

poglavlju 4 Verifikacija u simulacijskom programu.

3.1.4 Minimalni udio električne energije proizveden iz FN sustava

Sustav je potrebno dimenzionirati na način da zadovolji osnovne potrebe kućanstva za električnom

energijom. Rubni uvjet minimalnog udjela električne energije proizvedene iz FN sustava(udio

penetracije fotonaponskog sustava) postavljen je kako bi iz sunčeve energije bilo zadovoljeno

minimalno 90% potreba na godišnjoj razini. Ovaj uvjet ima ekonomsku, društvenu i ekološku

dimenziju. Ovim uvjetom se ograničava potreba za korištenjem agregata, tj. potrošnja goriva za

pogon agregata čime se izravno ograničava financijsko opterećenje na korisnika sustava (kućanstvo) i

emisija stakleničkih plinova. Odabirom sustava koji će zahtijevati korištenje pomoćnog agregata do

Page 21: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

20

130 litara i izdaci za gorivo su ograničeni na 1.000 do 1.500 kuna godišnje, uzimajući u obzir cijene

benzina u 2014. godini.

3.2 Optimiranje sustava

Nakon što je definirana potrošnja objekta, odabiru se osnovne komponente sustava i definiraju se

njihovi parametri.

3.2.1 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja

Kapacitet baterije definira se s dvije oznake, količinom spremljene energije kada je baterija puna,

izraženo u ampersatima (Ah), i C brojem. C broj označava za koliko će se sati baterija potpuno

isprazniti u ovisnosti o struji pražnjena. C20 znači da će se baterija kapaciteta 100 Ah isprazniti za 20

sati, odnosno struja pražnjenja je 5 A tijekom 20 sati. Razlika baterija 100 Ah C20 i C100 je u tome što

će C100 biti moguće prazniti 100 sati sa strujom pražnjenja 1 A, a 13,5 sati sa strujom pražnjenja 5A.

Njen stvarni kapacitet pri struji pražnjenja 5 A nije 100 Ah, već 5 x 13,5 = 67,5 Ah.

Dozvoljeni stupanj pražnjenja akumulatora je vrijednost koja se ne smije prekoračiti, kako ne bi došlo

do trajnog oštećenje ćelija baterije i smanjenja životnog vijeka. Koeficijent dubine pražnjenja tZ=0,2

označava da se akumulator smije prazniti do 20% svog kapaciteta. Pri dimenzioniranju komponenti

najčešće se postavlja tZ=0,6. Pražnjenje akumulatora od do 60% kapaciteta osigurava njegov životni

vijek od minimalno 5 do 7 godina. Maksimalni životni vijek akumulatora je do 10 godina.

Efikasnost baterijske jedinice odnosi se na efikasnost kružne pretvorbe električne energije DC-

skladištenje-DC, odnosno koliki udio energije pohranjen u akumulatoru se može povratiti. Efikasnost

pretvorbe ηAh je oko 90%, a varira u ovisnosti o tipu i naponu baterije.

Koeficijent korištenja sustava pokazuje da li se električna energija iz akumulatora koristi svakodnevno

(hB=1) ili, primjerice, samo preko vikenda (hB=2/7).

Za potrebe proračuna odabran je napon baterije 24 V. Svaka baterijska jedinica je napona 12 V, a pri

projektiranju sustava odabrat će se način spajanja jedinica. Time se mijenja voltaža spoja, ali ukupan

raspoloživi kapacitet u baterijama ostaje isti. Može se pretpostaviti da će za sustave PV3000 i PV1500

baterijski sklop biti 48 V, a za PV1000 24 V. Osnovni parametri sustava dani su u Tablici 12.

Tablica 12 Osnovni parametri sustava

Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000

Potrebna energija u danu 𝐸𝑉 Wh 4.070 1.874 1.400

Napon baterije 𝑈𝑆 V 24 24 24

Koeficijent dubine pražnjenja akumulatora

𝑡𝑍

0,6 0,6 0,6

Stupanj korisnog djelovanja punjenja 𝜂𝐴ℎ

0,9 0,9 0,9

Trajanje autonomije 𝑛𝐴 d 3 3 3

Koeficijent korištenja sustava ℎ𝐵

1 1 1

Predviđena dnevna potreba kućanstva za električnom energijom, izražena u Wh, preračunava se

preko napona akumulatora na dnevno potrebne Ah koje on mora osigurati. Potrebno je uzeti u obzir i

predviđeni broj dana autonomije akumulatora. Idealni akumulatora je onaj čiji je kapacitet moguće

iskoristiti 100%. Akumulator je zbog održavanja životnog vijeka poželjno prazniti do polovice ukupnog

Page 22: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

21

kapaciteta pa se na taj način odabire i kapacitet realnog akumulatora. Dnevno punjenje QL

predstavlja energiju izraženu u Ah koja se mora dnevno dovesti do stezaljki akumulatora da bi se

osigurala projektirana potrošnja iz akumulatora. QL definira koliko energije je potrebno osigurati iz

fotonaponskih modula i predstavlja ključan podatak u proračunu.

U Tablici 13 prikazan je proračun kapaciteta i potrebnog dnevnog punjenja akumulatora.

Tablica 13 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja

Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000

Dnevna potrošnja 𝐸𝐷 = ℎ𝐵 × 𝐸𝑉 Wh 4.070 1.874 1.400

Dnevna potrošnja 𝑄𝐷 =𝐸𝐷

𝑈𝑆

Ah 170 78 58

Kapacitet idealnog akumulatora 𝐾𝑁 = 𝑛𝐴 ×𝐸𝑉

𝑈𝑆

Ah 509 234 175

Minimalni kapacitet realnog akumulatora

𝐾 =𝐾𝑁

𝑡𝑍

Ah 848 390 292

Dnevno punjenje 𝑄𝐿 =𝑄𝐷

𝜂𝐴ℎ

Ah 188 87 65

Page 23: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

22

3.2.2 Proračun snage i broja potrebnih modula

Kako bi se ispunio zahtjev dnevnog punjenja baterije, uz definiranu dnevnu potrošnju i autonomiju

sustava, treba izračunati potrebnu energiju iz fotonaponskih modula.

Serijskim spajanjem FN modula nastaje niz, a paralelnim spojem nizova nastaje fotonaponsko polje.

Spajanjem modula u seriju zbrajaju se naponi modula u napon niza, uz zadržavanje iste struje koja

protječe kroz sve module. Spajanjem nizova u paralelu napon niza ostaje konstantan, a zbraja se

struja nizova. Broj modula spojenih serijski i paralelno bit će određen maksimalnim dozvoljenim

ulaznim naponom te maksimalnom ulaznom strujom regulatora punjenja, na koji se priključuju.

U tablicama u nastavku prikazan je proračun potrebne snage, odnosno broja potrebnih FN modula,

za sustave PV3000, PV1500 i PV1000 za sve mjesece u godini. Sve jedinice za energiju su na dnevnoj

razini. Energija iz pomoćnog izvora (agregata) koristi se za pokrivanje manjka iz FN modula u

potrebnom dnevnom punjenju baterije. Pri proračunu se uzima 10% veći napon baterije (1,1 US) koji

odgovara stvarnom stanju gdje se akumulator uvijek puni na višem naponu od nazivnog.

Faktor veličine sustava teži jedinici kada proizvodnja iz pomoćnog izvora i odabranog broja FN

modula u potpunosti zadovoljava projektiranu dnevnu potrošnju. Faktor je veći od jedinice u slučaju

kada sustav proizvodi manje energije nego što je potrebno, a manji je od jedinice kada sustav

proizvodi višak energije.

Tablica 14 Proračun broja potrebnih modula

Sve jedinice za energiju u tablicama u nastavku su na dnevnoj razini. Rezultati proračuna snage i broja

potrebnih modula za sustav PV3000 prikazani su u Tablici 15.

Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000

Snaga modula 𝑃𝑀 W 250 250 250

Napon baterije 𝑈𝑆 V 24 24 24

Broj instaliranih FN modula 𝑛𝑀 # 10 5 4

Potrebno dnevno punjenje 𝑄𝐿 Ah

Pomoćni izvor energije (agregat)

𝐸𝐻 Wh

Pomoćni izvor energije (agregat)

𝑄𝐻 =𝐸𝐻

1,1 × 𝑈𝑆

Ah

Potrebna energija iz FN modula 𝑄𝐹𝑁 = 𝑄𝐿 − 𝑄𝐻 Ah

Energija iz 1 Wp - izvor PVGIS (Karlovac)

𝑌𝐹 Wh/Wp

Energija iz sustava FN modula 𝐸𝐷𝐶−𝑆 = 𝑛𝑀 × 𝑃𝑀 × 𝑌𝐹 Wh

Energija iz sustava FN modula 𝑄𝑆 =𝐸𝐷𝐶−𝑠

1,1 × 𝑈𝑆

Ah

Faktor veličine sustava 𝑛𝐹 =𝑄𝐹𝑁

𝑄𝑆

#

Page 24: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

23

Tablica 15 Proračun za sustav PV3000

sij velj ožu trav svib lip

𝑄𝐿 188 188 188 188 188 188

𝐸𝐻 1.790 0 0 0 0 0

𝑄𝐻 67,8 0 0 0 0 0

𝑄𝐹𝑁 120,7 188,5 188,5 188,5 188,5 188,5

𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48

𝐸𝐷𝐶−𝑆 3.200 5.325 7.925 9.725 10.725 11.200

𝑄𝑆 121,2 201,7 300,2 368,4 406,3 424,2

𝑛𝐹 1,00 0,93 0,63 0,51 0,46 0,44

srp kolo ruj list stu pro

𝑄𝐿 188 188 188 188 188 188

𝐸𝐻 0 0 0 0 1.530 2.370

𝑄𝐻 0,0 0 0 0 58,0 89,8

𝑄𝐹𝑁 188,5 188,5 188,5 188,5 130,5 98,7

𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04

𝐸𝐷𝐶−𝑆 11.575 10.825 8.425 6.050 3.450 2.600

𝑄𝑆 438,4 410,0 319,1 229,2 130,7 98,5

𝑛𝐹 0,43 0,46 0,59 0,82 1,00 1,00

Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, u siječnju, studenom i prosincu, a potrebna energija iz agregata za kompenzaciju manjka EH prikazana je u Tablici 15. Manjak ovisi o instaliranoj vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 11. Za dopušteni manjak električne energije iz FN modula od 10%, snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 2,5 kW, a potrošnja goriva za rad agregata iznosi približno 120 l godišnje.

Slika 11 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV3000

Page 25: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

24

Rezultati proračuna snage i broja potrebnih modula za PV1500 prikazani su u Tablici 16.

Tablica 16 Proračun za sustav PV1500

sij velj ožu trav svib lip

𝑄𝐿 87 87 87 87 87 87

𝐸𝐻 690 0 0 0 0 0

𝑄𝐻 26,1 0 0 0 0 0

𝑄𝐹𝑁 60,6 86,8 86,8 86,8 86,8 86,8

𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48

𝐸𝐷𝐶−𝑆 1.600 2.662,5 3.962,5 4.862,5 5.362,5 5.600

𝑄𝑆 60,6 100,9 150,1 184,2 203,1 212,1

𝑛𝐹 1,00 0,86 0,58 0,47 0,43 0,41

srp kolo ruj list stu pro

𝑄𝐿 87 87 87 87 87 87

𝐸𝐻 0 0 0 0 570 990

𝑄𝐻 0 0 0 0 21,6 37,5

𝑄𝐹𝑁 86,8 86,8 86,8 86,8 65,2 49,3

𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04

𝐸𝐷𝐶−𝑆 5.787,5 5.412,5 4.212,5 3.025 1.725 1.300

𝑄𝑆 219,2 205,0 159,6 114,6 65,3 49,2

𝑛𝐹 0,40 0,42 0,54 0,76 1,00 1,00

Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, kao i za

sustav PV3000. Potrebna energija iz agregata EH prikazana je u Tablici 16. Manjak ovisi o instaliranoj

vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 12. Za dopušteni manjak iz FN modula od 10%,

snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 1,25 kW, a potrošnja goriva za rad agregata iznosi

približno 50 l godišnje.

Page 26: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

25

Slika 12 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1500

Rezultati proračuna snage i broja potrebnih modula za sustav PV1000 prikazani su u Tablici 17.

Tablica 17 Proračun za sustav PV1000

sij velj ožu trav svib lip

𝑄𝐿 65 65 65 65 65 65

𝐸𝐻 435 0 0 0 0 0

𝑄𝐻 16,5 0 0 0 0 0

𝑄𝐹𝑁 48,4 64,8 64,8 64,8 64,8 64,8

𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48

𝐸𝐷𝐶−𝑆 1280 2130 3170 3890 4290 4480

𝑄𝑆 48,5 80,7 120,1 147,3 162,5 169,7

𝑛𝐹 1,00 0,80 0,54 0,44 0,40 0,38

srp kolo ruj list stu pro

𝑄𝐿 65 65 65 65 65 65

𝐸𝐻 0 0 0 0 330 670

𝑄𝐻 0 0 0 0 12,5 25,4

𝑄𝐹𝑁 64,8 64,8 64,8 64,8 52,3 39,5

𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04

𝐸𝐷𝐶−𝑆 4630 4330 3370 2420 1380 1040

𝑄𝑆 175,4 164,0 127,7 91,7 52,3 39,4

𝑛𝐹 0,37 0,40 0,51 0,71 1,00 1,00

Page 27: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

26

Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, kao i u

proračunima za sustave PV3000 i PV1500. Potrebna energija iz agregata EH prikazana je u Tablici 17.

Manjak ovisi o instaliranoj vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 13. Za dopušteni manjak

iz FN modula od 10%, snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 1,00 kW, a potrošnja goriva za

rad agregata iznosi približno 30 l godišnje.

Slika 13 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1000

3.2.3 Kompatibilnost komponenti sustava

Po odabiru instalirane snage fotonaposnkih modula izabire se odgovarajući regulator punjenja,

izmjenjivač i ispravljač (punjač baterije).

Punjač baterije (AC/DC pretvorba) provodi energiju u smjeru od pomoćnog agregata prema

baterijama, a izbor punjača prevelike snage ima za posljedicu ubrzano trošenje i starenje baterije. On

mora osigurati potrebnu istosmjernu struju punjenja, a to je oko 15% kapaciteta baterije (minimalno

120 A za kapacitet 848 Ah iz prethodnog proračuna). Izmjenjivač (DC/AC pretvorba) provodi energiju

u smjeru od baterija prema trošilima, a izborom izmjenjivača premale izlazne snage neće biti moguće

zadovoljiti potrošnju kućanstva.

Page 28: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

27

4 Verifikacija u simulacijskom programu

Računalni simulacijski programi služe za analizu izvodljivosti, dok stvarno ponašanje sustava nije

moguće točno predvidjeti. Ipak, na osnovu dobivenih rezultata može se donijeti odluka o izvodljivosti

pojedinog fotonaponskog sustava za zadovoljavanje energetskih potreba kućanstava.

Parametre koje je potrebno dimenzionirati pri simulaciji za odabir optimalnog rješenja u praksi je

potrebno prilagoditi pojedinoj lokaciji.

Osnovne (ekonomske) pretpostavke u simulacijskom programu Homer pri modeliranju sustava dane

su u Tablici 18.

Tablica 18 Osnovne pretpostavke pri modeliranju sustava

Životni vijek projekta 30 godina

Godišnja diskontna stopa u RH 5%

Trošak izgradnje mreže 200.000 kn/km

Troškovi održavanja 5.000kn/god/km

Cijena električne energije iz mreže 0,9 kn/kWh

Godišnji troškovi održavanja i vođenja energetske prijenosne mreže procijenjeni su na 2,5% investicijskog troška po kilometru voda.

4.1 Predviđena dnevna potrošnja

Predviđena dnevna potrošnja električne energije modelirana kako je prikazano u poglavlju 3.1.1.

Potrošnja električne energije te su isti iznosi potrošnje uzeti kao ulazni parametri pri verifikaciji u

simulacijskom programu. Dnevna potrošnja modelirana za sustav PV3000 iznosi 4.070 Wh, za sustav

PV1500 1.874 Wh, a za sustav PV1000 1.400 Wh.

4.2 Satno i dnevno odstupanje u potrošnji električne energije

Vršni iznosi snage ovisit će o trošilima koja se istovremeno koriste i nisu prikazani na dijagramu

opterećenja s rezolucijom jedan sat. Dnevni dijagram opterećenja kreiran na temelju uprosječenih

vrijednosti odskače od stvarnih iznosa snage, ali vjerno prikazuje potrošnju električne energije.

Primjerice, ovisno o programu pranja, perilica rublja radi na nazivnoj snazi određeno vrijeme. Ako je

grijač perilice nazivne snage 2,2 kW, vršna vrijednost snage iznosit će 2,2 kW uvećano za ukupnu

snagu ostalih trošila koja se koriste u isto vrijeme, ali budući da grijač perilice radi svega 15 min,

njegova potrošnja je prikazana kao prosječna potrošnja grijača u jednom satu.

Satni i dnevni šum koji se unosi pri sintetiziranju podataka omogućava dnevno i satno odstupanje

potrošnje. Na ovaj način simulacija vjernije opisuje stvarni sustav budući da predviđa nasumična

satna i dnevna odstupanja od zadane potrošnje. Odstupanje je pri modeliranju potrošnje postavljen

na 20% od predviđenog iznosa pojedine satne i dnevne potrošnje.

Page 29: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

28

4.3 Maksimalni dopušteni manjak u proizvodnji električne energije

Rubni uvjet dopuštenog manjka u proizvodnji električne energije za predviđenu potrošnju definiran je

kako bi se izbjeglo predimenzioniranje sustava. Pri modeliranju sustava dozvoljen je manjak od 10% u

proizvodnji električne energije za sustav bez pomoćnog agregata. Manjak je predviđen jer simulacijski

program ne uzima u obzir upravljanje potrošnjom od strane korisnika (racionalna potrošnja,

prilagodba potrošnje u ovisnosti o trenutnim vremenskim uvjetima i iskorištavanje viškova električne

energije u sunčanim danima). Rezultati simulacije pokazuju da za vrijeme ljetnih mjeseci sustavi

proizvedu viškove u iznosima 65-180% ukupnih potreba kućanstva. Stoga se pretpostavlja kako je ove

viškove uz racionalno gospodarenje energijom moguće iskoristiti za pokrivanje eventualnog manjka

koji je pretpostavljen kao rubni uvjet za potrebe simulacije.

U rezultatima simulacije koja predviđaju sustav s pomoćnim agregatom ne dolazi do manjka u

proizvodnji električne energije, budući da agregat pokriva sve manjkove.

4.4 Podaci o solarnom zračenju

Podaci o solarnom zračenju preuzeti su iz Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) baze

podataka.

Odabrana mikrolokacija za simulaciju rada sustava je Karlovac.

4.5 Komponente sustava

Komponente sustava koje se dimenzioniraju u simulacijskom programu su:

1. Pomoćni agregat

2. Fotonaponski moduli

3. Solarni akumulator

4. Bidirekcijski pretvarač

4.5.1 Pomoćni agregat

Potreba za korištenjem agregata ograničena je rubnim uvjetom penetracije FN sustava. Na temelju

iskustva o energetskim potrebama kućanstva i kako bi se osiguralo ispunjenje svih osnovnih zahtjeva

u slučaju nemogućnosti proizvodnje električne energije iz FN sustava (izvanredna situacija - kvar ili

period bez sunčanih dana koji prelazi autonomiju baterije) pri modeliranju je odabran agregat snage

2,5 kW. Sustav je dimenzioniran na ovaj način kako bi se agregat koristio samo povremeno, čime se

štedi gorivo, smanjuju troškovi održavanja, produžuje životni vijek i smanjuje ekološki otisak.

Najčešće su korišteni benzinski i dizelski agregati. Dizelski agregat je za istu snagu nešto skuplji i

bučniji od benzinskog, a preporuka su za opterećenje veće od 20 kVA. Cijena goriva im je približno

jednaka, 10 kn/l. Iz tog razloga je pri modeliranju sustava odabran agregat na benzin.

Predviđeni životni vijek benzinskog agregata je 15.000 radnih sati (uz redovno servisiranje, korištenje

kvalitetnog ulja). Minimalno opterećenje je 20% nazivne snage kako bi se izbjegla neefikasna

proizvodnja električne energije. Izlazni napon je 12 V, izmjenične struje. Odabrane su općenite

specifikacije potrošnje goriva, unaprijed definirane u programu.

Page 30: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

29

4.5.2 Fotonaponski moduli

Pri modeliranju sustava je odabran fiksno postavljeni fotonaponski sustav. Kut nagiba FN modula

(slope) je zakrenutost modula u odnosu na horizontalnu ravninu. Optimalni kut se za Hrvatsku kreće

od 33° na jugu do 37° na sjeveru zemlje.

Azimut određuje orijentaciju FN sustava u odnosu na smjer sjevera. Optimalna orijentacija FN sustava

na sjevernoj Zemljinoj polutci je jug (azimut = 180°). Azimut će ovisiti o orijentaciji krova ako je

odabrana instalacija na krovu objekta. Orijentacija jugoistok (azimut = 135°)za potrebe modeliranja

sustava nije idealna, ali je odabrana kako bi model vjernije opisao stvarni sustav, koji najčešće nije

orijentiran idealno prema jugu.

Predviđeni životni vijek FN modula je 30 godina i taj period je odabran za trajanje simulacije.

Odabrani su moduli snage 250 Wp koji se modularno povezuju, a promatraju se sustavi ukupne snage

fotonaponskog polja do 1,5 kW za sustav PV1500, odnosno 3 kW za sustav PV3000.

Faktor gubitaka (derating factor) je mjera gubitaka FN sustava pri proizvodnji električne energije.

Faktor gubitaka je postavljen na 85% što znači da proizvodnja električne energije FN modula odstupa

15% od nazivne vrijednosti. U ovu vrijednost uračunati su gubici zbog onečišćenja panela, snježnih

naslaga, osjenčanosti, spojnih gubitaka, starenja sustava te temperaturni gubici. Koeficijent refleksije

tla je svojstvo podloge da odbija zračenje. Najčešće se koristi koeficijent refleksije travnate površine

koji iznosi 20%.

4.5.3 Solarni akumulator

Električna energija proizvedena FN modulima pohranjuje se preko regulatora punjenja u akumulatoru

(bateriji). Pri modeliranju otočnih sustava bitna je mogućnost pohrane energije kako bi se mogla

koristiti u periodu kada nema proizvodnje energije iz FN modula (u slučaju magle, tijekom noći i sl.).

Pri modeliranju su odabrane baterije nazivnog kapaciteta 220 Ah. Dozvoljeno je pražnjenje baterije

do 60% kapaciteta.

Efikasnost baterijske jedinice odnosi se na efikasnost kružne pretvorbe električne energije DC-

skladištenje-DC, odnosno koliki udio energije pohranjen u akumulatoru se može povratiti. Efikasnost

pretvorbe je oko 90%, a maksimalni životni vijek 10 godina. Stvarni životni vijek ovisit će o broju

ciklusa i načinu pražnjenja baterije.

4.5.4 Bidirekcijski pretvarač

Izmjenjivač je dio sustava koji pretvara istosmjernu struju iz akumulatora u izmjeničnu, pri čemu

trošilima osigurava i izmjenični napon 230 V / 50 Hz (sve vrste tipičnih mrežnih potrošača kao što su

hladnjaci, perilice, rasvjeta, televizor itd.). Ispravljač pretvara izmjeničnu električnu energiju u

istosmjernu, a ima ulogu punjenja baterije iz smjera agregata u hibridnom sustavu i kontrolu

punjenja. Pretvarač je kombiniran uređaj izmjenjivač/ispravljač.

Snaga pretvarača uzetih u obzir pri modeliranu sustava je 3 kW za sustave PV1000 i PV1500 te 5 kW

za sustav PV3000. Izmjenjivač koji na izlazu daje “čisti sinus“ namijenjen je za sve tipove trošila

(računalo, rasvjeta, hladnjak, usisavač). Modificirani sinus koristi se za ona trošila koja ne rade na

principu magnetske indukcije (računalo, rasvjeta). Efikasnost pretvorbe je često viša od 90% u oba

smjera (DC/AC i AC/DC pretvorba), a životni vijek pretvarača je oko 10 godina.

Page 31: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

30

4.5.5 Jedinične cijene komponenti sustava

Na temelju jediničnih cijena pojedinih komponenti sustava i troškova koji se pojavljuju za vrijeme

trajanja simulacije od 30 godina, simulacijski program izračunava investicijski i neto sadašnji trošak.

Na ekonomskoj analizi temelji se konačan odabir sustava.

Jedinični investicijski trošak pojedine komponente sustava prikazan je u Tablici 19. U neto sadašnjem

trošku sustava uračunat je i trošak održavanja sustava te trošak zamjene baterije i pretvarača, koji je

jednak njihovom investicijskom trošku. Trošak održavanja agregata podrazumijeva servisiranje i

zamjenu ulja. Ukupni troškovi sustava po komponentama analizirani su u poglavlju 5. Procijenjeni

trošak održavanja sustava.

Tablica 19 Cijene komponenti sustava

Specifikacije Jedinični investicijski

trošak (kn)

Agregat Gorivo benzin

5.400 Nazivna snaga 2,5 kW

FN modul Nazivna snaga 250 Wp 2.400

Baterija

Napon baterijske jedinice

12 V 3.600

Kapacitet 220 Ah

Bidirekcijski pretvarač Nazivna snaga 3 kW 9.000

5 kW 15.000

Page 32: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

31

4.6 Rezultati optimizacije

Rezultati optimizacije sustava prema opisanim ulaznim podacima dani su tablično u nastavku.

Rezultati su poredani prema visini investicijskog troška od manjeg prema većem.

4.6.1 Rezultati optimizacije za PV3000

U Tablici 20 su prikazani rezultati optimizacije za sustav PV3000. Ovaj sustav zadovoljava potrebe za

energijom tročlanog ili četveročlanog kućanstva, odnosno ukupnu godišnju potrošnju od 1.500 kWh.

Konačan odabir sustava je prema najnižem investicijskom trošku, uz zadovoljene uvjete minimalne

autonomije sustava 72 sata i s pomoćnim agregatom koji pokriva dopušteni manjak od 10% u

proizvodnji iz FN modula.

Tablica 20 Rezultati optimizacije za sustav PV3000

FN Agregat Baterija Trošak

investicije

Neto sadašnji trošak

Udio FN Višak

električne energije

Gorivo Životni

vijek bat.

Auto. baterije

# kW kW N x 220 Ah, 24 V

kn kn

kWh/god l/god god sati

1 1,75 6 53.400 93.048 1 601 0 8,0 56,88

2 2,00 6 55.800 94.992 1 877 0 8,1 56,88

3 2,25 6 58.200 96.954 1 1.160 0 8,2 56,88

4 1,75 8 60.600 98.712 1 597 0 10,0 75,84

5 2,50 6 60.600 98.892 1 1.450 0 8,3 56,88

6 2,75 6 63.000 100.818 1 1.745 0 8,4 56,88

7 2,00 8 63.000 101.112 1 869 0 10,0 75,84

8 2,25 2,5 6 63.600 131.790 0,94 1.270 190 8,1 56,88

9 2,25 8 65.400 103.512 1 1.149 0 10,0 75,84

10 2,50 2,5 6 66.000 125.454 0,96 1.529 138 8,2 56,88

11 2,50 8 67.800 105.912 1 1.435 0 10,0 75,84

12 2,75 2,5 6 68.400 120.588 0,97 1.798 95 8,3 56,88

13 2,75 8 70.200 108.312 1 1.731 0 10,0 75,84

14 2,25 2,5 8 70.800 133.338 0,95 1.240 160 10,0 75,84

15 2,50 2,5 8 73.200 127.170 0,97 1.496 106 10,0 75,84

16 2,75 2,5 8 75.600 123.840 0,98 1.771 70 10,0 75,84

Page 33: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

32

4.6.2 Rezultati optimizacije za sustav PV1500

U Tablici 21 su prikazani rezultati optimizacije za sustav PV1500. Ovaj sustav zadovoljava potrebe za

energijom jednočlanog ili dvočlanog kućanstva, odnosno ukupnu godišnju potrošnju od 700 kWh.

Konačan odabir sustava je prema najnižem investicijskom trošku, uz zadovoljene uvjete minimalne

autonomije sustava 72 sata i s pomoćnim agregatom koji pokriva dopušteni manjak od 10% u

proizvodnji iz FN modula.

Tablica 21 Rezultati optimizacije za sustav PV1500

FN Agregat Baterija Trošak

investicije

Neto sadašnji trošak

Udio FN

Višak električne energije

Gorivo Životni

vijek bat.

Auto. baterije

# kW kW N x 220 Ah, 12 V

kn kn

kWh/god l/god god sati

1 0,75 3 27.000 51.408 1,00 267 0 6,80 60,99

2 1,00 3 29.400 53.952 1,00 570 0 6,70 60,99

3 0,75 4 30.600 53.340 1,00 265 0 9,00 81,32

4 1,25 3 31.800 56.274 1,00 891 0 6,80 60,99

5 1,00 4 33.000 56.106 1,00 564 0 8,80 81,32

6 1,50 3 34.200 58.392 1,00 1223 0 6,90 60,99

7 1,00 2,5 3 34.800 79.410 0,92 665 131 6,70 60,99

8 1,25 4 35.400 58.524 1,00 883 0 8,80 81,32

9 1,25 2,5 3 37.200 72.420 0,96 945 73 6,80 60,99

10 1,50 4 37.800 60.606 1,00 1216 0 9,00 81,32

11 1,00 2,5 4 38.400 77.436 0,93 640 105 8,80 81,32

12 1,50 2,5 3 39.600 69.906 0,98 1255 44 6,80 60,99

13 1,25 2,5 4 40.800 70.368 0,98 918 46 8,80 81,32

14 1,50 2,5 4 43.200 67.818 0,99 1229 17 9,00 81,32

Page 34: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

33

4.7 Udio komponenti u investicijskom i neto sadašnjem trošku sustava

Udio pojedinih komponenti u investicijskom trošku sustava prikazan je na Slici 14.

Slika 14 Udio komponenti sustava u investicijskom trošku

Neto sadašnji trošak promatran je u periodu od 30 godina i predstavlja ukupan trošak sustava u

cijelom životnom vijeku sustava sveden na sadašnju vrijednost. Udio pojedinih komponenti u neto

sadašnjem trošku sustava prikazan je na Slici 15.

Slika 15 Udio komponenti sustava u neto sadašnjem trošku

39%

12%

30%

19%

Udio komponent i sustava u invest i c i j skom t rošku

FN moduli i trošak instalacije sustava Agregat

Solarni akumulator Strujni pretvarač

20%

6%

16%

10%

24%

9%

15%

0.53%

Udio komponent i sustava u neto sadašnjem trošku

FN moduli i trošak instalacije sustava Agregat

Solarni akumulator Strujni pretvarač

Zamjena akumulatora Zamjena pretvarača

Gorivo Trošak održavanja agregata

Page 35: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

34

Novčani tokovi sustava PV3000 (2,5 kW FN, 8 baterija) i sustava PV1500 (1,25 kW FN, 4 baterije)

prikazani su Slikama 16 i 17. Nominalni novčani tok kroz 30 godina zanemaruje iznos diskontne stope

u Hrvatskoj u promatranom periodu. Trošak FN modula sadrži cijenu nabave i trošak montaže,

bidirekcijski pretvarač i solarni akumulator sadrže i trošak zamjene, a trošak agregata sadrži cijenu

nabave i troškove održavanja i goriva.

Slika 16 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV3000

Slika 17 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV1500

Page 36: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

35

4.8 Ekonomska isplativost otočnog FN sustava

4.8.1 Definiranje parametara mreže

Klasična elektrifikacija podrazumijeva priključak objekta na nacionalni elektroenergetski sustav.

Cijena izgradnje mrežne infrastrukture ovisi o udaljenosti objekta od mjesta priključka, potrebi za

transformatorskom stanicom i vrsti terena.

Za procjenu investicijskih troškova klasične elektrifikacije korišteni su podaci iz troškovnika za razvoj

distribucijske mreže HEP-ODS-a, a navedeni su u Tablici 22.

Tablica 22 Jedinične cijene klasične elektrifikacije

Stavka Cijena (HRK)

Magistralni dalekovod 10(20) kV 295.000

Transformatorska stanica 10(20)/0,4 kV, 30 kVA 105.000

Niskonaponska mreža za 1 km linije - drveni stupovi 180.000

Niskonaponska mreža za 1 km linije - betonski stupovi 220.000

Priključak na objekt 5.000

4.8.2 Usporedba troška otočnog sustava i klasične elektrifikacije

Cijena električne energije proizvedene iz fotonaponskih sustava, kao i ostalih sustava na obnovljive

izvore energije (OIE), trenutno je viša od cijene električne energije proizvedene iz velikih postrojenje

na fosilna goriva. S obzirom na relativno visok investicijski trošak klasične elektrifikacije, instaliranje

otočnih fotonaponskih sustava je daleko isplativije rješenje za objekte udaljene od elektroenergetske

mreže. Ovisnost neto sadašnjeg troška za sustav PV3000 o udaljenosti od mreže, kako bi investicija

bila isplativa u odnosu na klasičnu elektrifikaciju prikazana je na Slici 18.

Slika 18 NPC u ovisnosti o udaljenosti od mreže

Page 37: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

36

Ekonomska usporedba različitih rješenja proizvodnje električne energije za ruralno kućanstvo

prikazana je na Slici 19. Uspoređeni su investicijski troškovi klasične elektrifikacije, troškovi korištenja

isključivo benzinskog agregata te instaliranja otočnog FN sustava sa spremnikom energije i pomoćnim

agregatom. Neto sadašnji trošak za različite sustave izračunat je za period od 30 godina, koliko je

predviđeno trajanje projekta u simulacijskom programu. Uzeti su u obzir sustavi PV1500 i PV3000, za

potrebe kućanstva s ukupnom godišnjom potrošnjom električne energije od 700 kWh i 1.500 kWh.

Slika 19 Usporedba različitih rješenja elektrifikacije

Page 38: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

37

5 Procijenjeni trošak održavanja sustava

Troškovi održavanja sustava promatrani su za razdoblje od 25 godina što je očekivani životni vijek fotonaponskih modula. Očekivani životni vijek ostalih

komponenti sustava je manji od 25 godina i pretpostavlja se zamjena dotrajalih komponenti. Pretpostavljeni životni vijek pretvarača i regulatora punjenja je

15 godina, a baterija 7 godina. Stvarni životni vijek komponenti ovisiti će o načinu korištenja sustava.

Ukupni trošak sustava za određeni period obuhvaća investicijski trošak, trošak pogona i održavanja (O&M trošak) te trošak goriva za rad pomoćnog agregata.

5.1 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV3000

Sustav PV3000 modeliran je za potrošnju kućanstva 1.485 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 23.

Tablica 23 Procijenjeni trošak sustava PV3000 po komponentama

Osnovne komponente

sustava Specifikacije

Jedinični investicijski trošak (kn)

Količina – PV3000

Investicijski trošak – PV3000

(kn)

Očekivani životni vijek

(god)

Broj zamjena u razdoblju od

25 godina

Trošak zamjena komponenti u

razdoblju od 25 godina (kn)

Troškovi održavanja u

razdoblju od 25 godina (kn)

Agregat Gorivo benzin

6.000 1 6.000 25 0 0 0,6 kn/sat

Nazivna snaga 2,5 kW 1.200

FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.375 9 12.375 25 0 0

1,5% investicijskog

troška godišnje

Baterija AGM

Napon baterijske jedinice

12 V 3. 000 8 24.000 7 2,6 61.714

Kapacitet 200 Ah

Bidirekcijski pretvarač

Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833

Regulator punjenja

Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667

Σ = 61.125 Σ = 74.214 Σ = 21.872

Page 39: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

38

U nastavku su analizirani troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene

komponenti.

5.1.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV3000 iznosi 61.125,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)

obuhvaća trošak zamjene komponenti (74.214,00 kn) te trošak održavanja sustava (21.872,00 kn), i iznosi 96.086,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad

pomoćnog agregata od 100 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 25.000,00 kn.

Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 24.

Tablica 24 Troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak kn 61.125

Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 96.086

Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 25.000

Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 182.211

Godišnja potrošnja kućanstva kWh 1485

Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 37.125

Cijena električne energije kn/kWh 4,91

Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne

energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 4,91 kn/kWh.

Page 40: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

39

Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV3000 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.

Tablica 25 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (25 godina)

Godišnji O&M trošak 3.843,45 kn

Mjesečni O&M trošak 320,29 kn

5.1.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina

Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja

pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava

PV3000 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 26.

Tablica 26 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (5 godina)

Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina

4.374,38 kn

Godišnji O&M trošak 874,88 kn

Mjesečni O&M trošak 72,91 kn

Page 41: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

40

5.2 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1500

Sustav PV1500 modeliran je za potrošnju kućanstva 684 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 27.

Tablica 27 Procijenjeni trošak sustava PV1500 po komponentama

Osnovne komponente

sustava Specifikacije

Jedinični investicijski trošak (kn)

Količina – PV1500

Investicijski trošak – PV1500

(kn)

Očekivani životni vijek

(god)

Broj zamjena u razdoblju od

25 godina

Trošak zamjena komponenti u

razdoblju od 25 godina (kn)

Troškovi održavanja u

razdoblju od 25 godina (kn)

Agregat Gorivo benzin

6.000 1 6.000 25 0 0 0,6 kn/sat

Nazivna snaga 2,5 kW 750

FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.375 5 6.875 25 0 0

1,5% investicijskog

troška godišnje

Baterija AGM

Napon baterijske jedinice

12 V 3.000 4 12.000 7 2,6 30.857

Kapacitet 200 Ah

Bidirekcijski pretvarač

Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833

Regulator punjenja

Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667

Σ = 43.625 Σ = 43.357 Σ = 14.859

U nastavku su analizirani troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene

komponenti.

5.2.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV1500 iznosi 43.625,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)

obuhvaća trošak zamjene komponenti (43.357,00 kn) te trošak održavanja sustava (14.859,00 kn), i iznosi 58.217,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad

pomoćnog agregata od 50 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 12.500,00 kn.

Page 42: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

41

Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 28.

Tablica 28 Troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak kn 43.625

Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 58.217

Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 12.500

Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 114.342

Godišnja potrošnja kućanstva kWh 684

Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 17.100

Cijena električne energije kn/kWh 6,69

Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne

energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 6,69 kn/kWh.

Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV1500 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.

Tablica 29 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (25 godina)

Godišnji O&M trošak 2.328,66 kn

Mjesečni O&M trošak 194,06 kn

Page 43: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

42

5.2.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina

Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja

pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava

PV1500 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 30.

Tablica 30 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (5 godina)

Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina

2.971,88 kn

Godišnji O&M trošak 594,38 kn

Mjesečni O&M trošak 49,53 kn

Page 44: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

43

5.3 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1000

Sustav PV1000 modeliran je za potrošnju kućanstva 511 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 31.

Tablica 31 Procijenjeni trošak sustava PV1000 po komponentama

Osnovne komponente

sustava Specifikacije

Jedinični investicijski trošak (kn)

Količina – PV1500

Investicijski trošak – PV1500

(kn)

Očekivani životni vijek

(god)

Broj zamjena u razdoblju od

25 godina

Trošak zamjena komponenti u

razdoblju od 25 godina (kn)

Troškovi održavanja u

razdoblju od 25 godina (kn)

Agregat Gorivo benzin

4.655 1 4.655 25 0 0 0,6 kn/sat

Nazivna snaga 2,5 kW 270

FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.093 4 4.370 25 0 0

1,5% investicijskog

troška godišnje

Baterija AGM

Napon baterijske jedinice

12 V 3.000 2 6.000 7 2,6 15.429

Kapacitet 200 Ah

Bidirekcijski pretvarač

Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833

Regulator punjenja

Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667

Σ = 33.775 Σ = 27.929 Σ = 11.190

U nastavku su analizirani troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene

komponenti.

Page 45: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

44

5.3.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV1000 iznosi 33.775,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)

obuhvaća trošak zamjene komponenti (27.929,00 kn) te trošak održavanja sustava (11.190,00 kn), i iznosi 39.119,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad

pomoćnog agregata od 30 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 7.500,00 kn.

Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 32.

Tablica 32 Troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina

Investicijski trošak kn 33.775

Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 39.119

Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 7.500

Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 80.294

Godišnja potrošnja kućanstva kWh 511

Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 12.775

Cijena električne energije kn/kWh 6,29

Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne

energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 6,29 kn/kWh.

Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV1000 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.

Tablica 33 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (25 godina)

Godišnji O&M trošak 1.564,74 kn

Mjesečni O&M trošak 130,40 kn

Page 46: Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem

Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava

45

5.3.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina

Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja

pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava

PV1000 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 34.

Tablica 34 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (5 godina)

Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina

2.238,00 kn

Godišnji O&M trošak 447,60 kn

Mjesečni O&M trošak 37,30 kn