SONČNA ELEKTRARNA NA MOJI STREHI

SONČNA ELEKTRARNA SONČNA ELEKTRARNA SONČNA ELEKTRARNA NA MOJI STREHINA MOJI STREHINA MOJI STREHI

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

Smernice za načrtovanje fotonapetostnih sistemov za Smernice za načrtovanje fotonapetostnih sistemov za proizvodnjo električne energijeproizvodnjo električne energije

Ljubljana, marec 2009

1) Sonce je vir energije

Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na čas dneva, (največ sevanja je

opoldne), vremenske razmere in letni čas in jo merimo v vatih na kvadratni meter [W/m2]. Energijo

sevanja, to je integrirano moč prek določene časovne periode, imenujemo obsevanje in jo

podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Wh/m2]. V jasnem vremenu, ko znaša gostota moči

sončevega sevanja okoli 1000 W/m2, znaša delež difuzne svetlobe le 10 do 20 odstotkov. Direktno

sončno obsevanje znaša nad 80 odstotkov. Delež difuzne svetlobe poraste ob meglenem ali oblačnem

vremenu, prav tako pa upade sončevo obsevanje na slabo polovico. Ob popolni oblačnosti difuzna

svetloba povsem prevladuje, sončno obsevanje pa pade na desetino obsevanja glede na obsevanje v

jasnem vremenu.

Vir: Guia da energia solar, Concurso solar.

Slika št. 2: Gostota moči sončnega sevanja pri različnih vremenskih razmerah.

vreme jasno megleno/oblačno

(sonce le slabo vid-

oblačno

(sonce ni vidno)

celotno sevanje [W/m2] 600–1.000 200–400 50–150

difuzni delež [%] 10–20 20–80 80–100

Vir: Topič M, Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara-Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca.

Slika št. 1.: Sončno obse-vanje na zemeljsko površje.

Sonce je glavni vir energije na Zemlji, kjer pa

Zemlja ne prejme vse razpoložljive energije. Del

sončne energije se absorbira v zemeljsko atmos-

fero, del se je odbije nazaj v vesolje, del energije

pa doseže zemeljsko površje. Količina sončnega

obsevanja, ki doseže Zemljo, je odvisna od son-

čeve aktivnosti, geografske širine, vremena

(oblačnost, vlažnost zraka) in nadmorske višine

ter oblike reliefa. Sončno obsevanje, ki doseže

zemeljsko površje je lahko direktno ali difuzno.

Difuzno obsevanje nastane s sipanjem direktnega

in odbitega sevanja na molekulah, aerosolih in

kristalčkih v zraku. Difuzno obsevanje pridobi na

pomenu v oblačnem vremenu, ko ni direktnega

sončnega obsevanja. Kljub temu je tudi v oblač-

nem vremenu fotonapetostni sistem sposoben

ustvariti sicer nekoliko manjšo količino električne

energije.

2) Potencial sončne energije v Evropi in Sloveniji

Slika št. 3: PV potencial v Evropi. Sončno energijo navadno podajamo v poeno-

stavljeni obliki in sicer v ekvivalentu ur seva-

nja sončne svetlobe. Moč sončne svetlobe, ki

v jasnem vremenu in v zenitni legi sonca

pade na zemeljsko površje, znaša okoli 1000

W/m2. Ura sončne svetlobe torej v sončnem

vremenu prinese 1 kWh/m2. S seštevanjem

sončnih ur dobimo podatek, da znaša letno

obsevanje med 1000 kWh/m2 v Severni

Evropi in 2000 kWh/m2 v Južni Evropi. Prav

tako variira letna količina elektrike, proizve-

dene s pomočjo optimalno postavljenega PV

modula vršne moči 1 kW in količnika 0,75. Z

1 kW vršne moči modula lahko na Švedskem

proizvedemo 800 kWh elektrike, na Portugal-

skem pa 1600 kWh elektrike.

Letna količina sončnega obsevanja na optimal-no postavljen PV modul v kWh/m2

Letna količina elektrike, proizvedene s pomoč-jo optimalno postavljenega PV modula vršne moči 1 kW in količnika 0,75 v kWh/kWp

Vir: Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., 2007. Potential of solar electricity generation in the Euro-pean Union member states and candidate countries.

kWh/m2

kWh/kWp

Vir: Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., 2007. Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries.

Slika št. 4: Letna količina sončnega obsevanja

na optimalno postavljen PV modul v Sloveniji.

V Sloveniji znaša povprečno

letno obsevanje na horizon-

talno ploskev 1250 kWh/

m2. Trajanje sončnega

obsevanja v Sloveniji niha

od 1500 ur na leto v doli-

nah v gorskem svetu, 1800

ur v krajih kontinentalne

Slovenije in 2300 ur na Pri-

morskem.

Dnevna količina proizvedene električne energije pri optimalni postavitvi modulov znaša za potencialno

lokacijo v Piranu 4,1 kWh/m2 (ali nekaj nad 1500 kWh/m2 v enem letu; glej sliko št. 4!) in s tem okoli

1200 kWh letno proizvedene električne energije na kilovat vršne moči modula. Ostale potencialne

lokacije v Sloveniji v povprečju prejmejo manj kot 3,9 kWh povprečnega dnevnega sončnega

obsevanja na m2 (iz slike je razvidno, da to znaša v enem letu okoli 1250 kWh/m2), s čimer v

povprečju proizvedejo nekaj pod 1000 kWh električne energije na kilovat vršne moči modula.

3) Svetovni trend fotonapetostnih sistemov in Slovenija

Slika št. 5: Svetovna kapaciteta vgrajenih PV modulov v MWp med leti 1995 – 2007.

Vir: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century: Renewables 2007; Global Status Report.

Proizvodnja PV modulov je danes najhitreje

rastoča panoga v energetiki. Od leta 2002

naprej se je svetovna proizvodnja vsaki dve

leti podvojila. Konec leta 2007 je bilo v

svetu kumulativno proizvedenih PV

sistemov v višini 12,4 gigavatov, (kar je 2

gigavata več kot je v letu 2006 napovedala

Mednarodna agencija za energetiko - IEA).

Samo v letu 2007 je kapaciteta na novo

proizvedenih sistemov znašala 2,8

gigavatov. Največji tržni delež in sicer 47 %

pri tem zavzema Nemčija, sledi ji Španija z

23 %, nato pa se zvrstita Japonska in ZDA z

8 %. Skoraj 90 % vgrajenih sistemov je

priključenih na omrežje.

Tudi Slovenija v zadnjih letih beleži hitro

rast postavljenih PV sistemov. Prvo

sončno elektrarno vršne moči 1,1

kilovata je v Ljubljani v letu 2001

postavila na streho svoje poslovne

stavbe Agencija za prestrukturiranje

energetike. Do konca leta 2008 je bilo

postavljenih sončnih elektrarn v višini

1156 kilovatov vršne moči, kjer se je

instalirana moč v letu 2008 glede na

predhodno leto več kot potrojila. Največ-

jo sončno elektrarno so v letu 2009 pos-

tavili v podjetju Enersis (Davidov Hram)

in sicer se ponaša s 222,5 kilovatov

instalirane moči.

Vir: APE v F 3, Oglasna priloga časnika Finance, Fotovoltaika.

Slika št. 6: Skupna instalirana moč sončnih elektrarn v Sloveniji med leti 2001—2008.

4) Fotovoltaika in fotonapetostni sistem

Fotovoltaika je znanstvena veda, ki preučuje fotona-

petostni pojav, pretvorbo svetlobne energije, ki izvira iz

sonca, v električno energijo. Pretvorba se izvrši v sonč-

nih celicah, ki so v večini primerov izdelane iz silicija. Z

združevanjem več celic pod stekleno ploščo dobimo

fotonapetostni modul, ki je osnovni element fotonapeto-

stnega sistema. Poleg modula fotonapetostni sistem

sestavljajo še akumulator, regulator polnjenja in raz-

smernik.

Sončne celice so polprevodniške diode, ki so zgrajene iz dveh različnih tipov polprevodniških plasti, v večini primerov zgrajenih iz silicija, ki je štirivalenten kemijski element. Prvi silicijevi plasti dodajo fosfor, ki je petvalenten element, s čimer ima ta plast presežek prostih elektronov. To plast imenujemo polprevodnik tipa n. Drugi silicijevi pla-sti dodajo bor, ki je trivalenten kemijski element, s čimer dosežejo primanjkljaj elektronov. Ta silicije-va plast se imenuje polprevodnik tipa p. Ko obe plasti spojimo med seboj, dobimo p – n križišče. Ko na sončno celico posijejo sončni žarki, katere si lahko predstavljamo kot tok energijskih paketov imenovanih fotoni, le ti prenesejo energijo na pro-ste elektrone, ki jih vsebuje polprevodnik tipa n. Elektroni iz polprevodnika tipa n začnejo prodirati proti tipu p, v obratni smeri pa se gibljejo vrzeli. Na robu polprevodnika tipa p tako nastane negati-vni prostorski naboj, na robu polprevodnika tipa n pa pozitivni prostorski naboj. Ustvarjeni naboj povzroči električno polje, ki zavira nadaljnjo difuzi-jo delcev. Elektroni se nato pomikajo proti pol-prevodniku tipa n, vrzeli pa proti polprevodniku tipa p. To nasprotno gibanje povzroči napetostno razliko na kontaktih, kar ustvarja električni tok.

Slika št. 8: p—n križišče.

Vir: US Department of Energy; Energy Efficiency and Renewable Energy; Solar Energy Technology Program.

Slika št. 9: monokristalna, polikristalna in amorfna celica, prikazane od leve proti desni.

Slika št. 7: Fotonapetostni pojav.

Vir: IEA Photovoltaic Power System Programme.

Sončne celice so navadno silicijeve rezine s premerom 10-15cm, ki generirajo okoli 35mA/cm2 in 0,5 V enosmerne nape-tosti pri polni osvetlitvi. Moč, izražena v vatih, ki jo celica gene-rira, je odvisna od števila celic in intenzitete sončevega sevanja na celico.

Pri siliciju gre za material sive barve, ki se sveti in od katerega se odbije okoli 30 odstotkov nanj padajoče svetlobe. Zgornji del je treba zato prekriti s tanko plastjo silicijevega monoksida, s čimer zmanjša-mo odbojnost za 10 odstotkov. Druga metoda je jedkanje, s katerim ustvarimo stožce ali piramide, ki lovijo svetlobo in jo preusmerjajo v celico.


material Učinkovitost v odstotkih

Monokristalne silicijeve celice 12—15

Polikristalne silicijeve celice 11—14

Amorfne silicijeve celice 5—7

Kadmijev telurid max 10

Bakrov indijev diselenid cca. 10

Galijev arzenid nad 20

Slika št. 11: Prerez PV modula.


Fotonapetostni modul je sestavljen iz med-sebojno povezanih celic, ki so prekrite s ste-kleno površino. Module, ki morajo biti odporni proti vremenskim neprilikam, pritrdimo na aluminijaste nosilce, ki poenostavijo vgradnjo, hkrati pa omogočajo kroženje zraka med modulom in streho, s čimer se preprečuje pre-grevanje. EVA folija, stabilna pri visokih tem-peraturah in visokem ultravijoličnem sevanju, tvori vezivno tkivo modula. Dimenzije modula znašajo lahko 0,5 X 1 m ali 1,6 X 0,9 m, kjer je združenih v prvem primeru 36 celic in v drugem primeru 60 celic. Module lahko veže-mo med seboj v mrežo zaporedno ali vzpored-no, s čimer povečujemo izhodno moč do žele-ne napetosti in toka. Vršna moč modula se

postavlja pod standardnimi testnimi pogoji

(AM1.5, 1000 W/m2, 25 °C).

Monokristal je urejena kristalna mreža silicijevih atomov. Polikristal pa je sestavljen iz več posamez-

nih kristalov, kjer imajo mejna območja med kristali strukturne in površinske napake. V mejnih

območjih nastaja električno polje. Celice, ki temeljijo na siliciju, se imenujejo celice prve generacije.

Drugo generacijo predstavljajo tankoplastne celice iz amorfnega silicija. Amorfni silicij vsebuje vodik,

ki ga lahko dopiramo kot p ali n tip. Med obema plastema je intrinsična i-plast, kjer nastane električno

polje. Kljub manjšemu izkoristku, so amorfne celice cenovno ugodnejša rešitev, saj je za izdelavo pot-

rebno manj polprevodniškega materiala, plasti pa se izdelujejo v enem kosu, s čimer se zmanjšajo

stroški dela. Uporablja se v žepnih računalih urah, kjer je nizka cena pomembnejša od učinkovitosti

celice. Kot polprevodnik lahko uporabimo tudi kadmijev telurid, bakrov indijev diselenid in galijev ar-

zenid. Zadnji je sicer zelo učinkovit in deluje tudi pri višjih temperaturah, vendar se zaradi visoke

cene uporablja le za vesoljske namene. V zadnjem času testirajo v laboratorijih nove PV

nanotehnologije z visoko učinkovitostjo imenovane tudi PV celice tretje generacije.

Slika št. 10: Učinkovitost materiala, iz katerega so narejene PV celice.

Sestavni deli fotonapetostnega sistema so: fotonapetostni moduli kot generatorji energije, polnil-ni regulator, akumulator, razsmernik in števec električne energije.

5) Uporaba fotonapetostnih sistemov:

Namestimo jih lahko v ure, računalnike, telefone in vozila na sončni pogon. Prav tako jih lahko

uporabimo za oskrbo odročnih krajev (gorske koče) ali oddaljenih samostojnih naprav (svetilnik,

satelit), ki niso povezane v omrežje. Takšne sončne elektrarne se imenujejo otočne elektrarne, saj

proizvedeno električno energijo ti objekti v celoti porabijo za svoje potrebe po električni energiji.

Fotonapetostne sisteme pa lahko priključimo tudi na omrežje, s čimer tako proizvedeno elektriko

prodajamo elektro distributerju po zajamčeni subvencionirani odkupni ceni.

Regulator polnjenja nudi akumulatorju zaščito pred prenapolnitvijo ali preizpraznitvijo. Akumulatorju zagotavlja popoln izkoristek kapaci-tete in s tem njegovo daljšo dobo. Del regulatorja je tudi regulator napetosti, ki pretvarja in prilagaja spreminjajočo se napetost fotona-petostnega generatorja (napetost pri trenutni maksimalni moči) na napetost porabnika. V regulatorju je vgrajen mehanizem, ki ponoči preprečuje prenos elektrike iz akumulatorja nazaj v generator.

Akumulator shranjuje energijo, ki jo proizvede PV generator. Naj-večkrat se uporabljajo nikelj-kadmijevi, nikelj-metal-hidridni, svinče-vi ali litij-ionski akumulatorji. Svinčevi akumulatorji se uporabljajo pri majhnih samostojnih fotonapetostnih sistemih, v večjih sistemih pa akumulatorji s cevastimi elektrodami. Življenska doba akumulatorja znaša med 5 in 10 let, njegova učinkovitost pa nad 80 odstotkov.

Razsmernik (inverter) pretvarja enosmerni tok—12 V, ki ga dobi-mo iz PV modula ali akumulatorja v izmenični tok—230 V. Preko nje-ga pošiljamo električno energijo v javno omrežje. Njihova učinkovi-tost presega 90 odstotkov, življenjska doba pa znaša 10 do 12 let. Pri samostojnih PV sistemih je treba pri izbiri moči razsmernika (od 100 do 8000 W) sešteti moč porabnikov energije. Če je neposredno povezan z modulom, vsebuje sledilec maksimalne točke moči (Maximum Power Point Tracker). Ta zagotavlja črpanje maksimalne moči iz modula.

Slika št. 12: Sestavni deli PV sistema. Vir: Ekodom, katalog; solarni sistemi

Slika št. 14: PV moduli, nameščeni na vesoljsko napravo. Vir: Wikipedia, the Free Encyclopedia.

Slika št. 13: vodoodporni, upogljivi, robustni PV moduli, nameščeni na krmo jadrnice. Vir: Bright Green Energy.

Omrežni fotonapetostni sistemi:

Slika št. 18: Primer vezave na omrežje.

Samostojni fotonapetostni sistemi:

Pri načrtovanju samostojnega PV sistema je treba pri določitvi vršne moči modula, kapacitete akumulator-ja, moči regulatorja in razsmernika predhodno poz-nati nekaj osnovnih parametrov kot so lokacija (podatki o dnevnem sončnem obsevanju), režim obratovanja (letni, zimski, celoletni), napetost (12, 24 V), število porabnikov, povprečni čas obratovan-ja). Kot porabnike je treba izbrati energijsko varčne žarnice in gospodinjske aparate. Aparate z večjo porabo energije je priporočljivo vklapljati le ob sonč-nih dnevih v času, ko je sonce visoko na nebu. Obra-tovanje več kot enega večjega porabnika ni priporoč-ljivo, saj bi v tem primeru potrebovali večji razsmer-nik oziroma baterije, kar povečuje izgube. Določiti je treba število dni, ko lahko popolnoma napolnjen aku-mulator zagotavlja električno energijo brez dodatne-ga polnjenja. Samostojni PV sistem deluje pri enos-merni napetosti 12 ali 24 V. Za pretvorbo iz enos-merne v izmenično napetost potrebujemo (sinusni) razsmernik, ki morajo za nekaj sekund prenesti tudi do 300 odstotno preobremenitev za dobavo zagon-skega toka večjim porabnikom.

Slika št. 17: Skica otočne elektrarne na sonce.

Vir: Zavod Techaton: Sončne elektrarne.

Naprava naj ima tudi vgrajeno tokovno kompenzirano zaščito globine praznjenja baterije. Najprimernejše baterije so izdelane po »dry fit« tehnologiji. Samostojni PV sistem navadno kombiniramo z diesel agregatom, ki tudi polni baterije. Še boljšo rešitev predstavlja kombi-nacija PV sistema z majhno vetrno elektrarno ali koge-neracijsko napravo (soproizvodnja elektrike in toplote)na lesno biomaso; (hibridni PV sistem).

Omrežni sistemi oddajajo električno energijo neposredno v javno omrežje, kjer ločimo razpr-šene PV sisteme (hišne elektrarne) in centralne PV sisteme, (velike sončne elektrarne), kjer vrš-na moč znaša nad 100 kWp. Hišne sisteme ses-tavljajo generator (moduli), razsmernik, števec električne energije in zaščitne komponente. Pri načrtovanju takšnega sistema, ki je manj zaple-teno od načrtovanja samostojnih PV sistemov, zasledujemo kriterij čim večje učinkovitosti pri oddaji elektrike v omrežje na letni ravni.

Slika št. 15: PV celice kot pomožni sis-tem za pogon osebnega vozila.

Slika št. 16: Primer postavitve sončne elektrarne za napajanje svetilnika.

Pri postavitvi sončne elektrarne na nov objekt, pridobimo gradbeno dovoljenje sočasno z gradbenim

dovoljenjem objekta. Postavitev elektrarne na prostem tudi zahteva gradbeno dovoljenje. Če pa sonč-

no elektrarno postavimo na že obstoječi objekt, zanjo ne potrebujemo posebnega dovoljenja za gradi-

tev, saj gre za investicijsko vzdrževalna dela. Postopek izgradnje sončne elektrarne je naslednji: Po

naši odločitvi o lokaciji postavitve sončne elektrarne pokličemo lokalno elektro podjetje, da nam pošlje

osebo za ogled prostora. Izpolniti moramo standardni obrazec za soglasje za priključitev, ki vsebuje

podatke o investitorju, lokacijo, katastrsko občino, številko parcele, delovno moč elektrarne, število

modulov, število sončnih celic, maksimalno moč sončne celice, način obratovanja, vrsto, tip, proizva-

jalca modula, faktor moči, vir pogona, sončno sevanje, predvideno letno proizvodnjo električne ener-

gije, predvideno uporabo (za lastne potrebe ali oddajo v omrežje), predvideno leto priključitve v

omrežje. Pri tem moramo plačati takso 17,75 EUR. Po obisku pooblaščene osebe iz elektro podjetja

pridobimo soglasje za priključitev. Skupaj s soglasjem pošljemo vlogo za izdajo pogodbe o priključitvi

na distribucijsko omrežje. Sledi postavitev sončne elektrarne, kjer morata skrbno izbrana projektant/

izvajalec upoštevati vse projektne pogoje, veljavne standarde, tehnične predpise in ukrepe varstva pri

delu. Lokalno energetsko podjetje nam mora nato izdati poročilo o preizkusu delovanja zaščit, podjet-

je, ki postavlja strelovode, pa nam mora izdati poročilo o meritvah strelovoda. Pred priključitvijo elek-

trarne na omrežje je treba priključek pregledati in izdelati obratovalna navodila. Nato moramo skleniti

Pogodbo o priključitvi, ki ureja samo plačilo priključka, njegovo izvedbo, vzdrževanje in premoženjska

vprašanja. Sledi pogodba o dobavi in odjemu električne energije, kjer pa je predhodno treba pridobiti

še licenco, energetsko dovoljenje, (če je vršna moč elektrarne večja od 1 MW) in urediti pravni status

za kvalificiranega proizvajalca.

Vir: PV portal: Slovenski portal za fotovoltaiko.

6) Pravni vidiki postavitve fotonapetostnega sistema

Slika št. 19: Postavitev sončne elektrarne v 10 korakih.

korak aktivnost odgovoren

1 ODLOČITEV ZA IZGRADNJO (velikost in zunanji videz postavitve elektrarne)

Naročnik: INVESTITOR Sodeluje: ARHITEKT

2 PROJEKTNI POGOJI ZA PRIKLJUČITEV NA ELEKTRIČNO OMREŽJE Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE

3 IZDELAVA PROJEKTNE REŠITVE PRIKLJUČITVE Naročnik: INVESTITOR Izdela: PROJEKTANT

4 SOGLASJE ZA PRIKLJUČITEV Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE

5 IZBIRA IZVAJALCA Naročnik: INVESTITOR Sodeluje: PROJEKTANT

6 POSTAVITEV SONČNE ELEKTRARNE Naročnik: INVESTITOR

7 POGODBA O PRIKLJUČITVI Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR.PODJETJE

8 PRIKLJUČITEV ELEKTRARNE Vloga: INVESTITOR Izvede: IZVAJALEC + DISTR. PODJETJE

9 PRIDOBITEV STATUSA “KVALIFICIRANEGA PROIZVAJALCA” Vloga: INVESTITOR Izda: Ministrstvo za okolje in prostor

10 POGODBA O PRODAJI ELEKTRIČNE ENERGIJE Vloga: INVESTITOR Izda: DISTR. PODJETJE

Primerna lega:

Vgradnja fotonapetostnega sistema zahteva optimalno

postavitev fotonapetostnih modulov, ki upoštevajo

gibanje sonca na obzorju. Za vgradnjo so pomembni

naslednji geometrijski parametri: deklinacija, višina

sonca in njegov azimut. Fotonapetostni moduli morajo

biti obrnjeni proti jugu in s tem izpostavljeni sončnim

žarkom vsaj v času med 9:00 in 15:00. Za dosego

maksimalne količine električne energije mora biti

naklonski kot (odklon od horizontale) enak 30 stopinj. Če

želimo povečati izkoristek v zimskem času, moramo ta

naklonski kot povečati za približno 20 stopinj, če pa

želimo pridobiti več električne energije v poletnem času,

pa je treba naklonski kot zmanjšati za 20 stopinj. Poleg

gibanja sonca je treba upoštevati še lokalne podnebne

značilnosti, vremenske značilnosti, pogostost meglenih

dni, (kar velja predvsem za potencialne lokacije v

kotlinah.) in nadmorsko višino. Uporaba dvoosnih

sledilnih nosilcev, ki spremljajo sončevo pot in njegovo

višino in na katere namestimo module, nam izkoristek

fotonapetostnega sistema lahko poveča tudi do 30 %,

torej za 300 kWh letno proizvedene električne energije

na kilovat vršne moči modula. Pri namestitvi sledilnih

nosilcev je treba upoštevati veter in tip tal.

Fotonapetostni moduli ne smejo biti senčeni (na primer

zaradi okoliških drogov, dimnikov, dreves). Že

najmanjše delno senčenje zmanjšuje proizvodnjo

električne energije.

Slika št. 20 in 21: Lega postavitve PV modula. Vir: Guia da energia solar, Concurso solar.

30◦±20o

7) Tehnični vidiki postavitve fotonapetostnega sistema

Montaža:

Ko smo pridobili vsa ustrezna dovoljen-ja, se lahko lotimo same montaže foto-napetostnih sistemov. Pri tem je treba dosledno upoštevati priložena navodila in opozorila proizvajalca ter lokalne, regionalne, nacionalne, mednarodne zahteve, predpise, direktive in priporoči-la. Moduli ne smejo biti vgrajeni v bližini lahko vnetljivih plinov ali materialov (nevarnost eksplozije), kot tudi ne v pogojih jedke atmosfere ali vlage (vodometi, bližina morja, izpuhi tovarn), saj lahko pride do kemične reakcije s sestavnimi elementi modula. Nosilna konstrukcija mora biti izdelana iz trpež-nega materiala, odpornega na UV svet-lobo in druge vremenske nevšečnosti (sneg, toča, veter). Biti mora ozemljena in zaščitena pred udarom strele. Če so moduli pritrjeni na strešno konstrukcijo stanovanjskega objekta, mora biti med streho in modulom prazen prostor, s čimer poskrbimo za dovolj učinkovito zračenje modulov na njihovi zadnji stra-ni.

Slika št. 22: Shema PV sistema.


S tem preprečujemo zmanjšanje moči modula zaradi povišane temperature v poletnih mesecih, hkrati

pa s tem ukrepom dosežemo boljše sušenje. Kadar gre za montažo več modulov hkrati, mora biti med

njimi zagotovljen prazen prostor (vsaj 5 mm), saj so moduli podvrženi termičnemu krčenju in

raztezanju. Temperatura sončnih celic vpliva na napetost generatorja, saj je izhodna napetost in s

tem moč generatorja pri višji temperaturi manjša. Več modulov lahko med seboj povežemo

zaporedno, kjer se sešteva napetost sistema, vzporedno, kjer se sešteva električni tok ali

kombinirano, kjer se seštevata tok in napetost sistema. Tip modulov mora biti pri vseh vezavah enak,

kjer je pri zaporedni vezavi priporočljivo uporabljati module z enakimi tokovnimi lastnostmi, pri

vzporedni vezavi pa module z enakimi napetostnimi lastnostmi. Pri vezavi več modulov hkrati mora

biti ožičenje pritrjeno na ogrodje modulov. Glede na to, da modul proizvaja enosmerni tok takoj, ko je

izpostavljen svetlobi in da je ves čas pod napetostjo – tudi v primeru, ko ni vključen v sistem, mora

biti pred in med montažo pokrit s svetlobno nepropustno prevleko, ki preprečuje proizvajanje

električne energije. Module je treba redno vzdrževati in čistiti, kjer je treba opraviti tudi kontrolni

preizkus ozemljitvenih upornosti, občasno izmeriti izhodni tok in napetost ter nadzirati spremembo

okolice (pojav senčenja ali novo nastali vir vnetljivega plina). Glede na to, da so moduli postavljeni

pod naklonskim kotom, s čimer se omogoča nemoten pretok deževnice, čiščenje načeloma ni

potrebno. V primeru, da so moduli v času obratovanja izpostavljeni večjemu onesnaženju, s čimer

pride do zmanjšanja njihovega izkoristka, jih je priporočljivo čistiti z mnogo vode. Čiščenje s pomočjo

kemičnih čistil je škodljivo, prav tako pa se steklenih površin modulov ne čisti na suho ali z

drgnjenjem, saj lahko na površini ostanejo raze.

Če vežemo module zaporedno, dobimo verigo, katere moč je enaka najšibkejšemu členu. Če je v zaporedni

vezavi eden izmed modulov iz različnih razlogov osenčen (oblak, drog, senca sosednjega objekta), so izgube

celotnega PV sistema v proporcionalnem razmerju z izgubami osenčenega modula; glej sliko št. 23. Pri osenčenih

celicah prihaja do pregrevanja. Pri zaporedni vezavi modulov stalnega senčenja (zaradi drogov, dreves, sosednjih

objektov) zato ne sme biti. Pojavu senčenja se lahko izognemo z vzporedno vezavo modulov ali z uporabo

vzporedno vezanih bypass diod. Prednost vzporedno vezanih modulov je v tem, da so izgube pri proizvodnji

električne energije, ki nastanejo zaradi senčenja, omejene na vrsto, kjer se nahaja osenčen modul. Ostale,

nesenčene vrste delujejo s polno močjo; glej sliko št. 24.

Slika št. 24: Primer vzporedno vezanih modulov, kjer senčeni modul v eni izmed vrst ne vpliva na proizvod-njo električne energije s strani ostalih, neosenčenih modulov, vezanih v spodnjih treh vrstah.

Vir: Strand A., Harris B.: Improving PV System Energy Yield with Parallel Wiring.

Slika št. 23: Primer zaporedno vezanih modu-lov, kjer zaradi senčenja enega izmed modu-lov celoten sistem deluje z zmanjšano močjo.

Vir: Ruoss D.: Sustainable Development Using Solar Energy.

Slika št. 28: Možnosti postavitve fotonapetostnih modulov. Fotonapetostne module lahko pos-tavimo na samostojne konstrukcije, lahko pa jih vgradimo v stavbo; (na streho, v streho, v fasado ali kot senčnike). Senčniki so primerna arhitekturna rešitev, ker v poletnih mesecih preprečujejo pregrevanje ob direktnem vpadu sončnih žar-kov. Navpične površine, ki so usmerjene proti jugu (južne fasade) omogočajo izkoristke do 70 odstot-kov optimalne vrednosti.

Slika št. 25: Vezava Bypass diod. Drugi način omejitve učinka senčenja je postavitev bypass diod, ki jih zvežemo vzporedno z modulom. Pri-poročljivo razmerje med številom diod in celic je 1 dioda na vsakih 15 do 20 celic, torej dve do štiri diode na vsak modul. Vsaka vrsta modulov v paralelni vezavi naj ima vezano še dodatno zaviralno diodo (»blocking diode«), ki preprečuje tok iz neosenčenega v osenčeni modul.

Slika št. 26: Poškodbe na modulu, ki lahko nastanejo zaradi senčenja ene izmed celic.

Vir: Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM.

Vir: Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM.

Slika št. 27: Temperaturna razlika med modulom in okolico ter relativne izgube pri proizvodnji el. energije glede na način vgradnje modula


85 odstotkov svetlobne energije, ki pade na celico, zgraje-no iz silicija, se spremeni v toploto. Delovna temperatura PV modula je odvisna od toplote, ki jo proizvaja modul, od toplotne prepustnosti modula in od vremenskih pogojev.

V grobem velja, da vsaka dodatna stopinja PV modula zmanjša učin-kovitost pretvorbe za pol odstotka. Pri postavitvi samostojnega PV sis-tema ni temperaturne razlike med modulom in njegovo okolico, s čimer je takšna postavitev najbolj učinkovita. Vgradnja PV modula v streho ali v fasado povečuje tem-peraturno razliko med modulom in okolico, s čimer se povečujejo tudi relativne izgube pri proizvodnji električne energije. Vgradnja zah-teva upoštevanje tehnik hlajenja PV modulov.

Slika št. 29: Napoved stroškov proizvodnje energije iz navedenih energentov v dolarskih centih iz leta 2000 na kilovatno uro električne energije.

Nadaljnji tehnološki razvoj

p r e d s t a v l j a p o m em b n o

spremenljivko pri nadaljnjem

zniževanju stroškov vgradnje

obnovljivih virov energije za

proizvodnjo električne energije.

8) Ekonomika fotonapetostnih sistemov

Glede na to, da je proizvodnja fotonapetostnih modulov mlada industrija, katere tehnološki razvoj se

je šele v zadnjih dvajsetih letih preselil iz laboratorijev v proces masovne proizvodnje, je proizvodnja

električne energije s pomočjo fotonapetostnih sistemov trenutno še vedno dražja v primerjavi s

proizvodnjo električne energije iz konvencionalnih virov. Nadaljnji tehnološki razvoj fotonapetostne

panoge, dolgoročni naraščajoči trend cen fosilnih energentov kot sta premog in nafta ter vse večja

skrb za okolje, so tisti dejavniki, ki cene elektrike, pridobljene iz fotonapetostnih sistemov postopoma

približujejo cenam konvencionalnih energentov. Svetovna proizvodnja fotonapetostnih modulov se

vsaki dve leti podvoji, stroški za proizvodnjo pa se ob vsaki podvojitvi proizvodnje zmanjšajo za 20

odstotkov. To pomeni, da se vsako leto stroški za proizvodnjo znižajo za 5 odstotkov.

Söker M, Zitzewitz E.: Renewable Energy and the Clean Development Mechanism; Potential, Barriers and Ways Forward.

Iz grafa, nastalega v letu 2007, je razvidno, da se bo v letu 2040 cena elektrike, pridobljene iz fosilnih

energentov in hidroelektrarn izenačila s ceno, pridobljeno iz fotonapetostnih sistemov. Po projekcijah,

ki so jih v začetku leta 2009 izdelali strokovnjaki v okviru Evropske tehnološke platforme, se čas

cenovne izenačitve postavi že v leto 2025. Krivulja, ki kaže napovedane padajoče stroške proizvodnje

energije iz PV modulov in je obarvana rumeno, se torej z leti pomika vse bolj proti levemu spodnjemu

robu diagrama. Cena elektrike, pridobljene iz fotonapetostnih sistemov pa je (zaradi potreb po hlajen-

ju) v poletnih mesecih okoli poldneva že zdaj konkurenčna ceni, pridobljeni iz konvencionalnih virov.

Življenska doba obratovanja 25 – 30 let

Cena za kWp instalirane moči 6000 EUR

Doba vračila (brez subvencije) cca 14 let

Subvencionirana odkupna cena el.

energije

0,40 euro / kWh

Letni prihodek 400 EUR

Letni donos za 1 kW vršne moči 5 odstotkov

Slika št. 30: Ekonomika PV sistemov v Sloveniji.

Investicija v 1kW vršne moči sončne elektrarne, ki v povprečju na leto proizvede 1000 kWh električne

energije, znaša okoli 6000 EUR ali 6 EUR na Wp; (DDV je vključen v ceno). 70 odstotkov cene zaje-

majo fotonapetostni moduli, 15 do 20 odstotkov razsmerniki, ostalo pa zajema konstrukcijo, kable,

strelovod, načrtovanje in delo. Investicija se povrne prej kot v 15 letih, kjer je življenjska doba elek-

trarne 30 let. Proizvajalec PV modulov navadno izda garancijo, s katero jamči, da izhodna moč modu-

la po 12 letih ne pade pod 90 odstotkov moči novo vgrajenega modula in po 24 letih ne pod 80 odsto-

tkov moči. Tako po izteku dobe vračila investitor uživa sončevo rento — zastonj elektriko iz sonca.

Površina, ki jo potrebujemo za postavitev elektrarne vršne moči 1 kW, znaša od 7 do 8 m2.

Povprečno gospodinjstvo porabi približno 4000 kWh električne energije na leto. Če bi se investitor

odločil, da bi potrebo po električni energiji v celoti pokril sam z izgradnjo samostojnega fotonapetost-

nega sistema, bi moral postaviti sistem s 4 kW vršne moči. Začetna investicija bi tako znašala 24 000

EUR.

Cena kilovatne ure, ki jo pridobimo iz sončne elektrarne, nameščene v Sloveniji in ki jo oddajamo dis-

tributerju po enotni letni odkupni ceni, znaša 0,4 EUR. Predlagana nova vladna uredba iz febru-

arja 2009 zagotavlja odkup elektrike ob isti ceni za 15 let od podpisa pogodbe. Zaradi predvidenih

znižanih stroškov proizvodnje PV modulov se bo za investitorje v letih 2010—2013 odkupna cena za

kilovatno uro zniževala vsako leto za 5 odstotkov in bo za investitorje v letu 2013 znašala 20 odstot-

kov manj kot za investitorje v letu 2009. Donosnost sončne elektrarne znaša okoli 5 odstotkov na

leto. Po preteku 15 let elektrike ne moremo več prodajati po subvencionirani odkupni ceni, ampak jo

prodajamo po tržni ceni, za katero lahko z gotovostjo trdimo, da bo višja kot je danes.

Moč sončne elektrarne 35,7 kWp

Število sončnih modulov 210 kom

Tip razsmernika 6 SMA Sunny Mini Central 6000

Načrtovana letna proizvo- 37 000 kWh/leto

Projektant in izvajalec del Kon Tiki Solar d.o.o., Kamnik

Investitor Savske elektrarne Ljublja-na d.o.o.

Tip sončnih modulov Schott Solar



Tip sončnih modulov BISOL BMU-215-1monokristalni Si

Kot in smer postavitve modulov 37°/Jug - Zahod

Površina modula 1450 m2

Izkoristek modula pri 1.000 W/m2

12,6%

Tip razsmernika 6 Sunny Mini central 7000 HV ESS

Načrtovana letna proizvodnja 44,2 MWh/leto

Investitor Vlada Republike Slovenije

Brdo pri Kranju - 2007

Osnovni podatki elektrarne:



Tip sončnih modulov Simens SM 110, monokri-stalni Si

Kot in smer postavitve modulov 30°/Jug

Zunanje bruto mere modula (dxš) 1,316 x 0,66 m

Površina modula 0,87 m2

Izkoristek modula pri 1.000 W/m2 12,6%

Tip razsmernika SMA SWR 1100 E (Sunny Boy)

Načrtovana letna proizvod-nja 1.159 kWh/leto

Dosežena letna proizvod-nja 984 - 1.149 kWh

Projektant in izvajalec del Kon Tiki Solar d.o.o.

Investitor ApE d.o.o.

Agencija za prestrukturiranje energetike - 2001


Savske elektrarne - 2001


9) Primeri sončnih elektrarn v Sloveniji

Moč sončne elektrarne 83 kWp


Tip sončnih modulov Sanyo HIP210-NHE1

Tip razsmernika 9 Sunny Mini central 8000 TL

3 Sunny boy 4200 TL Načrtovana letna proiz-vodnja 85 MWh/leto

Investitor Gorenjske elektrarne

Sončna elektrarna Strahinj - 2007


10) Seznam ponudnikov fotona-petostnih sistemov v Sloveniji

BISOL d.o.o.

Kon Tiki Solar

HTZ VELENJE I.P., d.o.o.

APE d.o.o.

Visol d.o.o.

GRYPS d.o.o.

E-BAJT d.o.o.

ACTINIA SOLAR d.o.o.

IBERSOLAR ENERGIA S.A.

ENERSIS d.o.o.

Eso d.o.o.

Zavod Techaton Narin

EKODOM d.o.o

Blues Solar d.o.o.

Trimo, d. d.

ATES d.o.o.

SONEL d. o. o.

Dom solar, solarni sistemi d.o.o. E 3, energetika, ekologija, ekonomija

d.o.o.

SVARUN ELEKTRO Bruno Blatnik S.P. Primož Markež s.p.

Primož Čelesnik s.p.

A.M.P., Pavlovec Miran s.p.

Zvonko Zidarič s.p

Sončna elektrarna — Davidov Hram —– 2009 Osnovni podatki elektrarne:



moč sončnih modulov 215 Wp

Tip razsmernika Fronius, 5 kom

Načrtovana letna proiz-vodnja 267 MWh/leto

Investitor ENERSIS d.o.o.

Izkoristek modulov 17 %

11) Reference:

BISOL: Navodila za montažo fotonapetostnih modulov; Velenje, 2008. Dostopno na spletni strani: http://www.bisol.si/jml/images/files/BMU-215-1-navodila-2.0.pdf

Bright Greeen Energy: Solar Panels and Modules for Boats and Yachts; dostopno na spletni strani:

http://www.wirefreedirect.com/Solara_semi_flexible_solar_panels_and_complete_kits.asp

California Energy Commission: A Guide to Photovoltaic (PV) System Design and Installation; Consul-

tant Report, Sacramento, 2001. Dostopno na spletni strani: http://www.energy.ca.gov/reports/2001-

09-04_500-01-020.PDF

Čarman M.: Analiza ekonomske upravičenosti fotonapetostnih elektrarn v Sloveniji; Magistrsko delo;

dr. Nevenka Hrovatin (mentor), dr. Metka Tekavčič (somentor); Univerza v Ljubljani, Ekonomska

fakulteta, Ljubljana, 2007.

Ekodom d.o.o. Katalog; Dostopno na spletni strani: http://www.ekodom.si/katalog/solarni-sistemi.html

Erjavec K.: Obnovljivi viri energije – primer uporabe sončne energije v EU in Sloveniji; dr. Aleksander

Aristovnik (mentor); univerza v Ljubljani, Fakulteta za upravo, Ljubljana, 2008.

F 3, Oglasna priloga časnika Finance, petek. 6. marca 2009: Fotovoltaika.

Grobovšek B.: Samostojni fotovoltaični sistem s pomožnim generatorjem. Dostopno na spletni strani:

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT203.htm

Guia da Energia Solar: Conceitos Gerais de Heliotecnia, Concurso Solar, Padre Himalaya. Dostopno na

spletni strani:

http://www.cienciaviva.pt/rede/energia/himalaya2005/home/guia2.pdf Honsberg C., Bowden S.: Photovoltaics CD ROM; Dostopno na spletni strani: http://pvcdrom.pveducation.org/index.html

IEA Photovoltaic Power System Programme. Dostopno na spletni strani: http://www.iea-pvps.org/pv/index.htm Luque A., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley and Sons, West

Sussexs, 2005.

Ministrstvo za gospodarstvo: Uredba o podporah električni energiji proizvedeni iz obnovljivih virov

energije – predlog za obravnavo, 23. februar 2009; Dostopno na spletni strani:

http://www.mg.gov.si/fileadmin/mg.gov.si/pageuploads/Energetika/Predlogi_predpisov/

Uredba_OVE_2009_1.pdf

PV portal: Slovenski portal za fotovoltaiko; dostopno na spletni strani: http://pv.fe.uni-lj.si/

Welcome.aspx?action=pv&ID=0

Renewable Energy Policy Network for the 21st Century: Renewables 2007; Global Status Report. Dos-

topno na strani: http://www.ren21.net/pdf/RE2007_Global_Status_Report.pdf

Ruoss D.: Sustainable Development Using Solar Energy; Seminar Sustainable Development, 7th

August 2007, Pusat Tenaga Malaysia; dostopno na spletni strani:

http://www.smartandcoolhomes.com/schv200/_PDFs/Presentation%20Dani%20Sustainable%

20Homes.pdf

Söker M, Zitzewitz E.: Renewable Energy and the Clean Development Mechanism; Potential, Barriers

and Ways Forward; A Guide for Policy-Makers; Federal Ministry for the Environment, Nature Conser-

vation and Nuclear Safety, Public Relations Division, Berlin 2007. Dostopno na spletni strani: http://

www.ren21.net/pdf/virtual_lib_local/CDM-EE-Netz.pdf

Solar Radiation Estimation and Site Analysis; Dostopno na spletni strani: http://www.pvresources.com/en/location.php Strand A., Harris B.: Improving PV System Energy Yield with Parallel Wiring; Sustainable Energy Tec-

hnologies: ; Dostopno na spletni strani: http://www.sustainableenergy.com/fileadmin/user_upload/

product_information/Parallel_Wiring_for_Increased_Energy_Yield_-_Whitepaper.pdf

Šrot N.: Geografski pogoji rabe sončne energije (fotovoltaika) v Sloveniji in na Portugalskem; Diplom-

sko delo; dr. Dušan Plut (mentor), Univerza v Ljubljani, Filozofska Fakulteta, Oddelek za Geografijo,

Ljubljana, 2007.

Šuri M., Huld T. A., Dunlop E. D. Ossenbrink H. A., 2007. Potential of solar electricity generation in

the European Union member states and candidate countries. Solar Energy, 81, 1295—1305,; dostop-

no na spletni strani:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eur.htm

Topič M., Brecl K., Krč J., Vukadinovič M., Opara-Krašovec U., Smole F.: Elektrika iz sonca, Univerza v

Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko. Dostopno na:

http://lpvo.fe.uni-lj.si/El_iz_sonca/el_iz_sonca.htm

US Department of Energy; Energy Efficiency and Renewable Energy; Solar Energy Technology Pro-

gram; Dostopno na spletni strani: http://www1.eere.energy.gov/solar/photovoltaics.html

Zavod Techaton: Sončne elektrarne; dostopno na spletni strani:

http://www.techaton.eu/index.php/Storitve-ponudba/Omrezne-elektrarne.html

Brošura »Sončna elektrarna na moji stre-hi« je nastala v okviru evropskega projekta »Concerto—Energy in Minds!«, sofinancira-nega s strani Evropske komisije. Namen projekta je zmanjšanje izpustov toplogred-nih plinov, osveščanje ljudi glede učinkovi-

te rabe energije in spodbujanje prehoda na

obnovljive vire energije. Več o projektu »Energy in Minds!« na strani:

http://www.energy-in-minds.si/

http://www.energy-in-minds.de/

http://concertoplus.eu/CMS/content/view/38/464/lang,en/

Brošuro pripravila: Tomaž Dintinjana

mag. Aleš Bratkovič

ENECON d.o.o.

Šmartinska cesta 140

1000 Ljubljana

E– pošta: [email protected]

Splet: www.enecon.si

tel.: +386 1 585 20 08

fax: +386 1 585 20 08

mobitel: +386 41 504 476

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

Documents

SONČNA ELEKTRARNA NA MOJI STREHI