RAZISKAVA UPRAVI ČENOSTI IZ GRADNJE SON ČNE …

RAZISKAVA UPRAVI

SON

Blaž Keršič

RAZISKAVA UPRAVIČENOSTI IZGRADNJE

SONČNE ELEKTRARNE

Magistrsko delo

Maribor, November 2012

GRADNJE

RAZISKAVA UPRAVIČENOSTI IZGRADNJE SONČNE

ELEKTRARNE

Magistrsko delo

Študent:

Študijski program:

Blaž Keršič

Elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: dr. Jože Voršič, redni profesor

Somentor: dr. Janez Ribič, Asistent

I

II

ZAHVALA

Mentorju prof. dr. Jožetu Voršiču za strokovno pomoč, svetovanje in vodenje pri izdelavi magistrske naloge. Somentorju dr. Janezu Ribiču, za vse koristne nasvete in napotke. Staršem, ki so mi omogočili študij. Posebna zahvala gre moji punci Jeleni, za vse spodbude in pomoč pri delu.

III

Raziskava upravičenosti izgradnje sončne elektrarne Ključne besede: sonce, raziskava, RETScreen, sončna elektrarna UDK: 621.311.243(043.2) Povzetek

V magistrskem delu so predstavljeni projekti izgradnje sončnih elektrarn ter vsi potrebni koraki, od investitorja, ki v projekt vloži denarna sredstva, do obratovanja sončne elektrarne. Začetna poglavja opisujejo pomembnost pridobivanja električne energije iz obnovljivih virov, ter prednosti, ki jih prinašajo. Analizirali smo stanje v Sloveniji in v tujini ter naredili primerjavo glede na število prebivalcev in velikost proizvodnje. Sledil je pregled vira sončeve energije ter razpoložljivosti sončevega sevanja. Predstavili smo zgodovino in zgradbo sončnih celic, izkoristke, ter možnosti za povečanje proizvodnje električne energije. Nadaljevali smo s predstavitvijo uporabljenega računalniškega programa RETScreen 4. Na koncu smo predstavili rezultate simulacij, na podlagi katerih smo naredili ekonomsko raziskavo in jih komentirali. To nam je omogočilo ocenitev donosnosti projektov.

IV

Study of cost efficiency of construction on solar power plants

Key words: sun, survey, RETScreen, power plant UDK: UDK: 621.311.243(043.2) Abstract In this master's thesis are presented the constructions of solar power projects and

all necessary steps, from an investor who invested in the project funds, to operate a solar

power plants.

Initial chapters describes the importance to obtain an electricity from renewable

sources, and the advantages brought by them. We analyzed the situation in Slovenia and

abroad, where we made the comparison in terms of population size and production. Next

in order we described an overview of the energy source and the availability of the Sun’s

solar radiation. We presented the history and structure of the solar cell, efficiency and

potential of increasing electricity production. We continued with the presentation of the

RETScreen 4 computer software. In the end, we presented the simulations results, on

which we made economic research which we explained in more detail. This has enabled

us to assess projects profitability.

V

Vsebina:

1 UVOD .............................................................................................................. 1

1.1 Problematika pridobivanja električne energije in obnovljivi viri energije .................. 1

1.2 Cilji magistrskega dela .................................................................................................... 2

1.3 Kratek pregled stanja na obravnavanem področju ....................................................... 3

2 SONCE ............................................................................................................ 4

2.1 Sončna energija ................................................................................................................ 5

2.2 Značilnosti sončnega sevanja ........................................................................................ 5

2.3 Pretvarjanje sončne energije v električno energijo ter kratek zgodovinski pregled . 6

2.4 Azimut sonca .................................................................................................................... 7

2.5 Sončne elektrarne .......................................................................................................... 10

2.6 Najpogosteje uporabljene sončne celice ..................................................................... 14

2.6.1 Monokristalne silicijeve sončne celice .........................................................14

2.6.2 Polikristalne silicijeve sončne celice ............................................................15

2.6.3 Polikristalne tankoslojne silicijeve celice .....................................................16

2.6.4 Sončne celice iz amorfnega silicija .............................................................17

2.6.5 Izbira fotovoltaičnih modulov .......................................................................17

2.7 Izkoristek sončnih celic ................................................................................................. 18

2.7.1 Sprememba izkoristka glede na temperaturo ..............................................19

2.7.2 Koncentracija, metoda za izboljšanje izkoristka ..........................................19

3 Načrtovanje v programskem paketu RETScreen 4 ................................... 21

3.1 Delo v programu po korakih .......................................................................................... 21

3.1.1 Vnos in nastavitev začetnih podatkov na delovnem listu start .....................23

3.1.2 Vnos podatkov v delovni list energy model. ................................................24

3.1.3 Vnos podatkov v delovni list cost analysis ..................................................26

3.1.4 Vnos podatkov v delovni list financial analysis ............................................32

3.1.5 Grafični prikaz za MFE Vrhovo 1: ...............................................................37

3.2 Mala fotovoltaična elektrarna Vrhovo 1, ki se nahaja na strehi strojnice

hidroelektrarne Vrhovo: ............................................................................................................. 41

3.2.1 Tehnični podatki za malo fotovoltaično elektrarno Vrhovo 1: .......................41

3.2.2 Nekaj podatkov o sončnih celicah Sanyo HIP-215: .....................................42

3.2.3 Struktura celice Snayo HIP-215: .................................................................44

3.2.4 Odvisnost od obsevanosti ...........................................................................44

3.2.5 Odvisnost napetosti in toka od temperature celice ......................................45

VI

3.2.6 Razsmerniki Sanyo Mini Central 8000 TL ...................................................45

3.3 Raziskava upravičenosti gradnje male fotovoltaične elektrarne Vrhovo 2 in tehnični

podatki ......................................................................................................................................... 47

3.4 Raziskava upravičenosti gradnje sončne elektrarne v domačem gospodinjstvu ... 55

4 Sklep ............................................................................................................. 63

5 Priloge ........................................................................................................... 67

VII

Kazalo slik

Slika 2.1: Sonce [1] ........................................................................................................... 4

Slika 2.2: Spektralna porazdelitev sončnega sevanja zunaj Zemljine atmosfere in na površini Zemlje, ko je sonce v zenitu (AMO-zunajzemeljski, AM 1,5- na Zemlji) [2] ........... 5

Slika 2.3: Satelit Vanguard I [3] ......................................................................................... 6

Slika 2.4: Lego sonca na nebu opredelimo z višino sonca α in azimutom sonca Ф [4] ...... 7

Slika 2.5: Cilindrični diagram poti sonca z označenimi urami po sončnem času (rdeče točke) in urami po urnem času (modre ˝8˝). [4] ................................................................. 8

Slika 2.6: Diagram sončne poti [4]..................................................................................... 8

Slika 2.7 [4] ....................................................................................................................... 9

Slika 2.8 [4] ....................................................................................................................... 9

Slika 2.9: Z diagramom sončne poti lahko določimo tudi potreben odmik med vrstami sprejemnikov sončne energije, da niso v lastni senci. [5] .................................................10

Slika 2.10: Sončna celica [5] ............................................................................................11

Slika 2.11: Sončni modul [6] .............................................................................................12

Slika 2.12: Sončni panel [1]..............................................................................................13

Slika 2.13: Polje [1] ..........................................................................................................13

Slika 2.14: Monokristalna sončna celica [7] ......................................................................14

Slika 2.15: Postopek pridobivanja monokristalnega silicija [7] ..........................................15

Slika 2.16: Sončna celica izdelana iz polikristalnega silicija .............................................16

Slika 2.17: Atomi niso razporejeni v kristalnih rešetkah [8] ...............................................17

2.18: Vpliv temperature na napetost in tok .......................................................................19

3.1:Prva stran programskega paketa RETScreen 4 [9] ....................................................22

3.2: Določitev koordinat s pomočjo Google Earth [10] ......................................................23

3.3: Vnos podatkov na prvem delovnem listu [9] ..............................................................23

3.4: Vnos koordinat v delovni list št. 1 Start [9] .................................................................24

3.5: Vnos podatkov v delovni list št. 2: Energy Model [9] ..................................................25

3.6: Vnos podatkov v delovni list št. 3: cost analysis [9] ...................................................31

3.7: Finančni parametri [9] ...............................................................................................33

3.8: Letni prihodki [9]........................................................................................................33

3.9: Stroški projekta in varčevanje ter povzetek prihodkov [9] ..........................................34

3.10: Finančna vzdržnost [9] ............................................................................................36

3.11: Letni denarni prelivi [9] ............................................................................................36

3.12: Grafični prikaz projekta MFE Vrhovo1 z letno proizvodnjo 75 MWh [9] ...................37

3.13: Grafični prikaz za MFE Vrhovo 1 pri proizvodnji 75 MWh od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111,987 €/MWh [9] ......................................................................................38

3.14: Grafični prikaz za MFE Vrhovo 1 pri proizvodnji 75 MWh od 15 do 30 leta ob upoštevanju 54,2 €/MWh [9] ............................................................................................39

3.15: Grafični prikaz projekta MFE Vrhovo1 z letno proizvodnjo 89 MWh [9] ...................40

3.16: MFE Vrhovo 1 na strehi strojnice, pogled iz zgoraj [11] ...........................................41

3.17: MFE Vrhovo 1 na strehi strojnice, pogled od spodaj navzgor [11] ...........................42

3.18: Struktura celice Sanyo HIP-215 [12] .......................................................................44

3.19: Odvisnost toka in napetosti od obsevanosti pri konstantni temperaturi 25⁰C [12] ....44

VIII

3.20: Odvisnost napetosti in toka od temperature [12] .....................................................45

3.21: Razsmerniki Sunny Mini Central 8000 TL skupaj z omaro, ki se nahajajo v strojnici HE Vrhovo [11] ................................................................................................................47

3.23: Delovni list št. 1 zajema osnovne informacije projekta in lokacije [9] .......................48

3.24: Delovni list št. 2 [9] ..................................................................................................49

3.25: Delovni list št. 3 [9] ..................................................................................................50

3.26: Delovni list št. 4 [9] ..................................................................................................51

3.27: Dejanska proizvodna MFE Vrhovo 2 [9] ..................................................................52

3.28: Proizvodnja MFE Vrhovo 2 od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111.987 €/MWh [9] ....53

3.29: Grafični prikaz za MFE Vrhovo 2 pri proizvodnji 404 MWh od 15 do 30 leta ob upoštevanju 54,2 €/MWh [9] ............................................................................................54

3.30: Končni videz MFE Vrhovo 2 [15] .............................................................................54

3.31: Projekt MFE doma na strehi, delovni list št. 1 [9] .....................................................56

3.32: Delovni list št. 2 [9] ..................................................................................................57

3.33: Delovni list št. 3 [9] ..................................................................................................58

3.34: Delovni list št. 4 [9] ..................................................................................................59

3.35: Proizvodnja MFE doma na strehi od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111.987 €/MWh [9] ....................................................................................................................................60

3.36: Proizvodnja MFE doma na strehi od 15 do 30 leta ob upoštevanju 54,2 €/MWh [9] 61

Tabele:

Tabela 1: Potrebna velikost za različne uporabljene celice ..............................................18

Tabela 2: Tehnični podatke MFE Vrhovo 1 [14] ...............................................................41

Tabela 3: Tehnični podatki modula Sanyo HIP-215 [12] ...................................................43

Tabela 4: Tehnični podatki razsmernika Sunny Mini Central 8000 TL [13] .......................46

Tabela 5: Tehnični podatki MFE Vrhovo 2 [14].................................................................47

Tabela 6: Tehnični podatki MFE doma na strehi [14] .......................................................55

Tabela 7: Primeri različnih izračunov v programskem paketu RETScreen 4 za vse tri sončne elektrarne ............................................................................................................61

IX

UPORABLJENE KRATICE:

OVE- Obnovljivi viri energije

CEDRL- Cannet Energy Diversification Research Laboratory

HE- Hidroelektrarna

MFE1- Mala fotovoltaična elektrarna 1

MFE2- Mala fotovoltaična elektrarna 2

ZDA- združene države Amerike

SSE- sprejemniki sončne energije

DC/AC- direct current / Alternating current (enosmerni tok/ izmenični tok)

RTP-razdelilna transformatorska postaja

PV- photovoltaics (fotovoltaika)

CIS-baker indijev selenid

FF-fill factor (faktor polnjenja)

NPV- Net Present Value (neto sedanja vrednost)

IRR- stopnja donosa

BMU, HIP- tip modula

kWp- enota za vršno moč (ang. kilowatt-peak)

FERI- Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

MPPT- Maximum power point tracking (sledenje točki največje moči)

TLT- True local time (pravilni sončni čas)

X

UPORABLJENI SIMBOLI:

α- kotna višina sonca

∅- azimut sonca

CO2- ogljikov dioksid

h- dolžina sončne celice

l- oddaljenost

H- višina stavbe

Raziskava upravičenosti gradnje sončne elektrarne

1

1 UVOD

1.1 Problematika pridobivanja električne energije in obnovljivi

viri energije

Potrošnja energije po svetu je čedalje večja, ravno zaradi tega pa je vedno večja tudi potreba po novih virih energije. Tako se je z naraščanjem potrošnje električne energije potrebno vprašati, kako zagotoviti zadosti električne energije. Pri tem pa moramo biti zelo previdni, saj ne gre samo za vprašanje v sedanjosti, temveč je o tem treba razmišljati tudi za prihodnost. Električno energijo lahko pridobivamo na dva načina, tj. iz obnovljivih ter neobnovljivih virov. Zaradi vedno večjih izpustov toplogrednih plinov, bo potrebno zmanjšati uporabo fosilnih goriv, ter povečati uporabo obnovljivih virov energije (OVE). Torej govorimo o uporabi sončne energije, hidroenergije, geotermalne energije, energije vetra in biomase. Močno pa bo potrebno zmanjšati uporabo nafte, premoga, ter plina. Obnovljivi viri energije imajo pomembno vlogo v trajnostni razvojni paradigmi. Rešitve imamo na dlani, kajti tehnološki razvoj nas je pripeljal v dobo elektrarn, ki energijo črpajo iz naravnih virov, največji tak naravni vir energije je seveda naše sonce.

Potrebno je opozoriti na dejstvo, da energija pridobljena iz obnovljivih virov energije ni 100% čista energija, saj je za njeno postavitev potrebno porabiti energijo, ki je nastala iz neobnovljivih virov energije. V primeru, da bi za izgradnjo elektrarne porabili energijo, ki je bila proizvedena iz že obstoječih alternativnih virov (sončnih elektrarn, vetrnih elektrarn, hidroelektrarn) pa bi lahko govorili o 100 % čisti energiji.

Za našo državo so obnovljivi viri energije pomemben vir primarne energije, saj povečanje rabe obnovljivih virov energije prinaša državi veliko prednosti. Zmanjšujejo se potrebe po uvozu fosilnih goriv, ki v procesu izkoriščanja v termoelektrarnah povzročajo veliko onesnaževanje in škodo okolju. Tako se lahko približamo smernicam, ki jih je postavila evropska unija za področje energetike. Tako lahko ugotovimo, da je za doseganje okoljskih ciljev, torej zmanjševanje CO2 razvoj obnovljivih virov energije nujno potreben. V Sloveniji vsako leto uvozimo okoli 70 % celotne primarne energije. Z večanjem uporabe obnovljivih virov energije bi se lahko uvoz močno zmanjšal, kar pa lahko štejemo kot pomembno nacionalno strateško zalogo energije. Velika prednost obnovljivih virov energije je seveda tudi pridobivanje novih delovnih mest, ter razvoj same regije, kar pa nam prinese večjo konkurenčnost na domačem in tujem trgu.


2

1.2 Cilji magistrskega dela

V svojem delu bom skušal utemeljiti upravičenost gradnje dveh sončnih elektrarn, ki sta že zgrajeni ter ene elektrarne, ki še ni zgrajena. Magistrsko delo obsega tri projekte izgradnje sončnih elektrarn. Obravnavali smo že zgrajeno sončno elektrarno na strehi strojnice hidroelektrarne Vrhovo. Zgrajena je bila leta 2008, njena moč pa znaša 77,4 kWp. Kot drugi projekt smo izbrali sončno elektrarno postavljeno na desnobrežnem nasipu akumulacijskega jezera hidroelektrarne (HE) Vrhovo, ki je bila zgrajena leta 2010, inštalirana moč solarnega generatorja pa znaša 355 kWp. Na koncu pa smo izdelali projekt donosnosti sončne elektrarne za gospodinjstvo moči 15 kWp, ki pa še ni izgrajena, tako da smo upoštevali cene za leto 2012.

V nalogi smo med seboj primerjali vse tri omenjene projekte, zanimivo pa je bilo opazovati, kako hitro se zvišujejo izkoristki ter znižuje cena opreme za omenjene elektrarne. Z vsakim znižanjem cene opreme za izgradnjo elektrarne pa se zniža tudi podpora. Zajamčena podpora, ki jo prejemajo sončne elektrarne v Sloveniji znaša 15 let. Cilj dela je ugotoviti, če se omenjene investicije izplačajo ter donosnost samih projektov, kar je vsekakor najpomembnejši faktor, ki prevladuje pri sami odločitvi investitorja, če se bo za investicijo sploh odločil. Analizo stroškov projekta, ter predvideno vračanje vloženih sredstev smo si olajšali s programskim paketom RETScreen 4. Omenjeni program omogoča analizo projektov, ki izkoriščajo obnovljive vire energije. RETScreen International se uporablja po celem svetu kot brezplačen program, saj ga je odobrila kanadska vlada na pobudo laboratorija za raziskovanje naravnih virov energije iz Kanade (CEDRL). Omogoča vrednotenje proizvodnje električne energije, življenjske dobe, stroškov in emisij škodljivih plinov za različne vrste tehnologij, ki izrabljajo obnovljive vire energije. Program deluje na osnovi programskega orodja Microsoft Excel. Posamezni model je sestavljen iz več delavnih listov, ki obravnavajo določen del projekta. Že znane ugotovitve kažejo, da je ob 7-10% letni donosnosti povprečna amortizacija okrog 10 let. Seveda je donosnost odvisna od več dejavnikov kot npr. velikost elektrarne, optimizacije celotnega sistema in pogojev delovanja. Po podatkih proizvajalcev sončnih modulov lahko ugotovimo, da je njihova življenjska doba zagotovo 40 let. V kolikor se nam elektrarna v desetih letih amortizira, imamo potem naprej čiste dobičke. Veliko modulov ima garancijo 25 let za doseganje 80% izhodne moči. Po pregledu zgodovine celic ugotovimo, da sončne elektrarne zgrajene pred več kot 30 leti danes še vedno delujejo s 70% inštalirane moči.


3

1.3 Kratek pregled stanja na obravnavanem področju

Za izdelavo magistrskega dela sem se odločil tudi zaradi vse večjega povpraševanja po izdelkih, s katerimi proizvajamo elektriko iz sončnih žarkov. Napredovanje tovrstne tehnologije je izjemno, zato smo priča širjenju solarnih elektrarn tako po svetu, kot tudi pri nas. Z zanimanjem spremljam, kako tovrstne elektrarne zrastejo praktično čez noč, ter tako pripomorejo k vse večji proizvodnji zelene energije. Agencija Republike Slovenije je 20. marca 2012 v Sloveniji zabeležila 1489 sončnih elektrarn s skupno močjo 98,7 megavata. V primerjavi z drugimi državami se težko primerjamo z Nemčijo, katere skupna moč znaša 24700 MW, Italijo 12500 MW, Španijo 4200 MW itd. Omenjenim državam se približamo, če primerjamo MW in število prebivalcev. Pred Slovenijo s skupno močjo 50 MW na milijon prebivalcev še vedno vodijo Nemčija s 300 MW, Italija in Češka z 200 MW, Belgija s 150 MW ter Španija in Slovaška s 100 MW. Slovenija se lahko primerja z Grčijo, slabši pa so v Franciji s 40 MW in Veliki Britaniji s 13 MW.


4

2 SONCE

Sonce je centralna točka našega Osončja prikazana na sliki 2.1. Drugače gre za povsem navadno zvezdo, vendar je za nas zelo pomembna. Brez Sonca na Zemlji ne bi bilo nobenega življenja in Zemlja bi bila temna ter hladna. Govorimo o ogromni vrteči krogli zelo vročega plina. Največji delež predstavlja vodik, ki ne gori kot običajen ogenj. Zaradi zelo visoke temperature in velikega pritiska se atomi vodika spreminjajo v helij. Podobno se dogaja tudi v vodikovi bombi, kjer se sprošča ogromno energije. Sonce vsako sekundo izgubi štiri milijone ton snovi, vendar je tako ogromno, da je komaj v 4,5 milijarde let porabilo polovico vodika. Zaloge vodika ima dovolj, da bo nepretrgano sijalo še 5 milijard let. Ko bo zalog zmanjkalo se bo razširilo za polovico sedanjega obsega in vase pogoltnilo vse svoje planete. Svojo energijo pošilja kot toploto in svetlobo na vse strani. Vsak kvadratni meter na Zemlji, ki je obrnjen naravnost k soncu prejme več kot en kilovat energije na sekundo. Omenjena zvezda je tako velika, da si je ne moremo predstavljati. Premer je stodevetkrat večji od premera Zelje in zavzema milijonkrat več prostora. Površje ima 6000⁰ C, središče pa skoraj tritisočkrat več. [1]

Slika 2.1: Sonce [1]


5

2.1 Sončna energija

Uporaba sončne energije sega daleč v zgodovino, saj so jo že stari Grki in Rimljani izkoriščali za ogrevanje. V začetku 18. stoletja so se razvile tehnologije, ki so omogočale koncentracijo sončne energije in njeno izrabo v visokotemperaturnih procesih. Zanimanje za izrabo sončne energije je pospešila tudi prva naftna kriza. Zaradi omejenih zalog fosilnih goriv in zaskrbljujočih klimatskih sprememb je zanimanje za izrabo sončne energije močno naraslo. Energija sonca je neusahljiv vir večine obnovljivih virov (hidroenergija, veter, biomasa…), ki je prav tako akumulirana v fosilnih gorivih. Z uporabo današnje tehnologije ločimo tri načine izkoriščanja sončne energije:

• s pomočjo fotovoltaikov sončno energijo direktno pretvorimo v električno energijo • s pomočjo toplotnih strojev • za pasivno in aktivno ogrevanje stanovanjskih hiš, poslovnih in drugih prostorov

2.2 Značilnosti sončnega sevanja

Zaradi Zemljine rotacije ter njenega kroženja okoli Sonca je Sončna energija, ki obseva Zemljo spremenljiva dnevno in po letnih časih. Močno je odvisna tudi od atmosferskih vplivov. Sonce ne seva kot črno telo, saj je temperatura notranjosti ocenjena med 8∙106 do 40∙106 K, spektralna porazdelitev zunajzemeljskega sevanja (slika 2.2) pa pokaže veliko podobnosti s spektralno porazdelitvijo sevanja črnega telesa. Največ sevanja ima valovno dolžino med 0,2 in 2 μm, z vrhom pri približno 0,5 μm. [2]

Slika 2.2: Spektralna porazdelitev sončnega sevanja zunaj Zemljine atmosfere in na površini Zemlje, ko je sonce v zenitu (AMO-zunajzemeljski, AM 1,5- na Zemlji) [2]

valovna dolžina (µm)

s

pektr

aln

a g

osto

ta s

evan

ja (

Wm

2µ

m1)

(Wm

2µ

m1)

2500

2000

1500

1000

500

0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3


6

2.3 Pretvarjanje sončne energije v električno energijo ter kratek

zgodovinski pregled

Francoski fizik Alexandre Edmond Becquerel je leta 1839 odkril, da se električna upornost elektrolita spremeni, če je obsijan s sončnimi žarki, torej je odkril fotoelektrični pojav. Fotoelektrični pojav nastane zaradi delovanja sončnega sevanja, torej elektromagnetnega valovanja določenih valovnih dolžin, na delce snovi. Med te pojave lahko uvrstimo tudi fotovoltaični pojav. Pri omenjenem pojavu se energija fotonov prenese na elektrone delcev snovi, kar izkoriščamo s sončnimi celicami. Gre za naprave, ki energijo fotonov spremenijo v električno energijo. Hitro napredovanje razvoja sončnih celic je omogočilo odkritje sončne celice iz silicija v Bellovih laboratorijih v ZDA leta 1954. Drugi najbolj razširjen element v zemeljski skorji je silicij z 28 % deležem. Pri pregledu zgodovinskih dogodkov je moč zaslediti, da je bila prva zahtevnejša uporaba sončne celice leta 1958, ko so izstreli drugi vesoljski satelit Vanguard I.(slika 2.3). Bil je opremljen z majhnim poljem sončnih celic, ki so skrbele za napajanje radijskega oddajnika. Veliki napredek je sledil leta 1963, ko je podjetju Sharp Corporation uspelo izdelati prve praktično uporabljene fotonapetostne module iz silicijevih sončnih celic. Kasneje po letu 1976 zasledimo prve tržne aplikacije.

Tudi v Sloveniji so se kmalu zatem lotili proizvodnje sončnih celic. V začetku osemdesetih let so v podjetju Iskra v Zagorju začeli proizvodnjo sončnih celic, kjer so izdelovali silicijeve monokristalne celice in module. Sledila ji je tovarna Rade Končar v Splitu, ki je sredi 80. let začela proizvodnjo amorfnih sončnih modulov.

Slika 2.3: Satelit Vanguard I [3]

Raziskava upravičenosti gradnje s

2.4 Azimut sonca

Višina in azimut sonca v poljubnem trenutku dneva opredeljujeta lego sonca na nebuVišina sonca α , ki je oznaravnino. Njena vrednost znaša opa je Sonce tega dne najvišje na nebu. Azimut sonca 2.4 pa je kot med nebesno smerjo juga in projekcijo sonravnino. Azimut se spreminja vsako uro za približno 15vrednost azimuta sonca 0⁰

Torej je njegova minimalna in maksimalna vrednost tj. vzhod in zahod odvisna od letnega časa.

Slika 2.4: Lego sonca na nebu opredelimo z višino sonca

Obe veličini lahko določimo analitiprikazuje višino in azimut sonca za poljuben trenutek v letu. Za kraje v Sloveniji je v obliki cilindričnega diagrama prikazandiagramu v obliki osmic. Urni in sonenakomerno. Trenutek son23. septembra pa ob 12:05 po urinem standardnega poldnevnika, ki pa je za vse kraje v Sloveniji zanemarljiv, saj poteka standardni poldnevnik ( -15

enosti gradnje sončne elektrarne

v poljubnem trenutku dneva opredeljujeta lego sonca na nebu, ki je označena na sliki 2.4 je kot med sončnim žarkom in vodoravno

Njena vrednost znaša ob sončnem vzhodu in zahodu 0⁰, ob sonpa je Sonce tega dne najvišje na nebu. Azimut sonca Ф, ki je prav tako ozna

pa je kot med nebesno smerjo juga in projekcijo sončnega žarka na vodoravnoAzimut se spreminja vsako uro za približno 15⁰. Ob sončnem poldnevu znaša

⁰, v smeri vzhoda je po dogovoru -90⁰, v smeri zahoda +90njegova minimalna in maksimalna vrednost tj. vzhod in zahod odvisna od letnega

: Lego sonca na nebu opredelimo z višino sonca α in azimutom sonca

čimo analitično ter tako izdelamo letni diagram poti sonca, kiprikazuje višino in azimut sonca za poljuben trenutek v letu. Za kraje v Sloveniji je v obliki

nega diagrama prikazan na sliki 2.5. Sončni in urni čas povezujejo krivulje v Urni in sončni čas se razlikujeta, ker se zemlja ne vrti popolnoma

renutek sončnega poldneva 21. marca v Ljubljani nastanea pa ob 12:05 po urinem času. Do razlike pride tudi zaradi

a, ki pa je za vse kraje v Sloveniji zanemarljiv, saj poteka 15⁰V ) skozi Trebnje.

7

v poljubnem trenutku dneva opredeljujeta lego sonca na nebu. nim žarkom in vodoravno

, ob sončnem poldnevu e prav tako označen na sliki

nega žarka na vodoravno čnem poldnevu znaša

, v smeri zahoda +90⁰. njegova minimalna in maksimalna vrednost tj. vzhod in zahod odvisna od letnega

in azimutom sonca Ф [4]

iagram poti sonca, ki prikazuje višino in azimut sonca za poljuben trenutek v letu. Za kraje v Sloveniji je v obliki

povezujejo krivulje v as se razlikujeta, ker se zemlja ne vrti popolnoma

nastane ob 11:50, zaradi odmika kraja od

a, ki pa je za vse kraje v Sloveniji zanemarljiv, saj poteka


Slika 2.5: Cilindrični diagram poti sonca z oznain urami

Z uporabo cilindričnega dgrajenem okolju. Dolžina senceenakonočju ob 11 uri (po son

- iz cilindričnega diagrama son11. uri 43⁰;

- dolžina sence l ta dan ob 11. uri znaša

tan( _ )višina sonca

tan( _ ) tan(43 )h

l cmvišina sonca

→ = =

Določimo sedaj še, kdaj v letu bo ob sonv celoti osončen. Stavba A stojil=23 m. Višino stavbe B ozna


ni diagram poti sonca z označenimi urami po sončnem čin urami po urnem času (modre ˝8˝). [4]

diagrama poti sonca lahko izračunamo podrograjenem okolju. Dolžina sence, ki je označena z l navpične palice višine

ju ob 11 uri (po sončnem času) je enaka:

diagrama sončne poti odčitamo, da je višina sonca 21. marca ob

ta dan ob 11. uri znaša:

Slika 2.6: Diagram sončne poti [4]

tan( _ )h

višina soncal

= →

1107

tan( _ ) tan(43 )l cm

višina sonca °→ = = ∼

imo sedaj še, kdaj v letu bo ob sončnem poldnevu južni zid na stavbi en. Stavba A stoji na severni strani višje stavbe B in je oddaljena od

m. Višino stavbe B označimo z H in znaša H=15 m.

8

nem času (rdeče točke)

unamo področje senčenja v ne palice višine h=1 m ob

itamo, da je višina sonca 21. marca ob

(2.1)

(2.2)

nem poldnevu južni zid na stavbi A na sliki (2.7) oddaljena od nje za


- na začetku izračunajmo kot senpoldnevu večji od višosončen:

tan( _ ) _ 33kot senčenja kot sen= = → °

- v diagramu sončne poti od izračunanega kota sen21. oktobrom; v preostalih meseci

Ob uporabi diagrama sončsončne energije (SSE) na stojalih na vodoravni podlagi, tako da ti ne bodo vRazdalja x2, ki je potrebnaSSE ne senči zadnje, določ

1

2

sin

cos

sintan tan

H h

x h

Hx h

β

β

α α

= ×

= ×

= = ×


Slika 2.7 [4]

čunajmo kot senčenja. V dneh, ko bo kot senčji od višine sonca, bo zid severne zgradbe A ob 1

15tan( _ ) _ 33

23h

enja kot senčenjaL

= = → °∼

čne poti smo odčitali, kdaj je v letu ob 12. uri višina sonca unanega kota senčenja. Ugotovimo, da je med 21. februarjem in

eostalih mesecih bo zid na zgradbi A vsaj delno oson

diagrama sončne poti lahko določimo razdaljo med vrstami sprejemnikov ne energije (SSE) na stojalih na vodoravni podlagi, tako da ti ne bodo v

ki je potrebna ob pogoju, da na izbran dan ob sončnem poldnevu prva vrsta i zadnje, določimo z izrazi:

Slika 2.8 [4]

sintan tan

β

α α

9

enja. V dneh, ko bo kot senčenja ob sončnem A ob 12. uri v celoti

(2.3)

, kdaj je v letu ob 12. uri višina sonca α večja med 21. februarjem in

i A vsaj delno osončen.

imo razdaljo med vrstami sprejemnikov ne energije (SSE) na stojalih na vodoravni podlagi, tako da ti ne bodo v lastni senci.

nem poldnevu prva vrsta

(2.4)


10

V primeru, ko je dolžina sprejemnikov (sončnih celic) h=2 m in so nameščeni pod kotom β=45°, je potrebna naslednja razdalja x2, da zadnja vrsta sprejemnikov 21. decembra ob 12. uri ne bo v senci:

- iz diagrama smo odčitali, da je poldne 21. decembra višina sonca α enaka 22⁰ in razdalja x2:

2

sin sin452 3,5

tan tan22x h m

β

α

°= = =

° (2.5)

[3]

Slika 2.9: Z diagramom sončne poti lahko določimo tudi potreben odmik med vrstami sprejemnikov sončne energije, da niso v lastni senci. [5]

2.5 Sončne elektrarne

Ko govorimo o sončnih elektrarnah je potrebno omeniti, da gre za zelo pomemben vir energije, saj bo močno pripomogel k trajnosti oskrbe z električno energijo. Pomembna lastnost omenjenih elektrarn je, da pri sami proizvodnji električne energije ne obremenjujejo okolja. Kadar govorimo o soncu je potrebno povedati, da je od vseh nas in ga ne bo nikoli zmanjkalo. Ob koriščenju sončne energije lahko proizvajamo električno energijo, ter jo prodajamo distributerjem in tako tudi zaslužimo. Kadar pomislimo na sončno elektrarno se vedno vprašamo ali gre za donosen projekt. V glavnem veljajo za donosne projekte, s katerimi si ustvarimo zagotovljen prihodek. Potrebno je povedati, da gre za dolgoročne naložbe, s katerimi si veliko posameznikov ustvari naložbo za pokojninsko rento.


Fotonapetostni sistemi pretvarjajo energijo vidnega dela spektra sonneposredno v električno energijo. Vsak fotonapetostni sistem je sestavlcelice (slika 2.10), ki generira elek

Sončna celica je naprava, ki pretvori v elektriko. Sončna celica je zgrajena izpolprevodnikov - N in P tip). N tipdodamo primesi ( 1:106) 5-da v čisti silicijev kristal dodajoObičajno je N plast debela okoli 0.5 mm, Psončnih celic lahko opišemo kot:

- kadar je energija fotonov, ki vpadejo na energijsko režo vemateriala pride do tvorjenja pa

- kadar polprevodniški material sam po sebi ne vsebuje prostih nosilcev naboja, bodo imeli takšni fotorekombinirajo

- foto-napetostni element dobimo takrat, kadar obstaja v sistemtvorjene nosilce naboja, torej transportira elektrone in vrzeli vsake na svojo stran. Tak primer predstavlja PN

- Med stiki p in n dopiranega polprevodnika nastane podronaboja, saj preidejo elektroni iz nprazna mesta, torej se rekombinirajo z vrzelmi. P plast ima presežek negativnega napoja, N plast pa primanjkljaj slednjega. prisotno notranje elektri

- V primeru, da na to podroproti n-polprevodniku, vrzel pa proti ppotencialne razlike med obema priklju[4]


Fotonapetostni sistemi pretvarjajo energijo vidnega dela spektra sonno energijo. Vsak fotonapetostni sistem je sestavl

), ki generira električno moč, ko je izpostavljena sončnemu sevanju.

Slika 2.10: Sončna celica [5]

je naprava, ki sončne fotone (sončno energijo) s pomočna celica je zgrajena iz tankih plasti P in N tipa (dva

N in P tip). N tip polprevodnika dobimo tako, da v č-valentnih elementov (As, P ali Sb). P tip polprevodnika

isti silicijev kristal dodajo primesi 3-valentnih elementov najpogosteje indijaela okoli 0.5 mm, P pa le nekaj µm. Osnovni princip delovanja

nih celic lahko opišemo kot:

kadar je energija fotonov, ki vpadejo na energijsko režo večja od energijske reže pride do tvorjenja parov elektron-vrzel

kadar polprevodniški material sam po sebi ne vsebuje prostih nosilcev naboja, bodo imeli takšni foto-tvorjeni nosilci sorazmerno dolgo življenjsko dobo preden se

napetostni element dobimo takrat, kadar obstaja v sistemu mehanizem, ki lotvorjene nosilce naboja, torej transportira elektrone in vrzeli vsake na svojo stran. Tak primer predstavlja PN-spoj Med stiki p in n dopiranega polprevodnika nastane področje brez prostih nosilcev

, saj preidejo elektroni iz n-polprevodnika v p-polprevodnik kjer zapolnijo prazna mesta, torej se rekombinirajo z vrzelmi. P plast ima presežek negativnega napoja, N plast pa primanjkljaj slednjega. Zaradi tega je v zapornem podroprisotno notranje električno polje

to področje vpade foton, bo elektron notranje polje transportiral polprevodniku, vrzel pa proti p-polprevodniku. To povzro

potencialne razlike med obema priključkoma.

11

Fotonapetostni sistemi pretvarjajo energijo vidnega dela spektra sončnega sevanja no energijo. Vsak fotonapetostni sistem je sestavljen iz sončne

čnemu sevanju.

no energijo) s pomočjo elektronov tankih plasti P in N tipa (dva osnovna tipa

v čisti silicijev kristal polprevodnika pa tako,

najpogosteje indija. Osnovni princip delovanja

čja od energijske reže

kadar polprevodniški material sam po sebi ne vsebuje prostih nosilcev naboja, sko dobo preden se

u mehanizem, ki loči tvorjene nosilce naboja, torej transportira elektrone in vrzeli vsake na svojo stran.

je brez prostih nosilcev polprevodnik kjer zapolnijo

prazna mesta, torej se rekombinirajo z vrzelmi. P plast ima presežek negativnega Zaradi tega je v zapornem področju

je vpade foton, bo elektron notranje polje transportiral polprevodniku. To povzroči nastanek


12

Več med seboj povezanih sončnih celic tvori modul (slika 2.11)

Slika 2.11: Sončni modul [6]

Osnovni element vsakega fotonapetostnega sistema je sončni modul, v katerem se svetloba pretvori v električno energijo na izhodu. Sončni modul je zgrajen iz večjega števila med seboj povezanih sončnih celic, ki so lahko povezane vzporedno ali zaporedno. Po vrsti izdelave ločimo tri najbolj uporabljene sončne module: monokristalne, polikristalne in amorfne. Komercialni modul je zgrajen iz 36 do 72 kristalnih celic, ki so električno povezane in lamelirane med ploščo na spodnji in kaljenim steklom na zgornji strani celic. Med kaljenim steklom in celicami imamo še plast EVA-folije. Vsaka posamezna celica je na modul povezana z drobno mrežo na zgornji strani polprevodniškega materiala, ki pa mora biti čim bolj tanka. Debelina mreže vpliva na prehod fotonov (če je debela, ovira prehod fotonov), torej pri tanki mreži ne prihaja do povečanja lastnih izgub sončne celice. Sončne celice po navadi uokvirimo z aluminijastim okvirjem, tako da tvorijo celoto, ki jo imenujemo sončni modul.

Skupina med seboj mehansko in električno povezanih modulov, ki tvorijo zaključeno celoto se imenuje panel, ki je prikazan na sliki 2.12. En sam sončni panel ne proizvede toliko elektrike kot bi si želeli. Sončne panele zato med seboj povezujemo, ter na takšen


13

način ustvarjamo večje solarne sisteme oziroma sončne elektrarne, ki lahko proizvedejo bistveno več električne energije, kot pa en sam sončni panel. Seveda je odvisno, kako sončne panele med seboj povežemo, saj poznamo več vezav. Lahko jih povežemo vzporedno, ter jim tako povečamo moč, druga možnost je zaporedna vezava, ki poskrbi za večjo napetost. Sončne panele najpogosteje uporabljamo na lokacijah, kjer ne potrebujemo konstantnega vira električne energije skozi celo leto, torej na vikendu, v gorski hišici ali na morju.

Slika 2.12: Sončni panel [1]

Panel je namenjen kot inštalacijska enota polja. Polje je mehansko zaključena celota modulov skupaj z nosilno strukturo. Ne vsebuje temeljev, sledilnih mehanizmov, elementov termičnega nadzora in drugih podobnih elementov, ki tvorijo enoto za proizvodnjo električne energije. Sončno elektrarno dobimo na tak način, da polju panelov dodamo DC/DC pretvornik za impedančno prilagoditev, ter DC/AC razsmernik za pretvorbo enosmernih električnih veličin v izmenične. Za izboljšanje izkoristka sončne elektrarne lahko dodamo tudi enoosne in dvoosne sledilnike soncu. [5]

Slika 2.13: Polje [1]


2.6 Najpogosteje uporabljene son

Ko se je potrebno odločiti, katero vrsto sonupoštevati, da uporabimo celice z dobrim izkoristkom, hkrati pa mora biti njihova cena nižja. Izziv za izdelovalce sonmasovno in ceneno proizvodnjo son

2.6.1 Monokristalne silicijeve son

To so sončne celice, ki so rešetk je enaka, kar zagotavlja majhne izgube ter monedavnega so bile skoraj vse sonPridobivamo ga iz raztaljenvstavitve kristalizacijske kali.napak v kristalni rešetki. Izdelamo lahko po obliki okrogel kristal, ki ima premer do 20 cm ter dolžine nekaj deset centimetrov. Nato sledi razrez v tanke rezine, debeline 400Primer monokristalne sončne c

Slika

Takšne celice dosegajo pri laboratorijskih pogojih izkoristke do 25%, v serijski proizvodnji pa do 17,5%. Postopek izdelave celic je drag, saj je rast kristala poizredno čista talina, natančno izdelavo ter porabi se ogromno energije.


Najpogosteje uporabljene sončne celice

Ko se je potrebno odločiti, katero vrsto sončne celice bomo uporabili, je potrebno upoštevati, da uporabimo celice z dobrim izkoristkom, hkrati pa mora biti njihova cena

ziv za izdelovalce sončnih celic je torej iznajti takšno tehnologijo, ki je primerna za masovno in ceneno proizvodnjo sončnih celic, z nizkimi stroški in visokim izkoristkom.

Monokristalne silicijeve sončne celice

ne celice, ki so izdelane iz monokristalnega silicija. Orientacija vseh kristalnih rešetk je enaka, kar zagotavlja majhne izgube ter močno podraži samo izdelavo. Do nedavnega so bile skoraj vse sončne celice izdelane iz monokristalnega silicija. Pridobivamo ga iz raztaljenega kremenčevega peska pri temperaturi 1300vstavitve kristalizacijske kali. Iz taline izvlečemo kristal silicija, ki je izredno napak v kristalni rešetki. Izdelamo lahko po obliki okrogel kristal, ki ima premer do 20 cm

e nekaj deset centimetrov. Nato sledi razrez v tanke rezine, debeline 400čne celice je prikazan na sliki (2.14).

Slika 2.14: Monokristalna sonččččna celica [7]

dosegajo pri laboratorijskih pogojih izkoristke do 25%, v serijski proizvodnji pa do 17,5%. Postopek izdelave celic je drag, saj je rast kristala poč

a, natančno izdelavo ter porabi se ogromno energije.

14

ne celice bomo uporabili, je potrebno upoštevati, da uporabimo celice z dobrim izkoristkom, hkrati pa mora biti njihova cena čim

nih celic je torej iznajti takšno tehnologijo, ki je primerna za nih celic, z nizkimi stroški in visokim izkoristkom.

izdelane iz monokristalnega silicija. Orientacija vseh kristalnih no podraži samo izdelavo. Do

ne celice izdelane iz monokristalnega silicija. evega peska pri temperaturi 1300°C s pomočjo

emo kristal silicija, ki je izredno čist in brez napak v kristalni rešetki. Izdelamo lahko po obliki okrogel kristal, ki ima premer do 20 cm

e nekaj deset centimetrov. Nato sledi razrez v tanke rezine, debeline 400 μm.

dosegajo pri laboratorijskih pogojih izkoristke do 25%, v serijski proizvodnji pa do 17,5%. Postopek izdelave celic je drag, saj je rast kristala počasna, zahteva se


Slika 2.15: Postopek pridobivanja monokristalnega silicija

Izdelavo omenjenih celic lahko pocenimo,traku, ki ga z laserjem režemo na rezine. S takšnim oblikovanjem bolje zapolkot pa z okroglimi sončnimi celicami, ki so izdelane iz ingota.

2.6.2 Polikristalne silicijeve son

Za sončne celice izdelane iz monokristalnega silicijaizkoristke, vendar so tudi zelo drage.pridobivanje monokristalnega silicija dolgotrajen in energijsko potraten postopek. Polikristalne silicijeve celicerešetk je naključna, čistost primerjamo polikristalne in monokristalne silicijeve celiceizdelavi. Pri polikristalnih celicah je ingot sestavljen iz veso veliki nekaj milimetrov. Izdelava tovrstnih celic je cenejša, ingot pa je ve


Postopek pridobivanja monokristalnega silicija

Izdelavo omenjenih celic lahko pocenimo, s postopkom rasti kristala v obliki tankega traku, ki ga z laserjem režemo na rezine. S takšnim oblikovanjem bolje zapol

nimi celicami, ki so izdelane iz ingota.

Polikristalne silicijeve sončne celice

ne celice izdelane iz monokristalnega silicija je znano, daizkoristke, vendar so tudi zelo drage. Kot smo že omenili, je njihova cena

ristalnega silicija dolgotrajen in energijsko potraten postopek. Polikristalne silicijeve celice (slika 2.16) so neprimerno cenejše, orientacija kristalnih

istost polikristalnega silicija pa je nekoliko nižja. Koprimerjamo polikristalne in monokristalne silicijeve celice ne prihaja do velikih razlik pri izdelavi. Pri polikristalnih celicah je ingot sestavljen iz večjega števila silicijevih kristalov, ki o veliki nekaj milimetrov. Izdelava tovrstnih celic je cenejša, ingot pa je ve

15

Postopek pridobivanja monokristalnega silicija [7]

s postopkom rasti kristala v obliki tankega traku, ki ga z laserjem režemo na rezine. S takšnim oblikovanjem bolje zapolnimo modul

je znano, da dosegajo dobre Kot smo že omenili, je njihova cena visoka, saj je

ristalnega silicija dolgotrajen in energijsko potraten postopek. so neprimerno cenejše, orientacija kristalnih

ilicija pa je nekoliko nižja. Ko med seboj ne prihaja do velikih razlik pri

jega števila silicijevih kristalov, ki o veliki nekaj milimetrov. Izdelava tovrstnih celic je cenejša, ingot pa je večji. Prednost


16

polikristalnih celic je v tem, da jih lahko oblikujemo v kvadratno obliko, kar omogoča boljšo izrabo prostora. Izkoristek omenjenih celic znaša pri laboratorijskih pogojih do 21%, v serijski proizvodnji po do 15%.

Slika 2.16: Sonččččna celica izdelana iz polikristalnega silicija

2.6.3 Polikristalne tankoslojne silicijeve celice

Za absorpcijo večino vpadnih fotonov sončeve svetlobe mora biti debelina konvencionalnih silicijevih sončnih celic vsaj nekaj sto mikronov. Obstaja posebna tehnika lovljenja fotonov, s katero so dosegli odlično absorpcijo fotonov pri debelini polikristalnega silicija 20 μm, ki ga je potrebno nanesti na keramično podlago. Učinkovitost takšnih celic je primerljiva s klasičnimi polikristalnimi silicijevimi celicami, vendar je zaradi manjše porabe materiala in enostavnejšega postopka izdelave cena omenjenih celic nižja. Z laboratorijskimi pogoji so se približali izkoristku 16%, v serijski proizvodnji pa do 11%.


17

2.6.4 Sončne celice iz amorfnega silicija

Izdelane so iz nekristalnega tj. amorfnega silicija, ki je v tankem sloju nanesen na podlago, govorimo o najcenejših silicijevih sončnih celicah. Zaradi odličnih absorpcijskih lastnosti amorfnega silicija lahko debelina aktivnega sloja znaša le 1 μm v izrednih primerih pa celo manj. Ker je debelina aktivnega sloja tako majhna, govorimo o tankoslojnih sončnih celicah. Silicijevi atomi so v primerjavi s kristalnimi strukturami skoraj povsem neurejeno orientirani, kar štejemo kot slabost amorfnega silicija. Pri tem atomi niso povsem vezani na sosednje atome in obstajajo proste vezi (slika 2.17), na katere se lahko vežejo prosti elektroni vcepljenih nečistoč, zato je p-n spoj neučinkovit. Z uporabo vodika lahko ta problem odpravimo, saj se veže na proste vezi silicijevih atomov in prepreči vezavo prostih elektronov iz vcepljenih nečistoč. Celice iz amorfnega silicija imajo drugačno zgradbo od kristalnega silicija, saj so zgrajene iz p-i-n spoja. Zgrajen je iz tankega p- in n- sloja amorfnega silicija, med obema slojema pa se nahaja debelejši sloj iz čistega amorfnega silicija. Izdelava omenjenih celic je cenejša zaradi precej manjše porabe silicija, ter zaradi nižjih temperatur, ki so potrebne za postopek pridobivanja silicija. Pri laboratorijskih pogojih dosežejo izkoristke do 12%, v serijski proizvodnji pa do 7%. Velika slabost teh celic je neodpornost na svetlobo, kar se pokaže že po nekaj mesecih, saj se izkoristek zmanjša za okoli 3%. [2]

Slika 2.17: Atomi niso razporejeni v kristalnih rešetkah [8]

2.6.5 Izbira fotovoltaičnih modulov

Kot smo že omenili, je najpogosteje omenjena lastnost modulov učinkovitost. To pomeni, kakšen delež energije sončne svetlobe je sposoben pretvoriti v električno energijo pri


18

standardnih testnih pogojih (1000 W/m2 pri 25⁰C, zračna masa 1,5). Iz vidika investitorja je učinkovitost zelo majhnega pomena. Večja učinkovitost modula namreč pomeni samo to, da bomo za enako moč sončne elektrarne potrebovali manjšo površino. To pa seveda ne pomeni nižje cene, saj so cene sončnih modulov odvisne od moči in ne površine.

V spodnji tabeli so prikazane različne vrste modulov glede na velikost, ki jo potrebujemo za 1 kWp.

Tabela 1: Potrebna velikost za različne uporabljene celice

UPORABLJENE CELICE POTREBNA VELIKOST

Monokristalne 7-9 m2

Polikristalne 8-11 m2 Tankoslojne: Baker-indijev-selenid (CIS) 11-13 m2 Kadmijev telurid (CdTe) 14-18 m2

Amorfni silicij 16-20 m2

[6]

2.7 Izkoristek sončnih celic

Na izkoristek sončnih celic vpliva veliko dejavnikov. To so:

• temperatura • sončno obsevanje • lega • namestitev ter kot pod katerim so nameščene • tehnologija izdelave • inštalirana moč

Izkoristek fotocelice je definiran kot:

max m m

vpadna vpadna

P I U

P Pη

⋅= = (2.6)

Za opis učinkovitosti fotocelice pa uporabljamo fill factor (FF), ki je definiran kot:

Im m

OC KS

UFF

U I

⋅=

⋅ (2.7)

Fill factor nam pove kakšno je razmerje med največjo dejansko močjo in močjo, ki jo dosežemo z optimalno nastavitvijo bremena ter idealno fotocelico. Tipično se giblje med 0,4 in 0,7.


19

Sedaj lahko izkoristek celice zapišemo:

ks OC

vpadna

I UFF

Pη

⋅= ⋅ (2.8)

2.7.1 Sprememba izkoristka glede na temperaturo

S spreminjanjem temperature se močno spreminja izkoristek sončne celice (slika 2.18). Sprememba temperature najbolj vpliva na spremembo napetosti, ki z višanjem temperature pada, temperaturna odvisnost toka, pa je po navadi zanemarljiva. Raziskave kažejo, da se izkoristek za vsako dodatno stopinjo zniža za 0,5 %. Za izboljšanje izkoristka bi bilo potrebno sončne celice hladiti, kar pa prinese dodatne stroške.

2.18: Vpliv temperature na napetost in tok

2.7.2 Koncentracija, metoda za izboljšanje izkoristka

Pri koncentraciji gre za uporabo leč, zrcal, valovodov in vseh drugih možnih optičnih naprav, s katerimi zberemo in koncentriramo gostoto svetlobnega toka preden ga pripeljemo na fotocelico. S tem zmanjšamo površino sončne celice pri enaki nazivni moči

Tok

[A]

Napetost [V]


20

in izboljšamo izkoristek sončne celice. Ko govorimo o visoki koncentraciji ne smemo pozabiti, da nam prinaša gretje celice, kar pa običajno zahteva hlajenje celice. Prav tako visoka koncentracija ni mogoča v difuznih pogojih, torej ko sonce zakrivajo oblaki. Za zelo učinkovito koncentracijo torej potrebujemo direktno sončno svetlobo, zato koncentracija ni primerna za poljubno klimatsko okolje. Torej z naraščanjem osvetlitve sončne celice narašča tok in napetost, kar posledično povzroči dvig izkoristka.

Poznamo sisteme:

• z nizko koncentracijo • s srednjo koncentracijo • z visoko koncentracijo

Pri sistemih z nizko koncentracijo gre za povečanje svetlobnega toka od 2-10 kratno vrednost. Nizka koncentracija (do faktorja 2) ne zahteva sledenja soncu, od 2-10 pa zahteva sledenje soncu po eni osi. Omenjeni sistem z nizko koncentracijo predstavlja ekonomičen način za izboljšanje cenovne učinkovitosti klasičnih celic. Pri sistemih s srednjo koncentracijo govorimo o povečanju svetlobnega toka od 10-60 krat. Potrebno je enoosno sledenje soncu ter hlajenje celic. Običajno uporabimo prilagojene celice iz kristalnega silicija, ki so narejene za delo pri visokem toku. Najpogosteje uporabljeni koncentratorji so linearna parabolična zrcala, ki se vrtijo po eni osi. Do največjega izkoristka pridemo z uporabo sistemov z visoko koncentracijo (100-1000 krat). Zahteva se aktivno sledenje po obeh oseh, kar zelo podraži celoten projekt. Potrebno je aktivno hlajenje sončnih celic, smiselna uporaba večslojnih sončnih celic iz sestavljenih polprevodnikov.

[7],[8]


21

3 Načrtovanje v programskem paketu RETScreen 4

Kot sem že omenili, samo za izračun upravičenosti gradnje sončnih elektrarn izbrali programski paket RETScreen. Z omenjenim programom smo na podlagi vhodnih podatkov izdelali ekonomsko analizo. RETScreen programsko orodje je edinstveno orodje razvito s prispevki številnih strokovnjakov iz vlade, industrije in akademskega sveta. Uporabljamo ga lahko brezplačno po vsem svetu za oceno proizvodnje energije in varčevanja z energijo, stroškov zmanjšanja emisij, finančno sposobnost in tveganje za različne vrste tehnologij obnovljivih virov. Programska oprema je na voljo v več jezikih. Na žalost v slovenski različici še ne obstaja, zato smo uporabili angleško. Programska oprema se uporablja po celem svetu za vrednotenje proizvodnje električne energije, emisij škodljivih plinov za različne vrste tehnologij, vsebuje že izdelane projekte, hidrološke in podnebne baze. Program deluje na osnovi programskega orodja Microsoft Excel. Sestavljen je iz več listov, kjer se vnašajo vhodni podatki. Delovne liste bi lahko razdelili v dve skupini:

• tehnološki • ekonomski

[9]

3.1 Delo v programu po korakih

Pri zagonu programskega paketa RETScreen 4 se nam pojavi spodnje okno:


22

3.1:Prva stran programskega paketa RETScreen 4 [9]

Zelo pomembno je, da nastavimo neomejen dostop makrov, kar je vidno zgoraj na sliki. Sledi vnos osnovnih podatkov o projektu. Pod Analysis type je potrebno izbrati Method 2, ki je bolj podrobna. Pod project type je potrebno nastaviti Power, pod alinejo Technology pa Photovoltaic. Sledi vnos podatkov v katerem kraju se nahaja ali se bo nahajal objekt, na katerem bi radi naredili izračun upravičenosti gradnje. Potrebno je omeniti, da programski paket RETScreen vsebuje le nekaj večjih mest za določitev lokacije: Koper, Kredarica, Lisca, Ljubljana/Bežigrad, Ljubljana/Brnik, Maribor, Murska Sobota, Nova Gorica, Novo Mesto, Portorož, Slavonski Brod. Projekti, ki jih bom izvedel v magistrskem delu se ne nahajajo v omenjenih krajih, zato je potrebno za čim bolj točen izračun vnesti koordinate mesta kjer se objekti nahajajo. Za določitev točnih koordinat sem uporabil Google Earth. Na sliki 3.2 je prikazana določitev koordinat za malo sončno elektrarno, ki se nahaja na strehi strojnice hidroelektrarne Vrhovo.

Project information

Project nameProject location

Prepared forPrepared by

Project type

Facility type

Analysis type

Heating value reference

Show settings

Climate data location

Show data

Energy efficiency measures

Industrial

Site reference conditions

Higher heating value (HHV)

Method 1

See project database

Select climate data locationOttawa Int'l Airport


23

3.2: Določitev koordinat s pomočjo Google Earth [10]

3.1.1 Vnos in nastavitev začetnih podatkov na delovnem listu start

3.3: Vnos podatkov na prvem delovnem listu [9]

Project information



Project type

TechnologyGrid type

Analysis type


Show settings

Language - LangueUser manual

CurrencySymbol

Units


Show data

Power

See project databaseKeršič Blaž

Central-gridPhotovoltaic

MFE Vrhovo 1Vrhovo

Magistrska naloga

Method 2



English - Anglais

Select climate data locationEnglish - Anglais

Euro

Metric units

Vrhovo


24

Kot vidimo na sliki 3.3 so nekatera okna obarvana sivo nekatera pa svetlo oranžna. Polja, ki so obarvana s sivo barvo, lahko izpustimo, ker niso obvezna za izpolnjevanje. Vsekakor jih je smiselno izpolniti, saj na tak način med seboj ločimo projekte. Možnost imamo izbirati tudi med številnimi jeziki, za naš primer smo izbrali angleški jezik. Kot valuto za izračun stroškov in prihodkov smo izbrali domačo valuto evro, kot mersko enoto pa meter.

Sledi vnos koordinat, ki nam na podlagi izbranega kraja prinesejo izpis o referenčnem stanju na lokaciji, kjer so podani podatki o klimi kraja elektrarne.

3.4: Vnos koordinat v delovni list št. 1 Start [9]

3.1.2 Vnos podatkov v delovni list energy model.

V omenjenem delovnem listu sledi vnos podatkov o sončnih celicah in razsmernikih. Potrebno je vnesti, da bomo delali z metodo 2, da imamo fiksne celice, torej ni sledenja po nobeni osi, vnesti je potrebno tudi kot pod katerem so nameščene sončne celice na strehi strojnice. Sledi vnos cene po kateri prodajamo električno energijo. Za vsak mesec bi lahko vnesli drugo ceno, vendar je cena stalna vseh 15 let. Ko se zgradi sončna elektrarna, se je potrebno z distributerjem dogovoriti po kakšni ceni se bo vršil odkup energije, ki v prvih 15 letih zajema tudi državno podporo. Cena odkupa električne energije je veliko večja kot cena po kateri jo potem distributerji prodajajo. Tako da v hidroelektrarni Vrhovo vso proizvedeno električno energijo prodajo, ter jo za svoje potrebe kupijo po veliko nižji ceni. Nato je potrebno vnesti tip sončnih celic, ki so uporabljene. Sledi vnos inštalirane moči solarnega generatorja ter proizvajalec sončnih modulov. Potrebno je izbrati model modulov ki so uporabljeni, ter njihov izkoristek. Po vnesenih podatki program izračuna

Unit

Climate data

location

Project

location

Latitude ˚N 46,2 46,2Longitude ˚E 15,1 15,1Elevation m 186 186Heating design temperature °C -8,2Cooling design temperature °C 29,8Earth temperature amplitude °C 19,7

Month

Air

temperature

Relative

humidity

Daily solar

radiation -

horizontal

Atmospheric

pressure Wind speed

Earth

temperature

Heating

degree-days

Cooling

degree-days

°C % kWh/m²/d kPa m/s °C °C-d °C-dJanuary -0,2 83,9% 1,42 97,4 1,4 -1,3 564 0February 1,7 75,4% 2,33 97,3 1,5 0,3 456 0March 6,0 68,6% 3,44 97,1 1,9 5,4 372 0April 10,1 70,7% 4,17 96,8 1,7 10,4 237 3May 15,8 70,9% 5,36 97,0 1,7 16,2 68 180June 19,4 70,2% 5,77 97,0 1,6 20,1 0 282July 20,5 72,3% 6,01 97,0 1,5 22,8 0 326August 20,1 75,4% 5,21 97,1 1,4 22,2 0 313September 15,2 82,2% 3,67 97,2 1,3 16,6 84 156October 11,2 85,0% 2,25 97,3 1,4 11,1 211 37November 5,9 85,8% 1,40 97,2 1,4 4,5 363 0December 0,6 88,6% 1,15 97,4 1,3 -0,3 539 0Annual 10,6 77,4% 3,52 97,2 1,5 10,7 2.895 1.297Measured at m 10,0 0,0


25

nominalno temperaturo celic, temperaturni koeficient in površino v m2, ki jo potrebujemo za postavitev elektrarne omenjene moči. Sledi vnos izgub, ki niso upoštevane drugod v modelu. To vključuje izgube zaradi prisotnosti umazanije, snega na modulih oziroma neusklajenost in izgube v napeljavi. Tipične vrednosti se gibljejo od nekaj pa do 15 %. V izjemnih okoliščinah bi lahko ta vrednost znašala tudi 20 %. Sledi vnos podatkov za razsmernike, potrebno je vnesti izkoristek, kapaciteto in izgube nastale v razsmerniku. V programu je navedeno, da v kolikor tega podatka nimamo vnesemo vrednost 0, kar se zelo pogosto uporablja. Po vnesenih podatkih program sam izračuna zmogljivostni faktor, ki predstavlja razmerje med povprečno močjo in nazivno močjo elektroenergetskega sistema v enem letu. Na koncu program poda količino električne energije, ki je transportirana na mrežo. Omenjen podatek je odvisen od vseh prej vnesenih podatkov in pa seveda od obratovalnih ur elektrarne. Tovrstne sončne elektrarne po navadi obratujejo okoli 1050 ur letno. Slika 3.5 prikazuje vnos omenjenih podatkov.

3.5: Vnos podatkov v delovni list št. 2: Energy Model [9]

Technology

Analysis type �

�

Method 1Method 2

Photovoltaic

Resource assessment

Solar tracking mode FixedSlope ° 30,0Azimuth ° 113,0

� Show data

Month

Daily solar radiation -

horizontal

Daily solar

radiation - tilted

Electricity

export rate

Electricity

exported to

grid

kWh/m²/d kWh/m²/d €/MWh MWh

January 1,42 1,03 440,0 2,311February 2,33 1,81 440,0 3,613

March 3,44 2,87 440,0 6,213April 4,17 3,66 440,0 7,569May 5,36 4,77 440,0 9,909June 5,77 5,27 440,0 10,420July 6,01 5,47 440,0 11,079

August 5,21 4,59 440,0 9,320September 3,67 3,11 440,0 6,283

October 2,25 1,81 440,0 3,871November 1,40 1,09 440,0 2,320December 1,15 0,83 440,0 1,880Annual 3,52 3,03 440,00 74,788

Annual solar radiation - horizontal MWh/m² 1,29Annual solar radiation - tilted MWh/m² 1,11

Photovoltaic

Type mono-SiPower capacity kW 77,40ManufacturerModel 360 unit(s)Efficiency % 17,1%Nominal operating cell temperature °C 45Temperature coefficient % / °C 0,40%Solar collector area m² 453Control methodMiscellaneous losses % 3,0%

Inverter

Efficiency % 98,0%Capacity kW 8,0Miscellaneous losses % 5,0%

Summary

Capacity factor % 11,0%Electricity delivered to load MWh 0,000Electricity exported to grid MWh 74,788

Fuel rate - proposed case power system €/MWh 0,00

Photovoltaic

Sanyomono-Si - HIP-215NKHA5

Maximum power point tracker


26

3.1.3 Vnos podatkov v delovni list cost analysis

Gre za analizo stroškov, ki vsebuje študijo izvedljivosti, razvoja, inženiringa, elektroenergetskega sistema, uravnoteženja sistema, letnih stroškov ter periodičnih stroškov.

Študija izvedljivosti:

• preiskava strani za namestitev sončnih celic • ocena virov • presoja vplivov na okolje • idejni projekt • podrobna ocena stroškov za predlagani primer, ki temelji na rezultatih

predhodnega načrtovanja in drugih raziskav opravljenih v študiji izvedljivosti • študija toplogrednih plinov • priprava poročila, ki mora zajemati študijo izvedljivosti, ugotovitve in priporočila.

Pisno poročilo bo vsebovalo povzetke podatkov, grafikonov, tabel in slik, ki jasno opisujejo predlagani projekt. To poročilo mora biti zelo podrobno glede stroškov, uspešnosti in tveganja, kar omogoči investitorjem, da sprejmejo odločitve in presodijo upravičenost projekta. Stroški za pripravo poročila se izračunajo na podlagi ocene časa, ki ga potrebuje strokovnjak za omenjeno delo.

• upravljanje projekta mora zajemati oceno stroškov za upravljanje vseh faz študije izvedljivosti za projekt, vključno s časom potrebnim za posvetovanje zainteresiranih strani. Gre za posvetovanje v zvezi z danim projektom in ugotavljanja podpore pri projektu, ter morebitno nasprotovanje v najzgodnejši fazi razvoja. Potrebno je upoštevati število oseb, njihovo urno postavko in na koncu čas, ki je potreben za predstavitev projekta. Upoštevati je potrebno tudi čas potovanja.

• potovanja in nočitve vključujejo letalske vozovnice, najem avtomobilov, prenočišča in dnevnice. V opisu omenjajo, da se je za tovrstno uslugo potrebno obrniti na potovalne agente z izkušnjami, ki poskrbijo za občutno nižje cene. Tipične cene za skromno hotelsko sobo v bolj odročnih krajih lahko segajo od 180 do 250 $ na dan.

• na koncu vsake podskupine lahko določimo, na kakšen način bomo omenjene stroške plačali. Izberemo lahko, gotovinsko plačilo ali pa najem kredita. V primerih izračuna za sončno elektrarno Vrhovo 1 in 2 so obe elektrarni zgradili iz lastnih sredstev, tako da najem kredita ni bil potreben.

Razvoj:

• pogodbena pogajanja so naslednji korak, na podlagi pozitivnega rezultata študije izvedljivosti. Zagovornik projekta bo vzpostavil davčno ureditev delovanja in


27

pogodbo z enim ali več izvajalcem. Sledilo bo pogajanje, pravni in drugi strokovni nasveti (finance, računovodstvo). Obseg pogajanja bo odvisen od tega ali pogoji za prodajo električne energije že obstajajo.

• dovoljenja in odobritve vsebujejo okoljska dovoljenja, dovoljenje glede uporabe zemljišč, zračni promet, gradbena dovoljenja. Običajno so ti stroški majhni glede na skupne stroške projekta.

• pregled na mestu in zemljiške pravice bodo v veliki meri odvisne od stanja lastništva zemljišča, določanja območij, načrtovanje mesta uporabe, lokacije, velikosti, možnih pravnih in zavarovalniških vprašanj. Za različno velika zemljišča se cene razlikujejo. V projektu sončne elektrarne Vrhovo 1 in 2 so bili ti stroški minimalni, saj so bila vsa zemljišča v njihovi lasti.

• toplogredni plini morajo biti potrjeni s strani neodvisne organizacije, ki izpolnjujejo predpisane pogoje. Projekt o toplogrednih plinih mora registrirati pooblaščena organizacija.

• projektno financiranje bo odvisno od časa in truda, ki bo potreben za urejanje financiranja projekta med izvajalcem in naročnikom.

• pravo in računovodstvo bo potrebno na različnih točkah po vseh razvojnih fazah projekta. Uporabniku omogoča predstavitev pravnih in računovodskih storitev, ki niso vključene v okvirju drugih postavk stroškov razvoja, kot so ustanovitev podjetja za razvoj projekta, priprava mesečnih in letnih računovodskih izkazov, itd. Zahteva za pravno podporo bo odvisna od dogovorov o financiranju, lastništvu, zavarovanju, prevzemu odgovornosti, zapletenosti pogodb in sporazumov.

• projektno vodenje, bi moralo zajemati ocenjene stroške za upravljanje vseh faz razvoja projekta brez nadzora gradnje. Tukaj so vključeni tudi odnosi z javnostjo, ki pa so lahko zelo pomemben element za uspešno izvedbo projekta.

• potovanja in nočitve, zajemajo število obiskov na kraju samem in druga potovanja v fazi razvoja, ki so namenjeni predvsem za sestanke. Ta stroškovna postavka vključuje vse potne stroške, ki so potrebni za razvoj projekta.

Inžiniring:

• določitev oblike stavbe ter strani je potrebna zaradi posebnih mest projektov, sprememb glede topografije, reliefnih ovir, pokritosti tal, dostopa do strani stavbe, sestave tal, obstoječih stavb, itd.

• oblikovanje konstrukcije pri fotovoltaičnih elektrarnah se razlikuje od mesta postavitve elektrarne. Poznamo konstrukcijo, za namestitev elektrarne na strehe že obstoječih objektov, lahko jih namestimo na tla, kjer je potrebna predhodna izgradnja temeljev. Po navadi so konstrukcije izdelane iz jekla.

• električna izvedba, zajema podatke o PV modulih in inverterjih, njihovo fiksiranje, nastavljanje in priklop na omrežje. Čas, ki je potreben za omenjena dela je odvisna od velikosti sistema.


28

• civilno oblikovanje vsebuje glavne gradbene inženirske naloge povezane s projektiranjem in načrtovanjem gradnje stavb, ustanov, dostopnih cest in drugih talnih sistemov.

• ponudbe in pogodbe vsebujejo izbiro izvajalcev za opravljanje dela po zaključku različnih inženirskih del. Začnejo se pogajanja in vzpostavijo pogodbe za dokončanje projekta.

• nadzor gradnje se vrši zato, da je projekt izdelan po načrtih. Gradbeni nadzor vključuje polni delovni čas prisotnosti na delovnem mestu, tako da se neprestano nadzoruje nameščanje opreme.

Elektroenergetski sistem:

• sončna elektrarna zahteva vnos cene modulov za 1 kW. Ko vnesemo ceno, program to vsoto pomnoži s številom kW, torej močjo celotne elektrarne, kar nam predstavlja znesek, ki ga je potrebno vložiti za nakup sončnih celic. Gre za večji delež glede na celoten projekt.

• gradnja ceste • daljnovodni strošek je odvisen od vrste, dolžine, napetosti, lokacije vodov in

inštalirane moči elektrarne. Vnese se dolžina daljnovoda, ter stroške na enoto dolžine. V našem primeru so ti stroški minimalni, saj sončno elektrarno gradimo na že obstoječo hidroelektrarno, tako da je stikališče v neposredni bližini.

• razdelilna transformatorska postaja je strošek, ki je odvisen od napetosti in instalirane zmogljivosti elektrarne, torej večjo elektrarno zgradimo večjo RTP potrebujemo kar je posledično tudi dražje.

• ukrepi za energetsko učinkovitost, so skupni instalirani stroški morebitnih dodatnih elektrarn ter ostalih povezanih ukrepov za energetsko učinkovitost projekta. Navedena vrednost vključuje opremo in stroške namestitve.

Uravnoteženje sistema & razno:

• razsmernik zahteva vnos števila uporabljenih razsmernikov ter njihovo moč. Navede se tudi cena posameznega razsmernika, nato program zmnoži ter predstavi skupni znesek, ki je potreben za nakup. Garancija razsmernikov traja do 10 let, lahko pa se jo tudi dokupi. Njihova življenjska doba pa po navadi ne znaša več od 12 let, tako da se za nemoteno delovanje elektrarne menjajo vsakih 10 let. Periodična zamenjava bo omenjana tudi kasneje.

• podpora za fotonapetostne (PV) module vsebuje skupne stroške opreme, ki je potrebna za zagotovitev podpore vseh PV modulov, ki jih vsebuje elektrarna. Stroški za omenjene podpore bodo zelo različni, odvisni pa bodo od tega, ali bo sistem pritrjen na steno stavbe ali na streho. Za sončne elektrarne, ki so nameščena na ravnih strehah poslovnih stavb, se lahko stroški strukture vrtijo tudi do 200 $/m2. Pri sistemih, ki uporabljajo sledilne naprave, bodo stroški odvisni od vrste sledenja (pasivno sledenje ali električni pogon), zapletenosti in velikosti.


29

Sledilci lahko stanejo med 300 $ in 1200 $/m2. Vnesti je potrebno površino, za katero je potrebno zagotoviti omenjeno podporo, ter ceno, po kateri je dobavljiva.

• namestitev sistema zajema namestitev fotovoltaičnih (PV) modulov, uravnoteženje sistema, vključno s pretvornikom, podporo in električno opremo. Vključuje lahko tudi posebne pripomočke, kot so žerjavi in dvigala.

• stroški gradnje stavbe in dvorišč zajema stroške gradnje stavbe in dvorišč na enoto površine. Potrebno je pridobiti oceno od lokalnih izvajalcev, saj lahko ta element predstavlja znaten delež celotnih stroškov projekta. Če je le možno je potrebno uporabiti že obstoječe stavbe, ter se tako izogniti teh stroškov. Tudi v našem projektu smo uporabili že obstoječo stavbo, tj. streha strojnice hidroelektrarne, ki drugače ni služila nobeni funkciji razen odvodnjavanja.

• rezervni deli so prav tako pomembni, najpogosteje so opisani kot odstotek celotnih stroškov sistema (energija, ogrevanje, hlajenja, stanje sistema, ter razni ukrepi za energetsko učinkovitost). Pri velikih projektih, ki delujejo v normalnih pogojih znaša ta delež okoli 3 % celotnih stroškov opreme. Pri zelo malih projektih pa bi lahko ti začetni stroški znašali do 30 % celotnih stroškov opreme.

• prevozni stroški za materiale, opremo in gradnjo se bodo med seboj močno razlikovali. Odvisni bodo predvsem od načina prevoza, ki je na voljo in lokacijo projekta. V številnih primerih bodo odvisni od razdalje in prostornine.

• usposabljanje & zagon zajema izobraževanje upravljavcev, ter obnavljanje njihovega znanja, kar pa je temelj za uspešen razvoj vseh tehnologij. Stroški povezani z usposabljanjem upravljavcev in opreme za vzdrževanja osebja bo odvisen od velikosti, kompleksnosti in oddaljenosti projekta. Z dobro usposobljenimi delavci se lahko izognemo dolgotrajnim in zamudnim popravilom. Zagon je zadnja dejavnost v fazi izgradnje. Pri zagonu je potrebno zagotoviti, da se odpravijo vse napake, ter zagotoviti da sončna elektrarna deluje nemoteno. Zagonski stroški so odvisni od tehnologije, velikosti, števila sistemov, predhodnega strokovnega znanja in izkušenj osebja. Za fotovoltaične sisteme je ta strošek po navadi relativno majhen, saj so relativno preprosti za vodenje. Zadostovalo naj bi od 4 do 8 ur vadbe. Cene se gibljejo od 300 do 1000 $ na osebo po dnevu.

• nepredvideni stroški so stroški, ki so odvisni od stopnje natančnosti ocene stroškov. Torej v kolikor smo projekt stroškovno dobro preračunali teh stroškov nimamo.

• obresti v času gradnje (kratkoročno financiranje gradnje) bo odvisen od trajanja gradnje in obresti. Uporabnik vnese obrestne mere v % in dolžino gradnje v mesecih, kar predstavlja časovno obdobje med gradnjo ali infrastrukturne gradnje, dobava opreme (eden od najpomembnejših stroškovnih postavk) in zagon sistema. Stroški obresti v gradbeništvu se lahko gibljejo med 3 in 15 % stroškov projekta.

Letni stroški

• zakup zemljišča & najem zajema letni zakup zemljišča in stroške najema sredstev. Lahko se dogovorimo tudi samo za uporabo zemljišča, kjer se projekt izvaja brez plačila, vendar v velikih primerih, zlasti tam kjer ni državna lastnina, posestnik zahteva odškodnino za določeno časovno obdobje.


30

• davek na nepremičnino povzema letne stroške davkov na nepremičnine in je pogosto izračunana kot odstotek ocenjenih skupnih začetnih stroškov. Sama velikost davkov je odvisna od vrednosti projekta in prihodka, ki je nastal zaradi projekta.

• zavarovalna premija zajema letne stroške zavarovanja, ki so odvisni od celotnih začetnih stroškov. Obvezno je potrebno skleniti zavarovanje javne odgovornosti, materialne škode, izpad opreme in motenj v poslovanju.

• rezervni deli & dela so pri fotovoltaičnih sistemih skoraj zanemarljivi, saj PV sistemi potrebujejo malo vzdrževanja. Za PV module je značilno, da je njihova življenjska doba 25 let in več, ter potrebno minimalno vzdrževanje. Govorimo o občasnem čiščenju, zlasti v bolj prašnem okolju, periodični menjavi razsmernikov, kar je priporočljivo vsakih 10 let, letni vizualni pregled kablov in trdnosti. Preglede in lažja dela lahko izvede lastnik sam, pri bolj kompleksnih delih, pa je za izvedbo del potrebno najeti strokovnjaka za izbrano področje.

• nadzor toplogrednih plinov & preverjanje poteka v skladu z zahtevami, ki so določene v načrtu. V večini projektov toplogrednih plinov je potrebno tudi preverjanje tretje osebe, ki se izvaja na letni osnovi ali periodično. Pri manjših projektih je lahko omenjeno preverjanje periodično na dve leti in ne na letni ravni.

• skupne ugodnosti zajemajo nepovratna sredstva za podporo javnega ozaveščanja. Zajemajo center za projekt, donacije, dobrodelne organizacije, podporo kulturnih in dobrodelnih organizacij ali športnih dogodkov, štipendij, usposabljanja, varstva okolja, itd.

• letni splošni & administrativni stroški vključujejo vodenje stroškov evidenc, priprava letnih poročil, bančni stroški, komunikacija, itd. Splošni in administrativni stroški so projekt in bodo odvisni od narave poslovanja podjetja (zasebna last, javna last). Segajo lahko od 1 do 20 % letnih stroškov.

Periodični stroški omogočijo uporabniku, da določi redne stroške, ki so povezani z delovanjem sistema v času njegove življenjske dobe. Za fotovoltaično elektrarno je obvezno potrebno predvideti zamenjavo razsmernikov vsakih deset let, tako elektrarna deluje brez okvar. Priporočljivo je tudi čiščenje sončnih celic, ter periodični pregledi celotne opreme in po potrebi tudi zamenjava posameznega dela. Gre za vzdrževanja, ki nas pripeljejo do nemotenega obratovanja, v kolikor pa tega vzdrževanja ne opravimo se bodo kaj kmalu pojavile težave pri obratovanju, ter posledično še večji stroški.


31

3.6: Vnos podatkov v delovni list št. 3: cost analysis [9]

Method 1 Notes/Range Second currencyMethod 2 Second currency Notes/Range None

Cost allocation

Unit Quantity Unit cost Amount Relative costs

Site investigation p-d 15 40€ 600€ Resource assessment project 1 900€ 900€ Environmental assessment p-d -€ Preliminary design p-d 25 50€ 1.250€ Detailed cost estimate p-d 23 50€ 1.150€ GHG baseline study & MP project -€ Report preparation p-d 20 40€ 800€ Project management p-d 30 40€ 1.200€ Travel & accommodation p-trip 3 400€ 1.200€ User-defined cost -€

credit -€ Subtotal: 7.100€ 1,7%

Contract negotiations p-d 15 50€ 750€ Permits & approvals p-d 20 40€ 800€ Site survey & land rights p-d 15 40€ 600€ GHG validation & registration project -€ Project financing p-d 25 40€ 1.000€ Legal & accounting p-d 20 45€ 900€ Project management p-d 26 50€ 1.300€ Travel & accommodation p-trip 2 200€ 400€ User-defined cost -€


Site & building design p-d 13 40€ 520€ Mechanical design p-d 25 50€ 1.250€ Electrical design p-d 35 50€ 1.750€ Civil design p-d 8 40€ 320€ Tenders & contracting p-d 22 50€ 1.100€ Construction supervision p-d 20 45€ 900€ User-defined cost -€


Photovoltaic kW 77,40 3.440€ 266.225€ Road construction km 0 -€ Transmission line km 0 15.000€ 4.500€ Substation project 1 15.000€ 15.000€ Energy efficiency measures project 1 800€ 800€ User-defined cost -€


Specific project costsInverter kW 9 4.027€ 36.243€ Collector support structure m² 454 80€ 36.312€ Installation project 1 23.000€ 23.000€ Building & yard construction m² -€ Spare parts % 20,0% 8.000€ 1.600€ Transportation project 2 1.800€ 3.600€ Training & commissioning p-d 30 70€ 2.100€ User-defined credit -€ Contingencies % 408.070€ -€ Interest during construction 408.070€ -€ Subtotal: Enter number of months 102.855€ 25,2%

408.070€ 100,0%

Unit Quantity Unit cost Amount

Land lease & resource rental project 0 -€ Property taxes project -€ Insurance premium project 1 500€ 500€ Parts & labour project 1 100€ 100€ GHG monitoring & verification project 0 -€ Community benefits project -€ General & administrative % 600€ -€ User-defined cost -€ Contingencies % 600€ -€

Subtotal: 600€

Unit Year Unit cost Amount

zamenjava razsmernikov cost 10 36.000€ 36.000€ cost -€

End of project life cost -€

Photovoltaic

Periodic costs (credits)

Annual costs (credits)

Balance of system & miscellaneous

Total initial costs

O&M

RETScreen Cost Analysis - Power project

Settings

Initial costs (credits)

Feasibility study

Development

Power system

Engineering


32

3.1.4 Vnos podatkov v delovni list financial analysis

Delovni list št.4. zajema finančno analizo projekta. Zajema finančne parametre, letne prihodke, stroške projekta in varčevanje ter povzetek prihodkov, finančno vzdržnost, skupne denarne tokove, ki so prikazani v grafu in letne denarne tokove prikazane v preglednici za celo življenjsko dobo projekta.

Finančni parametri:

• višanje stopnje cene goriva, zajema stopnjo rasti goriva v %, ki je predvidena v povprečju za eno leto v primerjavi z osnovnimi in predlaganimi cenami goriva v času trajanja projekta. Ta parameter omogoča uporabniku upoštevanje stopnje inflacije za stroške goriva, ki pa se lahko razlikujejo od splošne inflacije.

• stopnja inflacije se vnese v %, zajema pa povprečno letno stopnjo inflacije v obdobju trajanja projekta. Če pogledamo primer Severne Amerike, bo inflacija v naslednjih 25 letih kot napovedujejo med 2 in 3 %.

• obrestna mera je mera, ki je uporabljena za diskontiranje bodočih denarnih tokov, da bi dobili njihovo sedanjo vrednost. Model uporablja obrestno mero za izračun letnih prihrankov življenjskega cikla.

• življenjska doba projekta se vnese v letih, predstavlja pa čas v katerem se ocenjuje finančno sposobnost projekta. Vnesemo ga lahko glede na okoliščine torej pričakovani življenjski dobi energetske opreme, trajanja dolga ali trajanja pogodbe o odkupu električne energije. Najvišja doba, ki jo je model sposoben analizirati znaša 50 let. V našem primeru smo vnesli za čas trajanja odkupa električne energije, ko od države prejemamo podporo. Če bi vnesli daljšo dobo projekta bi po izteku 15. let prikazali dosti večje prihodke, kot pa bi jih v resnici ustvarili. Po izteku podpore lahko električno energijo še naprej prodajamo v omrežje vendar po občutno nižji ceni, ali pa jo porabljamo za lastno oskrbo, kar je najpogosteje prisotno pri manjših sončnih elektrarnah, katere si postavijo zasebniki na svojih stanovanjskih hišah.

• spodbude in subvencije zajemajo vsak prispevek, nepovratna sredstva, subvencije, itd., ki se plača za nabavno ceno (brez kreditov) projekta. V modelu se denarne pomoči ne štejejo kot vračilo, temveč se obravnavajo kot dohodek v razvoju.

• delež javnega dolga se ravno tako vnese v % predstavlja pa razmerje med javnim dolgom in kapitalom projekta. Delež javnega dolga bi lahko predstavili kot nekakšen finančni vzvod za projekt, kjer višji delež dolga predstavlja večji finančni vzvod. Model uporablja izračun dolga za kapitalske naložbe, ki so potrebne za financiranje projekta.


33

3.7: Finančni parametri [9]

Letni prihodki:

• distribucija električne energije na omrežje je vnesena v MWh. Model izračuna koliko električne energije se iz elektrarne prenese na omrežje. Omenjeno vrednost smo izračunali že na delovnem listu energetskega modela, zato se samodejno kopira v delovni list finančne analize.

• cena električne energije, ki jo prenesemo na omrežje je določena v evrih. Omenjena cena se prenese iz delovnega lista energetskega modela, kjer smo jo vnesli za 12 mesecev. V tabeli bi lahko vnesli za vsak mesec različno ceno, vendar to ne bi bilo smiselno, saj je cena prvih 15 let nespremenjena.

• prihodki od prodaje električne energije so prav tako izračunani programsko. Model izračuna letni dohodek od prodaje električne energije. Ta podatek se izračuna na podlagi izvožene električne energije v omrežje in cene po kateri prodajamo električno energijo.

• letna sprememba cen električne energije se vnese v %. Uporabnik vnese stopnjo predvidene povprečne letne rasti proizvedene električne energije, ki jo prodaja distributerju v času trajanja projekta. To omogoča uporabniku, da uporablja stopnjo inflacije za vrednost izvožene električne energije, ki je lahko drugačna od splošne inflacije. V našem primeru znaša ta vrednost 0 %, saj je cena za vseh 15 let fiksna in se ne spreminja. Spremeni se šele po 15 letih, ko ne prejemamo več podpore.

3.8: Letni prihodki [9]

Financial parameters

General

Fuel cost escalation rate % 0,0%Inflation rate % 3,6%Discount rate % 6,0%Project life yr 15

Annual income

Electricity export income

Electricity exported to grid MWh 75Electricity export rate €/MWh 440,00Electricity export income € 32.907Electricity export escalation rate % 0,0%


34

Stroški projekta in varčevanje ter povzetek prihodkov:

• začetni stroški predstavljajo skupno mejno naložbo, ki je potrebna preden se začnejo ustvarjati dohodki. Skupni začetni stroški so vsota ocenjene študije izvedljivosti, razvoja, inženiringa, elektroenergetskega sistema, ogrevalnih in hladilnih sistemov, ukrepov za energetsko učinkovitost, uravnoteženost sistema in raznih stroškov.

• letni stroški in dolžniška izplačila se izračunavajo v skladu z modelom in predstavlja letne stroške za obratovanje, vzdrževanje in financiranje projekta. To je vsota O&M, stroški goriva za predlaganje primera sistema in dolžniška izplačila.

• periodični stroški (krediti) zajemajo model, v katerem prihaja vsako leto do stopnjevanja v skladu s stopnjo inflacije, začne pa se s 1 letom, ter traja za dobo celotne življenjske dobe projekta. Z vidika davka od dohodka, rednih stroškov in kreditov, ki se obravnavajo kot poslovni dohodki, namesto kapitalskih naložb in so zato v celoti v breme za tisto leto v katerem so nastali.

• letni prihranki in prihodki predstavljajo letne prihranke ali dohodke, ki so bili doseženi na podlagi izvajanja predlaganega sistema primera.

3.9: Stroški projekta in varčevanje ter povzetek prihodkov [9]

Project costs and savings/income summary

1,7% € 7.1001,4% € 5.7501,4% € 5.840

70,2% € 286.5250,0% € 00,0% € 00,0% € 0

0,0% € 025,2% € 102.855

100,0% € 408.070

€ 0

€ 600€ 0€ 0€ 600

€ 36.000€ 0€ 0

€ 0€ 32.907€ 0€ 0€ 0€ 0€ 32.907

Total initial costs

Customer premium income (rebate)Other income (cost) - yrsCE production income - yrsTotal annual savings and income

Annual savings and income

Fuel cost - base case

End of project life - cost

Total annual costs


Annual costs and debt payments

Cooling system


User-defined

Balance of system & misc.

Incentives and grants

Debt payments - 0 yrs

Initial costs

Feasibility studyDevelopmentEngineeringPower systemHeating system

O&MFuel cost - proposed case

Electricity export incomeGHG reduction income - 0 yrs

zamenjava razsmernikov - 10 yrs


35

Finančna vzdržnost predstavlja rezultate, ki smo jih zagotovili z različnimi finančnimi kazalniki, za vsak predlagan projekt posebej. Prikazan je tudi ekonomski kazalec simple payback, ki nam pove v kolikih letih se nam povrne začetna investicija, ne upošteva pa časovne vrednosti denarja, ter inflacije. V našem primeru znaša 12,6 leti, kar lahko smatramo kot finančno privlačen projekt, saj se nam povrne prej kot v 15 letih, ko prenehamo prejemati podporo. Model izračuna tudi neto sedanjo vrednost (NPV) projekta, ki je vrednost vseh prihodnjih denarnih tokov, diskontiranih po diskontni stopnji v današnji valuti. NPV je povezan z notranjo stopnjo donosa IRR. Razlika med sedanjo vrednostjo denarnih tokov, ki se imenujejo NPV določa, ali je projekt na splošno finančno sprejemljiva investicija. Pozitivna vrednost NPV je kazalnik potencialno izvedljivih projektov. Če pogledamo izračune za naš primer ugotovimo, da je vrednost NPV negativna, kar pomeni, da je investiranje v takšen projekt negospodarno, saj ne prinaša želenega donosa. Žal ta podatek ni točen, saj smo nastavili življenjsko dobo elektrarne na 15, ker pride do kasnejšega padca odkupne cene zaradi prenehanja prejemanja podpore. Prav tako se ne izplača proizvodnja električne energije za lastno porabo, saj lahko kupimo električno energijo od drugih dobaviteljev po veliko nižji ceni. Prikazan je tudi letni življenjski cikel varčevanja modela, ki izračuna letni prihranek življenjskega cikla, ki prikazuje nominalne letne prihranke, ki imajo povsem enako življenje in neto sedanjo vrednost projekta. Letni življenjski cikel varčevanja se izračuna z uporabo neto sedanje vrednosti, diskontno stopnjo in življenjsko dobo projekta. Finančna vzdržnost prikazuje tudi razmerje med koristmi in stroški (B-C) razmerja. To je razmerje med neto koristjo za stroške projekta. Neto prejemki predstavljajo sedanjo vrednost letnega prihodka in varčevanje z manj letnih stroškov, medtem ko je strošek opredeljen kot projekt kapitala. Vsa tista razmerja, ki so večja od 1 so znak donosnih projektov. V našem primeru je razmerje manjše od 1, kar je zopet posledica nastavljene življenjske dobe na 15 let. Neto koristi in razmerje med stroški, podobno kot donosnost indeksa vodi do istega zaključka kot neto sedanje vrednosti kazalnika. Naslednji kazalnik je strošek proizvodnje energije, kjer model izračuna strošek proizvodnje električne energije na kWh. Ta vrednost se izračuna le za srednja in izolirana omrežja brez notranje obremenitve. Za izračun dejanskih gospodarskih (ne finančnih) stroškov za proizvodnjo energije, emisij toplogrednih plinov, analize zmanjšanja prihodkov, rabata, analize drugih prihodkov (stroškov) in analize prihodkov od čiste energije (celan energy) ti ne smejo biti vključeni. Poleg tega morajo biti tudi davki in dolgovi nastavljeni na vrednost 0. Omenjen model je bolj primeren za ekonomiste, saj zahteva skrbno analizo uporabljenih predpostavk.


36

3.10: Finančna vzdržnost [9]

Sledi preglednica letnih denarnih prelivov. Zajema vseh 15 let oziroma navedene življenjske dobe projekta, neto izračun denarnih tokov pred obdavčitvijo, ki so neto letni tokovi denarja za projekt pred obdavčitvijo (Pre-tax), ter po obdavčitvi (After-tax). After-tax model izračuna neto vrednost denarnih tokov po obdavčitvi, kateri so letni denarni tokovi za projekt po dohodnini. Na koncu so prikazani tudi kumulativni denarni tokovi.

3.11: Letni denarni prelivi [9]

Financial viability

% 0,7%% 0,7%

% 0,7%% 0,7%

yr 12,6yr 14,3

€ -124.635€/yr -12.833

0,69No debt

€/MWh 611,59€/tCO2 No reduction

After-tax IRR - assetsAfter-tax IRR - equity

Pre-tax IRR - equityPre-tax IRR - assets

Simple paybackEquity payback

GHG reduction cost

Net Present Value (NPV)Annual life cycle savings

Benefit-Cost (B-C) ratioDebt service coverageEnergy production cost

Yearly cash flows

Year Pre-tax After-tax Cumulative

# € € €

0 -408.070 -408.070 -408.0701 32.285 32.285 -375.7852 32.263 32.263 -343.5233 32.239 32.239 -311.2834 32.215 32.215 -279.0685 32.190 32.190 -246.878

6 32.165 32.165 -214.7137 32.138 32.138 -182.5758 32.110 32.110 -150.4659 32.082 32.082 -118.38310 -19.222 -19.222 -137.60511 32.021 32.021 -105.58412 31.989 31.989 -73.59513 31.956 31.956 -41.63914 31.922 31.922 -9.71715 31.887 31.887 22.17016 0 0 22.170


37

3.1.5 Grafični prikaz za MFE Vrhovo 1:

3.12: Grafični prikaz projekta MFE Vrhovo1 z letno proizvodnjo 75 MWh [9]

Iz grafa je razvidno začetno stanje, torej ko je elektrarna začela z obratovanjem so bili začetni stroški nekje 409.000 evrov. Z vsakim letom so ti stroški padali, saj so bili od prvega pa do desetega leta prikazani zgolj samo prihodki brez odhodkov. Okoli leta 10 se zopet pojavi padec, kar predstavlja zamenjavo razsmernikov. Kot vidimo iz grafa leta 14,3 dosežemo vrednost 0, kar pomeni da smo prodali tolikšen delež energije, da se je elektrarna v celoti izplačala. Od tod naprej proizvajamo zgolj dobiček, ki pa se z 15 letom nekoliko zmanjša, saj od države ne prejemamo več podpore. MFE Vrhovo 1 bi nam do 15 leta prinesla 22.170 evrov dobička. Cena, ki jo prejmemo za prodan MW se po 15 letih močno zmanjša, saj od države ne prejemamo več podpore. Slika 3.13 prikazuje grafični potek v programskem paketu RETScreen 4 od 15 do 30 leta.


38

3.13: Grafični prikaz za MFE Vrhovo 1 pri proizvodnji 75 MWh od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111,987 €/MWh [9]

Na sliki 3.13 lahko vidimo, da je začetna vrednost pri 15 letih enaka kot pri sliki 3.12. Do razlik pride pri zamenjavi razsmernikov, saj smo njihovo zamenjavo v tem primeru predvideli 25 leta, torej 5 let kasneje kot v prvem primeru. Kot lahko vidimo povzroči zamenjava razsmernikov veliko večji padec krivulje kot na sliki 3.12, kar pa je vzrok nižje cene po kateri prodajamo električno energijo po 15 letu. Odkupna cena s podporo je znašala 440 €/MWh. Po pretečenih 15 letih lahko električno energijo porabljamo za lastno rabo, pri čemer bi bilo smiselno upoštevati ceno energije, ki jo je potrebno plačati dobavitelju in znaša 111,987 €/MWh ob upoštevanju vseh storitev, lahko pa jo še naprej prodajamo v omrežje vendar po veliko nižji ceni. Trenutno znaša cena okoli 60 €/MWh čez teden, ter 40 €/MWh ob sobotah in nedeljah, kar v povprečju znaša 54,2 €/MWh. Življenjsko dobo elektrarne smo nastavili na 30 let, dobiček ki smo ga dosegli ob upoštevanju cene 440 €/MWh v prvi 15 letih in 111,987 €/MWh v drugih 15 letih znaša 96.524 evrov. V tem primeru smo med 15 in 30 leto pridelali 74.354 € dobička.

Slika 3.14 prikazuje grafični prikaz za primer, ko energijo še naprej prodajamo v omrežje po ceni 54,2 €/MWh od 15 do 30 leta.


39


Dobiček ki smo ga dosegli ob upoštevanju cene 440 €/MWh v prvih 15 letih in 54,2 €/MWh v drugih 15 letih znaša 31.698 €, kar je prikazano na sliki 3.14. Kot lahko vidimo v tem primeru med 15 in 30 letom pridelamo 9.528 €.

Vračilna doba, ki smo jo izračunali s programskim paketom RETSccren 4 je sorazmerno velika, vendar bi jo ob upoštevanju večje proizvodnje električne energije od predvidene, močno zmanjšali.

Spodnji graf prikazuje dejansko proizvedeno električno energijo.


40

3.15: Grafični prikaz projekta MFE Vrhovo1 z letno proizvodnjo 89 MWh [9]

Na sliki 3.15 vidimo, da se vračilna doba zmanjša in znaša 12 let. Takšna proizvodnja energije, bi nam do 15 leta prinesla 115,784 evrov dobička, do 30 leta pa 213.964 € ob upoštevanju 111,987 €/MWh za energijo od 15 do 30 leta.


41

3.2 Mala fotovoltaična elektrarna Vrhovo 1, ki se nahaja na strehi

strojnice hidroelektrarne Vrhovo:

3.16: MFE Vrhovo 1 na strehi strojnice, pogled iz zgoraj [11]

3.2.1 Tehnični podatki za malo fotovoltaično elektrarno Vrhovo 1:

Tabela 2: Tehnični podatke MFE Vrhovo 1 [14]

MFE Vrhovo 1 Tehnični podatki

Instalirana moč solarnega generatorja 77,4 kWp

Predvidena letna proizvodnja 74,6 MWh

število PV modulov 360

Moč posameznega modula 215 Wp

Vrsta modulov Sanyo HIP-215

lokacija streha strojnice HE Vrhovo

Število razsmernikov 9

Moč posameznega razsmernika 8 kW

Vrsta razsmernikov Sunny Mini Central 8000 TL

Komunikacija in nadzor Sunny Web Box

Začetek proizvodnje električne energije Januar 2008


42

3.17: MFE Vrhovo 1 na strehi strojnice, pogled od spodaj navzgor [11]

3.2.2 Nekaj podatkov o sončnih celicah Sanyo HIP-215:

Omenjene sončne celice izdelujejo v Nemčiji, moč posameznega modula znaša 215 Wp, kar je vidno tudi iz same oznake modula. Sončna celica je zgrajena iz tankega monokristalnega silicija, obkrožena z ultra tankimi plastmi amorfnega silicija. Ta izdelek predstavlja vodilno zmogljivost, umetnost in proizvodnjo s strani tehnologije. Omenjene celice in moduli imajo zelo visoko pretvorbo in učinkovitost v serijski proizvodnji.


43

Tabela 3: Tehnični podatki modula Sanyo HIP-215 [12]

CELICA SANYO HIP-215 TEHNIČNI PODATKI

Učinkovitost celice 19,3 %

Učinkovitost modula 17,1 %

Maksimalna moč (Pmax) 215 W

Napetost vršne moči (Vpm) 42 V

Tok vršne moči (Ipm) 5,13 A

Napetost odprtih sponk (Voc) 51,6 V

Kratkostični tok (Isc) 5,61 A

Zagotovljena minimalna moč (Pmin) 204,3 W

Maksimalni tok 15 A

Toleranca izhodne moči +10/-5 %

Maksimalna napetost sistema (Vdc) 1000 V

Temperaturni koeficient maksimalne moči -0,30 %/⁰C

Temperaturni koeficient napetosti odprtega vezja -0,129 V/⁰C

Temperaturni koeficient kratkostičnega toka 1,68 mA/⁰C

Širina celice 798 mm

Višina celice 1580 mm

Debelina celice 35 mm

Teža celice 15 kg

NOCT 48⁰C

Standardni testni pogoji, pri katerih so bile opravljene meritve: zračna masa 1.5, obsevanost 1000 W/m2, temperatura celice 25⁰C


44

3.2.3 Struktura celice Snayo HIP-215:

3.18: Struktura celice Sanyo HIP-215 [12]

3.2.4 Odvisnost od obsevanosti

3.19: Odvisnost toka in napetosti od obsevanosti pri konstantni temperaturi 25⁰C [12]

Na sliki 3.19 lahko vidimo da se z večanjem obsevanosti močno povečuje tok, ter rahlo tudi napetost. Pri 200 W/m2 tako doseže okoli 1,1 A, pri 1000 W pa kar 5.6 A, napetost pa se spremeni le za kakšen volt.

Tok

[A]

Napetost [V]

Temperatura celice: 25⁰C

elektroda iz prve strani

elektroda iz zadnje strani

ultra tanka amorfno silicijeva plast

tanka monokristalna silicijeva rezina

ultra tanka amorfno silicijeva plast


45

3.2.5 Odvisnost napetosti in toka od temperature celice

3.20: Odvisnost napetosti in toka od temperature [12]

Kot lahko vidimo na sliki 3.20 tok skoraj ni odvisen od temperature celice, v kolikor je napetost močno odvisna od temperature celice. Manjša kot je temperatura celice večja je napetost, ter večja kot je temperatura celice manjša je napetost. Ravno zaradi tega imajo sodobni sistemi možnost hlajenja celic in s tem zvišanje samega izkoristka ter napetosti. Tehnologija hlajenja je do sedaj manj uporabna, ker je cenovno slabše dostopna. Kot vidimo se od 0⁰C pa do 75⁰C napetost spremeni za okoli 10 V.

Celice Sanyo HIP-215 imajo 5 letno garancijo na izdelek, 10 letno garancijo imajo na 90% izhodno moč, 20 let pa na 80% izhodno moč.

3.2.6 Razsmerniki Sanyo Mini Central 8000 TL

Omenjeni razsmernik ima odličen izkoristek, široko območje DC vhodne napetosti za sončne elektrarne od 24 kW do MW moči. Nizka specifična cena zagotavlja kratko amortizacijsko dobo, gradnja elektrarn z verižnimi razsmerniki pa zagotavlja nizke vzdrževalne stroške.

Tok

[A]

Napetost [V]

AM-1.5, 1000W/m2


46

Tabela 4: Tehnični podatki razsmernika Sunny Mini Central 8000 TL [13]

Razsmernik Sanyo Mini Central 8000 TL TEHNIČNI PODATKI

Največja moč na enosmernem vhodu 8250 W

Največja enosmerna vhodna napetost 700 V

Območje DC vhodne napetosti MPPT 333-500

Največji vhodni tok 25 A

Število sledilnikov MPP 1

Največje število paralelnih vej PV generatorja 4

Nazivna moč na izmeničnem izhodu 8000 W

Največja moč na izmeničnem izhodu 8000 W

Največji izhodni tok 25 A

Nazivna omrežna napetost 230 V

Nazivna frekvenca 50 Hz

Faktor moči 1

AC priklop Enofazni

Največji izkoristek 98 %

Evropski uteženi izkoristek 97,7 %

Stopnja zaščite IP65

dimenzije 468x613x242 mm

masa 33 kg

komunikacija Bluetooth (opcijsko), RS485 (opcijsko)

garancija 5 let, z doplačilom 10, 15, 20, 25 let


47

3.21: Razsmerniki Sunny Mini Central 8000 TL skupaj z omaro, ki se nahajajo v strojnici HE Vrhovo [11]

3.3 Raziskava upravičenosti gradnje male fotovoltaične

elektrarne Vrhovo 2 in tehnični podatki

Tabela 5: Tehnični podatki MFE Vrhovo 2 [14]

MFE Vrhovo 2 Tehnični podatki

Instalirana moč solarnega generatorja 355 kWp

Predvidena letna proizvodnja 404 MWh

Število PV modulov 1584


Vrsta modulov Bisol BMU 215

Lokacija

Desnobrežni nasip akumulacijskega jezera HE

Vrhovo Število razsmernikov 33

Moč posameznega razsmernika 11 kW


Komunikacija in nadzor Sunny Web Box

Začetek proizvodnje električne energije November 2010


48

3.22: Delovni list št. 1 zajema osnovne informacije projekta in lokacije [9]

Project information



Project type

TechnologyGrid type

Analysis type


Show settings


CurrencySymbol

Units


Show data

Unit

Climate data

location

Project

location


Month

Air

temperature

Relative

humidity

Daily solar

radiation -

horizontal

Atmospheric

pressure Wind speed

Earth

temperature

Heating

degree-days

Cooling

degree-days


Power



MFE Vrhovo 2Vrhovo

Magistrska naloga

Method 2



English - Anglais

Select climate data location

Complete Energy Model sheet

English - Anglais

Euro

Metric units

Vrhovo


49

3.23: Delovni list št. 2 [9]

Technology

Analysis type �

�

Method 1Method 2

Photovoltaic

Resource assessment


� Show data

Month


horizontal

Daily solar

radiation - tilted

Electricity

export rate

Electricity

exported to

grid







Photovoltaic

Type poly-SiPower capacity kW 355,00ManufacturerModel 1 unit(s)Efficiency % 13,2%Nominal operating cell temperature °C 45Temperature coefficient % / °C 0,40%Solar collector area m² 2.689Control methodMiscellaneous losses % 6,0%

Inverter


Summary


Photovoltaic

Bisolbmu 215



50



Cost allocation


Site investigation p-d 20 40€ 800€ Resource assessment project 1 800€ 800€ Environmental assessment p-d -€ Preliminary design p-d 30 40€ 1.200€ Detailed cost estimate p-d 30 40€ 1.200€ GHG baseline study & MP project -€ Report preparation p-d 30 60€ 1.800€ Project management p-d 40 60€ 2.400€ Travel & accommodation p-trip 2 650€ 1.300€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 9.500€ 0,6%

Contract negotiations p-d 35 50€ 1.750€ Permits & approvals p-d 30 45€ 1.350€ Site survey & land rights p-d 25 60€ 1.500€ GHG validation & registration project -€ Project financing p-d 32 40€ 1.280€ Legal & accounting p-d 20 30€ 600€ Project management p-d 30 60€ 1.800€ Travel & accommodation p-trip 2 400€ 800€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 9.080€ 0,6%

Site & building design p-d 40 80€ 3.200€ Mechanical design p-d 45 80€ 3.600€ Electrical design p-d 65 80€ 5.200€ Civil design p-d 10 40€ 400€ Tenders & contracting p-d 25 50€ 1.250€ Construction supervision p-d 60 45€ 2.700€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 16.350€ 1,1%

Photovoltaic kW 355,00 2.571€ 912.705€ Road construction km -€ Transmission line km 1 10.000€ 10.000€ Substation project 1 16.000€ 16.000€ Energy efficiency measures project 1 800€ 800€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 939.505€ 63,1%

Specific project costsInverter kW 33 4.700€ 155.100€ Collector support structure m² 2.689 57€ 153.273€ Installation project 1 40.000€ 40.000€ Building & yard construction m² 2.689 56€ 150.584€ Spare parts % 40,0% 15.000€ 6.000€ Transportation project 5 1.200€ 6.000€ Training & commissioning p-d 60 70€ 4.200€ User-defined cost -€ Contingencies % 1.489.592€ -€ Interest during construction 1.489.592€ -€ Subtotal: Enter number of months 515.157€ 34,6%

1.489.592€ 100,0%


Land lease & resource rental project -€ Property taxes project -€ Insurance premium project 1 11.000€ 11.000€ Parts & labour project 1 10.000€ 10.000€ GHG monitoring & verification project -€ Community benefits project -€ General & administrative % 21.000€ -€ User-defined cost -€ Contingencies % 21.000€ -€

Subtotal: 21.000€


zamenjava razsmernika cost 10 155.100€ 155.100€ -€

End of project life cost -€

Photovoltaic




Total initial costs

O&M


Settings


Feasibility study

Development

Power system

Engineering


51


Financial parameters Project costs and savings/income summary Yearly cash flows

General Year Pre-tax After-tax Cumulative

Fuel cost escalation rate % 0,0% 0,6% € 9.500 # € € €

Inflation rate % 3,6% 0,6% € 9.080 0 -1.489.592 -1.489.592 -1.489.592Discount rate % 6,0% 1,1% € 16.350 1 127.849 127.849 -1.361.743Project life yr 15 63,1% € 939.505 2 127.066 127.066 -1.234.678

0,0% € 0 3 126.254 126.254 -1.108.423Finance 0,0% € 0 4 125.414 125.414 -983.010

Incentives and grants € 0,0% € 0 5 124.543 124.543 -858.467

Debt ratio % 0,0% € 0 6 123.640 123.640 -734.826Debt € 0 34,6% € 515.157 7 122.706 122.706 -612.121Equity € 1.489.592 100,0% € 1.489.592 8 121.737 121.737 -490.383Debt interest rate % 9 120.734 120.734 -369.649Debt term yr € 0 10 -101.212 -101.212 -470.861Debt payments €/yr 0 11 118.618 118.618 -352.243

12 117.503 117.503 -234.741€ 21.000 13 116.347 116.347 -118.394

Income tax analysis � € 0 14 115.150 115.150 -3.244Effective income tax rate % € 0 15 113.909 113.909 110.665Loss carryforward? € 21.000 16 0 0 110.665Depreciation method 17 0 0 110.665Half-year rule - year 1 yes/no Yes 18 0 0 110.665Depreciation tax basis % € 155.100 19 0 0 110.665Depreciation rate % € 0 20 0 0 110.665Depreciation period yr 15 € 0 21 0 0 110.665Tax holiday available? yes/no No 22 0 0 110.665Tax holiday duration yr 23 0 0 110.665

€ 0 24 0 0 110.665Annual income € 149.605 25 0 0 110.665Electricity export income € 0 26 0 0 110.665

Electricity exported to grid MWh 404 € 0 27 0 0 110.665Electricity export rate €/MWh 370,00 € 0 28 0 0 110.665Electricity export income € 149.605 € 0 29 0 0 110.665Electricity export escalation rate % € 149.605 30 0 0 110.665

31 0 0 110.665GHG reduction income � 32 0 0 110.665

tCO2/yr 0 33 0 0 110.665Net GHG reduction tCO2/yr 79 Financial viability 34 0 0 110.665Net GHG reduction - 15 yrs tCO2 1.191 % 1,0% 35 0 0 110.665GHG reduction credit rate €/tCO2 % 1,0% 36 0 0 110.665GHG reduction income € 0 37 0 0 110.665GHG reduction credit duration yr % 1,0% 38 0 0 110.665Net GHG reduction - 0 yrs tCO2 0 % 1,0% 39 0 0 110.665GHG reduction credit escalation rate % 40 0 0 110.665

yr 11,6 41 0 0 110.665Customer premium income (rebate) � yr 14,0 42 0 0 110.665

Electricity premium (rebate) % 43 0 0 110.665Electricity premium income (rebate) € 0 € -423.497 44 0 0 110.665Heating premium (rebate) % €/yr -43.604 45 0 0 110.665Heating premium income (rebate) € 0 46 0 0 110.665Cooling premium (rebate) % 0,72 47 0 0 110.665Cooling premium income (rebate) € 0 No debt 48 0 0 110.665Customer premium income (rebate) € 0 €/MWh 477,84 49 0 0 110.665

€/tCO2 549 50 0 0 110.665Other income (cost) �

Energy MWh Cumulative cash flows graph

Rate €/MWhOther income (cost) € 0Duration yrEscalation rate %

Clean Energy (CE) production income �

CE production MWh 404CE production credit rate €/kWhCE production income € 0

CE production credit duration yrCE production credit escalation rate % 9,0%

Fuel type

Energy

delivered

(MWh) Clean energy

1 Solar 404 Yes2 No3 No4 No5 No6 No7 No8 No9 No# No# No# No# No# No# No# No# No# No Year

After-tax IRR - assets

Total initial costs





Total annual costs


After-tax IRR - equity

RETScreen Financial Analysis - Power project

No


Cooling system


User-defined




Declining balanceC

um

ula

tiv

e c

as

h f

low

s (

€)

Initial costs





zamenjava razsmernika - 10 yrs


GHG reduction cost



-1.600.000

-1.400.000

-1.200.000

-1.000.000

-800.000

-600.000

-400.000

-200.000

0

200.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


52

Ugotovitve pri projektu MFE Vrhovo 2:

Pri raziskavi MFE Vrhovo 2 v programskem paketu RETScreen 4 ugotovimo podobno kot pri MFE Vrhovo 1. Vrednost NPV in razmerje upravičenih stroškov so zopet negativna, kar je posledica nastavitve življenjske dobe elektrarne na 15 let. Iz grafa je lepo vidna začetna investicija, ki je znašala 1.489.592 evrov, zamenjava razsmernikov, ki smo jo predvideli v 10 letu, ter vračilo vloženih sredstev, ki nastopijo točno v 14 letu. Do 15 leta, ko od države prejemamo podporo ustvarimo 110.665 evrov dobička. Vračilna doba omenjene elektrarne je zopet nad pričakovano, vendar bi jo ob upoštevanju večje proizvodnje električne energije od predvidene, močno zmanjšali. V letu 2011 so v MFE Vrhovo 2 proizvedli 440 MWh, kar je prikazano na sliki 3.26.

3.26: Dejanska proizvodna MFE Vrhovo 2 [9]

Vidimo lahko, da se vračilna doba zmanjša na 12.6 let dobiček, ki ga ustvarimo do 15 leta pa znaša 309.589 evrov. Vsekakor pa se s 15 letom ne konča življenjska doba elektrarne, tako da še naprej prinaša zagotovljen dobiček, ki pa je po 15 letu manjši, saj od države ne prejemamo več podpore. V kolikor bi upoštevali dejansko proizvodnjo električne energije 440 MWh ter ceno 111.987 €/MWh bi do 30 leta ustvarili 828.098 € dobička. Slika 3.27 prikazuje kakšen dobiček od prodaje električne energije ustvari MFE Vrhovo 2, po preteku 15 let, ko od države ne prejema več podpore. Cena prvih 15 let s podporo je znašala 370 €/MWh, brez podpore pa 111.987 €/MWh.


53

3.27: Proizvodnja MFE Vrhovo 2 od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111.987 €/MWh [9]

Iz slike 3.27 lahko vidimo zamenjavo razsmernikov, ki smo jo predvideli leta 25. Tako kot pri MFE Vrhovo 1 je padec krivulje pri 10 letih veliko manjši od padca krivulje pri 25 letih. Vzrok večjega padca krivulje se nahaja v nižji prodajni ceni električne energije. Vidimo lahko, da bi po 30 letih delovanja elektrarne ustvarili 568.966 € dobička ob upoštevanju 370 €/MWh prvih 15 let in 111.987 €/MWh drugih 15 let. V primeru, da bi električno energijo po izteku prejemanja podpore še naprej prodajali v omrežje po ceni 54,2 €/MWh pa bi znašal dobiček po 30 letih delovanja 218.484 € kar prikazuje slika 3.28. S pomočjo vseh izračunov lahko ugotovimo, da bi v primeru 111.987 €/MWh med 15 in 30 letom ustvarili 458.301 € dobička, v primeru 54,2 €/MWh pa 107.819 € dobička.


54


Slika 3.29 prikazuje končni videz male fotovoltaične elektrarne Vrhovo 2.

3.29: Končni videz MFE Vrhovo 2 [15]


55

3.4 Raziskava upravičenosti gradnje sončne elektrarne v

domačem gospodinjstvu

Kot zadnjo raziskavo upravičenosti gradnje sončne elektrarne smo naredili raziskavo za domače gospodinjstvo. Gre za sončno elektrarno moči 15 kWp, katere predvidena letna proizvodnja znaša 17,5 MWh, celice pa so na streho nameščene pod kotom 28⁰. Elektrarno bi zgradili na streho mojega doma. Ker celotna hiša ne zagotavlja stalne sončne lege, smo za postavitev elektrarne izbrali zgolj pol strehe, na katero skoraj cel dan sije sonce. Velikost elektrarne znaša 112 kvadratnih metrov, uporabili bi Bisol BMU 224 sončne module. Cena zgrajene elektrarne znaša 31.327 €, po desetih letih smo predvideli zamenjavo razsmernika, katerega cena znaša 3300 €, ter čiščenje celic vsakih 6 let kar znaša 500 €.

Tabela 6: Tehnični podatki MFE doma na strehi [14]

MFE doma na strehi Tehnični podatki

Instalirana moč solarnega generatorja 15 kWp

Predvidena letna proizvodnja 17,5 MWh

Število PV modulov 67


Vrsta modulov Bisol BMU 224

Lokacija Streha hiše

Število razsmernikov 1

Moč posameznega razsmernika 15,3 kW


Velikost elektrarne 112 m2


56

3.30: Projekt MFE doma na strehi, delovni list št. 1 [9]

Project information



Project type

TechnologyGrid type

Analysis type


Show settings


CurrencySymbol

Units


Show data

Unit

Climate data

location

Project

location


Month

Air

temperature

Relative

humidity

Daily solar

radiation -

horizontal

Atmospheric

pressure Wind speed

Earth

temperature

Heating

degree-days

Cooling

degree-days


RETScreen4 2012-06-01 © Minister of Natural Resources Canada 1997-2012. NRCan/CanmetENERGY

Clean Energy Project Analysis SoftwareClean Energy Project Analysis SoftwareClean Energy Project Analysis SoftwareClean Energy Project Analysis SoftwarePower



MFE doma na strehiSevnica

Magisterska naloga

Method 2



English - Anglais

Select climate data location

Complete Energy Model sheet

English - Anglais

Euro

Metric units

Drožanjska cesta 43 A


57


Incremental initial costs

Technology

Analysis type�

�

Method 1Method 2

Photovoltaic

Resource assessment


� Show data

Month


horizontal

Daily solar

radiation - tilted

Electricity

export rate

Electricity

exported to

grid







Photovoltaic

Type mono-SiPower capacity kW 15,00ManufacturerModel 1 unit(s)Efficiency % 13,2%Nominal operating cell temperature °C 45Temperature coefficient % / °C 0,40%Solar collector area m² 114Control methodMiscellaneous losses % 6,0%

Inverter


Summary


Photovoltaic

Proposed case power system

Bisolbmu 215


RETScreen Energy Model - Power project


58



Cost allocation


Site investigation p-d -€ Resource assessment project -€ Environmental assessment p-d -€ Preliminary design p-d -€ Detailed cost estimate p-d -€ GHG baseline study & MP project -€ Report preparation p-d -€ Project management p-d -€ Travel & accommodation p-trip -€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: -€ 0,0%

Contract negotiations p-d -€ Permits & approvals p-d 3 400€ 1.200€ Site survey & land rights p-d -€ GHG validation & registration project -€ Project financing p-d -€ Legal & accounting p-d -€ Project management p-d -€ Travel & accommodation p-trip -€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 1.200€ 3,8%

Site & building design p-d -€ Mechanical design p-d 6 70€ 420€ Electrical design p-d 9 70€ 630€ Civil design p-d -€ Tenders & contracting p-d -€ Construction supervision p-d -€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 1.050€ 3,4%

Photovoltaic kW 15,00 1.005€ 15.075€ Road construction km -€ Transmission line km 0 10.000€ 2.000€ Substation project -€ Energy efficiency measures project -€ User-defined cost -€

-€ Subtotal: 17.075€ 54,5%

Specific project costsInverter kW 1 3.300€ 3.300€ Collector support structure m² 112 9€ 1.008€ Installation project 1 6.000€ 6.000€ Building & yard construction m² -€ Spare parts % 10,0% 3.000€ 300€ Transportation project 2 300€ 600€ Training & commissioning p-d 3 60€ 180€ User-defined credit -€ Contingencies % 2,0% 30.713€ 614€ Interest during construction 31.327€ -€ Subtotal: Enter number of months 12.002€ 38,3%

31.327€ 100,0%


Land lease & resource rental project -€ Property taxes project -€ Insurance premium project 1 400€ 400€ Parts & labour project -€ GHG monitoring & verification project -€ Community benefits project -€ General & administrative % 400€ -€ User-defined cost -€ Contingencies % 400€ -€

Subtotal: 400€


čiščenje celic cost 6 500€ 500€ zamenjava razsmernika 11 3.300€ 3.300€ End of project life cost -€

Photovoltaic




Total initial costs

O&M


Settings


Feasibility study

Development

Power system

Engineering


59


Financial parameters Project costs and savings/income summary Yearly cash flows

General Year Pre-tax After-tax Cumulative

Fuel cost escalation rate % 0,0% € 0 # € € €

Inflation rate % 3,6% 3,8% € 1.200 0 -31.327 -31.327 -31.327Discount rate % 6,0% 3,4% € 1.050 1 3.035 3.035 -28.292Project life yr 15 54,5% € 17.075 2 3.021 3.021 -25.271

0,0% € 0 3 3.005 3.005 -22.266Finance 0,0% € 0 4 2.989 2.989 -19.277

Incentives and grants € 0,0% € 0 5 2.972 2.972 -16.305

Debt ratio % 0,0% € 0 6 2.337 2.337 -13.968Debt € 0 38,3% € 12.002 7 2.937 2.937 -11.030Equity € 31.327 100,0% € 31.327 8 2.919 2.919 -8.111Debt interest rate % 9 2.900 2.900 -5.211Debt term yr € 0 10 2.880 2.880 -2.331Debt payments €/yr 0 11 -2.010 -2.010 -4.341

12 2.074 2.074 -2.267€ 400 13 2.816 2.816 550

Income tax analysis � € 0 14 2.794 2.794 3.343Effective income tax rate % € 0 15 2.770 2.770 6.113Loss carryforward? € 400 16 0 0 6.113Depreciation method 17 0 0 6.113Half-year rule - year 1 yes/no Yes 18 0 0 6.113Depreciation tax basis % € 500 19 0 0 6.113Depreciation rate % € 3.300 20 0 0 6.113Depreciation period yr 15 € 0 21 0 0 6.113Tax holiday available? yes/no No 22 0 0 6.113Tax holiday duration yr 23 0 0 6.113

€ 0 24 0 0 6.113Annual income € 3.450 25 0 0 6.113Electricity export income € 0 26 0 0 6.113

Electricity exported to grid MWh 17 € 0 27 0 0 6.113Electricity export rate €/MWh 197,55 € 0 28 0 0 6.113Electricity export income € 3.450 € 0 29 0 0 6.113Electricity export escalation rate % € 3.450 30 0 0 6.113

31 0 0 6.113GHG reduction income � 32 0 0 6.113

tCO2/yr 0 33 0 0 6.113Net GHG reduction tCO2/yr 0 Financial viability 34 0 0 6.113Net GHG reduction - 15 yrs tCO2 0 % 2,5% 35 0 0 6.113GHG reduction credit rate €/tCO2 % 2,5% 36 0 0 6.113GHG reduction income € 0 37 0 0 6.113GHG reduction credit duration yr % 2,5% 38 0 0 6.113Net GHG reduction - 0 yrs tCO2 0 % 2,5% 39 0 0 6.113GHG reduction credit escalation rate % 40 0 0 6.113

yr 10,3 41 0 0 6.113Customer premium income (rebate) � yr 12,8 42 0 0 6.113

Electricity premium (rebate) % 43 0 0 6.113Electricity premium income (rebate) € 0 € -6.222 44 0 0 6.113Heating premium (rebate) % €/yr -641 45 0 0 6.113Heating premium income (rebate) € 0 46 0 0 6.113Cooling premium (rebate) % 0,80 47 0 0 6.113Cooling premium income (rebate) € 0 No debt 48 0 0 6.113Customer premium income (rebate) € 0 €/MWh 234,24 49 0 0 6.113

€/tCO2 No reduction 50 0 0 6.113Other income (cost) �

Energy MWh Cumulative cash flows graph

Rate €/MWhOther income (cost) € 0Duration yrEscalation rate %

Clean Energy (CE) production income �

CE production MWh 17CE production credit rate €/kWhCE production income € 0

CE production credit duration yrCE production credit escalation rate % 7,0%

Fuel type

Energy

delivered

(MWh) Clean energy

1 Solar 17 Yes2 No3 No4 No5 No6 No7 No8 No9 No# No# No# No# No# No# No# No# No# No Year

After-tax IRR - assets

Total initial costs





Total annual costs


After-tax IRR - equity

RETScreen Financial Analysis - Power project

No


Cooling system


User-defined




Declining balanceC

um

ula

tiv

e c

as

h f

low

s (

€)

Initial costs





čiščenje celic - 6 yrszamenjava razsmernika - 11 yrs


GHG reduction cost



-35.000

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0

5.000

10.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


60

Kot lahko vidimo se investicija v omenjeno elektrarno povrne po 12,8 letih. Majhna sprememba krivulje vsakih 6 let nastane zaradi stroška čiščenja modulov, večja sprememba krivulje 11 leta pa zaradi zamenjave razsmernika. Do 15 leta, ko od države prejemamo podporo za omenjeno elektrarno ustvarimo 6.113 € dobička. Naklon krivulje se po 15 letu zmanjša, saj se zniža tudi cena po kateri prodajamo električno energijo, kar prikazuje slika 3.34.

3.34: Proizvodnja MFE doma na strehi od 15 do 30 leta ob upoštevanju 111.987 €/MWh [9]

Manjše spremembe krivulj na grafih pomenijo čiščenje modulov, ki smo jih predvideli vsakih 6 let, ter velika sprememba krivulje, ki nastane zaradi zamenjave razsmernika 25 leta. Dobiček, ki nam ga prinese omenjena elektrarna v 30 letih znaša 29.196 € ob upoštevanju 111.987 €/MWh od 15 do 30 leta, prikazan pa je na sliki 3.35. V kolikor bi energijo po 15 letih še naprej prodajali v omrežje po ceni 54,2 €/MWh bi do 30 leta ustvarili 12.647 € dobička, kar prikazuje slika 3.35. Kot lahko vidimo na delovnem listu št. 4 ima vrednost NPV negativni predznak, kar pomeni da gre za negospodarno naložbo, ki ne prinaša želenega donosa. Tudi razmerje upravičenih stroškov znaša pod vrednostjo 1, kar pomeni, da se investicija v omenjeni projekt ne izplača. Posledica tega je življenjska doba elektrarne, ki smo jo nastavili na 15 let zaradi spremembe odkupne cene električne energije v privih in drugih 15 letih.


61

3.35: Proizvodnja MFE doma na strehi od 15 do 30 leta ob upoštevanju 54,2 €/MWh [9]

Tabela 7: Primeri različnih izračunov v programskem paketu RETScreen 4 za vse tri sončne elektrarne

s podporo lastna raba

v omrežje lastna raba v omrežje

0-15 let 15-30 let 15-30 let 0-30 let 0-30 let

MFE 1 odkupna cena [€/MWh]

440 111.987 54.2 440+111.987 440+54.2

dobiček [€] 22.170 74.354 9.528 96.524 31.698 dejanski dobiček[€]

115.784 98.180 21.059 213.964 136.843

MFE 2

odkupna cena [€/MWh]

370 111.987 54.2 370+111.987 370+54.2

dobiček [€] 110.665 458.301 107.819 568.966 218.484 dejanski dobiček [€]

309.589 518.509 136.959 828.098 446.548

MFE doma

odkupna cena [€/MWh]

197.55 111.987 54.2 197.55+111.987 197.55+54.2

dobiček [€] 6.113 23.089 6.534 29.196 12.647

Zaradi lepšega pregleda nad končnimi izračuni in možnostjo enostavne primerjave med njimi smo izdelali tabelo 7. Tabela zajema rezultate, ki jih dobimo s simulacijo:


62

- s podporo predstavlja dobiček v prvih 15 letih, ko od države prejemamo podporo, naveden pa je izključno dobiček, torej brez cene izgradnje MFE

- lastna raba predstavlja rezultate med 15 in 30 letom ob upoštevanju cen električne energije na trgu, torej če bi energijo, ki jo pridelamo v elektrarni porabili za lastno rabo in je ne bi bilo potrebno kupiti

- v omrežje predstavlja rezultate med 15 in 30 letom ob upoštevanju odkupnih cen električne energije, torej če bi energijo prodajali v omrežje brez podpore

- odkupna cena predstavlja ceno v različnih časovnih obdobjih, po kateri prodajamo električno energijo

- dobiček predstavlja predvideno proizvodnjo električne energije ter pripadajoč dobiček, prav tako je razdeljen v različnih časovnih obdobjih, torej v prvih 15 letih, v drugih 15 letih in skupaj v 30 letih, ter predstavljen z različnimi cenami električne energije

- dejanski dobiček predstavlja dejansko proizvodnjo električne energije ter pripadajoč dobiček, predstavljen pa je v različnih časovnih obdobjih

V preglednici smo z rumeno barvo označili skupni dobiček, ki ga ustvari MFE ob upoštevanju prejemanja podpore v prvih 15 letih, ter lastni rabi energije v drugi polovici 15 let. Označba pomeni realne izračune za izdelane projekte, saj na hidroelektrarni Vrhovo letno porabijo 1,2 GWh, torej bi ob proizvedenih 511 MWh letno pokrili slabo polovico lastne rabe.


63

4 Sklep

Diplomsko delo je sestavljeno iz dveh delov. Začeli smo s teoretičnem delom ter končali s tremi projekti, ki smo jih izdelali v programskem paketu RETScreen 4. V teoretičnem delu smo predstavili problematiko pridobivanja električne energije iz fosilnih goriv, ter prednosti pridobivanja električne energije iz obnovljivih virov energije. Ker je uporaba obnovljivih virov v zadnjih letih močno narasla in prinesla veliko dobrega tako za državo kot tudi za zmanjšanje onesnaževanja in slabih učinkov toplogrednih plinov smo v drugem delu naloge izdelali tri projekte upravičenosti gradnje sončnih elektrarn z že prej omenjenim programskim paketom RETScreen 4.

Vsi trije projekti so bili zastavljeni tako, da so bila vsa potrebna sredstva zagotovljena iz lastnega kapitala, tako da ni bilo potrebno zadolževanje s strani bank. Po podrobnem vnosu podatkov, ter izračunu v programskem paketu ugotovimo, da so s strani programskega paketa vsi trije projekti neupravičeni. Do takšnega izračuna smo prišli verjetno zato, ker v programu ni možno spremeniti prodajne cene električne energije, ki se po 15 letih spremeni, tako da je bilo potrebno za vsako elektrarno izdelati dva projekta, ki sta bila sestavljena iz prvih 15 let, ko prejemamo podporo in drugih 15 let, ko podpore ne prejemamo več. Prav tako bi lahko ob upoštevanju dejstva, da so pri gradni MFE Vrhovo 1 in 2 veliko pripomogli delavci hidroelektrarne Vrhovo, znižali začetno investicijo za slabih 10 %. V obeh projektih smo lastno delo delavcev upoštevali, ter tako zagotovili točen izračun, vendar omenjeni delavci ne prejmejo dodatnega plačila za pomoč pri izgradnji sončnih elektrarn, tako da podjetje na račun svojih delavcev privarčuje omenjene odstotke. Prav gotovo bi pri izračunu v programskem paketu dosegli mnogo boljše rezultate, če bi uporabili vsaj enoosno sledenje soncu, kar močno pripomore k boljšem izkoristku. Rezultate bi lahko izboljšali tudi s podaljšanjem življenjske dobe elektrarn, ki bodo, kot navajajo proizvajalci, tudi po preteku 30 let še vedno delovale in prinašale dobiček, seveda pa se s časom izkoristek omenjenih elektrarn zmanjšuje.

Pri pregledu dobičkov, ki nastanejo ob koncu življenjske dobe elektrarn ugotovimo, da elektrarne prinesejo določen zaslužek, ki pa ob zaključenem življenjskem ciklu niti ni tako majhen. Vsekakor je cilj vsake industrije, ki se ukvarja s fotovoltaiko izdelati čim cenejše module, ki jih lahko proizvajajo masovno s kar največjim izkoristkom. Žal so v današnjih časih izkoristki cenovno dosegljivih sončnih celic relativno mali.

Pri pregledu stanja pri nas in v tujini smo ugotovili, da se v razvitih državah v zadnjih letih vlaganja v obnovljive vire povečujejo, kar pa nam omogoča država s svojo podporo, saj je odkupna cena električne energije daleč stran od realne. Vsekakor je vlaganje v energetske projekte, ki izkoriščajo obnovljive vire nujno potrebno, saj s tem zagotavljamo ohranitev okolja za nas in naše potomce.

Sonce je zvezda, brez katere ne bi bilo življenja na Zemlji, ter zvezda, ki nam je na razpolago v zelo velikih količinah, njegova energija pa je brezplačna. Za proizvodnjo


64

električne energije iz sončne energije torej potrebujemo samo sončno elektrarno, ki izvede pretvorbo energij, tako da je prav gotovo cena elektrarne glavni problem, da ne zgradimo še več sončnih elektrarn ter tako proizvedemo kar največ zelene energije. Podjetja, ki se ukvarjajo s sončnimi elektrarnami se prizadevajo za višjo odkupno ceno, ter daljšo dobo subvencioniranja. Strokovnjaki ugotavljajo, da naj bi se cena električne energije pridobljene iz sončnih elektrarn okoli leta 2020 približala ceni klasično pridobljene energije, tako da subvencije sploh ne bodo več potrebne.


65

Viri literature:

[1] Sonce [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www2.arnes.si/~dsavli/o_soncu.htm ( 18.10.2012 )

[2] Aleš Hribernik, Obnovljivi viri energije, Univerza v Mariboru, fakulteta za strojništvo, Maribor 2010

[3] Medved S., Arkar C. Energija in okolje: Obnovljivi viri energije: Univerza v Ljubljani, Zdravstvena fakulteta , Ljubljana 2009

[4] Sončna celica [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://sl.wikipedia.org/wiki/Son%C4%8Dna_celica (18.10.2012)

[5] Sončna energija [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.sončna.si/soncna/soncni_panel.html (18.10.2012)

[6] Planning and instatalling photovoltaic Systems: A guide for installers, architects,and engineers, German Solar Energy Society (DGS), USA 2006

[7] Hankins M. Stand-alone solar electric systems: The earthscan expert hanbook for planning, design and installation. London Washington, DC 2010

[8] Đonlagić D: " Zapiski iz predavanj pri predmetu Optoelektronika "

[9] RETScreen 4, [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.retscreen.net/ang/software_and_data.php (26.10.2010)

Viri slike:

[1] Sonce, Google slike, [svetovni splet], Dostopno na naslovu: https://www.google.si/search?q=sonce (23.10.2012)

[2] PV portal, Slovenski portal za fotovoltaiko, [svetovni splet], Dostopno na naslovu: http://pv.fe.uni-lj.si/Obsevanje.aspx (23.10.2012)

[3] Satelit Vanguard I [svetovni splet ] Dostopno na naslovu: http://www.msnbc.msn.com/id/23639980/ns/technology_and_science-space/t/satellite-turns-years-old-orbit/#.UH_eL1JkrRc (18.10.2012)

[4] Medved S., Arkar C. Energija in okolje obnovljivi viri energije: Univerza v Ljubljani, Zdravstvena fakulteta , Ljubljana 2009

[5] Sončne celice [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.google.si/imgres?hl=sl&client=firefox&rls=com.yahoo:en-US:official&biw (18.10.2012)

[6] Solarni modul [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.kontiki-solar.si/et-solar/369-solarni-modul-et-solar-et-m-20w.html (24.10.2012)


66

[7] Postopek pridobivanja monokristalnega silicija [svetovni splet] Dostopno na naslovu: https://www.google.si/search?q=postopek+pridobivanja+monokristalnega+silicija

[8] Amorfni silicij [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.google.si/search?q=amorfni+silicij&hl=sl&client=firefox&hs=gQL&rls=com.yahoo:enUS:official&prmd=imvns&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=KwyJUKuuIYrOsgaS0YC4BA&ved=0CAoQ_AUoAQ&biw=1280&bih=571 (25.10.2012)

[9] RETScreen 4 [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.retscreen.net/ang/home.php (26.10.2012)

[10] Google Earth [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.google.com/earth/index.html (26.10.2012)

[11] Sončna elektrarna na strehi strojnice in razsmerniki z omaro [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview.aspx?page=c0d53b9b-b495-402f-bdef-f6b39861fb38&plant=cbfeef10-05c1-491d-9c00-436e43cba63c&splang=en-US (6.11.2012)

[12] Sončne celice Sanyo HIP-215 [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.schoenau-ag.de/uploads/media/SANYO_HIP-215_214_NKHE5_EN_04.pdf (6.11.2012)

[13] Razsmernik Sunny Mini Central 8000 TL [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.kontiki-solar.si/462-omreni-razsmernik-sma-sunny-mini-central-8000tl.html (6.11.2012)

[14] Tehnični podatki MFE Vrhovo 1 in 2 [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.sel.si/?p=8&s=7 (7.11.2012)

[15] Sončna elektrarna Vrhovo 2 [svetovni splet] Dostopno na naslovu: http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview.aspx?page=15c05eb9-110c-47f8-8441-e5aa44818c37&plant=e4d8eaf9-0e22-4d7f-8142-575ee1414cf5&splang=en-US (7.11.2012)


5 Priloge

Priloga A:

• preglednica borzen


67


68

Priloga B:

• Izjava o avtorstvu magistrskega dela

• Izjava o ustreznosti magistrskega dela

• Izjava o istovetnosti elektronske in tiskane verzije



69



70



71

Documents

RAZISKAVA UPRAVI ČENOSTI IZ GRADNJE SON ČNE …