smjernice za izradu projektne dokumentacije fotonaponskog

SVEUILITE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 2295

SMJERNICE ZA IZRADU PROJEKTNE

DOKUMENTACIJE FOTONAPONSKOG

SUSTAVA SPOJENOG NA

ELEKTROENERGETSKU MREU

Tihomir Pehar

Zagreb, listopad 2009.

Tihomir Pehar

0036412407

i

Saetak

Povoljan geografski poloaj Hrvatske i sustav poticaja za proizvodnju elektrine

energije iz obnovljivih izvora poveali su interes za izgradnjom fotonaponskog

sustava snage do 30kW te njegovog prikljuenja na elektroenergetsku mreu.

U prvom djelu rada obraeno je Sunevo zraenje, fotonaponske elije i vrste

fotonaponskih sustava. U drugom djelu obraeno je sve to treba sadravati

projekt fotonaponskog sustava spojenog na elektroenergetsku mreu, kao to je:

procjena proizvodnje elektrine energije, tehniki opis i karakteristike

fotonaponskog sustava, analiza isplativost projekta te nain prikljuka na

elektroenergetsku mreu.

ii

Sadraj

1. Uvod .......................................................................................................... 1

2. Sunevo zraenje ...................................................................................... 2

2.1. Ekstraterestiko zraenje .................................................................... 2

2.2. Procjena Sunevog zraenja .............................................................. 4

2.3. Sunevo zraenje na plohu pod kutom ............................................... 5

3. Osnovni parametri fotonaponskih elija ..................................................... 7

3.1. Serijski i paralelni otpor fotonaponske elije ...................................... 8

3.2. Napon praznog hoda .......................................................................... 9

3.3. Struja kratkog spoja .......................................................................... 10

3.4. Karakteristini otpor i snaga fotonaponske elije .............................. 11

3.5. Djelotvornost fotonaponske elije ..................................................... 13

3.6. Materijali za proizvodnju fotonaponskih elija ................................... 13

4. Fotonaponski moduli ............................................................................... 15

4.1. Premosna dioda ................................................................................ 16

5. Vrste fotonaponskih sustava.................................................................... 18

5.1. Samostalni (autonomni) sustav ......................................................... 18

5.2. Hibridni FN sustavi ............................................................................ 19

5.3. Pasivni i aktivni mreni FN sustav ..................................................... 20

6. Photovoltaic Geographical Information System ....................................... 22

6.1. Podaci o intenzitetu sunevog zraenja na podruju Makarske ........ 23

6.2. Procjena proizvodnje elektrine energije........................................... 27

6.3. Postavljanje fotonaponskih modula ................................................... 31

7. Fotonaponski sustav spojen na mreu .................................................... 34

7.1. Smjernice za projektiranje fotonaponskih sustava ............................ 36

iii

7.1.1. Upute za odabir opreme fotonaponskog sustava ....................... 36

7.2. Tehniki opis fotonaponskog sustava ............................................... 37

7.2.1. FN moduli BP 4175S .................................................................. 39

7.2.2. Kabeli za spajanje fotonaponskih modula .................................. 40

7.2.3. Izmjenjiva .................................................................................. 41

7.3. Zatita od atmosferskih i induciranih prenapona ............................... 44

7.4. Kljune norme na podruju fotonaponskih sustava ........................... 47

8. Trokovi i isplativost fotonaponskog sustav ............................................. 48

8.1. Analiza trokova ulaganja u fotonaponsku opremu ........................... 48

8.2. Isplativost projekta ............................................................................ 49

8.3. Trokovi opreme i radova fotonaponskog sustava ............................ 50

8.4. Naknada za poticanje proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih

izvora energije (OIE) ......................................................................................... 52

8.5. Isplativost fotonaponskog sustava .................................................... 53

9. Distribuirana proizvodnja ......................................................................... 54

9.1. Prikljuenje fotonaponskog sustava na mreu .................................. 55

9.1.1. Tehniki uvjeti za prikljuenje FN sustava na mreu .................. 56

9.2. Potrebna dokumentacija za prikljuak FN sustava na mreu ............ 58

9.3. Utjecaj fotonaponskog sustava na distribucijsku mreu .................... 59

9.4. Nadzor fotonaponskog sustava ......................................................... 59

10. Osvrt na iskustva u prikljuku FN sustava u Njemakoj .......................... 61

10.1. Inteligentno iskljuenje/ukljuenje ureaja ........................................ 62

10.2. Tehniki mogue, trino upitno ........................................................ 63

11. Zakljuak ................................................................................................. 65

12. Literatura ................................................................................................. 66

iv

Popis oznaka i kratica

AC izmjenino (engl. alternating current)

CO2 ugljik dioksid

DC istosmjerno (engl. direct current)

DHMZ dravni hidrometeoroloki zavod

Engl. Engleski

EU Evropska Unija

ETHZ Swiss Federal Institute of Technology Zurich

IEC meunarodna elektrotehnika komisija (engl. International

Electrotechnical Commission)

IEEE institut inenjera elektrotehnike i elektronike (engl. Institute of

Electrical & Electronics Engineers)

H2O voda

MPP toka maksimalne snage (engl. maximum power point)

MPPT sustav za praenje optimalne radne toke (engl. maximum power

point tracker)

NASA Amerika svemirska agencija

ODS Operatora distribucijskog sustava

O3 ozon

Opt. optimalan

PVGIS Photovoltaic Geographical Information System

RH Republika Hrvatska

Si silicij

THD harmonino izoblienje

v

Popis tablica

Tablica 1. Podaci o Sunevom zraenju ............................................................... 23

Tablica 2. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa fiksnim kutom

............................................................................................................................. 28

Tablica 3. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa dvoosnim

sustavom za praenje prividnog kretanja Sunca .................................................. 29

Tablica 4. etiri poloaja modula .......................................................................... 30

Tablica 5. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa jednoosnim

praenjem, (4 stupnja horizontalnog pomicanja) .................................................. 30

Tablica 6. Karakteristike ugraenog modula [10] .................................................. 39

Tabela 7. Karakteristike izmjenjivaa [10] ............................................................. 42

Tablica 8. Trokovi materijala fotonaponskog sustava ......................................... 51

Tablica 9. Poticajna cijena elektrine energije ...................................................... 52

vi

Popis slika

Slika 1. Ekstraterestiko zraenje (AM 0) i zraenje na povrini Zemlje (AM 1,5)[3]

............................................................................................................................... 3

Slika 2. Visina Sunca, zenitni kut Sunca, Sunev azimut i kut upada ..................... 6

Slika 3. Ekvivalentna elektrina shema fotonaponske elije ................................... 7

Slika 4. Utjecaj a) serijskog b) paralelnog otpora na I-U karakteristiku ................... 9

Slika 5. Strujno-naponska (I-U) karakteristika FN elije ........................................ 10

Slika 6. Ovisnost I-U karakteristike o jakosti Suneva zraenja ............................ 11

Slika 7. Maksimalna snaga idealne i realne FN elije ........................................... 12

Slika 8. Kapsuliranje fotonaponskih elija ............................................................. 15

Slika 9. Spajanje fotonaponski modula u polje ..................................................... 17

Slika 10. Samostalni FN sustav za istosmjerna i izmjenina troila ...................... 19

Slika 11. Hibridni FN sustav za istosmjerna ili izmjenina troila .......................... 20

Slika 12. Pasivni mreni FN sustav ...................................................................... 20

Slika 13. Aktivni mreni FN sustav ....................................................................... 21

Slika 14. Graf mjesenog optimalnog kuta ........................................................... 24

Slika 15. Graf Sunevog zraenja za razliite plohe ............................................. 25

Slika 16. Cilindrini Sunev dijagram [7] ............................................................... 25

Slika 17. Godinja ozraenost na horizontalnu plohu za RH [7] ........................... 26

Slika 18. Prikaz proizvodnje za sva tri poloaja modula ....................................... 31

Slika 19. Visina Sunca i minimalni razmak modula ............................................... 33

Slika 20. Putanje u mreu samo suvine energije .............................................. 35

Slika 21. Putanje u mreu svu proizvodnu energiju ............................................ 35

Slika 22. Jednopolna shema fotonaponskog sustava ........................................... 38

Slika 23. U-I karakteristika solarnog modula BP 4175S........................................ 40

Slika 24. Zatita FN sustava uzemljenjem i odvodnicima prenapona ................... 45

Slika 25. FN sustav na kui sa gromobranskom instalacijom ............................... 46

Slika 26. Nacrt suelja i prikljuka na mreu fotonaponskog sustava ................... 56

Slika 27. Povezivanje izmjenjivaa sa raunalom ................................................. 60

Slika 28. Tarifa elektrine energije iz FN sustav predane u mreu i potroene

lokalno [18] ........................................................................................................... 62

vii

Slika 29. Optimalno gospodarenje elektrinom energijom u kuanstvu pomou

inteligentnog brojila ............................................................................................... 63

Slika 30. Verzije tokova elektrine energije iz mree i FN sustava ....................... 64

Uvod

1

1. Uvod

U dananje vrijeme obnovljivi izvori energije imaju sve veu vanost u

elektroenergetskom sustavu, a razvijene zemlje u velikoj mjeri potiu njihovu

upotrebu. Razlog tome treba posebno istaknuti u visokoj cijeni fosilnih goriva uz

njihov stalni porast, kao i veliko oneienje okolia koje utjee na klimatske

promjene. U obnovljive izvore energije spadaju energija vode, vjetra, biomase,

Sunevo zraenja i geotermalna energija.

Hrvatska ima veoma povoljan geografski poloaj to se tie iskoritavanja

Suneve energije. Postoje uglavnom tri naina upotrebe Suneve energije:

pretvorba u toplinsku energiju i elektrinu energiju te biomase. Suneva energija

se moe na vie naina pretvoriti u elektrinu, a najjednostavnija je izravna

pretvorba pomou fotonaponskih (solarnih) elija. Princip rada sunane elije

temelji se na izravnoj pretvorbi Suneve energije u elektrinu energiju na temelju

fotoelektrinog efekta.

Fotonaponski sustavi imaju brojne prednosti kao to su: Suneva energija je

besplatna i praktiki neiscrpna, tehnologija pretvorbe energije je ista, mogue je

napajanje potroaa na mjestima gdje nema izgraenog elektroenergetskog

sustava, karakterizira je visoka pouzdanost i mali pogonski trokovi, a osigurava

se dugogodinji vijek trajanja fotonaponskih modula (>25 godina). Nedostatci

fotonaponskog sustav su ti to proizvodnja ovisi o osunanosti, potrebne su velike

povrine za vee elektrane, tehnologija pretvorbe Suneve energije u elektrinu

energiju je jo uvijek skupa, a sve to uz malu efikasnost. Time su ulaganja u

solarne elektrane teko isplativa bez dodatnih poticaja. Iako se u Republiku

Hrvatsku uvozi preko 30 % elektrine energije, od poetka listopada 2008. godine

instalirano je samo pet fotonaponskih sustava, a samo je jedan Solarni krov

pansko-Zagreb, dobio svu potrebnu dokumentaciju glede stjecanja statusa

povlatenog proizvoaa elektrine energije [1].

Sunevo zraenje

2

2. Sunevo zraenje

Pri proraunavanju i projektiranju sunanih ureaja potrebno je poznavati

Suneva zraenja koje upada na plohu kolektora.

Sunce je zvijezda koja se nalazi u sreditu naeg planetarnog sustava,

Sunevog sustava, te je neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoloive

energije na Zemlji. Velikim je djelom sastavljeno od vodika i helija. U unutranjosti

Sunca vodik se nuklearnim reakcijama fuzije pretvara u helij to izaziva

oslobaanje velikih koliina energije, a temperatura u samoj jezgri premauje

15000000 K. Zraenje iz unutranjosti u velikom dijelu apsorbira sloj vodika blii

povrini pa je na povrini Sunca temperatura oko 6000 K (tonije, 576250 K), a

spektar Sunca priblino odgovara spektru crnog tijela ugrijanog na temperaturu

5760 K. Stoga se temperatura od 5760 K moe uzeti kao efektivna temperatura

Suneve povrine, a pomou nje se primjenom Stefan-Boltzmannova, Wienova i

Planckova zakona mogue proraunati energijski spektar Suneva zraenja.

Snaga Sunevog zraenja iznosi oko 3,8 1023 kW, od ega Zemlja dobiva 1,7

1014 kW. Zemlja od Sunca godinje dobiva oko 4 1021 kJ energije to je nekoliko

tisua puta vie nego to iznosi ukupna godinja potronja energije iz svih

primarnih izvora. To znai da Zemlja u jednom satu od Sunca primi dovoljno

energije za zadovoljenje svih svojih godinjih energetskih potreba [2].

2.1. Ekstraterestiko zraenje

Sunevo zraenje na ulazu u Zemljinu atmosferu naziva se ekstraterestiko

zraenje. To zraenje opisujemo gustoom energijskog toka koji upada na

povrinu okomitu na smjer upadnih Sunevih zraka. Ta veliina je kratkovalno

zraenje koje Zemlja dobiva od Sunca, a izraava se u W/m2. Kako se Zemlja

oko Sunca giba po eliptikoj putanji, tako se i njihova meusobna udaljenost

mijenja pa gustoa snage na ulazu u Zemljinu atmosferu nije konstantna ve se

mijenja od najmanje vrijednosti od 1307 W/m2 do najvee 1399 W/m2. Srednja

vrijednost Sunevog zraenja dobivena je mjerenjem, a iznosi oko 1367 W/m2 [2].

Za razliku od ekstraterestikog zraenje ije su promjene vrlo male, Sunevo

Sunevo zraenje

3

zraenje na povrini Zemlje zbog atmosferskih utjecaja, te lokalnih promjena u

atmosferi kao to su vodena para, oblaci i smog, je promjenjivo.

Ulaskom u atmosferu, zbog apsorpcije i rasprenje, zraenje oslabi i poprimi

drugaiji oblik spektra od ekstraterestikog zraenja. Do rasprenja dolazi zbog

interakcije zraenja s esticama ili velikim molekulama plinova prisutnih u

atmosferi to uzrokuje promjenu izvorne putanje zraenja. Apsorpcija Sunevog

zraenja nastaje kad molekule u atmosferi apsorbiraju energiju odreenih valnih

duljina, pri emu su za apsorpciju uglavnom odgovorni ozon (O3), vodena para

(H2O) i ugljini dioksid (CO2). Ozon u potpunosti apsorbira ultraljubiasto zraenje

valnih duljina od 0.20m do 0.36m koje je tetno po zdravlje, a apsorpcija ovisi i

o debljini sloja ozona koji se mijenja tijekom godine. Ugljini dioksid apsorbira

infracrveno zraenje veih valnih duljina, a vodena para apsorbira znatan dio

infracrvenog zraenja malih valnih duljina. Atmosferski plinovi apsorbiraju samo u

strogo ogranienom podruju spektra fotona odreene valne duljine pa se takva

apsorpcija naziva selektivna apsorpcija (slika1).[3]

Slika 1. Ekstraterestiko zraenje (AM 0) i zraenje na povrini Zemlje (AM

1,5)[3]

itav spektar Sunevog zraenja koji dolazi do povrine Zemlje obuhvaa valne

duljine od 300 nm do 2500 nm.

Sunevo zraenje

4

Ukupno oko 51% upadnog ekstraterestikog zraenja dolazi do povrine

Zemlje, 26% se raspri ili reflektira na oblacima i atmosferskim esticama, 19 %

zraenja se apsorbira, a oko 4% se reflektira od Zemljine povrine nazad u svemir.

2.2. Procjena Sunevog zraenja

Temeljni ulazni podatak o Sunevom zraenju je srednja dnevna ozraenost

vodoravne plohe, koja se dobiva raznim mjerenjem. Time se bavi posebna grana

meteorologije, aktinometrija. Za praktino iskoritavanje sunane energije vani su

podaci o insolaciji (osunanju), ukupnom ozraenju horizontalne plohe i difuznom

ozraenju horizontalne plohe. Postupak procjene raspoloivog Sunevog

potencijala za odreenu lokaciju olakan je postojanjem baza podataka koje

sadre sve informacije o intenzitetu Sunevog zraenja, temperaturama okoline,

prosjenim dnevnim temperaturama itd.

Sunevog zraenja koje upada na plohe na Zemlji moe biti:

neposredno: zraenje Sunevih zraka

difuzno zraenje neba: raspreno zraenje cijelog neba zbog pojava u

atmosferi

difuzno zraenje obzorja: dio difuznog zraenja koji zrai obzorje

sunevo difuzno zraenje: difuzno zraenje blie okolice Sunevog diska

koji se vidi sa Zemlje

odbijeno zraenje: zraenje koje se odbija od okolice i pada na promatranu

plohu.

Trenutno postoji vie kvalitetnih baza podataka, a u skupinu najkoritenijih

baza podataka spadaju:

NASA surface metereology and solar energy database,

Meteonom database,

PVGIS Photovoltaic Geographical Information System.

Bitno je napomenuti da podaci o intenzitetu suneva zraenja na okomitu

plohu u prethodno navedenim bazama podataka nisu izmjereni, ve su izraunati

Sunevo zraenje

5

na osnovi satelitskih mjerenja ekstraterestike radijacije na rubu Zemljine

atmosfere. Za podruje Republike Hrvatske ukupno Sunevo zraenje na

vodoravnu plohu se izraunava iz trajanja sijanja Sunca (insolacija, osunavanje),

koje se dobilo dugogodinjim nizom mjerenja u 37 mjernih postaja Dravnog

hidrometeorolokog zavoda [4]. Za procjenu Sunevog zraenja na podruju na

kojem se nalazi fotonaponski sustav koristit e se Photovoltaic Geographical

Information System (PVGIS).

2.3. Sunevo zraenje na plohu pod kutom

Fotonaponski moduli se najee postavljaju na plohe nagnute prema

Suncu, u svrhu maksimalne ozraenosti.

U veini sluajeva u praksi, ploha fotonaponskog modula je orijentirana tono

prema jugu (na sjevernoj Zemljinoj polutci) i nagnuta pod nekim odreenim kutom

u odnosu na horizontalu, pa je potrebno znati koliki iznos Sunevog zraenja

upada na tako nagnutu plohu.

Za proraun suneve energije koja upada na plohu pod kutom najvaniji

podatak je upadni kut direktnog sunevog zraenja. Kut upada Sunca je kut

izmeu upadnih Sunevih zraka i normale na plohu na koju upada zraenje. Pri

tome je orijentacija plohe definirana njenim azimutom i nagibom plohe u odnosu

na horizontalu . Kut upada Sunca moe se izraunati poznavanjem zemljopisne

irine , satnog kuta Sunca i deklinacije i orijentacijom plohe [5].

, ako je

(1) , ako je

(2)

gdje je:

(3) Deklinacija Sunca je glavni parametar potreban za proraunavanje poloaja

Sunca, a predstavlja kut izmeu spojnice sredita Zemlje i sredita Sunca i

ravnine u kojoj lei ekvator.

Sunevo zraenje

6

Visina Sunca S je kut izmeu sredita Sunevog diska i horizontalne ravnine,

a moe se izraunati iz:

(4) Sunev azimut S je kut izmeu vertikalne ravnine koja sadri smjer Sunca i

vertikalne ravnine koja prolazi smjerom sjever-jug. Sunev azimut se mjeri od juga

na sjevernoj, odnosno od sjevera na junoj polutci. Azimut ima pozitivan predznak

poslijepodne u sunanom vremenu, dok prije sunanog podneva poprima

negativne vrijednosti. Visina Sunca, zenitni kut Sunca, Sunev azimut i kut upada

Sunca prikazani su na slici 2.

Slika 2. Visina Sunca, zenitni kut Sunca, Sunev azimut i kut upada

Osnovni parametri fotonaponskih elija

7

3. Osnovni parametri fotonaponskih elija

Fotonaponska elija je elektroniki element koji Sunevu energiju koja upada

na plohu elije pretvara izravno u elektrinu na principu fotonaponskog efekta. Za

ispravan odabir fotonaponskih modula (za podruje upotrebe) potrebno je

poznavati parametre elija od kojih je stvoren. I-U karakteristika fotonaponske

elije prolazi kroz tri karakteristine toke u kojima su definirani osnovni parametri

fotonaponske elije:

1. Struja kratkog spoja Iks struja koja tee kad je napon na stezaljkama

fotonaponskih elija jednak nuli.

2. Napon otvorenog kruga ( praznog hoda) Uok napon koji postoji na

stezaljkama fotonaponske elije u reimu otvorenog kruga (tj., kad je I=0).

3. Toka maksimalne snage Pm toka u kojoj fotonaponska elija daje

najveu moguu snagu. Maksimalna snaga Pm odgovara najveoj moguoj

povrini pravokutnika koji se moe upisati u I-U karakteristiku. U toki

maksimalne snage vrijednost struje je Im, a napona Um.

Osim ova tri parametra, napon otvorenog kruga elije, struja kratkog spoja,

snaga FN elije, spomenut emo jo i ove parametre: karakteristini otpor FN

elije, stupanj korisnog djelovanja FN elije, ovisnost stupnja korisnog djelovanja

ili spektralni odaziv FN elije, ovisnost stupnja korisnog djelovanja elije o irini

zabranjenog pojasa, te ovisnost navedenih parametara o temperaturi. Zbog

jednostavnijeg razumijevanja parametara FN elija se prikazuje pomou

nadomjesnog strujnog kruga kao strujni izvor, to prikazuje slika 3.

Slika 3. Ekvivalentna elektrina shema fotonaponske elije


8

Struja I je jednaka struji IL koju proizvodi suneva svjetlost, umanjenoj za

zanemarivu struju diode ID i struju anta ISH. Serijski otpor RS predstavlja unutarnji

otpor toka struje, a otpor anta je obrnuto razmjeran rasipnoj struji prema zemlji.

3.1. Serijski i paralelni otpor fotonaponske elije

Serijski otpor RS je omski otpor na koji nailazi struja koja tee kroz eliju i kroz

povrinu elije prema kontaktima do spoja s prikljukom na vanjski krug. Na iznos

serijskog otpora utjee otpor materijala, kontakata, neistoe i dr. Najvaniji efekt

koji je posljedica postojanja serijskog otpora je smanjenje faktora punjenja, a pri

veim vrijednostima moe doi i do smanjenja struje kratkog spoja [6]. Iznos

serijskog otpora nije stalan, mijenja se kako se mijenja i cijela strujno-naponska

karakteristika sunane elije s promjenom temperature i razine ozraenja.

Kvalitetne sunane elije imaju manji serijski otpor, odnosno otrije koljeno I-U

karakteristike.

Otpor anta RSH (paralelni otpor) je obrnuto razmjeran rasipnoj struji prema

zemlji. Paralelni otpor posljedica je postojanja lokalnih defekata u pn spoju zbog

ega dolazi do gubitaka zbog otjecanja struja. U idealnoj fotonaponskoj eliji otpor

RSH je beskonaan, ali u realnim su sluajevima struje otjecanja proporcionalne

naponu na eliji. Mala vrijednost paralelnog otpora omoguuje otjecanje dijela

fotostruje, to je posebno znaajno pri manjim vrijednostima zraenja na eliju.

Gubitke zbog paralelnog otpora karakterizira nelinearnost i nestalnost pa se

razlikuju od elije do elije.

Serijski i paralelni otpor utjeu na oblik I-U karakteristike fotonaponske elije

te na ukupnu snagu. Taj se utjecaj moe zanemariti u sluaju kad je serijski otpor

puno manji od karakteristinog otpora (RSRk).

Utjecaj serijskog i paralelnog otpora na I-U karakteristiku prikazan je slikom 4.


9

Slika 4. Utjecaj a) serijskog b) paralelnog otpora na I-U karakteristiku

3.2. Napon praznog hoda

Napon praznog hoda elije je elektromotorna sila koja se javlja na stezaljkama

elije prilikom otvorenog strujnog kruga (struja I = 0). Te je uz struju kratkog spoja

najvaniji parametar za opisivanje elektrine uinkovitosti pojedine elije.

Maksimalni foto-napon (UPH) se dobiva u praznom hodu strujnog kruga

fotonaponske elije pod punim osvjetljenjem. Ignorirajui gubitke, odnosno struju

rasipanja prema zemlji, uzimamo za I = 0 i napon iznosi:

!"# $% &'(') *+, (5)

gdje je:

kT/Q apsolutna temperatura izraena u voltima (300 K = 0.026 V)

IL foto-generirana struja

ID struja zasienja diode

Q = naboj = 1.6 10-19C

k = Boltzmannova konstanta = 1.38 10-23J/K


10

T temperatura u K.

3.3. Struja kratkog spoja

Struja kratkog spoja IKS je ona struja koja e potei kad su stezaljke elije

kratko spojene, odnosno ako je napon izmeu stezaljki jednak nuli. Ukupna struja

IKS rauna se prema izrazu (2):

-. -/ -0 12345678 *9 :56;


11

Slika 6. Ovisnost I-U karakteristike o jakosti Suneva zraenja

3.4. Karakteristini otpor i snaga fotonaponske elije

Pomou napona praznog hoda i struje kratkog spoja definira se karakteristini

otpor:

>? @ABCDEF (7) Snaga koju daje fotonaponske elije jednaka je umnoku napona i struje

G - 1-/ -023478 -09H (8)

Snaga koju daje idealna fotonaponska elija je razliita u odnosu na snagu koju

moe dati realna. Raunski se moe dobiti traenjem ekstrema funkcije (4)

odnosno odreivanjem povrine pravokutnika na slici 7. koji ima maksimalnu

povrinu.


12

Slika 7. Maksimalna snaga idealne i realne FN elije

Maksimalna (vrna) snaga Pm koju FN elija moe dati moe se prikazati i

pomou napona praznog hoda i struje kratkog spoja

GI -. JJHK (9) gdje je:

JJ :L'L:56'M< (10) Faktor punjenja (engl. Fill Factor) definiran je omjerom povrine pravokutnika

Um i Im i povrine drugog sa stranicama UPH i IKS. Faktor punjenja pokazuje koliko

je stvarna elija blizu idealnoj, po karakteristikama, odnosno koliki je utjecaj

serijskog otpora FN elije. Faktor punjenja FF opada linearno s omjerom RS/RK i

RK/RP , gdje je RS serijski, RP paralelni i RK karakteristini otpor FN elije i obino

iznosi 0.7< FF


13

3.5. Djelotvornost fotonaponske elije

Djelotvornost fotonaponske elije definira se kao omjer izmeu maksimalne

snage koju elija moe dati Pm i snage Suneva zraenja koje upada na eliju Pu:

N LO LPQ

:L'LPQ (11)

gdje je E ozraenje povrine, a A povrina fotonaponske elije. Uvrtavajui

izraz za maksimalnu snagu iz (9):

N JJ :RS'7TPQ (12) Djelotvornost fotonaponske elije je vei to je faktor punjenja blii jedinici i to

je vea struja kratkog spoja. Tipine vrijednosti silicijske elije priblino iznose:

FF= 0.82, = 10%. Najvea djelotvornost fotonaponske elije pri odreenom

ozraenju i temperaturi postie se ukoliko je na sunanu eliju spojen optimalni

iznos potroaa.

3.6. Materijali za proizvodnju fotonaponskih elija

Prema tehnologiji izrade fotonaponski moduli mogu se podijeliti u dvije glavne

kategorije:

Moduli temeljeni na ploicama kristala silicija

Moduli izraeni u tankoslojnoj tehnologiji, kao to su tankoslojni silicij,

bakar/indij/galij-selenid/sulfid , amorfni silicij i kadmij-telurid.

Prva komercijalna fotonaponska elija od kristala silicija izraena je 50-ih

godina prolog stoljea, a do danas je tehnologija proizvodnje fotonaponskih

modula temeljena na ploicama od kristala silicija ostala u prednosti u odnosu na

module izraene u tankoslojnoj tehnologiji.

Fotonaponske elije od kristala silicija se izvode u vie morfolokih oblika, kao

monokristalne i polikristalne.

Za proizvodnju monokristalnih Si elija potreban je apsolutno isti poluvodiki

materijal. Monokristalni tapii se izvade iz rastaljenog silicija i reu na tanke


14

ploice. Takav nain izrade omoguuje relativno visoki stupanj iskoristivosti. Ovaj

tip fotonaponske elije proizvodi vie elektrine energije od polikristalnih Si elija.

Proizvodnja polikristalnih Si elija je ekonomski efikasnija u odnosu na

monokristalne. Tekui silicij se ulijeva u blokove koji se zatim reu u ploe.

Tijekom skruivanja materijala stvaraju se kristalne strukture razliitih veliina na

ijim granicama se pojavljuju greke, zbog ega solarna elija ima manju

iskoristivost.

Jedna od tankoslojnih tehnologija koje se sve intenzivnije istrauju je

tehnologija proizvodnje sunanih elija od amorfnog silicija. Proizvodnja je

relativno jednostavna, zasniva se na nanoenju tankog sloja silicija u amorfnom

stanju na podlogu. Debljina sloja iznosi manje od 1 m, stoga su trokovi

proizvodnje manji u skladu sa niskom cijenom materijala. Meutim iskoristivost

amorfnih elija je puno nia u usporedbi s drugim tipovima elija. Detaljniji opis

pojedinih tehnologija izrade fotonaponske elije moe se nai u literaturi [2].

Fotonaponski moduli

15

4. Fotonaponski moduli

Fotonaponske elije proizvode mali napon reda veliine 0.5V, uz gustou struje

oko 20mA/cm2 [6]. Da bi se dobila eljena vrna snaga (npr. 170,175 W i viih

itd.) i dani napon (obino 12 ili 24 V) potrebno je FN elije povezivati serijski,

paralelno ili najee kombinacijom oba naina. Ukupni iznos napona na izlazu iz

modula proporcionalan je broju serijskih spojenih elija, dok je izlazna struja

proporcionalna broju paralelno spojenih elije. Tako spojene FN elije ine FN

modul. Pakiranje FN elija u vee fotonaponske module (panele) provodi se za

osiguravanje dugotrajnije i pouzdanje zatite od atmosferskih i fizikih oteenja

(slika 8.).

elije se laminiraju izmeu slojeva kaljenog stakla i bijelog tedlara koji pruaju

idealnu vodootpornu zatitu. Kaljeno staklo visoko je transparentno i optimalno

hvata direktnu i difuznu svjetlost. Tako izraeni modul postavljaju se u aluminijski

okvir, a time se postie potrebnu robusnost te mogunost praktinog i

jednostavnog postavljanja na eljenu povrinu.

Slika 8. Kapsuliranje fotonaponskih elija

Fotonaponski moduli

16

Za opis izlazne karakteristike fotonaponskog modula moe se upotrijebit model

jedne sunane elije ako se pretpostavi elektrika jednakost svih elije od kojih je

modul sastavljen [2]. Karakteristika modula je funkcija temperature i ozraenja.

Promjena temperature oituje se na U,I-karakteristici kao pomak po strujnoj i

naponskoj osi i promjeni zakrivljenosti koljena krivulje. S porastom temperature

raste i struja kratkog spoja, ali ta je promjena praktiki neznatna u usporedbi sa

promjenom ostalih parametara. Kod porasta temperature dolazi do mnogo veeg

pada napona otvorenog kruga, to za posljedicu daje pad maksimalne snage elije

za oko 0.5% po svakom 1C porasta temperature. Iz toga slijedi zakljuak da FN

moduli za razliku od solarnih kolektora moraju biti montirani tako da se osigura

dobra prozranost, prirodna konvekcija topline zrakom i prirodna ventilacija

vjetrom. Proizvoa fotonaponskih modula obino daje U,I-dijagrame koji

odgovaraju razliitim razinama ozraenja pri normalnoj temperaturi, odnosno

razliitim temperaturama pri normalnom ozraenju, a pomou kojih je mogue

odrediti karakteristine toke (Iks, Uok, Um, Im).

4.1. Premosna dioda

Premosne ili tako zvane bypass diode se koriste kako bi se izbjeglo

pregrijavanje najloije elije u pojedinim modulima, koje bi tijekom sunanog dana

ostala u sjeni i poela bi se ponaati kao dioda sa suprotnim prenaponom, za

razliku od ostalih elija koje bi se dalje ponaale ko generator. Ovaj efekt se

naziva vrua toka na modulu [7]. Takve loe elije ili elije u sjeni bi tada troile

struju koju proizvode ostale elije. Kao rezultat potronje struje, fotonaponske

elije u sjeni bi se grijale do temperature 100C to materijal kuita ne bi mogao

izdrat i moe doi do oteenja cijelog modula.

To posebno predstavlja problem kod veih modula, gdje energija koju bi takva

elija pod visokoj temperaturi trebala predavati okolici u jedinici vremena moe

biti vrlo velika. Premosne diode u takvom sluaju predstavljaju premosnicu koja

ograniava snagu modula i preventivno spreava trajno oteenje modula.

Spajanje fotonaponskih modula u polje i koritenje premosne diode prikazano je

na slici 9.

Fotonaponski moduli

17

Slika 9. Spajanje fotonaponski modula u polje

Prenosne diode se ugrauju u samoj proizvodnji fotonaponskog modula. Osim

prenosnih dioda u autonomnim sustavima koji nisu mreno vezani koriste se i

blok-diode koje spreavaju nono pranjenje akumulatora posredstvom FN

modula.

Vrste fotonaponskih sustava

18

5. Vrste fotonaponskih sustava

Fotonaponski sustavi (FN sustavi) predstavljaju integrirani skup FN modula i

ostalih potrebnih komponenata. Projektiran je tako da prima Sunevu energiju i

izravno je pretvara u konanu elektrinu energiju kojom se osigurava rad

odreenog broja istosmjernih (DC) i/ili izmjeninih (AC) troila, samostalno ili

zajedno s priuvnim izvorom.

U najjednostavnijem sustavu FN sustav napaja samo istosmjerna troila, a ako

se u FN sustav doda izmjenjiva tada takav sustav moe proizvoditi elektrinu

energiju za sva izmjenina troila.

Ovisno o nainu rada, postoje sljedee vrste FN sustava:

1. samostalni (autonomni), za iji rad mrea nije potrebna

2. mreni, spojeni na elektrinu mreu:

o pasivni, kod kojih mrea slui (samo) kao priuvni izvor

o aktivni (interaktivni), kod kojih mrea moe pokrivati manjkove, ali i

preuzimati vikove elektrine energije iz FN modula

3. hibridni, koji su zapravo samostalni povezani s drugim (obnovljivim)

izvorima.

5.1. Samostalni (autonomni) sustav

Samostalni (autonomni) sustavi za svoj rad nemaju potrebu spajanja na

elektrinu mreu. Kod njihove primjene, kad elektrinu energiju treba isporuivati

tijekom noi ili u razdobljima s malim intenzitetom Sunevog zraenja nuan je

akumulator (baterija) koji slui kao spremnik elektrine energije. Tom se sustavu

pored akumulatora mora dodati regulator za kontrolirano punjenje i pranjenje

baterije, a dodavanjem izmjenjivaa (=12 V / ~230 V) autonomni sustavi mogu

zadovoljiti i sve vrste tipinih mrenih potroaa, kojima je potreban izmjenini

napon kao to su perilice, hladnjaci, crpke, motori, televizori, raunala, usisavai,

mali kuni aparati i druga troila. Takvi su sustavi pogodni za osiguravanje

potrebnih koliina elektrine energije za udaljene (izolirane) potroae kao to su

ruralna (izolirana) ili primorska vikend-naselja te za brojne pojedinane objekte


19

razliitih namjena (npr. razne vrste signalizacija i upozorenja, rasvjetu,

telekomunikacijske releje, svjetionike, sustave nadgledanja itd.). Primjer ovog

sustav prikazan je na slici 10.

Slika 10. Samostalni FN sustav za istosmjerna i izmjenina troila

5.2. Hibridni FN sustavi

Hibridni FN sustavi nastaju povezivanjem samostalnih (osobito veih) s drugim

alternativnim (priuvnim) izvorima elektrine energije, kao to su vjetroturbine,

hidrogeneratori, pomoni plinski ili dizelski agregati. U dananje vrijeme

vjetroturbine i fotonaponski sustavi se mogu povezati pomou zajednikog

izmjenjivaa. Takva rjeenja daju veu sigurnost i raspoloivost isporuke

elektrine energije te omoguavaju manje kapacitete akumulatora kao spremnika

elektrine energije. Kod rjeenja koja koriste plinske i dizelske agregate sustavi se

dimenzioniraju tako da se agregati koriste malo sati u godini ime se tedi gorivo,

smanjuju trokovi odravanja i produava vijek trajanja. Primjer hibridnog

fotonaponskog sustava prikazan je na slici 11.


20

Slika 11. Hibridni FN sustav za istosmjerna ili izmjenina troila

5.3. Pasivni i aktivni mreni FN sustav

Pasivni mreni FN sustavi elektrinu mreu koriste samo uvjetno, u razdobljima

kada FN moduli ne mogu proizvesti dovoljne koliine elektrine energije, primjerice

nou kada su istodobno akumulatori elektrine energije prazni (slika 12).

Slika 12. Pasivni mreni FN sustav

Aktivni, odnosno interaktivni mreni FN sustavi mreu koriste interaktivno,

uzimajui je u sluaju veih potreba ili vraajui je u sluaju vikova elektrine

energije proizvedene u FN modulima (slika 13).


21

Slika 13. Aktivni mreni FN sustav

Oba mrena sustava na izlazu iz modula mogu koristiti i istosmjerno-

istosmjerne pretvornike napona kojima se mogu podeavati naponske razine za

potrebe istosmjernih troila koja rade na naponu razliitim od 12V i 24V ili se mogu

podesiti na napon baterije koje rade na veim istosmjernim naponima.

Photovoltaic Geographical Information System

22

6. Photovoltaic Geographical Information System

Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) prua popis solarnih

energetskih resursa i procjenu proizvodnje elektrine energije iz fotonaponskih

sustava temeljen na geografskoj karti u Europi, Africi i jugozapadnoj Aziji. On je

dio SOLAREC (Solar Electricity Action) akcije koja doprinosi implementaciji

obnovljivih izvora energije u Europskoj Uniji kao odrivog i dugoronog izvora

energije [8]. Diljem Europe postoji stotine meteorolokih mjernih postaja gdje se

direktno ili indirektno mjeri solarno zraenje. Vrste podataka spremljenih u PVGIS

bazi podataka za Europski subkontinent sadri tri grupe slojeva rezolucije 1km x

1km :

1. geografski podaci: digitalni model visine, administrativne granice, gradovi

2. prostorno neprekinuti klimatski podaci:

dnevna ozraenost horizontalne plohe

omjer difuznog i globalnog ozraenja

optimalni kut nagiba FN modula za maksimalizaciju iskoritenja energije

3. regionalni prosjeci za izgraena podruja:

godinja suma ozraenosti (horizontalna, vertikalna i optimalno nagnuta

ploha)

godinja suma predviene proizvodnje elektrine energije (horizontalna,

vertikalna i optimalno nagnuta ploha)

optimalni kut nagiba FN modula za maksimalno iskoritenje energije

kroz cijelu godinu

Baza podataka za Mediteranski bazen, Afrika i jugozapadna Azija sadri prve

dvije grupe rasterskih slojeva kao i za Europski subkontinent (navedeno iznad)

rezolucije 2 km x 2 km.


23

6.1. Podaci o intenzitetu sunevog zraenja na podruju Makarske

Podaci o intenzitetu Suneva zraenja potrebni su za proraun proizvodnje

elektrine energije fotonaponskog sustava. Zemljopisna irina i duina

specificiraju lokaciju objekta na kojem se nalazi fotonaponski sustav. Posebice

zemljopisna irina predstavlja vanu varijablu pri solarnim kalkulacijama. Takoer

predstavlja vanu varijablu pri izraunu Sunevog ozraenja povrine postavljene

pod odreenim kutom (FN modula). Makarska se nalazi se na 43 17' 38"

sjeverne zemljopisne irine i na 17 1' 20" istone zemljopisne duine. Podaci o

Sunevom zraenju na podruju Makarske uzeti su iz PVGIS-ove baze podataka.

Tablica 1. Podaci o Sunevom zraenju

Makarska

Zemljopisna irina [N]: 43 17' 38"

Zemljopisna duina [E]: 17 1' 20"

Mjeseci Hh (Wh/m2)

Hopt (Wh/m2)

H(90) (Wh/m2)

Iopt () T24h (C)

Sijeanj 1670 2910 2990 65 7.3

Veljaa 2410 3620 3290 57 8.0

Oiljak 3770 4820 3670 45 10.8

Travanj 5020 5560 3360 30 14.3

Svibanj 6050 6040 2940 18 19.3

Lipanj 6640 6310 2710 12 23.2

Srpanj 7090 6910 3010 15 25.7

Kolovoz 6140 6580 3570 26 25.4

Rujan 4790 5960 4200 41 21.1

Listopad 3140 4580 3960 54 17.7

Studeni 1850 3070 3030 62 12.6

Prosinac 1390 2500 2630 66 8.8

Godinji prosjek

4170 4910 3280 36 16.2


24

Gdje je:

Hh: dnevno Sunevo zraenje na horizontalnu plohu (Wh/m2)

Hopt: dnevno Sunevo zraenje na optimalnu kosu plohu (Wh/m2)

H(90): Sunevo zraenje na plohu 90 (Wh/m2)

Iopt: mjeseni optimalni kut ()

T24h: srednja mjesena temperatura (C).

Zemljopisni poloaj, vremenski uvjeti te blaga mediteranska klima pruaju

optimalne uvjete za koritenje Suneve energije na podruju june Dalmacije, a

grad Makarska spada u sam vrh raspoloivog Sunevog potencijala u Hrvatskoj.

Podaci za grad Makarsku su sljedei:

prosjena godinja insolacija iznosi oko 1.52 MWh/m2 godinje,

prosjean broj Sunanih sati iznosi 2553.

Na osnovi stvarnih i proraunatih podataka moe se zakljuiti da je lokacija

grada Makarske izrazito povoljna za postavljanje fotonaponskog sustava.

Slika 14. Graf mjesenog optimalnog kuta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Makarska



Iopt ()

mjeseci


25

Slika 15. Graf Sunevog zraenja za razliite plohe

Slika 16. Cilindrini Sunev dijagram [7]

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Wh

/m2

mjeseci

Makarska



Hh (Wh/m2)

Hopt (Wh/m2)

H(90) (Wh/m2)


26

Slika 17. Godinja ozraenost na horizontalnu plohu za RH [7]


27

6.2. Procjena proizvodnje elektrine energije

Pomou PVGIS-a izvrit e se procjena proizvodnje elektrine energije za

fotonaponski sustav sa fiksnim kutom, fotonaponski sustav sa jednoosnim

sustavom za praenje prividnog kretanja Sunca i fotonaponski sustav sa

dvoosnim sustavom za praenje prividnog kretanja Sunca koji su spojeni na

mreu. Podaci o intenzitetu Suneva zraenja potrebni su za proraun

proizvodnje elektrine energije fotonaponskog sustava nalaze se u PVGIS-ovoj

bazi podataka. Prema PVGIS podatcima optimalni kut se za podruje RH kree

od 33 na sjeveru do 37 na jugu. Valja imati na umu da se optimalni kut mijenja

tijekom godine zbog prividnog kretanja Sunca. Kod fiksnih instalacija je potrebno

odabrati optimalni kut za maksimalnu godinju energiju ili za maksimalnu energiju

tijekom razdoblja u kojem nam je potrebna vea proizvodnja elektrine energije.

Najbolje je rjeenje je sa dvoosnim praenjem prividnog kretanja Sunca. Time se

moe poveati dobivena energija za 25-40%.

Budui da se radi o istoj lokaciji fotonaponskog sustava u sva tri sluaja, podaci

koji su vezani uz specifinu lokaciju, u ovom sluaju Sunevo zraenje ostaje isto.

Tehniki podaci koji su vezani uz FN sustav (vrsta modula, izmjenjiva) takoer

ostaju isti. Proraun proizvodnje elektrine energije iz fotonaponskog sustava

izvrit e se za podruje grada Makarske. Fotonaponski sustav je snage 9.9750

kW.

Sustav praenja kretanja Sunca (engl. tracking system) je ponuen kao opcija.

U sluaju odabira takovog sustava potrebno je izmeu ponuenih opcija naznaiti

kakvu vrstu praenja Sunevog kretanja elimo koristiti. Kut nagiba PV modula

(engl. slope) je zakrenutost modula naspram horizontale. Moe se osobno upisati

fiksni kut ili odabrati opciju da sam PVGIS postavi optimalni fiksni kut tijekom

cijele godine. Azimut slui kao pokazatelj zakrenutosti PV sustava. Da bi se dobio

maksimum iz PV sustava koji je postavljen pod fiksnim kutom on mora biti

orijentiran prema jugu. Za sjevernu zemljinu polutku azimut je najee 0.

U PVGIS-u gubitci fotonaponskog sustava zbog poviene temperature sa

modulima postavljenim uz sam krov kue iznose 15,2%, a sa modulima

postavljenima na nosivu konstrukciju 10,5% [8]. Razlog tome je zbog vee


28

prozraenosti, a samim tim manji pad maksimalne snage modula. Tu se jo

nalaze gubitci zbog refleksije 2,4% i gubitci izmjenjivaa i kabela od 4%. Iz tri

razliita FN sustav moe se vidjeti razlika u koliini suevog zraenja na FN

modul, a samim tim i razlika u proizvodnji elektrine energije FN sustava.

Ed -Prosjena dnevna proizvodnja elektrine energije iz danog sustava (kWh)

Em- Prosjena mjesena proizvodnja elektrine energije iz danog sustava (kWh)

Hd- Prosjeni dnevni zbroj globalnog zraenja po kvadratnom metru dobivena po

modulima danog sustava (kWh/m2)

Hm- Prosjena suma globalnog zraenja po kvadratnom metru dobivena po

modulima danog sustava (kWh/m2)

Tablica 2. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa fiksnim kutom

Makarska



fotonaponski sustav postavljen fiksno pod kutom od 36

Mjeseci Ed Em Hd Hm

Sijeanj 26.20 813 2.91 90.4

Veljaa 32.10 899 3.62 101

Oujak 41.50 1290 4.82 149

Travanj 46.90 1410 5.56 167

Svibanj 49.70 1540 6.04 187

Lipanj 50.80 1520 6.31 189

Srpanj 55.20 1710 6.91 214

Kolovoz 52.60 1630 6.58 204

Rujan 49.00 1470 5.96 179

Listopad 38.70 1200 4.58 142

Studeni 27.00 811 3.07 92.1

Prosinac 22.50 697 2.50 77.6

Mjeseni prosjek 41.1 1250 4.91 149

Ukupno 15000 1790


29

Tablica 3. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa dvoosnim sustavom za praenje prividnog kretanja Sunca

Makarska



FN sustav sa dvoosnim praenje prividnog kretanja Sunca

Mjeseci Ed Em Hd Hm

Sijeanj 32.70 1010 3.68 114

Veljaa 39.20 1100 4.46 125

Oujak 51.30 1590 5.99 186

Travanj 60.10 1800 7.12 213

Svibanj 64.70 2000 7.85 243

Lipanj 68.90 2070 8.54 256

Srpanj 75.80 2350 9.48 294

Kolovoz 69.30 2150 8.67 269

Rujan 62.70 1880 7.62 229

Listopad 48.20 1500 5.74 178

Studeni 33.30 998 3.81 114

Prosinac 27.90 863 3.14 97.3

Mjeseni prosjek 52.9 1610 6.35 193

Ukupno 19300 2320

Sustav sa jednoosnim praenjem kretanja sunca, izveden je tako da se

horizontalno moe pomicati u 4 razliita poloaja. Zavisno o kojim se mjesecima

radi fotonaponski moduli se postavljaju u jedan od etiri mogua poloaja. U

tablici 1. su dana 4 mogua poloaja pomicanja fotonaponskih modula.


30

Tablica 4. etiri poloaja modula

stupanj Mjeseci Nagib modula ()

I. 6,7 10

II. 5,8 25

III. 3,4,9 40

IV. 10,11,12,1,2 60

Tablica 5. Podaci o proizvodnji elektrine energije za FN sustav sa jednoosnim praenjem, (4 stupnja horizontalnog pomicanja)

Makarska



FN sustav sa jednoosnim praenjem, (horizontalno pomicanja)

Mjeseci Iopt () Ed Em Hd Hm

Sijeanj 60 29.00 900 3.25 101

Veljaa 60 33.70 950 3.82 107

Oujak 40 41.70 1290 4.85 150

Travanj 40 46.70 1410 5.53 166

Svibanj 25 51.30 1590 6.23 193

Lipanj 10 54.50 1640 6.73 202

Srpanj 10 58.30 1810 7.25 225

Kolovoz 25 53.30 1650 6.66 207

Rujan 40 49.20 1480 5.98 179

Listopad 60 40.00 1240 4.75 147

Studeni 60 29.50 890 3.37 101

Prosinac 60 25.20 780 2.82 88

Mjeseni prosjek 42 1302 5.01 155.5

Ukupno 15630 1866


31

Iz dobivenih procjena o proizvodnji elektrine energije iz FN sustava vidi se da

je najvea proizvodnja elektrine energije iz sustav sa dvoosnim praenjem

prividnog kretanja sunca i iznosi 19300kWh, dok kod jednoosnog praenja

kretanja sunca po mjesecima (4 stupnja) procjena o proizvodnji iznosi 15630kWh,

dok sustav sa fiksnim kutom ima najmanju proizvodnju od 15000kWh. Moe se

rei da na podruju grada Makarske za FN sustava, sa modulima postavljenim

pod fiksnim kutom od 36, za instaliranu snagu od 1kW moe se dobiti 1500kWh

godinje.

Slika 18. Prikaz proizvodnje za sva tri poloaja modula

U PVGIS-u se pretpostavlja da moduli rotiraju po vertikalnoj i horizontalnoj osi

u toku dana tako da je kut upada sunevog zraenja optimalan (uz pretpostavku

da se kut nee mijenjati stalnom brzinom tijekom dana).

6.3. Postavljanje fotonaponskih modula

Veina fotonaponski moduli se postavljaju fiksno na nosivu konstrukciju pod

nekim optimalnim kutom, koja je orijentirana prema jugu. Druga opcija

postavljanja modula je sa mogunou rotiranja modula. Fotonaponski sustavi

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

fiksni kut Em

(kWh)

dvoosnon praenje

Em(kWh)

jednoosno praenje

Em(kWh)

Em

(kW

)E

m(k

W)

mjeseci


32

koji mogu rotirati FN module omoguuju im da prate (engl. track) kretanje sunca

na nebu. Na taj nain moemo poveati koliinu suevog zraenja na FN modul, a

time se poveava proizvodnja FN sustava. Ta kretanja mogu biti izvedena na

nekoliko razliitih naina. Ovdje emo pojasniti tri mogua naina:

jednoosna rotacija po vertikalnoj osi: Moduli su montirani tako da rotioraju

po vertikalnoj osi za odreeni kut, (istok-zapad), a raspon kuta se kree od

0 do 90.

jednoosna rotacija po horizontalnoj osi: Moduli su montirani tako da rotiraju

u odnosu na horizontalnu os ( [0-90], sjever-jug).

dvoosna rotacija : Moduli su montirani na sustav koji moe pomicati

module u smjeru istok-zapad i mijenjati kut nagiba modula u odnosu na

horizontalu, tako da e moduli uvijek biti optimalno okrenuti prema suncu.

Montiranje FN modula na konstrukcije koje omoguavaju dvoosno praenje

Sunca tijekom dana moe se dobiti solarni doprinosi i do 140% u odnosu na

fiksnu montau. Jednoosno praenje je puno jednostavnije , ali je doprinos puno

manji i ne prilaze 115%. Manji FN sustavi koji imaju samo nekoliko modula u nizu

mogu postii uinak jednak 95% onog kod dvoosnog praenja Sunca, ako se

samo dva puta (sredinom jutra i sredinom dana) provede korekcija Sunevog

azimuta, uz jedno tromjeseno namjetanje modula prema jugu. Slini uinci se

mogu postii postavljanjem FN modulima smjetenim na okomitim ili priblino

okomitim zidovima i dijelovima krova zgrade, ako se ispred njih postave reflektori

nagnuti pod kutom od oko 5 prema ekvadoru.

Kod postavljanja modula na nosivu konstrukciju pod nekim kutom 0, veoma je

vaan minimalni razmak modula (slika 19.), razlog tome je da prethodni modul ne

pravi sjenu na sljedei.


33

Slika 19. Visina Sunca i minimalni razmak modula

Razmak izmeu modula moe se dobiti pomou sljedee formule.

UIVW X &YZ[\]^[_ + (13)

Gdje je:

a duina modula, kut nagiba modula, - kut upada Sunevog zraenja.

Fotonaponski sustav spojen na mreu

34

7. Fotonaponski sustav spojen na mreu

Postoje razni razlozi spajanje fotonaponskih sustav na distribucijsku mreu.

Neki od glavnih razloga su: ograniavanje emisije CO2 i zatita okolia,

izbjegavanje dodatne izgradnje mrea i velikih proizvodnih jedinica, diversifikacija

izvora elektrine energije, poveavanje kvalitete elektrine energije i raspoloivosti

distribucijske mree, poticanje trinog natjecanja itd. Naravno postoje i loi

utjecaji FN sustava spojenih na distribucijsku mreu, a tu treba spomenuti

poveavanje struje kratkog spoja, naruavanje osjetljivosti zatite u

elektroenergetskoj mrei, utjecaj na kvalitetu elektrine energije, raspoloivost

distribucijske mree, te gubitci u mrei. Naravno, svi ti utjecaji ovise o snazi

distribuiranog izvora (FN sustava), njegovoj potronji na mjestu prikljuka i osobini

pogona, te karakteristikama distribucijske mree na koju se spaja. Povezivanje FN

sustava na mreu predstavlja i nove izazove za mrene operatore koji sada imaju

tokove snage u dva smjera, a ne samo prema potroau kao to su navikli.

Hrvatska je, kao i mnoge druge zemlje, potpisnica Kyoto protokola ime se

obvezala smanjiti emisiju CO2 koji uzrokuje efekt staklenika i dovodi do globalnog

zatopljenja [9]. Nakon to se u Republici Hrvatskoj uveo poticaj u sklopu donesene

zakonske regulative u 2007. godini, te stalnog pada cijene opreme interes za

izgradnjom mrenih FN sustava stalno raste. Integracija FN sustava na

elektrinu mreu pokriva se standardima o sigurnost i kvaliteta napona, o kojima

e biti govora u daljnjem testu. Sigurnost osoblja i zatita opreme najvanija su

pitanja FN sustava.

Fotonaponski sustavi spajaju se preko izmjenjivaa na distribucijsku mreu i

sami proizvode istosmjernu struju koju treba naknadno pretvoriti u izmjenini

napon mrene frekvencije kako bi napajali troila ili radili paralelno s

elektroenergetskom mreom. Karakteristina osobina fotonaponskih sustava je ta

to imaju iznos poetne struje kratkog spoja priblian iznosu nazivne struje

izmjenjivaa, to je dobro u pogledu opasnosti od struje kratkog spoja na mjestu

prikljuka na mreu.


35

FN sustavi mreno povezani rade tako da ih mrea vodi, odnosno odrava

frekvenciju i napon, gdje se u sluaju nestanka mrenog napona prekida rad

izmjenjivaa.

Kod FN sustava na krovu kue osim proizvodne elektrine energije predane u

mreu, postoji i potronja elektrine energije obiteljske kue. Spajanje s mreom

moe se oblikovati na dva naina. U prvom nainu spajanja FN sustava na mreu,

izlazna struja iz sustav slui za snabdijevanje potroaa u kuanstvu, a

proizvedeni viak se mjeri i daje u mreu (slika 20.). Drugi mogui nain spajanja

je taj da se FN sustav nakon izmjenjivaa i mjernog brojila direktno spaja na

mreu, tj sva proizvedena elektrina energija se daje u mreu, a potroa se

napaja preko drugog voda koji ima svoje brojilo (slika 21.). Drugi nain je povoljniji

za potroae obzirom da se proizvodnja iz FN sustava financijski potie, pa se

tako moe vie zaraditi putajui svu elektrinu energiju u mreu.

Slika 20. Putanje u mreu samo suvine energije

Slika 21. Putanje u mreu svu proizvodnu energiju

Odreeni broj fotonaponskih modula zavisno o potrebnoj snazi i raspoloivoj

povrini krova, spajaju se su u seriju i paralelu. Solarni moduli se pomou kablova


36

spajaju sa solarnim izmjenjivaima u razdjelnom ormariu. Razdjelni ormari

opremljen je odvodnicima prenapona i istosmjernim prekidaima. Solarni

izmjenjivai pretvaraju istosmjernu struju solarnih modula u izmjenini napon

reguliranog iznosa i frekvencije, sinkroniziran s naponom mree.

7.1. Smjernice za projektiranje fotonaponskih sustava

Kao to je ve reeno postoji niz fotonaponskih sustava, kao to su:

mali autonomni sustavi za istosmjerna troila

mali autonomni sustavi za istosmjerna troila i izmjenina troila

autonomni sustavi za izmjenina troila

mreno povezani sustavi.

Fotonaponski sustavi vrlo se razlikuju od svih konvencionalnih izvora elektrine

energije, a ponajvie po:

odabiru individualnog i nipoto rutinskoga tehnikog rjeenja

kritinom odabiru veliine fotonaponskog i konvencionalnog sustava, o

emu najvie ovisi ekonominost

vrlo kritinom odabiru opreme koja bez popravka mora odraditi 25g.

vrlo vano kome podvrgnuti izvoenje radova. [7]

Ukupna cijena ulaganja je posebna pria za svaki pojedini fotonaponski sustav.

U ovom radu e se navesti neke smjernice za projektiranje mreno povezanog

fotonaponskog sustava.

7.1.1. Upute za odabir opreme fotonaponskog sustava

Najvaniji dio svakog fotonaponskog sustava su fotonaponski moduli, koji

moraju zadovoljiti odgovarajua tehnika svojstva. To znai da mora postojati sva

potrebna tehnika dokumentacija kojom se dokazuju ispitivanja, funkcionalnost i

godinja proizvodnja po tono odreenim uvjetima.

Kriteriji za odabir opreme su:

poznato podrijetlo opreme

tehnika dokumentacija opreme


37

atesti i tehnika jamstva opreme

upute za upravljanje i montau

ugovor o tehnikim i proizvodnim jamstvima za opremu

odreena cijena, rok i nain plaanja, trajanje jamstva

popis referenci proizvoaa ili njihovog ovlatenog zastupnika

7.2. Tehniki opis fotonaponskog sustava

Na junu stranu krova kue postavljeni su fotonaponski moduli BP 4175S pod

kutom od 36. Fotonaponski moduli spojeni su u tri grupe po 19 modula snage

175W. Moduli u svakoj grupi, njih 19 spojeni su serijski na svaki izmjenjiva

(ukupno tri takva izmjenjivaa) Sunny Boy, Tip SB 4200TL HC, koji tako imaju

ukupnu snagu 19x175 = 3325Wp. To je vrna ulazna snaga za svaki izmjenjiva.

Nazivan snaga svakog izmjenjivaa iznosi 4200 VA. Ukupna snaga fotonaponskog

sustava iznosi 9.9750 kW. Povrina koju zauzimaju moduli iznosi 71.73 m2, dok je

ukupna teina modula 877.8 kg.

Fotonaponski moduli se spajaju kabelima tipa H07RN-F ( EPN-50 ), koji se

potom od niza fotonaponskih modula uvode u razdjelni ormari modula. U

razdjelnom ormariu se dovodi od svake grupe fotonaponskih modula razvode

prema solarnim izmjenjivaima. Razdjelni ormari opremljen je odvodnicima

prenapona i istosmjernim prekidaima.

Sustavno su primijenjene sigurnosne i zatitne mjere u skladu sa svim vaeim

hrvatskim i europskim normama za ovakve sustave. Za zatitu modula koriteni su

istosmjerni prekidai od 20A, te automatski osigurai od 16A i 25A tipa B za

izmjenjiva, kao to je preporueno od samog proizvoaa. Potrebna su dva

obraunska mjerna brojila, jedno za mjerenje proizvodnje elektrine energije iz FN

sustava, te dvotarifno brojilo za tarifnog kupca elektrine energije. Tri interna

brojila koja su: brojilo proizvedene energije, potroene energije i brojilo koje mjeri

viak elektrine energije predane u mreu spojena su na raunalo radi praenja

rada FN sustava.

Pomou PVGIS-a prethodno je procijenjeno da e se ovim FN sustavom

godinje dobiti oko 15000 kWh elektrine energije. Sustav je u paralelnom


38

pogonu s distribucijskom mreom, gdje je proizvedena elektrina energija iz

fotonaponskog sustava napajanje za opskrbu elektrinom energijom troila u kui i

viak predavati u elektrodistribucijsku mreu. Jednopolnu shemu fotonaponskog

sustava prikazuje slika 22.

Detaljni opis karakteristika pojedinih elemenata bit e opisane u daljnjem tekstu.

Druga grupa solarni modula

Trea grupa solarni modula

Prva grupa solarni modula

Mreni izmjenjivaiSMA Sunny BoySB 4200TL HCSnage 4.2kW

kWh

kWh

kWh

interno brojiloproizvedene el.

energije

interno brojiloprimljene el. energije

interno brojilopredane elektrine

energije nakon podmirenja

vlastitih potreba

Kuni prikljuak

kWh kWh kWh

obraunskobrojilo

primljene el. energije

obraunskobrojilo

proizvedene el. energije

Prikljuno sabirniko polje

16A

20A 20A 20A

16A 16A

25A

50A

50A

Kuna elektrina instalacija

Sabirniko spojno polje

3L,N,PE3x230/400V

50Hz

3L,N,PE3x230/400V

50Hz

3L,N,PE3x230/400V

50Hz

Prekida za odvajanje mE

35A

22

2

22

2

2 2 2

4

4

3

4

Slika 22. Jednopolna shema fotonaponskog sustava


39

7.2.1. FN moduli BP 4175S

Osnovni element svakog fotonaponskog sustava su fotonaponski moduli.

Moduli se sastoje od velikog broja fotonaponskih elija koji su povezani u

kombinaciju (serijski i paralelno) da bi se dobio odgovarajui napon odnosno

snaga. Njihove osnovne karakteristike su dugovjenost, visoka uinkovitost, te

velika mehanika i atmosferska otpornost. Najvaniji faktor koji utjee na

proizvodnju elektrine energije svakog solarnog modula je njegova snaga. Snaga

solarnih modula ovisi o starosti modula, te o vremenskim uvjetima. Smanjuje se s

porastom temperature, a poveava snienjem temperature. Prilikom usporedbe

razliitih tipova solarnih modula, vano je usporediti njihove minimalne snage.

Bitan pokazatelj ope kvalitete proizvoaa fotonaponskih solarnih modula,

zasigurno je iznos odstupanja od nazivne snage u ovisnosti o prije spomenutim

faktorima, temperaturi i starosti.

Za realizaciju fotonaponskog sustava uzeti su fotonaponski moduli BP 4175S

snage 175W proizvoaa BP Solar, SAD. Module BP 4175S sainjen od

monokristalnih Si elija s anti-refleksivnom prevlakom. Posjeduje visok stupanj

iskoristivosti (preko 15%) i dugog je ivotnog vijeka sa jamstvom na snagu od 25

godina. Karakteristika ugraenih modula dana je u tablici 6.

Tablica 6. Karakteristike ugraenog modula [10]

Modul BP Solar, SAD BP 4175S

Maksimalna snaga Pmax 175 W Napon pri maksimalnoj snazi Ump 35,4 V Struja pri maksimalnoj snazi Imp 4,9 A Struja kratkog spoja Isc 5,5 A Napon otvorenog kruga Uoc 44,3 V Maksimalni napon sustava 600 V Dimenzije 1593 x 790 x 50 mm Teina 15,4 kg Broj modula 57 kom

U-I karakteristika modula BP 4175S prikazana je na slici 23. Ovisnost snage o

temperaturi ovog tipa solarnih modula iznosi -(0.5 0.05)% /C, ovisnost napona o


40

temperaturi iznosi -(16020)mV/C, dok ovisnost struje o temperaturi iznosi

(0,0650,015)%/ C.

Slika 23. U-I karakteristika solarnog modula BP 4175S

7.2.2. Kabeli za spajanje fotonaponskih modula

Fotonaponski moduli zbog atmosferskih utjecaja, kie, sunevog zraenja i

visoke temperature, meusobno se spajaju kabelima H07RN-F.

Graa kabela H07RN-F (EPN-50) je od finoinog (pokositrenog) vodia s

izolacijom od posebne gumene smjese (EI 1) i platem od kloroprenske gume.

Zahvaljujui izvanrednoj mehanikoj vrstoi H07RN-F kabel idealan je za

upotrebu pri srednjim i tekim mehanikim optereenjima, u suhim i vlanim

uvjetima, u uvjetima sa viih temperatura od standardnih i velikom Sunevom

zraenju, u slobodnom prostoru i pogonima gdje postoji opasnost od eksplozija.

Taj kabel je proizveden koritenjem spojeva koji imaju puno bolje ponaanje nego

standardni kabeli. Ova injenica ini H07RN-F kabel vienamjenski za napona do

1kV.


41

7.2.3. Izmjenjiva

Solarni izmjenjivai pretvaraju istosmjerni napon solarnih modula u izmjenini

napon reguliranog iznosa i frekvencije, sinkroniziran s naponom mree [9].

Izmjenjivai koji se koriste za povezivanje FN sustava s mreom dijele se na

naponske izmjenjivae i strujne izmjenjivae, dok se obzirom na regulaciju

dijele na strujno upravljane (egl. current-controlled inverter) i naponski

regulirane izmjenjivae. Openito se u praksi koristi vie tipova izmjenjivaa

za mreno povezivanje FN sustava, kao to su [6]:

Linijski komutirani izmjenjiva

Samokomutirani izmjenjiva

FN izmjenjiva sa visokofrekventnim transformatorom

Karakteristike mrenih izmjenjiva su:

Vrijeme odziva

Faktor snage

Frekvencijska regulacija

Harmonine karakteristike

Sinkronizacija

Doprinos struji kratkog spoja

Injekcija DC snage

Zatita.

Minimalni zahtjev za ostvarivanje paralelnog rada je taj da zatita izmjenjivaa

proradi (tj. da djeluje na sklopku) i da izolira FN sustav od mree ako se pojavi

odstupanje od napona (prenapon ili podnapon) ili frekvencije (nadfrekvencija ili

podfrekvencija). Granice mogueg odstupanja su tvorniki postavljene ili

programibilne za svaki pojedini izmjenjiva. Zahtjevi za zatitnim funkcijama i

granice podeavanja izmjenjivaa moraju ispunjavati norme EU, o emu e bit

govora kod distribuirane proizvodnje.

Ugraeni izmjenjivai u FN sustav su Sunny Boy, Tip SB 4200TL HC,

proizvoaa SMA iz SR Njemake ije su karakteristike dane u tablici 7.


42

Tabela 7. Karakteristike izmjenjivaa [10]

TEHNIKI PODACI SB 4200

Ulazne veliine Maksimalna PV snaga Ppv Wp Maksimalna DC snaga PDC, max 4400 W Maksimalni DC napon UDC, max 750 V PV napon, MPP-podruje UPV 125-750 V Maksimalna struja IPV. max 11 A DC napon brujanja USS < 10 % Maksimalni broj u nizu (paralelno) 2 DC strana odspajanja utini spoj Prenaponska zatita Da Nadziranje kvara uzemljenja Da Zatita zamjene polova Da Izlazne veliine Maksimalna AC snaga PAC, max 4200 W AC nazivna snaga PAC, nom 4000 W Ukupno harmonijsko izoblienje struje < 4 % Radno podruje, Napon mree UAC 198-260 V Mogue podruje, Napon mree 180-265 V Frekvencija mree fAC 49,8-50,2 Hz Mogua frekvencija mree 45,5-54,5 Hz Fazni pomak cos 1 Otporan na kratki spoj Da Mreni prikljuak utini spoj Stupanj korisnog djelovanja Maksimalni stupanj korisnosti max 96,2 % Europski stupanj korisnosti euro 95,4 % Vlastita potronja Potrebna snaga pri pogonu < 10 W Snaga kod nonog pogona < 0,25 W Vrsta zatite Prema DIN EN 60529 IP65 Temperatura okolia, doputena -25 do +60 C Mehanike veliine Dimenzije 470x460

x225 Mm

Teina 31 Kg


43

Izmjenjivai su od renomiranog proizvoaa i u sebi objedinjuju sve sklopove

potrebne za siguran i pouzdan rad na niskonaponskoj mrei u paralelnom reimu

rada.

Izmjenjiva Tip SB 4200TL HC je opremljen sa:

sustavom za praenje rada mree,

ureajem za automatsku sinkronizaciju postrojenja i mree,

zatitnim ureajem sa mogunou podeavanja u granicama dozvoljenih

odstupanja od nazivnih vrijednosti, (U, f)

sustavom zatite od injektirane istosmjerne struje u mreu,

ureajem za iskljuenje odnosno ukljuenje na mreu, (iskljuenje u

sluaju odstupanja od zadani vrijednosti odnosno ukljuenja kad se ispune

uvjeti).

Izmjenjivaa Tip SB 4200TL HC ima dva ulaza oznaeni sa String A i String

B svaki sa svojim MPP podrujem rada. to znai da se maksimalno moe na

izmjenjiva spojiti dva niza FN modula, koji su prethodno spojeni u seriju. Ulazni

istosmjerni napon ulazi u sustav za praenje optimalne radne toke (MPPT, eng.

Maximum Power Point Tracking), kojim se osigurava da FN moduli u bilo kojim

uvjetima rada, bez obzira na intenzitet Sunevog zraenja ili njegovu radnu

temperaturu, uvijek rade na istom maksimalnom naponu. Istosmjerni napon koji se

dobije spajanjem FN modula za izmjenjiva Tip SB 4200TL HC mora biti izmeu

125-750V, a maksimalna ulazna struja ne smije biti vea od 11A za svaki ulaz,

String A i String B.

Maksimalna izlazna struja izmjenjivaa tipa SB 4200TL HC je 19A, a proizvoa

preporuuje da izmjenjiva mora biti tien osiguraem jakosti 25A tipa B [11].


44

7.3. Zatita od atmosferskih i induciranih prenapona

Da bi se osigurao siguran i neprekidani rad FN sustava kroz njegov ivotni vijek

potrebno je predvidjeti cjelokupnu zatitu od atmosferskih i induciranih prenapona

ve u fazi projektiranja FN sustava i provedbi projekta. Zatita mora biti osigurana

ne samo na izlaznoj strani izmjenjivaa, ve i na izlaznoj strani fotonaponskih

modula. Fotonaponski sustavi su obino instalirani na krovovima kua ili na velikim

zelenim povrinama, to u startu predstavlja veu vjerojatnost od udara groma

(atmosferskih prenapona). Posljedice udara groma na fotonaponske module imat

e posljedice i na ostalu elektrinu opremom, zbog elektrine povezanost izmeu

fotonaponski sustav i elektrine instalacije u kui, to dovodi do financijskih

gubitaka. Nadalje, rizik od financijskog gubitka prilikom udara groma treba uzeti u

obzir pri razmatranju ulaganja u fotonaponske panele.

U skladu s normom EN 62305-2 u oekivane rizike oteenja fotonaponskog

sustava spadaju direktni ili ne direktni udari groma. Zatita fotonaponskih sustava

od atmosferskih i induciranih prenapona mora biti u skladu sa normama Evropske

Unije EN 60364-7-712 (Elektrina instalacija fotonaponskog sustava), EN 61173

(zatita od prenapona nastalih u fotonaponskom sustavu) i grupa standarda EN

62,305 (gromobrani) [12].

Jezgru fotonaponskog sustav ini izmjenjiva, tako da e zatita od groma i od

prenapona biti usmjerena na izmjenjiva, a u isto vrijeme u zatitu od groma i

induciranih prenapona bit e ukljuen cijeli fotonaponski sustav. Ako je udaljenost

izmeu prikljuno sabirnikog polja fotonaponskih modula i izmjenjivaa manja od

25m tada je dovoljno da se samo na jednom mjestu ugradi odvodnik prenapona, a

u protivnom se mora ugraditi na oba mjesta. Na slici 24. je prikazan fotonaponski

sustav sa ugraenim odvodnicima prenapona u neposrednoj blizini izmjenjivaa i

prikljunog sabirnikog polja fotonaponskih modula.


45

Slika 24. Zatita FN sustava uzemljenjem i odvodnicima prenapona

Kod postavljanje fotonaponskih modula na krov kue sa postojeom

gromobranskom instalacijom, oteenje fotonaponskog sustava se minimaliziraju

dozvoljenom udaljenou izmeu fotonaponskih modula i gromobranske

instalacije, kao to prikazuje slika 25.


46

Slika 25. FN sustav na kui sa gromobranskom instalacijom

Udaljenost izmeu fotonaponskih modula i gromobranske instalacije na krovu

treba biti vea od 0.5m. Ako nije mogue ostvariti udaljenost veu od 0.5m, tada je

potrebno fotonaponske module vodljivo spojiti sa gromobranskom instalacijom

koja je spojena sa uzemljenjem. Svrha toga je da struja udara groma ne tee

konstrukcijskim okvirom fotonaponskih modula. Ako konstrukcija fotonaponskih

modula nije vodljivo spojena sa gromobranskom instalacijom ili sama kua nema

gromobransku instalaciju tada je potrebno konstrukciju fotonaponskih modula

direktno spojit sa uzemljenjem. Uzemljenje omoguuje brzo pranjenje naboja u

okolno tlo, a za uzemljenje se primjenjuju duboko zabijene eline ili bakrene

ipke ili ploe.

Izmjenjiva se titi odvodnikom prenapona na DC strani (na slici oznaeno

brojem 1) i odvodnikom prenapona na AC strani (na mjestu oznaenom sa brojem


47

5 ili brojem 3). Odvodnici prenapona na DC strani odabiru se prema naponu

praznog hoda fotonaponskog izvora (cjelokupni spoj modula).

7.4. Kljune norme na podruju fotonaponskih sustava

Nositelji normizacije na podruju fotonaponskih sustava su IEC i IEEE-SA, a

kljune norme na podruju fotonaponskih sustava su:

IEC 61730 Photovoltaic Module Safety

IEC 61215 Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design

qualification and type approval

IEC 61646 Thin-film terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design

qualification and type approval [13].

Norma IEC 61730 opisuje temeljne konstrukcijske zahtjeve za fotonaponske

module. Njihov cilj je osigurati siguran mehaniki i elektrini rad tijekom

predvienog ivotnog vijeka. Normo IEC 61215 i norma IEC 61646 opisuje tip

modula i zajedno sa normom IEC 61730 definira temeljne zahtjeve na konstrukciju

fotonaponskih modula.

IEEE SCC21 je razvio niz normi, smjernica i preporuka u svezi funkcionalnih i

pogonskih zahtjeva za rad fotonaponskih sustava i opreme.

IEEE 1262 Recommended Practice for Qualification of Photovoltaic (PV)

Modules

IEEE 1374 Guide for Terrestrial Photovoltaic Power System Safety

IEEE 928 Recommended Criteria for Terrestrial Photovoltaic Power

System [13].

Trokovi i isplativost fotonaponskog sustava

48

8. Trokovi i isplativost fotonaponskog sustav

8.1. Analiza trokova ulaganja u fotonaponsku opremu

Cijena malih fotonaponskih sustava znaajno je vea od cijene ostalih

konvencionalnih tehnologija koje koriste fosilna goriva. Za velike fotonaponske

sustave potrebne su velike slobodne povrine, pri tome se daje sve vie prednost

malim distribuiranim izvorima, pri emu se koriste sve raspoloive povrine kao to

su proelja, verande i krovovi kua. Pri tome te povrine i dalje zadravaju svoje

glavne funkcije. Istodobno se ostvaruju primjena Suneve energije za proizvodnju

elektrine energije i zatita od prevelikog zagrijavanja unutranjosti tijekom ljetnog

razdoblja. Fotonaponski moduli tada postaju integrirani dio pojedinih graevinskih

elemenata i tada manje utjeu na trokove izgradnje fotonaponskog sustava.

Prednost ovakve distribuirane proizvodnje elektrine energije jest i to to se

elektrina energija proizvodi na mjestu potronje, pa je njena stvarna cijena

jednaka prodajnoj, a ne proizvodnoj cijeni kao u nekom od termoenergetskih

postrojenja. Korisnici mreno povezanog sustava imaju izravnu (mikroekonomsku)

korist koja nastaje na temelju dravnih poticaja, subvencija i naknada za

isporuenu zelenu energiju. Mikroekonomski gledano smanjuje se uvoz

elektrine energije i fosilnih goriva, a postie se i velika ekoloka prednost kroz

stalni trend smanjenja emisije staklenikih plinova.

Trokovi ulaganja u fotonaponsku opremu naelno se mogu podijeliti na:

trokovi ulaganja u fotonaponske module

trokovi ulaganja u izmjenjivae

trokovi ulaganja u regulatore napona i punjenje baterija

trokovi ulaganja u akumulatore

trokovi ulaganja u ostalu opremu

trokovi projektantsko-konzultantskih usluga

trokovi montae opreme.


49

Trokovi autonomnih sustava, takozvanih otonih sustava su dva puta vei od

fotonaponskih sustava prikljuenih na mreu. Razlog je taj to fotonaponski

sustavi spojeni na mreu nisu potrebne neke komponente kao to su

akumulatorske baterije, regulator punjenja i pranjenja, kao ni regulator

istosmjernog napona. Razlog u manjoj investiciji je i u tome to je mreni pretvara

jednostavniji po funkciji i znaajno je manje snage nego kod autonomnih sustava.

Osim manjih poetnih investicija tu se jo smanjuju trokovi pogona i odravanja,

jer nije potrebno mijenjati i odravati akumulatorske baterije.

8.2. Isplativost projekta

Osnovni pokazatelji isplativosti projekta su novani tijek te izvjetaj o neto

financijskim i ekonomskim koristima. Oni sadre projekcije godinjih primitaka

i izdataka za vrijeme vijeka korisnosti projekta. Isplativost projekta se moe dobiti

pomou vie metoda, a neke od njih su:

Metoda razdoblja povrata

Metoda neto (iste) sadanje vrijednosti

Metoda interne stope povrata (IRR).

Za prikaz isplativosti projekta koristit e se metoda razdoblja povrata. Otplatni

period je razdoblje potrebno da se investicijsko ulaganje pokrije oekivanim

pozitivnim gotovinskim tijekovima. Broj godina potrebnih za nadoknadu ulaganja je

jednako poetnom ulaganju kroz godinji novani primitci. - ` ,aaRab (14)

gdje je:

I - investicijski trokovi

Tp - razdoblje povrata

Vt isti novani tok po godinama t

Da bi se projekt usvojio treba se ispunit uvjet da je razdoblje povrata investicije

unutar razdoblja ivotnog vijeka projekta.


50

Karakteristike metode razdoblja povrata su:

ne respektira dinamiku gotovinskih tijekova i vremensku vrijednost novca

tijekom otplatnog perioda

ne respektira iznos ni dinamiku gotovinskih tijekova nakon perioda otplate

ne vodi rauna o troku kapitala projekta

ne vodi rauna o maksimalizaciji bogatstva dioniara

laka je za izraun i daje jasne rezultate

daje odreenu sliku o likvidnosti i rizinosti projekta.

Isplativost svih tehnologija proizvodnje energije, pa tako i fotonaponskih

sustava, odreuju:

prihodi i utede od koritenja sustava

trokovi ulaganja (investicije)

pogonski trokovi

trokovi servisa i odravanja

trokovi raspremanja na zavretku radnog vijeka postrojenja

neizravni (preventivni i sanacijski) trokovi ouvanja okolice.

8.3. Trokovi opreme i radova fotonaponskog sustava

Popis opreme i trokovi projektiranog fotonaponskog sustava 10kW navedeni

su u tablici 8. Trokovi projektantskih, elektromontanih usluga kao i trokovi

prikljunog (istosmjernog) polja fotonaponskih modula i prikljunog (izmjeninog)

polja izmjenjivaa pretpostavljeni su na osnovi slinih projekata mreno

povezanog fotonaponskog sustava na podruju Republike Hrvatske, literatura

[14].


51

Tablica 8. Trokovi materijala fotonaponskog sustava

Redni broj

Materijal Jed. mjere

Koli-ina

Jedinina cijena (kn)

Iznos (kn) Iznos (%)

1. FN moduli

BP 4175S snage 175W Kom 57 7.189,00 409.773,00 77.30

2. Nosai solarnih modula Kom

1

22.000,0

22.000,00

4.15

3. Izmjenjiva

tip SB 4200TL HC

Kom

3

17.617,00

52.851,00

9.97

4. Prikljuno (DC) polje fotonaponskih modula

Kom 1 3.000,00 3.000,00 0.56

5. Prikljuni set kabela za fotonaponske module

Kom 1 4.100,00 5.000,00 0.77

6. Prikljunom (AC) polje izmjenjivaa

Kom 1 3.500,00 3.500,00 0.66

7. Kuni prikljuno mjerni ormari s automatskom galvanskom sklopkom

Kom 1 14.000,00 14.000,00 2.64

8. Elektromontani radovi Kom 1 10.000,00 10.000,00 1.88

9. Projektantski radovi Kom 1 10.000,00 10.000,00 1.88

Ukupni materijal 530.124,00

Tri kljune stavke u ukupnim trokovima izgradnje fotonaponskog sustava su:

fotonaponski moduli s udjelom u trokovima od 77.3 %,

izmjenjiva s udjelom u trokovima od 9.97 %,

konstrukcija s udjelom trokova od 4.15 %.

Ukupni specifini troak odnosno cijena 1 kW instalirane snage fotonaponskog

sustava za ovaj sluaju iznosi 53.012,00 kn/kW.


52

8.4. Naknada za poticanje proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora energije (OIE)

Kljuni imbenici pri analizi isplativosti odnosno raunanja razdoblja povrata su

trend kretanja cijene elektrine energije, iznosa poticaja i poreznih olakica. Prema

uredbi o naknadi za poticanje proizvedene elektrine energije iz obnovljivih izvora

energije i kogeneracije ("Narodne novine", br. 33/2007), koju je donijela Vlada

Republike Hrvatske, od 1. srpnja 2007. godine zapoela je naplata naknade za

poticanje proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i

kogeneracije (skraeno: Naknada za poticanje) od svih kupaca elektrine energije

u Republici Hrvatskoj.

Sredstva Naknade za poticanje koriste se za isplatu poticajne cijene koju

Hrvatski operator trita energije d.o.o. plaa povlatenim proizvoaima za

isporuenu elektrinu energiju sukladno tarifnom sustavu za proizvodnju elektrine

energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije koji je donijela Vlada

Republike Hrvatske ("Narodne novine", br. 33/2007). Pravo na poticajnu cijenu

elektrine energije ima proizvoa koji elektrinu energiju proizvodi iz obnovljivih

izvora energije, u naem sluaju je to iz suneve energije. Poticajna cijena

elektrine energije iz postrojenja koja koriste obnovljive izvore energije dana je u

tablici 9.

Tablica 9. Poticajna cijena elektrine energije

Tip postrojenja za 2007.g.

kn/kWh

za 2008.g.

kn/kWh

za 2009.g.

kn/kWh

Sunana elektrana instalirane snage do ukljuivo 10kW

3,40 3,5972 3,7015

Sunana elektrana instalirane snage do 10kW do ukljuivo 30kW

3,00 3,1740 3,2660

Sunana elektrana instalirane snage vee od 30kW

2,10 2,2218 2,2862


53

8.5. Isplativost fotonaponskog sustava

Isplativost ulaganja u izgradnju fotonaponskog sustava ovisi o mnogo

parametara poput:

veliine, poloaja prema suncu, uinkovitosti, orijentacije,

zraenja sunca,

tarifnih stavki i cijene elektrine energije

poticaja za proizvedenu elektrinu energiju,

kamatnih stopa i poreznih olakica.

Kljuni imbenici pri analizi isplativosti odnosno raunanja razdoblja povrata su

trend kretanja cijene elektrine energije, iznosa poticaja i poreznih olakica.

Podaci potrebni za sagledavanje isplativosti u sluaju projektiranog FN sustav dani

su u daljnjem tekstu. Uz prosjenu godinju proizvodnju od 15000kWh,

pretpostavku da se sva proizvedena elektrina energija preda u mree i uz iznos

poticaja od 3,7015 kn/kWh. Ukupno poetni trokovi fotonaponskog sustava

iznose 530.124,00kn + PDV, a ivotni vijek projekta je 25 godina. Za prikaz

isplativosti projekta (fotonaponski sustav) koristit e se metoda razdoblja povrata,

koja je objanjena u poglavlju 8.3., a ija formula je:

- c,aaR

ab

Gdje je:

Vt = 3,7015 kn/kWh*15000kWh porez na dobit od 20% =44.418,00kn

I = 530.124,00kn + PDV = 646.751,00kn

de -,a fgfhi*jggg*kjClm *gnifopq r *iopq

Projekt fotonaponskog sustava bi se isplatio nakon 15 godina.

Distribuirana proizvodnja

54

9. Distribuirana proizvodnja

Distribuirana proizvodnja elektrine energije (eng. DG distributed generation ili

DP distributed power) je proizvodnja elektrine energije unutar distribucijske

mree blizu mjestu potronje. Sukladno tome je distribuirani izvor svaki onaj koji je

prikljuen na distribucijsku mreu [15].

Prilikom rjeavanja situacije o prikljuenju jedinica distribuirane proizvodnje

(malih elektrana) na distribucijsku mreu, dolazi do izraaja potrebna regulativa u

obliku definiranih zakona, pod-zakonskih akata, normi i propisa. Pritom se javljaju

pitanja rjeavanja tehnikih, pravnih i ekonomskih aspekata prikljuenja takvih

objekata. Norme su potrebne da bi se proizvod mogao tehniki definirati kroz

zahtijevane karakteristike i odreene mjerne veliine.

Za prikljuenje elektrana na distribucijsku mreu potrebni su:

Zakon o prostornom ureenju i gradnji (NN 76/07)

Opi uvjeti za opskrbu elektrinom energijom (NN 14/06)

Mrena pravila elektroenergetskog sustava (NN 36/06)

Pravilnik o naknadi za prikljuenje na elektroenergetsku mreu i za

poveanje prikljune snage (NN 28/06)

HEP-ovi Tehniki uvjeti za prikljuenje malih elektrana na EES (1995).

Svaka mala elektrana za prikljuak na mreu mora zadovoljiti neke minimalne

tehnike uvjete:

odstupanje frekvencije

odstupanje napona

valni oblik napona

nesimetriju napona

pogonsko i zatitno uzemljenje

razinu kratkog spoja

razinu izolacije

zatitu od kvarova i smetnji

faktor snage.

Distribuirana proizvodnja

55

9.1. Prikljuenje fotonaponskog sustava na mreu

Mjesto prikljuka distribuiranog izvora ovisi o vrnoj snazi elektrane.

Fotonaponski sustavi do ukljuivo 30 kW se prikljuuju na niskonaponski vod. Kod

prikljuenja fotonaponskog sustava na mreu nije rije samo o distribuiranoj

proizvodnji, ve i o povlatenom proizvoau kojeg moramo promatrati u poloaju

proizvoaa koji isporuuje elektrinu energiju u mreu i u poloaju kupca koji iz

mree preuzima elektrinu energiju za vlastite potrebe. S tog stajalita treba vidjeti

kakvi e biti tokovi radne i jalove elektrine energije u promatranom trenutku. To

prvenstveno ovisi o tehnikim znaajkama proizvodnog postrojenja (npr. kod

fotonaponskog sustava ima li izmjenjiva ulazni transformator), od pogonskog

stanja proizvodnog postrojenja i nacrta suelja prema mrei. Mjerenja kvalitete

elektrine en

Documents

smjernice za izradu projektne dokumentacije fotonaponskog