Download pdf - EKONOMSKA ANALIZA IZDELAVE SONČNIH MODULOV · 5 EKONOMSKA ANALIZA SONČNIH MODULOV ... bo upoštevana zgolj proizvodnja sončnih modulov, brez stroškov transporta, obdavčitve ter

I

EKONOMSKA ANALIZA IZDELAVE SONČNIH MODULOV

diplomsko delo

Študentka: Nuša Pantaler

Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje Energetika

Mentor: doc. dr. Sebastijan Seme

Somentor: izr. prof. dr. Miralem Hadžiselimovič

Krško, november 2013

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Sebastijanu Semetu za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Posebna zahvala velja moji družini, ki mi je stala ob strani skozi celotni študij.

Hvala tudi vsem sošolcem in profesorskem zboru, ki so me spodbujali v času študija.

IV

EKONOMSKA ANALIZA IZDELAVE SONČNIH MODULOV

Ključne besede: sončni moduli, stroški izdelave, povračilna doba

UDK: 005.52:330.133.1:697.329(043.2)

Povzetek

Diplomska naloga obravnava ekonomsko analizo izdelave sončnih modulov. Izdelava

sončnih modulov predstavlja določen strošek in obremenitev za okolje, kjub temu da

sončni moduli proizvajajo električno energijo na okolju prijazen način. Tako je cilj

diplomske naloge ugotoviti, v kolikšnem času se povrne investicija v sončne module. V ta

namen smo izvedli izračun na podlagi stroškov proizvodnje sončnih modulov ter odkupnih

cen električne energije. Ugotovili smo, da se povračilna doba razlikuje glede na lokacijo

ter inštalirano moč sončne elektrarne. Odvisna je tudi od cene uporabljenih sončnih

modulov. Stroškov transporta, obdavčitve in postavitve sončne elektrarne pri tem nismo

upoštevali.

V

ECONOMIC ANALYSIS OF MANUFACTURING PHOTOVOLTAIC MODULES

Key words: solar modules, manufacturing costs, payback period

UDK: 005.52:330.133.1:697.329(043.2)

Abstract

This thesis deals with economic analysis of manufacturing photovoltaic modules.

Photovoltaic modules production presents a certain expense and load for the environment,

despite the fact that solar modules produce electric energy in an environmentally friendly

way. Therefore the goal of this thesis is to determine solar modules investment payback

period. That is why we performed calculations based on solar modules manufacturing

costs and electric energy purchase prices. To conclude, payback period differs based on

location and installed capacity of solar power plant. It also depends on the price of solar

modules which are used. Transport, taxation and installation costs were not included in

our analysis.

VI

KAZALO VSEBINE

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

2 ENERGIJA SONCA ........................................................................................................................ 3

2.1 SONČNE CELICE .............................................................................................................................. 4

2.1.1 Delovanje sončnih celic ............................................................................................................. 5

2.1.2 Vrste sončnih celic ..................................................................................................................... 7

2.1.2.1 Monokristalne in polikristalne silicijeve sončne celice ................................................................... 7

2.1.2.2 Silicijeve amorfne sončne celice ..................................................................................................... 8

2.2 SONČNI MODULI ........................................................................................................................... 10

2.2.1 Sončni moduli iz kristalnih celic .............................................................................................. 11

2.2.2 Sončni moduli iz amorfnega silicija......................................................................................... 13

3 PROIZVODNJA SONČNIH MODULOV ..................................................................................... 14

3.1 STROŠKI IZDELAVE SONČNIH MODULOV .................................................................................. 17

3.2 RECIKLIRANJE SONČNIH MODULOV ....................................................................................... 18

4 ENERGIJA SONČNEGA SEVANJA ............................................................................................ 21

4.1 LETNI OBSEV V SLOVENIJI ......................................................................................................... 21

4.2 LETNI ENERGIJSKI DONOS IN ODKUPNA CENA ELEKTRIČNE ENERGIJE SONČNIH

MODULOV V SLOVENIJI ....................................................................................................................... 23

5 EKONOMSKA ANALIZA SONČNIH MODULOV ..................................................................... 24

5.1 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO – NOVEMBER 2013 .......................................................... 24

5.2 IZRAČUN ZA MALO SONČNO ELEKTRARNO – NOVEMBER 2013 ........................................................... 26

5.3 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO - DECEMBER 2013 .......................................................... 27

5.4 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO - JANUAR 2013 ................................................................ 28

5.5 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO S HIT SONČNIMI CELICAMI - NOVEMBER 2013 ................. 29

6 SKLEP ............................................................................................................................................ 30

LITERATURA IN VIRI.......................................................................................................................... 31

PRILOGE ................................................................................................................................................ 33

PRILOGA A: ODKUPNE CENE ELEKTRIČNE ENERGIJE V LETU 2013 ZA SONČNE ELEKTRARNE NA STAVBAH IN

OSTALE SONČNE ELEKTRARNE RAZLIČNIH INŠTALIRANIH MOČI [17] ........................................................... 33

VII

PRILOGA B: POVRAČILNE DOBE SONČNIH ELEKTRARN V LETU 2013 ............................................................ 34

PRILOGA C: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA

DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV ............................................................... 35

PRILOGA D : IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA .......................................................... 36

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Sončna celica [3] ................................................................................................... 6

Slika 2.2: Sončne celice, združene v module, ki sestavljajo sončno elektrarno [5] ............ 11

Slika 2.3: Transparentni modul (levo) [6] in fleksibilni modul (desno) [7] ........................ 12

Slika 2.4: Laminiranje sončnega modula z EVA folijo [8] ................................................. 13

Slika 3.1: Tiskanje polprevodniškega materiala (zmesi bakra, indija, galija ter selena) na

aluminijasto folijo [9] .......................................................................................................... 15

Slika 3.2: Cene posameznih postopkov izdelave sončnih modulov za različne tipe celic

[10] ...................................................................................................................................... 16

Slika 4.1: Globalno letno obsevanje na horizontalno površino v Sloveniji [15] ................. 22

IX

KAZALO TABEL

Tabela 3.1: Stroški posameznih postopkov izdelave sončnih modulov za različne tipe celic

............................................................................................................................................. 17

Tabela 4.1: Potencial sončnega obseva za Koper, Ljubljano in Maribor za tipični dan v

mesecu [1]............................................................................................................................ 22

X

UPORABLJENI SIMBOLI

G - sončno sevanje

H - sončno obsevanje

Eld - povprečen letni energijski donos

Pel - inštalirana moč sončne elektrarne

Cod - odkupna cena električne energije

Cpr - stroški proizvodnje sončnih modulov

Csk - skupni stroški proizvodnje sončnih modulov

Elp - letna proizvedena električna energija

Cz - zaslužek od proizvedene električne energije

tp - povračilna doba

XI

UPORABLJENE KRATICE

TCO - Transparent Conducting Oxide

EVA - etil vinil acetat

PUR - poliuretan

PERC - Passivated Emitter and Rear Cell

IBC - Interdigitated Back Contact

HIT - Heterojunction with Intrinsic Thin Layer

NREL - National Renewable Energy Laboratory

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

Živimo v času, kjer so alternativni energetski viri začeli nadomeščati fosilna goriva iz dveh

razlogov. Prvi je poseganje v okolje z izpusti ogljikovega dioksida, ki se kaže v počasnem

a neizbežnem globalnem segrevanju. Drugi, nič manj pomemben, je omejenost fosilnih

goriv, zaradi katere se opazno viša njihova cena. Rešitev obeh težav predstavlja energija

sonca, ki je praktično neomejena in okolju prijazna. Sončni moduli pretvarjajo energijo

sonca v električno energijo brez škodljivih izpustov, v kolikor jih obravnavamo kot že

izdelane naprave. Vprašljiva pa je njihova izdelava. Za izdelavo sončnih modulov je

potrebna energija, ki predstavlja določen strošek in obremenitev za okolje.

V diplomski nalogi bomo ugotavljali, ali je izdelava sončnih modulov upravičena iz

ekonomskega vidika. Zanimalo nas bo torej razmerje med stroški proizvodnje sončnih

modulov in donosom električne energije, ki jo sončni moduli proizvedejo. Rezultat bo

dejanski čas, v katerem sončni moduli 'poplačajo' lastno proizvodnjo. V diplomski nalogi

bo upoštevana zgolj proizvodnja sončnih modulov, brez stroškov transporta, obdavčitve ter

postavitve elektrarne.

Predpostavljamo, da je izdelava sončnih modulov z ekonomskega vidika upravičena in

predvidevamo, da naj bi se stroški proizvodnje sončnega modula povrnili približno v roku

5 let od začetka delovanja fotonapetostnega sistema (sončne elektrarne).

Pri diplomski nalogi bomo uporabili opisno oz. deskriptivno metodo s študijo različne

domače, predvsem pa tuje literature.

V drugem poglavju bomo opisali osnove fotovoltaike. Začeli bomo s podatki o Soncu, ki je

ključen element pridobivanja električne energije v fotonapetostni industriji. Prav tako

bomo opisali najpomembnejše pojme v procesu pretvorbe energije Sonca v električno

energijo. Opisali bomo sončne celice, njihovo zgradbo, postopke izdelave, delovanje ter


2

osnovne vrste celic. Prikazali bomo njihovo povezovanje v večje enote – module, našteli

tipe modulov in podali razlago njihovega delovanja.

Glavni del tretjega poglavja bo predstavitev proizvodnje sončnih modulov iz ekonomskega

vidika. Zanimali nas bodo stroški posameznih postopkov proizvodnje, ki jih bomo povezali

v skupne stroške proizvodnje. Poudarili bomo tudi velik pomen reciklaže sončnih modulov

po izteku njihove življenjske dobe. Ker pa še ni znanih podatkov o stroških, ki jih bodo ti

procesi predstavljali, proces reciklaže ne bo upoštevan v naših izračunih.

Četrto poglavje se bo nanašalo na električno energijo, ki jo sončni moduli proizvedejo.

Definirali bomo letni obsev ter letni energijski donos v Sloveniji. Podali bomo tudi

odkupne cene električne energije v Sloveniji.

V petem poglavju sledi izračun povračilne dobe sončnih modulov na podlagi podatkov iz

prejšnjih dveh poglavij. Na tej točki bomo potrdili ali ovrgli začetno tezo.

Šesto poglavje bo predstavljajo zaključno misel.


3

2 ENERGIJA SONCA

Sonce je kot edina zvezda središče našega sončnega sistema in predstavlja kar 99 %

njegove celotne mase. Nastalo je pred 4,6 milijarde let in je približno na polovici svoje

predvidene življenjske dobe. Vsebuje skoraj vse elemente periodnega sistema v plinastem

agregatnem stanju (okoli sto različnih elementov), pretežno je sestavljeno iz vodika,

približno eno četrtino zajema helij, preostanek pa predstavljajo kovine in drugi elementi.

Sonce sestavljajo sredica, površinski del imenovan fotosfera, kromosfera, ki sestoji iz

ioniziranih plinov, vidna pa je le v času sončnega mrka ter korona, ki predstavlja zunanjo

plast in je sestavljena iz redkega ioniziranega plina. Energija Sonca je ključna za obstoj

življenja na našem planetu. Letno Zemlja prejme kar 4∙1024

J njegove energije, ki nastane z

reakcijami jedrskega zlitja. Te so možne le ob visokih temperaturah, ki v sredici Sonca

znašajo okoli 15∙106 K. Prenos do Zemlje poteka tako, da se energija iz notranjosti Sonca

do njegove površine prenaša s sevanjem s povprečno hitrostjo 10-4

m/s in konvekcijo, ki je

bistveno hitrejša in traja približno 10 dni, nato pa se izseva na spodnjem delu fotosfere in

potuje do Zemlje. Povprečna moč sončnega sevanja (s tujko imenovanega tudi

ekstraterestrično sevanje) na zunanjem robu Zemljine atmosfere se imenuje solarna

konstanta in je določena v standardu ASTM E490, Standard Solar Constant and Zero Air

Mass Solar Spectral Irradiance Tables [1] ter trenutno znaša 1366 W/m2. Merimo jo s

sateliti natančnosti 1:100.

Na tej točki je potrebno opredeliti še pojma sončno sevanje in sončno obsevanje. Sončno

sevanje (G) je gostota moči sevanja, ki jo Zemlja sprejme od Sonca in je podana na enoto

površine (W/m2). Poznamo tri vrste sevanja, ki ga sprejemajo ploskve na Zemlji: direktno

sevanje – sevanje pri jasnem vremenu na ploskve, ki so neposredno izpostavljene soncu,

razpršeno ali difuzno sevanje – razpršeno sevanje celotnega neba ter odbito sevanje –

sevanje, ki se odbija od okolice in pada na izbrano ploskev. Če združimo vse delne

trenutne prispevke zgoraj omenjenih vrst sevanj, dobimo globalno sončno sevanje. Za


4

pretvorbo solarne energije v električno so pomembni predvsem prispevki direktnega

sevanja, zato je pravilna usmerjenost fotonapetostnih modulov ključnega pomena, v

Sloveniji, ki ima velik delež difuznega sevanja, pa predstavlja pomemben delež tudi

slednje.

Sončno obsevanje (H) je vsota vseh delnih prispevkov solarnega sevanja na enoto površine

v določenem časovnem intervalu (Wh/m2 oziroma J/m

2). Tudi tu ločimo tri vrste sevanja:

direktno, difuzno in odbito, obsevanje pa ločimo še glede na časovni interval: urno, dnevno

in mesečno, ter glede na lego ploskev: sončno obsevanje na vodoravne in poljubno

usmerjene ploskve. Globalno sončno obsevanje na vodoravno ploskev je osnova za izračun

energije, ki jo prejme enota površine z določeno lego v prostoru ob povprečnih realnih

pogojih v atmosferi v določenem času. Ta tako imenovani izračun potenciala sončne

energije izvedemo z ustrezno programsko opremo ob poznavanju vrednosti globalnega

sončnega obsevanja, kjer najpogosteje navajamo povprečne vrednosti. Celotno poglavje je

povzeto po [1].

2.1 SONČNE CELICE

Osnove delovanja sončnih celic, ki v splošnem veljajo za vse polprevodniške materiale,

bomo predstavili na modelu kristalne mreže silicijevih atomov. Čistemu siliciju je potrebno

dodajati elemente z enim dodatnim elektronom – donorje, oziroma z elektronom manj kot

jih ima silicij - akceptorje, saj samostojen silicij kot material za sončne celice ali

polprevodniške elemente nima primernih lastnosti. Najpogostejša elementa za primesi sta

fostor P in bor B. Na ta način dobimo polprevodnik tipa P, ki je pozitivno nabit ali

negativno nabiti polprevodnik tipa N, ki se v nahajata tesno drug ob drugem. Na meji med

tipoma P in N teče presežek elektronov iz N-tipa polprevodnika v P-tip, obratno pa poteka

presežek vrzeli. Posledično nastaja električno polje in napetost v zaporni plasti velikosti

0,6 V, ki jo imenujemo zaporna napetost. Ta zaustavi prehajanje elektronov oziroma vrzeli.

Če je dioda polarizirana v prepustni smeri, lahko tok skozi PN-spoj pod vplivom zunanjega

vira napetosti, večje od 0,6 V, teče le v eni smeri. Povzeto po [1].


5

2.1.1 Delovanje sončnih celic

Sončna celica je osnovni element pretvorbe svetlobne energije v električno. Njena sestava

je prikazana na sliki 2.1. Obstaja več vrst sončnih celic, glede na osnovni material za

izdelavo le teh. Najpogostejše so silicijeve sončne celice. Delujejo tako, da energija vpadne

svetlobe na kristalno mrežo polprevodnika ob določenih pogojih lahko izbija elektrone, kar

je vzrok za nastanek dodatnih vrzeli. Koliko elektronov se pri tem izbije oziroma sprosti, je

odvisno od energije svetlobe, torej tudi od njene valovne dolžine. Da dosežemo želeno

delovanje, mora biti vrhnji sloj sončne celice, ki je izpostavljen svetlobi, čim tanjši, da

lahko ta doseže PN-spoj, površina celice mora biti čim večja, svetloba pa se na površini ne

sme odbijati, saj se tako zmanjšuje izkoristek sončne celice. Za preprečitev slednjega, so

celice prevlečene z antirefleksivno plastjo. Kadar svetloba z zadosti veliko energijo v

zaporni plasti PN izbije elektrone, pride do pojava fotoefekta, to je nastanek parov

elektron-vrzel. Pod vplivom električnega polja v zaporni plasti se elektroni pomikajo v

negativni del polprevodnika, vrzeli pa iz zaporne plasti potujejo v nasprotno smer in se

zbirajo v območju pozitivno nabitega dela na zadnji strani celice. Več kot je sproščenih

elektronov in vrzeli iz zaporne plasti, večji je presežek negativnega naboja v N-tipu ter

pozitivnega naboja v P-tipu (vrzeli). Kot posledica tega dogajanja se pojavlja napetost med

priključnima sponkama sončne celice. Če ti sponki kratko sklenemo na sprednji in zadnji

strani, nastane električni tok kratkega stika, ki je za silicijevo celico velikosti približno 35

mA/cm2 pri napetosti 0,55 V. Sončna celica je sicer skoraj idealen tokovni vir in če ne

prekinemo izpostavljenosti celice sončnemu sevanju, ki vpada nanjo, lahko proces

izbijanja elektronov neprekinjeno teče, kljub manjši jakosti, seveda pa je temu sorazmerno

manjši generirani električni tok. Povzeto po [2].


6

Slika 2.1: Sončna celica [3]

Učinkovitost sončnih celic je približno 23% za silicijeve eksperimentalne sončne celice, pri

celicah iz nekaterih drugih materialov pa lahko sega tudi nad 30% (eksperimentalna

vrednost), saj so dovzetne za širši spekter svetlobe, ki ga celica še lahko pretvori v

električno energijo. To je tudi prvi od dejavnikov, ki vplivajo na učinkovitost sončnih

celic, saj energija svetlobe pada z večanjem valovne dolžine svetlobe. Maksimalna valovna

dolžina, pri kateri ima svetloba še dovolj veliko energijo za izbijanje elektronov, je 1,15

μm, za druge materiale pa je lahko višja, kot smo že omenili. Nad zgornjo mejo sevanje

svetlobe povzroča le segrevanje celice, izbijanje elektronov v tem delu več ne poteka.

Drugi pomembni dejavnik, ki vpliva na izkoristek sončnih celic so lastne izgube, ki so

posledica lastne zastrtosti zaradi kontaktne mreže, notranje upornosti v celici ter že

omenjene refleksije sončnega sevanja na površini celice. Povzeto po [2].


7

2.1.2 Vrste sončnih celic

Poznamo veliko različnih tipov sončnih celic, razvijajo pa tudi še nove tipe, da bi dobili

čim bolj ugodno razmerje med ceno in maksimalno močjo ter s tem povezanim

izkoristkom. Za namene naše naloge si bomo podrobneje ogledali silicijeve sončne celice,

ki jih delimo na monokristalne, polikristalne ter amorfne in so najpogosteje uporabljene

sončne celice.

Silicij je drugi najpogostejši element v Zemljini skorji in znaša skoraj tretjino njene celotne

mase. Najpogosteje ga pridobivamo iz peska, kjer je vezan v silicijevem dioksidu (SiO2).

Osnovna surovina za izdelavo čistega silicija je metalurški surovi silicij, ki ga pridobivamo

z redukcijo, odstranjevanjem kisika, pri temperaturi 1800 °C, kjer kot reducent

uporabljamo ogljene elektrode, celotna reakcija pa je sledeča: SiO2 + C → Si + CO2. Kljub

temu, da ima tako pridobljeni metalurški silicij kar 98 – 99 odstotno čistost, ga z raznimi

metodami čistijo toliko časa, dokler ne doseže odstotek čistega silicija v pridobljenem

materialu kar 99,99999999 %. Če torej gostota silicija znaša 5∙1022

atomov/cm3, to

pomeni, da material vsebuje 5∙1013

atomov nečistoč/cm3. Iz čistega silicija nato pridobivajo

monokristalni, polikristalni in amorfni silicij [2].

2.1.2.1 Monokristalne in polikristalne silicijeve sončne celice

Bloke, oziroma s tujko poimenovane ingote, monokristalnega ali polikristalnega silicija z

diamantno žago režejo in obdelujejo v obliko sončnih celic. Tu se izgubi približno polovica

materiala. Rezine položijo med dve planparalelni, nasproti vrteči se kovinski plošči, s

čimer dosežejo, da se obe plati rezine izravnata na tisočinko mm natančno. Sledi jedkanje

do globine nekaj mikrometrov, s čimer se odstranijo morebitne nepravilnosti v strukturi

kristala, ki jih lahko povzroči predhodno obdelovanje, na ta način pa se rezine tudi očistijo.

Začetna rezina silicija je najpogosteje polprevodnik tipa P, debeline 10 – 15 cm, dopirana z

borom, z difuzijo fosforja pa naredimo PN-stik. Pri temperaturi 870 °C difundiramo fosfor

v plinasti obliki P2O5 v rezino iz sprednje strani. Debelina dopiranega sloja narašča s

časom, ki ga silicij prebije v plinastem P2O5: po 15-30 min znaša približno 0,5 μm, kar je


8

tudi potrebna debelina za optimalno delovanje celice. Tako na vrhu rezine silicija nastane

plast polprevodnika tipa N in oksidna plast, obogatena s fosforjem. Tako obdelane rezine

zložijo v kubično obliko, ki ji je z jedkanjem v kisikovi plazmi potrebno odstraniti plast

tipa N na robovih, nato pa z mokrim kemičnim jedkanjem odstranijo še oksidne plasti na

površinah rezin. Zatem izdelajo mrežo iz kontaktov iz srebra in jo s posebnim postopkom

preko maske natisnejo na sprednjo površino ter prav tako na zadnjo (sitotisk), s to razliko,

da zadnja stran vsebuje še 1 % dodanega aluminija. Sledi sintranje potiskane celice pri

temperaturi okoli 700 °C. Celotna mreža zasenči okoli 9 % vpadle svetlobe, pri visoko

zmogljivih sončnih celicah pa je odstotek še manjši zaradi tanjših trakov kontaktov, ki jih

nanašajo z metodo imenovano fotolitografija. Postopek izdelave sončne celice se zaključi z

antirefleksivno plastjo natanko takšne debeline, da je refleksija minimalna, na koncu pa

dodajo še zaščitno plast, ki minimizira mehanske poškodbe. Sledi testiranje pri standardnih

pogojih in razvrstitev celic glede na izmerjeni tok in napetost v točki maksimalne moči.

Povzeto po [2].

Kristalni silicij je lahko v monokristalni ali polikristalni obliki. Zaradi ugodnejše cene je

pogostejša uporaba polikristala. Sicer pa se omenjeni obliki med seboj razlikujeta po

kristalni mreži. Monokristal je urejena kristalna mreža silicijevih atomov s popolno

strukturo, kjer je vsak silicijev atom vezan s štirimi sosednjimi silicijevimi atomi, podobno

kot pri strukturi diamanta. Polikristalni silicij je sestavljen iz več posameznih kristalov

oziroma zrn, ki imajo svoje mreže naključno usmerjene, mejna področja med temi zrni pa

so polna strukturnih in površinskih napak. V njih lahko pride do zastoja transporta med

zrni zaradi nastanka električnega polja. Sicer pa so celice silicija dobro razvite in moduli iz

takšnih celic dosegajo življenjsko dobo tudi nad 20 let in imajo izkoristek v laboratorijih že

nad 25 %. Komercialne sončne celice imajo izkoristek le 15-18 % za monokristalni silicij

in 13-15 % za polikristalni silicij. Povzeto po [2].

2.1.2.2 Silicijeve amorfne sončne celice

Amorfne silicijeve sončne celice so narejene iz silicija z neurejeno strukturo in veliko

napakami, razdalje in koti med posameznimi atomi se na primer lahko precej spreminjajo


9

po materialu, kar je ključnega pomena za električne značilnosti materiala. Amorfni silicij

pridobivamo iz čistega silicija v visokofrekvenčnih pečeh v nepopolnem vakuumu. Znotraj

peči je prisotno električno polje visokih frekvenc, ki omogoča prepihovanje plinov silana

(SiH4) in diborana (B2H6) ali fosfina (PH3), s pomočjo katerih siliciju lahko dodajamo bor

ali fosfor. Amorfni silicij vsebuje tudi nekaj odstotkov vodika, ki zmanjšuje učinke

neurejenosti materiala in omogoča, da ga dopiramo kot polprevodniki tipa P ali tipa N.

Povzeto po [2].

Izkoristek sončne celice izboljšamo z dodatno nedopirano intrizično I-plastjo, ki jo

vstavimo med dopirani plasti amorfnega silicija. V takšni P-I-N diodi se električno polje,

ki nastane preko P-N spoja, raztegne čez celotno I-plast in omogoča boljše ločevanje

elektronov in vrzeli. Postopek izdelave amorfnih sončnih celic je sledeč: kot substrat je

uporabljeno steklo, ki je transparentno, vodoodporno in ima sorazmerno nizko ceno. Tega

temeljito očistijo in nanj nanesejo sprednjo kontaktno plast transparentnega prevodnega

oksida (transparent conducting oxide – TCO). V vakuumu nanašajo plast amorfnega

silicija s P-I-N strukturo pod vplivom visokofrekvenčnega električnega polja. Nato

nanesejo še zadnje kovinske elektrode. Najprimernejši material za elektrode je srebro, ker

ima veliko refleksivnost, da se fotoni, ki uspejo priti skozi celico, odbijejo in s tem

povečajo absorpcijo celice, vendar je zaradi njegove visoke cene pogosteje uporabljen

aluminij. Povzeto po [2].

Za zagotavljanje uspešnega zbiranja svetlobno generiranih elektronov in vrzeli morajo biti

posamezne plasti v amorfnih sončnih celicah čim tanjše, ker pa je večja debelina pogoj, da

celice absorbirajo dovolj sončne svetlobe, jih spojimo v tandemske celice. Te imajo tudi

večji izkoristek, nad 13 %, medtem ko komercialne amorfne silicijeve sončne celice

dosegajo izkoristke med 6 - 8 %. Gostota toka in napetosti neobremenjenih celic so večje

kot pri kristalnih silicijevih sončnih celicah (gostota toka do 15 mA/cm2, napetosti do 0,8

V). Povzeto po [2].


10

2.2 SONČNI MODULI

Po definicij je sončni modul oziroma sončni panel najmanjši, ob okvari še zamenljivi del

sončne elektrarne. Sestavljajo ga nizi električno zaporedno ali vzporedno vezanih enakih

sončnih celic, kjer zaporedna vezava daje želeno napetost modula, število vzporedno

vezanih nizov pa določa tok modula, ki je enak vsoti tokov vzporedno vezanih nizov celic.

Medtem, ko je tok sončnega modula enak za vse celice v nizu, je napetost modula enaka

vsoti napetosti posameznih celic modula.

Posamezna sončna celica generira enosmerni tok napetosti med 0,5 in 0,7 V. Generirana

napetost sončne celice je odvisna od jakosti sončnega sevanja, ki pade na celico. Da bi

lahko s celicami oskrbovali standardne nizkonapetostne porabnike (12 V), povezujemo

celice med seboj v serijo, tako da je zgornji kontakt celice povezan s spodnjim kontaktom

druge celice. Zaradi krhkosti, hkrati pa visoke cene, celicam podaljšamo življenjsko dobo z

vstavljanjem v module.

Module najpogosteje sestavijo iz sloja toplotno in mehansko odpornega stekla in Tedlar

folije. Med njima so sončne celice, zalite v enkapsulacijski snovi, na primer v EVA-etil

vinil acetatu. Ta preprečuje oksidacijo, vdor zračne vlage in zagotavlja odpornost na

ultravijolični (UV) spekter svetlobe. Tako zaščitene celice običajno zatesnijo s strani in

uokvirijo z aluminijem ali drugo kovino. Povzeto po [4].

Ker so celice vezane v nizu in je tok skozi vse celice enak, lahko samo ena slaba celica v

nizu vpliva na lastnosti celotnega modula. Da preprečimo napake, mora biti vsaka celica

testirana, v modul se namreč vgradijo le celice z enakimi karakteristikami. Kasnejše okvare

pa preprečujemo z obvodno diodo, ki skrbi za to, da okvara posameznega niza celic ne bi

vplivala na funkcionalnost modula. Obvodna dioda preprečuje pregrevanje niza celic, ki so

osenčene in imajo zato veliko električno upornost, zaradi česar prihaja do tako imenovanih

vročih točk in do predčasnega poslabšanja delovanja. Povzeto po [1].


11

2.2.1 Sončni moduli iz kristalnih celic

Silicijevi kristalni moduli so sestavljeni iz električno medsebojno povezanih kristalnih

silicijevih sončnih celic, kot prikazuje slika 2.2. Kristalnih sončnih celic je v modulu

običajno 60 ali 72. Seveda pa je število sončnih celic odvisno od želene moči modula.

Module manjših moči sestavlja 36 celic ali manj. Sestavljeni so lahko iz monokristalnih ali

polikristalnih sončnih celic. Tipične moči takšnih komercialnih modulov so od nekaj Wp

pa do 300 Wp. Moduli so zgrajeni tako, da lahko prenesejo temperature v razponu od -40

°C do +95 °C, vendar pa je pri ekstremno visokih temperaturah izkoristek posledično

manjši. Tudi masa sončnih modulov je odvisna od moči. Manjši moduli do 50 Wp tehtajo

le nekaj kilogramov, serijsko dobavljivi moduli z močjo 300 Wp pa tudi do 30 kg, kar je

seveda odvisno od uporabljenih materialov.

Slika 2.2: Sončne celice, združene v module, ki sestavljajo sončno elektrarno [5]

Posebne izvedbe kristalnih modulov so transparentni moduli (slika 2.3 levo), ki prepuščajo

del svetlobe in fleksibilni moduli (slika 2.3 desno), ki jih lahko do neke mere upogibamo.

Pri nekaterih modulih, predvsem manjših, so sončne celice laminirane v teflonu in zato ne


12

potrebujejo dodatnega prosojnega sprednjega sloja, saj teflon zagotavlja zadostno zaščito

sončnih celic oziroma modula. Sloj teflona mora biti karseda tanek za čim boljšo

refleksivnost, odboj prahu in odvod toplote.

Celice lahko enkapsuliramo tudi tako, da jih zalivamo s prosojno smolo, v kombinaciji s

polikarbonatom se pogosto uporabljajo poliuretanske smole (PUR). Ta metoda se

uporablja predvsem pri zvočno izolativnih prosojnih sončnih modulih, namesto prosojne

smole pa se lahko uporabljajo še silikoni, na primer PV-6100 in dvokomponentni Sylgard

184 proizvajalca Dow Corning.

Slika 2.3: Transparentni modul (levo) [6] in fleksibilni modul (desno) [7]

Izkoristek komercialnih sončnih modulov je zaradi vpliva okvirja in drugih elementov na

delovanje nekoliko manjši od izkoristka posamezne sončne celice in znaša od 12-16 %, za

module s kontakti na zadnji strani sončnih celic pa je nekoliko višji. Življenjska doba

modulov z monokristalnimi celicami, ki je nekoliko boljša od polikristalnih modulov, je

nad 25 let s predvidenim doseganjem 90 % nazivnega izkoristka po 20 letih in 80 % po 25

letih delovanja. Moduli s polikristalnimi sončnimi celicami dosegajo 90 % nazivnega

izkoristka po 10 letih in 90 % po 20-25 letih in so temu primerno cenovno ugodnejši.


13

2.2.2 Sončni moduli iz amorfnega silicija

Sončne celice iz amorfnega silicija so na substrat nanesene s posebnimi postopki nanašanja

tankih plasti silicija in nekaterih drugih materialov. Imajo zelo dobre lastnosti tudi ob

slabši osvetljenosti in tudi difuzno sevanje izkoriščajo bolje od kristalnih modulov.

Posebna lastnost novih silicijevih amorfnih modulov je, da jim do določene vrednosti prvih

nekaj mesecev upada učinkovitost, ki se ustali okoli vrednosti 6% do 8 %, odvisno od vrste

modula. Posledica je nekoliko višji izkoristek in izhodna moč, kot je podano v

specifikacijah, saj so tam navedeni podatki ob ustaljenem stanju. Najpogosteje uporabljeni

sončni moduli iz amorfnega silicija so tankoplastni moduli iz dvospojnih celic, ki so

zgrajene iz kombinacije mikrokristalnega in amorfnega sloja. Izdelani so na steklenem

nosilnem materialu in laminirani z EVA-folijo za mehansko stabilizacijo, kot je prikazano

na sliki 2.4. Sprednja stran sončnega modula je iz kaljenega stekla. Njihov izkoristek se

giblje okoli 8,5 %, najvišja napetost je 600 V, delovna temperatura pa med -40 °C in +90

°C. Povzeto po [1]

Slika 2.4: Laminiranje sončnega modula z EVA folijo [8]


14

3 PROIZVODNJA SONČNIH MODULOV

Potek proizvodnje sončnih modulov od pridobivanja materiala za sončne celice, izdelave

sončnih celic ter izgradnje sončnih modulov smo podrobno pregledali že v prejšnjem

poglavju. V tem delu se bomo omejili na konkretne stroške posameznih postopkov v

procesu nastajanja sončnega modula. Zanimala nas bo cena materiala za izdelavo sončnih

celic, torej silicija, v našem primeru je to cena že obdelanega polikristalnega silicija, saj so

stroški obdelave zanemarljivi oziroma so že upoštevani v podatkih. Naslednjo stopnjo

proizvodnje predstavlja obdelava rezin, tudi tu so vsi vmesni stroški zanemarljivi. Manjši

delež skupnim stroškom prispeva metalizacija, to so termični postopki, pri katerih se

kovina tali in razprši na podlago v obliki žice, da se na neprevodnem materialu ustvari

prevodna obloga. Postopek je popolnoma avtomatiziran, kot je razvidno iz slike (3.1).


15

Slika 3.1: Tiskanje polprevodniškega materiala (zmesi bakra, indija, galija ter selena) na aluminijasto folijo

[9]

Raziskali bomo stroške obdelave celic, cene stekla, posebne zaščitne plasti, imenovane

EVA folija ter obdelave spodnje plasti celice in na koncu še obdelave modula.

Vsi omenjeni podatki so zbrani v tabeli 3.1 in sliki 3.2. Podatki se nanašajo na trenutno

stanje, oziroma stroške proizvodnje v letu 2012 za standardno celico in so povzeti iz [10].

Na sliki 3.2 in v tabeli 3.1 je podana še kratkoročna napoved proizvodnih stroškov za

celico tipa PERC (Passivated Emitter and Rear Cell). PERC celica je trenutno edina, iz


16

industrijskega in ekonomičnega vidika upravičena tehnologija sončnih celic z naraščajočo

močjo, ki izpolnjuje zahteve po ravnotežju med stroški proizvodnje (v €/Wp) in

izkoristkom celic. Slednje zagotavlja čim hitrejšo povračilno dobo investicije v sončne

celice. Na sliki 3.2 ter v tabeli 3.1 so podane tudi dolgoročne napovedi za celice tipa

PERC, IBC (interdigitated back contact – celica s kontakti na spodnji plasti) in HIT

(heterojunction with intrinsic thin layer) celico, ki ima večkratni spoj z notranjo tanko

plastjo.

Slika 3.2: Cene posameznih postopkov izdelave sončnih modulov za različne tipe celic [10]

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

standardnacelica 2012

PERC celica -kratkoročno

PERC celica -dolgoročno

IBC celica -dolgoročno

HIT celica -dolgoročno

0,13

0,06 0,01 0,01 0,01

0,15

0,08

0,05 0,04 0,05

0,05

0,04

0,05 0,03

0,07

0,12

0,12

0,16 0,18 0,09

0,17

0,13

0,12 0,1

0,11

0,08

0,07

0,05

0,04 0,04

Str

ošk

i [€

/Wd

c]

Vrste celic

obdelava modula steklo, EVA folija, spodnja plast

obdelava celice metalizacija

obdelava rezine polikristalni silicij


17

3.1 STROŠKI IZDELAVE SONČNIH MODULOV

Tabela 3.1: Stroški posameznih postopkov izdelave sončnih modulov za različne tipe celic

Stroški izdelave sončnih modulov [€]

polikristalni silicij

obdelava rezine

metalizacija obdelava

celice

steklo, EVA

folija, spodnja

plast

obdelava modula

standardna celica 2012 0,13 0,15 0,05 0,12 0,17 0,08 PERC celica - kratkoročno

0,06 0,08 0,04 0,12 0,13 0,07

PERC celica - dolgoročno

0,01 0,05 0,05 0,16 0,12 0,05

IBC celica - dolgoročno 0,01 0,04 0,03 0,18 0,1 0,04

HIT celica - dolgoročno 0,01 0,05 0,07 0,09 0,11 0,04

Po podatkih iz analize NREL (National Renewable Energy Laboratory) – laboratorija za

obnovljive vire energije [10], ki so podani v sliki 3.2 in tabeli 3.1, je v letu 2012 največ

stroškov v procesu proizvodnje sončnih modulov nastalo pri plastenju sončnih celic, kamor

prištevamo enkapsulacijo v EVA foliji, dodajanje plasti toplotno obdelanega stekla ter

dodajanje spodnje plasti. Ti stroški so 0,17 €/Wp, kar predstavlja 24,3 % vseh stroškov

proizvodnje sončnih modulov. Po vrednosti nato sledi obdelava rezin s ceno 0,15 €/Wp,

kar je 21,4 % celotne cene. Nadalje predstavlja silicij 18,6 %, obdelava sončnih celic pa

17,1 % skupne cene. Manjši delež v ceni proizvodnje predstavljata še obdelava modulov in

metalizacija, ki skupaj zavzemata 18,6 % stroškov celotne proizvodnje. V ceno niso

vključeni prevozi, carine, davki.

Iz slike 3.2 ter tabele 3.1 je razviden trend nadaljnjega padanja cene proizvodnje sončnih

modulov predvsem na račun znižanja cene silicija, ki naj bi po napovedih padla za več kot

polovico, dolgoročno gledano, pa naj bi se zmanjšala celo za več kot 100%. Pričakovano je

tudi občutno zmanjšanje stroška obdelave rezin, ki bo posledica novih tehnologij na tem

področju. Rezanje rezin kristalnega silicija s posebnimi postopki se odraža v tanjših

rezinah in minimalni količini odpadnega materiala (kerfless wafering). Običajno pri

rezanju blokov na rezine uporabljamo žično žago in material, ki ga rezilo pri rezanju

odstrani, je odpadni material. Poznamo dva postopka rezanja brez odpadnega materiala.

Prva je tako imenovana metoda vstavi in cepi (implant and cleave), kjer v kristalni silicij


18

vstavimo ione, ki oblikujejo razcepljeno plast, ki se širi po kristalni mreži in omogoča

odstranjevanje zelo tankih rezin silicija. Druga metoda loči rezine silicija s pritiskom med

silicij in predhodno dodan tanek film.

3.2 RECIKLIRANJE SONČNIH MODULOV

Bolj, ko se število sončnih elektrarn pri nas in po svetu povečuje, pogosteje se postavlja

vprašanje, kako ravnati po koncu njihove življenjske dobe. Glavni pomislek se nanaša na

sončne module. Vir [11] pravi: »Sončne elektrarne imajo življenjsko dobo od 25 do 30 let,

kar pomeni, da lahko čez dobrih 15 ali 20 let pričakujemo veliko število modulov, ki se jim

bo iztekla življenjska doba in jih bo treba ustrezno reciklirati. Recikliranje bo prispevalo k

manjši porabi električne energije, ki je potrebna v procesu pridobivanja surovin in

proizvodnje modulov, s tem pa tudi k varovanju okolja.«

Ekološka ozaveščenost je eden glavnih razlogov, da so se v nekaterih podjetjih že odločili

za vključitev v združenje PV Cycle, katerega namen je zbiranje in recikliranje sončnih

modulov, in ureditev zbirnega mesta za odslužene fotonapetostne module, od koder jih

prepeljejo na reciklirno mesto. Fotovoltaična industrija z recikliranjem dotrajanih

komponent namreč zagotavlja trajen in trajnostni razvoj panoge ter utrjuje vlogo sončnih

elektrarn kot vira čiste električne energije. Po [11] je: »zbirno mesto oziroma skladišče za

zdaj še prazno, saj se modulom v naših sončnih elektrarnah še ni iztekla življenjska doba.

Pričakujemo, da bodo posamezniki in podjetja v prihodnjih letih oddajali predvsem

poškodovane module, na primer zaradi toče, odslužene pa, kot že rečeno, lahko

pričakujemo šele čez 15 ali 20 let.«

Način recikliranja je odvisen od tipa modulov. Del razgradnje poteka mehansko, drugi del

pa termično. Kristalne celice, vsaj rezine, bodo po pričakovanjih uporabne tudi po

predvidenem izteku življenjske dobe, saj so v splošnem na vremenske vplive občutljivi le

zgornja in spodnja plošča modula, vgrajeni ostali materiali in električne povezave ter linije.

Čeprav glede recikliranja trenutno še ni potreb, se postopki razgradnje modulov že

razvijajo. Za ponovno uporabo bo celice potrebno s primernimi kemijskimi in toplotnimi


19

postopki ločiti od ostalih materialov. Po primernem čiščenju in opravljenih meritvah bodo

celice lahko ponovno vgradili v module, ali pa bodo mehansko ali kemično z jedkanjem

odstranili površinske plasti in tako pripravili rezine za ponovno procesiranje celic. Plastični

materiali bodo večinoma zgoreli, prednje in zadnje plošče modulov bodo s taljenjem prav

tako uporabili za nove module [12].

Pri tankoplastnih modulih je aktivnega materiala zelo malo, glavna gradnika sta steklo in

plastika. Pri modulih iz amorfnega silicija bodo po odstranitvi kontaktnih povezav amorfni

silicij s steklene površine odžgali in nato nanesli nove plasti. [13]

»Sončna energija v javnosti velja kot zelo čista, a treba je upoštevati tudi okoljske stroške,

ki nastanejo pri njeni proizvodnji in razgradnji. Gre namreč za zelo umazane procese,« kot

navaja vir v [12]. »Metalurški silicij iz elektropeči je treba očistiti, pri čemer gre za

postopke kloriranja in čiščenja v vodikovi atmosferi. Stranski produkti so klorovodikova

kislina in plini, ki vsebujejo silicij, denimo silane. Pri čiščenju silicija nastajajo strupi, zato

težko govorimo o čisti tehnologiji. Umazan je tudi postopek reciklaže, ki je nujen že zaradi

pomanjkanja surovin. Reciklažo sestavljata zgorevanje folij in kemična obdelava površine

celice. Pri tem nastajajo strupeni plini in odpadna voda, ki jih je prav tako nujno čistiti.

Stroški reciklaže so precej visoki in o njih se govori zelo malo, poleg tega niso upoštevani

v izračunih cene električne energije iz sončnih celic.«

Ena izmed prednosti sončnih celic je, da ne potrebujejo vzdrževanja. Sicer pa se sončne

celice iz ekonomskega vidika, če odštejemo državne subvencije po mnenju [12]: »ne

splačajo. Najprej se pojavi vprašanje, kdaj se povrne vsa energija, vložena v njihovo

izdelavo. Ob sedanji tehnologiji je odgovor: v enem do dveh letih. Drugo vprašanje je,

kolikšna je proizvodnja energije v celotni dobi uporabnosti sončne celice. Zdaj je

proizvede od 30- do 60-krat toliko, kolikor energije je bilo porabljene za njeno

proizvodnjo, vendar pa tržna cena energije, proizvedene v dobi uporabnosti sončne celice,

še zdaleč ne pokrije stroškov izdelave sončne celice in njihovega združevanja v modul.«

To pa naj bi se v prihodnosti spremenilo: »V 10 do 20 letih naj bi cena sončne energije že

postala konkurenčna vršni ceni energije med 12. in 13. uro, ko so potrebe največje. V 30


20

do 40 letih pa naj bi postala konkurenčna preostalim virom energije. Razlog je predvsem v

množični proizvodnji [12].«


21

4 ENERGIJA SONČNEGA SEVANJA

Analiza lokacije in ovrednotenje energijskega donosa sta pomembna dela načrtovanja

sončnih elektrarn (fotonapetostnih sistemov), saj lahko slaba lokacija in površni izračuni

energijskega donosa močno zmanjšajo učinkovitost delovanja sončne elektrarne in

posledično podaljšajo vračilno dobo investicije. Zato je ključna natančna analiza senčenja

modulov, potrebno je določiti letni obsev, naklon modulov ter letni energijski donos

oziroma proizvedeno električno energijo.

4.1 LETNI OBSEV V SLOVENIJI

Po podatkih iz vira [14] je: »Povprečno letno sončno obsevanje na kvadratni meter

horizontalne površine v Sloveniji večje od 1000 kWh/m2. Desetletno merjeno povprečje

(1993 - 2003) letnega globalnega obsevanja je med 1053 in 1389 kWh/m2 (slika 4.1), pri

čemer polovica Slovenije prejme med 1153 in 1261 kWh/m2. Povprečno obsevanje

poljubne nesenčene lokacije v Sloveniji ne odstopa veliko od državnega povprečja, kljub

temu pa lahko Slovenijo razdelimo na posamezna področja. V osrednji Sloveniji znaša

povprečno sončno obsevanje na horizontalno površino okoli 1195 kWh/m2, v

severovzhodni Sloveniji in severni Dolenjski okoli 1236 kWh/m2, na Primorskem in

Goriškem pa presega vrednost 1300 kWh/m2. Večje vrednosti obsevanja (preko 1250

kWh/m2) lahko opazimo tudi v Posavskem hribovju in na Kozjanskem.«


22

Slika 4.1: Globalno letno obsevanje na horizontalno površino v Sloveniji [15]

V nadaljevanju so v tabeli 4.1 podane posodobljene vrednosti (iz leta 2011) potenciala

sončnega sevanja na vodoravno ploskev ali tako imenovani letni obsevi za tri kraje v

Sloveniji. Vrednosti so podane v Wh/m2dan.

Tabela 4.1: Potencial sončnega obseva za Koper, Ljubljano in Maribor za tipični dan v mesecu [1]

Koper

Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec

1130 1920 2930 4140 5230 5800 5790 5160 3980 2530 1280 940

Letno povprečje: 3400 Wh/m2dan

Ljubljana


830 1590 2600 3760 4940 5310 5290 4500 3300 1950 920 600


Maribor


980 1680 2680 3750 4820 5160 5100 4430 3430 2220 1120 750



23

V tabeli 4.1 so podani tipični dnevni obsevi na ploskev površine 1 m2 za vsak mesec v letu,

sicer pa celotni letni obsev v Sloveniji po [16] znaša od 1047 – 1311 kWh/m2 ter povprečni

letni obsev 1177kWh/m2.

4.2 LETNI ENERGIJSKI DONOS IN ODKUPNA CENA ELEKTRIČNE ENERGIJE

SONČNIH MODULOV V SLOVENIJI

Letni energijski donos nam pove, koliko Wh proizvedemo iz inštaliranega Wp moči pri

povprečnem letnem sončnem obsevu. Osnovna enota je Wh/Wp, kjer Wp (watt peak)

predstavlja enoto inštalirane moči sončnega modula pri standardnih testnih pogojih. Avtor

v [16] navaja vrednost, ki v Sloveniji znaša povprečno 1055 kWh/kWp. Sicer je letni

energijski donos v Sloveniji od 950 kWh/kWp za slabše lege do 1150 kWh/kWp za odlične

lege.

V tabeli v prilogi A so podane vrednosti odkupnih cen električne energije za vsak mesec v

letu 2013 za mikro, male, srednje in velike sončne elektrarne. Na podlagi teh podatkov

bomo v naslednjem poglavju izvedli izračun povračilne dobe in ugotovili, ali je iz

ekonomskega vidika proizvodnja sončnih modulov upravičena glede na dobiček od

proizvedene električne energije sončnih modulov.


24

5 EKONOMSKA ANALIZA SONČNIH MODULOV

Ekonomsko analizo proizvodnje sončnih modulov bomo opravili na podlagi izračuna

povračilne dobe, to je razmerje med stroški proizvodnje sončnih modulov ter zaslužkom, ki

ga sončni moduli ustvarijo s proizvedeno električno energijo. Če bo rezultat izračuna

povračilna doba, ki je krajša od življenjske dobe sončnega modula, potem so naša

predvidevanja pravilna in proizvodnja sončnih modulov je upravičena.

Podan imamo torej povprečen letni energijski donos (Eld) v Sloveniji, ki znaša 1055

kWh/kWp. Ker poznamo odkupne cene električne energije proizvedene iz sončnih

elektrarn v Sloveniji, lahko izračunamo donos od proizvedene električne energije.

V nadaljevanju so predstavljeni izračuni za mikro in malo sončno elektrarno ob

upoštevanju odkupne cene električne energije za tekoči mesec november 2013. Za

primerjavo smo naredili izračun za mikro sončno elektrarno še za mesec januar ter

december 2013. Izračun smo izvedli tudi za primer uporabe predvidoma cenejših sončnih

modulov v mikro sončni elektrarni, z upoštevanjem odkupnih cen v tekočem mescu.

5.1 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO – NOVEMBER 2013

Predpostavimo, da je inštalirana moč mikro sončne elektrarne Pel = 40kW ter da se

elektrarna nahaja na strehi stavbe. Iz tabele v prilogi C odčitamo podatek o odkupni ceni

(Cod) električne energije za tekoči mesec, torej za november 2013. Odkupna cena za mesec

november 2013 znaša 120,12 €/MWh.

Ob predpostavki, da so v sončni elektrarni uporabljene standardne celice, iz slike 3.2

odčitamo podatek o stroških proizvodnje sončnih modulov (Cpr). Ker novejši podatki niso


25

na voljo in so podane le napovedi za prihodnost, vzamemo podatek o ceni izdelave celic iz

slike 3.2 iz preteklega leta 2012.

Skupni stroški (Csk) proizvodnje sončnih modulov so definirani s (5.1), kjer sta strošek

proizvodnje Cpr=0,70 €/W in inštalirana moč sončne elektrarne Pel=40 kW podana:

(5.1)

Glede na (5.1) določimo skupne stroške proizvodnje sončnih modulov Csk:

Po (5.2) nato ob podanem letnem energijskem donosu Eld=1055 kWh/kW izračunamo letno

proizvedeno električno energijo (Elp) za elektrarno inštalirane moči Pel=40 kW:

(5.2)

Če upoštevamo odkupno ceno električne energije Cod=120,12 €/MWh in proizvedeno

električno energijo Elp=42,2 MWh, določimo dobiček (Cz) v enem letu po (5.3):

(5.3)

Čas (tp), v katerem se stroški izdelave povrnejo določimo s (5.4). Upoštevati je potrebno

izračunane skupne stroške Csk=28000 € izdelave sončnih modulov ter letni zaslužek

Cz=5069,1 € od prodaje električne energije, ki jo proizvede inštalirana sončna elektrarna:


26

(5.4)

Iz izračuna je razvidno, da je povračilna približno pet let, kot smo predvidevali. V izračuni

smo upoštevali samo stroške modulov. Stroški prevoza, obdavčitve in investicije v sončno

elektrarno niso zajeti v izračunu.

5.2 IZRAČUN ZA MALO SONČNO ELEKTRARNO – NOVEMBER 2013

Sedaj bomo podoben izračun naredili še za malo sončno elektrarno na strehi stavbe. Izbrali

bomo inštalirano moč Pel = 0,50 MW ter podatek o stroških proizvodnje standardne celice

iz slike 3.2. Cpr=0,70 €/W. Skupni stroški proizvodnje (Csk) po (5.1) znašajo:

Električno energijo (Elp), ki jo letno proizvede sončna elektrarna inštalirane moči

Pel=0,50MW=500kW izračunamo po (5.2) ob podanem letnem energijskem donosu

Eld=1055 kWh/kW :

Dobiček (Cz) iz proizvedene električne energije v enem letu Elp=527500 kWh ob

upoštevanju ustrezne odkupne cene iz tabele v prilogi A (podatek za malo elektrarno na

strehi stavbe za tekoči mesec – november 2013) Cod=109,86 €/MWh po (5.3) znaša:


27

Dobiček od letne proizvedene električne energije je Cz=57951,2 €, skupni stroški izdelave

sončnih modulov pa Csk=350000 €. S (5.4) izračunamo še čas (tp), v katerem se stroški

proizvodnje sončnih modulov povrnejo:

Rezultat je nekoliko daljša povračilna doba kot pri elektrarni manjše inštalirane moči,

zaradi nižje odkupne cene elektrike. Glede na ta izračun lahko sklepamo, da bo tako tudi

pri elektrarni inštalirane moči nad 1MW, podobno pa se povračilna doba podaljša tudi za

ostale elektrarne, ki so postavljene ločeno od stavbe, saj je tudi tu odkupna cena

proizvedene električne energije nižja.

5.3 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO - DECEMBER 2013

Za primerjavo bomo opravili še analizo za napovedano odkupno ceno električne energije,

ki jo proizvede sončna elektrarna, za december 2013. Odkupna cena naj bi takrat za

elektrarno inštalirane moči Pel = 40 kW na strehi stavbe padla na Cod =117,72 €/MWh.

Skupne stroške proizvodnje sončnih modulov Csk = 28000 € in letno proizvedeno

električno energijo Elp = 42,2 MW za ta primer smo že izračunali v podpoglavju 5.1.

Zaslužek (Cz) iz proizvedene električne energije po (5.3) v enem letu znaša:

Čas (tp), v katerem se stroški proizvodnje sončnih modulov povrnejo, je po (5.4) ob

upoštevanju skupne cene izdelave sončnih modulov Csk=28000 € in dobička od

proizvedene električne energije Cz=4967,8 € na leto :


28

Rezultat je zopet daljša povračilna doba kot v prvem izračunu, kjer so upoštevane nekoliko

višje odkupne cene električne energije.

5.4 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO - JANUAR 2013

Izračunajmo povračilno dobo za januar 2013, ko je bila odkupna cena električne energije

sončnih modulov najvišja v letu 2013. Po podatkih iz tabele v prilogi A je znašala Cod=147

€/MWh ob predpostavki, da gre za mikro sončno elektrarno, inštalirano na stavbi. Skupne

stroške proizvodnje Csk = 28000 € in letno proizvedeno energijo Elp = 42,2 MW za ta

primer že poznamo (podpoglavje 5.1). Zaslužek (Cz) iz proizvedene energije pa po (5.3) v

enem letu znaša:

Povračilna doba (tp) je ob upoštevanju enačbe (5.4) in podatkov za dobiček iz letne

proizvedene električne energije Cz=6203,4 € ter skupne stroške proizvodnje sončnih

modulov Csk=28000 €:

Izračunana povračilna doba investicije v sončne elektrarne znaša približno 4,5 let in je

najkrajša zaradi odkupne cene električne energije, ki je bila v začetku leta 2013 najvišja.

Kot je razvidno iz izračunov v prilogi B, je odkupna cena električne energije padala z

vsakim mesecem v letu 2013.


29

5.5 IZRAČUN ZA MIKRO SONČNO ELEKTRARNO S HIT SONČNIMI CELICAMI

- NOVEMBER 2013

Poglejmo še dolgoročno napoved občutno znižanih proizvodnih stroškov HIT sončne

celice ob predpostavki, da ostane odkupna cena električne energije sončnih modulov enaka

trenutni, to je Cod=120,12 €/MhW. Ceno proizvodnje, oziroma dolgoročno napoved za

stroške proizvodnje sončnih celic HIT, odčitamo iz slike 3.2 in je Cpr=0,37 €/W. Skupni

stroški proizvodnje (Csk) sončnih modulov za mikro sončno elektrarno inštalirane moči

Pel=40 kW po (5.1) znašajo:

Letna proizvedena električna energija (Elp) za sončno elektrarno inštalirane moči Pel=40

kW je Elp=42200 kWh (podatek iz podpoglavja 5.1).

Zaslužek iz proizvedene električne energije v enem letu Cz=5069,1 € (podatek iz

podpoglavja 5.1). Skupni stroški proizvodnje sončnih modulov so Csk=14800 €. Čas, v

katerem se stroški proizvodnje sončnih modulov povrnejo (tp) pa se zmanjša na:

Rezultat je primerljivo krajša povračilna doba kot pri ceni standardnih sončnih modulov iz

leta 2012. Glede na to, da je izračun opravljen na podlagi napovedi za prihodnost, ne

moremo z gotovostjo trditi, da bomo tako kratko povračilno dobo v resnici dosegli.

Opravili smo torej izračune časa, v katerem se stroški proizvodnje sončnih modulov

povrnejo za različne vrste postavitev in inštalirane moči sončnih elektrarn za vsak mesec v

letu 2013. Omenjeni podatki so podrobneje zbrani v prilogi B.

Iz zbranih rezultatov je razvidno, da se hitreje povrne investicija v sončne elektrarne, ki so

inštalirane na stavbah. Najkrajšo povračilno dobo imajo mikro sončne elektrarne, najdaljšo

pa velike sončne elektrarne, ki niso inštalirane na stavbah.


30

6 SKLEP

Rezultati analize proizvodnje sončnih modulov kažejo, da je bila naša teza pravilna.

Proizvodnja sončnih modulov je upravičena iz ekonomskega vidika. Podatki v prejšnjem

poglavju kažejo, da je trenutna povračilna doba sončnih modulov inštalirane moči do 50

kW, ki so postavljeni na strehah stavb, enaka našim predvidevanjem, torej se giblje okoli 5

let. Nekoliko daljši povračilni čas ima mala sončna elektrarna in sicer zaradi nižje odkupne

cene električne energije. Enako velja za ostale sončne elektrarne, ki niso inštalirane v

sklopu stavbe. Odkupna cena električne energije takšnih sončnih elektrarn je nekoliko nižja

za elektrarne vseh inštaliranih moči, kar se ponovno odraža v daljšem povračilnem času.

Pri tem je potrebno poudariti, da smo upoštevali samo stroške sončnih modulov brez

transporta, obdavčitve in postavitve sončne elektrarne.

V prejšnjih obdobjih je bil ta čas sicer še krajši zaradi višjih odkupnih cen električne

energije. V prihodnje pa zaradi stalno padajočih odkupnih cen električne energije lahko

pričakujemo, da se bo povračilna doba investicije še podaljšala, čeprav se stroški

proizvodnje sončnih modulov na drugi strani zmanjšujejo. To je razvidno iz izračuna, ki

upošteva napovedano ceno sončnih celic tipa HIT. Razvoj novih tehnologij v postopkih

izdelave sončnih modulov naj bi občutno znižal stroške posameznih procesov izdelave

modulov.

V diplomski nalogi smo izpostavili tudi problem reciklaže sončnih modulov po izteku

njihove uporabne dobe. Reciklaža sicer še ni aktualen problem, zato tudi niso znani sami

stroški recikliranja. Vendar pa bi bilo postopke reciklaže potrebno upoštevati v ekonomski

analizi, saj so postopki ustrezne predelave zahtevni. To s seboj prinese tudi dodatne

stroške, ki bi močno vplivali na naše rezultate.


31

LITERATURA IN VIRI

[1] Lenardič, D. Fotonapetostni sistemi: Gradniki, načrtovanje, namestitev in vzdrževanje,

2. izdaja. Ljubljana: Agencija Poti, 2012

[2] Andrejašič, M. Fotocelice: Izbrana poglavja iz uporabne fizike, Ljubljana: Fakulteta za

matematiko in fiziko, Oddelek za fiziko, 2007. Dostopno na: http://www-

f1.ijs.si/~ziherl/fotocelice.pdf [7.8.2013]

[3] http://www.ee.fs.uni-lj.si/diploma1/slika%20delovanja%20sc.jpg [20.9.2013]

[4] Rižnik, K. Analiza sončnih modulov: Diplomsko delo. Maribor: Fakulteta za

elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2010. Dostopno na: http://dkum.uni-

mb.si/IzpisGradiva.php?id=16094 [8.8.2013]

[5] http://www.elektra.si/uploads/podobe/iStock_000009854405Medium.jpg [20.9.2013]

[6] http://www.tehnosol.si/sites/default/files/transparentni_net.png [20.9.2013]

[7] http://www.globalsolar.com/images/uploads/6Mstring.jpg [20.9.2013]

[8] http://img.rtvslo.si/_up/upload/2009/10/24/64634113_9_show.jpg [20.9.2013]

[9] http://www.technologyreview.com/sites/default/files/legacy/nanosolar_x600.jpg

[20.9.2013]

[10] Goodrich, A., Woodhouse, M., James, T., CESA Member Webinar: Solar PV

Manufacturing Costs, NREL, Junij 2012. Dostopno na:

http://www-f1.ijs.si/~ziherl/fotocelice.pdf

http://www-f1.ijs.si/~ziherl/fotocelice.pdf

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=16094

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=16094

http://www.tehnosol.si/sites/default/files/transparentni_net.png

http://www.technologyreview.com/sites/default/files/legacy/nanosolar_x600.jpg


32

http://www.cleanenergystates.org/assets/Uploads/Solar-PV-Manufacturing-Combined-

Presentations.pdf [22.8.2013]

[11] Primc, B., Življenjski cikel PV modulov, Delo in dom, maj 2011. Dostopno na:

http://www.deloindom.si/zivljenjski-cikel-pv-modulov [5.9.2013]

[12] Hafner, A., Sončna energija ni tako čista, kot se zdi, Finance, Priloga Okolje in

energija, september 2008. Dostopno na: http://www.finance.si/227059/Son%C4%8Dna-

energija-ni-tako-%C4%8Dista-kot-se-zdi?cookietime=1375859625 [16.8.2013]

[13] Solar invest, Sončne elektrarne. Dostopno na: http://www.solar-

invest.si/pv_elektrarne.html [2.8.2013]

[14] LPVO, Slovenski portal za fotovoltaiko. Dostopno na: http://pv.fe.uni-

lj.si/ObsSLO.aspx [31.8.2013]

[15] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eu_cmsaf_opt/G_opt_SI.png [20.9.2013]

[16] Elektro Maribor, Obnovljivi viri - Najpogostejša vprašanja z odgovori. Dostopno na:

http://www.elektro-maribor.si/index.php/obnovljivi-viri/61-najpogostejsa-vprasanja-z-

odgovori [8.8.2013]

[17] Borzen, Organizator trga z električno energijo d. o. o., Določanje višine podpor

električni energiji proizvedeni iz OVE in SPTE in višine podpor v letu 2013. Ljubljana,

januar 2013. Dostopno na:

http://www.borzen.si/si/cp/Shared%20Documents/Podpore_slo.pdf [5.9.2013]

http://www.cleanenergystates.org/assets/Uploads/Solar-PV-Manufacturing-Combined-Presentations.pdf

http://www.cleanenergystates.org/assets/Uploads/Solar-PV-Manufacturing-Combined-Presentations.pdf

http://www.deloindom.si/zivljenjski-cikel-pv-modulov

http://www.finance.si/227059/Son%C4%8Dna-energija-ni-tako-%C4%8Dista-kot-se-zdi?cookietime=1375859625

http://www.finance.si/227059/Son%C4%8Dna-energija-ni-tako-%C4%8Dista-kot-se-zdi?cookietime=1375859625

http://www.solar-invest.si/pv_elektrarne.html

http://www.solar-invest.si/pv_elektrarne.html

http://pv.fe.uni-lj.si/ObsSLO.aspx

http://pv.fe.uni-lj.si/ObsSLO.aspx

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eu_cmsaf_opt/G_opt_SI.png

http://www.elektro-maribor.si/index.php/obnovljivi-viri/61-najpogostejsa-vprasanja-z-odgovori

http://www.elektro-maribor.si/index.php/obnovljivi-viri/61-najpogostejsa-vprasanja-z-odgovori


33

PRILOGE

PRILOGA A: ODKUPNE CENE ELEKTRIČNE ENERGIJE V LETU 2013 ZA SONČNE ELEKTRARNE NA STAVBAH IN OSTALE

SONČNE ELEKTRARNE RAZLIČNIH INŠTALIRANIH MOČI [17]

Odkupna cena električne energije Cod [€/MWh]

Jan

2013

Feb

2013

Mar

2013

Apr

2013

Maj

2013

Jun

2013

Jul

2013

Avg

2013

Sep

2013

Okt

2013

Nov

2013

Dec

2013

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

Inšt

alir

ana

mo

č so

nčn

e el

ektr

arn

e P

el

Mikro -

manjše od

50 kW 147,0

0

138,1

3

144,0

6

135,3

7

141,1

8

132,6

6

138,3

6

130,0

1

135,5

9

127,4

1

132,8

8

124,8

6

130,2

2

122,3

6

127,6

2

119,9

1

125,0

7

117,5

1

122,5

7

115,1

6

120,1

2

112,8

6

117,7

2

110,6

0

Mala –

manjše od

1 MW 13

4,4

5

12

7,2

6

13

1,7

6

12

4,7

1

12

9,1

2

12

2,2

2

12

6,5

4

11

9,7

8

12

4,0

1

11

7,3

8

12

1,5

3

11

5,0

3

11

9,1

0

11

2,7

3

11

6,7

2

11

0,4

8

11

4,3

9

10

8,2

7

11

2,1

0

10

6,1

0

10

9,8

6

10

3,9

8

10

7,6

6

10

1,9

0

Srednja –

od 1 MW

do 10

MW

11

1,5

7

10

2,5

9

10

9,3

4

10

0,5

4

10

7,1

5

98

,53

10

5,0

1

96

,56

10

2,9

1

94

,63

10

0,8

5

92

,74

98

,83

90

,89

96

,85

89

,07

94

,91

87

,29

93

,01

85

,54

91

,15

83

,83

89

,33

82

,15

Velika –

nad 10

MW do

125 MW

99,3

1

95,2

5

97,3

2

93,3

5

95,3

7

91,4

8

93,4

6

89,6

5

91,5

9

87,8

6

89,7

6

86,1

0

87,9

6

84,3

8

86,2

0

82,6

9

84,4

8

81,0

4

82,7

9

79,4

2

81,1

3

77,8

3

79,5

1

76,2

7


34

PRILOGA B: POVRAČILNE DOBE SONČNIH ELEKTRARN V LETU 2013

Povračilne dobe tp [let]

Jan

2013

Feb

2013

Mar

2013

Apr

2013

Maj

2013

Jun

2013

Jul

2013

Avg

2013

Sep

2013

Okt

2013

Nov

2013

Dec

2013

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

na

stav

bah

ost

ale

Inšt

alir

ana

mo

č so

nčn

e el

ektr

arne

Pel

Mikro -

40 kW 4,5

14

4,8

03

4,6

06

4,9

01

4,7

00

5,0

02

4,7

80

5,1

04

4,8

93

5,2

08

4,9

93

5,3

14

5,0

95

5,4

23

5,1

99

5,5

33

5,3

05

5,6

46

5,4

13

5,7

62

5,5

24

5,8

79

5,6

36

5,9

99

Mala –

0,5 MW 4,9

35

5,2

14

5,0

36

5,3

20

5,1

39

5,4

29

5,2

43

5,5

39

5,3

50

5,6

53

5,4

60

5,7

68

5,5

71

5,8

86

5,6

85

6,0

06

5,8

00

6,1

28

5,9

19

6,2

54

6,0

40

6,3

81

6,1

63

6,5

11

Srednja –

5 MW 5,9

47

6,4

68

6,0

68

6,5

99

6,1

92

6,7

34

6,3

19

6,8

71

6,4

47

7,0

12

6,5

79

7,1

54

6,7

14

7,3

00

6,8

51

7,4

49

6,9

91

7,6

01

7,1

34

7,7

57

7,2

79

7,9

15

7,4

28

8,0

77

Velika –

100 MW 6,6

81

6,9

66

6,8

18

7,1

08

6,9

57

7,2

53

7,0

99

7,2

53

7,2

44

7,5

52

7,3

92

7,7

06

7,5

43

7,8

63

7,6

97

8,0

24

7,8

54

8,1

87

8,0

14

8,3

54

8,1

78

8,5

14

8,3

45

8,6

99


35

PRILOGA C: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV


36

PRILOGA D : IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA