Fotovoltaická Elektrárna Varnsdorf
Fotovoltaická elektrárna (FVE) Varnsdorf Sluneční energie Na Zeměkouli ročně dopadá asi 180 tisíc terawattů (terawatt je bilion wattů, což je milion megawattů) sluneční energie. Toto je asi 14 000 krát více než je celosvětová spotřeba energie. Nejnovější technologie dokáží využít zhruba 16% dopadající sluneční energii a přeměnit ji na elektrický proud. Využití obnovitelných zdrojů energie je jedním krokem k energetické nezávislosti na fosilních palivech, která nejsou neomezená, docházejí, a proto lze očekávat jejich postupné zdražování. Celosvětová spotřeba energie neustále roste.
Očekávaný vývoj spotřeby globální primární energie
Z grafu lze vyčíst, že kolem roku 2030 dosáhnou fosilní paliva svého vrcholu, zatím co podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě energie neustále výrazně poroste. Odhad na rok 2100 dokonce naznačuje, že solární energie bude s více než 60% nejdůležitější zdrojem primární energie.
Na území České republiky dopadá přibližně 1100 kWh/m² ročně, což již vytváří dobré předpoklady k využívání solární energie i v našich zeměpisných šířkách.
Střechy – ideální místo pro fotovoltaiku
V každém městě je zhruba 67% střech, které jsou vhodné pro instalaci fotovoltaických systémů. Výhodou těchto střešních aplikací je relativně snadná integrace do stávajících střech a možnost přímého využití vyrobené energie pro vlastní spotřebu. Navíc mohou tyto systémy kompenzovat nedostatek elektřiny v distribuční síti ve špičkách v centrech měst.
Demonstrační Projekt Varnsdorf Co chceme demonstrovat? 1. Instalaci FV systému na střechu budovy školy 2. Průběh výroby zelené energie z FVE systému během jednoho dne, jednoho měsíce, jednoho roku 3. Množství energie, které dokáže FVE systém vyrobit v jednotlivých ročních obdobích 4. Možnost samospotřeby zelené energie pro účely školy 5. Využití přebytků zelené energie pro ostatní spotřebitele 6. Technické řešení propojení FVE systému s distribuční sítí – tzv. Zelený bonus 7. Ekonomickou rentabilitu FVE systému 8. Možnost soběstačnosti – vyrovnané energetické bilance budovy ve výrobě a spotřebě el. Energie v průběhu roku Naším cílem je přesvědčit ostatní o potenciálech střech budov ve městech a šancích pokrýt jejich roční spotřebu samovýrobou el. Energie z FVE systému.
„Varnsdorf - energeticky soběstačná škola“ Společnost Via Regia chce od roku 2007 zrealizovat demonstrační projekt energetické soběstačnosti základní školy ve Varnsdorfu. Jedná se o školu postavenou v roce 1989 s celkovou vytápěnou podlahovou plochou cca 9 000 m2 a obestavěným prostorem cca 65 000 m3. Na spotřebovaných energiích se podílí vytápění 86%, osvětlení 10% a teplá voda 4%. Demonstrační Projekt Varnsdorf je projekt, který dokáže, že je možné pomocí obnovitelných zdrojů dosáhnout energetické soběstačnosti ve výrobě a spotřebě elektrické energie. Dle závěrů energetického auditu má ZŠ Edisonova ve Varnsdorfu roční spotřebu elektrické energie ca. 99 MWh. Instalací solárních fotovoltaických panelů na střechu školy by mělo zajistit nezávislost na externí elektrické energii. V dalších fázích demonstračního projektu „Varnsdorf - energeticky soběstačná škola“, by měly být na střechu školy namontovány solární kolektory na ohřev TUV a mělo by být využito dalších obnovitelných energetických zdrojů pro vytápění v budově tak, aby byla škola opravdu a ve všech ohledech soběstačná. Montáž fotovoltaických panelů proběhne ve dvou fázích. V první fázi budou využity střechy A2 a B3 (viz obrázek). Ve fázi druhé střecha C1.
Etapa
Střecha
Plocha v m²
Počet panelů
Výrobce
1 1 2
A2 B3 C1
793,99 879,31 734,44
192 240 225
Kyocera 135 Kyocera 135 Kyocera 135
Výkon kWp
Výkon soustavy kWp
25,92 32,40 30,36 88,68
Fotovoltaické panely Kyocera Fotovoltaické panely Kyocera jsou vyráběny z polykrystalického křemíku. Základem pro výrobu panelů je křemíková drť, která je následným procesem slisována do křemíkových kvádrů a poté je nařezána do geometricky přesných bloků. Z krystalických bloků se dále vyrábějí samotné křemíkové pláty, které jsou implantovány přímo do fotovoltaického panelu. Díky dlouholetému vývoji společnosti Kyocera v oblasti polykrystalického křemíku (35 let) bylo dosaženo účinnosti FV článků až 18,5 %. Takto vysoká účinnost byla dosažena hlavně důmyslnou konstrukcí samotných panelů - krycí plocha solárních článků je vyrobena ze speciálně upraveného antireflexního skla s EVA folií tak, aby dosahovala vysoké účinnosti pohlcení slunečního svitu v maximálním možném čase a zároveň poskytovala ochranu před přírodními jevy (důležité je i volba optimální vzdálenosti tohoto skla od křemíkových plátů).
Mezi křemíkovými pláty vznikají relativně vysoké odpory, které je potřeba účinně eliminovat. Výrobce Kyocera vyvinul takové rozmístění keramických plátů, aby v každém poli fotovoltaického panelu byly odpory co nejmenší. Všechny tyto vlastnosti jsou zúročené ve špičkových technických parametrech a vysoké účinnosti celého fotovoltaického systému. (Zdroj: http://www.mtechsolar.cz/produkty/solarni‐panely.htm)
Výkon panelů je určen nejen účinností, která se dnes nachází v rozmezí 14% - 18,5% u polykrystalických panelů, ale též plochou. Čím větší plocha panelu, tím větší výkon. Výkon fotovoltaických článků a panelů se udává v jednotkách Wp (watt peak - špičková hodnota). Původně bylo plánováno použít solární panely o výkonu 200Wp, avšak vzhledem k požadavkům použití menšího prostoru při zachování výkonu jsou nakonec použity panely o výkonu 135 Wp. Tyto panely jsou menší, čímž došlo k jejich nahuštění na pouze tři střechy, oproti plánovanému využití střech čtyř. Menší výkon jednotlivých panelů byl vykompenzován jejich množstvím.
Panely mají jižní orientaci a sklon 35°.
Z obrázku lze vyčíst, že orientace na jih se sklonem 35°jsou ty nejideálnější hodnoty. Jakákoliv odchylka ve vertikálním, či horizontálním směru by znamenala ztrátu efektivity. Celý FV systém bude nainstalován na nově pokryté střeše ZŠ Edisonova ve Varnsdorfu. Stará střešní krytina byla nevyhovující a nahrazena novou střešní krytinou – PVC folií s UV filtrem, která je pochůzná (možnost kontroly FV zařízení, snadná montáž), bezúdržbová
(nepotřeba zásahů po instalaci FV zařízení), hydroizolační (ochrana objektu školy), zátěžová (možnost instalace konstrukcí držících FV panely bez poškození podkladu) a má dlouhou životnost.
Na střešní krytinu je přidělána střešní konstrukce,
tvořená z betonových prefabrikátů, které leží na vlnité desce z tvrzeného PVC. Ta poskytuje betonu ochranu proti stoupající vlhkosti. Na betonových kvádrech, které zajišťují ochranu proti větru je připevněná hliníková konstrukce, která tvoří rám pro samotný solární panel.
Fungování systému Celý solární systém funguje na principu ON – GRID (se souhlasem ČEZu), což znamená, že oproti systému OFF – GRID (ostrovní systém) je připojen do veřejné elektrické sítě a při nedostatku výkonu se zde může „přiživit“. Naopak je-li výkonu přebytek, je tento výkon poskytnut jiným uživatelům.
Měnič
Elektroměr výstupní Elektroměr
Školní síť
vstupní
Veřejná síť
Solární panely
Funkce rozpoznání potřeby a případné „přiživení“ z veřejné sítě (popř. odevzdání nadvýroby) se označuje MPPT (Maximum Power Point Tracking), je prováděna s velmi vysokou přesností a zajišťuje ji měnič.
Měnič funguje zároveň i jako transformátor. Stejnosměrný proud vyráběný ve FV kolektorech je potřeba přeměnit na proud střídavý o napětí 230 V a frekvenci 50 Hz, aby byl kompatibilní s dnes běžně užívanými spotřebiči.
Monitoring Celý solární systém a jeho výkon bude dennodenně monitorován a výsledky budou zveřejňovány (vizualizovány). K monitoringu bude instalován takový systém, který bude jednoduchý k ovládání a přenášení přesných dat. Vizualizace bude: • •
na internetových stránkách s možností ovládání systému, odečítání aktuálních údajů o systému, vizualizace statistik, analýzy apod. v budově základní školy – veřejný panel zobrazující údaje o okamžitém výkonu
Vizualizační software bude vypadat podobně jako software vyvinutý k projektu FV v Hrádku (http://85.132.188.253/).
Vyrobená energie FVE Hrádek za rok 2009
Vyrobená energie FVE Hrádek za červen 2009
Vyrobená energie FVE Hrádek v pátek 5. 6. 2009
Sluneční podmínky ve Varnsdorfu Varnsdorf se nachází na severu České Republiky ve Šluknovském výběžku. Z parametru slunečního záření (zdroj: http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php?lang=sk&map=europe&app=gridconnected)
je pro solární systém možné očekávat následující výstupy:
Hlavním nedostatkem FVE Varnsdorf je v současné době sfázování výroby a odběru. V denním pojetí ještě takový problém nenastává, jelikož škola využívá elektrický proud právě
v čase, kdy svítí slunce a pracují solární kolektory. Problém nastává v celoročním pojetí. Nejvíce svítí slunce v letních měsících, kdy není potřeba tolik svítit a vice versa. Z tohoto důvodu a z důvodu toho, že se el. Energie nedá efektivně skladovat, je nutné využít výhod systému ON-GRID. Touto výhodou je fakt, že při nedostatku samovyráběné el. Energie je možné odebírat elektrickou energii z veřejné sítě. Naopak máme-li přebytek, nespotřebováváme tuto energii nazdařbůh, ale poskytujeme ji jiným uživatelům veřejné sítě.
Instalace pouze první etapy a nedokončení druhé etapy by pro školu ve Varnsdorfu nemělo kýžený úspěch. Jak je znázorněno v grafech přebytek výroby v letních měsících nestačí na pokrytí nedostatku v zimních měsících (za předpokladu prodeje přebytků a nákupu proudu při nedostatku).
Po dokončení instalace a spuštění obou fází FVE Varnsdorf by měla být škola schopna pokrýt velkou část spotřeby elektrické energie přímo. Části spotřeby, které jsou nepokryty, by byly odebírány z veřejné sítě. Přebytky vznikající v letních měsících, kdy se spotřeba školy dosahuje malých hodnot a solární kolektory dodávají spoustu energie, by byly poskytnuty do veřejné sítě. Z následující tabulky je možné vyčíst, konkrétní údaje o přebytku spotřeby/výroby v jednotlivých měsících.
Období Spotřeba v kWh Výroba v kWh Leden 12300 Únor 10730 Březen 11170 Duben 8567 Květen 7864 Červen 7043 Červenec 1000 Srpen 1000 Září 6596 Říjen 9130 Listopad 12490 Prosinec 11170
Přebytek výroby/spotřeby ‐8898,55 3401,45 ‐5373,53 5356,47 ‐2669,14 8500,86 10960,81 2393,81 13370,37 5506,37 12159,02 5116,02 13073,98 12073,98 12323,34 11323,34 9065,65 2469,65 7595,10 ‐1534,90 3337,30 ‐9152,70 2332,27 ‐8837,73
Z tabulky také vyplývá, že bude sice potřeba odebrat 36.467 kWh z veřejné sítě, avšak v letních měsících bude možné dodat 38.883 kWh do sítě zpět. Při současných cenách výkupu zelené energie a nákupu elektrické energie z veřejné sítě je možné dosáhnout přebytku v bilanci. Období Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Suma Přebytek
Měsíční rozdíly Cena nákupu energie ‐ 5Kč Cena prodeje energie ‐ 11,80Kč ‐8898,55 44 492,74 Kč 0,00 Kč ‐5373,53 26 867,63 Kč 0,00 Kč ‐2669,14 13 345,70 Kč 0,00 Kč 2393,81 0,00 Kč 28 246,96 Kč 5506,37 0,00 Kč 64 975,11 Kč 5116,02 0,00 Kč 60 369,04 Kč 12073,98 0,00 Kč 142 473,02 Kč 11323,34 0,00 Kč 133 615,39 Kč 2469,65 0,00 Kč 29 141,92 Kč ‐1534,90 7 674,51 Kč 0,00 Kč ‐9152,70 45 763,51 Kč 0,00 Kč ‐8837,73 44 188,67 Kč 0,00 Kč 182 332,76 Kč
458 821,43 Kč 276 488,67 Kč
Přebytek bilance je možné použít na opatření, která povedou k dalšímu zefektivňování energetické bilance školy ve Varnsdorfu.
Zajímavá je též myšlenka zřízení FVE jako investičního záměru školy. Náklady na FVE jsou nemalé, avšak při garantovaných cenách výkupu od energetické společnosti se dají poměrně snadno pokrýt, jak ukazuje následující tabulka.
Rok 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Amortizace ‐ plný prodej Amortizace při samovyužití Výnos při plném prodeji Výnos při prodeji po samovyužití ‐7 395 840,00 Kč ‐7 395 840,00 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐6 693 415,89 Kč ‐7 119 351,33 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐5 990 991,78 Kč ‐6 842 862,66 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐5 288 567,66 Kč ‐6 566 373,99 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐4 586 143,55 Kč ‐6 289 885,32 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐3 883 719,44 Kč ‐6 013 396,65 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐3 181 295,33 Kč ‐5 736 907,98 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐2 478 871,22 Kč ‐5 460 419,31 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 776 447,11 Kč ‐5 183 930,64 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 074 022,99 Kč ‐4 907 441,97 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐371 598,88 Kč ‐4 630 953,30 Kč 330 825,23 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐4 354 464,63 Kč 1 033 249,34 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐4 077 975,96 Kč 1 735 673,45 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐3 801 487,29 Kč 2 438 097,56 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐3 524 998,62 Kč 3 140 521,68 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐3 248 509,96 Kč 3 842 945,79 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐2 972 021,29 Kč 4 545 369,90 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐2 695 532,62 Kč 5 247 794,01 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐2 419 043,95 Kč 5 950 218,12 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐2 142 555,28 Kč 6 652 642,24 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 866 066,61 Kč 7 355 066,35 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 589 577,94 Kč 8 057 490,46 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 313 089,27 Kč 8 759 914,57 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐1 036 600,60 Kč 9 462 338,68 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐760 111,93 Kč 10 164 762,79 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐483 623,26 Kč 10 867 186,91 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč ‐207 134,59 Kč 11 569 611,02 Kč 69 354,08 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč 12 272 035,13 Kč 345 842,75 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč 12 974 459,24 Kč 622 331,42 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč 13 676 883,35 Kč 898 820,09 Kč 1 197 424,11 Kč 276 488,67 Kč
Při prodeji veškerého vyrobeného proudu je investice splacena za 10 let. Při samovyužití vyrobené elektrické energie a odprodání pouze přebytků výroby je možné počáteční vklad splatit za 27 let. Při prodeji veškerého proudu je možné docílit i nezanedbatelného zisku. To však není účelem demonstračního projektu „Varnsdorf – energeticky soběstačná škola“.
Výstupy projektu: Zde budou v budoucnu vystaveny výstupy projektu. 1. Dokumentace průběhu Instalace FV systému na střechu budovy školy 2. Průběh výroby zelené energie z FVE systému během jednoho dne, jednoho měsíce, jednoho roku – grafy a porovnání dat s předchozími předpokládanými výsledky 3. Grafy - Množství energie, které dokáže FVE systém vyrobit v jednotlivých ročních obdobích a porovnání s aktuální spotřebou školy v daných obdobích 4. Aktuální bilance - Využití přebytků zelené energie pro ostatní spotřebitele 5. Popis a specifikace technického řešení propojení FVE systému s distribuční sítí – tzv. Zelený bonus 6. Výpočet ekonomické rentability FVE systému 7. Grafické znázornění soběstačnosti – vyrovnané energetické bilance budovy ve výrobě a spotřebě el. Energie v průběhu roku
