Fotovoltaické demonstrační zařízení Varnsdorf
Obsah Obsah .......................................................................................................................................... 2 Rejstřík obrázků ........................................................................................................................... 5 Rejstřík tabulek ............................................................................................................................ 8 1. Úvod ........................................................................................................................................ 9 2. Úvod do tématiky ................................................................................................................... 10 2.1 Sluneční energie .......................................................................................................................... 10 2.2 Slunce .......................................................................................................................................... 12 2.3 Využitelnost slunečního záření.................................................................................................... 14 2.4 Přeměna slunečního záření na energii ........................................................................................ 17 2.5 Materiály pro solární články........................................................................................................ 18 2.6 Fotovoltaické solární panely........................................................................................................ 19 2.6.1 Monokrystalické panely: ...................................................................................................... 19 2.6.2 Polykrystalické panely .......................................................................................................... 20 2.6.3 Amorfní panely ..................................................................................................................... 20 2.6.4 Nové technologie na poli fotovoltaiky ................................................................................. 21 2.7 Výkon fotovoltaických článků...................................................................................................... 22 2.8 Upevnění solárních panelů.......................................................................................................... 24 2.8.1 Konstrukce upevněné k zemi: .............................................................................................. 24 2.8.2 Střešní konstrukce ................................................................................................................ 26 2.8.3 Fasádní konstrukce............................................................................................................... 30 3. Střechy – ideální místo pro fotovoltaiku .................................................................................. 31 3.1 Úvod ............................................................................................................................................ 33 3.2 Výchozí situace pro výpočty ........................................................................................................ 35 3.2.2 Hodnoty dopadu solárního záření........................................................................................ 36
3.2.3 Výkupní ceny pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření........................................... 37 3.2.4 Zelený bonus ........................................................................................................................ 37 3.2.5 Výkupní cena ........................................................................................................................ 38 3.3 Početní příklady pro zařízení do 30kWp resp. 100kWp .............................................................. 39 3.3.1 FV Elektrárna do 30 kWp (29,97 kWp) ................................................................................. 40 3.3.2 FV Elektrárna do 100 kWp (99,90 kWp) ............................................................................... 41 3.4 Návratnost investice do FVE........................................................................................................ 42 3.4.1 Návratnost zařízení v roce 2010........................................................................................... 43 3.4.2 Návratnost zařízení po zdanění příjmů ................................................................................ 45 3.5 Návratnost zařízení v roce 2011.................................................................................................. 47 3.5.1 Návratnost zařízení............................................................................................................... 47 3.5.2 Návratnost zařízení při zdanění příjmů ................................................................................ 48 3.6 Několik kroků při zařizování fotovoltaické elektrárny................................................................. 50 4. Demonstrační Projekt Varnsdorf ............................................................................................. 52 4.1 Co chceme demonstrovat?.......................................................................................................... 52 4.2 „Varnsdorf - energeticky soběstačná škola“ ............................................................................... 53 4.3 Přesné rozložení panelů .............................................................................................................. 56 4.4 Fotovoltaické panely Kyocera ..................................................................................................... 60 4.5 Instalace FVE................................................................................................................................ 63 4.6 Fungování systému...................................................................................................................... 66 4.7 Monitoring FVE............................................................................................................................ 67 4.8 Vizualizační software................................................................................................................... 68 4.8.1 Vizualizační software Hrádek ............................................................................................... 68 4.8.2 Vizualizační software Varnsdorf ........................................................................................... 70 4.9 Porovnání FVE Varnsdorf a FVE Hrádek ...................................................................................... 74 4.10 Varnsdorf................................................................................................................................... 80
4.11 Sluneční podmínky ve Varnsdorfu............................................................................................. 81 4.12 Spotřeba školy a výroba el. energie – FVE Varnsdorf............................................................... 83 4.13 Náklady na FVE a výnosy z fotovoltaické elektrárny ................................................................. 87 4.13.1 Výnosy při plném prodeji ................................................................................................... 88 4.13.2 Výnosy při samovyužití....................................................................................................... 90 4.13.3 Výnosy při samovyužití se započtením úspor..................................................................... 92 5. Shrnutí ................................................................................................................................... 93
Rejstřík obrázků Obrázek 1: Očekávaný vývoj spotřeby globální primární energie......................................................... 10 Obrázek 2: Sluneční mapa ČR................................................................................................................ 11 Obrázek 3: Slunce (Zdroj: astropardubice.cz) ....................................................................................... 12 Obrázek 4: Druhy slunečního záření ..................................................................................................... 15 Obrázek 5: Přímé / Difusní záření v podmínkách ČR............................................................................. 16 Obrázek 6: P-N Přechod; Zdroj: www.solpa.cz...................................................................................... 17 Obrázek 7: Monokrystalický panel ........................................................................................................ 19 Obrázek 8: Polykrystalický panel........................................................................................................... 20 Obrázek 9: Amorfní panel ..................................................................................................................... 20 Obrázek 10: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu ......................................................... 22 Obrázek 11: Pohyblivý panel ................................................................................................................. 25 Obrázek 12: Viditelné základy ............................................................................................................... 26 Obrázek 13: Základy pod zemí .............................................................................................................. 26 Obrázek 14: Betonové prefabrikáty jistící konstrukci proti povětrnostním vlivům .............................. 27 Obrázek 15: Instalace na ploché střeše................................................................................................. 28 Obrázek 16: Krokevní skoba .................................................................................................................. 29 Obrázek 17: Instalace na šikmé střeše .................................................................................................. 29 Obrázek 18: Fasádní panely................................................................................................................... 31 Obrázek 19: Polopropustné FV žaluzie.................................................................................................. 31 Obrázek 20: Možnosti střešní aplikace.................................................................................................. 31 Obrázek 21: Stav slunečních elektráren k 1.12.2010; Zdroj: www.eru.cz............................................. 33 Obrázek 22: Výše výkupních cen; Zdroj: tzb-info.cz.............................................................................. 38 Obrázek 23: Využívané střechy ............................................................................................................. 55 Obrázek 24: Rozložení panelů na pavilonu A2 ...................................................................................... 57 Obrázek 25: Řez konstrukcí držící panely.............................................................................................. 58
Obrázek 26: Pavilon A2 ......................................................................................................................... 58 Obrázek 27: Panely - střešní instalace................................................................................................... 61 Obrázek 28: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu ......................................................... 62 Obrázek 29: Úprava střechy .................................................................................................................. 63 Obrázek 31: Detail instalační konstrukce .............................................................................................. 64 Obrázek 32: Řez upevňovací konstrukcí................................................................................................ 65 Obrázek 33: Půdorys konstrukce........................................................................................................... 65 Obrázek 34: Měniče .............................................................................................................................. 66 Obrázek 35: Informační panel pro školáky............................................................................................ 67 Obrázek 36: Vyrobená energie za rok 2009 FVE Hrádek....................................................................... 68 Obrázek 37: Vyrobená energie za červen 2009 FVE Hrádek ................................................................. 68 Obrázek 38: Vyrobená energie dne 5.6.2009 FVE Hrádek .................................................................... 69 Obrázek 39: Souhrnný graf FVE Varnsdorf............................................................................................ 70 Obrázek 40: Osvit a vyrobená energie FVE Varnsdorf (17. - 24. února) ............................................... 71 Obrázek 41: Teploty panelů a okolí FVE Varnsdorf (17. - 24. února) .................................................... 72 Obrázek 42: Rychlost a směr větru FVE Varnsdorf (17. - 24. února)..................................................... 73 Obrázek 43: Aktuální výkon 2.3.2011.................................................................................................... 74 Obrázek 44: Vyrobená energie 2.3.2011............................................................................................... 75 Obrázek 45: Osvit 2.3.2011 ................................................................................................................... 75 Obrázek 46: Rychlost větru 2.3.2011 .................................................................................................... 76 Obrázek 47: Teplota panelů 2.3.2011 ................................................................................................... 76 Obrázek 48: Teplota okolí 2.3.2011 ...................................................................................................... 77 Obrázek 49: Průměrný výkon v únoru 2011.......................................................................................... 77 Obrázek 50: Vyrobená energie v únoru 2011 ....................................................................................... 78 Obrázek 51: Osvit v únoru 2011............................................................................................................ 78 Obrázek 52: Dopad slunečního záření................................................................................................... 81
Obrázek 53: Očekávaná výroba el. energie........................................................................................... 82 Obrázek 54: Přebytky výroby nad spotřebou........................................................................................ 83 Obrázek 55: Přebytky spotřeby nad výrobou........................................................................................ 84 Obrázek 56:Celkem: Přebytky výroby nad spotřebou........................................................................... 85 Obrázek 57: Celkem: přebytky spotřeby nad výrobou.......................................................................... 85
Rejstřík tabulek Tabulka 1: Dopad slunečního záření ..................................................................................................... 36 Tabulka 2: Rozměry panelu ................................................................................................................... 39 Tabulka 3: FVE do 30kWp...................................................................................................................... 40 Tabulka 4: FVE do 100kWp.................................................................................................................... 41 Tabulka 5: Výchozí podmínky................................................................................................................ 42 Tabulka 6: FVE do 30kWp, 2010............................................................................................................ 43 Tabulka 7: FVE do 30kWp, 2010, se zdaněním...................................................................................... 45 Tabulka 8: FVE do 30kWp 2011............................................................................................................. 47 Tabulka 9: FVE do 30kWp 2011 zdaněno .............................................................................................. 48 Tabulka 10: Charakteristika objektu...................................................................................................... 53 Tabulka 11: Etapy výstavby ................................................................................................................... 55 Tabulka 12: Varnsdorf - informace........................................................................................................ 80 Tabulka 13: Přebytky v jednotlivých měsících....................................................................................... 86 Tabulka 14: Roční bilance přebytků v Kč............................................................................................... 87 Tabulka 15: Výnos při plném prodeji..................................................................................................... 88 Tabulka 16: Amortizace při samovyužití ............................................................................................... 90 Tabulka 17: Amortizace samovyužití + úspora spotřeby....................................................................... 92
Zpracoval: INREGIO o.s. Dipl. –Wirtsch. –Ing. (FH) Pavel Grmela
1. Úvod Současný trend nakládání s energiemi a využívání různých druhů paliv naznačuje, jak by se mohla situace vyvíjet v budoucnu. Zásoby fosilních paliv nejsou nekonečné a výroba energie ze studené fúze se pohybuje prozatím pouze v teoretických rovinách. Spotřeba energie však neúprosně rok od roku stoupá. Je-li příčinou stoupající počet obyvatel naší „zelené Planety“ , zvyšující se životní standart, nebo rychle se rozvíjející průmysl v asijských zemích není až zas natolik podstatné. Energie je a bude i nadále potřeba víc a víc. V dnešní době si již nikdo nedokážeme představit život bez technických vymožeností, které nás doprovází v každodenním životě. Společným jmenovatelem těchto zařízení je elektrická energie. Základem, abychom si mohli dopřávat i nadále výhod, které nám dnešní doba poskytuje, je najít další zdroje energie. Jako nejvýhodnější z hlediska nečerpání fosilních paliv se nám dnes jeví obnovitelné zdroje energie (OZE). Mezi OZE patří zejména voda, sluneční energie, vítr a v neposlední řadě biomasa. Každý z těchto zdrojů se již v současné době více, či méně smysluplně využívá. Ruku v ruce s technickým pokrokem se i zvyšuje účinnost zařízení, jež transformují zdroje energie na energii. Vznikají nové materiály a tím i nové možnosti, jak ten či onen zdroj využít. V následující studii, která se bude zabývat výhradně výrobou energie ze slunečního záření a jeho použití v praxi, se pokusíme postupně vysvětlit pozadí využívání slunce jako obnovitelného zdroje a zároveň i demonstrovat, do jaké míry je využití takovéto energie smysluplné a v dnešní době možné. Pokusíme se i najít odpovědi na otázky rentability a celkového potenciálu úspor při nasazení této techniky.
2. Úvod do tématiky V úvodní kapitole bude přehledně osvětleno několik základních vědomostí, které jsou potřebné k pochopení dalších částí této práce. Všechny základy budou, jak jen to bude možné podrobně představeny, takže i věci neznalý čtenář dostane možnost se v tématu lépe orientovat. Některá fakta jsou zjednodušena a vysvětlena pouze do hloubky pro tuto práci potřebné.
2.1 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 cca 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.
Obrázek 1: 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 900 - 1150 kWh/m² ročně, což již samo o sobě vytváří dobré předpoklady k využívání solární energie i v našich zeměpisných šířkách. Nejlepší podmínky jsou, jak je viditelné z mapky, v Praze a na Jižní Moravě.
Obrázek 2: Sluneční mapa ČR
2.2 Slunce
Slunce by se dalo definovat jako žhavá koule plazmatu s průměrem zhruba 1400000km (109x průměr Země). Od Země činí vzdálenost 149,6×106 km, což jsou
Obrázek 3: Slunce (Zdroj: astropardubice.cz)
asi 8,31 světelné minuty. Teplota na povrchu se pohybuje kolem 5800 K. Slunce má výkon zhruba 4×1026 W, na Zemi však dopadá pouze asi 45 miliardtin. Energie je ve Slunci vytvářena termonukleární reakcí, přeměnou vodíku na hélium za současného vzniku energie a elektronových neutrin. Každou sekundu se spálí 700 000 000 tun Vodíku a vznikne energie tak velká, že by stačila na zásobení celého světa na 1000 let. Slunce má pro Zemi větší význam, než si většina lidí myslí. Energie ze slunečního záření pohání mnoho dějů, jako jsou například příliv a odliv, udržování vody v kapalném skupenství a fotosyntéza, a je na ní závislé podnebí, jakož i změny počasí a teploty. Závislost jevů na Slunci je vidět z následující grafiky.
Slunce – Termonukleární reakce
Fotosyntéza
Fotovoltaický proces
Ohřev Země
Pevniny
Biomasa
Vody
Vzduchu Současná
Fosilní
Kolotoč atmosférických změn Dřevo
Uhlí
Bionafta
Ropa
Ost. spalitelná biopaliva
Zemní plyn
Sluneční elektrárny Přímá přeměna
Zahřeje zemský povrch
Větrná energie Vodní energie
Příbojová energie
Sluneční elektrárny Tepelné
2.3 Využitelnost slunečního záření
Zemská atmosféra propouští jen část spektra slunečního záření - všechny složky viditelného spektra, část ultrafialového, infračerveného a radiového záření. Různé frekvence spektra vnímáme jako barvy a to od červeného (nejnižší frekvence, nejvyšší vlnová délka) až po fialové (nejvyšší frekvence, nejnižší vlnová délka). Směrem do kratších vlnových délek se hned vedle viditelného spektra nachází ultrafialové záření (UV). Toto záření způsobuje zvýšenou pigmentaci pokožky a může poškodit i zrak, a proto je nutné se před ním chránit (opalovací krémy, UV filtry). Na opačném konci viditelného spektra se nachází infračervené záření (IR) s delšími vlnovými délkami. Ani toto záření není viditelné, avšak je možné ho vnímat jako teplo receptory na pokožce. Obě záření nalezla své místo v každodenním použití ve vědě a technice, např. termokamery (IR), Infrazářiče (IR),
svítidla na
kontrolu bankovek a cenných papírů (UV), či spektrofotometrie (UV).
Záření se dá rozdělit i dle jiného kritéria. Tímto rozdělením se dostáváme k pojmům jako přímé sluneční záření, difúzní záření a odrazné záření. Rozdíly mezi těmito druhy záření jsou přehledně k dohledání v následující grafice.
Obrázek 4: Druhy slunečního záření
Přímé sluneční záření je záření, které projde na zemský povrch aniž by změnilo směr. Difusní záření vzniká rozptylem přímého záření v mracích a na částečkách v atmosféře (někdy nazýváno ozáření oblohy; Amorfní panely (viz níže) jsou schopny produkovat až o 10% více energie oproti panelům monokrystalickým při převládajícím záření difusním). Součtem přímého a difusního záření vzniká tzv. záření globální.
Obrázek 5: Přímé / Difusní záření v podmínkách ČR
2.4 Přeměna slunečního záření na energii
Přeměna slunečního záření je možná díky tzv. fotoelektrickému jevu. Ten poprvé popsal roku 1839 francouzský experimentální fyzik Edmund Becquerel. Při pokusech zjistil, že při osvícení dvou kovových elektrod umístěných ve vodivém roztoku vroste na elektrodách napětí. Fotoelektrický jev je jev, při kterém dopadající fotony na PN přechod svou energií „vyrážejí “ elektrony z N polovodičů. Tímto vznikne volný elektron a positivně nabitá díra. Po zapojení do systému a přeskupení částic, elektrony k elektronům a díry k dírám, vzniká stejnosměrný proud.
Obrázek 6: P-N Přechod; Zdroj: www.solpa.cz
2.5 Materiály pro solární články
Dnes se pro výrobu článků využívá především křemík (Si), a to dva druhy – monokrystalický a polykrystalický. Křemík je polokovový prvek s atomovým číslem 14 hojně se vyskytující v zemské kůře (asi 28%). Více v sekci fotovoltaické články. Kromě hojně využívaného mono a polykrystalického křemíku se zkoušejí a vyvíjejí nové technologie, které dosahují stále větší účinnosti. Z těchto technologií se jedná především o tenkovrstvé technologie – konkrétně: amorfní křemík, CdTe, CIGS. Slibnými, zejména s ohledem na dostupnost surovinových zdrojů, předpokládanou flexibilitu a jednoduchost výroby se jeví organické (polymerní) fotovoltaické materiály. Jejich výroba je bohužel v současné době vzhledem k jejich nestabilitě na vzduchu poměrně technologicky náročná.
2.6 Fotovoltaické solární panely
Fotovoltaika využívá přímé přeměny světelné energie na elektrickou energii. To se děje v polovodičovém prvku označovaném jako fotovoltaický nebo také solární článek. Popis technologií FV solárních článků v této kapitole se vymezuje na běžně používané, pro koncového uživatele dostupné technologie. Moderní technologie jsou povětšinou ve fázi testování, nebo jsou pro běžnou praxi cenově nedostupné.
2.6.1 Monokrystalické panely:
-
Účinnost 14% - 18%
-
Základem je křemíková podložka
-
krystaly jsou větší než 10cm
-
vyrábí se tažením roztaveného křemíku ve formě tyčí o průměru až 300mm, které se posléze rozřežou
na
(podložky)
Obrázek 7: Monokrystalický panel
-
nejrozšířenější
-
Dražší
tenké
plátky
2.6.2 Polykrystalické panely
-
Účinnost 12% – 16%
-
Základem je křemíková podložka
-
Články se skládají z většího počtu menších polykrystalů
-
Jednodušší,
-
rychlejší a levnější výroba
-
Účinnost 7 – 9%
-
Základem
Obrázek 8: Polykrystalický panel
2.6.3 Amorfní panely
je
napařovaná
křemíková vrstva -
Pro dosažení stejného výkonu potřeba větší plocha (cca. 2,5x)
-
Nejlevnější
-
Roční výnos o 10% vyšší (díky efektivnějšímu využívání difúzního
Obrázek 9: Amorfní panel
světla)
2.6.4 Nové technologie na poli fotovoltaiky
Tenkovrstvé solární články jsou na trhu k dostání pouze omezeně, avšak očekává se velký nárůst nákupu těchto technologií. Jedná se o tenké fólie (filmy), které jsou ohebné a tím pádem je možné je použít na mnoha místech, kde se běžné fotovoltaické panely nehodí. Nevýhodou však zůstává malá účinnost (hlavně u křemíkových fólií) či nedostupnost materiálu a tím pádem nákladná výroba (CIGS fólie – nedostupnost india). Menší účinnost musí být nahrazena větší plochou. Všechny tenkovrstvé technologie mají tu výhodu, že se jejich výrobní náklady pohybují kolem 1/3 výrobních nákladů standardních panelů, což má zároveň i positivní efekt na celkovou bilanci CO2. V současnosti jsou na trhu tři typy tenkovrstvých solárních článků. Nejrozšířenější jsou články z amorfního silikonu (účinnost cca. 6%). Toto je dané, stejně jako i u standardních FV panelů, rozšířením křemíku v zemské kůře a tudíž jeho dostupností. Druhým nejrozšířenějším typem jsou fólie z kadmium-teluridové pasty (CdTe; účinnost cca. 10%). Dalšími typy jsou fólie ze selenidu (Se) mědi (Cu), India (In), galia(Ga)( Copper Indium Gallium DiSelenide; účinnost cca. 14%). Nazývají se CIGS a reagují i na červenou složku světla, která se vyskytuje i při zatažené obloze, či mlze, a tím se stávají optimálními pro podmínky střední Evropy.
2.7 Výkon fotovoltaických článků
Výkon fotovoltaických článků a panelů se udává v jednotkách Wp (watt peak špičková hodnota). Watt-peak (Wp) je jednotka špičkového výkonu fotovoltaické elektrárny. Jedná se o výkon fotovoltaické elektrárny při standardních testovacích podmínkách (STC = Standard Test Conditions), které jsou: energie dopadá na fotovoltaický panel kolmo a má hodnotu E = 1 kW/m^2, průzračnost atmosféry Am = 1,5, teplota článků T = 25 °C.
Výkon silně závisí na osvětlením,na úhlu dopadajícího světla a na teplotě článku.
Obrázek 10: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu
V praxi bývá většinu doby výkon článku nižší, protože článek není natočen přesně ve směru přímého osvitu a světlo prochází v závislosti na denní době různými vrstvami atmosféry. Navíc je množství dopadajícího slunečního záření silně závislé na oblačnosti a výkon článku na okolní teplotě.
Jeden fotovoltaický článek má pracovní napětí 0,5V. Z důvodu většího výsledného napětí se články zapojují do série, čímž se napětí jednotlivých článků sčítá. Do série zapojené články se posléze hermeticky zapouzdřují do panelů s přední vrstvou z tvrzeného skla, které jim zajišťuje ochranu jak proti mechanickému, tak i proti klimatickému poškození (vítr, kroupy, mráz). Pro uchycení na střechu objektu se používají různé konstrukce navržené s ohledem na typ objektu. Většinou se jedná o lehké duralové (tvrzený hliník) konstrukce. Na trh jsou dodávány panely různých výrobců o různých výkonech (od 50Wattů do cca. 230Wattů).
2.8 Upevnění solárních panelů
Ať jsou solární panely instalovány na střechách, či zelených loukách, musí být vždy upevněny tak, aby odolávaly povětrnostním podmínkám. Upevnění existuje několik druhů a každý dodavatel má svůj vlastní osvědčený způsob, jak panely ukotvit. Tyto systémy by se daly rozdělit do tří základních skupin podle toho, kde instalace probíhá, a to na konstrukce na připevnění k zemi, střešní konstrukce a fasádní konstrukce.
2.8.1 Konstrukce upevněné k zemi:
Konstrukce, které se používají na připevňování panelů k zemi, a to povětšinou na polích
a
zelených
loukách,
mají
bezesporu
několik
výhod.
Jednou
z nejpodstatnějších je možnost výběru materiálu dle libosti a nenutnost volby pouze lehkých materiálů, které stávající střecha unese. Odlehčené materiály jsou oproti standardním i o poznání dražší, z čehož vyplývá i další výhoda. Nevýhodou může být ochrana panelů a konstrukcí před zloději a kabeláže před zvěří, která se volně v přírodě vyskytuje a kabeláž může poškodit. Ochranná opatření proti těmto vlivům přináší mnohdy zvýšení nákladů na provoz zařízení. Nosné konstrukce panelů jsou povětšinou stejné. Hlavním rozdílem v jednotlivých technologiích bývá připevnění konstrukce jako celku k zemi. Zde jsou asi 2 základní možnosti – pohyblivá a nepohyblivá konstrukce. Oba typy konstrukcí jsou k zemi připevněny
pomocí
betonových
základů,
které
zajišťují
stabilitu
a
aretaci
propojovacích částí na které působí největší síly při působení větru. Pohyblivé konstrukce jsou však přidělané pomocí pouze jedné stojné nohy, což jim dává možnost otáčet se po celý den za sluncem a optimalizovat tak dopad slunečního záření a tím i výkon solárních článků (úhel dopadu paprsků zůstává po celý den téměř stejný).
Obrázek 11: Pohyblivý panel
Nepohyblivé konstrukce, jak již název napovídá se za sluncem nepohybují. Mají po celý den předem nastavený směr, který musí být pro dosažení nejvyššího možného výkonu pečlivě propočítán.
Obrázek 12: Viditelné základy
Obrázek 13: Základy pod zemí
2.8.2 Střešní konstrukce
Střešní konstrukce mají přesně opačné nevýhody a výhody, než předchozí konstrukce. Na střechách je na jednu stranu poměrně bezpečno, co se zlodějů týče, avšak prostor a nosnost jsou omezeny. Každá střecha má tedy limitovaný „výkon“ . Na plochých střechách se panely připevňují buďto pomocí betonových bloků, které svojí váhou drží lehké duralové konstrukce,
Obrázek 14: Betonové prefabrikáty jistící konstrukci proti povětrnostním vlivům
Nebo pomocí síťové duralové konstrukce, jež je zachycena ke střeše, či atice šrouby a v některých místech podložena betonovými terčíky, které fungují dodatečně i jako závaží.
Obrázek 15: Instalace na ploché střeše
Na střechách šikmých jsou duralové konstrukce držící panely připevněny ke krokvím pomocí ocelových skob. Ty zajišťují jak stabilitu, tak rezistenci proti povětrnostním vlivům.
Obrázek 16: Krokevní skoba
Duralové konstrukce jsou poté propojeny do síťových struktur, do nichž jsou vsazeny FV panely, které tvoří novou pohledovou vrstvu střechy.
Obrázek 17: Instalace na šikmé střeše
2.8.3 Fasádní konstrukce
Ne vždy existuje možnost připevnit fotovoltaické panely na střechu budovy, či na vybraný pozemek v jejím okolí. Vývoj fotovoltaických panelů jde však mílovými kroky kupředu a tudíž existuje již i možnost upevnění panelů na fasády budou. V moderní době je to nejen nutnost, avšak stává se to čím dál častěji i architektonickým prvkem, který bude určovat nový architektonický směr dalších desetiletí. Připevnění panelů na fasádu není z hlediska stavební technologie žádným problémem. Navíc je i
z hlediska výpočtu sil výhodnější a lepé řešitelné, než
připevňování na střešní konstrukce. Připevnění panelů je též odvislé od dodavatele technologie. Převážně se vyskytují konstrukce s jednou, či dvěma ližinami. Poté jsou přidělány buďto panely jako celek nebo panely v podobě polopropustných „žaluzií“, které kromě lepší orientace směrem ke slunci mají i funkci tepelné ochrany v létě. Dochází zde tudíž ke kombinaci více využití a tím k synergickému efektu.
Obrázek 18: Fasádní panely
Obrázek 19: Polopropustné FV žaluzie
3. Střechy – ideální místo pro fotovoltaiku
Obrázek 20: Možnosti střešní aplikace
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. Je však možné využívat všechny střechy a vyplatí se výroba elektrické energie ze slunce? Jaká jsou hlavní úskalí a kde jsou ještě rezervy?
3.1 Úvod
V předchozích kapitolách jsme si probrali základy týkající se fotovoltaiky a přeměny sluneční energie na energii elektrickou. Dále se budeme zabývat provozem takovýchto zařízení a jejich rentabilitou. V poslední době (konec roku 2010 a začátek 2011) došlo k nemalým změnám v oblasti legislativy a dotací týkajících se fotovoltaiky. V roce 2010 zažívala fotovoltaika díky štědře dotovaným výkupním cenám obrovský boom. Hektary střech a hlavně pozemků byly zastavěny konstrukcemi a panely na výrobu elektrického proudu. Instalovaný výkon slunečních elektráren rostl ke konci roku exponenciálně a výrobci panelů nestíhali dodávat materiál novým zájemcům, kteří chtěli stihnout zapojení zařízení ještě před koncem roku 2010.
Obrázek 21: Stav slunečních elektráren k 1.12.2010; Zdroj: www.eru.cz
Důvod byl prostý. Ke konci roku 2010 vydal ERÚ (energetický regulační úřad) nové rozhodnutí o výkupních cenách energie z OZE (Cenové rozhodnutí Energetického regulačního
úřadu
č.
2/2010
ze
dne
8.
listopadu
2010;
http://eru.cz/user_data/files/cenova%20rozhodnuti/CR%20elektro/2_2010_OZE-KVETDZ%20final.pdf), kde především u těch ze slunce došlo k výrazným změnám. Jak se
tyto změny promítnou do fiskální politiky státu a konečné ceny energie není obsahem této práce, ačkoliv je toto téma neméně zajímavé. Jak vypadaly výpočty pro instalaci FV elektráren před a po roce 2010.
3.2 Výchozí situace pro výpočty
Pro výpočty byla použita data z internetu ať již co se týká efektivnosti fotovoltaických panelů, kW/m2 dopadajícího slunečního záření v městě Varnsdorf, náklady na pořízení FV panelů a dalších nutných součástí FV elektrárny, či výkupních cen pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření. 3.2.1 Fotovoltaické panely Pro výpočet byly využity fotovoltaické panely Kyocera 185W (označení KD 185GH‐2PU)
s garantovanou
účinností
14%.
Garantovaná
ztráta
výkonu
nepřesáhne do 10 let 10% a do 20 let 20%. 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 zvolení 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)
3.2.2 Hodnoty dopadu solárního záření
Tyto
hodnoty
byly
převzaty
z odborného
serveru
sunbird
(http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php). Po zadání kýžené lokace (Varnsdorf, Česká republika) je možnost buďto vypočítat přímo výkon pro FV elektrárnu o konkrétním Wp výkonu, či jít přes odkaz „See the monthly averages of global irradiation“ na stránku s průměrnými hodnotami dopadu slunečního záření dané lokality. Pro Varnsdorf jsou to, při sklonu 40° tyto hodnoty:
Měsíc Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Průměr
Wh/m2/den 1228 2141 3069 4089 4827 4536 4720 4449 3382 2742 1245 842 3105,83
Tabulka 1: Dopad slunečního záření
Dá se očekávat, že reálné naměřené hodnoty se budou lišit v závislosti na sklonu a orientaci FV panelů a také na počasí(počet slunečních dnů / počet dnů s mraky)(viz. Předchozí kapitoly).
3.2.3 Výkupní ceny pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření
Výkup elektřiny vyrobené využitím obnovitelných zdrojů energie je garantován státem. To upravuje zákon 180/2005Sb. Z něho vychází i ERÚ (Energetický regulační úřad) při stanovování výše výkupních cen a zelených bonusů. Výše výkupních cen je udávána v Korunách za MWh a rozlišuje se dle data uvedení do provozu. Dalším kritériem stanovujícím výši výkupních cen je velikost resp. výkon fotovoltaické elektrárny. Dělící čárou v roce 2011 jsou zařízení s 30 kWp respektive s 100kWp výkonu. V letech 2006 – 2008 nebyl výkon zařízení směrodatný. Platily stejné výkupní ceny, ať již pro malá, či pro velká zařízení. V roce 2009 přišli zákonodárci s rozdělením do dvou skupin a to do skupiny do 30kWp a nad 30kWp výkonu. Ceny v letech 2009 a 2010 však nerozlišovaly zařízení tak markantně jako v roce 2011. Původně byl rozdíl pouhých 0,10 Kč na kWh vykoupené elektřiny. V roce 2011 je rozdíl již viditelnější a to 1,60 Kč mezi zařízeními do 30kWp a zařízeními v rozmezí 30kWp a 100kWp. Rozdíl mezi zařízeními do 30kWp a nad 100kWp činí dnes celé 2 Kč. Dalším rozdílem, který je nutné vysvětlit je rozdíl mezi výkupní cenou a zeleným bonusem.
3.2.4 Zelený bonus Zelený bonus se získává za vyrobenou energii, kterou majitel zařízení sám spotřebuje, případně sám prodá někomu jinému, než svému dodavateli (např. ČEZ, EOn). Z hlediska efektivity financí se tento způsob prodeje jeví jako výhodnější. K zelenému bonusu si musí majitel zařízení připočítat ještě částku, kterou by zaplatil za energii, pokud by ji odebíral od dodavatele. Výsledná výkupní cena by tedy byla: zelený bonus + cena za energii od dodavatele. V číslech roku 2010 to vypadá následovně: 11,50 Kč + 4,50Kč = 16,00 Kč.
3.2.5 Výkupní cena Výkupní cenu zaplatí majiteli zařízení dodavatel el. energie, který bude zároveň i odběratelem. Jak již bylo o kousek výše řečeno, dodavatel má dle zákona povinnost od majitele zařízení energii z obnovitelných zdrojů energie odkoupit. Jaké jsou výkupní ceny najdete v následující tabulce.
Zdroj energie / Datum uvedení do provozu
Výkupní ceny Zelené elektřiny dodané do bonusy v Kč sítě v Kč za 1 MWh za 1 MWh
Sluneční záření Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedeným 7 500 do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011
6 500
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW do 100 kW včetně 5 900 a uvedeným do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011
4 900
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 100 kW a uvedeným do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011
4 500
5 500
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedeným 12 500 do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010
11 500
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW a uvedeným do 12 400 provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010
11 400
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedeným 13 420 do provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince 2009
12 420
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW a uvedeným do 13 320 provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince 2009
12 320
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2008 do 31. prosince 2008
14 300
13 300
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007
14 660
13 660
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu před 1. lednem 2006
6 990
5 990
Obrázek 22: Výše výkupních cen; Zdroj: tzb-info.cz
3.3 Početní příklady pro zařízení do 30kWp resp. 100kWp
Pro názorné porovnání výkupních cen a možnosti návratnosti investovaných financí je možné vypočíst si jednoduchý přehledný příklad. Investice do FV zařízení jsou známé. Při stávající úrovni technologií a jejich cenových hladinách nám vychází náklady na 1 kWp výkonu zhruba 80000Kč. Chceme-li si tedy postavit FV elektrárnu o výkonu do 30kWp budeme muset počítat s počátečním vkladem cca. 2,5mil. korun. Při zvoleném výkonu 100kWp si budeme muset připravit asi trojnásobný obnos – cca. 8mil. korun. Kolik kWh dokáží FV elektrárny vyrobit v českých klimatických podmínkách? Teoretické hodnoty je možné vidět v následujících tabulkách. Pro výpočet použité panely mají následující rozměry:
Rozměry panelu výška šířka plocha Tabulka 2: Rozměry panelu
Kyocera 185W 133,8 cm 99 cm 1,32462 m²
Pro teoretický výpočet byly využity FV panely Kyocera o výkonu 185 Wp (viz výchozí situace pro výpočty). Dále je i nutné počítat se ztrátami cca. 15%, které vznikají teplotními vlivy a ztrátami vedení.
3.3.1 FV Elektrárna do 30 kWp (29,97 kWp) Měsíc Wh/m2/den Wh/m2/mesic Leden 1228 38068 Únor 59948 2141 Březen 95139 3069 Duben 122670 4089 Květen 149637 4827 Červen 136080 4536 Červenec 146320 4720 Srpen 137919 4449 Září 101460 3382 Říjen 85002 2742 Listopad 37350 1245 Prosinec 26102 842 Celkem
3105,83
1135695
účinnost 14%/den 171,92 299,74 429,66 572,46 675,78 635,04 660,8 622,86 473,48 383,88 174,3 117,88
za měsíc 5329,52 8392,72 13319,46 17173,8 20949,18 19051,2 20484,8 19308,66 14204,4 11900,28 5229 3654,28 158997,3
1 panel Wh/den 227,7286704 397,0415988 569,1362292 758,2919652 895,1517036 841,1866848 875,308896 825,0528132 627,1810776 508,4951256 230,881266 156,1462056
1panel 162 panelu ca.15% ztráty kWh/den kWh/měsíc 193,5693698 31,36 972,11 337,485359 54,67 1530,83 483,7657948 78,37 2429,47 644,5481704 104,42 3132,50 760,8789481 123,26 3821,13 715,0086821 115,83 3474,94 744,0125616 120,53 3736,43 701,2948912 113,61 3521,90 533,103916 86,36 2590,89 432,2208568 70,02 2170,61 196,2490761 31,79 953,77 132,7242748 21,50 666,54 79,31
Tabulka 3: FVE do 30kWp
Z tabulky lze vyčíst, že při teoretickém propočtu je možné v českých klimatických podmínkách vyrobit energii cca. 29MWh ročně.
29001,14
3.3.2 FV Elektrárna do 100 kWp (99,90 kWp)
účinnost 1 panel 1panel ca.15% 540 panelů Měsíc Wh/m2/den měsíc 14% měsíc Wh/den ztráty kWh/den kWh/měsíc Leden 1228 38068 171,92 5329,52 227,7286704 193,5693698 104,53 3240,35 Únor 59948 299,74 8392,72 397,0415988 337,485359 182,24 5102,78 2141 Březen 95139 429,66 13319,46 569,1362292 483,7657948 261,23 8098,24 3069 Duben 122670 572,46 17173,8 758,2919652 644,5481704 348,06 10441,68 4089 Květen 149637 675,78 20949,18 895,1517036 760,8789481 410,87 12737,11 4827 Červen 136080 635,04 19051,2 841,1866848 715,0086821 386,10 11583,14 4536 Červenec 146320 660,8 20484,8 875,308896 744,0125616 401,77 12454,77 4720 Srpen 137919 622,86 19308,66 825,0528132 701,2948912 378,70 11739,68 4449 Září 101460 473,48 14204,4 627,1810776 533,103916 287,88 8636,28 3382 Říjen 85002 383,88 11900,28 508,4951256 432,2208568 233,40 7235,38 2742 Listopad 37350 174,3 5229 230,881266 196,2490761 105,97 3179,24 1245 Prosinec 26102 117,88 3654,28 156,1462056 132,7242748 71,67 2221,80 842 Celkem
3105,83
1135695
158997,3
264,37
Tabulka 4: FVE do 100kWp
Z tabulky lze vyčíst, že při teoretickém propočtu je možné v českých klimatických podmínkách vyrobit energii cca. 97MWh ročně.
96670,45
3.4 Návratnost investice do FVE
Fotovoltaické elektrárny jsou spojeny s poměrně vysokými pořizovacími náklady. Díky garantovaným výkupním cenám se však návratnost této investice pohybuje kolem zhruba osmi až devíti let. Jak probíhá teoretické splácení a výnosy z fotovoltaických elektráren v roce 2010 je možné vyčíst z následujících tabulek.
3200 euro pro kWp
80Kc za Wp cca. 80000 za kWp
euro Cena elektřiny za kWh Předpokládaná výroba v kWh
Cena v Cena v Eurech Korunách 2 400 000,00 96 000,00 € Kč
25,00 Kč
Výkupní cena /kWh
4,50 Kč 29001,14 12,50 Kč
roční změna výkupní ceny úroková sazba Sazba zdanění příjmů
Tabulka 5: Výchozí podmínky
V první tabulce jsou výchozí podmínky použité pro výpočty. Vycházelo se z předpokladu, že si zřizovatel fotovoltaické elektrárny vezme na celé zařízení komerční úvěr, který bude posléze z výnosů elektrárny splácet. Úroková sazba byla stanovena na realistických 5%. Jelikož se jedná o garantovanou výkupní cenu, neočekává se, že by došlo ke změně výše výkupní ceny. K sazbě zdanění příjmů z fotovoltaických elektráren se dostaneme níže. Pro výpočet byla použita varianta elektrárny do 30kWp výkonu a výkupní cena roku 2010, která byla stanovena na 12,50 Kč za vyrobenou a do sítě dodanou kilowatthodinu.
0,00% 5,00% 26,00%
3.4.1 Návratnost zařízení v roce 2010
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji -2 400 000,00 Kč -2 520 000,00 Kč 120 000,00 Kč -2 157 485,81 Kč -2 265 360,10 Kč 107 874,29 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -1 902 845,91 Kč -1 997 988,21 Kč 95 142,30 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -1 635 474,02 Kč -1 717 247,72 Kč 81 773,70 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -1 354 733,53 Kč -1 422 470,20 Kč 67 736,68 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -1 059 956,01 Kč -1 112 953,81 Kč 52 997,80 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -750 439,63 Kč -787 961,61 Kč 37 521,98 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -425 447,42 Kč -446 719,79 Kč 21 272,37 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč -84 205,60 Kč -88 415,88 Kč 4 210,28 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 274 098,31 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 636 612,50 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 999 126,69 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 1 361 640,88 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 1 724 155,07 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 2 086 669,26 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 2 449 183,45 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 2 811 697,64 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 3 174 211,83 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 3 536 726,02 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 3 899 240,21 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 4 261 754,40 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč Suma
588 529,40 Kč
Tabulka 6: FVE do 30kWp, 2010
Z tabulky je možné vyčíst, že se investice zřizovateli vrátí za osm let. Devátým rokem počínaje bude majiteli elektrárna již generovat zisky. Kumulací zisků po zbývající dobu garantované výkupní ceny je možné vydělat až téměř dvakrát více, než kolik bylo do zařízení investováno. Díky krátké době splácení úvěru nejsou ani úroky nijak vysoké. Zaplatit pouhých 25% z ceny zařízení na úrocích je ještě poměrně únosné. Na začátku roku 2011 však vešel v platnost zákon, který ruší daňové prázdniny na prvních pět let od zapojení fotovoltaické elektrárny. Tato 26% daň z příjmu se nevztahuje na elektrárny do 30kWp instalovaného výkonu. Pro demonstrační výpočet toto pravidlo nedodržíme. Výpočet zůstává analogický i pro zařízení o vyšším výkonu. Bylo zároveň i zjednodušeno pravidlo, dle kterého by byly první tři
roky zdaněny, potom by platily dvouleté daňové prázdniny a posléze by se FVE zdaňovaly opět 26%. Navrhované a schválené opatření vlády je pouze přechodné a počítá se do budoucna s udržitelným řešením. Jak by tedy vypadal plán návratnosti v případě zdanění příjmů (i na rok 2010 zpětně)?
3.4.2 Návratnost zařízení po zdanění příjmů
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Zůstatek dluhu -2 400 000,00 Kč -2 251 739,50 Kč -2 096 065,97 Kč -1 932 608,77 Kč -1 760 978,71 Kč -1 580 767,15 Kč -1 391 545,00 Kč -1 192 861,75 Kč -984 244,34 Kč -765 196,06 Kč -535 195,36 Kč -293 694,63 Kč -40 118,86 Kč 226 135,70 Kč 494 396,20 Kč 762 656,70 Kč 1 030 917,20 Kč 1 299 177,70 Kč 1 567 438,20 Kč 1 835 698,70 Kč 2 103 959,20 Kč Suma
Dluh s úroky -2 520 000,00 Kč -2 364 326,47 Kč -2 200 869,27 Kč -2 029 239,21 Kč -1 849 027,65 Kč -1 659 805,50 Kč -1 461 122,25 Kč -1 252 504,84 Kč -1 033 456,56 Kč -803 455,86 Kč -561 955,13 Kč -308 379,36 Kč -42 124,80 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč
Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji Výnos po zdanění 120 000,00 Kč 112 586,97 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 104 803,30 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 96 630,44 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 88 048,94 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 79 038,36 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 69 577,25 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 59 643,09 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 49 212,22 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 38 259,80 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 26 759,77 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 14 684,73 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 2 005,94 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč 362 514,19 Kč 268 260,50 Kč 861 250,80 Kč
Tabulka 7: FVE do 30kWp, 2010, se zdaněním
Jak je možné vidět na první pohled v tabulce, došlo při výpočtu k několika změnám. Nejzásadnějším rozdílem je asi zvýšení doby návratnosti o čtyři roky. Při budoucím investičním rozhodování může pro investora tento rozdíl nabývat většího významu, než by mohlo být na první pohled zřejmé. Jedná se v podstatě o oddálení generování příjmů o čtyři roky, což může znamenat ohrožení další investiční aktivity daného investora. Zajímavý je též výsledný součet bance zaplacených úroků za úvěr. Ten je jeden a půl tak velký, než v první variantě bez zdanění příjmů, což je již cca. 37,5% ceny zařízení. Kvůli delšímu splácení se sníží i budoucí výnosy zařízení, které se pohybují zhruba na 90% počáteční investice. Investice do zařízení, byly-li by příjmy
zdaněny se tím pádem stává méně výdělečnou a každý investor si již musí takovouto investici promyslet s ohledem na dlouhodobé navázání kapitálu.
3.5 Návratnost zařízení v roce 2011
Další zajímavou úvahou je, jak by vypadala návratnost s výkupními cenami roku 2011. Jak bylo již dříve naznačeno, klesly výkupní ceny citelně (o 5 Kč za kWh). V další tabulce jsou stejné výpočty jako pro rok 2010, ale s cenami roku 2011.
3.5.1 Návratnost zařízení
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Zůstatek dluhu -2 400 000,00 Kč -2 302 491,49 Kč -2 200 107,55 Kč -2 092 604,41 Kč -1 979 726,12 Kč -1 861 203,91 Kč -1 736 755,59 Kč -1 606 084,86 Kč -1 468 880,58 Kč -1 324 816,10 Kč -1 173 548,39 Kč -1 014 717,30 Kč -847 944,65 Kč -672 833,37 Kč -488 966,52 Kč -295 906,33 Kč -93 193,14 Kč 119 655,72 Kč 337 164,24 Kč 554 672,75 Kč 772 181,26 Kč
Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji -2 520 000,00 Kč 120 000,00 Kč -2 417 616,06 Kč 115 124,57 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -2 310 112,92 Kč 110 005,38 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -2 197 234,63 Kč 104 630,22 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -2 078 712,42 Kč 98 986,31 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 954 264,10 Kč 93 060,20 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 823 593,37 Kč 86 837,78 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 686 389,10 Kč 80 304,24 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 542 324,61 Kč 73 444,03 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 391 056,90 Kč 66 240,80 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 232 225,81 Kč 58 677,42 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -1 065 453,16 Kč 50 735,86 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -890 341,88 Kč 42 397,23 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -706 475,03 Kč 33 641,67 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -513 414,85 Kč 24 448,33 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -310 701,65 Kč 14 795,32 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč -97 852,79 Kč 4 659,66 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč
Suma
1 177 989,01 Kč
Tabulka 8: FVE do 30kWp 2011
Z tabulky je viditelné, že snížení výkupní ceny se promítlo negativně do doby splácení fotovoltaické elektrárny. Návratnost je na 16 letech. Výnosy po 20 letech jsou na hranici 30% vložené investice a úroky jsou na hranici 50%. Investice se v dvacetiletém horizontu ještě stále vyplatí (závisí však na subjektivním zhodnocení
dalších rizik – příklad je teoretický a vynechává některé reálné faktory jako např. krádež, poškození, další legislativní změny, atd.).
3.5.2 Návratnost zařízení při zdanění příjmů Jiná je však situace s přihlédnutím k faktu, že příjmy z projede proudu budou zdaněny.
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
Výnos po Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji zdanění -2 400 000,00 Kč -2 520 000,00 Kč 120 000,00 Kč -2 359 043,70 Kč -2 476 995,88 Kč 117 952,18 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 316 039,58 Kč -2 431 841,56 Kč 115 801,98 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 270 885,26 Kč -2 384 429,53 Kč 113 544,26 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 223 473,23 Kč -2 334 646,89 Kč 111 173,66 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 173 690,59 Kč -2 282 375,12 Kč 108 684,53 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 121 418,82 Kč -2 227 489,76 Kč 106 070,94 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 066 533,46 Kč -2 169 860,13 Kč 103 326,67 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -2 008 903,83 Kč -2 109 349,02 Kč 100 445,19 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 948 392,72 Kč -2 045 812,36 Kč 97 419,64 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 884 856,06 Kč -1 979 098,86 Kč 94 242,80 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 818 142,56 Kč -1 909 049,69 Kč 90 907,13 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 748 093,39 Kč -1 835 498,06 Kč 87 404,67 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 674 541,76 Kč -1 758 268,84 Kč 83 727,09 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 597 312,54 Kč -1 677 178,17 Kč 79 865,63 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 516 221,87 Kč -1 592 032,96 Kč 75 811,09 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 431 076,66 Kč -1 502 630,50 Kč 71 553,83 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 341 674,20 Kč -1 408 757,91 Kč 67 083,71 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 247 801,61 Kč -1 310 191,69 Kč 62 390,08 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 149 235,39 Kč -1 206 697,16 Kč 57 461,77 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -1 045 740,85 Kč -1 098 027,90 Kč 52 287,04 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -937 071,60 Kč -983 925,18 Kč 46 853,58 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -822 968,88 Kč -864 117,32 Kč 41 148,44 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -703 161,02 Kč -738 319,07 Kč 35 158,05 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -577 362,77 Kč -606 230,91 Kč 28 868,14 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -445 274,61 Kč -467 538,34 Kč 22 263,73 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -306 582,04 Kč -321 911,14 Kč 15 329,10 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -160 954,84 Kč -169 002,58 Kč 8 047,74 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč -8 046,28 Kč -8 448,60 Kč 402,31 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč 152 507,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč 313 464,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč 217 508,51 Kč 160 956,30 Kč Suma
Tabulka 9: FVE do 30kWp 2011 zdaněno
2 115 225,00 Kč
Z této tabulky je na první pohled viditelné, že investice do zařízení s ohledem na zdanění daní z příjmu se ve dvacetiletém horizontu nevyplatí. Návratnost leží na přelomu 28. a 29. roku. S tím jsou spojené některé problémy. Zaprvé je výkupní cena garantována pouze na dvacet let a co se stane po uplynutí této doby je jen velmi těžké odhadnout. Za druhé jsou zde omezení, která vznikají v souvislosti životností solárních panelů (článků) a efektivitou přeměny slunečního záření na proud, která v čase klesá. Navíc i zaplacené úroky z úvěru dosahují hranice 90%, což je již téměř dvojnásobek hodnoty zařízení. Ještě zajímavější jsou propočty pro velká zařízení nad 30kWp. U těch platí výkupní ceny ne 7,50Kč, ale pouhých 5,50Kč. Při nezdaněných příjmech se pohybuje horizont návratnosti kolem 28 let. U příjmů zdaněných nejsou tyto tak vysoké, aby pokryly alespoň úroky z úvěru, čímž pádem dochází k neustálému navyšování dluhu u banky i přesto, že fotovoltaické zařízení funguje správně.
3.6 Několik kroků při zařizování fotovoltaické elektrárny 1. Získání licence na výrobu elektřiny – vydává ERÚ 2. Oslovení firmy pro zpracování nabídky – ta by měla obsahovat všechna potřebná data pro další jednání s místními provozovateli distribuční sítě 3. Zjištění si na stavebním úřadě, jaké jsou náležitosti potřebné ke zřízení fotovoltaické elektrárny (rozlišovat se musí i pozice – střecha, volný pozemek, fasáda). 4. Ověření územního plánu – ochranná pásma, či jiné okolnosti by mohli bránit výstavbě FVE 5. Pro omezení rizika je doporučeno vypracování studie proveditelnosti, či podnikatelského záměru 6. Vyjednání úvěru u banky – není-li financování z vlastních zdrojů 7. Žádost na provozovatele distribuční soustavy o připojení zařízení do distribuční sítě – Zde existuje ze zákona povinnost přednostně připojit výrobce elektřiny z OZE a vykupovat od něj veškerou, tímto zdrojem vyrobenou elektřinu dle cen ERÚ 8. Instalace fotovoltaické elektrárny dodavatelskou firmou – po obdržení vyjádření k připojení do distribuční sítě 9. Volba způsobu dodávek elektřiny a. Zelené bonusy b. Výkupní ceny 10. Uzavření potřebných smluv a. Smlouva o distribuci a úhradě regulovaných poplatků b. Smlouva o připojení
c. Smlouva o dodávce elektřiny 11. Instalace zařízení na měření fotovoltaické elektrárny – zajišťuje provozovatel distribuční soustavy 12. zahájení výroby elektřiny
4. Demonstrační Projekt Varnsdorf 4.1 Co chceme demonstrovat? 1. Instalaci FV systému na střechu budovy školy 2. Průběh výroby 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 (ne)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.
4.2 „Varnsdorf - energeticky soběstačná škola“
Společnost Via Regia začala od roku 2007 realizovat demonstrační projekt energetické soběstačnosti základní školy ve Varnsdorfu. Jedná se o školu postavenou v roce 1989 jako pavilónový typ sedmi budov. Ke stavbě školy byla použita technologie MS 71 – montovaný skelet. Celkový obestavěný prostor sedmi budov je 65.930 m3, celková vytápěná plocha 9.040m2.
Část komplexu
Vytápěná plocha v m2 Obestavěný prostor v m3
4 podlažní pavilon 2. stupně
3720
14180
2 podlažní pavilon 1. stupně
1773
7268
Budova výtvarné a pracovní 1192
5229
výchovy – 2 podlažní Tělocvična – 1 podlažní
771
6723
Pavilon stravování
650
2850
Pavilon centrálních šaten
650
2850
Tabulka 10: Charakteristika objektu
Areál ZŠ nemá vlastní energetický zdroj. Teplo odebírá z městské energetické sítě (dálkové teplo). Na spotřebovaných energiích se podílí vytápění 86%, osvětlení 10% a příprava TUV 4%. Demonstrační Projekt Varnsdorf je projekt, který by měl dokázat, že je možné pomocí obnovitelných zdrojů dosáhnout energetické soběstačnosti ve výrobě a spotřebě elektrické energie.
Na základě odečtu spotřeb má ZŠ Edisonova ve Varnsdorfu roční spotřebu elektrické energie ca. 93 MWh což odpovídá zhruba 339 GJ. Instalací solárních fotovoltaických panelů na střechu školy by se měla 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 (např. tepelná čerpadla) pro vytápění v budově tak, aby byla škola opravdu „soběstačná“. Montáž fotovoltaických panelů proběhne ve dvou etapách. V první etapě budou využity střechy A2 a B3 (viz obrázek). V etapě druhé střecha C1.
Obrázek 23: Využívané střechy
Etapa Střecha Plocha
v Počet
m²
panelů
Výrobce Výkon
Výkon soustavy
kWp
kWp
1
A2, B3
1673,3
259
Kyocera
185
47,915
2
C1
734,44
215
Kyocera
185
39,775
474 Tabulka 11: Etapy výstavby
87,69
4.3 Přesné rozložení panelů
Přesné rozložení panelů, resp. konstrukcí držících panely, na pavilonu A2 školy je viditelná v následujícím obrázku.
Obrázek 24: Rozložení panelů na pavilonu A2
Jednotlivé řady fotovoltaických panelů jsou od sebe 2,2 metru vzdáleny a jsou 0,811m široké (vždy vzdálenost os betonových kvádrů). Vzdálenosti jsou zvoleny právě tak, aby si jednotlivé panely navzájem nestínily. Řez konstrukcí, na které jsou uchyceny panely, je znázorněn v dalším obrázku.
Obrázek 25: Řez konstrukcí držící panely
V tomto obrázku jsou názorně viditelný, kromě vzdáleností mezi jednotlivými řadami i sklon a velikost fotovoltaických panelů. Ve skutečnosti vypadá střecha pavilonu A2 po instalaci panelů následovně:
Obrázek 26: Pavilon A2
4.4 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 zvolení 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.
35°
Obrázek 27: Panely - střešní instalace
Panely mají jižní orientaci a sklon 35°.
Obrázek 28: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu
Z obrázku lze vyčíst, že při jižní orientaci a sklonu 35° je možné dosáhnout t ěch nejideálnější hodnot. Jakákoliv odchylka ve vertikálním, či horizontálním směru by znamenala ztrátu efektivity.
4.5 Instalace FVE
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 zařízení), bezúdržbová (nepotřeba zásahů po instalaci FV zařízení), hydroizolační (ochrana objektu školy proti vnikající vlhkosti), zátěžová (možnost instalace konstrukcí držících FV panely bez poškození podkladu) a má dlouhou životnost.
Obrázek 29: Úprava střechy
Na střešní krytinu je položena střešní konstrukce,
tvořená z betonových prefabrikátu, které jsou podloženy vlnitou deskou 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. Hliník je na střešní mnohem vhodnější, nežli ocelové konstrukce, jelikož poskytuje stejnou pevnost při nižší hmotnosti. Nevýhodou může být vyšší cena. Jak konstrukce vypadá konstrukčně je znázorněno v následujících obrázcích.
Obrázek 30: Detail instalační konstrukce
Obrázek 31: Řez upevňovací konstrukcí
Jižní směr
FV Panel
Hliníková konstrukce
Betonový prefabrikát
Obrázek 32: Půdorys konstrukce
4.6 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. Tato funkce se označuje MPPT (Maximum Power Point Tracking), je prováděna s velmi vysokou přesností a zajišťuje ji měnič.
Obrázek 33: Měniče
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.
4.7 Monitoring FVE
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
•
panel bude ztvárněn tak, aby byl vhodný i pro výukové účely a srozumitelný pro školáky
Obrázek 34: Informační panel pro školáky
4.8 Vizualizační software Vizualizační software vypadá podobně jako software vyvinutý k projektu FVE v Hrádku (http://85.132.188.253/).
4.8.1 Vizualizační software Hrádek
Obrázek 35: Vyrobená energie za rok 2009 FVE Hrádek
Vyrobená energie FVE Hrádek za rok 2009
Obrázek 36: Vyrobená energie za červen 2009 FVE Hrádek
Vyrobená energie FVE Hrádek za červen 2009
Obrázek 37: Vyrobená energie dne 5.6.2009 FVE Hrádek
Vyrobená energie FVE Hrádek v pátek 5. 6. 2009
4.8.2 Vizualizační software Varnsdorf Nový software pro FVE ve Varnsdorfu byl spuštěn na konci roku 2010 (4.12.2010). Výstupy, které zařízení doposud mělo jsou k nalezení na následující internetové adrese: http://89.111.88.251/values.xml Vizualizační software pro Varnsdorf vypadá přeci jen o něco jinak, než vizualizační software pro Hrádek n. Nisou.
Obrázek 38: Souhrnný graf FVE Varnsdorf
V předchozím obrázku je vyobrazen graf s údaji z FVE Varnsdorf. Jsou zde znázorněny ukazatele jako vyrobená energie, směr a rychlost větru, či teplota okolí a panelů. Na první pohled působí graf nepřehledně. Software však nabízí možnost volby, které údaje se v grafu zobrazí. Tím pádem je možné buďto jednotlivou hodnotu, či více hodnot dohromady, které budou mít tu správnou vypovídající schopnost. Například porovnat velikost osvitu s vyrobenou energií.
Obrázek 39: Osvit a vyrobená energie FVE Varnsdorf (17. - 24. února)
Na týdenním grafu porovnávajícím osvit (modrá křivka) a vyrobenou energii (šedá křivka) je zřetelné, že vyrobená energie je mnohem nižší, nežli velikost osvitu. To je dáno již dříve zmiňovanou účinností přeměny sluneční energie u FV panelů.
Obrázek 40: Teploty panelů a okolí FVE Varnsdorf (17. - 24. února)
Další zajímavé je porovnání teplot okolí (zelená křivka) a panelů (žlutá křivka). Zatímco okolní teplo stoupá přes den pouze nevýrazně, jsou teplotní oscilace panelů obrovské. Navíc se zatím jedná o teploty okolí kolem nuly. V létě je možné očekávat menší výkyvy, avšak díky tomu větší efektivitu, jelikož vodivost polovodičů je závislá na teplotě (čím větší teplota, tím větší vodivost / resp. menší odpor polovodiče). Posledními údaji, které se v grafice nacházejí jsou směr a rychlost větru.
Obrázek 41: Rychlost a směr větru FVE Varnsdorf (17. - 24. února)
Tento graf ukazuje, směr větru (oranžová křivka) a zároveň jeho rychlost (červená křivka). Směr větru (WD – Wind Direction) je udáván ve stupních, kdy severní vítr (vítr vanoucí ze severu na jih) je označen 0° a vítr západní (vanoucí ze západu na východ) 270°. Sm ěr větru je udán v m/s. Jak vidno z grafu, rychlost větru nedosahovala v týdnu od 17.2.2011 do 24.2.2011 žádných extrémních hodnot.
4.9 Porovnání FVE Varnsdorf a FVE Hrádek Základem demonstračního projektu Varnsdorf je demonstrovat krom soběstačnosti i možnosti využití sluneční energie v našich zeměpisných šířkách. K tomuto slouží krom FVE Varnsdorf i FVE Hrádek. Vzdušnou čarou se nacházejí pouhých 17kilometrů od sebe. Varnsdorf leží nepatrně zeměpisně výše než Hrádek nad Nisou. Zajímavé je srovnání i z hlediska vlivu faktorů okolí. FVE v Hrádku má zhruba dvoutřetinový výkon – 61kWp. Srovnávací grafy vypadají následovně:
Obrázek 42: Aktuální výkon 2.3.2011
Takto vypadá srovnání aktuálních výkonů obou fotovoltaických elektráren dne 2.3.2011. FVE Varnsdorf dodává vyšší aktuální výkon, což je dáno především vyšším instalovaným výkonem (FVE Varnsdorf = 1,5x FVE Hrádek). Z toho se dá usoudit, že i vyrobená energie bude vyšší u FVE Varnsdorf. Toto srovnání ukazuje následující graf.
Obrázek 43: Vyrobená energie 2.3.2011
Vyrobená energie roste ke konci grafu (chvilku po poledni) mírně kolísavěji, avšak téměř pořád proporcionálně k vyrobené energii v Hrádku. Tato kolísavost může být důsledkem několika faktorů, které jsou zřejmé v dalších grafikách.
Obrázek 44: Osvit 2.3.2011
Z této grafiky je viditelné, že kolísavost může být způsobena skokovým kolísáním osvitu. Důvodem tohoto je z největší pravděpodobností postup mraků přes trajektorii osvitu. Celkové kolísání výroby energie mohly však ovlivnit i panující povětrnostní podmínky.
Obrázek 45: Rychlost větru 2.3.2011
Kolem již zmiňované dvanácté hodiny došlo i ke zvýšení hodnot rychlosti větru. To mohlo způsobit jak mírné ochlazení panelů, tak i přechodné nakupení oblačnosti.
Obrázek 46: Teplota panelů 2.3.2011
Zároveň se změnami hodnot větru a osvitu, zakolísala i teplota panelů. Jak již byl zmiňováno v předchozích pasážích roste s poklesem teploty u polovodičů jejich odpor. Tím se snižuje i efektivita přeměny slunečního záření na elektrickou energii – dochází k větším ztrátám.
Na teplotu panelů má nemalý vliv i teplota okolí. Ta se v inkriminovaný okamžik taktéž snížila, jak je vidět v následujícím grafu.
Obrázek 47: Teplota okolí 2.3.2011
Neméně zajímavé je srovnání hodnot v delších časových intervalech. Jelikož je srovnávací software v provozu teprve krátce, není možné porovnat data za celý plnohodnotný měsíc. Pro představu , jak vypadají data v měsíčním srovnání využijeme měsíc únor. Zde jsou k dispozici data pouze od 13. dne tohoto měsíce.
Obrázek 48: Průměrný výkon v únoru 2011
V předchozím grafu je vidět, že i v měsíčním porovnání přesahuje průměrný výkon FVE Varnsdorf výkon FVE v Hrádku zhruba o třetinu (analogie s denním výkonem).
Obrázek 49: Vyrobená energie v únoru 2011
K podobným závěrům se dá dojít i při pohledu na srovnání výstupů vyrobené energie. FVE Varnsdorf je v každém srovnávaném dni o zhruba třetinu lepší.
Obrázek 50: Osvit v únoru 2011
Zajímavým srovnáním je porovnání průměrného záření. Dle dostupných dat je průměrné záření v Hrádku nad Nisou větší než ve Varnsdorfu, a to o zhruba čtvrtinu až třetinu. Zdálo by se logické, že je-li u FVE Hrádek osvícení o třetinu vyšší a instalovaný výkon o třetinu nižší, měla by být vyrobená energie srovnatelná s vyrobenou energií na FVE Varnsdorf, kde je sice instalovaný výkon vyšší, ale osvit menší. Z dostupných dat se však nedá dojít k jednoznačnému závěru, proč tato logická úvaha neplatí. Faktorů může být hned několik. Zaprvé rok instalace a v té
době dostupné technologie. FVE Hrádek byla instalována o téměř 5 let dříve. Fotovoltaické panely ještě nebyly na takové úrovni, jako jsou dnes. Navíc i opotřebení v čase může hrát velkou roli. Ačkoliv výrobci garantují ztrátu výkonu maximálně 10% za 20 let, nelze toto jednoznačně dokázat. Dalším faktorem mohou být použité měniče a délka vedení. Při delším vedení dochází i k větším ztrátám energie. Za další se může efektivita snížit i jen nepatrným neoptimálním natočením fotovoltaického panelu. Znečištění panelů za dobu užívání je také jedním z ne nevýznamných činitelů. Jak je vidět důvodů může být mnoho. Tento problém by si zasloužil do budoucna hlubší analýzu. Výsledky by mohly sloužit ostatním provozovatelům a potencionálním zřizovatelům při jejich investičním rozhodování.
Prozatím jsme si popsali demonstrační zařízení a dosavadní výstupy monitoringu. Jaké budou výstupy FVE v praxi se dozvíme konkrétněji až po roce (první konkrétní výstupy za celý rok), resp. více letech užívání (možnost sledování vývoje v čase). Teoretické výsledky je možné načrtnout dle dostupných technických specifikací panelů a dostupných dat. Tato teoretická úvaha je popsána v další části této zprávy.
4.10 Varnsdorf Varnsdorf se nachází na severu České Republiky ve Šluknovském výběžku. Geograficky patří pod Ústecký Kraj do okresu Děčín. Další informace o Varnsdorfu jsou k nalezení v následující tabulce. Status:
Město
NUTS 3
Ústecký Kraj
NUTS 4
Okres Děčín
Katastrální výměra
26,21 km2
Počet obyvatel
16.098
Zeměpisná délka
50° 53' severní ší řky
Zeměpisná šířka
14° 37' východní délky
Nadmořská výška
332m.n.m
Další informace
www.varnsdorf.cz
Tabulka 12: Varnsdorf - informace
4.11 Sluneční podmínky ve Varnsdorfu Z hodnot dopadajícího slunečního záření pro zeměpisnou polohu, na které se Varnsdorf nachází, (zdroj: http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php?lang=sk&map=europe&app=gridconnected) je pro solární systém možné očekávat následující výstupy:
Obrázek 51: Dopad slunečního záření
Obrázek 52: Očekávaná výroba el. energie
4.12 Spotřeba školy a výroba el. energie – FVE Varnsdorf Hlavním nedostatkem FVE Varnsdorf je v současné době sfázování výroby a odběru. V denním pojetí ještě takový problém nenastává, jelikož škola potřebuje elektrický proud právě v čase, kdy svítí slunce. 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.
Obrázek 53: Přebytky výroby nad spotřebou
Obrázek 54: Přebytky spotřeby nad výrobou
Instalace pouze první fáze a nedokončení druhé fáze by pro školu ve Varnsdorfu nemělo kýžený efekt. 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).
Obrázek 55:Celkem: Přebytky výroby nad spotřebou
Obrázek 56: Celkem: přebytky spotřeby nad výrobou
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 5356,47 -5373,53 8500,86 -2669,14 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
Tabulka 13: Přebytky v jednotlivých měsících
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.
Přebytek bilance je možné použít k dalšímu zefektivňování energetické bilance školy ve Varnsdorfu.
4.13 Náklady na FVE a výnosy z fotovoltaické elektrárny Zajímavá je též myšlenka zřízení FVE jako investičního záměru školy. Náklady na FVE jsou nemalé (7 395 840 Kč), avšak při garantovaných cenách výkupu od energetické společnosti se dají poměrně snadno pokrýt, jak ukazuje následující tabulka.
Období Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec
Měsíční rozdíly spotřeba/výroba Cena nákupu energie - Cena prodeje energie - 11,40Kč (kWh) 4,50Kč/kWh /kWh -8898,55 40 043,47 Kč 0,00 Kč -5373,53 24 180,87 Kč 0,00 Kč -2669,14 12 011,13 Kč 0,00 Kč 2393,81 0,00 Kč 27 289,43 Kč 5506,37 0,00 Kč 62 772,56 Kč 5116,02 0,00 Kč 58 322,63 Kč 12073,98 0,00 Kč 137 643,42 Kč 11323,34 0,00 Kč 129 086,06 Kč 2469,65 0,00 Kč 28 154,05 Kč -1534,90 6 907,06 Kč 0,00 Kč -9152,70 41 187,16 Kč 0,00 Kč -8837,73 39 769,80 Kč 0,00 Kč
Suma Přebytek Tabulka 14: Roční bilance přebytků v Kč
164 099,49 Kč
443 268,16 Kč 279 168,68 Kč
4.13.1 Výnosy při plném prodeji Rok 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Amortizace - plný prodej Spotřeba školy/rok Výnos při plném prodeji -7 395 840,00 Kč -6 767 418,85 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -6 138 997,70 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -5 510 576,55 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -4 882 155,40 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -4 253 734,25 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -3 625 313,10 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -2 996 891,96 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -2 368 470,81 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -1 740 049,66 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -1 111 628,51 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč -483 207,36 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 145 213,79 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 773 634,94 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 1 402 056,09 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 2 030 477,24 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 2 658 898,39 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 3 287 319,54 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 3 915 740,69 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 4 544 161,83 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč 5 172 582,98 Kč 423 783,00 Kč 1 052 204,15 Kč
21
5 801 004,13 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
22
6 429 425,28 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
23
7 057 846,43 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
24
7 686 267,58 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
25
8 314 688,73 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
26
8 943 109,88 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
27
9 571 531,03 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
28
10 199 952,18 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
29
10 828 373,33 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
30
11 456 794,48 Kč
423 783,00 Kč
1 052 204,15 Kč
Tabulka 15: Výnos při plném prodeji
Při prodeji veškerého vyrobeného proudu je investice splacena za zhruba 12 let. V předpokládané době životnosti se tedy dá pomocí prodeje elektrické energie dosáhnout nezanedbatelných zisků (pozn.: vypočtená návratnost je návratnost prostá a nebere tudíž v potaz finanční jevy jako úvěr, inflaci, a další – bere v potaz pouze nutnost placení spotřeby el. energie školy, ). To však není účelem našeho demonstračního projektu „Varnsdorf - energeticky soběstačná škola“.
4.13.2 Výnosy při samovyužití Rok 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Amortizace při Výnos při prodeji po samovyužití samovyužití -7 395 840,00 Kč -7 116 671,32 Kč 279 168,68 Kč -6 837 502,65 Kč 279 168,68 Kč -6 558 333,97 Kč 279 168,68 Kč -6 279 165,29 Kč 279 168,68 Kč -5 999 996,61 Kč 279 168,68 Kč -5 720 827,94 Kč 279 168,68 Kč -5 441 659,26 Kč 279 168,68 Kč -5 162 490,58 Kč 279 168,68 Kč -4 883 321,91 Kč 279 168,68 Kč -4 604 153,23 Kč 279 168,68 Kč -4 324 984,55 Kč 279 168,68 Kč -4 045 815,88 Kč 279 168,68 Kč -3 766 647,20 Kč 279 168,68 Kč -3 487 478,52 Kč 279 168,68 Kč -3 208 309,84 Kč 279 168,68 Kč -2 929 141,17 Kč 279 168,68 Kč -2 649 972,49 Kč 279 168,68 Kč -2 370 803,81 Kč 279 168,68 Kč -2 091 635,14 Kč 279 168,68 Kč -1 812 466,46 Kč 279 168,68 Kč
21
-1 533 297,78 Kč
279 168,68 Kč
22
-1 254 129,10 Kč
279 168,68 Kč
23
-974 960,43 Kč
279 168,68 Kč
24
-695 791,75 Kč
279 168,68 Kč
25
-416 623,07 Kč
279 168,68 Kč
26
-137 454,40 Kč
279 168,68 Kč
27
141 714,28 Kč
279 168,68 Kč
28
420 882,96 Kč
279 168,68 Kč
29
700 051,63 Kč
279 168,68 Kč
30
979 220,31 Kč
279 168,68 Kč
Tabulka 16: Amortizace při samovyužití
Při samovyužití vyrobené elektrické energie a odprodání pouze přebytků výroby je možné počáteční vklad splatit za 27 let. Při předpokládané životnosti zařízení mezi 25 – 30 lety, je takováto investice do jisté míry diskutabilní. V úvahu je nutné brát
fakt, že v propočtu obsaženém výnosu, který je použit na amortizaci základního dluhu je zahrnuta i elektrická energie, která se spotřebovala v objektu a nemusí se již platit. Byla-li by tato brána jako úspory, je možné to brát jako zisk. Amortizace by se potom změnila.
4.13.3 Výnosy při samovyužití se započtením úspor
Rok 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Amortizace Výnos se započtením samovyužití+úspora úspory -7 395 840,00 Kč -6 835 000,81 Kč 560 839,19 Kč -6 274 161,62 Kč 560 839,19 Kč -5 713 322,43 Kč 560 839,19 Kč -5 152 483,24 Kč 560 839,19 Kč -4 591 644,05 Kč 560 839,19 Kč -4 030 804,86 Kč 560 839,19 Kč -3 469 965,67 Kč 560 839,19 Kč -2 909 126,48 Kč 560 839,19 Kč -2 348 287,29 Kč 560 839,19 Kč -1 787 448,10 Kč 560 839,19 Kč -1 226 608,91 Kč 560 839,19 Kč -665 769,72 Kč 560 839,19 Kč -104 930,53 Kč 560 839,19 Kč 455 908,66 Kč 560 839,19 Kč 1 016 747,85 Kč 560 839,19 Kč
16
1 577 587,04 Kč
560 839,19 Kč
17
2 138 426,23 Kč
560 839,19 Kč
18
2 699 265,42 Kč
560 839,19 Kč
19
3 260 104,61 Kč
560 839,19 Kč
20
3 820 943,80 Kč
560 839,19 Kč
21
4 381 782,99 Kč
560 839,19 Kč
22
4 942 622,18 Kč
560 839,19 Kč
23
5 503 461,37 Kč
560 839,19 Kč
24
6 064 300,57 Kč
560 839,19 Kč
25
6 625 139,76 Kč
560 839,19 Kč
26
7 185 978,95 Kč
560 839,19 Kč
27
7 746 818,14 Kč
560 839,19 Kč
28
8 307 657,33 Kč
560 839,19 Kč
29
8 868 496,52 Kč
560 839,19 Kč
30
9 429 335,71 Kč
560 839,19 Kč
Tabulka 17: Amortizace samovyužití + úspora spotřeby
Návratnost se v tomto případě pohybuje kolem 14let. Oproti variantě bez započítané úspory je rozdíl velký. Menší rozdíl je v porovnání s variantou plného prodeje a hrazení el. energie klasickou cestou.
5. Shrnutí Výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie je jedním z největších příslibů do budoucna. Fosilní paliva nebudou k dispozici do nekonečna – jsou vyčerpatelné. Předpovědi o tom, jak velké jsou ještě zásoby uhlí se mnohých případech liší. Oscilují mezi 20 až 65 lety. Dle některých expertů je nutné zahájit přechod na OZE energie co nejdříve a zároveň se zaváděním nových technologií i zvyšovat úspory energie a tepla. Jako nejvýhodnější se jeví výroba elektrické energie a tepla z energie slunce. Množství této energie, které dopadá na zem je obrovské. Jediným úskalím dneška je krom efektivity přeměny sluneční energie na energii elektrickou i nemožnost efektivně a masově uchovávat tuto energii. Na předchozích několika stránkách jsme se pokusili vysvětlit základní vědomosti o fungování solárních panelů, průběhu přeměny a zároveň představit dnes nejčastěji používané technologie. Z presentovaných výpočtů si může každý čtenář udělat vlastní představu o výhodnosti, či nevýhodnosti nasazení solárních technologií k výrobě elektřiny. Je samozřejmě možné předpokládat velký rozmach nových a efektivnějších solárních technologií, stejně jako i technologií na uchovávání elektrické energie ve velkých množstvích. Rozhodnutí o používání solárních technologií je markantně, avšak ne výhradně ovlivněno pouze finanční stránkou. Jsou zde i jiné faktory, jako image podniků, či uvědomění si potřeby chránit přírodu a klima před znečištěním exhalacemi, které vznikají při spalování fosilních paliv. V poslední době se ukazuje i další trend. Je to decentralizace energetické soustavy a první pokusy o vytvoření soběstačných obcí. Soběstačných nejen na elektřině, avšak i teplu. I při takovýchto záměrech hrají solární technologie nezanedbatelnou roli. Solární technologie a jejich další vývoj se bezesporu vyplatí. Je potřeba tyto obnovitelné zdroje v začátcích i podporovat prostřednictvím dotaci a jejich častější aplikací ukázat lidem, že se jedná o běžný dostupný produkt a ne o technologie
dalšího tisíciletí. Propagace by se ovšem neměla ubírat tak extrémními a polarizovanými směry, jako tomu bylo v poslední době v České Republice. Bylo by vhodné najít optimální střední cestu, aby se , jak tomu dnes v ČR je, solární technologie nedostávaly do nevole široké veřejnosti. Presentace solárních technologií je možná již i pro děti od útlého věku. Trh dnes již nabízí celou řádku solárních hraček, které mohou dětem hravou formou přiblížit sílu slunce. Tyto hračky jsou důmyslně propracované a dozajista zaujmou i nejednoho dospělého. Pomocí osvěty hravou formou je též možné dosáhnout positivních výsledků ve využívání solárních technologií dle hesla Exempla trahunt (neboli příklady táhnou). Propagace obnovitelných zdrojů energie je dozajista jedním z hlavních prostředků pro vývoj trhu s těmito technologiemi a měla by patřit mezi stěžejní programové cíle vlád po celém světě. I tato studie presentuje solární technologie jako dosažitelný zdroj obnovitelné energie, který je dostupný širokou veřejnost.
