MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2012

PAVEL CEJPEK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Sledování provozu a srovnání parametrů fotovoltaických elektráren

Diplomová práce

Vedoucí práce : Ing. Martin Fajman, Ph.D.

Vypracoval : Bc. Pavel Cejpek

Brno 2012 2

Mendelova univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy

Agronomická fakulta 2009/2010

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Název tématu:

Bc. Pavel Cejpek Zemědělská specializace Agroekologie

Sledování provozu a srovnání parametrů fotovoltaických elektráren

Rozsah práce:

45-55 stran včetně příloh

Zásady pro vypracování: 1. Na základě studia literárních pramenů přehledně zpracujte historii a vývoj využití solární energie pro výrobu elektřiny 2. Získáním provozních dat fotovoltaické elektrárny, resp. elektráren sestavte přehled jejich provozních parametrů ve vztahu k vybraným veličinám 3. Vyhodnoťte kritické parametry provozu fotovoltatických systémů vzhledem k okamžitým výkonovým parametrům a souhrnným veličinám 4. V rámci diskuse zhodnoťte aspekty získávání elektrické energie prostřednictvím fotovoltaických systémů, formulujte závěry ve vztahu k odbornosti Vašeho studia 5. V závěru shrňte pozitiva i negativa provozu, sestavte stručnou ekonomickou analýzu pořízení a životnosti fotovoltaické elektrárny a pokuste se závěry Vaší práce zobecnit Seznam odborné literatury: 1. 2. 3. 4.

elektronické informační zdroje firemní literatura odborné časopisy (Alternativní energie, Energie) sborníky z vědeckých konferencí

Datum zadání diplomové práce: Termín odevzdání diplomové práce:

říjen 2008 květen 2010

Bc. Pavel Cejpek Autor práce

Ing. Martin Fajman, Ph.D. Vedoucí práce

doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vedoucí ústavu

prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. Děkan AF MENDELU

3

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Sledování provozu a srovnání parametrů fotovoltaických elektráren vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne………………….

PODPIS………………. 4

PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych chtěl poděkovat svému vedoucímu diplomové práce Ing. Martinu Fajmanovi, Ph.D. za cenné připomínky, rady a poznatky, kterými mi byl při zpracování diplomové práce nápomocen. Dále pak BA Radku Orsagovi za poskytnutá data a Ing. Silvii Kolibačové za všechno.

5

ABSTRAKT V této diplomové práci na téma Sledování provozu a srovnání parametrů fotovoltaických elektráren je nejprve popsána historie fotovoltaiky, generační vývoj fotovoltaických článků, princip práce a recyklace fotovoltaických panelů. Dále jsou zde popsány existující fotovoltaické systémy a finanční nástroje podpory fotovoltaiky v České republice. Hlavním cílem byl popis a srovnání parametrů fotovoltaických elektráren a vyhodnocení jejich provozních dat. K porovnání těchto dat sloužil program PV GIS a údaje z přilehlých meteorologických stanic. Při zpracování byly použity hodnoty z roku 2011 elektráren nacházejících se na různých místech České republiky. Z porovnávaných fotovoltaických elektráren byla nejlépe vyhodnocena ta, která se nachází na území Jihomoravského kraje.

Klíčová slova: fotovoltaika, fotovoltaická elektrárna, solární energie

ABSTRACT In this diploma thesis on operating monitoring and comparison of parameters of photovoltaic power is first described the history of photovoltaics, photovoltaic generation development, principles of work and the recycling of photovoltaic panels. There are also described an existing photovoltaic systems, photovoltaic financial support instruments in the Czech Republic. The main objective was description and comparison of photovoltaic parameters and evaluation of their operational data. To compare these data served PV GIS program and data from nearby weather stations. When processing the values were used in 2011 from plants located at various places in the Czech Republic. The comparison of photovoltaic power plants was evaluated the best, which is located in the South Moravian Region.

Key words: photovoltaics, solar power, solar energy

6

OBSAH 1

Úvod .........................................................................................................................10

2

Cíl práce ...................................................................................................................11

3

Současný přehled řešené tématiky ...........................................................................11 3.1

Historie fotovoltaiky.............................................................................................11

3.2

Princip FV jevu....................................................................................................12

3.3

Generační vývoj FV článků .................................................................................13

3.3.1

První generace ............................................................................................13

3.3.2

Druhá generace...........................................................................................13

3.3.3

Třetí generace .............................................................................................14

3.4

Složení a princip práce FV systémů....................................................................14

3.5

Typy FV panelů...................................................................................................15

3.5.1

Monokrystalické panely ...............................................................................15

3.5.2

Polykrystalické panely .................................................................................15

3.5.3

Tenkovrstvé a Si panely...............................................................................16

3.6

Recyklace panelů na konci životnosti..................................................................16

3.6.1

Recyklovatelné materiály .............................................................................18

3.6.1.1 Hliník.........................................................................................................18 3.6.1.2 Sklo...........................................................................................................18 3.6.1.3 Plastové komponenty................................................................................18 3.6.1.4 Fotovoltaické články..................................................................................18 3.6.1.5 Těžké kovy................................................................................................19 3.6.2

Metody recyklace.........................................................................................19

3.6.2.1 Termická recyklace ...................................................................................19 3.6.2.2 Mechanicko-chemická metoda ..................................................................20 3.6.3 3.7

Množství panelů k recyklaci .........................................................................21

Fotovoltaické systémy.........................................................................................22 7

3.7.1

Drobné aplikace...........................................................................................22

3.7.2

Ostrovní systémy off-grid .............................................................................22

3.7.3

Síťové systémy on-grid ................................................................................24

3.7.4

BIPV - Building Integrated Photovoltaic systems – fotovoltaika integrovaná

do budov 3.8

....................................................................................................................25

Fotovoltaické elektrárny ......................................................................................26

3.8.1

Typy FV elektráren ......................................................................................27

3.8.1.1 Střešní systém ..........................................................................................27 3.8.1.2 Elektrárny na pozemcích...........................................................................27 3.9

Finanční nástroje podpory v ČR..........................................................................29

3.9.1

Princip výkupních cen:.................................................................................29

3.9.2

Princip zelených bonusů: .............................................................................30

3.9.3

Legislativa ...................................................................................................30

3.9.3.1 Zákon č. 180/2005 o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (zákon o podpoře výroby „zelené“ elektické energie) ....................................30 3.9.3.2 Cenové rozhodnutí ERÚ č. 7/2011 ze dne 23. listopadu 2011...................31 3.9.4 4

Materiál a metody .....................................................................................................35 4.1

Domácí střešní instalace - Velké Pavlovice.........................................................35

4.1.1

Solarwatt M 220-60 GET AK 230 Wp..........................................................35

4.1.2

SolarMax 4200 S .........................................................................................36

4.2

Velké fotovoltaické instalace ...............................................................................37

4.2.1

Solon blue 230/7..........................................................................................37

4.2.2

Měnič Refusol 15K.......................................................................................38

4.3 5

Národní akční plán České republiky pro energii z obnovitelných zdrojů .......32

Program PV GIS .................................................................................................39

Výsledky a diskuze ...................................................................................................40 5.1

Velké Pavlovice ..................................................................................................40

5.2

FVE Hrušovany nad Jevišovkou .........................................................................42 8

5.3

FVE Jihlava ........................................................................................................43

5.4

FVE Chvalšiny ....................................................................................................44

5.5

Srovnání velkých FVE.........................................................................................45

5.5.1

Další možné využití ploch zastavěných FVE................................................50

6

Závěr ........................................................................................................................51

7

Literatura...................................................................................................................53

9

1 ÚVOD Fotovoltaika je moderní a šetrná technologie získávání elektřiny ze slunečního svitu. Při provozu fotovoltaické elektrárny nejsou do ovzduší vypouštěny žádné škodlivé látky, jako tomu je při výrobě elektrické energie z fosilních paliv.

Zásoby fosilním paliv se každým

rokem tenčí a dle různých studií nevydrží déle než několik desítek let. Jaderná technologie za sebou zanechává odpad, o jehož nebezpečnosti není pochyb a jeho skladování v hlubinných uložištích je z hlediska bezpečnosti diskutabilní. Dále pak při výrobě jaderné energie unikají do ovzduší vodní páry, které se následně mísí se skleníkovými plyny, a tak jaderná energie také přispívá k tvorbě tzv. skleníkového efektu. Navíc se, na základě nedávného úniku radiace z jaderné elektrárny při zemětřesení a následné vlně tsunami v japonském městě Fukušumi, rozběhly debaty o ustoupení o jaderných technologií a například v sousedním Německu se rozhodli uzavřít všech svých 17 jaderných elektráren do roku 2022. Obnovitelné zdroje energie tedy mohou v budoucnu hrát jednu z hlavních rolí při výrobě elektrické energie. V České republice byl v posledních letech zaznamenán velký nárůst výstavby fotovoltaických elektráren. Investoři v honbě za státními dotacemi často realizovali své projekty na místech, která nejsou příliš vhodná pro provoz fotovoltaické elektrárny. V současné době je kapacita prakticky naplněna a do sítě je možné momentálně připojit jen malé střešní instalace. I když se fotovoltaické elektrárny stavějí i na zemědělských půdách, nejedná se o likvidaci těchto půd, protože po ukončení činnosti elektrárny se dá celý komplex rozebrat a prakticky všechny jeho časti recyklovat, čemuž se částečně ve své práci věnuji. Fotovoltaika je považována za perspektivní odvětví, jehož vývoj stále pokračuje a inovace v technologiích zvyšují účinnost přeměny slunečního záření na elektrickou energii. Již ve své bakalářské práci jsem se fotovoltaikou zabýval a zde bych chtěl tyto znalosti dále prohloubit a aplikovat je na konkrétní instalace.

10

2 CÍL PRÁCE Cílem práce je přehledně zpracovat historii a vývoj využití solární energie pro výrobu elektřiny. Získat provozní data fotovoltaické elektrárny, resp. elektráren a sestavit přehled jejich provozních parametrů a vyhodnotit kritické parametry provozu fotovoltatických systémů vzhledem k okamžitým výkonovým parametrům a souhrnným veličinám. Výsledky budou poté diskutovány.

3 SOUČASNÝ PŘEHLED ŘEŠENÉ TÉMATIKY 3.1

Historie fotovoltaiky Fotovoltaika je přeměna světla na elektrickou energii. Prapůvod slova pochází ze

dvou řeckých slov: „foto“ – světlo a „volt“ – jednotka elektrického napětí. Historie sahá až do roku 1839, kdy za objevem stál francouzský fyzik Alexandre Edmond Becqueerel. První skutečný fotovoltaický (FV) článek (jen v tuhé fázi, bez elektrolytu) s použitím selenu vytvořili Adams a Day v roce 1877. Další významný krok učinil v roce 1883 Fritts. Jeho první články už měly plochu 30 cm2, účinnost kolem 1 % a bylo možné je vyrábět hromadně. Grondahl použil pro FV články oxid měďný vytvořený v tenké vrstvě na měděném plechu. Proud se odváděl spirálou z olověného drátu nebo později kovovou mřížkou vytvořenou napařením. Celé uspořádání se již podobalo dnešním FV článkům. Tato technologie měla výhodu v levném a dostupném materiálu, účinnost však byla stále příliš nízká. Významným krokem na cestě k moderním FV článkům byla příprava monokrystalu křemíku, kterou vyvinul Jan Czochralski. Křemíkový FV článek patentoval Russell S. Ohl v roce 1946 v USA. FV články z křemíku dopované jiným prvkem (tedy články s P-N přechodem) a s účinností kolem 6 % vyrobili v Bellových laboratořích v roce 1954. Tato účinnost již byla rozumně velká pro praktické využití, cena byla ale příliš vysoká. Významným impulzem pro rozvoj tohoto odvětví bylo využití FV článků jako zdroj energie na umělých družicích po roce 1957; zde cena nehrála roli, protože FV články byly v podstatě jedinou praktickou cestou, jak zajistit napájení třeba telekomunikačních družic. Na Zemi se uplatnily solární FV články až v 70. letech, kdy jejich cena klesla. Stejně však bylo jejich použití omezeno na napájení navigačních světel nebo různých zabezpečovacích zařízení v místech bez elektrické sítě. Větší pozemské využití FV článků nastalo až po ropné krizi v 70. letech, kdy se hledaly cesty, jak se zbavit závislosti na ropě, a vlády dávaly více finančních prostředků do výzkumu nových technologií pro výrobu energie. Světový trh s fotovoltaikou vzrost mezi lety 2004 – 2005 o 42 %, největší podíl (dohromady 85%) na tom mělo Německo a Japonsko. Výrazně převažují zařízení 11

připojená do sítě (v roce 2005 tvořila 95 %). V roce 2005 bylo prodáno 11 000 tun křemíku pro výrobu FV článků. V tomto roce byl celkový nominální výkon prodaných FV článků 1 500 MW [1].

3.2

Princip FV jevu

Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči [3]. Fotony slunečního záření dopadající na solární článek (viz obr. 1) svou energií vyrážejí z krystalické mřížky elektrony, které se stávají volnými a jsou zárodkem elektrického proudu. Záměrně vytvořený P-N přechod pak zajistí rozdělení náboje v N a P částech článku, který tak tvoří plošnou diodu. Připojenými vodivými kontakty na površích článku je pak možné odvést vznikající rozdíl elektrického napětí v podobě stejnosměrného elektrického proudu ke spotřebiči. Je jisté, že ne všechny fotony uvolní elektrony. Princip je znám již dlouho, ovšem až při současném technologickém pokroku je možné získanou energii efektivně využít [4]. Množství sluneční energie dopadající na Zeměkouli je charakterizováno tzv. „sluneční konstantou“. Nad hranicí zemské atmosféry má hodnotu 1337 W.m-2. Část záření se odrazí nebo pohltí, a to zejména v ozónosféře, většina (v ČR asi 1040 W.m-2) pak dopadá na zemský povrch. Rozptýlené záření na vodních parách a prachových částicích pak nazýváme difúzní a pro podmínky ČR dosahuje hodnot asi 130 W.m-2, tedy méně než 15 % z celkového globálního záření [3]. Fotovoltaický systém se v praxi používá ve dvou konfiguracích - ostrovní provoz a systém s připojením do elektrorozvodné sítě, respektive není-li dostatečný osvit nebo je noc, energie je odebírána z elektrorozvodné sítě, naopak je-li jí přebytek je dodávána do sítě, na tento režim se vztahují i dotace. Ostrovním provozem se rozumí, že fotovoltaický systém není spojen s rozvodnou sítí, proto zde do systému připojujeme navíc akumulátor elektrické energie, který dodává energii v době, kdy fotovoltaický panel energii nedodává [3].

12

Obr. 1: Princip FV jevu [3]

3.3 3.3.1

Generační vývoj FV článků První generace První generací se nazývají fotovoltaické články využívající jako základ křemíkové

desky. V současnosti jsou nejrozšířenější technologií na trhu (cca 90 %) a dosahují poměrně vysoké účinnosti (v sériové výrobě 16 až 19 %, speciální struktury až 24 %). Komerčně se začaly prodávat v 70. letech. Jejich výroba je relativně drahá (a to zejména z důvodu drahého vstupního materiálu – krystalického křemíku), přesto budou ještě v několika dalších letech na trhu dominovat [2]. 3.3.2

Druhá generace Impulsem pro rozvoj článků druhé generace byla především snaha o snížení

výrobních nákladů úsporou drahého základního materiálu – křemíku. Články druhé generace se vyznačují 100 krát až 1 000 krát tenčí aktivní absorbující polovodičovou vrstvou (thin-film) a jejími představiteli jsou např. články z amorfního a mikrokrystalického křemíku (případně silicon-germania, či silicon-karbidu, ale také tzv. směsné polovodiče z materiálů jako Cu, In, Ga, S, Se, označované obecně jako CIS struktury). S úsporou materiálu došlo v porovnání s články první generace k poklesu výrobních nákladů (a tedy za předpokladu velkosériové výroby i k poklesu ceny), nicméně dosahovaná účinnost je obvykle nižší (v sériové výrobě obecně pod 10%). Nespornou výhodou tenkovrstvých článků je možnost volby substrátu (na něž se tenkovrstvé struktury deponují) a v případě použití flexibilních materiálů (organické, kovové či textilní folie) i značně širší aplikační sféra. Komerčně se články druhé generace začaly prodávat v polovině osmdesátých let [2].

13

3.3.3

Třetí generace Pokus o „fotovoltaickou revoluci“ představují solární články třetí generace. Zde je

hlavním cílem nejen snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a následně generovaných párů elektron - díra („proudový“ zisk), ale i maximalizace využití energie dopadajících fotonů („napěťový“ zisk fotovoltaických článků). Existuje řada směrů, kterým je ve výzkumu věnována pozornost: •

vícevrstvé solární články (z tenkých vrstev),

•

články s vícenásobnými pásy,

•

články, které by využívaly „horké“ nosiče náboje pro generaci více párů elektronů a děr,

•

termofotovoltaická přeměna, kde je absorbér současně i radiátorem vyzařujícím selektivně na jedné energii,

3.4

•

termofotonická přeměna, kde je absorbér nahrazen elektroluminiscencí,

•

články využívají kvantových jevů v kvantových jamách nebo kvantových tečkách,

•

prostorově strukturované články vznikající samoorganizací při růstu aktivní vrstvy,

•

organické články (např. na bázi objemových heteropřechodů) [2],

Složení a princip práce FV systémů

Zatím jediným komerčním příkladem dobře fungujících článků třetí generace (přímo navazující na FV druhé generace) jsou vícevrstvé struktury (dvojvrstvé – tzv. tandemy a trojvrstvé články), z nichž každá sub-struktura (p-i-n) absorbuje určitou část spektra a maximalizuje se tak energetická využitelnost fotonů. Příkladem tandemového solárního článku je struktura skládající se z p-i-n přechodu amorfního (hydrogenovaného) křemíku (a Si:H) a p-i-n přechodu mikrokrystalického (hydrogenovaného) křemíku (µc-Si:H). Amorfní křemík má vysokou absorpci v oblasti modré, zelené a žluté části spektra, mikrokrystalický křemík pak dobře absorbuje i v oblasti červené a infračervené. Mikrokrystalický křemík může být nahrazen i „slitinou“ křemíku s germániem a dle zvoleného poměru abou materiálů se dají upravovat jejich optické (i elektrické) vlastnosti. Tohoto materiálů se např. využívá komerčně právě pro trojvrstvé solární články, kde dva spodní články jsou vyrobeny s různou koncentrací Si a Ge. Základní podmínkou pro dobrou funkcí vícevrstvých článků je, aby každý z článků generoval stejný proud. V opačném případě, horší (příp. nejhorší) z článků limituje dosažitelnou účinnost. Výsledné napětí je pak dané součtem obou (příp. všech) článků [2]. 14

3.5

Typy FV panelů

Správnou konstrukcí a pospojováním fotovoltaických článků a následným přidáním ochranného skla vznikne fotovoltaický panel o výkonu cca 130 – 160 Wp·m-2. Wp znamená špičkový výkon při ideálních podmínkách (světlo o intenzitě 1 000 W·m-2 dopadá kolmo na panel při teplotě 25 °C). Množství získané energie záleží na t ěchto faktorech:

3.5.1

•

na výrobní technologii FV panelů (účinnosti),

•

na intenzitě dopadajícího světla (lokalita),

•

na ploše, na kterou světlo dopadá (přímo-úměrně) [3],

Monokrystalické panely

Pro výrobu monokrystalického článku je třeba vyrobit jednolitý ingot křemenného krystalu, jehož výroba je poměrně náročná. Kulatý ingot se potom řeže na tzv. wafery, které se oříznou na požadovanou velikost FV článku (nyní obvykle 156 x 156 mm). Protože ingot vznikl jako jeden velký krystal křemíku, jeho struktura je jednolitá a velice čistá. To určuje další vlastnosti monokrystalického článku (viz Obr. 2) [5]. Monokrystalické panely jsou ideální pro šikmé střechy s orientací na jih + 5-10° a dvouosé polohovací jednotky - trackery. Současný výkon panelu se pohybuje mezi 170-290. Panely musí být orientovány na jih a nezastíněny. Životnost panelů je 30 let s garancí výkonu 90 % po 10 letech a 80 % po 25 letech (viz obr. 2) [3].

Obr. 2: Monokrystalický panel [3]

3.5.2

Polykrystalické panely

Pro získání polykrystalického ingotu stejné velikosti je použit jiný postup. Je totiž technologicky jednodušší nechat vykrystalizovat množství menších křemíkových krystalů, než jednoho kompaktního. Z menších krystalů se vyrobí substrát, který se poté slisuje do 15

jednoho celku (opět obvykle 156 x 156 mm). Další postup je již totožný s postupem u monokrystalického panelu. Touto technologií nelze docílit takové čistoty materiálu, jsou v něm viditelné přechody mezi krystaly (viz obr. 3) [5]. Dají se využít na střešních systémech i na pozemcích, je ale třeba mírně větší plochy než u mono panelů. Mohou být orientovány i na jinou světovou stranu než jih (JV, V, Z), jelikož dokážou přeměňovat i difuzní záření. Nejvyšší výkon na panel je až 260 W. Jejich životnost je 30 let s garancí 90 % výkonu po 10 letech a 80 % s garancí výkonu po 25 letech [3].

Obr. 3: Polykrystalický panel [3]

3.5.3

Tenkovrstvé a Si panely

Tyto panely jsou ideální pro elektrárny, které nejsou omezeny plochou pozemku. Mají nižší pořizovací náklady a nejvyšší výkon na instalovaný W p při dopadu difuzního světla – ideální při špatné orientace střechy a území s častou oblačností. U těchto systémů je třeba počítat s plochou řádově 2,5 x vyšší než u elektráren vybavených krystalickými panely. Jejich životnost je 20 let s garancí 90 % výkonu po 10 letech a 80 % garancí výkonu po 15 letech [3].

3.6

Recyklace panelů na konci životnosti

Problém, co s dosloužilými fotovoltaickými panely, je v současné době řešen dvěma způsoby – ekologickou likvidací nebo recyklací. Zatímco první způsob za sebou zanechává odpad, i když ekologicky upravený, u recyklace je procento odpadu sníženo na minimum. Zodpovědní výrobci a prodejci nyní již na tuto problematiku pamatují, a proto nabízejí produkty, které jsou recyklovatelné. Díky opětovné využitelnosti většiny komponent panelů při další výrobě výrobní cena nových produktů klesá. Podstatnou součástí při výrobě modulů je křemík, jehož pořizovací cena výrazně ovlivňuje prodejní cenu nových panelů. Při recyklaci se podstatná část křemíku získává zpět [6]. Systém recyklace byl nejdříve vyvinut pro krystalické moduly, které jsou na tento postup méně náročné. Dříve bylo snahou recyklovat celé články, a to tak, že moduly byly rozebrány, 16

jednotlivé části důkladně chemicky očištěny a následně použity pro výrobu nových modulů. Takto vzniklé články mají fyzikální vlastnosti shodné s produkty, u nichž byla využita přírodní surovina. Navíc se energetická návratnost modulů z recyklovaných materiálů – tedy doba, za kterou modul vyrobí tolik energie, kolik jí bylo spotřebováno při jeho výrobě – sníží ze šesti a půl roku na dva roky. Tento proces ale v současnosti naráží na hranici danou tloušťkou článků. Novější články jsou stále tenčí a při jejich čištění hrozí velké riziko zničení. Přednost před recyklací článků proto dostává využití recyklovaných surovin. Křemík a jiné kovy jsou při rozumných finančních nákladech upravovány do maximálně čisté formy [6]. Minimální životnost fotovoltaických (FV) panelů je v současnosti odhadována na 30 let, v ideálním případě však může být až dvojnásobná. Panely přitom jsou zdrojem cenných surovin. Přestože FV panely nespadají pod působnosti evropské direktivy o odpadech, výrobci a dodavatel vytvořili dobrovolný program PV Cycle [7]. Program PV Cycle byl vytvořen k recyklaci FV panelů. Jedná se o celoevropskou aktivitu výrobců a dodavatelů FV panelů založenou na dobrovolné zodpovědnosti za výrobek v průběhu jeho životního cyklu. V každém sběrném místě PV Cycle jsou instalovány dva kontejnery na FV panely. Jeden kontejner je určen na křemíkové panely, druhý na panely tenkovrstvé, pro jejich recyklaci se používá jiná technologie. Po naplnění se kontejner mění za prázdný a panely jsou odvezeny k recyklaci. V případě potřeby likvidace většího množství panelů, např. z fotovoltaické elektrárny, je používán vhodnější způsob, a to, že kamion určený pro dopravu panelů k recyklaci přijede přímo k likvidované elektrárně [7]. Životnost FV panelů je definována poklesem výkonu o 20 %. Téměř všichni výrobci krystalických a tenkovrstvých panelů garantují maximální pokles účinnosti o 10 % za 10 nebo 12 let a 20 % za 25 let. V praxi se na nejstarších instalacích pokles účinnosti pohybuje kolem 6 až 8 % po 25 letech. Skutečná životnost bude proto výrazně delší [7]. V současné době se předpokládá, že životnost definována poklesem účinnosti o 20 % bude u kvalitních panelů minimálně 30 – 40 let od jejich instalace. Panely jako takové mohou být funkční i po této době, byť s nižší účinností. Investor může tedy zvážit, co je pro něj výhodnější – vyrábět elektřinu s nižší účinností či investovat do nových panelů. Další možností může být prodej starších panelů zájemcům, pro které bude nízká cena panelů důležitější než jejich samotná činnost. Životnost panelů se tedy může významně prodloužit až k horizontu 50 a více let [7]. Nejčastějším důvodem pro vyřazení panelů je jejich mechanické poškození při dopravě a instalaci, i přesto, že mechanická odolnost panelů je vysoká. Dalším důvodem k vyřazení může být skrytá vada materiálu, která se může projevit v prvních měsících a letech provozu 17

a kterou neodhalila výstupní kontrola ve výrobním závodě. Ovšem podíl takovýchto závad je u kvalitních panelů nízký, obvykle pod 1 % objemu dodávek. U méně kvalitních panelů se mohou objevit výrobní chyby, případně použití nekvalitních materiálů. Hlavním problémem bývá delaminace, kdy se sendvičová struktura panelu vlivem teploty a UV záření rozlepí [7]. 3.6.1

Recyklovatelné materiály

Největší podíl na hmotnosti krystalických panelů připadá na sklo (60 - 70 %) a hliníkový rám (kolem 20 %). U tenkovrstvých panelů je podíl skla a hliníku přes 95 %. Oba tyto materiály jsou běžně recyklovány z téměř 100 %. Ostatní kovové materiály jsou ceněnými surovinami, které se vyplatí z odpadu získávat. Plasty lze recyklovat jen částečně nebo vůbec [8]. 3.6.1.1 Hliník Primární produkce je energeticky náročná - 200 MJ·kg-1 elektřiny a přestavuje asi 8 % spotřeby energie na výrobu celého panelu. V současnosti jsou proto vyráběny i panely bez rámu. Tato praxe však není nutná, hliník lze snadno recyklovat s velmi nízkou spotřebou – 8 J/kg převážně tepelné energie, výtěžnost se u kusového hliníku, kam spadají i rámy fotovoltaických panelů blíží 100 % [8]. 3.6.1.2 Sklo Základní konstrukční díl všech typů fotovoltaických panelů, pouze v některých případech jsou používány plastové materiály. Recyklace skla může snížit spotřebu energie na jeho výrobu asi o 40 %. Recyklace však významně snižuje nároky na těžbu surovin a kapacitu skládek odpadů. Výhodou skla je, že většině případů lze materiál zrecyklovat na původní výrobek [8]. 3.6.1.3 Plastové komponenty Vlivem klimatických podmínek obvykle degradují, jen vzácně je lze jednoduchými metodami recyklovat na původní výrobek. V praxi se spíše využívá energie, kterou je možno uvolnit jejich spálením [8]. 3.6.1.4 Fotovoltaické články U klasické krystalické technologie se podíl článků na hmotnosti panelů pohybuje v jednotkách procent, v průběhu času se přitom významně snižuje. Krystalické články se však podílejí až 80 % na spotřebě energie na výrobu panelu a zhruba 50 % na jeho ceně. Na konci jejich životnosti jsou přitom články v podstatě nezměněny. S recyklací celých článků nebo desek jsou již první praktické zkušenosti. Podíl funkčních vrstev tenkovrstvých 18

článků na hmotnosti panelů i na nákladech na jejich výrobu je ještě o jeden až dva řády nižší. I v tomto případě se však jedná o cenné polovodičové materiály, jejichž zpětné získávání je obvykle výhodnější než ze surovin [8]. 3.6.1.5 Těžké kovy Představují z hlediska hmotnosti, ceny i spotřeby energie na výrobu panelů zanedbatelné položky. Podíl jednotlivých kovů na hmotnosti panelů se pohybuje v desetinách promile. Energetická i materiálová náročnost recyklace je srovnatelná s výrobou z primárních surovin. Recyklace je však nutná z jiných důvodů. Těžké kovy jsou toxické a je proto nutno je oddělit od životního prostředí. Mimoto zejména u stříbra je již v blízké budoucnosti očekáváno vyčerpání ekonomicky těžitelných zásob a v důsledku toho růst nákladů na těžbu a tedy i ceny stříbra. Je pravděpodobné, že problém bude vyřešen použitím jiných materiálů [8]. 3.6.2

Metody recyklace

Pro recyklaci panelů bylo navrženo několik metod. Některé jsou univerzální, jiné jsou vhodné jen pro určité typy panelů [8]. 3.6.2.1 Termická recyklace V současnosti se zřejmě jedná o nejpokročilejší metodu recyklace panelů. Navrhla a odzkoušela ji firma Deutsche solar AG. Celé panely jsou zavezeny do speciální pece (viz obr. 4), kde jsou zahřívány na teplotu nad 500 °C. P ři této teplotě se plastové materiály odpaří, které jsou následně v další komoře řízeně spalovány. Ostatní materiály jsou separovány ručně. Jsou-li panely nepoškozené, lze z nich vytěžit až 85 % článků pro nové použití. Spotřebu energie na výrobu nových panelů je díky tomu možno snížit až o 70 %. Metoda je použitelná pro všechny stávající konstrukce panelů z krystalických článků. Termická recyklace je nejpokročilejší metodou recyklace, která je náročná na energii s maximálním podílem ruční práce [8, 9].

19

Obr. 4: Recyklační zařízení pro krystalické panely [10]

3.6.2.2 Mechanicko-chemická metoda Pro likvidaci panelů je navrhován podobný postup jako při recyklaci LCD televizorů. Na začátku se ručně demontuje hliníkový rám. Poté následuje drcení a třídění velikostních frakcí. K oddělení jednotlivých materiálů slouží separační metody – fluidní a mokré splavy a elektrodynamická separace. Stříbro a další zájmové kovy jsou získávány chemicky a pyrometalurgicky. Získané kovy mohou být použity jako surovina v metalurgickém průmyslu, plasty budou likvidovány spálením s možností využít teplo. Ve srovnání s termickou recyklací je u této metody nižší podíl ruční práce. Výsledkem jsou však pouze drcené suroviny. Metoda je použitelná spíše pro tenkovrstvé panely (viz obr. 5), u nichž nelze polovodičové materiály získat jiným způsobem [8].

Obr. 5: Recyklační zařízení pro tenkovrstvé panely [10]

20

3.6.3

Množství panelů k recyklaci

V nejbližších 10 až 20 letech lze očekávat, že množství panelů vyřazených z provozu bude velmi nízké. Bude se většinou jednat o panely poškozené při nehodách a živelních pohromách. Odhady se pohybují od několika set do 1 000 tun ročně. Ve srovnání s celkovou produkcí odpadů v České republice (přes 20 mil. tun) se jedná o zlomky promile. Kvalitní panely instalované v letech 2009 až 2011 budou vyřazovány z provozu ve větších objemech pravděpodobně až po roce 2040 [8]. Všechny vysloužilé fotovoltaické panely, které byly instalovány před 1. 1. 2010, se odebírají zdarma a následně recyklují. U fotovoltaických panelů uvedených do provozu po zmíněném datu platí bezplatnost pouze pro ty výrobce a dovozce, kteří jsou zapojeni do iniciativy PV Cycle. Zpětný odběr a recyklace jsou finančně pokryty také přes PV Cycle [11]. K ceně každého panelu prodaného od roku 2010 se již nyní připočítává recyklační poplatek. Předání a recyklace panelů by tak měly být možné i tehdy, pokud výrobce v době ukončení životnosti panelu již neexistuje. Na rozvoji dobrovolného systému zpětného odběru a recyklace se podle PV Cycle účastní 85 % výrobců a dovozců. Provozovatel vysloužilého zařízení musí na základě tohoto konceptu náklady na odinstalování panelu a na transport ke sběrnému místu pokrýt sám. Slabina dobrovolného systému spočívá v tom, že nezaručuje rovnoměrně dostupnou síť [11]. Panely nižší kvality zřejmě budou vyřazovány dříve, jejich množství je však obtížné odhadnout. Na konci roku 2010 v horečné snaze dokončit projekty velkých fotovoltaických elektráren za každou cenu byli investoři ochotni koupit v podstatě cokoli. Vysoké odhady – 30 i více procent – pocházejí od zástupců firem, které dodávají kvalitní produkci, může se proto jednat o reklamní tah. Importu výrobků nízké kvality se snažily zabránit banky tím, že si vytvářely seznamy doporučených typů panelů respektive dodavatelů. Ani nekvalitní panely však nemusí být vyřazeny z provozu. Nejčastějším problémem je nižší měrný reálný výkon nebo rychlejší pokles účinnosti. Několik reklamací tohoto typu již proběhlo, ve všech případech však prozatím investor přistoupil na vrácení části kupní ceny [8]. Za ekonomicky rentabilní je považována kapacita recyklační linky kolem 20 tis. tun panelů ročně. Taková množství panelů lze očekávat až po roce 2040. Do té doby bude výstavba specializované recyklační linky nerentabilní. Využití univerzálních recyklačních metod respektive zařízení na druhou stranu nezaručuje efektivní využití speciálních fotovoltaických materiálů. Z uvedených důvodů by vhodným řešením minimálně do roku 2030 bylo přistoupení České republiky k systému PV Cycle a recyklace panelů na stávajících linkách

21

v Německu. Systém PV Cycle je financován výrobci panelů respektive dodavateli na evropský trh. V současnosti zahrnuje přes 85 % dodaných panelů [8].

3.7

Fotovoltaické systémy

Podle účelu použití lze fotovoltaické systémy rozdělit do několika skupin. Soubor vzájemně

propojených

fotovoltaických

panelů,

střídačů

(invertorů),

jistících

prvků

a podpůrných konstrukcí se nazývá FV elektrárna. Nejvýznamnější skupinou jsou jednoznačně síťové systémy, které například v Německu tvoří více než 90 % veškerých instalací [2,12]. 3.7.1

Drobné aplikace

Tyto aplikace tvoří nejmenší, avšak nezanedbatelný podíl na FV trhu. FV články se vyskytují v kalkulačkách nebo také u solární nabíječky akumulátorů (viz obr. 6). Trh drobných aplikací nabývá na významu, protože se množí poptávka po nabíjecích zařízeních pro okamžité dobíjení akumulátorů (mobilní telefony, notebooky, fotoaparáty, MP3 přehrávače apod.) na dovolených, v kempech popř. ve volné přírodě [2].

Obr. 6: Cestovní solární nabíječka [13]

3.7.2

Ostrovní systémy off-grid

Používají se všude tam, kde není k dispozici rozvodná síť. Ostrovní systémy jsou obvykle instalovány na místech, kde není účelné anebo není možné vybudovat elektrickou přípojku. Důvody jsou zejména ekonomické, tzn. náklady na vybudování přípojky jsou srovnatelné (nebo vyšší) s náklady na fotovoltaický systém (vzdálenost k rozvodné síti je více než 500 – 1 000 m). Vzhledem k stejnosměrnému napětí, které fotovoltaické panely produkují, tato varianta vyžaduje buď spotřebiče na příslušné napětí, nebo je třeba zapojit střídač a stejnosměrný proud převést na střídavý vhodný pro napájení běžných elektrických spotřebičů. Vzhledem k omezené době slunečního svitu je v případě nutnosti nepřetržité dodávky energie nutné do systému zapojit speciální, a bohužel poměrně drahé akumulátory, 22

které zajistí dodávky i v období s nižším slunečním svitem a případně v noci. Celková investice do takového systému je potom poměrně vysoká. Jedná se zejména o odlehlé objekty, jakými jsou např. rekreační chaty, karavany, jachty, napájení dopravní signalizace a telekomunikačních zařízení, světelné reklamy apod. [2, 14]. Schéma off-grid systému je znázorněno na obr. 7.

Obr. 7: Schéma off-grid systému [14]

Off-grid systémy se dále dělí na systémy s přímým napájením, hybridní systémy a systémy s akumulací elektrické energie. U systémů s přímým napájením se jedná o prosté propojení solárního panelu a spotřebiče, kdy spotřebič funguje pouze v době dostatečné intenzity slunečního záření (nabíjení akumulátorů malých přístrojů, čerpání vody pro závlahu, napájení ventilátorů k odvětrání uzavřených prostor atd.) [2]. Hybridní ostrovní systémy se používají tam, kde je nutný celoroční provoz se značným vytížením. V zimních měsících je možné získat z fotovoltaického zdroje podstatně méně elektrické energie než v letních měsících. Proto je nutné tyto systémy navrhovat i na zimní provoz, což má za následek zvýšení instalovaného výkonu systému a podstatné zvýšení pořizovacích nákladů. Z těchto důvodů jsou fotovoltaické systémy doplňovány alternativním zdrojem energie, kterým může být např. větrná elektrárna, malá vodní elektrárna, elektrocentrála, kogenerační jednotka atd. [2].

23

Obr. 8: Schéma hybridního off-grid systému [2]

3.7.3

Síťové systémy on-grid

Tyto systémy jsou nejvíce uplatňovány v oblastech s hustou sítí elektrických rozvodů. V případě dostatečného slunečního svitu jsou spotřebiče v budově napájeny vlastní „solární“ elektrickou energií a případný přebytek je dodáván do veřejné rozvodné sítě. Při nedostatku vlastní energie je elektrická energie z rozvodné sítě odebírána. Základem elektrárny jsou fotovoltaické panely, které přeměňují energii slunečního záření na stejnosměrný proud. Tyto panely jsou napojeny na střídače (měniče), které přeměňují stejnosměrný proud na střídavý a přizpůsobují ho podle podmínek místní rozvodné sítě. Výstup ze střídače je napojen na rozvodnou síť. Systém funguje zcela automaticky díky mikroprocesorovému řízení síťového střídače. Připojení k síti podléhá schvalovacímu řízení u rozvodných závodů. Špičkový výkon fotovoltaických systémů připojených k rozvodné síti je v rozmezí jednotek kW až jednotek MW [2, 14]. Schéma systému on-grid je znázorněno na obr. 7.

Obr. 9: Schéma systému on-grid [14]

24

3.7.4

BIPV - Building Integrated Photovoltaic systems – fotovoltaika integrovaná do budov

Fotovoltaické systémy, které jsou jednoznačnou součástí obvodové konstrukce, bývají označovány jako integrované systémy (building integrated photovoltaic systems, BIPVsystems). FV panely tvoří vnější souvrství obvodové, v lepším případě větrané konstrukce. Dobře větraný FV-systém výrazně neztrácí na svém elektrickém výkonu v důsledku vyšších teplot na zadní straně panelů (v řádu 10 %). Souvislý FV-systém se chová jako vnější, pro vodní páry prakticky (kromě styků prvků) nepropustná vrstva. Aplikace fotovoltaiky v obvodových pláštích budov (střechy, fasády) představuje významný fenomén, který přispívá k její atraktivitě a má příznivý dopad na snížení nákladů na instalaci FV systémů (viz obr. 10). Velmi široká škála pojetí fotovoltaických fasád má původ v kreativitě, která je vlastní architektonickému pohledu na životní prostředí člověka. Solární panel v mnoha různých podobách se stal přímo výzvou pro architekty a konstruktéry, což v mnohých případech vedlo ke zcela novým a velmi atraktivním řešením, ne jenom obvodových plášťů, ale i koncepcí budov [2, 15]. Obvodové pláště budov plní mnoho funkcí, které souhrnně zajišťují přijatelné životní podmínky pro uživatele objektu. V závislosti na vnějších podmínkách se zpravidla jedná o fyzické oddělení interiéru od exteriéru poskytující ochranu před vnějšími klimatickými podmínkami, zajištění tepelné pohody, fasády ochraňují vnitřní prostor před přesvětlením. Střechy a fasády budov však mohou plnit i aktivní funkci zdroje energie, a to jak tepelné, tak i elektrické. Pláště budov jsou vystavovány nemalým energetickým tokům v podobě slunečního záření. Využívání této energie pomocí zařízení umístěných na střechách a fasádách budov představuje významný přínos v úspoře primárních energií. Jsou-li standardní stavební prvky pro realizaci pláště budovy vybaveny solárními články, získává tak budova novou dimenzi. Část své běžné energetické spotřeby je schopná krýt z vlastní produkované energie [2].

. 25

Obr. 10: Střešní integrovaný fotovoltaický systém - fotovoltaická fólie [16]

3.8

Fotovoltaické elektrárny

FV elektrárny představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit na elektřinu. Jejich provoz je nehlučný, nevyžadují žádnou obsluhu a jen nepatrnou údržbu. Provozní náklady jsou nulové a po uplynutí životnosti je elektrárna navíc plně recyklovatelná. Sluneční energie je také jediným typem obnovitelného zdroje, který je v budoucnu teoreticky schopen pokrývat téměř veškeré energetické nároky České republiky [17]. Základem každé FV elektrárny jsou fotovoltaické, nebo-li solární, panely. Tyto panely po osvícení začnou produkovat stejnosměrný proud, který je přímo úměrný intenzitě dopadeného osvitu. Pokud na panely dopadá velmi silné sluneční záření, např. během poledne, budou panely generovat poměrně vysoký proud. Naopak, ráno nebo při zatažené obloze bude proud generovaný panely podstatně nižší [17]. Aby se mohl v domácnosti využít takto vyrobený proud, musí se nejdříve přeměnit na střídavý proud, který se používá v rozvodné síti. K tomu slouží tzv. měnič (někdy také označovaný jako střídač), což je druhá klíčová součást fotovoltaické elektrárny. Měnič je v podstatě řídící centrum celého systému a mimo přeměny stejnosměrného proudu na střídavý je schopen podávat informace o vyrobené energii a provozních stavech elektrárny. Neméně důležitou a někdy podceňovanou součástí fotovoltaické elektrárny je montážní systém. Zvláště při instalaci elektrárny na střechu je nutné dodržet všechny požadavky na bezpečnou instalaci, tzn. musí se zohlednit typ střešní konstrukce i krytiny, posoudit zatížení od sněhu během zimy, apod. Pro připojení naší fotovoltaické elektrárny do rozvodné sítě jsou pak ještě zapotřebí různé druhy napěťových a frekvenčních ochran, přepěťové ochrany a speciální elektroměry [17]. Životnost kvalitního fotovoltaického systému by měla dosáhnout minimálně 25-30 let. Dokazují to první systémy instalované před více než 20 lety v Německu a Japonsku. Vykazují jen minimální pokles výkonu, v případě instalací např. s japonskými panely Kyocera je pokles výkonu po 23 letech pouze 8,3 %. Pokles výkonu panelu, ke kterému časem dochází, je způsobený částečným zhoršením průsvitnosti ochranného skla a speciální folie chránící články. Dnes výrobci panelů běžně garantují, že výkon panelů nepoklesne pod 80 % po dobu 25 let [17].

26

3.8.1

Typy FV elektráren

3.8.1.1 Střešní systém Ideální FV systém pro soukromou potřebu do 15kW. Pro každou instalovanou kW je potřeba cca plochy 8-9 m2 (podle typu panelů) u sedlové střechy a 16 m2 u rovné střechy. Ideální polohou systému je střecha s jižní orientací s odklonem cca 5 stupňů na jihozápad a se sklonem 30-40 stupňů. Pro tento systém se používají monokrystalické a polykrystalické panely s výkonem od 180-250 W s životností 25 let a garancí výkonu 90 % po 10 letech a min. 80 % po 25 let. FV systém je instalován na stávající střechu s jakoukoliv povrchovou úpravou pomocí kovových konstrukcí, nebo lze systém včlenit do nově budované střechy místo krytiny. FV systémy jsou odhadovány dle reálné situace a vyráběny na míru. Cena těchto elektráren se pohybuje mezi 75 000-100 000 Kč·kW p-1 podle velikosti a typu střechy [3]. Příklad je uveden na obr. 11.

Obr. 11: Příklad střešní instalace FV elektrárny [3]

3.8.1.2 Elektrárny na pozemcích Velikost FV elektrárny je omezena pouze rozlohou pozemku, výši investice a možností připojení k distribuční soustavě. Standardní velikost elektrárny se pohybuje mezi 20 kW 3 MW a je instalovaná na velko-rozlohové střechy, soukromé pozemky, na pevné konstrukce nebo otočné polohovací systémy (trackery), jež zvyšují výkon elektrárny o cca 35 %. Orientačně je možno instalovat 500 kW na 1 ha plochy systémem na pevné konstrukci (viz obr. 12). Cena těchto elektráren se pohybuje mezi 80 000 – 120 000 Kč·kW -1 podle velikosti elektrárny a vzdálenosti přípojky [3].

27

Obr. 12: Příklad FV elektrárny [3]

Systémy na pevných konstrukcích •

Jedná se o pevné kovové konstrukce (viz obr. 13), u kterých je třeba počítat s 2x násobnou instalační plochou než je tomu u střešních systémů (je třeba počítat se zastíněním panelu panelem před ním)

•

Pro elektrárnu na pozemek je možno použít všechny druhy FV panelů – jak monokrystalické a polykrystalické, tak amorfní (tenkovrstvé) a Si panely (jejichž nižší cena je vykoupena dva a půl násobně větší plochou potřebnou k instalaci). Typicky používáme 220 W polykrystalické panely a 75 W a Si tenkovrstvé panely.

•

Návratnost těchto systémů se pohybuje kolem 8 let.

•

FV elektrárny jsou zapojovány do 22 kV sítě a nepředpokládá se vlastní spotřeba (toto ovšem není podmínkou – vlastní spotřeba zvyšuje návratnost systému) [3].

Obr. 13: Příklad FVE elektrárny na pevné konstrukci [22]

28

Trackery •

Jedno a dvouosové nosiče panelů se snímačem polohy slunce, jejichž vyšší pořizovací náklady jsou zúročený 35 % zvýšením výkonu.

•

Jednotlivý tracker unese 3-11 kW monokrystalických panelů podle typu a velikosti trackeru [3]. Příklad trackeru na obr. 14.

Obr. 14: Příklad použití trackeru [23]

3.9

Finanční nástroje podpory v ČR

Česká republika se zavázala splnit cíl 8 % hrubé výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na tuzemské hrubé spotřebě elektřiny k roku 2010 a společně s tím vytvořit takové legislativní a tržní podmínky, aby zachovala důvěru investorů do technologií na bázi OZE. Tak je to definováno ve Směrnici 2001/77/ES, kterou ČR implementovala do svého právního řádu prostřednictvím Zákona č. 180/2005 Sb. Směrnice již ovšem nedefinuje konkrétní nástroje k dosažení tohoto cíle a ponechává jejich volbu na rozhodnutí členských států [19]. Česká republika se rozhodla zavést mechanismus výkupních cen (tzv. feed-in tariff) v kombinaci se systémem „zelených bonusů". 3.9.1

Princip výkupních cen:

Ze zákona č. 180/05 Sb. vyplývá povinnost pro provozovatele přenosové soustavy nebo distribuční soustavy připojit fotovoltaický systém do přenosové soustavy a veškerou vyrobenou elektřinu (na kterou se vztahuje podpora) vykoupit. Výkup probíhá za cenu určenou pro daný rok Energetickým regulačním úřadem a tato cena bude vyplácena jako 29

minimální po dobu následujících dvaceti let. Př. - investor se rozhodne uvést do provozu systém v roce 2008 a rozhodne se pro systém výkupních cen. Pro daný rok uvedení systému do provozu je platná cena 14,59 Kč·MWh-1 a tudíž v následujících dvaceti letech bude investor svoji elektřinu prodávat minimálně za tuto cenu. Tato cena nemůže klesnout (může o 5 % ročně), naopak, bude navyšována o index PPI (Cenový index průmyslové výroby = čili „průmyslová inflace") [19]. 3.9.2

Princip zelených bonusů:

Investor si může vybrat i jiné schéma podpory - tzv. zelený bonus. Zjednodušeně se dá princip popsat tak, že většinu vyrobené elektrické energie investor spotřebovává sám. Přebytek vyrobené elektřiny pak prodá distributorovi. Výkupní cena vyrobené kWh je sice nižší, ale provozovatel ušetří na vlastní spotřebě, kterou si dokáže pokrýt elektřinou z fotovoltaiky [19]. Zeleným bonusem se rozumí finanční částka, navyšující tržní cenu elektřiny, která zohledňuje snížené poškozování životního prostředí využitím obnovitelného zdroje. Tento systém je více ve shodě s liberalizovaným trhem. Výrobce si na trhu musí najít obchodníka, kterému elektřinu prodá za tržní cenu. Cena je nižší než u konvenční elektřiny, protože v sobě obsahuje nestabilitu výroby, a je různá pro různé typy OZE. Momentem prodeje získá výrobce od provozovatele distribuční soustavy tzv. zelený bonus neboli prémii. Energetický regulační úřad stanoví výši prémií tak, aby výrobce získal za jednotku prodané elektřiny o něco vyšší částku než v systému pevných výkupních cen. Př. takovýto systém je povinný pro investory, kteří budou vyrobenou elektřinu využívat pro vlastní spotřebu [19]. 3.9.3

Legislativa

3.9.3.1 Zákon č. 180/2005 o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (zákon o podpoře výroby „zelené“ elektické energie) Účelem tohoto zákona je v zájmu ochrany klimatu a ochrany životního prostředí podpořit využití obnovitelných zdrojů energie, zajistit trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů, přispět k šetrnému využívání přírodních zdrojů a k trvale udržitelnému rozvoji společnosti, vytvořit podmínky pro naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výši 8 % k roku 2010 a vytvořit podmínky pro další zvyšování tohoto podílu po roce 2010 [18].

30

3.9.3.2 Cenové rozhodnutí ERÚ č. 7/2011 ze dne 23. listopadu 2011 Energetický regulační úřad stanovuje každoročně výši výkupních cen a zelených bonusů pro jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů energie. Pro rok 2012 je platné Cenové rozhodnutí č. 7/2011, v tabulce 1 jsou uvedeny výkupní ceny a zelené bonusy pro fotovoltaiku [19].

Tab. 1: Cenové rozhodnutí ERÚ č. 7/2011 [20]

Výkupní ceny Datum uvedení do provozu

elektřiny dodané do sítě v Kč·MWh-1

Zelené bonusy v Kč·MWh-1

Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedený do provozu od 1. ledna 2012 do 31. prosince

6160

5080

7650

6570

6020

4940

5610

4530

12750

11670

12650

11570

2012 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedený do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW do 100 kW včetně a uvedený do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 100 kW a uvedený do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedený do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW a uvedený do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010 31

Výkupní ceny Datum uvedení do provozu

Zelené

elektřiny dodané

bonusy -1

do sítě v Kč·MWh

v Kč·MWh-1

Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kW včetně a uvedený do provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince

13690

12610

13590

12510

14590

13510

14960

13880

7130

6050

2009 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kW a uvedený do provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince 2009 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2008 do 31. prosince 2008 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu před 1. lednem 2006

3.9.4

Národní akční plán České republiky pro energii z obnovitelných zdrojů

Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů stanoví národní cíl pro podíl energie z obnovitelných zdrojů do roku 2020 při výrobě elektřiny, vytápění a chlazení a v dopravě. Zároveň je stanovena předpokládaná trajektorie dosažení uvedených cílů. Je možno konstatovat, že český Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů (NREAP) je jedním z nejméně ambiciózních v rámci celé Evropské unie [21].

32

Obr. 15: Pořadí zemí EU podle plánovaného podílu OZE v roce 2020 [21]

Česká republika byla z hlediska celkové výroby energie z obnovitelných zdrojů v roce 2010 v pořadí zemí EU na 12. místě. V roce 2020 se však propadne až na 18. místo (viz obr. 15), těsně před poslední třetinu. Mezi státy s vyšší spotřebou energie na osobu je Česká republika jediným státem, který se v celkovém pořadí přesune na výrazně horší pozici. Ve většině států s vyšší spotřebou energie na osobu je plánováno takové zvýšení energetické efektivnosti, že povede k poklesu spotřeby. Česká republika je v tomto výraznou výjimkou je plánován růst spotřeby energie i ve scénáři s dodatečnými úsporami vlivem podpory energetické efektivnosti [21].

33

Obr. 16: Instalovaný výkon OZE elektráren [21]

V podílu obnovitelných zdrojů byla Česká republika v roce 2010 na 18. místě. V roce 2020 se vzhledem k jednomu z nejnižších přírůstků v podílu OZE (viz obr. 16) propadne až na 23. místo, přestože původně vyjednaný cíl 13 % byl o 0,5 % zvýšen [21].

34

4 MATERIÁL A METODY 4.1

Domácí střešní instalace - Velké Pavlovice

Jedná se o soukromou střešní instalaci na střeše rodinného domu ve Velkých Pavlovicích. V sestavě je umístěno 18 ks panelů značky Solarwatt typu M 220-60 GET AK 230 Wp s celkovým instalovaným výkonem 4140 Wp. Celá sestava je orientována na jih se sklonem 35°. Výkonnost panel ů byla ověřována v laboratoři na zkušebně a byl zjištěn výkon jednoho panelu FVE 240 Wp a účinností 17 %. Snížení účinnosti panelu při změně intenzity ozáření z 1000 W/m2 na 200 W/m2, teplota 25 °C, C: 4 +/-2 % (relativní) / -0,6 +/- 0,3 % (absolutní). V systému byl použit měnič DC/ AC SolarMax 4200 S. Ke zpracování mi byla poskytnuta měsíční data za rok 2011. 4.1.1

Solarwatt M 220-60 GET AK 230 Wp

Panely SOLARWATT poskytují nejvyšší výnosy díky optimálnímu sladění použitých materiálů a jejich roztřídění do úzkých výkonových tříd. Dlouhou životnost FV panelů zaručují odzkoušené výchozí materiály, co nejpečlivější zpracování a nejpřísnější testování. Panely SOLARWATT se vyrábějí výhradně v Německu. Solární panely SOLARWATT M220-60 GET AK (viz obr. 17), určené pro síťová zařízení společně spojuje: vysoká kvalita, racionální montáž a velmi dobrý poměr cena-výkon. Jedná se o monokrystalické solární články s účinností až 18 %. Jejich rámy jsou s dutým komorovým profilem a s odvodňovacím otvorem. Mají vysokou mechanickou stabilitu a tuhost ve zkrutu. Konektory jsou chráněné proti nežádoucímu dotyku živých částí a proti přepólování. Maximální systémové napětí je 1 000 V [23]. Všeobecné údaje jsou znázorněny v tab. 2.

Obr. 17: Solarwatt M 220-60 GET AK 230 Wp [23]

35

Tab. 2: Všeobecné údaje o panelu Solarwatt typu M 220-60 GET AK 230 Wp [23]

4.1.2

SolarMax 4200 S

Střídač SolarMax 4200 S (viz obr. 18) je vyroben z kvalitního hliníku. Díky tomu je odolný i v nepříznivém počasí. Vylepšené chlazení zajišťuje, že zařízení může pracovat na 100 % stanoveného výkonu, i když teplota okolí stoupne na 45 °C. Všechny konektory jsou přístupné z vnější strany. Široký rozsah vstupních napětí umožňuje větší možnosti propojení slunečních panelů. Jedná se o jednofázový střídač s AC výkonem 3,8 kW, který je určen především pro malé fotovoltaické elektrárny [24].

36

Obr. 18: Střídač SolarMax 4200 S [24]

4.2

Velké fotovoltaické instalace

Jedná se o soukromé instalace v Hrušovanech nad Jevišovkou s instalovaným výkonem 535,8 kWp, v Jihlavě s instalovaným výkonem 242,5 kWp a v Chvalšinách s instalovaným výkonem 208,6 kWp. Ve své práci vycházím s produkčních parametrů těchto elektráren. Data z výše zmíněných elektráren byla denní za celý rok 2011 a byla vždy archivována k půlnoci daného dne. Ve všech instalacích byly použity panely Solon blue 230/7 ve sklonu 30° a m ěnič Refusol 15 K. 4.2.1

Solon blue 230/7

Jedná se o vysoce efektivní polykrystalický článek, jehož efektivita dosahuje až 14,3 %. Vykazuje velmi dobré reakce na nízké osvětlení [25]. Mechanická specifikace a přípustné provozní podmínky viz tab. 3 a 4.

37

Tab. 3: Mechanická specifikace panelu Solon blue 230/7 [25]

Tab. 4: Provozní podmínky panelu Solon blue 230/7 [25]

4.2.2

Měnič Refusol 15K

Maximální účinnost měniče Refusol je vyšší než 98 %. Výroby energie se dosahuje již při 20 W s vlastní spotřebou nižší než 0,2 W. Podstatně vyšší výkon v každé fotoelektrické jednotce je zajištěn přirozeným chlazením a inovačním MPP-Trackingem [26]. Technické parametry měniče viz tab. 5.

38

Tab. 5: Parametry měniče REFUSOL 15 K [26]

4.3

Program PV GIS

S velmi přesným odhadem vyrobené elektřiny FV elektrárny pomáhá webový systém Evropské unie PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System). Ten koncentruje meteorologická data z celé Evropy již od roku 1995 a na základě GPS pozice, spolu s dalšími základními parametry, vypočítá odhad celoroční výroby elektřiny dané elektrárny [27]. Tento program byl použit pro porovnání zpracovaných dat.

39

5 VÝSLEDKY A DISKUZE V této

kapitole

budou

zobrazeny

výsledky

provozu

FV

elektráren

porovnané

s internetovým programem PV GIS.

5.1

Velké Pavlovice

Celkový výkon této střešní instalace byl v roce 2011 5,326 MWh, nejvíce tato elektrárna vyprodukovala v měsíci květnu, a to 0,699 MWh. V porovnání s vygenerovaným výkonem z PV GIS dosahovala elektrárna vyšších výkonů, což může být zapříčiněno užitím kvalitních technologií a omezením ztrát. Ke znatelnému propadu výkonu došlo v měsíci červenci, což bylo zapříčiněno zvýšeným počtem srážek v tomto období, a tudíž nižší světelnou aktivitou (viz tab. 6 a graf 1, 2). Tab. 6: Srovnání výkonu elektrárny Velké Pavlovice s vygenerovaným výkonem z PV GIS

Měsíc

Výkon [MWh]

Výkon z PV GIS [MWh]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad

0,120 0,284 0,515 0,593 0,699 0,613 0,588 0,645 0,583 0,388 0,182

0,134 0,196 0,318 0,397 0,464 0,447 0,487 0,442 0,347 0,281 0,134

Prosinec

0,116

0,093

Celkem

5,326

3,740

40

Graf 1: Srovnání výkonu elektrárny Velké Pavlovice s vygenerovaným výkonem z PV GIS

Graf 2: Množství srážek v mm za rok 2011 v oblasti Velkých Pavlovic

41

5.2

FVE Hrušovany nad Jevišovkou

Obec Hrušovany nad Jevišovkou se nachází na území Jižní Moravy. Celkový roční výkon za rok 2011 této elektrárny byl 706,01 MWh. Nejvyšší výkon byl zaznamenán v květnu, a to 96,4 MWh a nejnižší v prosinci, a to 13,93 MWh. Výkon elektrárny byl porovnán s programem PV GIS. Hodnoty, které program vygeneroval, jsou většinou nižší, což může být způsobeno užitím polykrystalických panelů s vyšší výkonností nebo větší sluneční aktivitou v daném roce (viz graf č. 3 a tab. 7).

Graf 3: Porovnání výkonu FVE Hrušovany na Jevišovkou s programem PV GIS

Tab. 7: Výkon FVE Hrušovany nad Jevišovkou za rok 2011

Měsíc

Výkon [MWh]

Výkon z PV GIS [MWh]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

16,94 42,05 72,04 81,70 96,40 85,08 70,48 84,91 73,18 46,83 22,47 13,93

17,3 25,8 42,9 54,6 64,3 62,1 67,2 60,5 46,9 37,0 17,2 12,1

Celkem

706,01

507,9 42

5.3

FVE Jihlava

Město Jihlava se nachází v kraji Vysočina. Celkový roční výkon FVE za rok 2011 byl 269,48 MWh. Nejvyšší výkon byl zaznamenán v květnu, a to 37,73 MWh a nejnižší v prosinci, a to 4,62 MWh. Výkon elektrárny byl porovnán s programem PV GIS. Hodnoty, které program vygeneroval, jsou také nižší, i když ne o tolik jako v předchozím případě (viz graf č. 4 a tab. 8).

Graf 4: Porovnání výkonu FVE Jihlava s vygenerovaným výkonem PV GIS

Tab. 8: : Výkon FVE Jihlava za rok 2011

Měsíc

Výkon [MWh]

Výkon z PV GIS [MWh]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

5,36 15,19 27,07 30,92 37,73 33,41 28,90 32,54 28,04 17,76 7,94 4,62

6,56 9,75 16,30 20,30 24,20 22,40 24,90 22,70 16,60 14,40 6,15 4,60

Celkem

269,48

188,86 43

5.4

FVE Chvalšiny

Obec Chvalšiny se nachází v Jihočeském kraji. Celkový roční výkon za rok 2011 byl 283,48 MWh. Nejvyšší výkon byl zaznamenán v květnu, a to 38,8 MWh a nejnižší v prosinci, a to 6,08 MWh. Výkon elektrárny byl porovnán s programem PV GIS. Hodnoty, které program vygeneroval, jsou opět o něco, což může být způsobeno ze stejných důvodů, jako u předchozích elektráren (viz graf č. 5 a tab. 9).

Graf 5: Porovnání výkonu FVE Chvalšiny s vygenerovaným výkonem PV GIS

Tab. 9: Výkon FVE Chvalšiny za rok 2011

Měsíc

Výkon [MWh]

Výkon z PV GIS [MWh]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

6,77 14,52 25,82 32,33 38,8 34,43 32,33 34,55 26,92 20,07 10,86 6,08

8,92 12,3 19,5 23,2 27,9 25,6 28,9 26,3 19,8 17,1 8,15 6,48 44

Celkem

5.5

283,48

224,15

Srovnání velkých FVE

Nejvyšší výkon ze sledovaných elektráren 706,01 MWh měla FVE Hrušovany nad Jevišovkou. To bylo především zapříčiněno nevyšším instalovaným výkonem, a to 535,8 kWp. Zbylé dvě FVE měly podstatně nižší instalované výkony (téměř o polovinu – Jihlava 208,6 kWp a Chvalšiny 242,5 kWp ) a jejich výkon byl u FVE Jihlava 269,48 MWh a u FVE Chvalašiny 283,48 MWh (viz graf 6). Co se týče výtěžnosti technologie, tak ta byla u sledovaných elektráren na podobné úrovni, a to proto, že byly u všech elektráren použity stejné fotovoltaické střídače a panely s jižní orientací a shodným sklonem 30° (viz graf 7 a tab. 10). Nejnižší specifický výkon (výtěžnost technologie) prokázala elektrárna Chvalšiny. Pravděpodobná příčina tohoto jevu byla způsobena polohou elektrárny. V průměru za rok 2011 se v této oblasti vyskytovalo nejvíce srážek (viz tab. 14 a graf 9) a také se jedná o oblast, která v průměru vykazuje nižší hodnoty počtu slunečních hodin. Oproti tomu nejlepší světelné podmínky pro FVE vykazuje oblast Jižní Moravy, konkrétně znojemská oblast, ve které se nachází FVE Hrušovany nad Jevišovkou (viz graf. 8, tab 11). K vyhodnocení výsledků byly použity data z meteorologických stanic v blízkosti daných elektráren. Konkrétně pro Hrušovany nad Jevišovkou byla použita data ze stanic Brno – Tuřany a Znojmo, pro FVE Jihlava byly použity stanice ve Velkém Meziříčí a v Dukovanech a pro FVE Chvalšiny stanice v Českých Budějovicích. U všech sledovaných elektráren se projevilo deštivé počasí v měsíci červenci, které zapříčinilo pokles výroby elektrické energie na úroveň jarních měsíců. Naproti tomu nevyšší výkony byly shodně generovány v měsíci květnu, který tímto konkuroval letním měsícům (viz graf 6, 7 a 9, tab. 10, 12 - 14). V zimních měsících má značný význam na zvýšení podílu difúzního záření oblačnost, a proto snižuje množství vyrobené energie nejen v zimních měsících, ale i na podzim, kdy se často vyskytuje během dne nízká inverzní oblačnost.

45

Graf 6: Srovnání výkonu FVE Hrušovany, Jihlava a Chvalšiny

Graf 7: Výtěžnost technologie sledovaných elektráren

46

Tab. 10: Specifický výkon sledovaných elektráren

Měsíc Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

Specifický výkon [MWh∙Wp-1] Hrušovany Chvalšiny Jihlava 31,64 78,48 134,45 152,48 179,92 158,79 131,55 158,48 136,58 87,39 41,94 26,00

27,90 59,88 106,49 133,31 160,00 141,96 133,32 142,46 111,00 82,74 44,76 25,08

25,68 72,81 129,75 148,23 180,86 160,18 139,02 155,90 134,40 85,15 38,07 22,17

Graf 8: Průměrné měsíční doby slunečního svitu ve vybraných lokalitách

47

Tab. 11: Průměrné měsíční doby slunečního svitu ve vybraných lokalitách [29]

Měsíc/počet hodin v měsíci

Město České Znojmo Budějovice Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Celkem

50 71 138 164 226 217 215 227 166 131 58 52 1715

41 60 124 137 195 197 181 199 138 97 55 43 1467

Velké Meziříčí 34 57 124 153 210 215 209 211 153 114 45 33 1558

Graf 9: Porovnání množství srážek v jednotlivých lokalitách

48

Tab. 12: Přehled údajů z meteorologické stanice Brno – Tuřany pro FVE Hrušovany [28]

Měsíc

Průměrné maximální denní teploty [°C]

Průměrné minimální denní teploty [°C]

Průměrný úhrn srážek [mm]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

1,7 3,2 11,4 17,8 20,6 24,5 23,5 26,4 23,5 14,1 6,2 4,8

-3,4 -4,6 -0,3 6,1 7,8 13,4 13,6 14,5 10,9 4,9 -0,1 -1,1

0,6 0,1 1,7 0,9 1,3 2,0 3,0 1,2 1,0 0,6 0,0 0,6

Tab. 13: : Přehled údajů z meteorologické stanice Dukovany pro FVE Jihlava [28]

Měsíc

Průměrné maximální denní teploty [°C]

Průměrné minimální denní teploty [°C]

Průměrný úhrn srážek [mm]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

1,2 2,0 9,9 16,7 19,4 23,0 21,9 25,2 21,8 12,7 4,3 3,7

-3,1 -4,8 -0,3 5,4 7,1 11,7 12,3 13,0 10,2 4,3 -0,6 -1,5

0,5 0,2 1,2 0,5 1,8 1,0 2,2 1,5 1,4 1,2 0,1 0,5

49

Tab. 14: Přehled údajů z meteorologické stanice České Budějovice pro FVE Chvalšiny [28]

5.5.1

Měsíc

Průměrné maximální denní teploty [°C]

Průměrné minimální denní teploty [°C]

Průměrný úhrn srážek [mm]

Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec

3,2 3,8 11,1 17,9 20,6 23,6 22,5 25,7 21,5 13,1 5,9 6,4

-3,0 -4,9 -1,3 4,3 6,5 11,9 12,4 12,9 10,0 3,9 -0,3 0,5

0,9 0,3 1,3 0,8 2,5 1,6 3,6 1,3 2,5 1,7 0,0 0,5

Další možné využití ploch zastavěných FVE

V zimních měsících jsou výkony FV elektráren daleko nižší, což je zapříčiněno přírodními podmínkami panujícími na území naší republiky. V tomto ohledu Česká republika nemůže konkurovat jižnějším státům v Evropě i jinde. Přesto se v současnosti svým instalovaným výkonem řadí mezi největší fotovoltaické velmoci. I když se výstavbou FVE zemědělská půda neznehodnocuje, v momentě postavení FVE se již dále k pěstování plodin nepoužívá. Zde se dá v budoucnu uvažovat o současné produkci energetických na území zastavěném fotovoltaikou. Tímto způsobem by se mohl zvýšit energetický potenciál zastavěných ploch. Tato varianta by byla z dlouhodobého hlediska optimálním řešením ve vztahu k životnímu prostředí a trvale udržitelného rozvoji. Bude nutno provést v této oblasti výzkum a vývoj vhodné konstrukce solárního panelu s ohledem na optimální míru propustnosti světla, navrhnout vhodné umístění fotovoltaických panelů s ohledem na pěstební podmínky energetických plodin a prozkoumat vliv fotovoltaického pole na růstové vlastnosti rostlin.

50

6 ZÁVĚR V této diplomové práci jsem měl za cíl získat provozní data fotovoltaické elektrárny, resp. elektráren a sestavit přehled jejich provozních parametrů. Při zpracovávání mé diplomové práce jsem měl původně přislíbená data od fotovoltaických elektráren. Situace na trhu se ale od zadání mé práce dramaticky změnila a fotovoltaika se stala velice diskutovaným tématem. Díky velkému fotovoltaickému boomu v posledních letech se prakticky naplnila kapacita možných instalací na území České republiky. Ještě do konce roku 2011 trval stop stav nových instalací, od letošního roku je možné znovu zažádat o připojení systému do 20 kW. Díky tomu se firmy rozhodly žádná data neposkytovat. Nakonec se mi díky ochotě firmy Energservis, která se zabývá realizacemi fotovoltaických elektráren na území České republiky, podařilo dostat k provozním datům tří fotovoltaických elektráren, ovšem tato data byla omezená vlastnickými právy majitelů těchto elektráren. Pro zajímavost jsem ve své práci uvedl i malou fotovoltaickou elektrárnu na střeše rodinného domu ve Velkých Pavlovicích. Ve své práci jsem porovnal denní hodnoty výkonu fotovoltaických elektráren v Hrušovanech nad Jevišovkou, Jihlavě a Chvalšinách. Tato data jsem porovnával s programem PV GIS, který koncentruje meteorologická data z celé Evropy. Spolu s dalšími základními parametry, vypočítá odhad celoroční výroby elektřiny dané elektrárny [27]. Nejlepších výsledků dosahovala fotovoltaická elektrárna v Hrušovanech nad Jevišovkou, a to díky nejvyššímu instalovanému výkonu a nejlepší poloze z porovnávaných elektráren. Nachází se na Jižní Moravě, kde se v průměru dosahuje nejvíce slunečních hodin za rok. Dosahovala nejvyššího výkonu – 706,01 MWh a v porovnání s programem PV GIS vykazovala vyšší výkony, což bylo pravděpodobně způsobeno použitím kvalitních polykrystalických panelů, které dosahují vysokých účinností, ale také z důvodu lepších podnebných podmínek v roce 2011. Data byla dále srovnána s údaji z meteorologických stanic poblíž daných lokalit a i v tomto srovnání dopadla nejlépe fotovoltaická elektrárna v Hrušovanech nad Jevišovkou. Výkon fotovoltaických elektráren je ovlivněn především hustotou oblačnosti a přímým slunečním zářením, proto jsou nejvyšší výkony v jarních a letních měsících, naopak na podzim a v zimě se výkony fotovoltaických elektráren výrazně snižují. To potvrzují data všech sledovaných elektráren, avšak v červenci byl zaznamenán pokles, a to z důvodu nepříznivých podmínek (časté srážky, málo slunečních dnů), oproti tomu v květnu 2011 byl výkon srovnatelný s letními měsíci.

51

Pozitiva fotovoltaických elektráren spočívají v tom, že jsou samy energeticky nezávislé, nezatěžují ovzduší žádnými škodlivými látkami a jejich provoz je nehlučný. Po uplynutí jejich životnosti je možné je celé zrecyklovat. Naproti tomu nevýhodou je, že při necitlivé instalaci mohou narušovat krajinný ráz a jejich výkon je značně závislý na aktuálních přírodních podmínkách. V současné době se dá pořídit domácí fotovoltaická elektrárna za 50 000 – 60 000 Kč na 1 kW výkonu (bez DPH). V posledních letech se ceny fotovoltaických panelů výrazně propadly, což se promítlo do celkového snížení ceny za elektrárnu, protože náklady na panely tvoří více než 2/3 celkových nákladů. S cenou panelů však klesla i státní podpora solární energie. Pro srovnání zelený bonus 2012 je 5,08 Kč·kWh-1, oproti např. 11,9 Kč·kWh-1 v roce 2009. Dle posledních zpráv přestane Energetický regulační úřad podporovat fotovoltaiku od roku 2014 úplně. Momentálně je návratnost investice při předpokládané životnosti elektrárny 30 let a stávajících výkupních cenách elektřiny z obnovitelných zdrojů v intervalu 9 – 11 let [30].

52

7 LITERATURA [1]

CEJPEK, P. Přímé technické využití solární energie. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Fakulta agronomická, 2008. 46 s.

[2]

Fotovoltaika pro každého. Czech RE Agency [online]. 2003 - 2009 © [cit. 2012-0424]. Dostupné z WWW: .

[3]

Fotovoltaika-princip. Energservis [online]. © 2005 – 2009 [cit. 2012-04-24]. Dostupné

z

WWW:


princip/> [4]

Fotovoltaika - obecně i konkrétně. Nemakej.cz [online]. © 2012- [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[5]

Jaký je rozdíl mezi monokrystalickým a polykrystalickým panelem?. JOYCE [online].

©

2008-

[cit.

2012-04-24].

Dostupné

z WWW: [6]

Recyklace fotovoltaických panelů. Elektro [online]. 2010, č 10 [cit. 2012-04-27]. Dostupné

z

WWW:

[7]

BECHNÍK, Bronislav. Fotovoltaika: Recyklace panelů na konci jejich životnosti. Alternativní energie. 2011, roč. 14, č. 4.

[8]

BECHNÍK, Bronislav. Recyklace fotovoltaických panelů na konci životnosti. TZBinfo [online]. © 2001-2012 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[9]

ŠTOCL. Zpětný odběr 2011 [online]. c 2011- [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[10]

PV

Cycle

[online].

©

2011

[cit.

2012-04-24].

Dostupné

z

WWW:

<www.pvcycle.org> [11]

T. PAČESOVÁ. EKOLAMPOV [online]. © 2010- [cit. 2012-04-25]. Dostupné

z WWW:

53

[12]

Datart

[online].

©

2012-

[cit.

2012-04-25].

Dostupné

z

WWW:

[13]

Fotovoltaická elektrárna. Obnovitelné energie [online]. © 2012- [cit. 2012-04-27]. Dostupné

z

WWW:


elektrarna.php> [14]

TYWONIAK, Jan. Fotovoltaické systémy integrované do budov jako velká výzva. TZB-info [online]. 2001-2012 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[15]

Fatrasol

[online].

©

2012

[cit.

2012-04-27].

Dostupné

z

WWW:

[16]

Fotovoltaické elektrárny. Solarnistavebnice.cz [online]. © 2010- [cit. 2012-04-27]. Dostupné

z

WWW:

<www.solarnistavebnice.cz/obsah.jsp?n=Fotovoltaicke-

elektrarny&dyid=1 > [17]

Právní předpisy. TZB-info [online]. © 2001-2012 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:


souvisejici-predpisy > [18]

Úvod do problematiky. Enerfin plus [online]. © 2009- [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[19]

Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 7/2011. Eru.cz [online]. © 2009

[cit.

2012-04-27].

Dostupné

z

WWW:

[20]

BECHNÍK,

Bronislav.

Národní

akční

plán

republiky

České

pro

energii

z obnovitelných zdrojů. TZB-info [online]. ©2001-2012 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z

WWW:


energii-z-obnovitelnych-zdroju> [21]

Solartechnika

[online].

©

2008-

[cit.

2012-04-27].

Dostupné

z

WWW:

[22]

Solární elektrárny: Konec daňových prázdnin. Nalezeno.cz [online]. © 2008 - [cit. 2012-04-27].

Dostupné 54

z

WWW:

[23]

SOLARWATT M220-60 GET AK black. Solarwatt.de [online]. © 2012- [cit. 201204-27].

Dostupné

z

WWW:

[24]

Měniče napětí - Solarmax -jednofázové. Hitechsolar [online]. © 2012- [cit. 2012-0427].

Dostupné

z

WWW:


energie.php?kategorie=1199&sekce=1271> [25]

Datenblatt Blue 230/07. Energservis [online]. © 2005 – 2009 [cit. 2012-04-27]. Dostupné

z:

WWW

[26]

REFUSOL. Energservis [online]. © 2005 – 2009

[cit. 2012-04-27]. Dostupné

z WWW: [27]

VÝPOČET VÝKONU VAŠÍ FVE. Joyce ČR [online]. © 2008 - [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:

[28]

Freemeteo

[online].

©2007-2012

[cit.

2012-04-27].

Dostupné

z

WWW:

[29]

Tabulky a výpočty. TZB-info [online]. c 2001-2012 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z WWW:


slunecniho-svitu-ve-vybranych-lokalitach-cr> [30]

Jak zprovoznit domácí solární elektrárnu. Nalezeno.cz [online]. © 2008 [cit. 201204-27].

Dostupné z WWW:
zprovoznit-domaci-solarni-elektrarnu.aspx>

55