Návrh ostrovního systému pro zásobování elektrickou energií pro rekreační objekt

Bakalářská práce

Prokešová Jana Marie

VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra energetiky

Návrh ostrovního systému pro zásobování elektrickou energií pro rekreační objekt

Vedoucí bakalářské práce:

Doc. Ing. Mojmír Vrtek, Ph.D.

Student:

Jana Marie Prokešová

Ostrava 2005

1



Prohlášení studenta Prohlašuji, že jsem celou bakalářskou práci včetně příloh vypracovala samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a uvedla všechny použité podklady a literaturu.

V Ostravě 7.5.2005

…….…………………………… Podpis studenta

2



Prohlašuji, že:

- byl jsem seznámen s tím, že na moji bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. - autorský zákon, zejména §35 - užití díla v rámci občanských a náboženských obřadů, v rámci školních představení a užití díla školního a §60 - školní dílo. - beru na vědomí, že Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava (dále jen VŠB - TUO) má právo nevýdělečně ke své vnitřní potřebě bakalářskou práci užít (§35 odst. 3). - souhlasím s tím, že jeden výtisk bakalářské práce bude uložen v Ústřední knihovně VŠB – TUO k prezenčnímu nahlédnutí a jeden výtisk bude uložen u vedoucího bakalářské práce. Souhlasím s tím, že údaje o bakalářské práci budou zveřejněny v informačním systému VŠB – TUO. - bylo sjednáno, že s VŠB - TUO, v případě zájmu z její strany, uzavřu licenční smlouvu s oprávněním užít dílo v rozsahu §12 odst. 4 autorského zákona. - bylo sjednáno, že užít své dílo - bakalářskou práci nebo poskytnou licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem VŠB - TUO, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB -TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše).

V Ostravě 7.5.2005

……..……………………………. Prokešová Jana Marie

Adresa trvalého pobytu diplomanta:

Matěje Kopeckého 484/13 708 00 OSTRAVA – Poruba

3



ANOTACE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

PROKEŠOVÁ J. M. Návrh ostrovního systému pro výrobu el. energie pro rekreační objekt. Ostrava: katedra energetiky, Fakulta strojní, VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2005, 41 s. Bakalářská práce, vedoucí Vrtek, M.

Bakalářská práce se zabývá návrhem ostrovního systému pro rekreační objekt nedaleko vojenského prostoru Libavá. Na základě zjištění potřeb elektrické energie a místních podmínek jsou navrženy různé kombinace fotovoltaického zařízení a malé větrné elektrárny. Z těchto kombinací je, dle výnosů a pořizovací ceny, vybrána nejvýhodnější sestava. U navrženého systému je řešena energetická bilance a ekonomická výhodnost. Dále je posouzeno i enviromentální hledisko tohoto způsobu výroby elektrické energie ve srovnání s připojením k rozvodné síti.

PROKEŠOVÁ J. M. Proposal of insular system for electric energy supply in recreation object. Ostrava: Department of Energy Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, VŠB-TU Ostrava, 2005, 41 p. Bachelor essay, head Vrtek, M.

Bachelor essay deals with proposal of insular system for recreation object not far from military area Libavá. On the basis of determine power consumption and local conditions are proposed combination of solar appliance and small wind power station. From these combination is chosen the most optima arrangement according to yield and purchase price. By the proposal system energy balance and recovery of investment are solved. Further enviromentional standpoint electric energy production is considered and in this way compared to joining the distributing nets.

4



OBSAH BAKALÁŘSKÉ PRÁCE 1. ÚVOD

7

2. ZPŮSOBY VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERGIE Z VĚTRU A FOTOVOLTAIKY

8

2.1.

VĚTRNÁ ENERGIE

2.2.

SLUNEČNÍ ENERGIE

8 12

2.2.1. FOTOVOLTAICKÉ PANELY A SYSTÉMY 3. SPECIFIKACE OBJEKTU A NÁVRH SYSTÉMU

13 17

3.1.

SPECIFIKACE OBJEKTU

17

3.2.

SPOTŘEBA ELEKTRICKÉ ENERGIE

17

3.3.

NÁVRH SYSTÉMU

19

3.3.1. VÝBĚR SESTAVY DLE VYROBENÉ ENERGIE

20

3.3.2. VÝBĚR SESTAVY DLE CENY

27

3.4.

CELKOVÁ CENA VYBUDOVÁNÍ SYSTÉMU

28

4. CELKOVÉ, VYUŽITELNÉ MĚSÍČNÍ A ROČNÍ ZISKY, SOUČINITEL VYUŽITÍ INSTALOVANÉHO VÝKONU

30

5. EKONOMICKÉ A ENVIRONMENTÁLNÍ HLEDISKO

32

5.1.

EKONOMICKÉ VYHODNOCENÍ

32

5.2.

ENVIROMENTÁLNÍ VYHODNOCENÍ

33

6. POPIS SYSTÉMU

35

6.1.

POPIS JEDNOTLIVÝCH PRVKŮ SYSTÉMU

35

6.2.

SCHÉMA ZAPOJENÍ A DISPOZIČNÍ ŘEŠENÍ

38

7. ZÁVĚR

39

SEZNAM POUŽITÝCH PRAMENŮ

40

PŘÍLOHY

40

SEZNAM TABULEK

41

SEZNAM OBRÁZKŮ

41

5



Seznam použitého značení Veličina

Jednotka

Název

H

m

Délka

I

W.m-2

Intenzita slunečního záření

P

W

Výkon, příkon

Q

J, Wh

Energie

S

m2

Plocha

U

V

Elektrické napětí

d

m

Průměr

f

Hz

Frekvence

m

kg

Hmotnost, množství

n

den

Počet dnů v měsíci

t

°C

Teplota

f

Hz

Frekvence

v

m.s-1

Rychlost

η

%, -

Účinnost

τ

s, h, r

Časový interval

6



1. ÚVOD Dnes je ve světovém měřítku spotřebováváno obrovské množství energie. Tento trend se objevil na počátku 20. století a úzce souvisí se spotřebním způsobem života v průmyslově rozvinutých zemích. Zásoby tradičních zdrojů energie jsou omezené, a více než 100 let vykazuje spotřeba energie ve světě stabilní růst. Můžeme očekávat, že spotřeba elektrické energie bude růst i nadále. Prvním důvodem je úsilí rozvojových zemí, jako je například Čína, dosáhnout stejné životní úrovně jako v nejrozvinutějších zemích. Druhým důvodem je pokračující růst světové populace. Dnes více než dvě miliardy lidí musí žít bez elektrické energie. A dá se předpokládat, že většina z nich bude dříve nebo později chtít využívat této přednosti. Zvrácení tohoto trendu je velmi obtížné. Výrazné snížení spotřeby elektrické energie ani využití všech (i těžce dostupných) konvekčních zdrojů energie nezpůsobí dlouhodobější řešení problému se zásobami. Odhaduje se, že vyčerpání zdrojů by bylo oddáleno přibližně pouze o 90 let. Jedno z vhodných řešení je, když alternativní a obnovitelné zdroje převezmou viditelný podíl na energetických zdrojích. V souvislosti ze státní politikou podpory využívání obnovitelných a nezávislých zdrojů energie vzrůstá zájem veřejnosti o větrné elektrárny, fotovoltaické panely, vodní elektrárny a další vlastní zdroje energie. Využití těchto zdrojů je možné jako doplňkového zdroje energie, ale také jako zcela autonomní systém dodávky elektrické energie do objektu.

7



2. ZPŮSOBY VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERGIE Z VĚTRU A FOTOVOLTAIKY

2.1. VĚTRNÁ ENERGIE Větrná elektrárna je jeden z významných obnovitelných zdrojů energie. Z historických pramenů a díky dochovaným stavbám víme o značném využívání větrné energie větrnými mlýny v Evropě už od 13. století. Vlivem technického rozmachu doby byly větrné mlýny, větrná čerpadla a další stroje nahrazeny parními nebo elektrickými a využívání větrné energie zaznamenalo značný útlum. Dnes se k jejímu využití znovu vracíme. V mnoha zemích se opět rozvíjí výroba větrných motorů s hlavním zaměřením na výrobu elektrické energie a čerpání vody. První pokusy o využití větrné energie se objevily asi v roce 1000 př. n. l. v Persii. Od té doby se lidé snaží sestrojit větrné kolo, které by lépe využívalo energii větru a zároveň se dalo snadno konstruovat. Během těchto staletí bylo vyrobeno mnoho různých typů, asi nejznámější je mnoholopatkové větrné kolo na čerpání vody používané převážně při osidlování Ameriky.

V současnosti nejpoužívanější typy kol se dají rozdělit do dvou skupin: -

První typ má velký počet listů (lopatek) a je označován jako pomaloběžný. Tento typ využívá energii větru asi z 20 až 30 % a nabíhá při rychlosti větru okolo 2 – 3 m/s. Pro výrobu elektrické energie se nehodí, protože dosahuje malých otáček, využívá se jako čerpadla a pro jiné nízkootáčkové pohony.

-

Druhý typ má 2 až 4 listy a je označován jako rychloběžný. Využívá energii větru z 30 až 50 % a nabíhá při rychlosti větru okolo 4 -5 m/s. Tyto větrná kola se již hodí pro výrobu energie, pro malé výkony dvou až čtyřlisté a pro velké výkony třílisté.

8



Obrázek 2.1 Větrná elektrárna instalovaná na Kozlově blízko V.P. Libavá [vl.zdroj]

Větrné elektrárny vyrábějí elektrickou energii pomocí větrné turbíny, která otáčí hřídelí generátoru. Na obrázku 2.2 vidíme schéma větrné elektrárny WT1OP používané především pro aplikace připojené k rozvodné síti, protože je plně řízená počítačem.

Obrázek 2.2 Schéma větrné elektrárny WT1OP [ 9 ]

9



Základem větrné elektrárny je rotor. U většiny větrných elektráren je osa rotoru rovnoběžná s povrchem země. V nejjednodušším provedení jde o prosté plochy natočené šikmo k větru, profesionální zařízení mají lopatky s asymetrickým profilem – obdobným jako vrtule letadla. Jejich účinnost je výrazně vyšší. Existují i různé netradiční konstrukce se svislou osou otáčení, jejich předností je především to, že se nemusejí natáčet podle směru větru. Důležité je přesné vyvážení rotoru, aby nedocházelo k vibracím. Některé výrobky umožňují regulaci natočení listů rotoru podle síly větru – levnější manuální a dražší automaticky řízené průběžně během provozu. Při změně směru větru může být větrná elektrárna natáčena automaticky nebo u malých jednotek umístěných na ložisku prostřednictvím směrového kormidla. Současně by nemělo u jednotky chybět zařízení, které ji ochrání při příliš prudkém větru. Toto zařízení buď stočí listy bokem (plocha listu je natočena kolmo na směr větru) nebo je nastaví do praporu (plocha listu je rovnoběžná se směrem větru). Velké větrné elektrárny mají výkon až několik megawattů. Ve velmi výhodných lokalitách se stavějí tzv. „větrné farmy“, které dosahují výkonů až několika tisíc kilowatů např. větrná farma v průsmyku Tehachapi, která dodává 1,3 TWh ročně. Elektrická energie vyrobená velkými větrnými elektrárnami se využívá jako zdroj dodávající energii do rozvodné sítě. Malé větrné elektrárny mají výkon 300 až 5 000 W. Elektrická energie vyrobená malými větrnými elektrárnami se využívá jako zdroj dodávající energii do rozvodné sítě nebo jako zdroj energie pro jednotlivé objekty bez připojení k rozvodné síti. Je-li objekt připojen k rozvodné síti je energie vyrobená větrnou elektrárnou prodávána do rozvodné sítě a objekt odebírá energii pro svou spotřebu z rozvodné sítě. Výkupní cena elektrické energie, která je určovaná státem, je vyšší než nákupní cena elektrické energie z rozvodné sítě. Není-li objekt připojen k rozvodné síti je vyrobená energie akumulovaná v akumulátorech a posléze využívána. Úspěšné použití větrné elektrárny vyžaduje lokalitu s dostatečnou průměrnou rychlostí větru, využití odpovídající technologie s minimální poruchovostí a nároky na údržbu. Využitelné rychlosti větru se uvádějí pro malé větrné elektrárny v intervalu 4 –

10



16 m/s, jmenovitý výkon bývá při 10 m/s. Pod dolní hranicí nestačí energie větru k roztočení rotoru, při rychlostech nad 16 m/s hrozí poškození zařízení. Vhodné lokality je možno vyčíst ze zónové mapy větru (obrázek 2.3). Mapa udává statisticky stanovenou sílu větru ve výšce 10m nad zemí. Přesnější měření lze získat

u

nejblíže

položené

meteorologické

stanice

případně

na

Českém

hydrometeorologickém ústavu.

Obrázek 2.3 Rozložení průměrné rychlostí větru ve výšce 10m nad zemí [ 12 ]

11



2.2. SLUNEČNÍ ENERGIE Sluneční energii lze využívat mnoha způsoby např. pasivní systémy pro vytápění budov, pro ohřev teplé vody, výrobu elektrického proudu. Nás bude právě zajímat poslední zmiňovaný způsob - využívání pro výrobu elektrické energie – jedná se o přímou přeměnu sluneční energie na elektrickou energii na základě principu fotovoltaického jevu. Fotovoltaika patří k perspektivním alternativním zdrojům energie a je jedním z nejrychleji rostoucích odvětví na světě. Využívá se jí většinou v izolovaných zařízeních např. parkovací automaty, pohony čerpadel, napájení solárních kalkulaček, pohony hraček, výroba elektrické energie na lodích, v obytných automobilech a objektech nepřipojených k rozvodné síti. V dnešní době už také nejsou výjimkou instalace na fasádách a střechách budov umístěných ve městech. Očekává se, že v blízké budoucnosti budou fotovoltaické panely vyrábět okolo 10% celosvětové spotřeby elektřiny. Zatím největšími instalacemi fotovoltaických panelů v ČR jsou 20 kW systémy v Ostravě na VŠB-TU, v Brně na VUT-FEKT, v Praze na UK-MFF, v Liberci na TU a v Plzni na ZČU.

Obrázek 2.4 Ukázky instalací fotovoltaických panelů [ 6 ]

12



2.2.1. FOTOVOLTAICKÉ PANELY A SYSTÉMY Základem fotovoltaického zdroje energie je solární článek. V nich dochází vlivem dopadajících fotonů slunečního záření k uvolňování (vyrážení) valenčních elektronů a v polovodiči tak vznikají volné nosiče elektrického náboje, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo přímo k spotřebiči.

Obrázek 2.5 Schéma fotovoltaického článku [ 8 ]

Výstupní proud z fotovoltaických panelů je stejnosměrný s napětím 12V. Sériovým nebo paralelním zapojením je možné zvyšovat napětí nebo proud. Protože jsou solární články křehké a metalizace kontaktů by na vnějším prostředí podlehla korozi, spojují se články do větších bloků a po zapouzdření vzniká fotovoltaický panel. Dalším důvodem pro sestavování je snadnější manipulace a montáž.

13



Obrázek 2.6 Struktura fotovoltaických panelů [ 6 ]

V poslední době se mnoho výrobců panelů zabývá speciálními konstrukcemi pro instalaci solárních systémů na budovách. Pozornost je věnována hlavně maximálnímu zjednodušení instalace, snižování nákladů spojením s jinou stavebněkonstrukční funkcí, případně snaze zaujmout netradičním a atraktivním řešením. Například u panelů pro transparentní fasády a skleníky je možné šířkou mezery mezi články určit míru zastínění vnitřního prostoru. Životnost fotovoltaického panelu je asi 20 let a během prvních dvou až čtyř let provozu získá tolik energie, kolik bylo potřeba na jeho výrobu.

Hlavní způsoby konstrukce fotovoltaických systémů: -

konstrukce solárního zařízení spojeného se sítí – provádí se tam kde je možno se připojit do veřejné rozvodné el. sítě. Rozlišují se dva způsoby funkce systému, nejprve je vyrobený proud spotřebováván v objektu a nadbytečný proud je dodáván do sítě nebo je veškerý vyrobený proud dodáván do sítě (ve většině použití). V obou těchto případech je nutné, aby byl připojen střídač, který převede stejnosměrný proud na střídavý (230V).

14


-


konstrukce izolovaných solárních zařízení – provádí se tam, kde není možno nebo je nerentabilní zbudování elektrické přípojky. Vyrobená elektrická energie je pomocí regulátoru nabíjení ukládána v akumulátorech a posléze spotřebovávána.

-

konstrukce solárního zařízení pro přímé napájení spotřebiče – např. čerpadla, fontánky. Jedná se o spotřebiče, které přímo spotřebovávají elektrický proud vyrobený panely. Případně může být také realizováno zapojení s akumulátorem, který dodává proud v době, kdy panely nepracují např. u osvětlení.

Fotovoltaické panely

= 12 (24) V

Regulátor nabíjení = 12 (24) V

Měnič

Spotřebiče = 12(24)V ~ 230 V

=/~

Spotřebiče ~230V

Akumulátor

Obrázek 2.7 Schéma izolovaného solární zařízení

V případě, že je izolované solární zařízení provozováno celoročně nebo je velmi často používané, pak je vhodné tento systém doplnit dalším zdrojem energie, protože v případě krytí celé spotřeby elektrické energie fotovoltaickými panely se jejich plocha a cena se neúměrně zvyšuje. Takovým zdrojem může být větrný generátor, spalovací generátor nejlépe s kogenerací (společná výroba elektrické a tepelné energie) nebo malá vodní elektrárna. Množství energie vyrobené fotovoltaickými panely závisí na jejich umístění, době a intenzitě osvitu. Stejně jako u větrné energie i zde existují mapy popisující intenzitu osvitu v jednotlivých oblastech, ale musíme si uvědomit, že množství energie je ovlivněno hlavně úhlem sklonu a orientací vůči jihu.

15



Obrázek 2.8 Sluneční mapa ČR [Wh.m-2.rok-1] [ 2 ]

Sluneční a větrná energie skýtá široké možnosti využití v malých, velkých i zábavných aplikacích. Nahradíme tak spotřebu energie vyrobenou v systémech, které nejsou pro nás tolik výhodné, produkují škodlivé látky nebo spotřebovávají zdroje s konečnou zásobou, které neumíme nahradit. bychom měli tedy co nejvíce podporovat.

16

Rozumné využívání těchto zdrojů



3. SPECIFIKACE OBJEKTU A NÁVRH SYSTÉMU

3.1. SPECIFIKACE OBJEKTU Návrh bude prováděn pro starý zděný dům s kamennými základy nedaleko vojenského prostoru Libavá v okrese Přerov, obec Potštát. Objekt je umístěn ve vzdálenosti 1,5 kilometru od rozvodné sítě. Obytná plocha objektu činí 57,75 m2 (2+1) a nyní slouží jako rekreační objekt pro maximálně 5 osob. V průběhu roku je objekt využíván nepravidelně. V letních měsících je využíván v rámci týdenní dovolené a víkendových pobytů, v jarních a podzimních měsících na víkendové pobyty a v zimních měsících je využíván minimálně, převážně jen v době vánoční.

3.2. SPOTŘEBA ELEKTRICKÉ ENERGIE V objektu budou používány běžné spotřebiče na ~ 230V. Pouze osvětlení bude provedeno v rozvodech ~230V i =12V. Rozvod ~230V s úspornými žárovkami bude používán pro osvětlení obývacího pokoje a hlavního osvětlení v kuchyni. Rozvod =12V s halogenovými žárovkami bude využíván pro častější ale krátkodobé osvětlení prostor jako například WC, chodby, půdy a osvětlení pracovní desky v kuchyni. V tabulce 3.1 jsou přehledně uvedeny použité spotřebiče a vyčíslena jejich spotřeba energie. Takto zjištěná spotřeba energie není v průběhu pobytu ani v průběhu roku konstantní, převážně záleží na chování uživatele a době použití spotřebičů. Na obrázku 3.1 vidíme teoretickou spotřebu elektrické energie v jednotlivých měsících v závislosti na využívání objektu.

17



De nní spotře ba Doba provozu [h/d]

č. Spotřebič 1. Osvětlení - halogenové žárovky - úsporné žárovky 2. Lednice s mrazící přihrádkou do 75l 3. Varná konev 4. Mikrovlnná trouba 5. Televize 6. Stereověž 7. Vysavač 9. Občasně používáné spotřebiče

Spotřeba energie [Wh/d]

Příkon [W]

2,5 x 50 4 x 23 24 x 16 0,2 x 1800 0,3 x 800 3 x 45 2 x 18 0,3 x 1500 2 x 900 Ce lke m [Wh/den]

= = = = = = = = =

125 92 384 360 240 135 36 450 1800 3622

Tabulka 3.1 Přehled denní spotřeby energie

[kWh/měsíc ] 80 67

70 60 44,2

50 40

30,9

30 20

38,9

9,8

9,7

12,8

1

2

3

20,5

20,3

4

5

30,1

29,1 22,1

10 0 6 7 Měsíc

8

9

10

11

Obrázek 3.1 Spotřeba energie jednotlivých měsících [kWh/měsíc]

18

12



Z grafu vidíme, že nejvyšší spotřeba elektrické energie je v červenci a srpnu. Zvýšení spotřeby energie v těchto měsících je způsobeno častějším využíváním objektu a prácemi na přilehlé zahradě. Celková spotřebovaná energie je 335,4 kWh/rok. Další důležité údaje jsou maximální příkon spotřebičů: 3,2 kW a průměrný příkon spotřebičů 1,2 kW.

3.3. NÁVRH SYSTÉMU Při navrhování systému musíme mít na zřeteli jaké množství energie můžeme v daném měsíci z větrné elektrárny a fotovoltaických panelů získat. Pro lepší přehled zde uvádím orientační přehled výnosů z větrné elektrárny a fotovoltaických panelů vztažené k měsíci s nejvyšším výnosem.

P/Pmax [ % ] 100

V.E.

80 60

F.P. 40 20 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Měsíc

Obrázek 3.2 Roční průběh nabídky sluneční a větrné energie [ 1 ]

Z obrázku 3.2 vidíme, že v zimních měsících budeme spíše využívat jako zdroj energie větrnou elektrárnu a v letním období fotovoltaické panely. V zimních měsících je rekreační objekt využíván jen občasně o víkendech a případně na rekreaci o vánočních svátcích. S ohledem na dobu využívání objektu, zvýšenou spotřebu energie na osvětlení, snížení spotřeby energie pro napájení lednice (se snižující teplotou se příkon snižuje) a značné snížení spotřeby energie pro práce na zahradě se přibližná spotřeba pohybuje okolo 12kWh/měsíc. Protože v tomto období fotovoltaické panely dodávají malé množství energie je vhodné krýt spotřebu energie

19



energií vyrobenou ve větrné elektrárně, která v tomto období dodává své maximum. Větrné elektrárny v naši republice nabízejí firmy Nelumbo a.s.; Taawin s.r.o; MG Plast. V letních měsících se spotřeba elektrické energie značné zvyšuje a protože větrná elektrárna dodává méně energie než v měsících zimních, musíme toto množství doplnit z fotovoltaických panelů. Nabídka fotovoltaických panelů na našem trhu je vyšší než větrných elektráren, například firmy Solartec, Soparpower, Elesolar. Z jednotlivých nabídek jsem vybrala větrné elektrárny AP 300 a AP 600, fotovoltaické panely PM116. Výběr větrné elektrárny a velikost fotovoltaických panelů bude obsahem další kapitoly.

3.3.1. VÝBĚR SESTAVY DLE VYROBENÉ ENERGIE Sestavu musíme řešit tak, aby se jednotlivé výkony z fotovoltaických panelů a větrné elektrárny doplňovaly. V případě, že navrhneme malý výkon větrné elektrárny zvětšuje se potřebná plocha fotovoltaických panelů, navrhneme-li velmi velký výkon větrné elektrárny, budeme v zimních měsících vyrábět energii pro níž není využití. Výnosy z větrné elektrárny jsou závislé na výkonu při jednotlivých rychlostech větru a četnosti jednotlivých rychlostí větru. Rychlosti větru v jednotlivých hodinách v průběhu roku jsou zpracovány v tabulce 3.2. Tyto hodnoty byly získány měřením v Mošnově v průběhu roku 1996. Rychlosti větru byly zaznamenávány třikrát denně v 7, 14 a 21 hodin. Protože se jedná o oblast s podobnými charakteristikami byly, po konzultaci s vedoucím bakalářské práce, výsledky z měření použity pro výpočet.

20



Rychlost větru

M ě síc I. II. 65 7 0 m/s 82 27 1 m/s 21 100 2 m/s 48 64 3 m/s 4 m/s 100 92 78 49 5 m/s 6 m/s 113 96 95 82 7 m/s 86 89 8 m/s 28 52 9 m/s 28 14 10 m/s 11 m/s 12 m/s Ce lke m hodin 744 672

III. 17 97 64 126 72 55 120 72 35 65 7 14

IV. 17 113 156 95 59 76 100 28 45 7 14 10

V. 34 129 205 144 79 73 35 14 24 7

VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. 37 55 78 41 71 24 41 157 211 136 144 203 71 95 208 180 215 167 125 35 127 110 99 65 113 71 110 118 62 87 62 72 93 99 126 83 63 105 69 77 82 79 21 21 38 28 55 150 69 35 21 35 51 21 90 48 0 7 0 21 14 35 31 7 10 0 14 24 10 14

744 720 744 720 744 744 720 744 720 744

Tabulka 3.2 Četnost jednotlivých rychlostí větru v hodinách v průběhu roku [ 3 ]

Množství vyrobené energie se vypočítá z výkonu větrné elektrárny při dané rychlosti větru a doby působení větru při dané rychlosti: Q = Pv .τ

[Wh ]

(3.1)

Výkon větrné elektrárny Pv se zjišťuje z výkonnostního grafu větrné elektrárny (obr 3.3 a 3.4). a dobu působení vyčteme z tabulky 3.2 Například pro rychlost větru 7 m/s v měsíci březnu pro větrnou elektrárnu AP600: P7 m / s ≈ 220 W τ 3 = 72 hodin Q = P7 m / s .τ 3 = 220.72 = 15840 Wh Další výpočty jsou provedeny v Excelu a sestaveny do tabulek 3.3 a 3.4.

21



AP 300 500 450 400

Pow er ( W )

350 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 W i ndspeed ( m/s )

Obrázek 3.3 Výkonnostní charakteristika AP300 [ 2 ]

AP 600 900 800 700

Pow er ( W )

600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 W i ndspeed ( m/s )

Obrázek 3.4 Výkonnostní charakteristika AP600 [ 2 ]

22


AP 300 leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec


≤3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s 8 m/s 9 m/s 10 m/s 11 m/s Celkem 0 kW

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,02 kW 0.03 kW 0.06 kW 0,12 kW 0,17 kW 0.23 kW 0.30 kW 0.36 kW

0,04 0,04 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05

0,07 0,04 0,05 0,07 0,07 0,07 0,06 0,09 0,06 0,07 0,07 0,07

0,41 0,35 0,43 0,36 0,13 0,08 0,08 0,14 0,10 0,20 0,54 0,25

1,15 0,99 0,87 0,34 0,17 0,42 0,25 0,42 0,62 0,25 1,09 0,58

2,49 2,57 1,01 1,30 0,69 0,00 0,20 0,00 0,61 0,40 1,01 0,90

1,48 2,75 3,44 0,37 0,37 0,37 0,00 0,53 0,00 0,74 1,27 0,53

2,52 1,26 0,63 1,26 0,00 0,00 0,00 0,00 1,26 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 1,81 1,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

kWh

8,15 8,00 8,28 5,02 1,46 0,97 0,62 1,21 2,68 1,70 4,02 2,38

Tabulka 3.3 AP 300: vyrobená energie v závislosti na rychlosti větru [kWh]

AP 600 leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec

≤3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s 8 m/s 9 m/s 10 m/s 11 m/s Celkem 0 kW

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,04 kW 0.06 kW 0.12 kW 0,22 kW 0,34 kW 0.46 kW 0.60 kW 0.72 kW

4,00 3,68 2,88 2,36 3,16 2,48 3,48 2,48 2,88 3,72 3,96 5,04

4,68 2,94 3,30 4,56 4,38 4,98 3,78 6,30 4,14 4,62 4,92 4,74

13,56 11,52 14,40 12,00 4,20 2,52 2,52 4,56 3,36 6,60 18,00 8,28

20,90 18,04 15,84 6,16 3,08 7,70 4,62 7,70 11,22 4,62 19,80 10,56

29,24 30,26 11,90 15,30 8,16 0,00 2,38 0,00 7,14 4,76 11,90 10,54

12,88 23,92 29,90 3,22 3,22 3,22 0,00 4,60 0,00 6,44 11,04 4,60

16,80 8,40 4,20 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 8,40 0,00 0,00 0,00

kWh

0,00 102,06 0,00 98,76 10,08 92,50 7,20 59,20 0,00 26,20 0,00 20,90 0,00 16,78 0,00 25,64 0,00 37,14 0,00 30,76 0,00 69,62 0,00 43,76

Tabulka 3.4 AP 600: vyrobená energie v závislosti na rychlosti větru [kWh]

23



Množství energie získané z fotovoltaických panelů závisí na množství energie dopadající za den na 1m2 osluněné plochy, azimutovém úhlu, ploše panelů a účinnosti přeměny energie. Střecha na níž budou umístěny fotovoltaické panely má sklon 36° a je situována jihovýchodně. Teoreticky možné množství energie dopadající za den na 1m2 osluněné plochy je závislé na denním průběhu intenzity záření a době ozáření osluněné plochy. Pro výpočty je z dlouhodobých klimatických údajů odvozena střední intenzita slunečního záření a teoretická doba slunečního svitu, z těchto hodnot je možné odvodit:

Q S den teor = I stř .τ teor

[kWh.m ] −2

(3.2)

Pro charakteristické dny v jednotlivých měsících je v následující tabulce uvedena teoretická možná energie dopadající za den v jednotlivých měsících na plochu skloněnou pod 30° a 45° (platí pro 50° severní šířky, součinitel znečištění 3 a azimutový úhel as=-45°).

QS

M ě s íc

de n te or. -2

[kWh.m ] 30° s klon 45° s klon

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

2,30 2,52

3,82 4,15

5,67 5,69

7,32 7,10

8,50 8,08

8,93 8,20

8,50 8,08

7,32 7,10

5,67 5,69

3,82 4,15

2,30 2,52

1,85 2,08

Tabulka 3.5 Teoreticky dopadající energie za den na plochu 1m2 v daném měsících [ 4 ]

Teoreticky možné množství energie QS den teor dopadá na osluněnou plochu jen ve slunných dnech, kdy svítí slunce nepřetržitě po celou teoretickou dobu. Takový případ je v našich podmínkách vzácný, nejčastěji se střídá jasná obloha se zataženou, proto se zavádí tzv. poměrná doba svitu τ . Poměrná doba svitu je definovaná jako skutečná doba svitu k teoretické době. Skutečné množství energie dopadající na osluněnou plochu se vypočítá

Q

S den

= τ .Q

S den

(3.3)

teor

V tabulce 3.6 jsou uvedeny hodnoty poměrné doby svitu pro danou lokalitu

24


1.

τ [ - ] 0,18


2.

3.

4.

5.

0,30

0,37

0,39

0,45

M ě s íc 6. 7. 0,49

0,52

8.

9.

10.

11.

12.

0,52

0,49

0,35

0,22

0,13

Tabulka 3.6 Poměrná doba svitu [ 4 ]

Například v měsíci březnu pro plochu skloněnou pod 30°:

Q S den = τ.Q S den teor = 0,37 . 5,67 = 2,098 kWh.m −2 V tabulce 3.7 je uvedeno množství vyrobené energie jedním fotovoltaickým panelem o rozměrech 1355 x 655 mm vypočítané dle vztahu 3.4. Q vyr mes = Q S den .S.n.η = τ.S.n.η.Q S den teor

(3.4)

Například v měsíci březnu:

Qvyr mes = Q S den .S .n.η = 2,098 .0,85. 31. 0,12 = 6,63 kWh

Q vyr měs 30° 1 Q vyr měs 45° 1

1.

2.

3.

4.

1,31

3,27

6,63

1,43

3,56

6,66

M ě s íc 6. 7.

5.

8.

9.

10.

11.

12.

8,74 12,09 13,39 13,98 12,04

8,50

4,23

1,55

0,76

8,47 11,50 12,30 13,29 11,67

8,53

4,59

1,70

0,86

Tabulka 3.7 Množství energie vyrobené jedním fotovoltaickým panelem [kWh]

Vzhledem k tomu, že rozdíl ve výnosu z různě nakloněných ploch je malý, volíme z konstrukčního hlediska raději plochu skloněnou v 30°. Také je pro nás tento sklon vhodnější, protože v letních měsících je zisk o něco vyšší. Abychom

mohli

správně

navrhnout

kombinaci

větrné

elektrárny

a

fotovoltaických panelů je vhodné znát množství vyrobené energie jednotlivými systémy a porovnat je se spotřebou energie.

25



Výnosy z jednotlivých sestav jsou součtem dílčích výkonů a zisk je vypočítán jako rozdíl výnosu ze sestavy a spotřeby. Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 3.8a a 3.8b. Pro lepší přehled je vhodnější množství energie vynést do grafu (obr 3.3). Při nedostatku vyrobené energie je tento údaj zvýrazněn červeně.

[ kWh ] AP300 1xPM116 ZISK

AP300 2xPM116 ZISK

AP300 3xPM116 ZISK

AP300 4xPM116 ZISK

1.

2.

3.

4.

Měsíc 6. 7.

5.

8.

9.

10.

11.

12.

52,3 52,7 52,9 38,3 25,2 23,9 22,4 24,8 27,1 19,6 36,4 22,7 42,5

43,0

40,1

17,8

4,9

-7,0

-21,8

-42,2

-11,8

-9,5

14,3

-7,4

53,6 55,9 59,6 47,1 37,3 37,3 36,4 36,9 35,6 23,9 37,9 23,4 43,8

46,2

46,8

26,6

17,0

6,4

-7,9

-30,1

-3,3

-5,2

15,8

-6,7

54,9 59,2 66,2 55,8 49,4 50,7 50,3 48,9 44,1 28,1 39,5 24,2 45,1

49,5

53,4

35,3

29,1

19,8

6,1

-18,1

5,2

-1,0

17,4

-5,9

56,2 62,5 72,8 64,6 61,5 64,1 64,3 61,0 52,6 32,3 41,0 24,9 46,4

52,8

60,0

44,1

41,2

33,2

20,1

-6,0

13,7

3,2

18,9

-5,2

Tabulka 3.8a Celkový výnos a zisk z jednotlivých systému s VE AP300 [kWh]

Měsíc 6. 7.

[ kWh ]

1. 2. 3. 4. 5. 8. 9. 10. 11. 12. AP600 103,3 102,1 99,1 67,9 38,3 34,3 30,8 37,6 45,6 35,0 71,2 44,6 1xPM116 ZISK

93,5

92,4

86,3

47,4

18,0

3,4

-13,4

-29,4

6,7

5,9

49,1

14,5

AP600 104,6 105,3 105,8 76,7 50,4 47,7 44,8 49,7 54,1 39,3 72,7 45,3 2xPM116 ZISK

94,8

95,6

93,0

56,2

30,1

16,8

0,6

-17,3

15,2

10,2

50,6

15,2

AP600 105,9 108,6 112,4 85,4 62,5 61,1 58,7 61,7 62,6 43,5 74,3 46,1 3xPM116 ZISK

96,1

98,9

99,6

64,9

42,2

30,2

14,5

-5,3

23,7

14,4

52,2

16,0

AP600 107,2 111,9 119,0 94,2 74,6 74,5 72,7 73,8 71,1 47,7 75,8 46,8 4xPM116 ZISK

97,4

102,2

106,2

73,7

54,3

43,6

28,5

6,8

32,2

18,6

53,7

Tabulka 3.8b Celkový výnos a zisk z jednotlivých systému s VE AP600 [kWh]

26

16,7



SPOTŘEBA AP300 + 1xPM116 AP300 + 2xPM116 AP300 + 3xPM116 AP300 + 4xPM116 AP600 + 1xPM116 AP600 + 2xPM116 AP600 + 3xPM116 AP600 + 4xPM116

[kWh] 120

100

80

60

40

20

0 1

2

3

4

5

6 Měsíc 7

8

9

10

11

12

Obrázek 3.5 Výnosy z jednotlivých sestav

3.3.2. VÝBĚR SESTAVY DLE CENY Z porovnání výkonu v tabulce 3.8 je možné vidět, že nám vyhovují tři možné kombinace. Systémy AP300 + 4xPM116 a AP600 + 3xPM116 nepokrývají spotřebu plně ve všech měsících, ale tento nedostatek energie může být kompenzován použitím jiných spotřebičů. Při rozhodování, kterou sestavu zvolit, je nutné vzít v úvahu i její cenu. Protože množství akumulátorů a měnič bude u jednotlivých sestav stejný, bude rozhodovat cena větrné elektrárny a panelů s příslušným měničem. V tabulce 3.9 jsou uvedené ceny jednotlivých komponentů a ceny jednotlivých sestav.

27



Ce lková ce na

Větrná Fotovoltaické elektrárna panely

AP300 + 4xPM116 113 071 Kč 23 400 Kč AP600 + 3xPM116 105 699 Kč 33 598 Kč AP600 + 4xPM116 125 919 Kč 33 598 Kč

Regulátor VE

regulátor FVP

80 880 Kč

V-WR 324 3 758 Kč

CR30LC 5 033 Kč

60 660 Kč

V-WR 724 6 408 Kč

CR30LC 5 033 Kč

80 880 Kč

V-WR 724 6 408 Kč

CR30LC 5 033 Kč

Tabulka 3.9 Ceny vybraných sestav

Nyní vidíme, že postavit systém s věrnou elektrárnou AP300 není vhodné, protože její cena je vyšší něž u sestavy AP600 + 3xPM116, která má větší výkon. Rozdíl v ceně mezi AP600 s třemi fotovoltaickými panely PM116 a čtyřmi PM116 je pouze v ceně tohoto panelu, proto je pro nás vhodnější použít systém AP600 + 3xPM116. Tento systém dostatečně pokrývá spotřebu a v případě nedostatku energie při dlouhém využívání (letní dovolená) je možné omezit spotřebu nebo použít jiné spotřebiče. V případě, že by spotřeba elektrické energie v budoucnu vzrostla, je možné flexibilně systém doplnit o další fotovoltaický panel.

3.4. CELKOVÁ CENA VYBUDOVÁNÍ SYSTÉMU Při stanovování celkové ceny je nutno vzít v úvahu náklady na veškeré práce spojené s instalací. Ceny jednotlivých komponentů jsou získány z ceníku firmy ZPA Brno, spol s r.o. a ceny stavebních prací na základě konzultací se stavební firmou VAMOZ – servis, a.s.

Větrná elektrárna AP600

33 600 Kč

Stožár

8 600 Kč

Vykopání základů, betonová deska, zemní kotvy, vedení Regulátor V-WR-724

35 000 Kč 6 400 Kč

Fotovoltaické panely PM116

60 660 Kč

Střešní uchycení, vedení k regulátoru Regulátor CR 30 LC

2 500 Kč 5 033 Kč

28



Akumulátory Banner Energy Bull

25 132 Kč

Střídač ELK10S

16 960 Kč

Úprava místnosti s elektrotechnikou (ventilátor, izolace)

10 000 Kč

Vybudování vnitřní instalace

60 000 Kč

Celková cena

263 885 Kč

29



4. CELKOVÉ, VYUŽITELNÉ MĚSÍČNÍ A ROČNÍ ZISKY, SOUČINITEL VYUŽITÍ INSTALOVANÉHO VÝKONU Jednotlivé hodnoty použité při výpočtu zisků jsem převzala z kapitoly 3.3.1 Výběr sestavy dle vyrobené energie. Celkový zisk se rovná veškeré vyrobené energii a užitný zisk je množství využité energie z vyrobeného množství.

Celkový zisk z fotovoltaických panelů

259,5 kWh/rok

Celkový zisk z větrné elektrárny

623,3 kWh/rok

Celkový zisk ze systému

882,8 kWh/rok

Užitný zisk ze systému

330,1 kWh/rok

Užitný zisk zvlášť z fotovoltaických panelů a větrné elektrárny nelze stanovit, protože nemůžeme u spotřebovávané elektrické energie přesně určit, kterým zdrojem byla vyrobena. Přehled zisků v jednotlivých měsících jsou uvedeny v tabulce 4.1 a grafické znázornění na obrázku 4.2.

Měsíční zisky [kWh]

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

Fotovoltaické 3,9 9,8 19,9 26,2 36,3 40,2 41,9 36,1 25,5 12,7 4,6 2,3 panely Větrná 102,1 98,8 92,5 59,2 26,2 20,9 16,8 25,6 37,1 30,8 69,6 43,8 elektrárna Celkový zisk Užitný zisk

106 109 112 85,4 62,5 61,1 58,7 61,7 62,6 43,5 74,3 46,1 9,8

9,7 12,8 20,5 20,3 30,9 44,2 61,7 38,9 29,1 22,1 30,1

Tabulka 4.1 Měsíční zisky ze systému AP600 + 3xPM116

30



[kWh]

AP600 Spotřeba

120

3 x PM116 Užitný zisk

100

80

60

40

20

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Měsíc

Obrázek 4.1 Celkové měsíční zisky ze systému AP600 + 3xPM116

Součinitel využití instalovaného výkonu se vypočítá jako podíl skutečného výkonu k instalovanému. Skutečný výkon zjistíme jako podíl vyrobeného množství energie a počet hodin za roce. Tento součinitel nám ukazuje míru využití potenciálu zařízení. K=

Psk. Pinst .

(4.1)

Fotovoltaické panely: K FP =

259 500 1 29,62 . = = 0,085 365 ⋅ 24 3 ⋅116 348

⇒ 8,5% ⇒ 11,9%

Větrná elektrárna:

K VE =

623 300 1 71,15 . = = 0,119 365 ⋅ 24 600 600

Celé zařízení:

K OS =

882 800 1 100,77 . = = 0,106 ⇒ 10,6% 365 ⋅ 24 600 + 348 948

31



5. EKONOMICKÉ A ENVIRONMENTÁLNÍ HLEDISKO Pro vyhodnocení z ekonomického a enviromentálního hlediska jsem zvolila porovnání námi vyrobené elektrické energie s elektrickou energií odebranou z rozvodné sítě. Tuto volbu jsem provedla protože, kdyby se nerealizoval tento projekt, objekt by byl připojen k rozvodné síti.

5.1. EKONOMICKÉ VYHODNOCENÍ Jedním z nejdůležitějších ukazatelů při realizaci projektů je jeho ekonomické zhodnocení. Při realizaci ostrovního systému nám úspora na investičních nákladech musí vyvážit náročnější instalaci a obsluhu systému, než u napojení na rozvodnou síť. Jednotlivé ceny stavebních a výkopových prací byly stanoveny firmou VAMOZ – servis, a.s. a ceny u vybudovaní ostrovního systému byly kalkulovány v kapitole 3.3. Kabeláž přípojky je vhodnější vzhledem k okolnímu prostředí vhodnější vést v zemi. Vzhledem k tomu, že není možné vyjádřit náklady přesně jsou jednotlivé částky zaokrouhleny na tisíce. Náklady na vybudování přípojky na rozvodnou síť: Připojení v rámci pozemku včetně rozvodné skříně

694 000 Kč 34 000 Kč

Max. 30m – od hranice pozemku k rozvodné síťi Vybudování přípojky od sítě k hranici pozemku 1,5 km

600 000 Kč

Náklady na 100 m ~ 40 000 Kč Vybudování vnitřní instalace 58 m2

60 000 Kč

Náklady na 1 m2 ~ 800 – 1200 Kč dle náročnosti

Náklady na vybudování ostrovního systému:

264 000 Kč

Větrná elektrárna AP600 + příslušenství

84 000 Kč

Fotovoltaické panely PM116 + příslušenství

68 000 Kč

Elektrotechnika a úpravy

52 000 Kč

Vybudování vnitřní instalace

60 000 Kč

32



Při srovnání jednotlivých nákladů vidíme, že náklady na vybudování elektrické přípojky do vzdálenosti 1,5 kilometru jsou asi 2,5-krát dražší než vybudování ostrovního systému. Po dobu životnosti jednotlivých komponentů nejsou potřeba další investice, a tudíž každý rok navíc ušetříme i částku za spotřebovanou elektrickou energii. Tato částka je rok o roku větší, vzhledem k neustálému zvyšování cen za elektrickou energii.

Částka ušetřena při instalaci

694 000 Kč - 264 000 Kč

430 000 Kč

Částka ušetřena za rok používání

330 kWh x 3.64 Kč/kWh

1 200Kč

Vidíme, že ušetřené náklady za dobu životnosti se blíží částce 450 000 Kč.

5.2. ENVIROMENTÁLNÍ VYHODNOCENÍ V dnešní době, kdy je ekologické zatížení prostředí škodlivými látkami velmi velké, je nutné si uvědomit, že každá naše činnost je spojena s produkcí emisí a dalších škodlivých látek. Při výrobě námi používané elektrické energie škodlivé látky vznikají téměř vždy. Je to spojeno s tím, že využívání technologií pro výrobu elektrické energie bez emisí je ve velkém měřítku drahé – vysoké instalační náklady, proměnlivé dodávky. V tabulce 4.1 je uvedeno množství znečišťujících látek na MWh a následně je v tabulce 4.2 vypočteno, dle vzorce 5.1, množství znečišťujících látek vyprodukovaných vzhledem k množství spotřebované energie za rok.

Tuhé Znečišťující látky v kg/MWh látky Elektřina - vyrobená v hu. el. 0,375 0 Elektřina - vyrobená VE a FP.

SO2 1,873 0

NOx 1,588 0

CO 0,4 0

CxHy CO2 0 898,3 0 0

Tabulka 5.1 Množství znečišťujících látek v kg/MWh

33



Výpočet množství znečišťujících látek například pro tuhé látky: m TL / rok = Prok . m TL

(5.1)

Spotřebovaná energie za rok

330,1 kWh = 0,3301 MWh

Množství tuhých látek na MWh

0,375 kg/MWh

Množství vyprodukovaných tuhých látek za rok: m TL / rok = Prok . m TL = 0,3301. 0,375 = 0,123 kg

Při připojení na rozvodnou Znečišťující látka síť [kg/rok] 0,12 Tuhé látky 0,62 SO2 0,52 NOx 0,13 CO 0,00 CxH CO2 297

Ostrovní systém [kg/rok] 0 0 0 0 0 0

Tabulka 5.2 Porovnání množství vyprodukovaných znečišťujících látek [ 5 ]

34



6. POPIS SYSTÉMU

6.1. POPIS JEDNOTLIVÝCH PRVKŮ SYSTÉMU Větrná elektrárna AP600 (fa. MG PLAST) [ 2 ] Větrná elektrárna je vhodná pro dobíjení akumulátorů 12, 24,48 nebo 96V= . Větrná elektrárna je vybavena sběracími kroužky a uhlíky přes které je vyveden kabel délky 15 m (3 x 2,5mm2). Upínací trn pro vsunutí do stožáru má průměr 30mm(30h7). TECHNICKÁ DATA:

JMENOVITÝ VÝKON

600W ( 10 m/s)

ROZBĚHOVÁ RACHLOST VĚTRU

3-4 m/s

MAX. RYCHLOST VĚTRU

60 m/s

OTÁČKY ROTORU

675 rpm

PRŮMĚR ROTORU

270 cm

PLOCHA ROTORU

5,7 m2

MATERIÁL ROTORU

GRP

GENERÁTOR synchr.PMG´s SYSTEM ZABEZPEČENÍ

16-pól sklápění rotoru

nebo regulace listu VÝSTUP. NAPĚTÍ

3X 12,24,48V AC

HMOTNOST

39 kg .

Obrázek 6.1 Hlavní rozměry AP600 [ 2 ]

35



Stožár (fa. MG PLAST) [ 2 ] Použitý stožár má celkovou výšku 7 m a je tvořen 4-mi moduly. Modulový prvek má délku 1,75 m a celý stožár je žárově zinkovaný. Stožár je kotvený ve třech bodech po 120°. Stožár je montován na zemi pomocí stahovacích matic a vztyčen na kloubu, který tvoří středový základový prvek. Ke stožáru jsou dodávány napínací a kotvící prvky. Fotovoltaické panely PM116 [ 8 ] U fotovoltaických panelů řady PM najdeme aplikaci nejmodernějších prověřených technologií jako jsou přední tvrzené rastrované solární sklo (oproti standardnímu solárnímu sklu bez rastru lépe pohlcuje sluneční záření o 20% ) se sníženým obsahem železa a chemickou samočisticí úpravou. V panelech jsou vysoce výkonné solární články z monokrystalického křemíku o rozměru 102,5x102,5mm (úhlopříčka 135mm). Solární články jsou laminovány v hlubokém vakuu mezi solární tvrzené sklo na přední straně, EVA fólii a krycí tedlar vzadu. Popsaná technologie zabezpečuje dlouholetou stabilitu výkonu a velmi nízkou hmotnost panelů.

Obrázek 6.2 Technická data fotovoltaických panelů [ 8 ]

Regulátor CR 30 LC [ 6 ] a Regulátor V-WR-724 [ 2 ] Regulátory pracují v režimu pulsní šířkové modulace (PWM) a třistupňově dobíjejí solární akumulátory, čímž zabezpečují 100% dobití solárních akumulátorů a prodlužují tak jejich životnost. Mají funkci automatické detekce systémového napětí,

36



ochranu proti přetížení, přepolóvání, přebíjení a přehřátí. Je v nich instalován ukazatel stavu nabití akumulátorů a tepelný kompenzátor.

Technické parametry systémové napětí nabíjecí napětí vyrovnávací napětí napětí odpojení zátěže napětí připojení zátěže teplotní kompenzace max. proud z panelů max. proud do zátěže vnitřní spotřeba max. výkon solárních panelů stupeň krytí

CR30LC 12/24 V 14,4/28,8 V 13,7/27,4 V 11-12/22-24 V 12,5/25 V -3 mV/K 30 A 30 A 4 mA 300/600 Wp IP 20

max. průřez vodičů rozměry hmotnost provozní teploty

16 mm 217x88x36 mm 380 g -15...+65°C

2

Tabulka 6.1 Technické parametry CR30LC [ 6 ]

Akumulátory Banner Energy Bull [ 6 ] Popis: napětí 12V; kapacita 230 Ah; solární akumulátor s tekutým elektrolytem. Solární olověné akumulátory jsou v současné době nejvhodnějším a nejvíce osvědčeným řešením. K jejich výrazným přednostem patří o 60% větší cyklovatelnost, než u startovacích a trakčních akumulátorů, vyšší odolnost proti hlubokému vybíjení, nízký minimální nabíjecí proud a samovybíjení (1-3% za měsíc), minimální nároky na údržbu (doplnění elektrolytu 1x ročně), dlouhá životnost (vysoký počet pracovních cyklů), vysoká akumulace el. energie (houbovitý povrch elektrod), dobré ekologické vlastnosti (nízké emise nabíjecího plynu) Střídač ELK10S (fa ELES-SOLAR) [ 7 ] Měnič s velmi nízkou vlastní spotřebou, vysokou účinností a vysokou přetížitelností nad 70%, velmi účinně převádí stejnosměrné napětí na střídavé. V

37



objektu s instalovaným solárním systémem, který nemá elektrickou přípojku je poté možno používat standardní domácí elektrospotřebiče, které jsou určeny pro napětí ~230V.

6.2. SCHÉMA ZAPOJENÍ A DISPOZIČNÍ ŘEŠENÍ Schéma zapojení jednotlivých prvků je uveden na obrázku 6.1 a Dispoziční řešení je přiloženo v příloze č. 1.

Obrázek 6.3 Schéma zapojení

38



7. ZÁVĚR Účelem této práce bylo navrhnout ostrovní systém pro rekreační objekt. Při zvážení spotřeby energie a ceny jednotlivých komponentů byly navrženy tři fotovoltaické panely MP116 o celkovém výkonu 348 W, větrná elektrárna AP 600 o výkonu 600 W a čtyři akumulátory Banner Energy Bull ke krytí dvoudenní spotřeby elektrické energie (tzn. 920Ah). Náklady na vybudování ostrovního systému včetně vybudování vnitřní instalace budou přibližně 264 000 Kč. Tento systém je schopen krýt celoroční spotřebu energie a navíc v zimním období vyrábí více energie, než potřebujeme, a tudíž může být tato energie využita na temperování místností v objektu. I z ekonomického hlediska vidíme, že použití ostrovního systému vychází lépe než vybudování elektrické přípojky. Ušetřené náklady při vybudování systému pro zásobování elektrickou energií a ušetřené roční náklady, do uplynutí doby nejkratší životnosti jednotlivých komponentů, dosahuje částky přibližně 450 000 Kč. Z enviromentálního hlediska dojde jen k malému snížení zatížení životního prostředí v porovnání s produkcí celé republiky (světa), ale musíme si uvědomit, že každý krok je prospěšný, neboť každá velká změna začíná malými.

39



SEZNAM POUŽITÝCH PRAMENŮ [ 1 ] HENZE, A., HILLEBRAND, W.: Elektrický proud ze slunce. Ostrava: HEL, 2000. 136 s. ISBN 80-86167-12-7 [ 2 ] Nabídka větrných elektráren firmy MG Plast [online], [cit.2005-02-11]. Dostupný na WWW: [ 3 ] O1MOSN01.xls. VŠB-TU Ostrava 1996. MS Excel Dokument. Dostupný na katedře energetiky. [ 4 ] CIHELKA, J.: Solární tepelná technika. Praha: Malina, 1994. 203 s. ISBN 80900759-5-9 [ 5 ] Software pro výpočet emisí [online]. Praha : Ekowatt,2002 [cit.2005-04-19]. MS Excel Document. Dostupný na WWW:http://www.ceacr.cz/?page=publikace [ 6 ] Fotovoltaické panely SOLARPOWER, s.r.o. [online], [cit.2005-02-13]. Dostupný na WWW: http://www.solarpower.cz/cz/fotovoltaika.htm [ 7 ] Ceník firmy ZPA spol s r.o. [online], [cit.2005-04-18]. Dostupný na WWW: [ 8 ] ELES SOLAR, s.r.o. [online], [cit.2005-04-18]. Dostupný na WWW: < http://www.eles-solar.cz/> [ 9 ] WT10P

schéma

[online],

[cit.2005-04-18].

Dostupný

na

WWW:

<

http://www.windtower.com/> [ 10 ] Větrné

elektárny

[online],

[cit

2005-03-22].

Dostupný

na

WWW:

http://www.quido.cz/vetneelektrarny.htm [ 11 ] SOLARTEC s.r.o: Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování. Praha: ČEA, 2000. 61 s. [ 12 ] VRTEK, M.: Alternativní a obnovitelné zdroje energie – přednášky. VŠB – TU Ostrava 2005.

PŘÍLOHY Příloha č.1

Dispoziční řešení

40



SEZNAM TABULEK Tabulka 3.1 Přehled denní spotřeby energie Tabulka 3.2 Četnost jednotlivých rychlostí větru v hodinách v průběhu roku [ 3 ] Tabulka 3.3 AP 300: vyrobená energie v závislosti na rychlosti větru [kWh] Tabulka 3.4 AP 600: vyrobená energie v závislosti na rychlosti větru [kWh] Tabulka 3.5 Teoreticky dopadající energie za den na plochu 1m2 v daném měsících [ 4 ] Tabulka 3.6 Poměrná doba svitu [ 4 ] Tabulka 3.7 Množství energie vyrobené jedním fotovoltaickým panelem [kWh] Tabulka 3.8a Celkový výnos a zisk z jednotlivých systému s VE AP300 [kWh] Tabulka 3.8b Celkový výnos a zisk z jednotlivých systému s VE AP600 [kWh] Tabulka 3.9 Ceny vybraných sestav Tabulka 4.1 Měsíční zisky ze systému AP600 + 3xPM116 Tabulka 5.1 Množství znečišťujících látek v kg/MWh Tabulka 5.2 Porovnání množství vyprodukovaných znečišťujících látek [ 5 ] Tabulka 6.1 Technické parametry CR30LC [ 6 ]

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 2.1 Větrná elektrárna instalovaná na Kozlově blízko V.P. Libavá [vl.zdroj] Obrázek 2.2 Schéma větrné elektrárny WT1OP [ 9 ] Obrázek 2.3 Rozložení průměrné rychlostí větru ve výšce 10m nad zemí [ 12 ] Obrázek 2.4 Ukázky instalací fotovoltaických panelů [ 6 ] Obrázek 2.5 Schéma fotovoltaického článku [ 8 ] Obrázek 2.6 Struktura fotovoltaických panelů [ 6 ] Obrázek 2.7 Schéma izolovaného solární zařízení Obrázek 2.8 Sluneční mapa ČR [Wh.m-2.rok-1] [ 2 ] Obrázek 3.1 Spotřeba energie jednotlivých měsících [kWh/měsíc] Obrázek 3.2 Roční průběh nabídky sluneční a větrné energie [ 1 ] Obrázek 3.3 Výkonnostní charakteristika AP300 [ 2 ] Obrázek 3.4 Výkonnostní charakteristika AP600 [ 2 ] Obrázek 3.5 Výnosy z jednotlivých sestav Obrázek 4.1 Celkové měsíční zisky ze systému AP600 + 3xPM116 Obrázek 6.1 Hlavní rozměry AP600 [ 2 ] Obrázek 6.2 Technická data fotovoltaických panelů [ 8 ] Obrázek 6.3 Schéma zapojení

41

Návrh ostrovního systému pro zásobování elektrickou energií pro rekreační objekt

Recommend Documents