Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Zhodnocení stavby fotovoltaické elektrárny na rodinném domku Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
Dr. Ing. Radovan Kukla
Petra Kašparová
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Zhodnocení stavby fotovoltaické elektrárny na rodinném domku vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
Brno, dne……………………………..
Podpis…………………………………
PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto panu Dr. Ing. Radovanu Kuklovi za odborné vedení a cenné rady, které mi během zpracování této bakalářské práce vždy ochotně poskytoval.
ABSTRAKT Bakalářská práce na téma zhodnocení stavby fotovoltaické elektrárny na rodinném domku se zaměřuje na využití solární energie a druhy obnovitelných zdrojů energie. Popisuje typy fotovoltaických článků a systémů, ekologické a ekonomické aspekty. V praktické části je popsána instalace fotovoltaické elektrárny pro rodinný domek v Sokolnicích a jeho součásti. Výsledky naměřených dat, dodávky energie, od roku 2010 do roku 2012 jsou shrnuty do grafů.
Klíčová slova: fotovoltaika, fotovoltaický článek, fotovoltaický panel, fotovoltaický systém, fotovoltaická elektrárna, solární energie, obnovitelné zdroje energie.
ABSTRACT My thesis discusses the evaluation of building photovoltaic power plant in a house with a focus on solar energy and types of renewable energy sources, and it also discusses the types of photovoltaic cells and systems, ecological and economic aspects. In the practical part my thesis describes the installation of photovoltaic plants for a family house in Sokolnice and its components. The results of the measured data, energy supply, from 2010 to 2012 are summarized in the graphs.
Keywords: photovoltaic , solar cell, solar panel, photovoltaic system, solar power, solar energy, renewable energy sources.
OBSAH 1
ÚVOD …………………………………………………………………….………..9
2
CÍL ……………………………………………………………………………….10
3
OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE ………………………………………...11
3.1
Energie vody …………………………………………………………………….12
3.2
Geotermální energie …………………………………………………………….12
3.3
Energie z biomasy ………………………………………………………………13
3.4
Větrná energie …………………………………………………………………...13
3.5
Tepelná čerpadla ………………………………………………………………...14
3.6
Energie přílivu a příboje oceánů ……………………………………….………..14
4
GENERAČNÍ VÝVOJ FOTOVOLTAICKÝCH ČLÁNKŮ ………………….16
4.1
První generace …………………………………………………………………..16
4.2
Druhá generace ………………………………………………………………….16
4.3
Třetí generace …………………………………………………………………...17
4.4
Čtvrtá generace …………………………………………………………………17
5
FOTOVOLTAICKÉ ČLÁNKY …………………………………………...……18
5.1
Fyzikální princip fotovoltaického článku ………………………………...……..18
5.2
Výroba fotovoltaických článků …………………………………………………18
5.3
Typy fotovoltaických článků ……………………………………………………19
6
FOTOVOLTAICKÝ SYSTÉM …………………………………………………20
6.1
Jednotlivé prvky fotovoltaického systému ……………………………………...20
6.2
Základní rozdělení fotovoltaických systémů z hlediska provozu………………..20
6.3
Autonomní systémy ………………………………………………...…………...20
6.4
Systém pracující paralelně se sítí ………………………………...……………...21
6.5
Hybridní systémy ……………………………………………………...………...21
7
PŘECHOD P-N …………………………………………………………………..22
8
SOLÁRNÍ SOUSTAVY …………………………………………………………24
8.1 9
Tepelné solární soustavy ………………………………………………………..24 KLIMATICKÉ PODMÍNKY V ČR ……………………………………………27
10 PROJEKTOVÁNÍ ………………………………………………………………28 10.1
Instalace ………………………………………………………………………..28
10.2
Příprava a posouzení budovy …………………………………………………..29
10.3
Světlo a stín ……………………………………………………………………30
11
DRUHY NÁKLADŮ U SOLÁRNÍCH SOUSTAV …………………………..32
11.1
Náklady vázané na kapitál ……………………………………………………..32
11.2
Náklady vázané na spotřebu …………………………………………………...32
11.3
Náklady vázané na provoz ……………………………………………………..32
12
LEGISLATIVA ………………………………………………………………...33
13
EKOLOGIE A ŽIVOTNOST ………………………………………………….34
14
EKONOMICKÉ ASPEKTY …………………………………………………..35
14.1 15 15.1 16
Výkupní cena a zelený bonus ………………………………………………….35 FVE NA RODINNÉM DOMKU V SOKOLNICÍCH ……………………….39 Výsledky naměřených dat ……………………………………………………..39 ZÁVĚR ………………………………………………………………………….43
17
SEZNAM LITERATURY ……………………………………………………..45
18
PŘÍLOHY ……………………………………………………………………….50
1 ÚVOD Slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie, který je volně k dispozici a zcela zdarma všude na světě. Využitím slunečního záření můžeme snížit naše náklady na energii nebo získáme rentabilní zdroj příjmů, který funguje zcela jednoduše. A to při maximální ohleduplnosti vůči člověku a životnímu prostředí. (EcoSun, 2012) Fotovoltaiku řadíme mezi nejrychleji rostoucí energetické odvětví na světě. Fotovoltaická elektrárna (FVE) při svém provozu využívá fotovoltaického jevu a fotovoltaického článku. Zjednodušeně můžeme říct, že FVE přeměňuje dopadající sluneční záření na stejnosměrný elektrický proud, který může být použitý k dobíjení akumulátorů nebo napájení elektrospotřebičů. Tento stejnosměrný proud můžeme pomocí střídačů přeměnit na proud střídavý, který lze spotřebovávat nebo dodávat do veřejné distribuční sítě. (Energotherm, 2012) Fotovoltaický jev byl objeven francouzským fyzikem Alexandrem Edmondem Becquerelem, který jej jako devatenáctiletý mladík odhalil při experimentech v roce 1839. V roce 1904 jej fyzikálně popsal Albert Einstein a v roce 1921 mu byla za „práce pro rozvoj teoretické fyziky, zejména objev zákona fotoelektrického efektu“ udělena Nobelova cena. Již v roce 1916 pak další držitel této ceny Robert Millikan experimentálně potvrdil platnost principu fotovoltaického jevu. První fotovoltaický článek byl vyroben až o 44 let později a měl pouze 1% účinnost oproti dnešním 16 %. Patentovat si ale jako první nechal Američan Russel Ohl svůj křemíkový fotovoltaický článek až v roce 1946. (Czech RE Agency, 2012) Fotovoltaický článek je plošná polovodičová součástka, přeměňující sluneční energii na elektřinu. Jako polovodič je zpravidla využíván křemík. Rozdíl mezi fotočlánkem a fotovoltaickým článkem je ten, že první jmenovaný nedokáže dodávat elektrický proud. (S- Energie, 2012) Fotovoltaika je perspektivní trend současnosti i blízké budoucnosti.
9
2 CÍL Cílem
mé
bakalářské
práce
je
základní
popis
využití
solární
energie
a fotovoltaického systému pro rodinný domek a také zhodnotit ekonomické a ekologické aspekty. Dále budu analyzovat aktuální legislativu pro stavbu fotovoltaické elektrárny v obytných objektech. V praktické části hodnotím stavbu fotovoltaické elektrárny v Sokolnicích. Popisovaná fotovoltaická elektrárna se nachází na rodinném domku v Sokolnicích s výkonem 10,08 kilowattpeak (dále jen kWp).
10
3 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE Důsledky klimatických změn, rostoucí závislost na fosilních palivech a rostoucí ceny energií jsou důvodem, proč se dnes dostává do popředí oblast obnovitelných zdrojů energie. Přínos obnovitelných zdrojů energie spočívá především v jejich schopnosti snižovat emise skleníkových plynů a úroveň znečištění, zvyšovat bezpečnost dodávek, podporovat průmyslový rozvoj založený na znalostech, vytvářet
pracovní
příležitosti
a
posilovat
hospodářský
růst,
jakož
i konkurenceschopnost a regionální rozvoj. Obnovitelné zdroje energie představují klíčový prvek budoucí udržitelné energetiky. (MŽP, 2012) Definice obnovitelných zdrojů podle zákona 185/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů zní: „Obnovitelnými zdroji se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu. (ERÚ, 2012) Druhy obnovitelných zdrojů energie:
energie vody
geotermální energie
výroba energie z biomasy
větrná energie
tepelná čerpadla
energie přílivu a příboje oceánů
11
3.1 Energie vody Využití energie vody má u nás dlouholetou tradici v podobě mlýnů, pil a hamrů, které dříve sloužily k nejrůznějším lidským činnostem. Od počátku 20. století se však začaly předělávat na malé vodní elektrárny a dnešní moderní vodní turbíny nachází uplatnění hlavně při výrobě elektřiny. Díky účinnějším technologiím a intenzivnějšímu využití vody je jejich celkový výkon mnohonásobně větší než dříve, přestože se jich na našem území nyní nachází méně. (Energetický poradce, 2012) Vodní
elektrárny
jsou
v
současnosti
dominantním
zdrojem
energie
z obnovitelných zdrojů v České republice. V roce 2011 přivedly do distribuce více než 1,8 miliardy kWh elektřiny a pokryly spotřebu více než 500 tisíc domácností. Vodní elektrárny soustředí měrnou energii vodního toku vybudováním jezu nebo přehrady. Voda roztáčí turbínu, ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. (ČEZ, 2012a)
3.2 Geotermální energie Geotermální elektrárny využívají k výrobě elektřiny přírodní teplo Země, na některých místech je teplotní spád více než 55 stupňů Celsia na 1 km hloubky. Geotermální elektrárny se staví zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů, v hloubi země ohřívá a ohřáté vyvádí na povrch. Podíl těchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, v některých lokalitách je ale jeho význam značný. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevu vody atd. Dále je tento zdroj významně využíván v Itálii v oblastech s aktivní sopečnou činností (Vesuv, Liparské ostrovy, Sicílie). Geotermální energie je využívána i ve Francii, na Novém Zélandu, v Kalifornii, Japonsku, Mexiku a na Filipínách, avšak v mnohem menší míře. (Alternativní zdroje energie, 2012a) 12
3.3 Energie z biomasy Biomasa je téměř jakákoli hmota organického původu, ať už rostlinného či živočišného. V kontextu s energetickými zdroji se většinou jedná o dřevní odpad, slámu a další zemědělské zbytky a odpad, ale i exkrementy užitkových zvířat. Pro výrobu energie a paliv je důležitá jen energeticky využitelná biomasa (energetická biomasa nebo zkráceně pouze biomasa). Biomasu lze považovat za nashromážděné sluneční záření, sice s nízkou účinností, ale s téměř nulovými ztrátami při dlouhodobé akumulaci. V podmínkách České republiky je biomasa perspektivním obnovitelným zdrojem energie, protože ji můžeme využít ve všech moderních tepelných elektrárnách. (ČEZ, 2012b) Biomasu dělíme dle přílohy č. 1 k vyhlášce č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy v platném znění, na tři hlavní druhy. (Bohemia Bioenergy, 2012)
Druhy biomasy
Zemědělská biomasa (fytomasa pěstovaná na zemědělské půdě)
Lesní biomasa (dendromasa)
Zbytková biomasa (vedlejší produkty zemědělského a zpracovatelského
průmyslu)
3.4 Větrná energie Vítr je jev způsobený povrchem země, který se využívá především k výrobě elektrické energie. V místech bez přípojky elektrické energie se může využít k osvětlení, čerpání vody ze studny, ohřevu vody, napájení rádia, TV, telefonu či notebooku, ale i pračky a chladničky. (SOS electronic, 2012) Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína umístěná na stožáru kinetickou energii větru na rotační energii mechanickou. Ta je pak přeměněna na elektrickou energii pomocí elektrického generátoru, který je připojen na konec hřídele. (Habrychová a kol., 2012)
13
3.5 Tepelná čerpadla Tepelná čerpadla jsou termodynamická zařízení, která umožňují odebírat teplo z okolního prostředí, převádět ho na vyšší teplotní hladinu a předávat ho cíleně pro potřeby vytápění nebo pro ohřev teplé užitkové vody. Využívají teplo látek (tj. voda, vzduch, půda nebo odpadní teplo např. z technologických procesů) s nízkou teplotou (tj. nízkopotenciální teplo). K provozu potřebují energetický zdroj. Princip tepelného čerpadla je podobný jako u ledniček. Tepelné čerpadlo odebírá teplo ze zdroje nízkopotenciálního tepla. Ve výparníku se toto teplo za nízkého tlaku a teploty předává pracovní látce, která je nazývána chladivem. Kapalné chladivo se postupně vypařuje ve výparníku. Páry chladiva jsou následně odsávány z výparníku a stlačeny na kondenzační tlak, který je vytvářen kompresorem. Pohon kompresoru je pomocí elektromotoru nebo spalovacího motoru. V kondenzátoru páry chladiva předávají své teplo ohřívané látce (např. vodě za účelem vytápění). V této fázi mění chladivo své skupenství z plynného na kapalné. Na škrticím ventilu dochází ke snížení tlaku kapalného chladiva, které je následně přiváděno zpět do výparníku, kde doplňuje vypařené chladivo. Jedná se tedy o uzavřený okruh při proudění chladiva se čtyřmi fázemi, tzn. vypařování - komprese - kondenzace - expanze. V průmyslu je běžným chladivem čpavek, který je ovšem jedovatý. (Tepelná čerpadla, 2012)
3.6 Energie přílivu a příboje oceánů Celá hmota světových moří a oceánů je v neustálém pohybu, a to nejen na povrchu, ale i ve značných hloubkách. Nejdůležitějším pohybem vodních částic na povrchu oceánů a moří je vlnění způsobené větrem, slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek, posunem zemských desek v důsledku podmořských zemětřesení apod. (Alternativní zdroje energie, 2012b) Potenciální přínos energie z příboje na globální trh s elektřinou se odhaduje okolo 2000 TWh ročně, což je přibližně 10 % světové spotřeby elektřiny. Pro produkci energie z příboje jsou využívány různé technologie. Zahrnují využívání změn toku vody v závislosti na tlaku vzduchu nebo pohyb mechanických součástí atakovaných vlnami. Díky velké aktivitě příboje jsou některé části pobřeží západní Evropy velmi vhodné pro takovýto typ elektráren.
14
Přílivová energie je více předvídatelná než energie z mořských vln kvůli střídání přílivu a odlivu po dobu asi 12 hodin. V pobřežních oblastech, kde přílivy procházejí průlivy a mělčiny jako takové, může docházet k velmi vysoké rychlosti proudění. V Evropě se nacházejí velmi intenzivní proudy kolem Britských ostrovů a Irska, mezi Normanskými ostrovy a Francií, v Messinské úžině mezi Itálií a Sicílie, a kolem ostrovů v Egejském moři. Pokrok v těchto formách energie oceánů byl v posledních letech značný. Mnoho z technik, které se nyní zkoušejí, jsou perspektivní stát se ekonomicky životaschopnými v blízké budoucnosti. (Lemonis, 2004)
15
4 GENERAČNÍ VÝVOJ FOTOVOLTAICKÝCH ČLÁNKŮ Fotovoltaické články mají za sebou asi 50 let vývoje. Za takovou dobu bylo vyzkoušeno mnoho typů konstrukcí a bylo využíváno různých materiálů. Můžeme tedy rozlišovat 4 skupiny generačního vývoje fotovoltaických článků. (Ministerstvo pro místní rozvoj, 2009)
4.1 První generace Fotovoltaické články skládající se z křemíkové desky, přesněji z monokrystalického křemíku, patří v dnešní době k nejrozšířenější technologií (cca 90 %) na trhu a dosahují poměrně vysoké účinnosti přeměny (v sériové výrobě 16 až 19 %, speciální struktury až 24 %). Jejich komerční využití se datuje začátkem sedmdesátých let. V dnešní době má stále dominantní postavení na trhu, přestože je výroba relativně drahá z hlediska materiálu krystalického křemíku. (Vyroubal a kol., 2012)
4.2 Druhá generace Důvodem vzniku druhé generace byla snaha snížit množství křemíku potřebného k výrobě fotovoltaického článku. Jedná se o tzv. tenkovrstvé články, které mají 100krát až 1000krát tenčí aktivní absorbující polovodičovou vrstvu. Mezi hlavní představitele řadíme např. články z amorfního a mikrokrystalického křemíku. Hlavní nevýhodou těchto článků je nižší účinnost (v sériové výrobě asi 10 % a méně) a menší stabilita (účinnost dále klesá s časem). Naopak výhodou tenkovrstvých článků je možnost volby substrátu (na němž se tenkovrstvé struktury deponují) a v případě použití flexibilních materiálů (organické, kovové či textilní folie) i značně širší aplikační sféra. Do prodeje se články druhé generace dostaly v polovině 80. let. (Petera a kol., 2012)
16
4.3 Třetí generace Pokus o „fotovoltaickou revoluci“ představují solární články třetí generace. Zde je hlavní cílem nejen snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a následně generovaných párů elektron- díra (proudový zisk), ale i maximalizace využití energie dopadajícího fotonů (napěťový zisk fotovoltaických článků). (Chmel, 2012) Směry, kterým se výzkum věnuje •
vícevrstvé solární články
•
články s vícenásobnými pásy
•
články nosiče náboje pro generaci více párů elektronů a děr
•
články využívající kvantových jevů
•
prostorově strukturované články
•
organické články
4.4 Čtvrtá generace Tvoří ji kompozitní, z jednotlivých vrstev složené fotovoltaické články, které umí využít širokou část slunečního spektra. Fungují na principu, že každá vrstva dokáže využít světlo pouze v daném rozsahu vlnových délek a zbylé nevyužité záření propouští do hlubších vrstev, kde je využito. Třetí a čtvrtá generace se prozatím komerčně nepoužívají. (Ministerstvo pro místní rozvoj, 2009)
17
5 FOTOVOLTAICKÉ ČLÁNKY Velmi jednoduše lze solární článek chápat jako baterii, na kterou musí svítit světlo. Solární článek je základním prvkem, který umožňuje přímou přeměnu světelné energie na energii elektrickou. Jedná se o plochou elektronickou součástku, na které vzniká elektrické napětí, při dopadu světla. Využívá se při tom fotoelektrický jev. Solární články se skládají z polovodičů, většinou z případů z křemíku. Napětí článku nazýváme fotovoltaické a může být zdrojem elektrického proudu, jsou- li svorky solárního článku připojeny k nějakému spotřebiči nebo spojeny nakrátko. (Fotovoltaika Falconis, 2013)
5.1 Fyzikální princip fotovoltaického článku Základem fotovoltaického článku je tenká křemíková destička s vodivostí typu P, která vznikne rozřezáním křemíkového ingotu na plátky o tloušťce kolem 0,3 mm. Po rozřezání se horní strana destičky dopuje fosforem, čímž se vytvoří polovodivý P-N přechod. Dále se vybaví antireflexní vrstvou nitridu (článek získá tmavě modrou barvu), a sítotiskem se nanesou sběrné spoje na zadní i přední straně. Poté se článek vypálí (sintruje) a přitom se nanesené spoje vodivě propojí s křemíkovým podkladem. Při osvětlení článku dopadající částice světla, tzv. fotony, předají svou energii elektronům v horní N vrstvě. Záporné elektrony se uvolňují z krystalové mřížky a na přechodu P-N vzniká elektrické napětí o velikosti cca 0,5 V. Po připojení elektrického spotřebiče začne protékat stejnosměrný elektrický proud. Energie dopadajícího světla se ve fotovoltaickém článku změnila na energii elektrickou. Hotové články se spojují pájenými plochými měděnými pásky a skládají se do fotovoltaických panelů. (Solarion, 2013)
5.2 Výroba fotovoltaických článků Přes 90 % fotovoltaických článků se vyrábí z křemíku. Křemík je nejedovatý a v elektronice dobře známý a vyzkoušený materiál. Po kyslíku je křemík druhým nejrozšířenějším prvkem na Zemi, proto také snadno dostupný. Získává se z roztaveného křemenného písku při vysokých teplotách, poté je dále v chemických procesech čištěn, až je dosaženo téměř 100 % čistoty. Vysoce čistý křemík je možno
18
různými způsoby zpracovat na monokrystalické nebo polykrystalické solární články. (Haselhuhn, 2011)
5.3 Typy fotovoltaických článků Monokrystalické články jsou vyráběné z ingotů (tyčí) polykrystalického křemíku metodou pomalým tažením zárodku krystalu z taveniny velmi čistého křemíku. Polykrystalické články se vyrábějí odléváním čistého křemíku do vhodných forem a řezáním vzniklých ingotů na tenké plátky. Odlévání je daleko jednodušší metoda než tažení monokrystalu. Amorfní křemíkové články (a- Si) jsou výhodnější, protože spotřebují podstatně méně materiálu. Proces výroby je založen na rozkladu vhodných sloučenin křemíku ve vodíkové atmosféře. Připravují se velmi tenké vrstvy křemíku na skleněné, nerezové nebo plastové podložce. (Murtinger, 2007)
19
6 FOTOVOLTAICKÝ SYSTÉM Základem fotovoltaického systému je generátor, který je tvořený soustavou fotovoltaických článků či fotovoltaických panelů. Ty jsou vzájemně propojeny tak, aby bylo dosaženo požadovaných parametrů napětí a proudu, jejich energie je rozváděna a případně měněna na energii střídavou. Dle typu systémů je energie využívána buď přímo v místě instalace, nebo dodávána do distribuční soustavy. (Benda a kol., 2011)
6.1 Jednotlivé prvky fotovoltaického systému • Fotovoltaický panel (modul) • Střídač • Komponenty pro elektroinstalaci fotovoltaické elektrárny
6.2 Základní rozdělení fotovoltaických systémů z hlediska provozu Systémy rozdělujeme na autonomní (off- grid), systémy připojené k elektrické síti (on- grid) a systémy hybridní.
6.3 Autonomní systémy Jedná se o systémy, které se staví v místech bez elektrické infrastruktury (Indie, Afrika, Indonésie). Jde o nejlevnější způsob, jak zajistit v takových odlehlých místech alespoň základní energetické služby. U nás v Evropě mají tyto systémy význam tam, kde se z nějakého důvodu není možné připojit k rozvodné síti (chaty). V poslední době získávají oblibu malé fotovoltaické panely, které se mohou při delších cestách do přírody použít pro dobíjení mobilních telefonů nebo digitálních fotoaparátů a kamer. Příkladem je fotovoltaický batoh firmy Voltaic Systems Inc. Se zabudovanými fotovoltaickými články o výkonu 4 W a lithiovou baterií 4,4 Ah, rozkládací solární modul pro dobíjení notebooku nebo oblečení s fotovoltaickými panely, které umožní dobíjení mobilního telefonu, MP3 přehrávače či baterií pro fotoaparát. (Murtinger, 2007)
20
6.4 Systém pracující paralelně se sítí Tyto systémy nejsou vzhledem k vysoké kvalitě sítě a stálosti dodávek elektřiny instalovány z důvodu nedostatku elektrické energie, jako je tomu u ostrovních systémů. Motivem pro pořízení fotovoltaické elektrárny jsou úspory potažmo i zisk, který může z takové investice plynout. Systémy připojené na síť jsou budovány na rodinných domech nebo na průmyslových objektech. Energie vyrobená systémem je buďto spotřebována přímo v daném objektu nebo jsou přebytky prodány do distribuční sítě. Pokud je elektrická energie vyrobená solárním systémem spotřebována přímo tam, kde je vyrobena, ušetří investor cenu energie, kterou by musel jinak nakoupit a za tuto energii navíc inkasuje od distributora tzv. zelený bonus. (Solarenvi, 2013)
6.5 Hybridní systém Hybridní systém je kombinací ostrovního solárního systému a klasické fotovoltaické elektrárny, přičemž využívá výhod obou systémů. Jedná se o síťovou elektrárnu s vlastními akumulátory, která dokáže fungovat nezávisle na distribuční síti. Základní částí hybridního systémy jsou akumulátory, do kterých se ukládá vyrobená energie. Tím je dosaženo větší finanční úspory. Hybridní systém je připojen do distribuční soustavy, díky tomu je zaručena dodávka elektřiny do Vašeho domu za každých klimatických podmínek. Pokud je odběr větší než výroba nebo pokud jsou vybité akumulátory a elektrárna nevyrábí energii, začne střídač automaticky odebírat elektřinu ze sítě. Hybridní fotovoltaickou elektrárnu lze také použít jako záložní zdroj. (EcoSun, 2013)
21
7 PŘECHOD P-N Mezi nejdůležitější jevy v polovodičích patří jevy, které probíhají na rozhraní dvou polovodičů s různou příměsovou vodivostí, tzn. na rozhraní vodivosti typu P a vodivosti typu N. Polovodičová součástka, která se skládá ze dvou příměsových polovodičů, kde je jeden typu P a druhý typu N, se nazývá přechod P-N. Jeho vlastnost je, že propouští proud jen jedním směrem.
Obr. 1 Přechod P-N (GEOTHERM, 2013) Zapojení přechodu P-N v propustném směru Zapojíme polovodič typu P ke kladnému pólu a polovodič typu N k zápornému pólu zdroje. Na krajích polovodičů vznikají stále nové díry a elektrony. Elektrony se pohybuji ke středu přechodu P-N, kde elektrony padají do děr. Pohyb elektronů přenáší elektrický proud, žárovka se rozsvítí. V takto zapojeném obvodu s přechodem P-N proud prochází a hovoříme o zapojení v propustném směru.
Zapojení přechodu P-N v závěrném směru Zapojíme polovodič typu P k zápornému pólu a polovodič typu N ke kladnému pólu zdroje. Elektrony a díry jsou elektrickým polem odtahovány pryč od přechodu ke krajům. Na přechodu nevznikají žádné nové díry ani elektrony. Není tedy žádný nosič elektrického proudu, žárovka se nerozsvítí. V takto zapojeném obvodu s přechodem
P-N proud neprochází a hovoříme o zapojení v závěrném směru. 22
Polovodičová dioda Jedná se o součástku, která propouští proud jen jedním směrem. Některé spotřebiče potřebují stejnosměrný proud (rádio, televizor, počítač), odebírají střídavý, ale ten je nutné potom usměrnit. Usměrňujeme pomocí součástky, která se nazývá dioda. Tato součástka je založena na přechodu P-N, propouští tudíž proud jen jedním směrem. Polovodičovou diodu si můžeme představit jako ventil na vodovodním potrubí. (ZŠ Ondřejov, 2013)
23
8 SOLÁRNÍ SOUSTAVY Solární soustavy představují při své životnosti přes 20 let spolehlivou a vyzrálou techniku, jsou extrémně nenáročné na údržbu a jejich energie je trvale využitelná. Uživatelům solárních soustav jsou přínosem daňové výhody a státní podpůrné prostředky. Patří sem daňové odpisy, doba odepisování fotovoltaických panelů je tedy 5 let. U fotovoltaických instalací platí snížená sazba DPH a to jak na montážní práce, tak na samotné technické prostředky fotovoltaické elektrárny. Veškeré výnosy z prodeje vyrobené elektřiny nebo příjmy ze zelených bonusů jsou po dobu 5 let od uvedení do výrobny provozu osvobozeny od daně z příjmů. V dalších letech pak příjmy z prodeje elektřiny nebo příjmy ze zelených bonusů vchází do daňového základu a daní se dle konkrétních sazeb daně z příjmů stanovených pro fyzické a právnické osoby. Uznatelným daňovým nákladem jsou odpisy zařízení. (TERMS, 2013) Solární soustavy zvyšují hodnotu nemovitosti i image majitele. Jednoduše lze solární soustavy definovat jako peněžní vklad odolávající krizím, který poskytuje majiteli podstatně větší záruky než tradiční vytápěcí zařízení na fosilní paliva.
8.1 Tepelné solární soustavy Tato soustava slouží k přeměně sluneční energie za pomoci termických solárních článků na teplo. Skládá se z kolektoru, potrubí, čerpadla a spotřebiče. Pokud bychom chtěli celoroční přípravu dostatečného množství teplé vody, musíme instalovat ještě základní zdroj ohřevu užitkové vody (např. elektrický bojler). POUŽITÍ: • Solární soustavy pro ohřev vody v bazénu • Příprava teplé vody • Podpora vytápění • Solární dálkové teplo • Vzduchové solární soustavy • Solární klimatizace
24
Solární soustavy pro ohřev vody v bazénu Jedná se o nejpříznivější aplikaci solární soustavy obsahující jednoduché absorbéry, umístěných například na plochých střechách okolních budov. Absorbéry jsou z EPDM- kaučuku nebo jiného plastu odolného jak vůči UV záření, tak i proti působení bazénové vody. (Remmers, 2007)
Příprava teplé vody Jak v létě, tak v zimě je teplá voda potřebná pro sprchu, vanu a domácnost. Solární soustavy pro přípravu teplé vody mají dobrou využitelnost, jsou rozšířené a známé a veřejností jsou vnímány jako smysluplné opatření. Solární soustavy pro přípravu teplé vody jsou kromě obytných budov vhodné i pro využití v terciárním sektoru např. pro ústavy sociální péče, domovy důchodců, hotely, sportovní centra, apod., kde je stálá spotřeba teplé vody celoročně nebo s výraznými špičkami odběru v letním období. Podpora vytápění Solární vytápění může ušetřit až 80 % nákladů na topení a ohřev teplé užitkové vody. S výhodou jej lze použít především jako sekundárního nebo primárního topidla u systémů vytápění pracujících s nízkou teplotou otopných těles, jako je podlahové vytápění nebo stěnové vytápění. Solární vytápění můžeme realizovat pomocí tří různých technologií, dělených podle principu přeměny sluneční energie na teplo a způsobu jeho distribuce: • Solární vytápění kapalinové - využívají kapalinové sluneční kolektory k ohřevu vody, která se pak používá k vytápění nebo jako teplá užitková voda • Solární vytápění teplovzdušné - využívají teplovzdušné sluneční kolektory k ohřevu vzduchu, který je pak rozváděn po objektu pomocí ventilátorů • Solární vytápění fotovoltaické - využívají přímé přeměny slunečního záření na elektrickou energii, která je pak v místě potřeby přeměněna na teplo. (EKOMPLEX, 2013b)
25
Solární dálkové teplo Dálkové vytápění je otopný systém založený na topidle umístěném mimo vytápěný objekt v samostatné budově (kotelna, výměník tepla, teplárna). Do vytápěných objektů je teplo přenášeno trubkovými rozvody, kde je pak do místností předáváno otopnými tělesy. Je nejčastěji využívaným otopným systémem na sídlištích, ale nezřídka se s ním setkáváme i při výstavně menších obytných celkům, jako jsou například řadové domy, školy, nemocnice nebo chatová rekreační zařízení. Hlavní výhodou je úspora nákladů za provoz mnoha topidel a jejich obsluhy. Nevýhodou jsou tepelné ztráty vznikajících na kilometry dlouhých parovodech a v tepelných výměnících, problematické zúčtování celkových nákladů na vytápění mezi jednotlivé uživatele a ohrožení velkého množství obyvatel při výpadku společného zdroje tepla nebo při poruše na distribučním okruhu. (EKOMPLEX, 2013a)
Vzduchové solární soustavy Při přímém ohřevu vzduchu je solární energie tepelně využívána a hraje stále větší roli. Ve velkoobjemových budovách, jako jsou tělocvičny, sportovní haly, plavecké haly, živnostenské nebo kancelářské budovy, jsou vzduchotechnické soustavy již dávno standardizovanou součástí technického vybavení budov. Naproti tomu v bytové výstavbě dochází teprve až nyní k větší poptávce, ale i zde jsou zaznamenány stále větší přírůstky aplikací těchto soustav. Solární klimatizace Pracovní látkou u moderních soustav pro klimatizaci budov a vyvíjení chladu se používá voda nebo vzduch. Voda vyžaduje oproti vzduchovým soustavám o faktor 30 nižší potřebu energie pro dopravu chladu. Vzduchové soustavy jsou nasazovány tehdy, je- li nutno použít pro příjemné klima v prostoru regulaci vzdušné vlhkosti a zatížení škodlivými látkami. Často jsou nasazeny i kombinace vzdušných a vodních soustav. Dosud ovládají trh s klimatizačními zařízeními elektrické kompresorové chladící stroje. (Remmers, 2007)
26
9 KLIMATICKÉ PODMÍNKY V ČR Česká republika je vnitrozemským státem, který leží v mírných zeměpisných šířkách severní polokoule. Podnebí ČR tak lze označit jako mírné, ovšem zároveň velmi rozmanité místně i v průběhu roku. Podnebí různých oblastí ČR se navzájem výrazně liší, hlavním zdrojem těchto rozdílů je nadmořská výška, směr proudění větru, rozložení tlakových center, roční doba, oblačnost a lokální podmínky, sklon ploch, na níž sluneční záření dopadá atd.
Obr. 2 Klimatické oblasti České republiky (Pokorný, 2007) (příloha č. 1) Roční množství slunečních hodin se pohybuje v rozmezí 1331– 1844 hodin podle Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ), odborná literatura uvádí jako průměrné rozmezí čísla vyšší 1600– 2100 hodin. V našich podmínkách z instalace 1 kW fotovoltaického systému s monokrystalickými články křemíku lze za rok získat v průměru 800– 1100 kWh elektrické energie. (CZECH, 2010)
Obr. 3 Průměrný roční úhrn globálního záření (ČHMÚ, 2007) (příloha č. 2) 27
10 PROJEKTOVÁNÍ FV zařízení je možno namontovat nebo zabudovat na budovách kdekoli, například na šikmých střechách, plochých střechách, světlících nebo stropním prosklení, v prvcích pro ochranu před Sluncem nebo zastiňovacích prvcích atd. Avšak nejčastěji se FV zařízení montují na šikmých střechách, v poslední době také na plochých střechách.
Obr. 4 Schematické znázornění způsobů integrace FV systémů do budov: (a) šikmá střecha,(b) plochá střecha, (c) fasáda, (d) tenkovrstvá FV pro velké střešní plochy, (e) průmyslové aplikace, (f) semitransparentní FV pro atria a výplně otvorů, (g) vnější stínící a clonící systémy. (Ženka et al., 2007)
10.1 Instalace Fotovoltaiku lze dodatečně instalovat na starší stavby a integrovat do nových staveb. Pro investory, architekty, odborné projektanty nebo instalatéry platí řada rámcových podmínek a jsou zodpovědní za následující body: • polohu a orientaci budovy, orientaci a sklon střechy • návrh solárního zařízení s určením materiálu článků, druhu modulů, velikosti a uspořádání solárních modulů, upevnění a integrace do budovy • statiku, napojení na střechu, umístění vedení, případné průchody střechou • spotřebu proudu ve dne, je- li naplánováno vlastní využívání FV proudu, což je podle zákona EEG možné od roku 2009 • objem investic a hospodárnost
28
Projektant a instalatér jsou odpovědni za: • uspořádání modulů • polohu a přiřazení větví • koncepci zapojení • koncepci střídače • montážní systém • přípoje • umístění vedení • ochranu před bleskem a přepětím • volbu materiálu • místo instalace: střídače, elektroměrové skříně… • optimalizaci transportu energie (Haselhuhn, 2011)
Fotovoltaické aplikace pro budovy lze dle míry stavební provázanosti rozdělit do tří hlavních skupin: • FV panely v otevřené poloze (nejsou přímou součástí obvodových konstrukcí budovy) • FV panely v těsném spojení obvodových konstrukcí (nahrazují FV panely tradiční střešní krytinu či fasádní obklad) • FV panely na rozhraní vnějšího a vnitřního prostředí (fotovoltaické solární elektrárny, 2013)
10.2 Příprava a posouzení budovy Na začátku projektování by se při převzetí stanoviště měli zjistit všechny potřebné informace a rámcové podmínky pro FV záření. Díky důkladné prohlídce se můžeme vyhnout chybám projektování a instalace a také chybným kalkulacím.
29
Při převzetí stanoviště by mělo být jasno v těchto bodech: • orientace a sklon • finanční rámec s respektováním příslušných transportních podmínek • stanovení fotovoltaického výkonu a energetického výnosu • druh modulů, koncepce solárního zařízení, druh montáže • tvar střechy, střešní nástavba, nosná konstrukce střechy, střešní krytina • využitelná plocha střechy, fasády, nebo venkovního stanoviště • využitelné průchody střechou • údaje o zastínění • místa pro montáž připojovací skříně generátoru, odpojovacího zařízení a střídače • skříň elektroměru a místo pro další elektroměry • délky vedení • příjezd, zejména když jsou pro instalaci solárních modulů nutná pomocná zařízení Podklady usnadňující projektování: • situační plán domu pro zjištění orientace • stavební plány domu pro zjištění sklonu střechy, využitelné plochy a délek vedení, statiky střechy • fotografie střechy, budovy a místa instalace elektroměru
10.3 Světlo a stín Základním předpokladem dobrého energetického výnosu je co nejmenší zastínění. Při vyhodnocení zařízení v programu 1000 střech bylo zjištěno, že asi u poloviny zařízení bylo možno pozorovat projevy zastínění. Tím tedy byl způsoben roční pokles výnosu 5 až 10 %. Solární zařízení může zastínit například sousední budovy, stromy, ale i dosti vzdálená vysoká budova. Některým zastíněním je možné zabránit posunutím fotovoltaického generátoru nebo zastiňujícího objektu (např. antény). K tomu, abychom mohli určit ztráty ozáření, provádíme analýzu zastínění. Zaznamenává se linie horizontu v úhlu 180° od východu přes jih po západ ve vztahu k určitému bodu zařízení, obvykle středu solárního generátoru. U větších 30
solárních zařízení, nebo při požadované vyšší přesnosti, by se analýza zastínění měla provést pro více bodů. Určení linie horizontu lze provést pomocí situačního plánu a diagramu dráhy slunce. (Haselhuhn, 2011)
31
11 DRUHY NÁKLADŮ U SOLÁRNÍCH SOUSTAV Pro vlastní ekonomické zhodnocení solárních soustav je nutné znát řadu parametrů, které mohou ekonomickou výhodnost instalace solární soustavy významně ovlivnit: • investiční náklady solární soustavy • provozní náklady • energetické zisky solární soustavy • úspora energie instalací solární soustavy • diskontní sazba (míra ceny investovaného kapitálu) • místní cena energie a její předpokládaný růst (Matuška, 2011)
11.1 Náklady vázané na kapitál Jedná se o nejvyšší náklady, které se skládají z investičních nákladů a z menšího dílu plateb za obsluhu a údržbu dohromady. Investiční náklady mohou být sníženy veřejnými podporami. Do investičních nákladů na instalaci solární soustavy je nutné započítat všechny výdaje spojené s instalací solární soustavy, od ceny studie, projektu, materiálu, dopravy a montáže po nezbytné stavební úpravy, které instalace solární soustavy vyvolá. Právě stavební úpravy (kotvení nosných konstrukcí k plášti budovy, zajištění hydroizolací, úpravy pro strojovnu, apod.) mohou investici do solární soustavy, především u bytových domů, významně prodražit a jsou místně specifické, obtížně postižitelné obecně statisticky.
11.2 Náklady vázané na spotřebu Jedná se o proud pro regulaci a provoz čerpadla. Obvyklé přirážky na tuto spotřebu se nacházejí v rozmezí 2- 5 % solárního zisku. (Remmers, 2007)
11.3 Náklady vázané na provoz U konvenčních soustav pro výrobu energie sem patří náklady na obsluhující personál, dohled nad provozem zařízení, jeho pravidelnou údržbu, předpokládané opravy, režie, pojištění majetku, pozemkové daně a jiné poplatky, nákup paliv a energie včetně dopravy. (Murtinger, 2007)
32
12 LEGISLATIVA Provoz fotovoltaické elektrárny napojené se považuje za podnikání podle zvláštního předpisu. Proto je potřeba nejprve získat licenci Energetického regulačního úřadu (ERÚ). Licence funguje podobně jako živnostenský list, opravňuje svého držitele k podnikání podle pravidel energetického zákona. Pro získání licence na FVE do výkonu 20 kW nepotřebujete žádné specializované vzdělání ani zkušenosti. K udělení licence je třeba vyplnit žádost o licenci, vyplnit formuláře ERÚ, zakoupit kolek 1000 Kč a přiložit revizní zprávu elektrárny. Jakmile majitel obdrží licenci na výrobu elektřiny, musí se do 30 dnů zaregistrovat na finančním úřadě, do 8 dnů na okresní správě sociálního zabezpečení a do 8 dnů na zdravotní pojišťovně. (ČVUT v Praze, 2013) Z výše uvedeného vyplývá, že hlavním předpisem, který upravuje provozování slunečních elektráren je energetický zákon. Tento obor samozřejmě upravuje mnohem více dalších zákonů a vyhlášek (viz příloha č. 3).
33
13 EKOLOGIE A ŽIVOTNOST Životnost FV panelu je definována poklesem výkonu o 20 %. Po 25 letech klesne účinnost kolem 6 až 8 %. Životnost FV panelů je v dnešní době odhadována na minimálně 30 let, v ideálním případě může být však dvojnásobná. Panely mohou být funkční i po této době, pouze jejich účinnost bude stále klesat. Investor tedy musí zvážit, zda je pro něj vyrábět elektřinu s nižší účinností, nebo vyměnit panely za nové. Staré panely mohou být nabídnuty těm investorům, pro které je nízká cena panelů důležitější než jejich účinnost. (Bechník, 2011) Systém PV Cycle byl vytvořen za účelem recyklace FV panelů. Jedná se o celoevropskou aktivitu výrobců a dodavatelů FV panelů založenou na dobrovolné zodpovědnosti za výrobek v průběhu celého životního cyklu. Cíle iniciativy PV Cycle jsou následující: • redukce množství celkového FV odpadu • vícečetné opětovné použití hodnotných surovin, jako je sklo, křemík a polovodivé materiály • snížení spotřeby energie v rámci životního cyklu výrobku • snížení škodlivých vlivů na životní prostředí při výrobě fotovoltaických panelů (Pačesová, 2011) Recyklace byla nejdříve vyvinuta pro krystalické moduly, které jsou na tento postup méně náročné. Dříve bylo snahou recyklovat celé články, a to tak, že moduly byly rozebrány, jednotlivé části byly důkladně chemicky očištěny a následně byly použity pro výrobu nových modulů. Tenkovrstvé moduly mohou být také recyklované, i když se v České republice využívají výrazně méně. Recyklační procesy jsou daleko náročnější, avšak ekonomické náklady nejsou výraznější. (ELEKTRO, 2013)
34
14 EKONOMICKÉ ASPEKTY Ekonomickou efektivnost projektů využívajících jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů, ovlivňují následující ekonomické veličiny: • Investiční výdaje, zahrnující jednorázové výdaje na přípravu stavby, projektu, dodávky technologického zařízení a jeho montáž. U rozsáhlejších projektů je potřeba dát pozor na reinvestici, která vzniká periodicky vždy po několika letech v důsledku výměny dosluhujících zařízení. • Doba životnosti zařízení, tedy doba, po kterou bude možno využívat zařízení. • Provozní výdaje na obsluhu zařízení, jeho údržbu, opravy, pojištění majetku, pozemkové daně a jiné poplatky. • Velikost
roční
produkce
energie,
případně
energetických
úspor.
Ekonomickou efektivnost příznivě ovlivní možnost výroby elektřiny v době špiček, kdy je její cena nejvyšší. • Způsob financování, tj. velikost, doba splácení a úroková sazba poskytnutého úvěru, cena vlastních peněz investora a případné dotace. • Daň z příjmů V budoucnu
může na ekonomiku OZE výrazně zapůsobit
zavedení
„ekologických“ daní, jejichž výše by měla být závislá na spotřebovaném množství energie nebo na produkci skleníkových plynů vznikajících spalováním fosilních paliv. (Murtinger, 2007)
14.1 Výkupní cena a zelený bonus Při spotřebovávání elektrické energie, kterou jsme získali z OZE, je možné přebytek vzniklé energie prodat provozovateli regionální distribuční společnosti nebo provozovateli přenosové soustavy, od kterého dostaneme finanční obnos. Tento finanční obnos se nazývá zelený bonus nebo výkupní cena. Vlastníci energetické soustavy jsou podle zákona povinni od vás elektřinu vyrobenou z OZE odkoupit. V zeleném bonusu (případně výkupní ceny) jde o dorovnání rozdílu, který vzniká rozdílnými náklady na výrobu elektřiny z různých zdrojů. Cena elektřiny 35
vyrobená z OZE je při přepočtu na životnost výrobního zařízení zpravidla dražší než výroba elektřiny ze zdrojů neobnovitelných. Zelený bonus proto můžeme definovat také jako příplatek k tržní ceně elektřiny. Vzniklý rozdíl v ceně stát vyplňuje právě zeleným bonusem nebo výkupní cenou. Pro každý druh obnovitelného zdroje je cena každoročně upravována a zveřejněna v cenovém rozhodnutí ERÚ. (Sun Pi, 2013) Tabulka č. 1: Výkupní ceny a zelené bonusy pro energie z FVE Datum uvedení výrobny do provozu od (včetně) 1.1.2006 1.1.2008 1.1.2009 1.1.2009 1.1.2010 1.1.2010 1.1.2011 1.1.2011 1.1.2011 1.1.2012 1.1.2013 1.1.2013 1.7.2013 1.7.2013
do (včetně) 31.12.2005 31.12.2007 31.12.2008 31.12.2009 31.12.2009 31.12.2010 31.12.2010 31.12.2011 31.12.2011 31.12.2011 31.12.2012 30.6.2013 30.6.2013 31.12.2013 31.12.2013
Instalovaný výkon výrobny (kW) do od (včetně) 0 30 30 0 30 30 0 30 30 100 100 0 30 0 5 5 30 0 5 5 30 Zdroj: Silektro, 2012
36
Jednotarifní provozování Výkupní ceny (Kč/MWh) 7 273 15 260 14 882 13 964 13 862 13 005 12 903 7 803 6 141 5 723 6 284 3 410 2 830 2 990 2 430
pásmo Zelené bonusy (Kč/MWh) 6 343 14 330 13 952 13 414 12 932 12 455 11 973 7 253 5 211 4 793 5 734 2 860 2 280 2 440 1 880
15 FVE NA RODINNÉM DOMKU V SOKOLNICÍCH V praktické části jsem si vybrala rodinný dům v Sokolnicích. V prosinci roku 2008 nechali nainstalovat fotovoltaický systém od firmy Solarhaus o výkonu 10,08 kWp. Získaná elektrická energie z tohoto fotovoltaického zdroje elektrické energie je přes fakturační elektroměr dodávána do distribuční sítě nebo je spotřebována prostřednictvím stávající elektroinstalace. Cena této FVE byla 1 300 320 Kč bez DPH, na FVE nebyly přijaty žádné dotace. Do provozních nákladů jsou zahrnuty pouze roční revize, které provozovatele stojí cca 1000 Kč, takže se dá říci, že FVE je bezúdržbové zařízení. V prvních měsících provozu FVE byla zjištěna vada na měniči, který byl firmou Solarhaus v rámci reklamace vyměněn za nový. Provozovatel FVE na rodinném domku vyrábí elektřinu v režii zeleného bonusu. Distribuční síť provozovateli platí 13,51 Kč/kWh, za nadvýrobu, tj. nespotřebovanou energii, ale dodanou do sítě distribuční síť platí cca 0,30 Kč (ceny uvedeny pro rok 2012). Odběratel vystavuje fakturu na základě vyrobených kWh, provozovatel fakturu platí čtvrtletně. Tabulka č. 2: Základní parametry FV systému v Sokolnicích Vertikální
úhel
nastavení
40°
panelů Odchylka od jižního směru
10°
Celkový počet panelů
48 ks
Celková plocha FVE
86,2 m2
Maximální výkon jednoho
210 Wp
panelu Účinnost panelů
16-17 %
Účinnost střídače
95,3 %
Instalovaný výkon
10,08 kWp
Celkové ztráty systému
19,9 %
Zdroj: vlastní tvorba 37
Rodinný dům v Sokolnicích má sedlovou střechu, na které jsou nainstalovány 48 kusů- 3 řady po 16 kusech fotovoltaických panelů (viz příloha č. 4) typu SOLARTEC SG-210-6Z, které jsou tvořeny z monokrystalických solárních článků. FV panely jsou propojeny lankovým vodičem s dvojitou izolací fy. Multicontact typu FLEX-SOL 4mm2 SN, případně RADOX SOLAR 4 mm2. Dům v Sokolnicích se nachází v lokalitě, která je vhodná pro instalaci FV systému, který má sklon panelů 40°, který je naprosto ideální. Panely jsou postaveny ve 3 řadách po 16 kusech, takže dohromady 48 kusů panelů. Panely jsou paralelně spojeny do 4 větví, z toho jedna větev obsahuje 12 ks sériově zapojených FV panelů. Maximální výkon jednoho panelu je 210 Wp, celkový výkon je tedy 10,08 kWp. Celková plocha instalované FVE je 86,2 m2 (viz tabulka č. 2). Hliníková konstrukce je navržena z modulárních hliníkových profilů, přichycených
kotvícími
háky
do
nosné
konstrukce
střechy.
Prvky
pod fotovoltaickými panely jsou navrženy z profilu umožňujícího variabilní upevnění panelů pomocí standardních nerezových příchytek šroubovými spoji. V rámci instalace FV systému byl použit střídač typu Fronius IG PLUS 100 a rozváděč RDAC (viz příloha č. 5, 6, 7). Kladný a záporný pól příslušného propojení FV panelů je vyvedeno do rozváděče FV systému RDAC na DC jistič ozn. FAD1 typu LSN DC 13C/2. Kabelem fy Multicontact typu FLEX-SOL 4 mm2 SN je z rozváděče RDAC provedeno napojení vstupní stejnosměrné části střídače ozn. INV1 – rozpadové místo, který je umístěn na stěně v blízkosti rozváděče RDAC. Výstupní střídavá jednofázová strana střídače je zavedena kabelem WL3 typu CYKY 3Cx4 zpět do rozváděče RDAC do střídavé a prostorové oddělené části. Zde je provedeno odjištění pomoci jističe ozn. QFA1 typu LSN 13B/1N, který taktéž slouží pro ruční odpojení FV systému od hlavní distribuční sítě nn.
38
15.1 Výsledky naměřených dat Na základě dodávky energie FVE od 1. 1. 2010 do 31. 12. 2012, jsem vypracovala 2 grafy. V prvním grafu (graf č. 1) je zobrazena měsíční produkce elektrické energie za rok 2010, 2011, 2012 a předpokládaná výroba elektrické enegie (tabulka č. 3). Z denní dodávky energie za měsíc červen roku 2010 (tabulka č. 4) jsem vypracovala graf (graf č. 2), který zobrazuje výrobu elektřiny za jednotlivé dny v tomto roce. FVE v Sokolnicích dodala od zahájení provozu a to od dne 18. 12. 2008 celkem 39249 kWh. Tabulka č. 3: Měsíční produkce elektrické energie za rok 2O10, 2011, 2012 a předpokládaná výroba elektrické energie FVE SOKOLNICE- 10,08 kWp Měsíc Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Roční výroba
2010 365 438 1022 1225 931 1226 1298 1161 893 766 324 148 9797
Dodávka energie (kWh) 2011 2012 288 498 633 663 1130 1062 1169 1110 1416 1251 1247 1226 1029 1178 1236 1180 1170 1021 690 680 287 389 90 274 10385 10532 Zdroj: vlastní tvorba
39
předpoklad 280 461 832 1110 1150 1130 1120 1070 835 578 338 262 9166
Graf č. 1: Celkový a předpokládaný přehled výroby elekřiny
FVE SOKOLNICE (10,08 kWp) - přehled 1600
Produkce kWh
1400 1200 1000
rok 2010
800
rok 2011
600
rok 2013
400
předpoklad
200 0
výroba za měsíc
Zdroj: vlastní tvorba Z celkového přehledu výroby elektřiny (viz příloha č. 10) bylo zjištěno, že v roce 2010 se vyrobilo nejméně elekřiny a to 9797 kWh, naopak rok 2012 byl nejvýnosnější, bylo vyrobeno 10532 kWh. Nejnižší hodnoty v roce 2010 byly zaznamenány v měsíci prosinci (148 kWh), naopak nejvyšší spadají k měsíci červenci (1298 kWh). V roce 2011 byl nejmenší výkon sledován také v prosinci (90 kWh), naopak nejvyšší výkon byl zaznamenán už v měsíci květnu (1416 kWh). V roce 2012 byl prosinec o 184 kWh výkonější (274 kWh), naopak květen o 165 kWh (1251 kWh) méně výnosnější než v roce 2011. Předpokládaná výroba elektrické energie FVE v Sokolnicích by měla za rok činit 9166 kWh. Výsledné hodnoty za rok 2010 činily o 631 kWh více (9797 kWh), tj. o 7 %, než jaký byl předpoklad. Oproti plánu bylo vyrobeno v roce 2011 o 1219 více (10385 kWh), tj. o 13 %. Naměřené hodnoty v roce 2012 byly o 1366 kWh vyšší, než oproti plánu (10532 kWh), to je o 15 % vyšší produkce elektřiny.
40
Tabulka č. 4: Podrobný přehled dodávky energie za měsíc červen 2010 FVE SOKOLNICE- 10,08 kWp Dodávka Datum energie (kWh) 1.6.2010 45,86 2.6.2010 43,12 3.6.2010 39,57 4.6.2010 40,72 5.6.2010 38,12 6.6.2010 35,68 7.6.2010 44,51 8.6.2010 30,98 9.6.2010 38,89 10.6.2010 37,65 11.6.2010 45,78 12.6.2010 37,32 13.6.2010 40,77 14.6.2010 41,25 15.6.2010 45,62 16.6.2010 44,22 17.6.2010 41,89 18.6.2010 40,64 19.6.2010 35,88 20.6.2010 23,57 21.6.2010 35,98 22.6.2010 36,12 23.6.2010 36,08 24.6.2010 39,78 25.6.2010 40,91 26.6.2010 52,37 27.6.2010 45,21 28.6.2010 46,37 29.6.2010 43,28 30.6.2010 57,86 Zdroj: vlastní tvorba
41
1.6. 2.6. 3.6. 4.6. 5.6. 6.6. 7.6. 8.6. 9.6. 10.6. 11.6. 12.6. 13.6. 14.6. 15.6. 16.6. 17.6. 18.6. 19.6. 20.6. 21.6. 22.6. 23.6. 24.6. 25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6.
Produkce kWh
Graf č. 2: Denní přehled dodávky energie FVE za červen 2010
FVE SOKOLNICE (10,08 kWp)- červen 2010
70
60
50
40
30
20
10
0 dny denní výroba
Zdroj: vlastní tvorba
42
16 ZÁVĚR Energie Slunce patří k významným alternativním zdrojům elektrické energie. Tento způsob získávání energie je šetrný k životnímu prostředí a neprodukuje prakticky žádné emise, pokud nezapočítáváme emise vzniklé při těžbě a výrobě křemíku, nebo při ekologické likvidaci dílů elektrárny, která ukončila svoji činnost. Čím je vlastní spotřeba vyrobené elektřiny vyšší, tím je realizace FVE ekonomicky výhodnější. Proto je realizace FVE optimální a velice ekonomicky výhodná právě na rodinných domech nebo na vhodných střechách firem s významnou spotřebou elektrické energie. Podmínkou realizace je vhodná střecha bez stínících předmětů a bez statických problémů. V případě šikmé střechy je potřeba pro 30 kWp plocha minimálně 250 m2 s vhodnou orientací na jih, možný i západ, popř. východ. V případě ploché střechy na orientaci nezáleží, plocha pro instalaci je třeba větší, řádově až 500 m2. Fotovoltaické elektrárny se vyplatí jak u nás, tak i v mnoha evropských zemích, zejména v Německu a Španělsku. Ve Španělsku, kde je asi dvakrát více slunečního záření než u nás, vyrobí tentýž fotovoltaický panel dvakrát více elektřiny než v České republice. Výkupní ceny u nás jsou významně poníženy a v roce 2014 bude možná podpora realizace obnovitelných zdrojů včetně FVE zrušena úplně. Tudíž nejlepší příležitost pro realizaci FVE je v tomto roce. Z výsledků naměřených dat FVE v Sokolnicích bylo zjištěno, že roční produkce elektřiny byla za každý rok vyšší ve srovnání s předpokládanou produkcí. Z porovnaných výsledků můžeme usoudit, že v roce 2010 byly pouze 4 měsíce s nižší produkcí elektřiny v porovnání s plánem a v roce 2011 se jednalo pouze o 2 měsíce. Nejproduktivnějším rokem byl rok 2012, kdy byl splněn předpoklad produkce elektřiny, dodávka energie činila 10532 kWh. V roce 2010 byla produkce elektřiny vyšší o 7 %, než byl předpoklad. V roce 2011 stoupla produkce o 13 % a v posledním roce byla dodávka energie vyšší o 15 %. Nejproduktivnějším měsícem v roce podle ČHMÚ je květen, což podle naměřených výsledků roků 2011 a 2012 odpovídá. V roce 2010 byly nejvyšší hodnoty naměřeny v červenci. 43
Jsem přesvědčena, že fotovoltaická elektrárna byla nejlepším zdrojem obnovitelné energie a v budoucnu to tak bude také.
44
17 SEZNAM LITERATURY Alternativní zdroje energie. 2012a. Vodní elektrárny, geotermální energie. Online [Citace: 2012-11-10]. Dostupné na:
. Alternativní zdroje energie. 2012b. Energie přílivu a příboje oceánů. Online [Citace: 2012-11-23]. Dostupné na: < http://www.alternativni-zdroje.cz/energieprilivu-priboje.htm >. Bechník, B. 2011. Recyklace FV panelů na konci životnosti. Online [Citace: 201302-21]. Dostupné na: . Benda, V., Staněk, K., Wolf, P. 2011. Fotovoltaické systémy. Online [Citace: 201301-28]. Dostupné na: . Bohemia Bioenergy. 2012. Biomasa. Online [Citace: 2012-11-15]. Dostupné na: . Chmel L. 2012. Fotovoltaika a fototermika. Online [Citace: 2012-04-12]. Dostupné na: . CZECH. 2010. Klimatické podmínky. Online [Citace: 2013-02-06]. Dostupné na: . Czech RE Agency. 2012. Fotovoltaika v ČR. Online [Citace: 2012-11-05]. Dostupné na: . Český hydrometeorologický ústav. 2007. Průměrný roční úhrn globálního záření. Online [Citace: 2013-02-05]. Dostupné na:
45
ČEZ. 2012a. Energie vody. Online [Citace: 2012-11-05]. Dostupné na: . ČEZ. 2012b. Výroba energie z biomasy. Online [Citace: 2012-11-10]. Dostupné na: . ČVUT v Praze. 2013. Fotovoltaika pro budovy. Online [Citace: 2013-02-11]. Dostupné na: . EcoSun. 2012. Fotovoltaika. Online [Citace: 2012-11-01]. Dostupné na: . EcoSun. 2013. Hybridní elektrárny. Online [Citace: 2013-01-28]. Dostupné na: . EFEKT. 2013. Evropské směrnice. Online [Citace: 2013-02-16]. Dostupné na: < http://www.mpo-efekt.cz/cz/legislativa/evropske-smernice>. EKOMPLEX. 2013a. Dálkové vytápění. Online [Citace: 2013-02-04]. Dostupné na: < http://www.topeni-topenari.eu/topeni/systemy-vytapeni/dalkove.php>. EKOMPLEX. 2013b. Solární vytápění. Online [Citace: 2013-02-04]. Dostupné na: < http://www.topeni-topenari.eu/topeni/topidla-alternativni/solarni-vytapeni.php>. ELEKTRO. 2013. Recyklace FV panelů. Online [Citace: 2013-02-21]. Dostupné na: . Energetický poradce. 2012. Energie vody. Online [Citace: 2012-11-05]. Dostupné na: . Energotherm. 2012. Fotovoltaika. Online [Citace: 2012-11-02]. Dostupné na: . ERÚ. 2010. Zákony a vyhlášky. Online [Citace: 2013-02-16]. Dostupné na: . 46
ERÚ. 2012. Podporované zdroje energie. Online [Citace: 2012-11-15]. Dostupné na: . Fotovoltaické solární elektrárny. 2013. Legislativa ve fotovoltaice. Online [Citace: 2013-02-16]. Dostupné na: . Fotovoltaika Falconis. 2013. Fotovoltaický článek. Online [Citace: 2013-01-22]. Dostupné na: . GEOTHERM. 2013. Přechod P-N. Online [Citace: 2013-03-29]. Dostupné na: . Habrychová, A., Hortvíková, M. 2012. Větrná energie. Online [Citace: 2012-1120]. Dostupné na: . Haselhuhn, R. 2011. Fotovoltaika - budovy jako zdroj proudu, HEL, Ostrava, 176 s., ISBN: 978-80-86167-33-6. Lemonis, G. 2004. Příbojová a přílivová přeměna energie. Online [Citace: 2012-1123]. Dostupné na: . Matuška, T. 2011. Ekonomika solárních tepelných soustav I. Online [Citace: 201302-15]. Dostupné na: . Ministerstvo pro místní rozvoj. 2009. Generační vývoj. Online [Citace: 2012-1127]. Dostupné na: . Ministerstvo životního prostředí. 2012. Obnovitelné zdroje energie. Online [Citace: 2012-11-05]. Dostupné na: . Murtinger, K., Beranovský J., Tomeš M. 2008. Fotovoltaika. Elektřina ze slunce. 2. vydání. Brno, Era group spol. s r.o., 81 s., ISBN: 978-80-7366-133-5. 47
Pačesová, T. 2011. Zpětný odběr FV panelů. Online [Citace: 2013-02-21]. Dostupné na: . Petera, J., Heřman J. 2012. Fotovoltaika. Online [Citace: 2012-12-01]. Dostupné na:
< http://www.rescompass.org/IMG/pdf/Fotovoltaika.pdf >.
Pokorný, Z. 2007. Klimatické oblasti ČR. Online [Citace: 2013-02-06]. Dostupné na: . Remmers, K. H. 2007. Velká solární zařízení, Brno, Era group s. r. o., 315 s., ISBN: 978-80-7366-110-6. Silektro. 2012. Výkupní ceny FVE. Online [Citace: 2013-02-22]. Dostupné na: . Solarenvi. 2013. Systémy připojené na síť. Online [Citace: 2013-01-28]. Dostupné na: . Solarion. 2013. Princip fotovoltaického článku. Online [Citace: 2013-01-23]. Dostupné na: . SOS electronic. 2012. Malá větrná elektrárna. Online [Citace: 2012-11-15]. Dostupné na: . Sun Pi. 2013. Zelený bonus. Online [Citace: 2013-02-22]. Dostupné na: . S- Energie. 2012. Fotovoltaická elektrárna. Online [Citace: 2012-11-05]. Dostupné na: . Tepelná čerpadla. 2012. Tepelná čerpadla. Online [Citace: 2012-11-20]. Dostupné na:
< http://www.itepelnacerpadla.cz/princip-tepelneho-cerpadla.html >.
TERMS. 2013. Daňové výhody. Online [Citace: 2013-04-23]. Dostupné na: .
48
Vyroubal, P., Maxa, J., Solčanský M., Vaněk J. 2012. Nekonvenční zdroje elektrické energie. Online [Citace: 2012-11-27]. Dostupné na: . Základní škola Ondřejov. 2013. Přechod P-N. Online [Citace: 2013-02-03]. Dostupné na: . Ženka, M., Tywoniak, J., Staněk, K. 2007. Solární systémy a budova – architektonicko- stavební pohled. Rožnov pod Radhoštěm, Czech RE Agency, o.p.s., 7-8 s., ISBN 978-80-239-9098-0.
49
18 PŘÍLOHY Příloha č. 1 Klimatické oblasti České republiky (Pokorný, 2007)
50
Příloha č. 2 Průměrný roční úhrn globálního záření (ČHMÚ, 2007)
51
Příloha č. 3 Základní legislativní rámec provozování fotovoltaických elektráren Základní legislativní rámec provozování fotovoltaických elektráren • Energetický zákon (Zákon č. 458/2000 Sb.) - určuje podmínky pro podnikání v energetice a regulaci státní správou • Zákon podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (Zákon č. 180/2005 Sb.) - upravuje technické a ekonomické náležitosti FVE • Zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů (Zákon č. 458/2000 Sb.) - upravuje technické a ekonomické náležitosti FVE • Zákon o podporovaných zdrojích energie (Zákon č. 165/2012 Sb.) - Řadí se sem zákon o odpadech, který řeší likvidaci solárních panelů • Vyhláška o podmínkách připojení k elektrizační soustavě (č. 51/2006 Sb.) - stanovuje podmínky připojení výroben elektřiny k elektrizační soustavě • Vyhláška o způsobu regulace cen v energetických odvětvích (č. 150/2007 Sb.) - stanovuje způsob regulace a postup tvorby cen v elektroenergetice a plynárenství • Vyhláška o podrobnostech udělování licencí pro podnikání v energetických odvětvích (č. 426/2005 Sb.) • Vyhláška, kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů (č. 475/2005 Sb.) a její změna č. 364/2007 Sb. (ERÚ, 2010) - stanovuje termíny a podrobnosti výběru způsobu podpory elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů • Dalšími důležitými nařízeními jsou směrnice Evropské Unie a to: • Evropská směrnice 2012/27/EU o energetické účinnosti • Evropská směrnice 2010/31/EU o energetické náročnosti budov • Evropská směrnice 2009/28/ES o podpoře využívání energie z OZ • Evropská směrnice 2006/32/ES o energetické účinnosti u konečného uživatele • Evropská směrnice 2005/32/ES stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign energetických spotřebičů • Evropská směrnice 2004/101/ES kterou se mění směrnice 2003/87/ES o vytvoření systému pro obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů ve společenství • Evropská směrnice 2004/8/ES o podpoře kombinované výroby tepla a elektřiny
52
• Evropská směrnice 2003/87/ES o vytvoření systému pro obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů ve Společenství • Evropská směrnice 2003/30/ES o podpoře biopaliv v dopravě • Evropská směrnice 2002/91/ES o energetické náročnosti budov • Evropská směrnice 2000/55/ES o požadavcích na energetickou účinnost předřadníků k zářivkám • Evropská směrnice 96/57/ES o požadavcích na energetickou účinnost elektrických chladniček a mrazniček pro domácnosti (EFEKT, 2013)
Příloha č. 4 Fotografie instalované FVE v Sokolnicích
53
Příloha č. 5 Fotografie střídače a elektroměru FVE
Příloha č. 6 Střídač Fronius IG PLUS 100
54
Příloha č. 7 Elektroměr RDAC
Příloha č. 8 Fakturační elektroměr
55
56
57
