Fotovoltaika

1156
Fotovoltaika
Solarna industrija je v tem trenutku ena najhitreje razvijajočih se gospodarskih panog na svetu. To je seveda logično kajti razpolaga z neomejenim kapitalom, ki bo dotekal še precej časa in to je sončna energija. Sonce pošlje na Zemljo v treh urah toliko energije, kot jo človeštvo porabi v enem letu. Zdrav razum nam govori, da je to vir energije prihodnosti. Narava sončno energijo izkorišča že ves čas, ljudje pa bomo v to prisiljeni. Izziv za vse pa je to energijo ujeti, jo shraniti in uporabiti takrat ko to potrebujemo.
Beseda fotovoltaika pomeni proces pri katerem svetloba zaradi fotonskega učinka ustvari fotoelektrični učinek (photovoltaic), pri katerem se sončno sevanje pretvarja neposredno v enosmerno električno energijo s pomočjo polprevodniških “sončnih celic”. Naprave za fotoelektrični učinek so stare samo okoli 25 let, vendar je prišlo do bistvenega napredka, kar je opisano v nadaljevanju.
Sončne celice sestavlja material, ki pretvarja sončno sevanje v električni tok. Najbolj pogost material, ki se uporablja za fotonapetostne sisteme vsebuje amorfni, polikristalni ali monokristalni silicij, kadmijev telurid, in baker indijev selenid/sulfid. Sončne celice proizvajajo napetost okrog 0,5 V in tok okrog 200 A/m2. Da bi dobili primerno napetost oziroma moč, se lahko celice združujejo zaporedno in vzporedno. Tako dobimo module sončnih celic v obliki plošče (panel), na katero so celice pritrjene in zaščitene pred atmosferskimi in drugimi vplivi. Moduli se zlagajo eden ob drugem v fotonapetostne ravne kolektorje. Kolektorji skupaj z ostalimi potrebnimi elementi (pretvorniki, regulatorji, akumulatorji itd.) tvorijo fotonapetostni sistem.
Poznamo vsaj tri tipe sončnih celic:
  • Monokristalne celice, imajo visoke donose pri dobrih pogojih sončnega obsevanja. So med najdražjimi. Njihov izkoristek je med 14-17%.
  • Polikristalne celice, so primerni za večje strešne površine in postavitve na prostem. To so moduli, kateri se največ uporabljajo in imajo visoke izkoristke med 13-17%. Polikristalni moduli so izredno primerni za naše podnebje, saj se odlično obnašajo v območju difuzne svetlobe. Na celoletnem nivoju dosežemo s tem tipom modulov tudi do 4% višje letne donose, kot z monokristalnimi.
  • Celice iz amorfnega silicija, za postavitev potrebujejo dvakrat tolikšno površino kot moduli s kristalnimi celicami, da dosežejo enake donose. Primerni za večje odprte površine, kjer nismo omejeni s prostorom, so cenovno ugodnejši, izredno dobro delujejo pod slabšimi jakostmi svetlobe in dobro izkoriščajo difuzno svetlobo. Poznani so tudi kot tankoplastni moduli. Izkoristki 5-8%

UPORABA

Možnosti uporabe in povezovanja sončnih celic je veliko, ker pa je panoga še v razvoju jih veliko še razvijajo. Osredotočil bi se predvsem na uporabo v arhitekturi. Najbolj razširjena je uporaba le-teh na strehah, kar je značilno za manjše elektrarne, ali pa na terenu, kar je značilno za večje sončne elektrarne. Poznana je tudi streha, kjer sončne celice predstavljajo celotno kritino, razvili pa so tudi folijo, ki vsebuje natisnjene sončne celice in jo lahko prilepimo kamorkoli. Lahko pa so celice v vlogi senčila na steklenih fasadah, kot dodana vrednost brisolejem, pergolam, rolojem in ne nazadnje kar celotnim fasadam.

Celice so trenutno velikosti 156×156 mm in so osnovna enota v sestavi fotovoltaičnega modula (panela ). Sam panel predstavlja ploščo z okvirjem, na kateri je razporejeno poljubno število med seboj zaporedno ali vzporedno vezanih sončnih celic ( okoli 60 ), ter steklom, ki varuje sončne celice pred zunanjimi vremenskimi pogoji.  Paneli so okvirnih dimenzij 1,600x1000x40mm odvisno od proizvajalca, predstavljajo pa približno od 210-240 Wp inštalirane moči. Enota W pomeni moč, p pa photovoltaic.

POSTAVITEV

Pri izgradnji sončne elektrarne je najbolj pomembna orientacija in naklon fotovoltaičnih modulov, ki sta odvisna od lokacije objekta ali površine, kjer jih nameravamo postaviti. Najbolj optimalen je seveda pravokotni vpadni kot sončnih žarkov na panel, kar lahko dosegamo le s sledilnim sistemom. To je naprava, ki panele obrača proti Soncu tako v smeri od vzhod-zahod in jim spreminja naklon, ki je navečji zjutraj, ko imajo sončni žarki nizki vpadni kot in najmanjši opoldne, ko je Sonce najvišje. Take naprave pa so za enkrat še v razvoju, hkrati pa zahtevajo večkratni servis vseh gibljivih delov, kar podraži celotno investicijo. V Sloveniji imamo najmanj dva taka primera.
V primeru, da se odločimo za postavitev statične sončne elektrarne pa je v Sloveniji najbolj optimalna orientacija proti jugu, ter naklonski kot od 30-35 stopinj. Kot je odvisen predvsem od tega, kje se nahaja naša lokacija in od nadmorske višine. Če je lokacija bolj v nižini, kjer so pozimi megle, potem računamo na glavni izplen sončne energije od aprila do oktobra, kjer imajo sončni žarki višje vpadne kote, zato je bolj priporočen nižji naklon, se pravi 30 stopin. Če pa imamo lokacijo na višji nadmorski višini, kjer megla ni pogosta, potem računamo na izplen čez vse leto, najbolj pa na pomladanski in jesenski čas, kjer je vpadni kot Sonca malo nižji zato izberemo 35 stopinjski naklon.
Razlike v letnem izplenu Sončne energije glede na naklon panela od najbolj optimalnega do najslabšega:
  • vertikalno ( 90 stopinj ) = 30 enot
  • horizontalno ( 0 stopinj ) = 40 enot
  • 30-35 stopinj = 100 enot

Iz te primerjave je razvidno, da imajo vertikalne ploskve najslabši izkoristek in sicer za približno 25 % manjši od horizontalne ploskve in za kar 70 % manjši od optimalnega naklona 30-35 stopinj. Zaradi tega sončne celice kot vertikalni elementi fasade niso tako razširjeni.

CENE in DONOS

Cene celotne izgradnje sončne elektrarne padajo v povprečju za 6 % na leto, kar je predvsem zaradi večje proizvodnje in na ta način večje ponudbe fotovoltaičnih modulov. V prihodnosti bo po statistikah sodeč cena modulov še naprej padala hkrati pa se bo manjšala tudi državna subvencija za sončne elektrarne, tako da bo naložba vedno približno enako ugodna. Dejstvo pa je, da bo rasla cena elektrike, pridobljene iz fosilnih goriv, saj bo država na tak način morala spodbujati k uporabi obnovljivih virov energije.

Pri sistemih sončnih elektrarn obstajata dva načina pridobivanja/ oddajanja električne energije:

  • samooskrbna napeljava ( primerna za odročne kraje, kjer ni distribucijskega omrežja; tukaj porabiš toliko energije kot jo pridelaš )
  • priklop na distribucijsko omrežje ( primerna v bližini distribucijskega omrežja; viške energije oddajaš v omrežje po približno štirikratni ceni osnovne cene elektrike, lahko pa se odločiš da v omrežje oddaš vso pridobljeno energijo in jo prodaš po štirikratni ceni osnovne cene elektrike, od države pa kupiš elektriko po osnovni ceni. To drugo se najbolj splača! )

PRIBLIŽNI IZRAČUN INVESTICIJE

Približni izračun investicije izgradnje male sončne elektrarne na strehi za povprečno enodružinsko hišo moči 3,5 kWp:

Računati moramo, da 1kWp moči lahko pridobimo na površini 7 m2. Torej potrebujemo 24,5 m2 strehe.

Podatki za izračun:

  • predvidena vršna moč 3,5 kWp -toliko je približna skupna moč vseh električnih naprav v hiši
  • cene celotne izgradnje sončne elektrarne se gibljejo okoli 2,5 EUR na W inštalirane moči +DDV( 8,5 %, recimo da nam jo vgradijo strokovnjaki ), kar pomeni 2,7 EUR/W. Brez zavarovanja.
  • letni izplen sončne energije je približno 1060 kWh na 1 kW moči.
  • odkup elektrike je 0,41546 EUR na kWh

+

Izračun:

Cena celotne naložbe ( brez zavarovanja )= 9450 EUR

Donos energije= 3710 kWh/leto

Donos denarja= 1541,3566 EUR/leto

Naložba se povrne v 6 letih.

To je groba ocena naložbe, notri je pa treba upoštevati še pridobivanje papirjev in zavarovanje.