Sončne elektrarne –
odlična ali zgrešena naložba?
Dnevi učinkovite rabe energije: 10. november 2011
Kristijan Brecl
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko
Uvod
Solarni kolektorji
Ogrevanje sanitarne vode
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
Sončne celice - moduli
Električna energija
2
Uvod
sončna energija
sončna celica
Letno sončno obsevanje 8000-krat presega
globalno letno porabo energije
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
električna
energija
3
Sončna celica
polprevodniška sončna celica:
negativna elektroda
n-dopirani silicij
pn-spoj
p-dopirani silicij
pozitivna elektroda
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
4
Od celice do modula
sončna celica
fotonapetostni
(PV) modul
2-4 W
fotonapetostno (PV) polje ->
sončna elektrarna (SE)
30 - 300 W
kW, MW
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
5
Različne tehnologije sončnih celic
kristalni silicij
tankoplastni moduli
(a-Si, mc-Si, CIGS, CdTe)
elektrokemijske, organske sončne celice
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
6
Tehnološki trendi celic in modulov
4
cena PV modula (€/Wp)
2007
CPV
3
c-Si
2010
2
c-Si= kristalni silicij
2020
TF-Si= tankoplastni silicij
CIS= Cu(In,Ga)(Se,S)2
1
3-G = 3. generacije
>2030
0
0
5
10
15
20
učinkovitost pretvorbe PV modula (%)
CPV - koncentratorske
večspojne GaAs
25
Vir: Wim Sinke, Generalna skupščina EU PV TP, 19. 5. 2006
Tehnologije sončnih celic in rekordni izkoristki
10.2 % LPVO DSSC
Vir: Lawrence Kazmerski, Don Gwinner, Al Hicks, 11/11/2007, NREL
I-U karakteristika sončne celice, PV modula ali PV polja
I
ISC
Pmax
IMPP
Največja izhodna moč
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑈𝑀𝑃𝑃 ∙ 𝐼𝑀𝑃𝑃
UMPP
UOC
U
Polnilni faktor
𝐹𝐹 =
ISC
U OC
𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑠𝑐 𝑈𝑜𝑐
... kratkostični tok (kratek stik na izh, R = 0)
... napetost odprtih sponk (ni porabnika, R = ∞ )
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
9
Vpliv sevanja in temperaturni koeficienti
vpliv sevanja
vpliv temperature
I
3.5
Isc
3
Pmax
b
g
I (A)
2.5
T↑
2
1.5
a
1
0.5
Uoc
0
5
15
10
U (V)
20
25
U
Temperaturni koeficienti:
a - napetosti odprtih sponk Uoc (T)
b - kratkostičnega toka Isc (T)
g - maksimalne moči Pmax (T)
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
10
Dimenzioniranje omrežne SE
Dimenzioniranje SE poteka po kriteriju največje letne proizvodnje el. energije
Sončna elektrarna
željena moč
razpoložljiva površina
razpoložljiva sredstva
izbira PV modulov
geografska lega in klimatski pogoji
orientacija in naklon
senčenje
dimenzioniranje razsmernika
izbira razsmernika/ov
vezave razsmernikov
dimenzioniranje zaščitnih elementov in ostale opreme
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
11
Dimenzioniranje PV generatorja
Vpliv geografske lege
Sončno obsevanje na ravno površino v Sloveniji
Povprečni izplen
PV sistema v SLO:
1050 kWh/leto/kW
Vir:D. Kastelec, J. Rakovec, K. Zakšek, Sončna energija v Sloveniji, ZRC SAZU
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
12
Dimenzioniranje PV generatorja
Vpliv naklona in orientacije PV modulov
S
naklon
orientacija
Z
V
+ 900
a
- 900
b
J
00
0.6
0.7
0.7
80
0.5
0.7
0.6
0.7
0.8
0.8
0.9
1.0
naklon (°)
60
40
0.7
0.6
0.8
0.7
0.8
0.8
0.9
0.9
0.8
0.9
0.9
0.99
0.99
0.99
0.9
20
0.9
0.9
0
-80
vzhod
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
0.9
-60
-40
0.9
0.9
-20
0
azimut (°)
20
40
60
80
zahod
13
Vpliv lastnega senčenja
90
senčeno
21. junij
21. marec
21. december
naklon (°)
60
30
b
d1
g
h
-150
-120
-90
-60
-30
d
Faktor razmika F = d/b
0
30
60
90
120
150
180
azimut (°)
20
d1
d
sonce za
moduli
prednja vrsta
b
Relativne letne
energijske izgube (%)
b
0
-180
g
h
a
sonce za
moduli
15
izgube zaradi lastnega senčenja
(jug, 30°)
10
5
0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Faktor razmika - F
Lastnemu senčenju se izognemo s primerno izbranim razmikom med vrstami.
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
14
Vpliv senčenja okolice
-34
%
-4 %
Analizo vpliva senčenja izvedemo po vrisu poti sonca v 360°
digitalno fotografijo
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
15
Izbira primerne lokacije – problem senčenja
Slika: www.photovoltaik.eu
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
16
Postavitev sončne elektrarne
Odločitev o postavitvi SE
•
•
analiza primernosti lokacije
idejna zasnova
•
•
poiskati vire financiranja
pridobitev projektnih pogojev
Administrativni postopki
•
•
•
Izbira izvajalca
pridobitev soglasja za priključitev
• najboljša je izbira izvedbe na ključ
• preveriti reference
• preveriti gradnike sončne elektrarne
projekt za izvedbo (PZI)
pridobitev soglasja na projektne rešitve
Postavitev SE
•
•
soglasje za priključitev na distrib. omrežje
prijava za priklop na distribucijsko omrežje
• statična presoja
• požarna presoja
• strelovodna zaščita
• projekt izvedenih del
• navodila za obratovanje
Priključitev na omrežje
• tehnični pregled – zapisnik
• sklenitev pogodbe o dostopu do distrib. omrežja
• pogodba o nakupu in prodaji el. energije
Administrativni postopki za pridobitev podpore
•
•
pridobitev deklaracije o izvoru (AGEN)
odločba o dodelitvi podpore (AGEN)
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
•
•
odprtje računa proizvajalca
odločba o zagotavljanju podpore
(Borzen – Center za podpore)
17
Investicija v sončno elektrarno
Investicija po deležih
moduli
12%
razsmernik
8%
kabli in omarice
6%
montažni sistem
10%
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
64%
montaža+preizkus
18
Gibanje cen sončnih elektrarn
Potek cene sončnih elektrarn v Nemčiji
6.000
5.000
5.000
Cena sistema (€/kW)
4.254
4.000
3.135
3.000
2.000
2.199
1.000
0.000
Q2 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3
2006 2006 2007 2007 2007 2007 2008 2008 2008 2008 2009 2009 2009 2009 2010 2010 2010 2010 2011 2011 2011
Vir: BSW-Solar (sistemi do 100 kW na strehah)
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
19
Cena električne energije
Cena električne energije
0.60
Cena el. energije (€/kWh)
0.50
Cena električne energije iz SE
0.40
Cena električne energije za povprečno gospodinjstvo
0.30
0.20
0.10
0.00
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
Vir: BSW-Solar , Statistični urad RS
Obdobje delovanja: 15 let
Diskontni faktor: 7 %
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
Rast cene el. energije: 3 %
Padec višine investicije: 8 – 10 %
20
Način priklopa sončne elektrarne
nazivna moč
elektrarne
do 3,7 kW
napetostni nivo
vključitve
vrsta priključitve
enofazno dvofazno trofazno
SN (P3,
P4)
X
X
X
A ali C
X
X
X
A ali C
do 10,0 kW
X
X
A ali C
do 250 kW
X
X
X
B, C ali D
do 1.000 kW
X
X
X
C ali D
do 10.000 kW
X
X
D
do 7,4 kW
Osnovni priklop
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
X
NN (P1,
P2)
zahtevan razred
elektrarne glede
proizvodnje jalove
energije
Lasten odjem
21
Sistem zagotovljenih odkupnih cen
SE na stavbah < 50 kW
referenčni
stroški
električne
energije
--------------2011
332,37 €/MWh
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
zagotovljen
odkup
zagotovljen
odkup
---------------
---------------
2011
332,37 €/MWh
2026
332,37 €/MWh
1. leto
. . .
15. leto
tržna cena el.
energije
tržna cena el.
energije
obratovalna
podpora
---------------
obratovalna
podpora
---------------
2011
285,62 €/MWh
2026
332,37 €/MWh–
0.88* X €/MWh
22
Sistem zagotovljenih odkupnih cen za leto 2011
Cena zagotovljenega odkupa (€/MWh)
Velikostni razred
proizvodne naprave
Na stavbah ali
gradbenih
konstrukcijah
Sestavni del ovoja
zgradbe oziroma
elementov zgradbe
Za samostojne
objekte
mikro (< 50 kW)
332,37
382,22
312,34
mala (< 1 MW)
304,02
349,62
287,77
srednja (< 10 MW)
252,29
290,13
231,98
Obratovalna podpora (€/MWh)
Velikostni razred
proizvodne naprave
Na stavbah ali
gradbenih
konstrukcijah
Sestavni del ovoja
zgradbe oziroma
elementov zgradbe
Za samostojne
objekte
mikro (< 50 kW)
285,61
335,47
265,58
mala (< 1 MW)
257,26
302,86
241,01
srednja (< 10 MW)
203,94
241,78
183,64
Vsaka pridobitev netržnih sredstev zniža referenčne stroške.
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
23
Zagotovljen odkup
€/MWh
Cena zagotovljenega odkupa za SE < 50 kW
na stavbah
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
2009
Predlog spremembe uredbe
Obstoječa uredba
2010
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
2011
2012
2013
2014
2015
24
Ekonomska analiza
Lastno financiranje
kW
50.0
%
0.80
kWh/kW
1050
€/kWh
€/kWh
%
0.33237
0.053
2.00
€/leto
€/leto
%/leto
750.00
500.00
2.0
100,000.00
20.00
0.00
50,000.00
-20.00
0.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
-40.00
€
Podatki o elektrarni
Moč elektrarne
upadanje moči modulov na
leto
Spec proizvodnja
Prodaja električne energije
Zagotovljena cena odkupa
Tržna cena el. energije
Letna rast cene el energije
Stroški
stroški obratovanja
stroški zavarovanja
povečanje stroškov
Investicija
Višina investicije
-50,000.00
Skupaj stroški
€
€/W
130,000.00
2.60
davek
diskontna stopnja
let
€
%
%
5.00
26,000.00
20
6.00
-60.00
Kumulativni denarni tok
-100,000.00
NSV - neto sedanja vrednost
Finančni podatki
amortizacija
%
-80.00
ISD - interna stopnja donosa
-150,000.00
-100.00
Leto
Ekonomski kazalci
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
NSV - neto sedanja vrednost
€
5,541.03
ISD - interna stopnja donosa
%
6.67%
Enostavna vračilna doba
let
9.19
Diskontirana vračilna doba
let
14.66
25
Status proizvajalca
Registracija dejavnosti, obdavčitev, DDV …
Oseba, ki proizvaja električno energijo iz SE se mora registrirati kot:
• fizična oseba
• fizična oseba – s.p.
• nosilec dopolnilne dejavnosti na kmetiji
• pravna oseba
Fizična oseba (SE do 50 kW):
• investicija + DDV
• 70 % normirani stroški
• 25 % davek na prihodek
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
s.p. , dopolnilna dej., pravna oseba:
• davčni zavezanec DA/NE
• pri obdavčitvi z DDV velja mehanizem
obrnjene davčne obveznosti (76a. člen ZDDV-1)
• znižan 8.5 % DDV le pri integriranih SE
• 5 letna amortizacija po 20 % amortizacijski stopnji
26
Zavarovanja
Vrste zavarovanj
Montažno zavarovanje
zavarovanje v času same postavitve sončne elektrarne
Zavarovanje sončne elektrarne
zavarovanje same elektrarne v obdobju obratovanja
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
27
Zavarovanje
Tipi zavarovanj in kritja
Tveganja pred katerimi se lahko/moramo zaščititi:
•
•
•
•
•
•
•
požarne nevarnosti: požar, strela…
elementarne nevarnosti: vihar, toča, poplava…
vlom
tatvina
odgovornost
strojelomni riziki
rizik obratovalnega zastoja
Tipi zavarovanj:
•
•
all-risk zavarovanje – zavarovanje za vse nevarnosti (razen nezavarovanih – vojna, terorizem…)
imenovane nevarnosti – zavarovanje le za navedene nevarnosti
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
28
Zavarovanje
Obseg škod
Obseg škod na PV sistemih
toča
kraja 3% objestnost
1%
8%
ostalo
11%
požar
26%
snegolom
12%
prenapetost
14%
neurja
25%
Vir: GVD Nemčija, 2008, BSW Nemčija
Vseh škodnih primerov v letu 2008: 4 500
Vseh sončnih elektrarn v letu 2008: 160 000
Skupna moč SE v letu 2008: 6.12 GW
Število požarov: 90 (2 % vseh škod; 0.6 ‰ glede na vse SE)
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
29
Zavarovanje
Vrste škod
Požarne nevarnosti
• slaba izvedba električne napeljave
• uporaba neprimerne zaščite
• pomanjkljiva strelovodna zaščita
• požarno bolj izpostavljeni objekti (kmetijsko-gospodarska poslopja, industrijske hale…)
Vir: www.photovoltaik-versicherung.org
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
Vir: www.photovoltaik-versicherung.org
Vir: BSolar
30
Zavarovanje
Vrste škod
Elementarne nevarnosti in divjad
• poškodbe zaradi divjadi (nezaščiteni kritični deli SE)
• snegolom (neupoštevanje statike objekta)
• toča
• vihar (popustitev vijačnih spojev, slaba podkonstrukcija glede na obremenitve vetra…)
Vir: www.photovoltaik-versicherung.org
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
Vir: www.bocquel-news.de
Vir: www.photovoltaik-versicherung.org
Vir: www.rheinmainmarkt.dee
31
PVportal – slovenski portal za fotovoltaiko
K. Brecl
Sparkasse, 10. november 2011, Ljubljana
32
Hvala za pozornost !
[email protected]