Solar Power - Energija Sunca

4.4. Energija Sunca (Sunčevog zračenja)

Elektrotehnički fakultet Osijek

380

Postanak
Energija Sunčeva zračenja koja dopire do vanjskog ruba Zemlje ovisno o udaljenosti Zemlje od Sunca iznosi 1307-1399 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenja
Srednja vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu naziva se solarna konstanta i iznosi E0sr=1367.7 W/m2
Za različite udaljenosti Zemlje od Sunca stvarna vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu je:

r Eo = E0 sr   R gdje je:

2

r – srednja udaljenost Zemlje od Sunca R - stvarna udaljenost Zemlje od Sunca (za promatrani dan može se smatrati konstantnom)

Elektrotehnički fakultet Osijek

381


Sunčevo zračenje (jakost) može se približno kvantitativno izraziti sa:

Eo (n) = ε 0 (n) E0 sr

 3600 n  E = 1 + 0.034cos 0  0 sr 365  

[W/m2]

gdje je: ε ekscentricitet elipse, n broj dana u godini Ukupna dnevna količina energije u [J] koja se dobije ozračenjem vodoravne plohe po jedinici površine računa se po izrazu:  86400 3600 n  2Π   Wo (n, φ , δ , ω s ) = E0 sr 1 + 0.034 cos ω sin φ sin δ + sin ω cos φ cos δ   s s 0  Π 365 360   

ωs satni kut sunca (12h=00, 13h=150, 15h=450); Φ zemljopisna širina promatranog mjesta;

248 + n  δ deklinacija Sunca (kut između spojnice središta δ = 23.450 sin 3600  365   Zemlje sa središtem Sunca i ravnine Ekvatora) Elektrotehnički fakultet Osijek

382

2


Prosječna mjesečna ili godišnja energija Sunčeva zračenja u nekom mjesecu dobiva se kao aritmetička sredina dnevnih energija za sve dane u promatranom mjesecu/godini.
Ipak, pri prolasku kroz atmosferu dolazi do gubitaka energije izravnog Sunčevog zračenja, ovisno o atmosferskim prilikama (vedro, poluoblačno, oblačno) zagađenosti atmosfere i nadmorskoj visini!
Maksimalni dotok energije do Zemljine površine iznosi u prosjeku dnevno 920 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenja.
Energija sunčeva zračenja zbog rotacije raspoređuje se površinom Zemlje, pa na površinu Zemlje dolazi prosječno dnevno 230 W/m2,
To daje dnevno 5.52 kWh/m2 energije, ovisno o trajanju insolacije (zemljopisna širina, godišnja dob), te naoblaci i zagađenosti (atmosferskim uvjetima). Elektrotehnički fakultet Osijek

383


Jakost zračenja koja dopire do Zemljine površine, a mogla bi se iskorištavati mijenja se tijekom dana i godine, te ovisi o položaju plohe na koju dopire zračenje.

Snaga ukupnog zračenja Sunca na okomitu i vodoravnu plohu pri vedrom vremenu na 59˚ (grad Zagreb)


Smanjuje se s smanjenjem nadmorske visine (duži put zraka) i s povećanjem zemljopisne širine (manji upadni kut zračenja) okomita ploha

384

vodoravna ploha


Površina Zemlje je 510.1 106 km2 što daje godišnju energiju Sunčeva zračenja od oko 109 TWh/god (ogromno!)
No, pri tome postoje veliki problemi pri iskorištavanju: 1. Mala gustoća energetskog tijeka, 2. Oscilacija intenziteta (jakosti) zračenja tijekom dana, 3. Ovisnost zračenja o klimatskim uvjetima, 4. Intezitet zračenja ne poklapa se s intenzitetom potrošnje, 5. Nemogućnost skladištenja, 6. Trenutna neisplativost (osobito za fotonaponske ili sunčeve ćelije – PV) u usporedbi s ostalim izvorima energije
Stoga se Sunčeva energija trenutno izravno koristi uglavnom za dobivanje toplinske energije, a za sada samo u malom udijelu za izravno pretvaranje u električnu energiju (PV)

Elektrotehnički fakultet Osijek

385

Uporaba energije Sunca
Proizvodnja toplinske energije: 1. Pasivno solarno grijanje (Izravno grijanje zgrade kao kolektora) 2. Aktivno solarno grijanje (zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora) 3. Solarne toplinske elektrane
Proizvodnja električne energije: 4. Fotonaponske ili sunčeve ćelije (Photo Voltaic Cells, PV)

Elektrotehnički fakultet Osijek

386

1. Pasivno solarno grijanje
Izravno grijanje zgrade kao kolektora
Osnovni zahtjevi: 1. Velika južna površina za prihvat sunčeva zračenja. 2. Konstrukcija s velikom termalnom masom (npr. gusti beton ili cigle). Time se sprema toplinska energiju za dana i zadržava preko noći. Izbjegava se i ljetno pregrijavanje. 3. Dobra izolacije na vanjskim strukturama za održavanje topline 4. Izbjegavanje zasjenjavanja objekata.

Elektrotehnički fakultet Osijek

387

Energetska bilanca prozora - primjer London

2

Kwh/m2/dan kWh/m2,dan

1,5

Jednostruki Dvostruki

1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 Rujan

Listopad Studeni Prosinac Siječanj

Elektrotehnički fakultet Osijek

Veljača

Ožujak

Svibanj

Lipanj

388


Mehanizmi prijenosa topline: 1. Vođenje (kondukcija) Toplina absorbirana u materijalu se dalje prenosi vođenjem među molekulama. 2. Konvekcija (izmjenjivanje medija) Toplina se može prenijeti preko fluida, bilo plina ili tekućine, konvekcijom. Energija je prenesena na molekule fluida koje se dalje fizički gibaju i prenose energiju. 3. Radijacija Toplinska energija se može prenositi zračenjem (elektromagnetski) kao i svjetlosna energija sunca. Količina zračenja i valna duljina ovise o temperaturi površine.

Elektrotehnički fakultet Osijek

389

2. Aktivno solarno grijanje
Zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora, moguće primjene: grijanje vode u domaćinstvima, bazena i kupatila, procesne vode, dogrijavanje za kondicioniranje zraka
Indikatori potencijalno isplativih primjena solarnog zagrijavanja vode: 1. Potreba za toplom vodom konstantna kroz tjedan i godinu (ili više ljeti). 2. Visoka cijena ostale energije (el. energija, propan, itd.). 3. Dovoljno površine za postavljanje kolektora (0,025 m2/l/d). 4. Sunčanija klima pomaže, ali nije nužnost – solarno grijanje moguće i u hladnijoj klimi.
Potencijalne lokacije: kuće za stanovanje, škole, bolnice, restorani, zatvori, praonice, ostalo Elektrotehnički fakultet Osijek

390


Tehnologija – solarni toplinski kolektori: preuzimaju energiju svjetlosnog zračenja i griju vodu.
Solarni toplinski kolektori se mogu kategorizirati prema temperaturi na kojoj efikasno griju vodu: 1. Niskotemperaturni kolektori:
Bez pokrova za grijanje vode.
Perforirane ploče za predgrijavanje zraka. 2. Srednjetemperaturni kolektori:
Izolirani kolektori s pokrovom. 3. Visokotemperaturni kolektori:
Vakumirane cijevi.
Koncentrirajući kolektori. Elektrotehnički fakultet Osijek

391

“Flat plate” solarni kolektor (hr. ravna ploha)

Prozirni pokrov (“solatex” staklo)

Kućište (aluminij)

Crna apsorbirajuća ploha (“phelps dodge” bakar) Izolacija (izostaklo) Voda teče kroz cijevi

Elektrotehnički fakultet Osijek

392

Vrste kolektora

Elektrotehnički fakultet Osijek

393

Pokrov: magija stakla

394

Vodljivost stakla

Elektrotehnički fakultet Osijek

395

Toplinski gubici kroz stakleni pokrov

Elektrotehnički fakultet Osijek

396

Stupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektora G = globalno (izravno i difuzno) zračenje (W/m2)

k·(Tu-Tz)·F·A

G·A

G·τ·α·F·A

.

Qk

A = površina kolektora (m2)

τ = vodljivost pokrova α = apsorptivnost apsorbera F = faktor prijenosa topline .

Q k = korisna toplinska snaga (W)

Efikasnost = Korisna toplina / Solarno zračenje

η=

. Qk

/ (G·A)

k = koeficijent ukupnih toplinskih gubitaka (W/m2,K) Tu = ulazna temperatura (K) Tz = vanjska temperatura (K)

Korisna toplina = Primljena energija - Gubici . Qk

= F·A·[τ·α·G - k·(Tu-Tz)]

Efikasnost η = F·[τ·α - k·(Tu-Tz)/G]

Elektrotehnički fakultet Osijek

SRCC – neovisna i neprofitna organizacija za testiranje (τ α i k) i certificiranje kolektora Institut za termodinamiku i termotehniku (ITV)Sveučilišta u Stuttgartu. 397

Efikasnost kolektora ovisno o temperaturi... Efikasnost = % iskorištenog solarnog zračenja najbolji za ~0 do 10 °C iznad temp. okoline najbolji za ~10 do 50 °C iznad temp. okoline najbolji za više od 50 °C iznad temp. okoline

Tu-Tz G

temperatura iznad ambijentne (°C ili K) solarno zračenje (W/m2)

Elektrotehnički fakultet Osijek

398


Solarni sustavi grijanja vode Relief valve

Co lle

cto r

Auxiliary heater

Heat exchanger

Solar Storage tank Control

Control

Check valve

Load heat exchanger

Expansion tank

Pump

Elektrotehnički fakultet Osijek

Pump 399


Procjena isplativosti solarnog sustava grijanja vode 1. Procjeniti dnevne potrebe za toplom vodom 2. Odrediti raspoloživu solarnu snagu 3. Izračunati dimenzije solarnog sustava (zadovoljiti potrebe za najsunčanijeg dana, bolje poddimenzionirati) 4. Izračunati godišnju uštedu u energiji 5. Izračunati godišnju uštedu u novcu 6. Izračunati cijenu sustava 7. Izračunati omjer uštede prema investiciji i jednostavni period povrata
Prilika se pruža kod: velikih potreba za toplim vodom, visoke cijene konvencionalng izvora energije, stalnih potreba, kada postoji prostor za smještaj kolektora ili za isticanje Elektrotehnički fakultet Osijek

400


Primjeri isplativih solarnog toplinskih sustava
Niske temperature: bazeni, jezera za uzgajališta, predgrijavanje za ventilaciju, pranje auta i sl., otapanje snijega
Srednje temperature: stambena i komercijalna topla voda, kafeterije, praonice, zagrijavanje prostora (površina koja zrači), zatvori, rekreacioni centri, javne ustanove (vrtići i sl.)
Visoke temperature: industrijski procesi, proizvodnja el. energije, zagrijavanje vode i prostora

Elektrotehnički fakultet Osijek

401

Primjer: Barnes Field House, Fort Huachuca, AZ


200 m2 otvorenih kolektora
350 m2 zatvorenog bazena
Cijena instalacije = $35,000
Zadovoljava ~50% potreba zagrijavanja bazena
Ušteda od 880000 MJ/god prirodnog plina (26000 m3)
God. ušteda $5,400
Instalirano 1980.

Elektrotehnički fakultet Osijek

402

Primjer: Chickasaw nacionalno izletište, OK
Malo odmorište
19 m2 ravnih kolektora
spremište od 1900 litara
cijena $7,800
proizvodi 9,400 kWh/god.
ušteda $850 / god.
Veliko odmorište
48 m2 ravnih kolektora
spremište od 3790 litara
cijena $16,100
proizvodi 18,200 kWh/god.
ušteda $1,790 / god. Elektrotehnički fakultet Osijek

403

Primjer: Building 29, EPA Lab, Edison NJ
Tri zatvorena sustava kolektora s vakuumskim cijevima i izmenjivačem topline u spremniku za predgrijavanje. Neotrovna otopina propilen glikola kao zaštita od smrzavanja.
dio F 300 l spremnik za predgrijavanje i 1,9 m2 kolektora.
dio B 300 l spremnik za predgrijavanje i 3,7 m2 kolektora
dio D 450 l spremnik za predgrijavanje i 8,4 m2 kolektora, mjerena toplina iznosi 52,75 MJ/dan u prosincu, 1998.
Ukupna cijena = $26,000, 15 god. povrat

Elektrotehnički fakultet Osijek

404

Primjer: Phoenix Federal Correctional Institution


1550 m2 paraboličnih kolektora
spremnik 75700 l
cijena instalacije $650,000
proizvodi 1,500,000 kWh/god. (87% potreba za toplom vodom).
uštedi $96,000 godišnje uz $0.064/kWh.
instalirano 1998, financirano kroz poseban program
zatvor plaća tvrtki koja je sustav instalirala 90% cijene energije iz konvencionalnih izvora – 10% osigurane uštede kroz preko 20 godina

Elektrotehnički fakultet Osijek

405

3. Solarne toplinske elektrane


Koncentrirana solarna energija Elektrotehnički fakultet Osijek

406

Solarna termalna elektrana – izvedba s središnjim prijemnikom (“One pilot” izvedba)

Elektrotehnički fakultet Osijek

407

Solarna termalna elektrana – efikasnost

Samo 10 – 30 % izravnog sunčevog zračenja sa pretvara u el. energiju 408

Solarne termalne elektrane – cijena izvedbe

Elektrotehnički fakultet Osijek

409

Solarne termalne elektrane – cijena el. energije

410


Solarne toplinske elektrane Iskustvo: 354 MW u pogonu uspješno preko 10 godina Raspoloživost: korištenje spremnika topline ili hibridnih rješenja Konkurentnost cijene solarne el. energije: $0,10/kWh Brzo rješenje, investicije industrije: 90 do 100 milijuna USD
Lokacije projekata 50 MW Grčka, 50 MW Španjolska, 100 MW J. Afrika, 178 MW Maroko, 135 MW Indija, 140 MW Meksiko, 140 MW Egipat, 40 MW Italija

Energetski krov integriran u zgradu


Kratkoročni ciljevi: 1000 MW na mreži i 0,5 miliona m2 sustava integriranih u zgrade. Raleigh, North Carolina, USA Elektrotehnički fakultet Osijek

411

4. Fotonaponske (sunčeve ili solarne) ćelije (izravna proizvodnja električne energije) Povijest
1890. Henri Becquerel: Fotonaponski efekt
Početak 20. stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja (jedina Nobelova nagrada Einsteina - za istraživanje solarne energije).
1954., Bell Telephone: otkrivena PV ćelija, pri ispitivanju osjetljivosti adekvatno pripremljenog silikonskoga oblata na sunčevo svjetlo. Predstavljen prvi fotonaponski članak koji je generirao upotrebljivu količinu električne energije.
Od 1958. ugrađivanje u komercijalne aplikacije (za svemirski program, napajanje SAD satelita). Uspješnost PV u svemiru dovela je do komercijalnih primjena PV tehnologije. Elektrotehnički fakultet Osijek

412

Fotonaponska pretvorba
Fotonaponska pretvorba je izravna pretvorba sunčevoga svjetla u električnu struju preko fotonaponske (PV) ćelije, za koju je uobičajeni naziv solarna (ili sunčeva) ćelija.
Fotonaponska ćelija je poluvodički element koji se obično pravi od silikonske legure, tj. legure Silicija (ili drugog poluvodiča).
Sunčevo svjetlo se sastoji od fotona (dijelova solarne energije). Fotoni sadržavaju različite količine energije koje odgovaraju različitim duljinama valova solarnoga spektra.
Kada fotoni pogode fotonaponsku ćeliju, oni se mogu reflektirati od nje, proći direktno kroz nju ili biti apsorbirani (upijeni).
Samo apsorbirani fotoni daju energiju za proizvodnju električne struje.

Elektrotehnički fakultet Osijek

413


Kada poluvodič apsorbira dovoljno sunčevog svjetla (energije), elektroni se istiskuju iz atoma materijala.
Specijalna obrada površine mat.: prednja površina ćelije prijemljiva za slobodne elektrone, elektroni se prirodno sele na površinu.
Elektroni napuštaju njihovu poziciju, oblikuju se rupe.
Elektrona (neg. naboji) putuju prema prednjoj površini ćelije: neravnoteža naboja između ćelijine prednje i stražnje površine - naponski potencijal.
Poput baterije – površine se spoje izvana i poteče struja. Elektrotehnički fakultet Osijek

414

Spektralna distribucija solarnog zračenja i spektralni odziv solarne ćelije INFRACRVENO

Odziv solarne ćelije (proizv. jed.)

VIDLJIVO PODRUČJE

Solarno zračenje W/m2,µm

ULTRA-LJUBIČASTO

Valna duljina µm Elektrotehnički fakultet Osijek

415

Fotonaponski sustav (ćelija, modul i niz)
Fotonaponska ćelija je temeljni gradivni blok fotonaponskog (PV) sustava. Individualne ćelije variraju od oko 1 - 10 cm (0.5 - 4’’).
Jedna ćelija proizvodi samo 1 ili 2 W, premalo za većinu primjena: električno se povezuju u modul zaštićen od atmosferskih utjecaja.
Moduli se mogu dalje povezati da bi oblikovali niz.
Niz: cjelokupno proizvodno postrojenje, sastavljeno od jednog do nekoliko tisuća modula (ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi) Osnovne prednosti 1. Fotonaponska pretvorba je izravna - veliki mehanički sustavi generatora nisu potrebni. 2. Modularna karakteristika – moguće brzo i u dopuštenim veličinama instaliranje nizova (moguće postupno povećanje snage). 3. Korištenje i održavanje jednostavno - solarne ćelije nemaju pokretnih dijelova, nije potrebna koncentracija zračenja, solarne ćelije iskorištavaju i izravno i raspršeno zračenje Sunca. Elektrotehnički fakultet Osijek

416

Tehnološki pravci 1. Monokristalni (i polikristalni) Silicij Površina ovisi o površini presjeka monokristala od kojeg se proizvode i iznosi 5 do 10 cm, debljina im je od 0.2 do 0.3 mm. Elektromotorna im je sila 0.55 do 0.70 V, stvarna efikasnost 10 do 13.5 %, a teorijska efikasnost 16 do 25 %. Visoka proizvodna cijena (kompliciran tehnološki postupak) solarnih ćelija od monokristalnog silicija jedina je njihova mana. Poseban problem predstavlja vijek trajanja solarnih ćelija koje su izložene atmosferskim utjecajima (kiša, snijeg, tuča). Tehnologija je te proizvodnje međutim znatno napredovala, pa je i proizvodna cijena uvelike snižena.

Elektrotehnički fakultet Osijek

417

2. Tanki filmovi Radi smanjenja cijene razvija se tehnologija tankog filma (npr. amorfni Silicij, CIS, CTS spojevi). Prihvatljivija cijena, ali i niži stupanj djelovanja. 3. Galij- arsenid (i Kadmij-Telurid) Ćelije od galij-arsenida prave se u obliku tankog filma od jedne (GaAs ) ili dviju komponenata ( GaAs + Cu2S ). Takva bi ćelija prema teorijskim predviđanjima trebala biti vrlo efikasna. Njezina elektronička svojstva ukazuju na teorijsku efikasnost od 25 do 40 %. Ostvarena efikasnost iznosi 11 do 13 %. Problem: visoka cijena. 4. Novi koncepti – niža cijena/veća efikasnost “Dye” (obojane) i organske ćelije – niža cijena, mala efikasnost Istraživanja, npr. “vrući” elektroni, nanostrukture, kvantni izvori, dvosmjerne pretvorbe i sl. s ciljem povećanja efikasnosti na 30 do 60 %. Elektrotehnički fakultet Osijek

418

Teorijski i praktični stupanj djelovanja Materijal

η ideal

ηt

ηp

monokristalni Silicij (Si)

33%

22%

15%

polikristalni Silicij (p-Si)

33%

17,8%

13%

amorfni Silicij (a-Si)

33%

11,5%

7,5%

Galij-Arsenid (GaAs)

33%

28%

17%

Kadmij-Telurid (CdTe)

33%

15%

-

35%

-

Istraživanja St. djelovanja %

30

Komercijalne Istraživanje

25 20 15 10 5 0 monokr. Si

polikr. Si

amorfni Si

Elektrotehnički fakultet Osijek

CIS tanki film

CdTe tanki film 419

Materijali za puni spektar
Efikasne fotonaponske ćelije koriste višestruke poluvodiče s fiksnim energetskim šupljinama (npr. ćelija s trostrukim spojem GaInP/GaAs/Ge) kako bi se obuhvatilo što veći dio solarnog spektra (prikazan lijevo)
Takve fotonaponske ćelije s višetrukim spojevima mogu imati stupanj djelovanja i do 50%.

Energija (eV)

Istraživanja na intitutu LBLN s materijalima izrađenima na Cornell University SAD i u Japanu, pokazuju da izravna energetska šupljina materijala In1-xGaxN pokriva energiju od 0.7 do 3.4 eV (crvene oznake) solarnog spektra, a ne 2.0 do 3.4 eV kako je navedeno u lit. (plave oznake).

Energija (eV)

Savršeno poklapanje područja pokrivanja In1-xGaxN i solarnog spektra

GaInP GaAs

Ge

(1021

Solarni tok µ fotona/s/m2/mm)

Sadržaj Ga u In1-x GaxN leguri

420

PV tehnologije – cijena i efikasnost

Elektrotehnički fakultet Osijek

421

Uporaba 1. Samostalni izvor energije (off-grid): Sateliti (u svemiru snaga sunčeva zračenja i dobivena energija puno veća jer nema apsorbcije kroz atmosferu), Zemaljska primjena: a) industrija: za potrebe tehnoloških procesa b) ostali potrošači: cestovni znakovi, kalkulatori, ručni satovi, i sl. c) elektrifikacija ruralnih područja 2. Dodatni izvor energije na mreži (on-grid) Poput baterija: istosmjerna struja za mala napajanja, npr. opreme). Priključene na električnu mrežu: za sada neisplativo!!! Zahvaljujući sustavima poticaja primjena na mreži čini daleko najveći dio instaliranih kapaciteta (2002.: 320 MW ili 71%) na PV tržištu i bilježi konstatan rast! Elektrotehnički fakultet Osijek

422

Elektrifikacija ruralnih područja

Pokazatelji: cijena na sat i cijena po litri vode

Elektrotehnički fakultet Osijek

423

Primjena na mreži

Pokazatelji: estetika, cijena po površini i cijena po energiji

Elektrotehnički fakultet Osijek

Njemački parlament 424

Usporedba primjene na postojećoj mreži i pri elektrifikaciji

Elektrotehnički fakultet Osijek

425

Primjena na mreži integracija u zgradi

Doxford Int. PLC ured: Prva komercijalna zgrada s integririranim PV u zgradu

Podudarnost PV proizvodnje i potrošnje u poslovnoj zgradi 426

Primjena na mreži - noviji projekt

Elektrotehnički fakultet Osijek

427

Konstantan porast PV Tržište

Neisplativost primjene na mreži

428

PV tržište - stanje u EU
U Europskoj Uniji trenutno je 40% godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija. To se naizgled čini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne utječe posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije.
U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% povećanja u odnosu na 1999. I u tom području Njemačka je sa 113.8 MWp (uključujući 100 MWp priključenih na električnu mrežu) vodeća država u Europi. (Japan u svijetu).
Razlog: njemački zakon o obnovljivim izv. en.: otkupna cijena energije iz PV je 0.5 € po kWh za prvih 350 MWp. Poticaj presudan!!!
Plan EU: 3000 MWp do 2010. realno: 1780 MWp. Elektrotehnički fakultet Osijek

429

Njemačka – primjer poleta tržišta: 1999. program 100.000 krovova i 2000. poticaj (feed-in law)

Elektrotehnički fakultet Osijek

430

Konkurentnost proizvodnje el. energije iz fotonaponskih ćelija - povijest od 1990., stanje 2000. i predviđanja do 2040.

Fotonaponkse ćelije Konv.: vršna snaga Konv: temeljna snaga


Ipak i u ovom trenutku moguća isplativost primjene u nekim slučajevima, npr. u kombinaciji s dizelskim agregatom ili baterijom za potrebe pričuvnog napajanja Elektrotehnički fakultet Osijek

431

Marginalni troškovi proizvodnje el. energije - satno i sezonski

Zima

Ljeto

Primjer: Australija

Elektrotehnički fakultet Osijek

432

Ovisnost cijene modula o proizvedenoj energiji - povijest i očekivanja

Elektrotehnički fakultet Osijek

433

Najveći svjetski proizvođači PV tehnologije – stanje 1999.

16% 35% 15%

6% 13%

15%

BP Solarex Kyocera Sharp Siemens Solar Sanyo Ostali

Izvor: PV news Elektrotehnički fakultet Osijek

434

PV tržište u svijetu – prognoza porasta
Trenutno instalirano oko 600 MWp
Očekivani porast: do 2010. 30% godišnje, potom do 2030. 25% godišnje
Očekivano 2030. 300 GWp Industrija 70 GWp , Potr. 20 GWp , Elektrifik. 60 GWp , Na mreži: 150 GWp
Očekivana ulaganja do 2030. 200 milijardi eura!

Elektrotehnički fakultet Osijek

435

Proizvodnja električne energije iz PV – prognoza do 2030.

Elektrotehnički fakultet Osijek

436

Fotonaponske ćelije i ekologija
Iako je kod “eko-vjernika” korištenje Sunčeve energija putem fotonaponske pretvorbe najpopularniji nekonvencionalni izvor, fotonaponske ćelije su osobito problematične za okolinu: 1. Poluvodiči od kojih su izrađene sadrže teške metale (napr. GaAs) pa se tretiraju kao specijalni otpad kod odstranjivanja 2. Pri izradi dijelova koriste za okolinu vrlo neugodne kiseline 3. Tijekom korištenja sunčanih ćelija je dolazilo do požara, koji su prouzrokovali širenje toksičnih sastojaka
S druge strane (osim mogućnosti požara) u pogonu su fotonaponski sustavi pouzdani, ne zahtjevaju vodu za hlađenje sustava i ne postoji emisija štetnih plinova.
Osnovni nedostatak veće primjene ostaje visoka cijena, za koju se očekuje da će postati prihvatljiva s razvojem tehnologije. Elektrotehnički fakultet Osijek

437

Vizija svjetske FV mreže

Elektrotehnički fakultet Osijek

438

Sunčeva energija u RH
Prirodni potencijal Kopnena površina RH 56538 km2 ,uz pretpostavku o intenzitetu sunčevog zračenja od 3,6 kWh/m2 na dan (oko 13MJ/dan) Godišnji prirodni potencijal 250 EJ (700 puta više od ukupne potrošnje u HR 2001.: 370 PJ)
Tehnički potencijal Površina od oko 33 km2 dovoljna za finalnu potrošnju vruće vode, pare i el. energije. 3% površine na raspolaganju (1700 km2): 2% prekriti termičkim pretvornicima s prosječnom godišnjom efikasnošću od 40%, 1% prekriti fotonaponskim pretvornicima s prosječnom efikasnošću od 10% Godišnji tehnički potencijal 2,8 EJ (7,5 puta više od ukupna potrošnja u HR 2001., 370 PJ)

Elektrotehnički fakultet Osijek

439


Gospodarski potencijal Potencijal# [PJ]

Industrija

Kućanstva

Usluge

Poljoprivreda*

Ukupno

11,5

4,6

1,6

13,0

30,7

podaci samo za primorske županije, # ne uključuje visokotemp. primjene u termalnim i fotonaponskim elektranama, čiji se potencijal procjenjuje ukupno na skoro 50 PJ, * podaci za poljoprivredu odnose se na cijelu RH
Ekonomski potencijal Potencijal niskotemp. potrošnje sunčeve energije priobalnih županija: Potencijal [TJ]

Industrija

Kućanstva

Usluge

Poljoprivreda*

Ukupno

91

888

386

55

1420

Potencijal solarne arhitekture priobalnih županija: Individualno Potencijal [TJ]

Stanogradnja

Hoteli

Turistička naselja

70

175

35

70

Elektrotehnički fakultet Osijek

Ukupno 350

440


Potencijal sunčeve energije u sedam primorskih županija mnogostruko veći od ukup. energetske potrošnje topline i el. energije.
Dinamika iskorištavanja tog potencijala u funkciji ekonomskih prilika i strategije, financijske atraktivnosti te dinamike razvoja tehnologije korištenja sunčeve energije.
Trenutni planovi i programi (2000.) imaju za cilj prvo razvijati korištenje sunčeve energije za pripremu potrošne tople vode.
Tek u drugoj fazi, iza 2010. godine, znatnije bi se povečavao udio sunčeve energije u potrošnji za grijanje i hlađenje.
Za drugi dio programa oslanja se na korištenje hibridnih toplana Sunce - ukapljeni naftni plin (UNP), te Sunce – prirodni plin, gdje se očekuje ekonomični udio sunčeve energije do 50%.
Značajan početak korištenja fotonaponskih elektrana u EES-u ne očekuje se prije 2005, kada bi cijena takve el. en. mogla pasti tri ili više puta prema današnjoj (ni danas se ne koriste!!!).
Izuzetak su posebne instalacije na otocima i sl. u smislu samostojnih sustava. Snaga iznosi od 100 – 1000 kWp. Elektrotehnički fakultet Osijek

441