Keď slnko roztočí elektromer

Nielen kolektory

Celoeurópska snaha o zníženie negatívnych vplyvov našej civilizácie na životné prostredie sa konečne začína prejavovať aj u nás – záväzky Slovenska voči Európskej únii vyústili do reálnej podpory využívania energie, ktorá je „zadarmo“ a nepodpisuje sa negatívne na našom životnom prostredí. Pokiaľ sa hovorí o energii slnečnej, nemusí ísť len o známe solárne kolektory na ohrev vody. Zaujímavou možnosťou, ako sa správať ekologicky, sa pomaly stáva aj fotovoltika. Pomocou solárnych článkov môžete vyrábať energiu, dodávať ju do rozvodnej siete a od septembra za ňu dostanete zaplatené podstatne viac, než vás bude stáť tá, ktorú zo siete odoberiete.

Ako dlho trvá inštalácia? „Najdlhšia je administratívna časť, ktorú však za zákazníka kompletne vybavíme ako v Čechách, tak aj na Slovensku,“ uvádza Petr Jarošík zo spoločnosti Joyce ČR, ktorá realizuje fotovoltické elektrárne na kľúč. „Všeobecne možno počítať s tromi mesiacmi od prvej žiadosti po začiatok prevádzky,“ dopĺňa Lukáš Straka. „Samotná fyzická inštalácia je však otázkou len niekoľkých dní. Záleží na dostupnosti komponentov a ďalších faktoroch, ako je napríklad počasie.“

224724

O čo vlastne ide?

V susednej Českej republike vyvolal doslova boom fotovoltických elektrární zákon, v ktorom sa 20 rokov garantuje výhodná výkupná cena fotovolticky vyprodukovanej energie na úrovni 12,7 CZK (asi 49 centov) za vyrobenú kilowatthodinu, čo je jedna z najvyšších výkupných taríf za tento typ energie v Európe. Dá sa predpokladať, že podobná situácia čoskoro nastane aj u nás – nový zákon o podpore obnoviteľných zdrojov, ktorý vstúpi do platnosti 1. 9. 2009, totiž upravuje výkup energie s garantovanou cenou na 15 rokov a výkupnú cenu energie vyrobenej pomocou fotovoltaických článkov stanovil ÚRSO pre tento rok na 44,8 centa (13,50 Sk) za kWh. Táto cena bude platiť pre zariadenie uvedené do prevádzky do konca roka 2009. To znamená že každý, kto v tomto roku pripojí fotovoltickú elektráreň do odbernej siete, bude mať podľa zákona 15 rokov garantovanú rovnakú výkupnú cenu energie 44,8 centa (13,50 Sk) za kWh.

Dá sa predpokladať, že na budúci rok výkupná cena klesne. Jej výška sa totiž stanovuje na základe obstarávacej ceny FVE, a keďže technológie napredujú míľovými krokmi, cena solárnych inštalácií neustále klesá. Napríklad v Nemecku bola pri malých FVE v roku 2006 priemerná obstarávacia cena za 1 kW inštalovaného výkonu 5 000 € (asi 150 600 Sk) , v tomto roku je priemerná cena rovnakej inštalácie 3 620 € (asi 109 000 Sk), teda asi o 30 % menej. Podpora fotovoltiky vo viacerých štátoch Európy totiž zapríčinila zvýšený dopyt, a ten je hybnou silou vývoja technológie a zvyšovania objemu výroby. Konečným dôsledkom je zníženie cien fotovoltických panelov, ktoré sú najdrahšou súčasťou fotovoltických elektrární.

Princíp a vývoj fotovoltiky Fotovoltika je súbor technológií, ktoré s využitím polovodičových materiálov premieňajú slnečné svetlo (fotóny) na elektrinu. Proces energetickej premeny je priamy, bez medzistupňov, a neuvoľňujú sa pri ňom žiadne skleníkové plyny ani častice. Fotóny zo slnečného žiarenia dopadajú na vhodný polovodičový materiál (väčšinou kremík) a pri dopade uvoľnia z jeho kryštalickej mriežky voľné elektróny. (Na ich mieste ostanú tzv. diery.) Tok voľných elektrónov je potom potrebné usmerniť tak, aby prešli elektrickým obvodom a vydali energiu získanú z fotónov skôr, než budú opäť pritiahnuté do voľných dier. I keď je fotovoltický jav známy už od prvej polovice 19. storočia, vývoj technológie sa naozaj začal až v štyridsiatych rokoch minulého storočia (prvý kremíkový článok bol patentovaný v roku 1946). Bol motivovaný potrebou zabezpečiť energiu na vesmírne programy. Účinnosť prvých článkov bola okolo 6 % a výrobné náklady obrovské. Pre vysoké ceny bolo ich ďalšie využitie obmedzené – používali sa najmä v spotrebnej elektronike. Impulzom pre ďalší pokrok bola ropná kríza v 70. rokoch, významnejší rozvoj systémov na výrobu elektriny sa začal až po znížení cien polovodičov v 90. rokoch. Najväčšou bariérou využívania fotovoltiky je aj dnes vyššia investičná náročnosť oproti tradičným energetickým technológiám. Príklady z Japonska, USA, z Nemecka a ďalších štátov Európskej únie však ukazujú, že podpornými opatreniami sa dá podnietiť dopyt trhu. Ten potom vytvára tlak na inováciu, ktorá znamená zvyšovanie efektivity a znižovanie výrobných nákladov.

Ako funguje finančná podpora?

Podpora malých FVE je jednou z ciest, ako môže Slovensko dosiahnuť stanovené ciele v podieloch energií z obnoviteľných zdrojov. Od septembra by mal u nás fungovať takzvaný tarifný systém: Do stavby fotovoltickej elektárne musíte investovať vlastné prostriedky, vyrobenú energiu však budete predávať do siete drahšie, než ju kupujete, pričom rozdiel je naozaj významný. (Elektrickú energiu bežne kupujeme za 13 až 14 centov (3,90 až 4,20 Sk)  za kWh a predávať ju budeme za 44,8 centa (13,50 Sk)). Nejde však o finančnú podporu zo štátneho rozpočtu, štát len vytvára podmienky na výhodnejšie využívanie slnečnej energie. Rozdiel medzi bežnou trhovou cenou elektrickej energie a výkupnou cenou energie vyrobenej vo FVE zaplatí distribučná sieť, ktorá energiu odoberie (Západoslovenská, Stredoslovenská alebo Východoslovenská energetika). Distribútor potom vytvorí takzvaný energetický mix, ktorý dodáva spotrebiteľom a ktorého cena je zložená z cien energií vyrobených v rôznych typoch elektrární. Keďže podiel energie vyrobenej vo FVE bude ešte po mnoho rokov zanedbateľný, aj vplyv vysokej ceny tejto energie na konečnú cenu pre spotrebiteľa bude minimálny. Napriklad Nemci majú dnes asi 5 300 MW inštalovaného výkonu FVE, ktoré ročne vyrobia 4 milióny MWh. Toto množstvo predstavuje iba 0,7 % z celkovej spotreby elektrickej energie v Nemecku. V  Českej republike je v súčasnosti inštalovaných asi 80 MW výkonu, ktoré produkciou elektiny pokryjú 0,1 %  jej celkovej spotreby.

Existujú však aj iné systémy podpory solárnej energie – napríklad v Rakúsku sa dá využiť takzvaná priama finančná podpora, pri ktorej sa preplatí časť obstarávacích nákladov. Majiteľ FVE potom vyrába elektrinu najmä pre vlastnú spotrebu a nespotrebované prebytky dodáva do siete za bežnú trhovú cenu. Pre rodinné domy je však výhodnejšia tarifná podpora – najviac energie sa tu totiž spotrebuje ráno a večer, teda v čase, keď sa jej vo FVE vyrobí namenej. A ako je známe, skladovať energiu je problematické, preto je pre domácnosti výhodnejšie dodávať fotovolticky vyrobenú energiu do distribučnej siete a energiu pre vlastnú potrebu zo siete zasa odoberať.

Fotovoltika je technológiou najmä pre privátnych investorov. Hoci štát do výstavby fotovoltických elektrární (FVE) ako decentralizovaného zdroja energie neinvestuje žiadne priame prostriedky, ako je to napríklad pri jadrových alebo uhoľných elektrárňach, foriem podpory takto vyrobenej energie má k dispozícií viacero. V krajinách EÚ sa pre energiu vyrobenú z obnoviteľnýzh zdrojov najčastejšie využívajú zvýšené výkupné ceny garantované štátom, ktorých motivačná zložka je vlastne vyjadrením pre investora prijateľnej doby návratnosti investície. Pod investorom však v tomto prípde treba chápať aj súkromné osoby, ktoré si FVE nechajú nainštalovať na strechu svojho domu. Vyšší dopyt by mal tak podnietiť napredovanie technológie, a tým aj postupné znižovanie obstarávacích nákladov FVE do takej miery, aby sa táto ekologicky získaná elektrická energia stala časom konkurencieschopnou aj bez jej podpory. Potvrdzuje to aj fakt, že rozdiely v produkcii energie z FVE v Európe nekorešpondujú s klimatickými podmienkami, ale skôr s politickými opatreniami a dĺžkou ich garancie, ktoré podmieňujú rozvoj fotovoltaiky. Zákon, ktorý na Slovensku vstúpi do platnosti 1. 9. 2009, garantuje fixáciu výhodnej výkupnej ceny fotovolticky vyrobenej elektrickej energie na 15 rokov, pričom výkupnú cenu stanovil Úrad pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) pre tento rok na 0,448 € za kWh (13,50 Sk).

224726

Fotovoltická elektráreň

Solárna elektráreň pozostáva z určitého počtu solárnych panelov (celková plocha sa určí podľa požadovaného výkonu), kabeláže a ďalších istiacich a pomocných prvkov. Keďže panely produkujú jednosmerný prúd, potrebný je tiež striedač, teda menič jednosmerného prúdu na bežný, striedavý.
Podľa zapojenia môže FV elektráreň:
• pracovať v samostatnom režime (tzv. ostrovné systémy), keď sa energia produkuje len pre vlastnú potrebu. Typickým príkladom sú horské chaty alebo karavany, teda miesta, kde nie je elektrická sieť. Elektrická energia sa tu skladuje v batériách;
• byť pripojená do elektrickej rozvodnej siete. Systémy, ktoré dodávajú prúd do siete v Európe dominujú, na strechách rodinných domov sa najčastejšie využívajú FVE s kapacitou 1 – 5 kWp. Pripojenie do siete zvyčajne zabezpečujú dva elektromery – jeden meria slnečnú elektrinu dodávanú do siete a druhý elektrinu, ktorú domácnosť zo siete odoberá.

Je potrebné stavebné povolenie? Na malé inštalácie umiestnené na streche alebo fasáde rodinného domu stavebné povolenie nepotrebujete, stačí ohlásenie na príslušnom stavebnom úrade. Na zemné inštalácie je stavebné povolenie potrebné. Vhodné je mať ho, ak sa obávate, že by v budúcnosti výstavba v okolí mohla zatieniť FV panely.

Panely sú základ

Samotné solárne panely na elektráreň síce nestačia, pre fotovoltickú výrobu elektrickej energie sú však základom. Premena slnečnej energie na energiu elektrickú sa deje v polovodičových vrstvách FV panelov – modulov (tie sú zložené z rôzneho počtu článkov), tvarovo podobných solárnym kolektorom. Najčastejšie používaným materiálom na výrobu FV článkov je kryštalický kremík, alternatívou k mono- alebo polykryštalickému kremíku sú tzv. tenkovrstvové technológie, založené na báze chemických zlúčenín (napríklad kadmium-telúr), ktoré sa nanášajú na podklad.
Jediným limitujúcim faktorom umiestnenia FV panelov je vhodná orientácia – najlepšie na juh, s odchýlkou najviac 50° na východ alebo západ. Možno využiť i plochy s odlišnou orientáciou, účinnosť elektrárne však bude nižšia. Ideálne naklonenie FV panela v našej zemepisnej šírke je asi 35° voči vodorovnej rovine. Praktické a bezpečné je využiť na slnečnú elektráreň strechu domu. V tomto prípade nie je potrebné ani stavebné povolenie.

Životnosť a údržba FVE Životnosť stacionárnych FVE sa počíta na niekoľko desiatok rokov, a pretože neobsahujú žiadne pohyblivé časti, ktoré by sa mohli opotrebovať, nie je potrebná prakticky žiadna údržba. FV panely majú pri skolne nad 20° samočistiacu schopnosť – pri daždi sa prachu, lístia a iné drobné nečistoty zmyjú samé. Aby bol výkon ideálny, odporúča sa panely 1- až 2-krát za rok poumývať, i keď vplyv znečistenia na ich účinnosť nie je nijako významný – aj v prevádzkach pri diaľniciach sa znečistením zníži najviac o 3 až 4 %. Povrch panelov je skonšruovaný tak, aby prežil krupobitie aj bežné poveternostné podmienky (jeho odolnosť možno prirovnať k čelnému sklu auta), katastrofy by malo riešiť poistenie.

224728

Súvislosti medzi cenou, účinnosťou a plochou

Hoci je kremík najrozšírenejší prvok na Zemi, jeho spracovanie do formy polovodiča je technologicky náročné, z čoho vyplýva aj pomerne vysoká cena FV modulov. Výroba monokryštalických modulov z čistého kremíka je energeticky aj finančne najnáročnejšia, pracujú však s najvyššou účinnosťou – 14 až 20 %. (Ak 1 m² ideálne naklonenej plochy dopadne za rok 1 000 kWh slnečnej energie, panel so 15 % účinnosťou ju premení na 150 kWh elektrickej energie.) Nielen účinnosť, ale aj cena takýchto modulov je však najvyššia – asi 2,2 až 3 €/W (60,25 až 84,35 Sk). Technologicky odlišná výroba polykryštalických modulov má za následok ich mierne nižšiu účinnosť, obstarávacia cena jedného inštalovaného kW však ostáva približne rovnaká. Tenkovrstvová technológia je síce lacnejšia (asi 1,6 až 2,4 €/W (48,20 až 60,25 Sk)), takéto panely však majú nižšiu účinnosť (od 5 do 11 %), takže na výrobu 1 kWh elektrickej energie je potrebná väčšia plocha. Záleží teda na situácii – ak chcete FV panely umiestniť napríklad na strechu rodinného domu, máte k dispozícii obmedzenú plochu a vhodnejšie tu budú drahšie, kremíkové panely, ktoré využijú slnečné žiarenie najúčinnejšie. Ak však máte plochy dostatok, môžete dosiahnuť najvýhodnejšiu cenu inštalácie s rovnakým výkonom pomocou tenkovrstvových panelov s väčšou celkovou plochou. Podľa účinnosti sa plocha panelov na 1 kW inštalovaného výkonu môže pohybovať asi od 6 do 12 m².
{R1}

Ďalším dôležitým faktom je, že mono- a polykryštalické panely sú na trhu asi 40 rokov, takže sa dá pomerne presne predvídať ich životnosť, pokles výkonu súvisiaci s časom a podobne. Tenkovrstvové panely sa využívajú len asi 10 rokov a tak zmeny ich vlastností v čase poznáme iba z testov v skúšobniach, na druhej strane sú však v porovnaní s kryštalickými menej citlivé na vysoké teploty a tienenie.

Modelový príklad Lokalita: Bratislava Orientácia na juh/sklon strechy: 0°/ 35° Globálne žiarenie pod sklonom 35°: 1 335 kWh/m2 za rok Inštalácia/technológia: 5 kWp/tenkovrstevná Počet modulov: 64 Plocha modulov: 46 m2 Účinnosť modulov: 11 % Špecifický ročný výnos: 1067 kWh/kWp Ročná produkcia el. energie: 5 335 kWh Ročný hrubý zisk (ročná producia × 0,448 € (13,50 Sk)): 2 390 € (72 003,50 Sk) Cena zariadenia (s DPH): 19 000 € (572 394 Sk) Jeden inštalovaný kW vyrobí u nás za rok priemerne asi 1 000 kWh elektrickej energie. Pre rodinné domy bežná inštalácia 5 kW, vyrobí teda za prvý rok asi 5 000 kWh za rok (1 000 kWh na 1 inštalovaný kW). Pri cene 0,448 € (13,50 Sk) za kWh to znamená 2 240 € (67 482,20 Sk) ročne. Ak uvážime cenu inštalácie  19 000 € (549  489,29 Sk) a znižovanie produkcie energie z FVE o 0,8% ročne, vyjde nám hrubá návratnosť na 8,7 roka. (zdroj: Generm)

Oplatí sa to?

Návratnosť investície do FVE sa pri malých inštaláciách, aké sú bežné na rodinných domoch, odhaduje približne na 8 až 12 rokov (záleží napríklad na polohe v rámci Slovenska, orientácii panelov a podobne). Náklady na inštaláciu 1 kW sa pohybujú od 3 600  € (108 453,60 Sk) do 5000 € (150 630 Sk) v závislosti od technológie a výrobcu. Takáto inštalácia u nás za rok vyrobí v závislosti od lokality  900 až 1 100 kWh, čo pri cene 0,448 € (13,50 Sk) za kWh znamená ročný zisk 403 € (12 140,80 Sk) až 493 € (14 852,10 Sk). Životnosť FV panelov, udávaná výrobcami, je okolo 25 rokov, niektoré inštalácie v Taliansku fungujú dokonca už 40 rokov. Ich výkon síce časom klesá (za 25 rokov poklesne asi o 20 %), ročný pokles asi o 0,8 % však nie je žiadnou tragédiou. Asi za 10 rokov sa vložená investícia vráti, a ešte ďalších 5 rokov platí štátom garantovaná výhodná výkupná cena. Aj potom však bude elektráreň produkovať energiu – minimálne ďalších 10 rokov. Pravdepodobne už za ňu dostanete len bežnú trhovú cenu (dnes je to okolo 8 centov (24 Sk)), aj to je však istý zdroj príjmu, prípadne úspora nákladov na prevádzku domácnosti. Navyše sa dá predpokladať, že cena elektrickej energie bude stúpať, takže sú to dobre investované peniaze. Ďalšou výhodou je aj to, že táto technológia je prakticky bezúdržbová a nepotebuje ďalšie náklady na prevádzku – nemusíte prikladať, kupovať uhlie ani tankovať naftu, stačí, keď svieti slnko. Energia sa dodáva sama a zadarmo, stačí raz do roka poumývať panely.

Fotovoltika a ekológia Solárna energia patrí k čistým, obnoviteľným zdrojom elektrickej energie a jej výroba vo FVE zaťažuje životné prostredie len minimálne – fotovoltika nemá žiadny negatívny vplyv na okolie a neprodukuje škodlivé emisie. Naopak, vo vyspelých krajinách každý inštalovaný kilowatt FV systému počas svojho životného cyklu zabráni vzniku až 40 t CO2. Pokročilejšie technológie, nové materiály a zlepšené vlastnosti solárnych panelov znižujú energetickú náročnosť ich výroby a zvyšujú účinnosť premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Energetická návratnosť, t. j. množstvo energie, ktoré musí FV systém vyrobiť, aby „splatil“ energiu vynaloženú na svoju výrobu, inštaláciu, údržbu a likvidáciu, je v podmienkach Slovenska 3 až 4 roky. Po skončení životnosti sa väčšina materiálu FV panelov recykluje. Výhodná je recyklácia najmä kremíkových článkov, kde sa dá usporiť 70 až 80 % energie v porovnaní s ich výrobou.