Upload
buinhi
View
230
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Program Ujedinjenih naroda za razvoj u Hrvatskoj
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije
Metodologija za modeliranje optimalnog tehničkog sustava
Kolovoz 2015.
1
Sadržaj
1 Uvod ................................................................................................................................................ 4
2 Otočni sustavi .................................................................................................................................. 4
3 Metodologija za odabir sustava ...................................................................................................... 6
3.1 Ulazni parametri i rubni uvjeti ................................................................................................. 7
3.1.1 Potrošnja električne energije .......................................................................................... 7
3.1.1.1 Pretpostavljena dnevna potrošnja većeg kućanstva ................................................... 7
3.1.1.2 Pretpostavljena dnevna potrošnja manjeg kućanstva .............................................. 12
3.1.1.3 Pretpostavljena dnevna potrošnja samačkog kućanstva .......................................... 15
3.1.2 Insulacija ........................................................................................................................ 18
3.1.3 Autonomija sustava ....................................................................................................... 18
3.1.4 Minimalni udio električne energije proizveden iz FN sustava ....................................... 19
3.2 Optimiranje sustava .............................................................................................................. 20
3.2.1 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja ................................................. 20
3.2.2 Proračun snage i broja potrebnih modula..................................................................... 22
3.2.3 Kompatibilnost komponenti sustava ............................................................................. 26
4 Verifikacija u simulacijskom programu ......................................................................................... 27
4.1 Predviđena dnevna potrošnja ............................................................................................... 27
4.2 Satno i dnevno odstupanje u potrošnji električne energije .................................................. 27
4.3 Maksimalni dopušteni manjak u proizvodnji električne energije ......................................... 28
4.4 Podaci o solarnom zračenju .................................................................................................. 28
4.5 Komponente sustava ............................................................................................................. 28
4.5.1 Pomoćni agregat ............................................................................................................ 28
4.5.2 Fotonaponski moduli ..................................................................................................... 29
4.5.3 Solarni akumulator ........................................................................................................ 29
4.5.4 Bidirekcijski pretvarač ................................................................................................... 29
4.5.5 Jedinične cijene komponenti sustava ............................................................................ 30
4.6 Rezultati optimizacije ............................................................................................................ 31
4.6.1 Rezultati optimizacije za PV3000 ................................................................................... 31
4.6.2 Rezultati optimizacije za sustav PV1500 ....................................................................... 32
4.7 Udio komponenti u investicijskom i neto sadašnjem trošku sustava ................................... 33
4.8 Ekonomska isplativost otočnog FN sustava .......................................................................... 35
4.8.1 Definiranje parametara mreže ...................................................................................... 35
4.8.2 Usporedba troška otočnog sustava i klasične elektrifikacije ......................................... 35
2
5 Procijenjeni trošak održavanja sustava ......................................................................................... 37
5.1 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV3000 ................................................................. 37
5.1.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 38
5.1.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 39
5.2 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1500 ................................................................. 40
5.2.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 40
5.2.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 42
5.3 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1000 ................................................................. 43
5.3.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina ...................................................... 44
5.3.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina ........................................................ 45
Pregled slika Slika 1 Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog pretvarača .................................................................... 6
Slika 2 Konfiguracija sustava s bidirekcijskim pretvaračem .................................................................... 6
Slika 3 Konfiguracija sustava s mrežnim izmjenjivačem .......................................................................... 7
Slika 4 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za veće kućanstvo ........................................... 11
Slika 5 Graf dnevne utrošene energije za veće kućanstvo .................................................................... 11
Slika 6 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za manje kućanstvo ......................................... 14
Slika 7 Graf dnevne utrošene energije za manje kućanstvo ................................................................. 14
Slika 8 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za samačko kućanstvo ..................................... 17
Slika 9 Graf dnevne utrošene energije za samačko kućanstvo ............................................................. 17
Slika 10 Ozračenost na horizontalnu plohu ........................................................................................... 18
Slika 11 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV3000 .............. 23
Slika 12 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1500 ............... 25
Slika 13 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1000 ............... 26
Slika 14 Udio komponenti sustava u investicijskom trošku .................................................................. 33
Slika 15 Udio komponenti sustava u neto sadašnjem trošku ................................................................ 33
Slika 16 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV3000....................................... 34
Slika 17 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV1500....................................... 34
Slika 18 NPC u ovisnosti o udaljenosti od mreže ................................................................................... 35
Slika 19 Usporedba različitih rješenja elektrifikacije ............................................................................. 36
Pregled tablica Tablica 1 Pretpostavljena potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo .......................................... 8
Tablica 2 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" ...................................... 8
3
Tablica 3 Pretpostavljena potrošnja za trošila koja nisu predviđena za modelirani sustav .................... 9
Tablica 4 Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima .......... 10
Tablica 5 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo .................................................... 12
Tablica 6 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" .................................... 12
Tablica 7 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima ................................... 13
Tablica 8 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo .................................................... 15
Tablica 9 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo" .................................... 15
Tablica 10 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima ................................. 16
Tablica 11 Geografski položaj Karlovca ................................................................................................. 18
Tablica 12 Osnovni parametri sustava .................................................................................................. 20
Tablica 13 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja ........................................................ 21
Tablica 14 Proračun broja potrebnih modula ....................................................................................... 22
Tablica 15 Proračun za sustav PV3000 .................................................................................................. 23
Tablica 16 Proračun za sustav PV1500 .................................................................................................. 24
Tablica 17 Proračun za sustav PV1000 .................................................................................................. 25
Tablica 18 Osnovne pretpostavke pri modeliranju sustava .................................................................. 27
Tablica 19 Cijene komponenti sustava .................................................................................................. 30
Tablica 20 Rezultati optimizacije za sustav PV3000 .............................................................................. 31
Tablica 21 Rezultati optimizacije za sustav PV1500 .............................................................................. 32
Tablica 22 Jedinične cijene klasične elektrifikacije ................................................................................ 35
Tablica 23 Procijenjeni trošak sustava PV3000 po komponentama ..................................................... 37
Tablica 24 Troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 38
Tablica 25 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (25 godina) ........................................... 39
Tablica 26 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (5 godina) ............................................. 39
Tablica 27 Procijenjeni trošak sustava PV1500 po komponentama ..................................................... 40
Tablica 28 Troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 41
Tablica 29 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (25 godina) ........................................... 41
Tablica 30 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (5 godina) ............................................. 42
Tablica 31 Procijenjeni trošak sustava PV1000 po komponentama ..................................................... 43
Tablica 32 Troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina ............................................................. 44
Tablica 33 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (25 godina) ........................................... 44
Tablica 34 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (5 godina) ............................................. 45
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
4
1 Uvod
Program Ujedinjenih naroda za razvoj u Hrvatskoj (UNDP) provodi projekt “Elektrifikacija ruralnih
krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije“ kojem je cilj osigurati pristup električnoj energiji
kućanstvima koja žive u ruralnim područjima Hrvatske, udaljena od elektroenergetske mreže.
U takvim slučajevima izgradnja elektroenergetske mreže do objekta je u pravilu iznimno skupo. Stoga
je UNDP odabrao pristup kojim se kućanstvima omogućava pristup električnoj energiji, ali
korištenjem otočnih (autonomnih) solarnih sustava, bez potrebe za priključak na elektroenergetsku
mrežu.
Ova metodologija je izrađena za potrebe dimenzioniranja otočnih solarnih sustava koji će se koristiti
za elektrifikaciju kućanstava obuhvaćena projektom. Metodologija je izrađena na temelju tehničkih,
ekonomskih, društvenih i ekoloških kriterija.
Ciljevi metodologije:
1. Modeliranje potrošnje električne energije za kućanstava u ruralnim krajevima
2. Analiza i optimiranje otočnog solarnog sustava na temelju tehno-ekonomske analize
Za potrebe verifikacije rezultata analize i optimiranja sustava koristio se besplatni računalni alat
HOMER.
2 Otočni sustavi
Otočni sustavi su sustavi za proizvodnju električne energije koji nisu priključeni na elektroenergetsku
mrežu. Sustave koji koriste obnovljive izvore energije karakterizira nestalnost proizvodnje električne
energije (proizvode električnu energiju pod zadovoljenim vremenskim uvjetima) pa je osnovni zahtjev
na otočni sustav mogućnost skladištenja energije.
Vrste otočnih sustava:
1.Otočni sustav sa spremnikom energije – prilagođen je varijacijama između prevelike i
nedovoljne proizvedene energije za potrebe kućanstva.
2. Hibridni otočni sustav sa spremnikom energije – sustav koji osim fotonaponskog modula
koristi i druge obnovljive izvore (vjetroturbina ili hidrogenerator) ili električnim generatorom
(benzinski ili dizelski agregat).
Razlog za odabir hibridnog otočnog sustava sa spremnikom energije je veći stupanj sigurnosti i
iskoristivost.
Osnovni dijelovi otočnog fotonaponskog sustava:
1. Fotonaponski moduli
2. Baterije (solarni akumulator)
3. Izmjenjivač
4. Ispravljač (punjač baterije)
5 Pomoćni agregat
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
5
Električna energija proizvedena fotonaponskim modulima pohranjuje se preko regulatora punjenja u
baterije (solarni akumulator). Regulator punjenja ima funkciju kontrole punjenja i pražnjenja baterije.
Baterije omogućavaju korištenje električne energije kada nema sunčeve svjetlosti. Kapacitet baterija
izražen je u Ah – umnožak prosječne jakosti struje pražnjenja i vremena pražnjenja baterija.
Izmjenjivač je komponenta sustava koja pretvara istosmjernu struju iz baterije u izmjeničnu, pri čemu
trošilima osigurava i izmjenični napon 230 V / 50 Hz (sve vrste tipičnih mrežnih potrošača kao što su
hladnjaci, perilice, rasvjeta, televizor itd.). Ispravljač pretvara izmjeničnu električnu energiju u
istosmjernu, a ima ulogu punjenja baterije iz smjera agregata u hibridnom sustavu i kontrolu
punjenja. Potreba za ispravljačem, odnosno bidirekcijskim pretvaračem koji je kombinirani uređaj
izmjenjivač/punjač, ovisiti će o odabranoj konfiguraciji sustava.
Postoji niz računalnih simulacijskih programa kojim se mogu modelirati otočni solarni i hibridni
sustavi. HOMER je besplatni program koji obuhvaća sve aspekte prilikom modeliranja sustava te
pronalazi optimalno rješenje unutar zadanih parametara. Hibridni otočni sustav sa spremnikom
energije podvrgnut je tehničkoj i ekonomskoj analizi. Prilikom modeliranja fotonaponskih sustava
nastojalo se prikupiti što točnije podatke o investicijskim troškovima i troškovima rada i održavanja
pojedinih komponenti. Tehnički podaci komponenti koje su razmatrane prilikom modeliranja su
preuzeti s tvorničkih specifikacija.
Slučajevi u kojima je otočni hibridni FN sustav najpraktičnije (i ekonomski najisplativije) rješenje su:
(1) Priključak stambenog objekta nije moguć na vod niskog napona (0,4 kV) zbog prevelikih
gubitaka koji nastaju kao posljedica dužine voda. Maksimalna duljina niskonaponskog voda je oko
500 m. Dakle, priključak stambenog objekta vlastitim NN vodom sa sabirnica niskog napona obližnje
TS 10/0,4 kV nije moguć ako je udaljenost veća od 500 m.
(2) Priključak objekta moguć je samo uz izgradnju novog SN voda (SN 10kV), kao odcjep sa
postojećeg 10 kV voda uz dodatak vlastitog transformatora 10/0,4 kV, i predstavlja milijunsku
investiciju.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
6
3 Metodologija za odabir sustava
Dimenzioniranje komponenti otočnog fotonaponskog sustava i postavljanje rubnih uvjeta za konačan
odabir osnovni su koraci metodologije. Konfiguracija sustava predstavlja način slaganja pojedinih
komponenti.
Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog izmjenjivača, u kojem je punjenje baterije omogućeno iz FN
modula te pomoćnog agregata preko zajedničke DC sabirnice.
Slika 1 Konfiguracija sustava bez bidirekcijskog pretvarača
U konfiguraciji sustava s bidirekcijskim pretvaračem omogućeno je punjenje baterije pomoćnim
agregatom. Agregat je podređen bateriji i osigurava optimalne cikluse punjenja i pražnjenja. Životni
vijek baterije u ovoj konfiguraciji je dulji u odnosu na prethodnu. Premosni spoj agregata i trošila
omogućava napajanje kućanstva energijom iz agregata bez opterećivanja baterije ili kada je neka od
komponenti sustava u kvaru. Potrebno je omogućiti komunikaciju bidirekcijskog pretvarača i
agregata, a ove automatski upravljane komponente povisuju investicijski trošak sustava.
Slika 2 Konfiguracija sustava s bidirekcijskim pretvaračem
Konfiguracija s mrežnim izmjenjivačem omogućuje optimalno iskorištavanje proizvedene električne
energije iz FN modula i dodatno produljuje životni vijek baterije, ali zahtjeva postojeću stabilnu vezu
prema trošilima.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
7
Slika 3 Konfiguracija sustava s mrežnim izmjenjivačem
3.1 Ulazni parametri i rubni uvjeti
3.1.1 Potrošnja električne energije
Za dimenzioniranje sustava potrebno je razumjeti potrebe kućanstva za električnom energijom.
Prosječna godišnja potrošnja električne energije za prosječno četveročlano kućanstvo u Hrvatskoj
iznosi približno 2.500 kWh. Za potrebe dimenzioniranja otočnog sustava za kućanstvo u ruralnim
krajevima modelirana je potrošnja energije koja odgovara minimalnoj potrošnji električne energije
koja zadovoljava korištenje svih standardnih električnih uređaja, ali uz pretpostavku racionalnog
korištenja električne energije i upotrebu LED rasvjete i energetski efikasnih uređaja.
Za potrebe jednostavnijeg planiranja financijskih sredstava i provedbe postupka javne nabave
opreme, modelirana su tri tipska sustava. Veći sustav (PV3000) za potrebe kućanstva s tri ili više
članova, manji sustav (PV1500) za potrebe dvočlanog kućanstva te mikro sustav (PV1000) za potrebe
samačkog kućanstva za kojeg ne postoji gospodarski potencijal i potrebno je ispuniti samo osnovne
potrebe za električnom energijom.
Dnevna krivulja opterećenja modelirana je prema uobičajenim navikama prosječnog kućanstva i
specifičnim zahtjevima korištenja otočnih solarnih sustava. Ključni parametri za predviđanje
potrošnje električne energije i dimenzioniranje sustava su broj članova kućanstva, energetska
efikasnost, broj i instalirana snaga trošila, geografski položaj i orijentacija objekta. Pri modeliranju
potreba za električnom energijom pretpostavlja se da se za pripremu potrošne tople vode i grijanje
koristi drugi izvor energije.
3.1.1.1 Pretpostavljena dnevna potrošnja većeg kućanstva
Karakteristična potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo prikazana je u Tablici 1. Potrošnja
kućanstva pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
8
Tablica 1 Pretpostavljena potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo
Tročlano ili četveročlano kućanstvo Broj
uređaja Snaga
(W)
Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja
(Wh/dan)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Rasvjeta dnevni boravak/kuhinja 20W
2 40 3 5 120 200
Rasvjeta kupaona 11W 2 22 1 1 22 22
Rasvjeta spavaća soba 15W 2 30 1 1 30 30
Rasvjeta spavaća soba 7W 2 14 1 1 14 14
Vanjska rasvjeta 20W 2 40 1 3 40 120
Rasvjeta hodnik 15W 1 15 2 3 30 45
Hladnjak + ledenica (176 l + 40l) 1
- - 634 634
Perilica rublja (5 kg) 1 2.200 100 ciklusa 100 ciklusa 521 521
Pumpa za vodu 1 850 0,5 0,5 425 425
Radio 1 14 4 4 56 56
TV (LCD) 1 60 4 4 240 240
Ostalo
1.850 1.850
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 3.982 4.157
Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)
4.070
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
1.485
Kategorija “Ostalo“ u Tablici 1 obuhvaća upotrebu računala i malih kućanskih aparata – sušila za
kosu, usisavača, kuhala za vodu, miksera i mikrovalne pećnice. Pretpostavljena potrošnja većeg
kućanstva za trošila u ovoj kategoriji prikazana je u Tablici 2.
Tablica 2 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"
Ostalo Sati po ciklusu
korištenja
Broj ciklusa u godini
Sati korištenja godišnje
Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)
Računalo 3 365 1095 130 142.350
Sušilo za kosu 0,25 150 37,5 1.600 60.000
Usisavač 0,25 150 37,5 1.600 60.000
Kuhalo za vodu 0,05 200 10 2.000 20.000
Mikser 0,15 150 22,5 350 7.875
Mikrovalna pećnica 0,08 365 29,2 700 20.440
Godišnja potrošnja – ostalo (Wh/god) 310.665
Dnevna potrošnja – ostalo (Wh/dan) 850
*Dodatna trošila (Wh/dan) 1.000
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.851
*Predviđena je dnevna potrošnja energije od 1.000 Wh za dodatna trošila. Izbor trošila ovisiti će o
specifičnim potrebama pojedinog kućanstva.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
9
Uređaji koji nisu predviđeni pri modeliranju potrošnje, ali je njihova ugradnja u sustav uz racionalno
korištenje (iskorištavanje viškova proizvedene solarne energije) moguća, ili iznimno, spajanjem na
agregat. Upravljati potrošnjom je iznimno bitno za sustave s obnovljivim izvorima energije, a za
solarni sustav to znači da se trošila veće snage koriste u doba dana kada je baterija puna i kada se
sunčeva energija može izravno koristiti, bez potrebe za pražnjenjem baterije (ako se kućanstvo odluči
npr. na ugradnju električnog bojlera). U Tablici 3 dana je pretpostavljena potrošnja većeg kućanstva
uz grijanje potrošne tople vode (PTV) električnim bojlerom i pripremu hrane električno-plinskim
štednjakom. Vidljivo je da ti opcionalni uređaji doprinose ukupnoj potrošnji električne energije s oko
50%. Zbog toga je bolje rješenje instalacija solarnih toplinskih sustava za pripremu PTV te korištenje
plinskih štednjaka za pripremu hrane.
Tablica 3 Pretpostavljena potrošnja za trošila koja nisu predviđena za modelirani sustav
Opcionalni uređaji Broj
uređaja Snaga
(W)
Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja
(Wh/dan)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Električni bojler 65 l 1 2,000 2 2 4,000 4,000
Električno-plinski štednjak 1 4,500 40 ciklusa 40 ciklusa 173 173
Srednja dnevna potrošnja (Wh/dan) 4.173
Nova ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)
8.243
Udio u ukupnoj potrošnji 50,63%
Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima prikazana je
Tablicom 4. Na temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja za veće kućanstvo.
Udjeli pojedinih grupa trošila u dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 4.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
10
Tablica 4 Pretpostavljena dnevna potrošnja za tročlano ili četveročlano kućanstvo po satima
Hladnjak
Perilica rublja i pumpa za
vodu Rasvjeta TV i radio Ostalo
Utrošena energija (Wh)
00:00 - 01:00 27
10
37
01:00 - 02:00 27
27
02:00 - 03:00 27
27
03:00 - 04:00 27
27
04:00 - 05:00 27
27
05:00 - 06:00 27
27
06:00 - 07:00 27
20 14
61
07:00 - 08:00 27
20 14
61
08:00 - 09:00 27
14
41
09:00 - 10:00 27
20
47
10:00 - 11:00 27
27
11:00 - 12:00 27 425
60
512
12:00 - 13:00 27 521
14
562
13:00 - 14:00 27
20
1000 1047
14:00 - 15:00 27
400 427
15:00 - 16:00 27
20
47
16:00 - 17:00 27
20
47
17:00 - 18:00 27
20
47
18:00 - 19:00 27
30 60 450 567
19:00 - 20:00 27
40 60
127
20:00 - 21:00 27
40
67
21:00 - 22:00 27
40
67
22:00 - 23:00 27
20 60
107
23:00 - 24:00 27
10
37
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)
4.070
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
1.485
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
11
Slika 4 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za veće kućanstvo
Na Slici 5 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za veće kućanstvo. Površina ispod krivulje
predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.
Slika 5 Graf dnevne utrošene energije za veće kućanstvo
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
12
3.1.1.2 Pretpostavljena dnevna potrošnja manjeg kućanstva
Karakteristična potrošnja za dvočlano kućanstvo prikazana je u Tablici 5. Potrošnja kućanstva
pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.
Tablica 5 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo
Dvočlano kućanstvo Broj
uređaja Snaga
(W)
Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja
(Wh/dan)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Rasvjeta dnevni boravak/kuhinja 20W
2 40 3 5 120 200
Rasvjeta kupaona 11W 1 11 1 1 11 11
Rasvjeta spavaća soba 15W 1 15 1 1 15 15
Rasvjeta spavaća soba 7W 1 7 1 1 7 7
Vanjska rasvjeta 20W 1 20 1 3 20 60
Rasvjeta hodnik 15W 1 15 2 3 30 45
Hladnjak + ledenica (130l + 40l) 1
- - 590 590
Perilica rublja (5 kg) 1 2.200 60 ciklusa 60 ciklusa 312 312
Radio 1 14 3 3 42 42
TV (LCD) 1 60 4 4 240 240
Ostalo
420 420
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.807 1.942
Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)
1.874
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
684
Kategorija “Ostalo“ u Tablici 5 obuhvaća upotrebu računala i malih kućanskih aparata – sušila za
kosu, usisavača, kuhala za vodu, miksera i mikrovalne pećnice. Pretpostavljena potrošnja dvočlanog
kućanstva za trošila u ovoj kategoriji prikazana je u Tablici 6.
Tablica 6 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"
Ostalo Sati po ciklusu
korištenja
Broj ciklusa u godini
Sati korištenja godišnje
Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)
Računalo 1 365 365 130 47.450
Sušilo za kosu 0,25 100 25 1.600 40.000
Usisavač 0,25 100 25 1.600 40.000
Kuhalo za vodu 0,05 150 7,5 2.000 15.000
Mikser 0,15 100 15 350 5.250
Mikrovalna pećnica 0,08 100 8 700 5.600
Ukupno godišnje – ostalo (Wh/god) 153.300
Ukupno dnevno – ostalo (Wh/dan) 420
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
13
Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima prikazana je Tablicom 7. Na
temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja za manje kućanstvo. Udjeli pojedinih
grupa trošila u dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 6.
Tablica 7 Pretpostavljena dnevna potrošnja za dvočlano kućanstvo po satima
Hladnjak Perilica rublja Rasvjeta TV i radio Ostalo Utrošena
energija (Wh)
00:00 - 01:00 25
10
35
01:00 - 02:00 25
25
02:00 - 03:00 25
25
03:00 - 04:00 25
25
04:00 - 05:00 25
25
05:00 - 06:00 25
25
06:00 - 07:00 25
20 14
59
07:00 - 08:00 25
20 14
59
08:00 - 09:00 25
14
39
09:00 - 10:00 25
20
45
10:00 - 11:00 25
25
11:00 - 12:00 25
25
12:00 - 13:00 25
60
85
13:00 - 14:00 25 312 20
357
14:00 - 15:00 25
220 245
15:00 - 16:00 25
25
16:00 - 17:00 25
20
45
17:00 - 18:00 25
20
45
18:00 - 19:00 25
20 60 200 305
19:00 - 20:00 25
25 60
110
20:00 - 21:00 25
25
50
21:00 - 22:00 25
30
55
22:00 - 23:00 25
20 60
105
23:00 - 24:00 25
10
35
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)
1.874
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
684
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
14
Slika 6 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za manje kućanstvo
Na Slici 7 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za manje kućanstvo. Površina ispod krivulje
predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.
Slika 7 Graf dnevne utrošene energije za manje kućanstvo
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
15
3.1.1.3 Pretpostavljena dnevna potrošnja samačkog kućanstva
Karakteristična potrošnja za samačko kućanstvo za kojeg ne postoji gospodarski potencijal i potrebno
je ispuniti samo osnovne potrebe za električnom energijom prikazano je u Tablici 8. Potrošnja
kućanstva pretpostavlja različite uređaje i njihovu dnevnu upotrebu.
Tablica 8 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo
Samačko kućanstvo Broj
uređaja Snaga
(W)
Dnevno korištenje (sati) Dnevna potrošnja
(Wh/dan)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Ljeto (182,5 dana)
Zima (182,5 dana)
Unutarnja rasvjeta 10W 4 40 3 5 120 200
Vanjska rasvjeta 20W 1 20 2 3 40 60
Hladnjak + ledenica (130 L + 40L) 1
- - 590 590
TV (LCD) 1 60 4 4 240 240
Ostalo
356 356
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan) 1.346 1.446
Ukupna srednja dnevna potrošnja (Wh/dan)
1.396
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
510
Kategorija “Ostalo“ u Tablici 8 obuhvaća upotrebu računala, pumpe za vodu i sušila za kosu ili drugog
malog kućanskog uređaja. Pretpostavljena potrošnja samačkog kućanstva za trošila u ovoj kategoriji
prikazana je u Tablici 9.
Tablica 9 Pretpostavljena potrošnja kućanstva za trošila u kategoriji "Ostalo"
Ostalo Sati po ciklusu
korištenja
Broj ciklusa u godini
Sati korištenja godišnje
Snaga (W) Godišnja potrošnja (Wh/god)
Računalo 1 365 365 130 47.450
Sušilo za kosu 0,25 100 25 1.600 40.000
Pumpa 0,5 100 50 850 42.500
Ukupno godišnje – ostalo (Wh/god) 129.950
Ukupno dnevno – ostalo (Wh/dan) 356
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
16
Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima prikazana je Tablicom 10. Na
temelju ovih podataka moguće je izraditi krivulju opterećenja. Udjeli pojedinih grupa trošila u
dnevnom opterećenju prikazani su na Slici 8.
Tablica 10 Pretpostavljena dnevna potrošnja za samačko kućanstvo po satima
Hladnjak Rasvjeta TV Ostalo Utrošena
energija (Wh)
00:00 - 01:00 25 10 35
01:00 - 02:00 25 25
02:00 - 03:00 25 25
03:00 - 04:00 25 25
04:00 - 05:00 25 25
05:00 - 06:00 25 25
06:00 - 07:00 25 10
35
07:00 - 08:00 25 20 45
08:00 - 09:00 25 25
09:00 - 10:00 25 20 45
10:00 - 11:00 25 60 85
11:00 - 12:00 25 250 275
12:00 - 13:00 25
25
13:00 - 14:00 25 10 35
14:00 - 15:00 25 100 125
15:00 - 16:00 25 25
16:00 - 17:00 25 20 45
17:00 - 18:00 25 20 45
18:00 - 19:00 25 20
45
19:00 - 20:00 25 20 60 105
20:00 - 21:00 25 20 60 105
21:00 - 22:00 25 20 60 105
22:00 - 23:00 25 10 35
23:00 - 24:00 25 10 35
Ukupna dnevna potrošnja (Wh/dan)
1.400
Ukupna godišnja potrošnja (kWh/god)
510
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
17
Slika 8 Graf dnevnog opterećenja po komponentama za samačko kućanstvo
Na Slici 9 prikazana je dnevna krivulja opterećenja za samačko kućanstvo. Površina ispod krivulje
predstavlja ukupnu utrošenu energiju u promatranom periodu izraženu u Wh.
Slika 9 Graf dnevne utrošene energije za samačko kućanstvo
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
18
3.1.2 Insulacija
Podaci o intenzitetu Sunčeva zračenja potrebni su za proračun proizvodnje električne energije FN
sustava. Lokacija objekta za koji se modelira FN sustav se specificira zemljopisnom širinom i dužinom.
Pri tome je zemljopisna širina važna varijabla, osobito za fiksne FN module postavljene pod
određenim kutom. Podaci o solarnom zračenju preuzeti su iz Photovoltaic Geographical Information
System (PVGIS) baze podataka.
Odabrana mikrolokacija za potrebne dimenzioniranja sustava je Karlovac. Geografski položaj Karlovca
dan je u Tablici 11.
Tablica 11 Geografski položaj Karlovca
Geografska širina 45° 29' N
Geografska dužina 15° 33' E
Ozračenost na horizontalnu plohu i indeks prozirnosti za Karlovac prikazani su Slikom 10. Prosječna
vrijednost solarnog zračenja iznosi 3,77 kWh/m2/dan. Prosječni broj sunčanih sati godišnje je oko
2.000.
Slika 10 Ozračenost na horizontalnu plohu
3.1.3 Autonomija sustava
Autonomija sustava je vremenski period u kojem sustav može zadovoljavati potrebe kućanstva za
električnom energijom iz energije pohranjene u baterijama, bez korištenja FN sustava.
Dimenzioniranje autonomije otočnog sustava bitno je kako bi potrebe za električnom energijom
kućanstva bile zadovoljene i u periodima kada zbog vremenskih uvjeta ili drugih razloga nije moguća
proizvodnja električne energije iz FN sustava. Autonomija otočnog sustava odnosi se na raspoloživ
kapacitet baterije za pohranu električne energije.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Sij Velj Ožu Tra Svi Lip Srp Kol Ruj Lis Stu Pro
0
1
2
3
4
5
6
7
Ind
eks
pro
zirn
ost
i
Mjesec
Dn
evn
a o
zrač
eno
st (
kWh
/m2
/dan
)
Ozračenost na horizontalnu plohu - Karlovac
Dnevna ozračenost Indeks prozirnosti
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
19
Za proračun potrebnih baterijskih jedinica, uz definirano opterećenje i željenu autonomiju sustava,
koristi se sljedeća formula:
𝑁𝑏𝑎𝑡 =𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚,𝑠𝑟 × 𝐴𝑏𝑎𝑡 × (24 ℎ/𝑑𝑎𝑛)−1
𝑉𝑛𝑄𝑛𝑡𝑍
Gdje je
Nbat = broj potrebnih povezanih baterijskih jedinica [#]
Abat = predviđena autonomija baterije [h]
Vn = nazivni napon baterijske jedinice [V]
Qn = nazivni kapacitet baterijske jedinice [Ah]
tZ = koeficijent dubine pražnjenja [%]
Lprim,sr = srednje dnevno opterećenje [Wh/dan]
Za dimenzioniranje sustava, pretpostavlja se minimalni period autonomije od 48 sati (2 dana) za
sustav PV1000 te autonomija od 72 sata (3 dana) za sustave PV1500 i PV3000, prema modeliranoj
prosječnoj dnevnoj potrošnji.
Upotrebom navedene formule za izračun osigurane autonomije sustava uz poznate komponente
sustava
12 V nazivni napon baterijske jedinice,
220 Ah nazivni kapacitet baterijske jedinice,
60% dozvoljena dubina pražnjenja,
te pretpostavljene dnevne potrošnje za tri tipa kućanstva, za koja su predviđena tri tipska sustava
PV1000, PV1500 i PV3000, s parnim brojem baterijskih jedinica kako bi se zadovoljili zahtjevi na
voltažu sustava i trajanje autonomije (za sustave redom 2, 4 i 8 baterijskih jedinica) izračunato je
trajanje autonomije:
PV1000 1400 Wh/dan 2 x 12 V x 220 Ah x 60% 54 sata
PV1500 1874 Wh/dan 4 x 12 V x 220 Ah x 60% 81 sat
PV3000 4070 Wh/dan 8 x 12 V x 220 Ah x 60% 75 sati
Objašnjenje navedenih veličina, kao i detaljni proračun koji uzima u obzir i gubitke u solarnim
sustavima, dani su u poglavlju 3.2 Optimiranje sustava. S obzirom da su baterije dio sustava čije
ponašanje ovisi o načinu potrošnje električne energije (o broju ciklusa punjenja i pražnjenja, brzini
pražnjenja), proračun je ponovljen u simulacijskom programu Homer. Rezultati optimizacije dani su u
poglavlju 4 Verifikacija u simulacijskom programu.
3.1.4 Minimalni udio električne energije proizveden iz FN sustava
Sustav je potrebno dimenzionirati na način da zadovolji osnovne potrebe kućanstva za električnom
energijom. Rubni uvjet minimalnog udjela električne energije proizvedene iz FN sustava(udio
penetracije fotonaponskog sustava) postavljen je kako bi iz sunčeve energije bilo zadovoljeno
minimalno 90% potreba na godišnjoj razini. Ovaj uvjet ima ekonomsku, društvenu i ekološku
dimenziju. Ovim uvjetom se ograničava potreba za korištenjem agregata, tj. potrošnja goriva za
pogon agregata čime se izravno ograničava financijsko opterećenje na korisnika sustava (kućanstvo) i
emisija stakleničkih plinova. Odabirom sustava koji će zahtijevati korištenje pomoćnog agregata do
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
20
130 litara i izdaci za gorivo su ograničeni na 1.000 do 1.500 kuna godišnje, uzimajući u obzir cijene
benzina u 2014. godini.
3.2 Optimiranje sustava
Nakon što je definirana potrošnja objekta, odabiru se osnovne komponente sustava i definiraju se
njihovi parametri.
3.2.1 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja
Kapacitet baterije definira se s dvije oznake, količinom spremljene energije kada je baterija puna,
izraženo u ampersatima (Ah), i C brojem. C broj označava za koliko će se sati baterija potpuno
isprazniti u ovisnosti o struji pražnjena. C20 znači da će se baterija kapaciteta 100 Ah isprazniti za 20
sati, odnosno struja pražnjenja je 5 A tijekom 20 sati. Razlika baterija 100 Ah C20 i C100 je u tome što
će C100 biti moguće prazniti 100 sati sa strujom pražnjenja 1 A, a 13,5 sati sa strujom pražnjenja 5A.
Njen stvarni kapacitet pri struji pražnjenja 5 A nije 100 Ah, već 5 x 13,5 = 67,5 Ah.
Dozvoljeni stupanj pražnjenja akumulatora je vrijednost koja se ne smije prekoračiti, kako ne bi došlo
do trajnog oštećenje ćelija baterije i smanjenja životnog vijeka. Koeficijent dubine pražnjenja tZ=0,2
označava da se akumulator smije prazniti do 20% svog kapaciteta. Pri dimenzioniranju komponenti
najčešće se postavlja tZ=0,6. Pražnjenje akumulatora od do 60% kapaciteta osigurava njegov životni
vijek od minimalno 5 do 7 godina. Maksimalni životni vijek akumulatora je do 10 godina.
Efikasnost baterijske jedinice odnosi se na efikasnost kružne pretvorbe električne energije DC-
skladištenje-DC, odnosno koliki udio energije pohranjen u akumulatoru se može povratiti. Efikasnost
pretvorbe ηAh je oko 90%, a varira u ovisnosti o tipu i naponu baterije.
Koeficijent korištenja sustava pokazuje da li se električna energija iz akumulatora koristi svakodnevno
(hB=1) ili, primjerice, samo preko vikenda (hB=2/7).
Za potrebe proračuna odabran je napon baterije 24 V. Svaka baterijska jedinica je napona 12 V, a pri
projektiranju sustava odabrat će se način spajanja jedinica. Time se mijenja voltaža spoja, ali ukupan
raspoloživi kapacitet u baterijama ostaje isti. Može se pretpostaviti da će za sustave PV3000 i PV1500
baterijski sklop biti 48 V, a za PV1000 24 V. Osnovni parametri sustava dani su u Tablici 12.
Tablica 12 Osnovni parametri sustava
Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000
Potrebna energija u danu 𝐸𝑉 Wh 4.070 1.874 1.400
Napon baterije 𝑈𝑆 V 24 24 24
Koeficijent dubine pražnjenja akumulatora
𝑡𝑍
0,6 0,6 0,6
Stupanj korisnog djelovanja punjenja 𝜂𝐴ℎ
0,9 0,9 0,9
Trajanje autonomije 𝑛𝐴 d 3 3 3
Koeficijent korištenja sustava ℎ𝐵
1 1 1
Predviđena dnevna potreba kućanstva za električnom energijom, izražena u Wh, preračunava se
preko napona akumulatora na dnevno potrebne Ah koje on mora osigurati. Potrebno je uzeti u obzir i
predviđeni broj dana autonomije akumulatora. Idealni akumulatora je onaj čiji je kapacitet moguće
iskoristiti 100%. Akumulator je zbog održavanja životnog vijeka poželjno prazniti do polovice ukupnog
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
21
kapaciteta pa se na taj način odabire i kapacitet realnog akumulatora. Dnevno punjenje QL
predstavlja energiju izraženu u Ah koja se mora dnevno dovesti do stezaljki akumulatora da bi se
osigurala projektirana potrošnja iz akumulatora. QL definira koliko energije je potrebno osigurati iz
fotonaponskih modula i predstavlja ključan podatak u proračunu.
U Tablici 13 prikazan je proračun kapaciteta i potrebnog dnevnog punjenja akumulatora.
Tablica 13 Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja
Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000
Dnevna potrošnja 𝐸𝐷 = ℎ𝐵 × 𝐸𝑉 Wh 4.070 1.874 1.400
Dnevna potrošnja 𝑄𝐷 =𝐸𝐷
𝑈𝑆
Ah 170 78 58
Kapacitet idealnog akumulatora 𝐾𝑁 = 𝑛𝐴 ×𝐸𝑉
𝑈𝑆
Ah 509 234 175
Minimalni kapacitet realnog akumulatora
𝐾 =𝐾𝑁
𝑡𝑍
Ah 848 390 292
Dnevno punjenje 𝑄𝐿 =𝑄𝐷
𝜂𝐴ℎ
Ah 188 87 65
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
22
3.2.2 Proračun snage i broja potrebnih modula
Kako bi se ispunio zahtjev dnevnog punjenja baterije, uz definiranu dnevnu potrošnju i autonomiju
sustava, treba izračunati potrebnu energiju iz fotonaponskih modula.
Serijskim spajanjem FN modula nastaje niz, a paralelnim spojem nizova nastaje fotonaponsko polje.
Spajanjem modula u seriju zbrajaju se naponi modula u napon niza, uz zadržavanje iste struje koja
protječe kroz sve module. Spajanjem nizova u paralelu napon niza ostaje konstantan, a zbraja se
struja nizova. Broj modula spojenih serijski i paralelno bit će određen maksimalnim dozvoljenim
ulaznim naponom te maksimalnom ulaznom strujom regulatora punjenja, na koji se priključuju.
U tablicama u nastavku prikazan je proračun potrebne snage, odnosno broja potrebnih FN modula,
za sustave PV3000, PV1500 i PV1000 za sve mjesece u godini. Sve jedinice za energiju su na dnevnoj
razini. Energija iz pomoćnog izvora (agregata) koristi se za pokrivanje manjka iz FN modula u
potrebnom dnevnom punjenju baterije. Pri proračunu se uzima 10% veći napon baterije (1,1 US) koji
odgovara stvarnom stanju gdje se akumulator uvijek puni na višem naponu od nazivnog.
Faktor veličine sustava teži jedinici kada proizvodnja iz pomoćnog izvora i odabranog broja FN
modula u potpunosti zadovoljava projektiranu dnevnu potrošnju. Faktor je veći od jedinice u slučaju
kada sustav proizvodi manje energije nego što je potrebno, a manji je od jedinice kada sustav
proizvodi višak energije.
Tablica 14 Proračun broja potrebnih modula
Sve jedinice za energiju u tablicama u nastavku su na dnevnoj razini. Rezultati proračuna snage i broja
potrebnih modula za sustav PV3000 prikazani su u Tablici 15.
Oznaka Jedinica PV3000 PV1500 PV1000
Snaga modula 𝑃𝑀 W 250 250 250
Napon baterije 𝑈𝑆 V 24 24 24
Broj instaliranih FN modula 𝑛𝑀 # 10 5 4
Potrebno dnevno punjenje 𝑄𝐿 Ah
Pomoćni izvor energije (agregat)
𝐸𝐻 Wh
Pomoćni izvor energije (agregat)
𝑄𝐻 =𝐸𝐻
1,1 × 𝑈𝑆
Ah
Potrebna energija iz FN modula 𝑄𝐹𝑁 = 𝑄𝐿 − 𝑄𝐻 Ah
Energija iz 1 Wp - izvor PVGIS (Karlovac)
𝑌𝐹 Wh/Wp
Energija iz sustava FN modula 𝐸𝐷𝐶−𝑆 = 𝑛𝑀 × 𝑃𝑀 × 𝑌𝐹 Wh
Energija iz sustava FN modula 𝑄𝑆 =𝐸𝐷𝐶−𝑠
1,1 × 𝑈𝑆
Ah
Faktor veličine sustava 𝑛𝐹 =𝑄𝐹𝑁
𝑄𝑆
#
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
23
Tablica 15 Proračun za sustav PV3000
sij velj ožu trav svib lip
𝑄𝐿 188 188 188 188 188 188
𝐸𝐻 1.790 0 0 0 0 0
𝑄𝐻 67,8 0 0 0 0 0
𝑄𝐹𝑁 120,7 188,5 188,5 188,5 188,5 188,5
𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48
𝐸𝐷𝐶−𝑆 3.200 5.325 7.925 9.725 10.725 11.200
𝑄𝑆 121,2 201,7 300,2 368,4 406,3 424,2
𝑛𝐹 1,00 0,93 0,63 0,51 0,46 0,44
srp kolo ruj list stu pro
𝑄𝐿 188 188 188 188 188 188
𝐸𝐻 0 0 0 0 1.530 2.370
𝑄𝐻 0,0 0 0 0 58,0 89,8
𝑄𝐹𝑁 188,5 188,5 188,5 188,5 130,5 98,7
𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04
𝐸𝐷𝐶−𝑆 11.575 10.825 8.425 6.050 3.450 2.600
𝑄𝑆 438,4 410,0 319,1 229,2 130,7 98,5
𝑛𝐹 0,43 0,46 0,59 0,82 1,00 1,00
Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, u siječnju, studenom i prosincu, a potrebna energija iz agregata za kompenzaciju manjka EH prikazana je u Tablici 15. Manjak ovisi o instaliranoj vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 11. Za dopušteni manjak električne energije iz FN modula od 10%, snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 2,5 kW, a potrošnja goriva za rad agregata iznosi približno 120 l godišnje.
Slika 11 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV3000
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
24
Rezultati proračuna snage i broja potrebnih modula za PV1500 prikazani su u Tablici 16.
Tablica 16 Proračun za sustav PV1500
sij velj ožu trav svib lip
𝑄𝐿 87 87 87 87 87 87
𝐸𝐻 690 0 0 0 0 0
𝑄𝐻 26,1 0 0 0 0 0
𝑄𝐹𝑁 60,6 86,8 86,8 86,8 86,8 86,8
𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48
𝐸𝐷𝐶−𝑆 1.600 2.662,5 3.962,5 4.862,5 5.362,5 5.600
𝑄𝑆 60,6 100,9 150,1 184,2 203,1 212,1
𝑛𝐹 1,00 0,86 0,58 0,47 0,43 0,41
srp kolo ruj list stu pro
𝑄𝐿 87 87 87 87 87 87
𝐸𝐻 0 0 0 0 570 990
𝑄𝐻 0 0 0 0 21,6 37,5
𝑄𝐹𝑁 86,8 86,8 86,8 86,8 65,2 49,3
𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04
𝐸𝐷𝐶−𝑆 5.787,5 5.412,5 4.212,5 3.025 1.725 1.300
𝑄𝑆 219,2 205,0 159,6 114,6 65,3 49,2
𝑛𝐹 0,40 0,42 0,54 0,76 1,00 1,00
Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, kao i za
sustav PV3000. Potrebna energija iz agregata EH prikazana je u Tablici 16. Manjak ovisi o instaliranoj
vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 12. Za dopušteni manjak iz FN modula od 10%,
snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 1,25 kW, a potrošnja goriva za rad agregata iznosi
približno 50 l godišnje.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
25
Slika 12 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1500
Rezultati proračuna snage i broja potrebnih modula za sustav PV1000 prikazani su u Tablici 17.
Tablica 17 Proračun za sustav PV1000
sij velj ožu trav svib lip
𝑄𝐿 65 65 65 65 65 65
𝐸𝐻 435 0 0 0 0 0
𝑄𝐻 16,5 0 0 0 0 0
𝑄𝐹𝑁 48,4 64,8 64,8 64,8 64,8 64,8
𝑌𝐹 1,28 2,13 3,17 3,89 4,29 4,48
𝐸𝐷𝐶−𝑆 1280 2130 3170 3890 4290 4480
𝑄𝑆 48,5 80,7 120,1 147,3 162,5 169,7
𝑛𝐹 1,00 0,80 0,54 0,44 0,40 0,38
srp kolo ruj list stu pro
𝑄𝐿 65 65 65 65 65 65
𝐸𝐻 0 0 0 0 330 670
𝑄𝐻 0 0 0 0 12,5 25,4
𝑄𝐹𝑁 64,8 64,8 64,8 64,8 52,3 39,5
𝑌𝐹 4,63 4,33 3,37 2,42 1,38 1,04
𝐸𝐷𝐶−𝑆 4630 4330 3370 2420 1380 1040
𝑄𝑆 175,4 164,0 127,7 91,7 52,3 39,4
𝑛𝐹 0,37 0,40 0,51 0,71 1,00 1,00
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
26
Manjak u proizvodnji električne energije iz FN modula pojavljuje se tri mjeseca u godini, kao i u
proračunima za sustave PV3000 i PV1500. Potrebna energija iz agregata EH prikazana je u Tablici 17.
Manjak ovisi o instaliranoj vršnoj snazi FN modula, kako je prikazano na Slici 13. Za dopušteni manjak
iz FN modula od 10%, snaga sustava kojeg je potrebno instalirati iznosi 1,00 kW, a potrošnja goriva za
rad agregata iznosi približno 30 l godišnje.
Slika 13 Manjak u proizvodnji električne energije u ovisnosti o instaliranoj snazi – PV1000
3.2.3 Kompatibilnost komponenti sustava
Po odabiru instalirane snage fotonaposnkih modula izabire se odgovarajući regulator punjenja,
izmjenjivač i ispravljač (punjač baterije).
Punjač baterije (AC/DC pretvorba) provodi energiju u smjeru od pomoćnog agregata prema
baterijama, a izbor punjača prevelike snage ima za posljedicu ubrzano trošenje i starenje baterije. On
mora osigurati potrebnu istosmjernu struju punjenja, a to je oko 15% kapaciteta baterije (minimalno
120 A za kapacitet 848 Ah iz prethodnog proračuna). Izmjenjivač (DC/AC pretvorba) provodi energiju
u smjeru od baterija prema trošilima, a izborom izmjenjivača premale izlazne snage neće biti moguće
zadovoljiti potrošnju kućanstva.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
27
4 Verifikacija u simulacijskom programu
Računalni simulacijski programi služe za analizu izvodljivosti, dok stvarno ponašanje sustava nije
moguće točno predvidjeti. Ipak, na osnovu dobivenih rezultata može se donijeti odluka o izvodljivosti
pojedinog fotonaponskog sustava za zadovoljavanje energetskih potreba kućanstava.
Parametre koje je potrebno dimenzionirati pri simulaciji za odabir optimalnog rješenja u praksi je
potrebno prilagoditi pojedinoj lokaciji.
Osnovne (ekonomske) pretpostavke u simulacijskom programu Homer pri modeliranju sustava dane
su u Tablici 18.
Tablica 18 Osnovne pretpostavke pri modeliranju sustava
Životni vijek projekta 30 godina
Godišnja diskontna stopa u RH 5%
Trošak izgradnje mreže 200.000 kn/km
Troškovi održavanja 5.000kn/god/km
Cijena električne energije iz mreže 0,9 kn/kWh
Godišnji troškovi održavanja i vođenja energetske prijenosne mreže procijenjeni su na 2,5% investicijskog troška po kilometru voda.
4.1 Predviđena dnevna potrošnja
Predviđena dnevna potrošnja električne energije modelirana kako je prikazano u poglavlju 3.1.1.
Potrošnja električne energije te su isti iznosi potrošnje uzeti kao ulazni parametri pri verifikaciji u
simulacijskom programu. Dnevna potrošnja modelirana za sustav PV3000 iznosi 4.070 Wh, za sustav
PV1500 1.874 Wh, a za sustav PV1000 1.400 Wh.
4.2 Satno i dnevno odstupanje u potrošnji električne energije
Vršni iznosi snage ovisit će o trošilima koja se istovremeno koriste i nisu prikazani na dijagramu
opterećenja s rezolucijom jedan sat. Dnevni dijagram opterećenja kreiran na temelju uprosječenih
vrijednosti odskače od stvarnih iznosa snage, ali vjerno prikazuje potrošnju električne energije.
Primjerice, ovisno o programu pranja, perilica rublja radi na nazivnoj snazi određeno vrijeme. Ako je
grijač perilice nazivne snage 2,2 kW, vršna vrijednost snage iznosit će 2,2 kW uvećano za ukupnu
snagu ostalih trošila koja se koriste u isto vrijeme, ali budući da grijač perilice radi svega 15 min,
njegova potrošnja je prikazana kao prosječna potrošnja grijača u jednom satu.
Satni i dnevni šum koji se unosi pri sintetiziranju podataka omogućava dnevno i satno odstupanje
potrošnje. Na ovaj način simulacija vjernije opisuje stvarni sustav budući da predviđa nasumična
satna i dnevna odstupanja od zadane potrošnje. Odstupanje je pri modeliranju potrošnje postavljen
na 20% od predviđenog iznosa pojedine satne i dnevne potrošnje.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
28
4.3 Maksimalni dopušteni manjak u proizvodnji električne energije
Rubni uvjet dopuštenog manjka u proizvodnji električne energije za predviđenu potrošnju definiran je
kako bi se izbjeglo predimenzioniranje sustava. Pri modeliranju sustava dozvoljen je manjak od 10% u
proizvodnji električne energije za sustav bez pomoćnog agregata. Manjak je predviđen jer simulacijski
program ne uzima u obzir upravljanje potrošnjom od strane korisnika (racionalna potrošnja,
prilagodba potrošnje u ovisnosti o trenutnim vremenskim uvjetima i iskorištavanje viškova električne
energije u sunčanim danima). Rezultati simulacije pokazuju da za vrijeme ljetnih mjeseci sustavi
proizvedu viškove u iznosima 65-180% ukupnih potreba kućanstva. Stoga se pretpostavlja kako je ove
viškove uz racionalno gospodarenje energijom moguće iskoristiti za pokrivanje eventualnog manjka
koji je pretpostavljen kao rubni uvjet za potrebe simulacije.
U rezultatima simulacije koja predviđaju sustav s pomoćnim agregatom ne dolazi do manjka u
proizvodnji električne energije, budući da agregat pokriva sve manjkove.
4.4 Podaci o solarnom zračenju
Podaci o solarnom zračenju preuzeti su iz Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) baze
podataka.
Odabrana mikrolokacija za simulaciju rada sustava je Karlovac.
4.5 Komponente sustava
Komponente sustava koje se dimenzioniraju u simulacijskom programu su:
1. Pomoćni agregat
2. Fotonaponski moduli
3. Solarni akumulator
4. Bidirekcijski pretvarač
4.5.1 Pomoćni agregat
Potreba za korištenjem agregata ograničena je rubnim uvjetom penetracije FN sustava. Na temelju
iskustva o energetskim potrebama kućanstva i kako bi se osiguralo ispunjenje svih osnovnih zahtjeva
u slučaju nemogućnosti proizvodnje električne energije iz FN sustava (izvanredna situacija - kvar ili
period bez sunčanih dana koji prelazi autonomiju baterije) pri modeliranju je odabran agregat snage
2,5 kW. Sustav je dimenzioniran na ovaj način kako bi se agregat koristio samo povremeno, čime se
štedi gorivo, smanjuju troškovi održavanja, produžuje životni vijek i smanjuje ekološki otisak.
Najčešće su korišteni benzinski i dizelski agregati. Dizelski agregat je za istu snagu nešto skuplji i
bučniji od benzinskog, a preporuka su za opterećenje veće od 20 kVA. Cijena goriva im je približno
jednaka, 10 kn/l. Iz tog razloga je pri modeliranju sustava odabran agregat na benzin.
Predviđeni životni vijek benzinskog agregata je 15.000 radnih sati (uz redovno servisiranje, korištenje
kvalitetnog ulja). Minimalno opterećenje je 20% nazivne snage kako bi se izbjegla neefikasna
proizvodnja električne energije. Izlazni napon je 12 V, izmjenične struje. Odabrane su općenite
specifikacije potrošnje goriva, unaprijed definirane u programu.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
29
4.5.2 Fotonaponski moduli
Pri modeliranju sustava je odabran fiksno postavljeni fotonaponski sustav. Kut nagiba FN modula
(slope) je zakrenutost modula u odnosu na horizontalnu ravninu. Optimalni kut se za Hrvatsku kreće
od 33° na jugu do 37° na sjeveru zemlje.
Azimut određuje orijentaciju FN sustava u odnosu na smjer sjevera. Optimalna orijentacija FN sustava
na sjevernoj Zemljinoj polutci je jug (azimut = 180°). Azimut će ovisiti o orijentaciji krova ako je
odabrana instalacija na krovu objekta. Orijentacija jugoistok (azimut = 135°)za potrebe modeliranja
sustava nije idealna, ali je odabrana kako bi model vjernije opisao stvarni sustav, koji najčešće nije
orijentiran idealno prema jugu.
Predviđeni životni vijek FN modula je 30 godina i taj period je odabran za trajanje simulacije.
Odabrani su moduli snage 250 Wp koji se modularno povezuju, a promatraju se sustavi ukupne snage
fotonaponskog polja do 1,5 kW za sustav PV1500, odnosno 3 kW za sustav PV3000.
Faktor gubitaka (derating factor) je mjera gubitaka FN sustava pri proizvodnji električne energije.
Faktor gubitaka je postavljen na 85% što znači da proizvodnja električne energije FN modula odstupa
15% od nazivne vrijednosti. U ovu vrijednost uračunati su gubici zbog onečišćenja panela, snježnih
naslaga, osjenčanosti, spojnih gubitaka, starenja sustava te temperaturni gubici. Koeficijent refleksije
tla je svojstvo podloge da odbija zračenje. Najčešće se koristi koeficijent refleksije travnate površine
koji iznosi 20%.
4.5.3 Solarni akumulator
Električna energija proizvedena FN modulima pohranjuje se preko regulatora punjenja u akumulatoru
(bateriji). Pri modeliranju otočnih sustava bitna je mogućnost pohrane energije kako bi se mogla
koristiti u periodu kada nema proizvodnje energije iz FN modula (u slučaju magle, tijekom noći i sl.).
Pri modeliranju su odabrane baterije nazivnog kapaciteta 220 Ah. Dozvoljeno je pražnjenje baterije
do 60% kapaciteta.
Efikasnost baterijske jedinice odnosi se na efikasnost kružne pretvorbe električne energije DC-
skladištenje-DC, odnosno koliki udio energije pohranjen u akumulatoru se može povratiti. Efikasnost
pretvorbe je oko 90%, a maksimalni životni vijek 10 godina. Stvarni životni vijek ovisit će o broju
ciklusa i načinu pražnjenja baterije.
4.5.4 Bidirekcijski pretvarač
Izmjenjivač je dio sustava koji pretvara istosmjernu struju iz akumulatora u izmjeničnu, pri čemu
trošilima osigurava i izmjenični napon 230 V / 50 Hz (sve vrste tipičnih mrežnih potrošača kao što su
hladnjaci, perilice, rasvjeta, televizor itd.). Ispravljač pretvara izmjeničnu električnu energiju u
istosmjernu, a ima ulogu punjenja baterije iz smjera agregata u hibridnom sustavu i kontrolu
punjenja. Pretvarač je kombiniran uređaj izmjenjivač/ispravljač.
Snaga pretvarača uzetih u obzir pri modeliranu sustava je 3 kW za sustave PV1000 i PV1500 te 5 kW
za sustav PV3000. Izmjenjivač koji na izlazu daje “čisti sinus“ namijenjen je za sve tipove trošila
(računalo, rasvjeta, hladnjak, usisavač). Modificirani sinus koristi se za ona trošila koja ne rade na
principu magnetske indukcije (računalo, rasvjeta). Efikasnost pretvorbe je često viša od 90% u oba
smjera (DC/AC i AC/DC pretvorba), a životni vijek pretvarača je oko 10 godina.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
30
4.5.5 Jedinične cijene komponenti sustava
Na temelju jediničnih cijena pojedinih komponenti sustava i troškova koji se pojavljuju za vrijeme
trajanja simulacije od 30 godina, simulacijski program izračunava investicijski i neto sadašnji trošak.
Na ekonomskoj analizi temelji se konačan odabir sustava.
Jedinični investicijski trošak pojedine komponente sustava prikazan je u Tablici 19. U neto sadašnjem
trošku sustava uračunat je i trošak održavanja sustava te trošak zamjene baterije i pretvarača, koji je
jednak njihovom investicijskom trošku. Trošak održavanja agregata podrazumijeva servisiranje i
zamjenu ulja. Ukupni troškovi sustava po komponentama analizirani su u poglavlju 5. Procijenjeni
trošak održavanja sustava.
Tablica 19 Cijene komponenti sustava
Specifikacije Jedinični investicijski
trošak (kn)
Agregat Gorivo benzin
5.400 Nazivna snaga 2,5 kW
FN modul Nazivna snaga 250 Wp 2.400
Baterija
Napon baterijske jedinice
12 V 3.600
Kapacitet 220 Ah
Bidirekcijski pretvarač Nazivna snaga 3 kW 9.000
5 kW 15.000
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
31
4.6 Rezultati optimizacije
Rezultati optimizacije sustava prema opisanim ulaznim podacima dani su tablično u nastavku.
Rezultati su poredani prema visini investicijskog troška od manjeg prema većem.
4.6.1 Rezultati optimizacije za PV3000
U Tablici 20 su prikazani rezultati optimizacije za sustav PV3000. Ovaj sustav zadovoljava potrebe za
energijom tročlanog ili četveročlanog kućanstva, odnosno ukupnu godišnju potrošnju od 1.500 kWh.
Konačan odabir sustava je prema najnižem investicijskom trošku, uz zadovoljene uvjete minimalne
autonomije sustava 72 sata i s pomoćnim agregatom koji pokriva dopušteni manjak od 10% u
proizvodnji iz FN modula.
Tablica 20 Rezultati optimizacije za sustav PV3000
FN Agregat Baterija Trošak
investicije
Neto sadašnji trošak
Udio FN Višak
električne energije
Gorivo Životni
vijek bat.
Auto. baterije
# kW kW N x 220 Ah, 24 V
kn kn
kWh/god l/god god sati
1 1,75 6 53.400 93.048 1 601 0 8,0 56,88
2 2,00 6 55.800 94.992 1 877 0 8,1 56,88
3 2,25 6 58.200 96.954 1 1.160 0 8,2 56,88
4 1,75 8 60.600 98.712 1 597 0 10,0 75,84
5 2,50 6 60.600 98.892 1 1.450 0 8,3 56,88
6 2,75 6 63.000 100.818 1 1.745 0 8,4 56,88
7 2,00 8 63.000 101.112 1 869 0 10,0 75,84
8 2,25 2,5 6 63.600 131.790 0,94 1.270 190 8,1 56,88
9 2,25 8 65.400 103.512 1 1.149 0 10,0 75,84
10 2,50 2,5 6 66.000 125.454 0,96 1.529 138 8,2 56,88
11 2,50 8 67.800 105.912 1 1.435 0 10,0 75,84
12 2,75 2,5 6 68.400 120.588 0,97 1.798 95 8,3 56,88
13 2,75 8 70.200 108.312 1 1.731 0 10,0 75,84
14 2,25 2,5 8 70.800 133.338 0,95 1.240 160 10,0 75,84
15 2,50 2,5 8 73.200 127.170 0,97 1.496 106 10,0 75,84
16 2,75 2,5 8 75.600 123.840 0,98 1.771 70 10,0 75,84
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
32
4.6.2 Rezultati optimizacije za sustav PV1500
U Tablici 21 su prikazani rezultati optimizacije za sustav PV1500. Ovaj sustav zadovoljava potrebe za
energijom jednočlanog ili dvočlanog kućanstva, odnosno ukupnu godišnju potrošnju od 700 kWh.
Konačan odabir sustava je prema najnižem investicijskom trošku, uz zadovoljene uvjete minimalne
autonomije sustava 72 sata i s pomoćnim agregatom koji pokriva dopušteni manjak od 10% u
proizvodnji iz FN modula.
Tablica 21 Rezultati optimizacije za sustav PV1500
FN Agregat Baterija Trošak
investicije
Neto sadašnji trošak
Udio FN
Višak električne energije
Gorivo Životni
vijek bat.
Auto. baterije
# kW kW N x 220 Ah, 12 V
kn kn
kWh/god l/god god sati
1 0,75 3 27.000 51.408 1,00 267 0 6,80 60,99
2 1,00 3 29.400 53.952 1,00 570 0 6,70 60,99
3 0,75 4 30.600 53.340 1,00 265 0 9,00 81,32
4 1,25 3 31.800 56.274 1,00 891 0 6,80 60,99
5 1,00 4 33.000 56.106 1,00 564 0 8,80 81,32
6 1,50 3 34.200 58.392 1,00 1223 0 6,90 60,99
7 1,00 2,5 3 34.800 79.410 0,92 665 131 6,70 60,99
8 1,25 4 35.400 58.524 1,00 883 0 8,80 81,32
9 1,25 2,5 3 37.200 72.420 0,96 945 73 6,80 60,99
10 1,50 4 37.800 60.606 1,00 1216 0 9,00 81,32
11 1,00 2,5 4 38.400 77.436 0,93 640 105 8,80 81,32
12 1,50 2,5 3 39.600 69.906 0,98 1255 44 6,80 60,99
13 1,25 2,5 4 40.800 70.368 0,98 918 46 8,80 81,32
14 1,50 2,5 4 43.200 67.818 0,99 1229 17 9,00 81,32
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
33
4.7 Udio komponenti u investicijskom i neto sadašnjem trošku sustava
Udio pojedinih komponenti u investicijskom trošku sustava prikazan je na Slici 14.
Slika 14 Udio komponenti sustava u investicijskom trošku
Neto sadašnji trošak promatran je u periodu od 30 godina i predstavlja ukupan trošak sustava u
cijelom životnom vijeku sustava sveden na sadašnju vrijednost. Udio pojedinih komponenti u neto
sadašnjem trošku sustava prikazan je na Slici 15.
Slika 15 Udio komponenti sustava u neto sadašnjem trošku
39%
12%
30%
19%
Udio komponent i sustava u invest i c i j skom t rošku
FN moduli i trošak instalacije sustava Agregat
Solarni akumulator Strujni pretvarač
20%
6%
16%
10%
24%
9%
15%
0.53%
Udio komponent i sustava u neto sadašnjem trošku
FN moduli i trošak instalacije sustava Agregat
Solarni akumulator Strujni pretvarač
Zamjena akumulatora Zamjena pretvarača
Gorivo Trošak održavanja agregata
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
34
Novčani tokovi sustava PV3000 (2,5 kW FN, 8 baterija) i sustava PV1500 (1,25 kW FN, 4 baterije)
prikazani su Slikama 16 i 17. Nominalni novčani tok kroz 30 godina zanemaruje iznos diskontne stope
u Hrvatskoj u promatranom periodu. Trošak FN modula sadrži cijenu nabave i trošak montaže,
bidirekcijski pretvarač i solarni akumulator sadrže i trošak zamjene, a trošak agregata sadrži cijenu
nabave i troškove održavanja i goriva.
Slika 16 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV3000
Slika 17 Novčani tok otočnog FN sustava s pomoćnim agregatom – PV1500
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
35
4.8 Ekonomska isplativost otočnog FN sustava
4.8.1 Definiranje parametara mreže
Klasična elektrifikacija podrazumijeva priključak objekta na nacionalni elektroenergetski sustav.
Cijena izgradnje mrežne infrastrukture ovisi o udaljenosti objekta od mjesta priključka, potrebi za
transformatorskom stanicom i vrsti terena.
Za procjenu investicijskih troškova klasične elektrifikacije korišteni su podaci iz troškovnika za razvoj
distribucijske mreže HEP-ODS-a, a navedeni su u Tablici 22.
Tablica 22 Jedinične cijene klasične elektrifikacije
Stavka Cijena (HRK)
Magistralni dalekovod 10(20) kV 295.000
Transformatorska stanica 10(20)/0,4 kV, 30 kVA 105.000
Niskonaponska mreža za 1 km linije - drveni stupovi 180.000
Niskonaponska mreža za 1 km linije - betonski stupovi 220.000
Priključak na objekt 5.000
4.8.2 Usporedba troška otočnog sustava i klasične elektrifikacije
Cijena električne energije proizvedene iz fotonaponskih sustava, kao i ostalih sustava na obnovljive
izvore energije (OIE), trenutno je viša od cijene električne energije proizvedene iz velikih postrojenje
na fosilna goriva. S obzirom na relativno visok investicijski trošak klasične elektrifikacije, instaliranje
otočnih fotonaponskih sustava je daleko isplativije rješenje za objekte udaljene od elektroenergetske
mreže. Ovisnost neto sadašnjeg troška za sustav PV3000 o udaljenosti od mreže, kako bi investicija
bila isplativa u odnosu na klasičnu elektrifikaciju prikazana je na Slici 18.
Slika 18 NPC u ovisnosti o udaljenosti od mreže
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
36
Ekonomska usporedba različitih rješenja proizvodnje električne energije za ruralno kućanstvo
prikazana je na Slici 19. Uspoređeni su investicijski troškovi klasične elektrifikacije, troškovi korištenja
isključivo benzinskog agregata te instaliranja otočnog FN sustava sa spremnikom energije i pomoćnim
agregatom. Neto sadašnji trošak za različite sustave izračunat je za period od 30 godina, koliko je
predviđeno trajanje projekta u simulacijskom programu. Uzeti su u obzir sustavi PV1500 i PV3000, za
potrebe kućanstva s ukupnom godišnjom potrošnjom električne energije od 700 kWh i 1.500 kWh.
Slika 19 Usporedba različitih rješenja elektrifikacije
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
37
5 Procijenjeni trošak održavanja sustava
Troškovi održavanja sustava promatrani su za razdoblje od 25 godina što je očekivani životni vijek fotonaponskih modula. Očekivani životni vijek ostalih
komponenti sustava je manji od 25 godina i pretpostavlja se zamjena dotrajalih komponenti. Pretpostavljeni životni vijek pretvarača i regulatora punjenja je
15 godina, a baterija 7 godina. Stvarni životni vijek komponenti ovisiti će o načinu korištenja sustava.
Ukupni trošak sustava za određeni period obuhvaća investicijski trošak, trošak pogona i održavanja (O&M trošak) te trošak goriva za rad pomoćnog agregata.
5.1 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV3000
Sustav PV3000 modeliran je za potrošnju kućanstva 1.485 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 23.
Tablica 23 Procijenjeni trošak sustava PV3000 po komponentama
Osnovne komponente
sustava Specifikacije
Jedinični investicijski trošak (kn)
Količina – PV3000
Investicijski trošak – PV3000
(kn)
Očekivani životni vijek
(god)
Broj zamjena u razdoblju od
25 godina
Trošak zamjena komponenti u
razdoblju od 25 godina (kn)
Troškovi održavanja u
razdoblju od 25 godina (kn)
Agregat Gorivo benzin
6.000 1 6.000 25 0 0 0,6 kn/sat
Nazivna snaga 2,5 kW 1.200
FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.375 9 12.375 25 0 0
1,5% investicijskog
troška godišnje
Baterija AGM
Napon baterijske jedinice
12 V 3. 000 8 24.000 7 2,6 61.714
Kapacitet 200 Ah
Bidirekcijski pretvarač
Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833
Regulator punjenja
Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667
Σ = 61.125 Σ = 74.214 Σ = 21.872
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
38
U nastavku su analizirani troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene
komponenti.
5.1.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV3000 iznosi 61.125,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)
obuhvaća trošak zamjene komponenti (74.214,00 kn) te trošak održavanja sustava (21.872,00 kn), i iznosi 96.086,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad
pomoćnog agregata od 100 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 25.000,00 kn.
Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 24.
Tablica 24 Troškovi sustava PV3000 u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak kn 61.125
Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 96.086
Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 25.000
Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 182.211
Godišnja potrošnja kućanstva kWh 1485
Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 37.125
Cijena električne energije kn/kWh 4,91
Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne
energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 4,91 kn/kWh.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
39
Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV3000 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.
Tablica 25 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (25 godina)
Godišnji O&M trošak 3.843,45 kn
Mjesečni O&M trošak 320,29 kn
5.1.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina
Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja
pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava
PV3000 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 26.
Tablica 26 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV3000 (5 godina)
Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina
4.374,38 kn
Godišnji O&M trošak 874,88 kn
Mjesečni O&M trošak 72,91 kn
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
40
5.2 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1500
Sustav PV1500 modeliran je za potrošnju kućanstva 684 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 27.
Tablica 27 Procijenjeni trošak sustava PV1500 po komponentama
Osnovne komponente
sustava Specifikacije
Jedinični investicijski trošak (kn)
Količina – PV1500
Investicijski trošak – PV1500
(kn)
Očekivani životni vijek
(god)
Broj zamjena u razdoblju od
25 godina
Trošak zamjena komponenti u
razdoblju od 25 godina (kn)
Troškovi održavanja u
razdoblju od 25 godina (kn)
Agregat Gorivo benzin
6.000 1 6.000 25 0 0 0,6 kn/sat
Nazivna snaga 2,5 kW 750
FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.375 5 6.875 25 0 0
1,5% investicijskog
troška godišnje
Baterija AGM
Napon baterijske jedinice
12 V 3.000 4 12.000 7 2,6 30.857
Kapacitet 200 Ah
Bidirekcijski pretvarač
Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833
Regulator punjenja
Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667
Σ = 43.625 Σ = 43.357 Σ = 14.859
U nastavku su analizirani troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene
komponenti.
5.2.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV1500 iznosi 43.625,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)
obuhvaća trošak zamjene komponenti (43.357,00 kn) te trošak održavanja sustava (14.859,00 kn), i iznosi 58.217,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad
pomoćnog agregata od 50 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 12.500,00 kn.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
41
Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 28.
Tablica 28 Troškovi sustava PV1500 u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak kn 43.625
Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 58.217
Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 12.500
Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 114.342
Godišnja potrošnja kućanstva kWh 684
Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 17.100
Cijena električne energije kn/kWh 6,69
Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne
energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 6,69 kn/kWh.
Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV1500 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.
Tablica 29 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (25 godina)
Godišnji O&M trošak 2.328,66 kn
Mjesečni O&M trošak 194,06 kn
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
42
5.2.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina
Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja
pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava
PV1500 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 30.
Tablica 30 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1500 (5 godina)
Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina
2.971,88 kn
Godišnji O&M trošak 594,38 kn
Mjesečni O&M trošak 49,53 kn
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
43
5.3 Procijenjeni trošak održavanja za sustav PV1000
Sustav PV1000 modeliran je za potrošnju kućanstva 511 kWh/god. Procijenjeni trošak sustava po komponentama prikazan je u Tablici 31.
Tablica 31 Procijenjeni trošak sustava PV1000 po komponentama
Osnovne komponente
sustava Specifikacije
Jedinični investicijski trošak (kn)
Količina – PV1500
Investicijski trošak – PV1500
(kn)
Očekivani životni vijek
(god)
Broj zamjena u razdoblju od
25 godina
Trošak zamjena komponenti u
razdoblju od 25 godina (kn)
Troškovi održavanja u
razdoblju od 25 godina (kn)
Agregat Gorivo benzin
4.655 1 4.655 25 0 0 0,6 kn/sat
Nazivna snaga 2,5 kW 270
FN modul Nazivna snaga 250 Wp 1.093 4 4.370 25 0 0
1,5% investicijskog
troška godišnje
Baterija AGM
Napon baterijske jedinice
12 V 3.000 2 6.000 7 2,6 15.429
Kapacitet 200 Ah
Bidirekcijski pretvarač
Nazivna snaga 2,5 kW 16.250 1 16.250 15 0,7 10.833
Regulator punjenja
Struja punjenja 45 A 2.500 1 2.500 15 0,7 1.667
Σ = 33.775 Σ = 27.929 Σ = 11.190
U nastavku su analizirani troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina, uz zamjenu dotrajalih komponenti, i u razdoblju od 5 godina, bez zamjene
komponenti.
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
44
5.3.1 Analiza troškova sustava u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak obuhvaća troškove nabave i montiranja svih komponenti sustava i za sustav PV1000 iznosi 33.775,00 kn. Trošak pogona i održavanja (O&M)
obuhvaća trošak zamjene komponenti (27.929,00 kn) te trošak održavanja sustava (11.190,00 kn), i iznosi 39.119,00 kn. Za godišnju potrošnju goriva za rad
pomoćnog agregata od 30 litara, uz fiksnu cijenu goriva 10 kn/l, trošak u promatranom razdoblju iznosi 7.500,00 kn.
Troškovi sustava u razdoblju od 25 godina prikazani su u Tablici 32.
Tablica 32 Troškovi sustava PV1000 u razdoblju od 25 godina
Investicijski trošak kn 33.775
Trošak O&M u razdoblju od 25 godina kn 39.119
Trošak goriva u razdoblju od 25 godina kn 7.500
Ukupni trošak sustava u razdoblju od 25 godina kn 80.294
Godišnja potrošnja kućanstva kWh 511
Potrošnja električne energije u razdoblju od 25 godina kWh 12.775
Cijena električne energije kn/kWh 6,29
Ukupan trošak sustava obuhvaća investicijski trošak, trošak održavanja sustava te trošak goriva u promatranom razdoblju od 25 godina. Cijena električne
energije dobivena je omjerom ukupnog troška sustava, izraženog u kunama, i projektirane potrošnje kućanstva, izražene u kWh, a iznosi 6,29 kn/kWh.
Godišnji i mjesečni trošak pogona i održavanja sustava PV1000 (bez investicijskog troška i troška goriva) prikazani su u tablici u nastavku.
Tablica 33 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (25 godina)
Godišnji O&M trošak 1.564,74 kn
Mjesečni O&M trošak 130,40 kn
Elektrifikacija ruralnih krajeva korištenjem obnovljivih izvora energije Metodologija za optimizaciju sustava
45
5.3.2 Analiza troškova sustava u razdoblju od 5 godina
Analiza troškova sustava 5 godina nakon instalacije podrazumijeva da nema zamjene komponenti sustava. Ukupan trošak O&M obuhvaća trošak održavanja
pomoćnog agregata (0,6 kn po satu rada) i trošak održavanja ostalih komponenti u visini 1,5% njihovog investicijskog troška. Troškovi održavanja sustava
PV1000 bez zamjene komponenti u razdoblju od 5 godina dani su u Tablici 34.
Tablica 34 Godišnji i mjesečni O&M trošak za sustav PV1000 (5 godina)
Ukupan O&M trošak u razdoblju od 5 godina
2.238,00 kn
Godišnji O&M trošak 447,60 kn
Mjesečni O&M trošak 37,30 kn