SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 1437

OPTIMIRANJE SAMOSTALNOG

HIBRIDNOG SUSTAVA

Mario Medvidović

Mentor: Doc.dr.sc. Zdenko Šimić

Zagreb, lipanj 2010.

Sadržaj

Uvod ...................................................................................................................................... 1

1. Hibridni sustav ............................................................................................................... 2

2. Energija sunca................................................................................................................ 4

2.1. Sunčevo zračenje na površini zemlje..................................................................... 4

2.2. Izravno pretvaranje energije sunčevog zračenja u električnu energiju.................. 7

2.3. Karakteristike i varijabilnost sunčevih resursa ...................................................... 8

3. Energija vjetra.............................................................................................................. 10

3.1. Vjetroelektrane .................................................................................................... 11

3.2. Vjetroagregat ....................................................................................................... 13

3.3. Karakteristike i varijabilnost resursa vjetra ......................................................... 14

4. Samostalni energetski sustav ....................................................................................... 16

4.1. Vjetrogeneratorski i fotonaponski samostalni energetski sustav ......................... 17

4.2. Pretvarači i baterijski sustav ................................................................................ 18

4.3. Profil dnevnog opterećenja .................................................................................. 19

5. Simulacija u programu Homer .................................................................................... 21

5.1. Podaci o energetskom sustavu ............................................................................. 21

5.1.1. Vjetar ........................................................................................................... 25

5.1.2. Sunčevo zračenje i fotonaponski (PV) modul ............................................. 28

5.1.3. Agregat ........................................................................................................ 32

5.1.4. Pretvarači ..................................................................................................... 33

5.1.5. Baterije ........................................................................................................ 35

5.2. Rezultati simulacije ............................................................................................. 36

Zaključak ............................................................................................................................. 41

Literatura ............................................................................................................................. 42

Saţetak ................................................................................................................................. 43

Summary .............................................................................................................................. 44

Skraćenice ............................................................................................................................ 45

1

Uvod

Kroz zadnjih nekoliko desetaka godina svjedoci smo brzog razvoja i napretka

ljudske civilizacije u svakom pogledu na ţivot oko nas. Otkrivajući bogatstva koja nudi

priroda i korištenjem raznih resursa čovjek kroz povijest nastoji olakšati ţivot sebi i

drugima. Istraţivajući, došao je do spoznaje novih oblika energije koje su mu uvelike

pomogle u daljnjem razvoju civilizacije. Danas se ne moţe zamisliti ţivot bez nekih oblika

energije kao što je električna. Ipak još uvijek na svijetu postoji mnogo mjesta koja nemaju

pristup električnoj energiji. Razlog takvoj situaciji najčešće je udaljenost pojedinih

područja od civilizacije kao i siromaštvo pojedinih zemalja. Industrijska postrojenja koja

su udaljena od mreţe također trebaju samostalne sustave.

U današnjem svijetu potreba za električnom energijom raste iz dana u dan.

Relevantna istraţivanja koja govore o trenutnom stanju dostupnosti električne energije te

predviđanja razvoja svjetske elektroenergetske mreţe u bliţoj budućnosti ukazuju da

pribliţno 2 milijarde ljudi širom svijeta nema pristup električnoj energiji. Ukoliko zemlje u

razvoju ne pruţe financijsku potporu glede razvoja elektroenergetske mreţe, situacija u

2030. godini neće se znatno popraviti, odnosno 1.4 milijardi ljudi neće imat pristup

električnoj energiji [1]. Potrošnja neobnovljivih izvora energije, posebno fosilnih goriva,

vjerojatno će porasti u bliţoj budućnosti.

Nešto će se morati promijeniti, energije se troši sve više, a fosilna goriva, osim što

zagađuju okoliš, imaju jednu veliku manu, potrošna su. Stoga obnovljivi izvori [2] imaju

veliku perspektivu, pa sve više zemalja ulaţe u istraţivanje i implementaciju ovih izvora.

Neke drţave već su počele poticati programe štedne energije i prelazak na obnovljive

izvore energije. Globalno gledano, za sada nema velikog napretka u tome, jer je količina

energije dobivena na taj način zanemariva prema energiji dobivenoj od fosilnih goriva i

nuklearnih elektrana.

2

1. Hibridni sustav

Dostupnost električne energije, odnosno dostupnost povlasticama koje pruţa

moderna tehnologija ima ključnu ulogu kako u ekonomskom razvoju, tako i u sociološkom

razvoju pojedine regije. Ekonomski razvoj svake zemlje vezan je uz potrošnju električne

energije. Veza između stope rasta bruto društvenog proizvoda (BDP) i stope rasta

potrošnje električne energije je ispitana za niz zemalja na različitim razinama ekonomskog

razvoja i kod svih je utvrđeno da je odnos tih stopa (poznat kao faktor elastičnosti) ne samo

pozitivan nego i blizak jedinici. Kod manje razvijenih zemalja je u prosjeku viši ili bliţi

jedinici nego kod visoko razvijenih zemalja jer se još uvijek odigrava prestrukturiranje

potrošnje u korist električne energije.

Regije koje su jako udaljene od civilizacije neće imati u skoroj budućnosti pristup

električnoj energiji jer električnu energiju često nije moguće, odnosno nije isplativo dovesti

u takve krajeve. Dakle, elektrifikacija ruralnih krajeva predstavlja svojevrsni problem.

Rješenje navedenog problema usmjereno je na decentralizaciji sustava elektrifikacije

ruralnih krajeva. Velike nade polaţu se u iskorištavanje obnovljivih izvora energije,

posebno energije vjetra, sunca te vode, koji su izrazito prikladni za decentraliziranu

proizvodnju električne energije. Problem vezan uz iskorištavanje obnovljivih izvora

energije je nepredvidiva priroda takvih izvora energije, odnosno nemogućnost garantiranja

instalirane snage. Rješenje navedenog problema je ugradnja pomoćnog izvora energije,

odnosno povezivanje u hibridni sustav [3]. Pomoćni izvor energije redovito je agregat,

odnosno generator koji za pogon koristi fosilno gorivo. Sustavi koji koriste obnovljive

izvore energije u kombinaciji s agregatom najčešće sluţe za napajanje manjih zajednica

(kućanstva, sela, otoci i sl.), ali mogu se koristiti i za druge potrebe. Napajanje udaljenih

industrijskih instalacija koje nisu priključene na elektroenergetsku mreţu također zahtjeva

vlastiti sustav napajanja električnom energijom kao što je hibridni. Mnogi sustavi koji

koriste električnu energiju iz elektroenergetske mreţe osjetljivi su na prekid napajanja u

slučaju kvara na elektroenergetskoj mreţi. Da bi riješili taj problem koriste vlastiti

pomoćni sustav napajanja odnosno hibridni sustav.

Drţave u suradnji sa svjetskim organizacijama često subvencioniraju izgradnju

malih energetskih sustava koji koriste obnovljive izvore energije u svrhu ruralne

3

elektrifikacije. Primjeri takvih suradnji sa svjetskim organizacijama mogu se naći u Kini,

Africi, Indoneziji, Egiptu, dakle zemljama u razvoju.

U ovom radu prezentirat će se problematika vezana uz dizajn malih hibridnih

sustava koji koriste vjetroturbinske, odnosno fotonaponske sustave u suradnji s agregatom.

Istraţit će se i energetsko-ekonomski aspekti pri određivanju optimalnog sustava napajanja

dislociranog stambenog objekta. Veći dio rada odnosi se na problematiku vezanu za

optimalni samostalni energetski sustav, a manji dio na investicijski trošak samog sustava.

Prilikom konfiguracije samostalnog energetskog sustava istraţit će se isplativost primjene

vjetroturbinskog, odnosno fotonaponskog sustava u kombinaciji s diesel agregatom na

specifičnoj lokaciji.

Da bi bolje shvatili problematiku vezanu uz dizajn samostalnih energetskih sustava

koji koriste energiju vjetra i sunca, rad je podijeljen na teorijski dio te projektni dio.

Teorijski dio, kao što samo ime kaţe, sadrţi teorijsku pozadinu iskorištavanja sunčeve

energije pomoću fotonaponskih (PV) modula i iskorištavanja energije vjetra pomoću

vjetroelektrana. Projektni dio odnosi se na primjenu računalnog simulacijskog programa

HOMER. Računalni simulacijski program HOMER provodi energetsko-ekonomsku

analizu dizajniranog projekta te odlučuje koji sustav je optimalan.

4

2. Energija sunca

Sunce je nama najbliţa zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve

raspoloţive energije na Zemlji [4]. Ono je golema uţarena plinovita kugla promjera 1.391

milijuna kilometara koja se sastoji uglavnom od vodika i helija. U unutrašnjosti Sunca

vodik se nuklearnim reakcijama fuzije pretvara u helij što rezultira oslobađanjem velikih

količina energije. Uslijed tih reakcija temperatura u unutrašnjosti Sunca premašuje 20

milijuna K. Međutim, to nije temperatura koja određuje elektromagnetska svojstva sunčeva

zračenja budući da zračenje iz unutrašnjosti u velikom dijelu apsorbira sloj negativnih

vodikovih iona blizu površine pa je temperatura površina Sunca oko 6000 K, a spektar

sunčevog zračenja pribliţno odgovara spektru crnog tijela ugrijanog na temperaturu 5760

K. Stoga se temperatura od 5760 K moţe uzeti kao efektivna temperatura Sunčeve

površine, a iz nje je primjenom Planckova zakona moguće izračunati energetski spektar

Sunčeva zračenja.

Zemlja se vrti oko Sunca u eliptičnoj putanji s vrlo malim ekscentricitetom

(e=0.017) tako da se udaljenost Zemlje i Sunca mijenja vrlo malo tijekom godine. Srednja

udaljenost Zemlje i Sunca je 149.68 milijuna kilometara. Putujući brzinom svjetlosti,

sunčevom zračenju potrebno je tek 8.31 minuta da prijeđe udaljenost do Zemlje.

2.1. Sunčevo zračenje na površini zemlje

Sunčevo zračenje prije ulaska u atmosferu sastoji se od snopa paralelnih

elektromagnetskih valova što se moţe smatrati zbog velike udaljenosti. Međudjelovanjem

s plinovima i česticama u atmosferi sunčevo zračenja se moţe upiti (oko 18 %), odbiti (oko

10 %) ili više manje nesmetano proći kroz atmosferu (oko 70 %).

Pri kontaktu sa Zemljom, ovisno o svojstvima podloge, veći će dio sunčeva

zračenja zemlja upiti, a manji dio zračenja će se odbiti (reflektirati). Svojstvo podloge da

odbija zračenje moţe se izraziti koeficijentom refleksije ili albedom. Potpuno bijelo tijelo

imalo bi albedo 1.0 jer bi potpuno odbijalo Sunčevo zračenje (snijeg), a potpuno crno tijelo

imalo bi albedo nula. Najčešća vrijednost albeda bila bi 0.2 (travnata površina) i ta se

vrijednost najčešće uzima pri izračunima.

Dakle, na Zemljinu površinu dopire iz atmosfere izravno i raspršeno Sunčevo

zračenje te se upija ili odbija na Zemljinoj površini. Ukupna količina Sunčeva zračenja na

5

okomitu plohu naziva se globalno zračenje. Globalno (ukupno) zračenje na horizontalnu

plohu se sastoji od direktnog zračenja, raspršenog i odbijenog sunčevog zračenja. Mjerna

jedinica globalnog zračenja je W/m2.

Drugi, šire prihvaćeni pojam u znanstvenoj zajednici je insolacija, odnosno trajanje

sunčeve insolacije. Pojam insolacija odnosi se na gustoću sunčevih zraka na određenoj

plohi uz određenu orijentaciju kroz određeno vrijeme. Mjeri se u Wh/m2 ili kWh/m2.

Umnoţak ukupnog zračenja sa vremenom daje nam insolaciju. Energija sunčevog zračenja

koja dopire do površine Zemlje ovisi u prvom redu o trajanju insolacije (trajanju sijanja

Sunca, odnosno broju sunčanih sati), dok trajanje insolacije zavisi o zemljopisnoj širini i o

godišnjem dobu. Slika 2.1 [5] prikazuje insolacijski nivo, vidi se da Europa nije na vrlo

pogodnom području za eksploataciju, ali unatoč tome u Europi je direktno iskorištavanje

sunčeve energije u velikom porastu.

Slika 2.1. Insolacijski nivo u svijetu [5]

Dotok ukupnog sunčevog zračenja koje dopre do Zemljine površine iznosi 920

W/m2. Ako je projekcija površine Zemlje 127.106 km2, dotok energije iznosi 117400 TW.

Zbog rotacije Zemlje ta se energija raspoređuje po cijeloj površini Zemlje (510.1·106 km2),

pa je prosječni dotok energije 230 W/m2, odnosno 5.52 kWh/m2 dnevno. To su prosječne

vrijednosti, a stvarne zavise od zemljopisne širine, dijela dana, pojave oblaka, zagađenja

itd. Energija sunčeva zračenja koja dolazi do Zemljine površine iznosi oko 109 TWh

godišnje. Ta je energija oko 170 puta veća nego energija u ukupnim rezervama uglja u

Svijetu.

U Hrvatskoj je prosječna vrijednost insolacije na horizontalnu plohu između 3 i 4.5

kWh/m2 dnevno, odnosno između 1.2 i 1.6 MWh/m2

godišnje (slika 2.2) [6]. Trajanje

insolacije, odnosno prosječni broj sunčanih sati godišnje je između 2000 i 2800 sati.

6

Slika 2.2. Vrijednost srednje godišnje ozračenosti (insolacije) na okomitu plohu za područje

Hrvatske

Kao što je navedeno, potencijal sunčeve energije sa aspekta pretvorbe u koristan

oblik energije je ogroman, ali pri tome postoje veliki problemi pri iskorištavanju:

1. Mala gustoća energetskog tijeka,

2. Velike oscilacije intenziteta zračenja tijekom dana,

3. Ovisnost zračenja o klimatskim uvjetima,

4. Intenzitet zračenja ne poklapa se s intenzitetom potrošnje,

5. Nemogućnost skladištenja,

6. Trenutna neisplativost.

Što se tiče sunčevog potencijala u Hrvatskoj, na slici 2.2 jasno je vidljivo kako je

područje juţne Dalmacije vrlo pogodno za eksploataciju energije sunčevog zračenja. Iako

je sunčeva energija uzročnik većine izvora energije, u ovomu radu fokusirati ću se na

direktno iskorištavanje sunčeve energije, posebice na izravno pretvaranje sunčeve energije

u električnu energiju.

7

2.2. Izravno pretvaranje energije sunčevog zračenja u

električnu energiju

Energija sunčevog zračenja [4] izravno se moţe koristiti za proizvodnju električne

energije fotonaponskim (photovoltaic, PV) odnosno sunčevim ćelijama. Termin

photovoltaic prvi puta je upotrjebljen krajem 19. stoljeća, nastao je spojem riječi photo

(grč. svjetlo) i volt (po Alessandru Volti). U doslovnom prijevodu termin photovoltaic

znači struja iz svjetla i upravo takav prijevod najbolje opisuje princip rada fotonaponskih

(PV) ćelija.

Fotonaponska (PV) ćelija [5] je temeljni element fotonaponskog sustava.

Individualne PV ćelije su obično malih dimenzija (od 1 do 15 cm), te u prosjeku proizvode

od 1 do 2 W. Budući da je izlazna snaga ćelije premala, električno se povezuju u

fotonaponski (PV) modul kako bi ostvarili adekvatnu izlaznu snagu. Moduli se mogu dalje

povezati kako bi oblikovali niz ili mreţu. Niz ili mreţa moţe biti cjelokupno proizvodno

postrojenje, sastavljeno od jednog do nekoliko tisuća modula (ovisno o potrebnoj izlaznoj

snazi).

Fotonaponski moduli mogu biti postavljeni pod fiksnim kutom ili mogu pratiti

kretanje Sunca. Sustavi za praćenje Sunca isplativi su jedino ako je riječ o većoj PV mreţi.

Stoga su PV moduli najčešće postavljeni pod fiksnim kutom (većinom na krovu objekta).

Pošto su fiksno postavljeni, moduli će apsorbirati manje sunčevog zračenja nego u sustavu

koji prati kretanje Sunca, što predstavlja jedinu manu fiksno postavljenih sustava. Nebitno

o način praćenja sunčevih kretnji, PV moduli apsorbiraju direktno i reflektirano sunčevo

zračenje. Za lijepa vremena reflektirana komponenta iznosi 10 do 20 % ukupnog sunčevog

zračenja, za polu oblačnog dana reflektirana komponenta sunčevog zračenja iznosi 50%

ukupnog sunčevog zračenja dok će za oblačnog dana cjelokupno sunčevo zračenje biti

reflektirano.

Promatraju li se zasebno, moduli ili niz modula ne čine cijeli fotonaponski sustav.

Da bi se električna energija proizvedena fotonaponskim modulima isporučila krajnjem

potrošaču, potrebne su komponente koje reguliraju, pohranjuju te isporučuju električne

energiju. Te komponente su: regulatori napona, pretvarači istosmjerne (DC) struje u

izmjeničnu (AC) struju te baterije (u slučaju otočnog rada sustava). Dakle, fotonaponski

moduli zajedno sa navedenim komponentama tvore fotonaponski sustav. Fotonaponski

sustav moţe se koristiti kao samostalni (off-grid) izvor energije ili kao dodatni izvor

8

energije na mreţi (on-grid). Kod samostalnih sustava višak energije se pohranjuje u

baterije, dok se kod on-grid sustava višak energije predaje u električnu mreţu. Navedeni

sustavi prikazani su na slici 2.3 [5].

Slika 2.3. Prikaz off-grid i on-grid PV sustava

Fotonaponska tehnologija ima širok spektar uporabe, od napajanja ručnih satova i

kalkulatora do napajanja satelita. Za Zemaljsku primjenu najčešće se koriste PV moduli

izrađeni od kristaličnog silicija (c-Si ili p-Si) koje je jednostavno sloţiti u niz, pri čemu je

moguće prespajati module u seriju ili paralelu, ovisno o ţeljenom naponu. Mjesto

postavljanja kristaličnih Si modula ne ovisi o primjeni PV sustava (off-grid ili on-grid).

2.3. Karakteristike i varijabilnost sunčevih resursa

Raznolikost sunčevih resursa uzrokovana je udaljenosti pojedinih dijelova Zemlje

od Sunca te kutom upada sunčevih zraka na površinu Zemlje. Postupak procjene

raspoloţivog sunčevog zračenja za neku lokaciju olakšan je postojanjem bazi podataka

koje sadrţe informacije o intenzitetu sunčevog zračenja, temperaturama okoline i

prosječnom dnevnom temperaturom. Trenutno postoji više kvalitetnih bazi podataka, a

neke najpoznatije su:

NASA – surface meteorology and solar energy database

Meteon database

PVGIS – Photovoltaic Geographical Information System

U tablici 1 dani su podaci o raspoloţivom sunčevom potencijalu, ambijentalni

podaci te optimalni kut nagiba PV modula za Dalmaciju, točnije otok Hvar [7] [8].

9

Tablica 1. Raspoloţivost sunčeva potencijala i ambijentalni podaci za otok Hvar

Posluţitelj NASA PV - GIS

Mjesec

Globalno sunčevo

zračenje na

okomitu plohu

(kWh/m2 dnevno)

Srednje

temperaturne

vrijednosti

(˚C)

Srednje dnevne

temperaturne

vrijednosti

(˚C)

Optimalni kut

nagiba PV

modula

(˚)

Sječanj 1.74 7.6 8.6 64

Veljača 2.61 8.1 9.2 56

Oţujak 3.86 10.7 11.9 44

Travanj 4.77 14.1 15.1 30

Svibanj 6.01 19.3 20.5 18

Lipanj 6.85 23.3 24.6 12

Srpanj 7.08 25.8 27.0 15

Kolovoz 6.05 25.5 26.7 26

Rujan 4.53 21.1 22.4 41

Listopad 2.84 17.8 18.9 53

Studeni 1.74 12.8 13.8 61

Prosinac 1.42 9.2 10.0 65

Srednja

vrijednost

4.01 16.3 17.4 36

Bitno je istaknuti da podaci o intenzitetu sunčeva zračenja na okomitu plohu u

prethodno navedenim bazama podataka nisu izmjereni, već izračunati na osnovi satelitskih

mjerenja ekstraterestičke radijacije na rubu Zemljine atmosfere. Pribavljanja podataka

potrebnih za procjenu raspoloţivog sunčevog energetskog resursa te računalna simulacija

energetskog sustava koji iskorištava energiju Sunca olakšana je činjenicom da većina

računalnih simulacijskih programa ima opciju direktnog preuzimanja podataka putem

interneta, ali samo od jednog posluţitelja. Prilikom preuzimanja podataka treba obratiti

paţnju što se točno traţi, globalno zračenje, izravno zračenje ili insolacija.

Budući da zemljopisni poloţaj, vremenski uvjeti te blaga mediteranska klima

pruţaju optimalne uvjete za korištenje sunčeve energije na području juţne Dalmacije, otok

Hvar spada u sam vrh raspoloţivog sunčevog potencijala. Broj sunčanih sati za otok Hvar

iznosi 2715. Na osnovi danih stvarnih i proračunatih podataka moţe se zaključiti da je

dana lokacija na otoku Hvaru izrazito podobna za izgradnju energetskog sustava koji

koristi energiju sunčeva zračenja.

10

3. Energija vjetra

Ljudska vrsta koristi energiju vjetra već nekoliko tisućljeća. Primjena energije

vjetra seţe u vrijeme prvih civilizacija, kad se energija vjetra koristila za pogon brodova.

Nakon toga pojavile su se prve vjetrenjače koje su sluţile za mljevenje ţitarica. Početkom

20. Stoljeća u SAD-u masovno su korištene prve male vjetrenjače za proizvodnju

električne energije. Proizvodnja električne energije iz vjetra doţivjela je nagli porast

tijekom naftne krize početkom 1970-ih, ali je tek 1980-ih godina doţivjela izuzetan rast

primjenom tehnoloških dostignuća. Na slici 3.1 prikazan je razvoj vjetroturbina [9].

Slika 3.1 Razvoj tehnologije vjetroturbina

Vjetar i drugi obnovljivi energetski izvori (čak i energija u fosilnim gorivima)

potječu iz sunčeve energije. Svakog sata Sunce emitira na Zemlju 1014 kWh energije. Oko

1 do 2% energije koju emitira Sunce pretvara se u energiju vjetra. To je 50 do 100 puta

više nego što se pretvori u biomasu.

Područja oko ekvatora se zagrijavaju sunčevom toplinom znatno više od ostalih

dijelova Zemlje. Topli zrak se iznad ekvatora uzdiţe do visine od oko 10 km iznad tla,

odakle se dalje cirkularno rasprostranjuje pod utjecajem Coriolisove sile. Vjetar, kretanje

zraka iznad nekog dijela zemlje, moţe biti uzrokovan primarnom cirkulacijom zbog

globalnog rasporeda tlaka zraka (tipično za četiri godišnja doba), ili preko kretanja

sinoptičkih sustava i anticiklona koje utječu na stvaranje lokalnih vjetrova različitih

karakteristika, a zavise o konfiguraciji terena, karakteristika tla i kretanja zračnih masa.

11

3.1. Vjetroelektrane

Vjetroelektrana [10] je postrojenje u kojemu se kinetička energija vjetra pretvara u

električnu energiju. To se događa posredstvom vjetroturbine (vjetrogeneratora) i

električnog generatora. Vjetroelektrana se moţe sastojati od jednog vjetrogeneratora kao

nezavisne jedinice, ili više vjetrogeneratora, obično istog tipa, postavljenih na jednoj

zajedničkoj lokaciji izloţenih istim vjetrovima i zajednički povezanih na lokalnu

elektromreţu.

Prema instaliranoj snazi, odnosno proizvodnosti, vjetroelektrane je moguće

podijeliti na male vjetroelektrane i crpne stanice instalirane snage do nekoliko desetaka kW

te velike vjetroelektrane (pojedinačne snage do 3.5 MW).

Ne postoji jasna razlika, odnosno ne moţe se točno odrediti granica nazivne snage

ispod koje se vjetroelektrane mogu smatrati malim vjetroelektranama. Male vjetroelektrane

većinom su izvedene od vjetroturbina sa horizontalnom osovinom rotora i 3 elise,

postavljene su niz vjetar, odnosno imaju tzv. stall regulaciju. Električni generatori malih

vjetroelektrana mogu biti istosmjerni (do 10-ak kW ) ili izmjenični, i to izvedeni isključivo

kao asinkroni. Male vjetroelektrane koriste se kao dodatni izvor energije u kombinaciji s

napajanjem iz električne mreţe. Vrlo su pogodni kao autonomni izvor, kada je potrošač

daleko od komercijalnog elektroenergetskog sustava, sa sustavom rezervnog napajanja iz

baterija koje se pune iz viška proizvodnje vjetroelektrane (slika 3.2).

Slika 3.2. Primjena malih vjetroelektrana

Vjetroelektrane male instalirane snage najčešća se koriste u hibridnim energetskim

sustavima, koji se preteţno koriste u off-grid aplikacijama. Naziv hibridni energetski

sustav koristi se za opisivanje bilo kojeg energetskog sustava, koji koristi više od jednog

tipa generatora električne energije. Najčešće korišteni hibridni sustav je

vjetroelektrana/dizel generator (slika 3.3) [9]. Glavne komponente VE/generator sustava

su: jedna ili više vjetroelektrana, jedan ili više dizel (plinski) generator, upravljačko –

kontrolne jedinice, sustav pohrane viškova energije, potrošači.

12

Slika 3.3. Blok shema hibridnog energetskog VE/diesel agregat sustava

Prilikom projektiranja ovakvog sustava, komponenta po kojoj se dimenzionira

sustav je opterećenje. Kako je opterećenje promjenjivog karaktera, hibridne sustave je

dosta teško projektirati tako da sustav radi u optimalnom reţimu. Ovakvi sustavi mogu se

koristiti za napajanje kućanstva, sela, pa čak i većih stambenih zajednica.

Velike vjetroelektrane sluţe za komercijalnu proizvodnju električne energije i

zahtijevaju srednju godišnju brzinu vjetra od oko 6.0 m/s i više. Najčešće su sačinjene od

skupine velikih vjetrogeneratora što se naziva vjetrogeneratorska farma ili park

vjetroelektrana.

Vjetrogeneratorska farma predstavlja niz blisko sloţenih vjetrogeneratora, najčešće

istog tipa, izloţenih istoj struji vjetra i priključenih preko zajedničkog rasklopnog

postrojenja na mreţu. Utvrđeno je kako razmak između pojedinih vjetrogeneratora od oko

10 promjera rotora postavljenih niz vjetar nama značajnijeg utjecaja na stupanj iskorištenja

vjetropotencijala. Velike vjetroelektrane najčešće su sačinjene od vjetrogeneratora izlazne

snage od 500 kW do 3.5 MW, sa promjerima rotora od 39-90 m.

Veliki vjetroagregati u sklopu vjetroelektrana mogu se graditi na kopnu (on-shore),

ali i na morskoj pučini (off-shore). Vodena površina ima povoljan koeficijent hrapavosti i

stalno strujanje jačih vjetrova, te proizlazi da je vjetroenergetski potencijal vodenih,

prvenstveno morskih površina, mnogo veći od onog na kopnu. Povećanje prosječne brzine

vjetra od 10% rezultirati će porastom proizvodnje električne energije do 30%. Najveći

nedostatak off-shore vjetroelektrana su visoki troškovi investicije, u prvom redu za izradu

stupova vjetrogeneratora. Stoga se za budućnost planira izgradnja plutajućih off-shore

vjetroelektrana, koji su potencijalno jeftiniji te mogu iskoristiti lokacije koje su jako

udaljene od kopna ili su velike dubine. Na slici 3.4. prikazana je off-shore

vjetrogeneratorska farma u Danskoj, instalirane snage 40 MW, sa pojedinim

vjetrogeneratorima instalirane snage 2 MW [10].

13

Slika 3.4 Off-shore farma vjetroelektrana

3.2. Vjetroagregat

Vjetroagregat je uređaj koji iskorištava energiju vjetra za proizvodnju električne

energije. Sastoji se od turbine koja pretvara kinetičku energiju vjetra u mehaničku energiju

vjetra i generatora koji pretvara mehaničku energiju u električnu. Sve je postavljeno na

zajedničkom cilindričnom stupu, a rotor vjetroturbine i rotor električnog generatora nalaze

se na zajedničkom vratilu te između njih postoji prijenosnik ili su direktno spojeni.

Električni generatori mogu biti istosmjerni ili izmjenični. Kod malih vjetroagregata

većinom se upotrebljavaju istosmjerni, posebno kada rade samostalno. Kod velikih

vjetroelektrana koje su priključene na elektroenergetsku mreţu upotrebljavaju se

izmjenični generatori.

Vjetroagregati se mogu podijeliti prema poloţaju osovine te prema poloţaju

lopatica. Prema poloţaju osovine razlikujemo vjetroturbine s vertikalnom osi vrtnje (eng.

VAWT-Vertical Axis Wind Turbine) i na one s horizontalnom osi vrtnje (eng. HAWT-

Horizontal Axis Wind Turbine). Većina vjetroagregata priključenih na mreţu je

horizontalnog tipa. Izvedbe sa vertikalnom osi su mnogo rjeđe (slika 3.5) [10].

Slika 3.5. Konstrukcijski tipovi vjetrogeneratora obzirom na poloţaj osovine rotora

14

3.3. Karakteristike i varijabilnost resursa vjetra

Vjetropotencijal je najvaţniji element za izbor lokacije vjetroelektrane. To su

zapravo karakteristike vjetra na pojedinoj lokaciji. Najvaţnija karakteristika je srednja

godišnja brzina vjetra na određenoj visini iznad tla. Naime, vjetrogenerator se pokreće

kada brzina vjetra poraste iznad 3 m/s. Pri toj brzini proizvodnja električne energije je vrlo

mala. Porastom brzine, količina električne energije se povećava do maksimalne, koja se

postiţe na brzini vjetra od oko 12 m/s. Daljnjim porastom brzine vjetra količina

proizvedene energije se više ne povećava. Kada brzina poraste preko 30 m/s

vjetrogenerator se isključuje jer ne moţe podnijeti mehanička opterećenja koja uzrokuju

tako velike brzine vjetra. Iz opisanog načina rada vjetrogeneratora moţemo zaključiti da je

za idealnu proizvodnju električne energije potrebna brzina vjetra od oko 12 m/s. Međutim,

to je samo prvi korak u određivanju vjetropotencijala. Potrebno je potom razmotriti kako je

brzina vjetra raspoređena tijekom godine. Npr. u godišnjem prosjeku moţe biti sadrţan

velik broj sati s brzinom vjetra iznad 30 m/s ili ispod 3 m/s, što zapravo nije pogodno za

iskorištavanje. Moţemo zaključiti da je za energetsko iskorištavanje optimalan vjetar do

srednje jakosti, bez velikih oscilacija, i koji ima što veću učestalost.

Slika 3.6. Potencijalne lokacije vjetroelektrana u Hrvatskoj

15

Kako bi se provela kvalitativna analiza vjetroenergetskog potencijala za neku

lokaciju potrebno je mjeriti brzine vjetra i smjer vjetra kroz nekoliko godina. Osim toga,

bitno je poznavati topografiju terena. Odgovore na sva pitanja o vjetroenergetskom

potencijalu dao bi atlas vjetrova. U Hrvatskoj je izrada atlasa vjetrova još u počecima,

budući da se tek u posljednjih nekoliko godina javilo zanimanje za izgradnju

vjetroelektrana. Slika 3.6 prikazuje potencijalne lokacije vjetroelektrana u Hrvatskoj [11].

Na svim lokacijama srednja godišnja brzina vjetra iznosi više od 4 m/s na visini 25 m iznad

tla.

Minimalna srednja godišnja brzina vjetra pri kojoj je isplativo izgraditi

vjetroelektranu, odnosno donja granica korisnog rada vjetroelektrane je između 4 i 5 m/s.

Budući da je srednja godišnja brzina vjetra na danoj lokaciji 5.5 m/s, moţe se zaključiti da

je lokacija objekta povoljna za izgradnju malog vjetroenergetskog sustava.

Većina računalnih simulacijskih programa zahtijeva poznavanje barem srednje

mjesečne vrijednosti brzine vjetra te poznavanje raspodjele vjetrova u topografiji terena.

Pošto ti podaci nisu uvijek poznati, pri sintetiziranju podataka uzimamo prosječne

vrijednosti, uzimajući u obzir topografiju terena. Iako je za danu lokaciju poznata samo

srednja godišnja brzina vjetra, pomoću računalnog programa Homer generira se 8760

satnih podataka. Tablica 2 prikazuje srednje mjesečne vrijednosti brzine vjetra [12].

Tablica 2. Srednje mjesečne vrijednosti brzine vjetra

Mjesec Brzina vjetra (m/s)

Siječanj 6.5

Veljača 6.5

Oţujak 5.7

Travanj 5.2

Svibanj 4.6

Lipanj 4.4

Srpanj 4.2

Kolovoz 4.7

Rujan 5.6

Listopad 6

Studeni 6.2

Prosinac 6.5

Srednja vrijednost 5.501

Treba napomenuti da ovakvo sintetiziranje mjesečnih podataka nije realno, ali u

prilog takvom načinu stvaranja podataka ide činjenica da ponašanje vjetra nije moguće

egzaktno predvidjeti.

16

4. Samostalni energetski sustav

Samostalni energetski sustav je autonomni sustav koji sluţi kao izvor električne

energije, bez da je priključen na elektroenergetsku mreţu. Ovi sustavi sadrţe više od

jednog tipa generatora električne energije pa su gotovo uvijek hibridnog karaktera. U

terminologiji se najčešće nazivaju riječima engleskog jezika, tipa off-grid, SAPS (stand

alone power system) ili RAPS (remote area power system). Kao izvor električne energije

samostalni energetski sustavi najčešće koriste diesel agregat te jedan ili više električnih

generatora koji koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije.

Samostalne energetske sustave prikladno je podijeliti prema instaliranoj snazi

obzirom na pretpostavljeno opterećenje, što je prikazano na tablici 3.

Tablica 3. Načelna podjela samostalnih energetskih sustava prema opterećenju

Kategorija Instalirana snaga Tip države1 Tip primjene (napajanje)

Mali samostalni

energetski sustav

10 do 1000 W

N, R

R

N, R

N, R

Obiteljska kuća

Vikendica2

Meteorološka postaja

Navigacijski sustav

Samostalni energetski

sustav srednje veličine

1 d0 10 kW

R

N

N

N, R

N

N, R

N, R

Vikendica

Škola

Bolnica

Poljska bolnica3

Poljoprivreda

Telekomunikacijska postaja

Hotel

Veliki samostalni

energetski sustav

10 do 100 kW

N, R

N

R

N

Hotelski kompleks

Selo

Poljoprivreda2

Malo industrijsko postrojenje2

1. R = razvijena drţava, N = nerazvijena drţava (zemlja u razvoju)

2. Nema potrebu za stalnim napajanjem

3. Energetski sustav mora biti prenosiv

17

Najbitnije za samostalni energetski sustav, zbog čega se oni i grade, je da u svakom

trenutku moraju zadovoljiti potrebe potrošača. Odabir kombinacije sustava ovisi o

raspoloţivim obnovljivim energetskim resursima na specifičnoj lokaciji i pretpostavljenom

opterećenju. Najšire korištena konfiguracija malog energetskog sustava je mala

vjetroelektrana koja moţe biti u kombinaciji sa PV sustavom te agregatom kao dodatnim

izvorom energije. Stoga će se u daljnjem izlaganju pojasniti karakteristike i način rada

takvih sustava.

4.1. Vjetrogeneratorski i fotonaponski samostalni

energetski sustav

Ovakav sustav na direktan način pretvara energiju vjetra odnosno sunca u

električnu energiju. Nije ih nuţno koristiti zajedno ali preporuča se zbog njihovog

međusobnog nadopunjavanja. Tijekom zimskih mjeseci sunčevo zračenje je manje, a vjetar

je intenzivniji pa vjetroelektrana proizvodi više električne energije nego tijekom ljetnih

mjeseci. Nasuprot tome, fotonaponski sustav proizvodi više električne energije ljeti nego

zimi zbog više sunčanih dana.

Slika 4.1. Blok shema PV/vjetrogeneratorskog samostalnog energetskog sustava

18

Značajan problem sustava je nemogućnost garantiranja instalirane snage zbog

promjenjivosti i nepredvidljivosti obnovljivih izvora energije. Ali napajanje potrošača

glavna je zadaća samostalnog energetskog sustava. Kako bi se proizvedena energija

isporučila potrošaču potrebne su komponente koje reguliraju, pretvaraju, pohranjuju te

isporučuju proizvedenu električnu energiju. Na slici 4.1 prikazana je blok shema

PV/vjetrogeneratorskog sustava s navedenim komponentama [9].

Komponente samostalnog energetskog sustava mogu se podijeliti na:

Proizvođače električne energije (DC ili AC karaktera), odnosno PV moduli,

vjetrogenerator te diesel agregat,

Pretvarače, u ovom slučaju izmjenjivače, ispravljače i regulatore

Sustav za pohranu električne energije, odnosno baterijski sustav (akumulator)

4.2. Pretvarači i baterijski sustav

Ovisno o električnim svojstvima pojedinog proizvođača ili tipu potrošača,

električna energija koja je proizvedena i distribuirana unutar samostalnog energetskog

sustava moţe biti istosmjernog (DC) ili izmjeničnog (AC) karaktera.

Naprave koje su zaduţene za regulaciju i distribuciju električne energije unutar

samostalnog električnog sustava nazivaju se pretvarači. Mogu biti izvedeni kao

elektroničke ili elektromehaničke naprave.

Izmjenjivači ili inverteri pretvaraju istosmjernu (DC) u izmjeničnu (AC) električnu

energiju. Sluţe kao poveznica između istosmjernih izvora električne energije (PV modula,

vjetroelektrana ili baterijskog sustava) i izmjeničnih (AC) potrošača.

Ispravljači ili punjači baterija pretvaraju izmjeničnu (AC) u istosmjernu (DC)

električnu energiju. Redovito se priključuju na pomoćni AC izvor energije, odnosno diesel

agregat te sluţe za punjenje baterijskog sustava kada obnovljivi izvori energije to nisu u

stanju.

Regulatori napona pretvaraju promjenjivi istosmjerni (DC) napon u precizno

kontrolirane istosmjerne (DC) napone, kojima se puni i odrţava baterijski sustav te

napajaju istosmjerna trošila. Najčešće se izvode kao automatizirani mikroprocesorski

uređaji koji napon baterije automatski podešavaju ovisno o tipu, stanju, temperaturi te

napunjenosti baterije dok se napon trošila odrţava konstantnim.

19

Akumulator ili baterija je elektrokemijska naprava koja pohranjuje električnu

energiju u obliku kemijske energije. U samostalnim energetskim sustavima koriste se

baterije koje imaju dvostruki smjer, odnosno mogu se puniti i prazniti. Sastoje se od

elektrokemijskih elemenata koje su međusobno spojene u seriju ili paralelu.

4.3. Profil dnevnog opterećenja

Da bi napravili bilo kakve proračune potrebno je znati koje opterećenje energetski

sustav mora zadovoljiti. Ovisno o tom opterećenju i raspoloţivim obnovljivim izvorima

energije odabiru se odgovarajuće komponente sustava. Prvi korak je prikupljanje ulaznih

parametara:

Podaci o opterećenju sustava za barem jedan dnevni profil

Podaci o raspoloţivim obnovljivim izvorima energije

Podatke o opterećenju moguće je pribaviti na dva načina. Prvi, ujedno i najbolji

način, je priključak vatmetra na objekt sa sličnim potrošačima, te snimanje podataka kroz

određeni period. Drugi način, koji sam ja koristio, je kreiranje tablice opterećenja iz

nazivnih podataka potrošača stambenog objekta (tablica 4 i 5).

Tablica 4. Prikaz ukupnog dnevnog opterećenja

Trošilo Snaga

AC (VA)

Vrijeme rada

(h)

Komada Faktor

gubitka

Utrošena

energija (Wh)

Hladnjak

Grijalo vode

Perilica

Rasvjeta

Pumpa za vodu

Računalo

TV

Sušilo kose

Usisač prašine

Glačalo

58

2000

1800

100

1100

90

100

1500

600

1000

24

3.75

2

1.6

1.8

6.5

9

1

0.5

0.75

1

1

1

10

1

1

1

1

1

1

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

720

10500

760

2240

2772

819

1260

2100

420

1050

Dnevni utrošak energije (Wh/dan) 22641

20

Tablica 5. Prikaz dnevnog opterećenja pomoću satnih vrijednosti

Sati Hladnjak

(W)

Grijalo

vode

(W)

Perilica

(W)

Rasvjeta

(W)

Pumpa

za vodu

(W)

TV

PC

(W)

Sušilo

kose

(W)

Usisač

prašine

(W)

Glačalo

(W)

Faktor

gubitka

Utrošena

energija

(Wh)

00:00 : 01:00

01:00 : 02:00

02:00 : 03:00

03:00 : 04:00

04:00 : 05:00

05:00 : 06:00

06:00 : 07:00

07:00 : 08:00

08:00 : 09:00

09:00 : 10:00

10:00 : 11:00

11:00 : 12:00

12:00 : 13:00

13:00 : 14:00

14:00 : 15:00

15:00 : 16:00

16:00 : 17:00

17:00 : 18:00

18:00 : 19:00

19:00 : 20:00

20:00 : 21:00

21:00 : 22:00

22:00 : 23:00

23:00 : 24:00

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

500

1000

1000

500

500

500

1000

1500

1000

380

380

100

150

150

150

150

150

150

300

150

150

150

180

180

180

90

90

90

270

540

180

90

90

190

50

50

95

50

50

50

190

190

190

190

190

375

375

375

375

300

250

500

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

436

30

730

30

30

30

2487

2767

282

30

30

926

289

156

30

858

1376

1682

1710

2557

3341

1962

436

436

Dnevni utrošak energije (kWh/dan) 22.641

21

5. Simulacija u programu Homer

Homer [13] je optimizacijski računalni model za distribuiranu proizvodnju

električne energije, koji pojednostavljuje zadatak procjene isplativosti samostalnih ili

mreţnih modeliranih hibridnih sustava, sastavljenih od neobnovljivih i obnovljivih izvora.

Homer je razvijen od strane NREL-a (National Renewable Energy Laboratory)

1993. godine. Program je razvio Paul Gilman, dok su Tom Ferguson, Hope Corsair, Tony

Jimenez i drugi sudjelovali u njegovom razvitku. Većina osoba ga koristi u svrhu

istraţivanja, a tako velik broj korisnika je rezultat besplatne licence, koja traje šest mjeseci.

Nakon toga je moguće ponovno zatraţiti licencu i neometano ga koristiti narednih šest

mjeseci, jer je obnavljanje licence neograničeno.

Pri dizajniranju energetskog sustava potrebno je napraviti mnogo odluka o

konfiguraciji sustava. Velik broj tehnoloških mogućnosti i varijacija u tehnologiji,

cijenama i raspoloţivosti energetskih potencijala olakšavaju odabir za konkretan sustav.

Optimizacija i algoritmi analize osjetljivosti u Homer olakšavaju procjene brojnih mogućih

konfiguracija sustava. Homer omogućava definiranje modela s ulaznim podacima, koji

opisuju tehnološke izbore, cijene komponenata, i raspoloţivost resursa. Homer

upotrebljava unesene podatke za simulaciju konfiguracija sustava, ili kombinaciju

komponenta, i generira rezultate koji se mogu vidjeti kao lista ostvarivih konfiguracija

sortiranih prema cijeni. Rezultati simulacija u različitim tablicama i grafovima pomaţu pri

usporedbi konfiguracija i ocjenjivanju prema njihovim ekonomskim i tehničkim

vrijednostima.

5.1. Podaci o energetskom sustavu

Cilj projektnog zadatka je pronaći optimalni sustav napajanja udaljenog stambenog

objekta. Prilikom modeliranja samostalnog energetskog sustava usporedit će se sustavi s

manjom vjetroelektranom, manjim fotonaponskim sustavom te agregatom kao dodatnim

izvorom energije. Na osnovu unesenih podataka, te uz postavljene uvjete rada sustava

Homer će pronaći optimalno rješenje. Moguće je simulirat sustave s različitim brzinama

vjetra jer brzina vjetra najviše utječe na sustav. Na slici 5.1 [14] prikazana je shema

samostalnog energetskog sustava sa komponentama, a na slici 5.2 prikazana je shema

samostalnog energetskog sustava u Homer-u [13].

22

Slika 5.1. Shema samostalnog energetskog sustava s komponentama koje se koriste pri

pronalaţenju optimalnog sustava napajanja

Slika 5.2. Shema samostalnog energetskog sustava u programu Homer

Homer simulira rad sustava računajući ravnoteţu za svaki od 8760 sati godišnje.

Budući da satni profil opterećenja za cijelu godinu nisu dostupni, Homer na osnovu

prethodno kreiranog dnevnog profila opterećenja (tablica 4.) sintetizira set od 8760

podataka.

Pribliţno dnevno opterećenje kreirano je prethodno (tablica 5), dnevna potrošnja je

22.4 kWh/dnevno, a vršno opterećenje je oko 5.97 kW prema slici 5.3 koja prikazuje profil

dnevnog opterećenja.

23

Slika 5.3. Prikaz dnevnog profila opterećenja

U stvarnosti veličina i oblik opterećenja variraju iz dana u dan. Bez dodatnog šuma,

profil opterećenja se ponavlja dan za danom (slika 5.4).

Slika 5.4. Prikaz godišnjeg dijagrama dnevnih opterećenja bez dnevnog i satnog šuma

Na slici 5.5. vidimo da dodavanjem dnevnog, odnosno satnog šuma dolazi do

promjene dnevnog profila opterećenja po veličini i obliku, te profil postaje realniji.

24

Slika 5.5. Prikaz godišnjeg dijagrama dnevnih opterećenja s dnevnim i satnim šumom

Homer omogućava kreiranje raznih profila po danima i sezonama. Prikaz dnevnog

profila opterećenja s unesenim dnevnim i satnim šumom najbolje se dobije iz mjesečnih

dijagrama prosječnih dnevnih opterećenja na slici 5.6.

Slika 5.6. Prikaz mjesečnog dijagrama prosječnih dnevnih opterećenja

25

5.1.1. Vjetar

Koristeći podatke o brzinama vjetra Homer je kreirao prosječne srednje brzine po

mjesecima i dijagram opterećenja na slici 5.7.

Slika 5.7. Prosječne srednje brzine vjetra i dijagram po mjesecima

Prikazani su i ostali podaci potrebni za simulaciju: nadmorska visina, visina

anemometra, faktor autokorelacije, Weibull-ova konstanta, dnevna pravilnost vjetra te sat

najveće brzine vjetra. Vidimo iz slike da je prosječna brzina 5.5 m/s i nju Homer uzima za

simulaciju. Nadmorska visina je 150 m, a visina anemometra 10 m. Kao što sam već

spomenuo iz dijagrama još moţemo vidjeti da je brzina vjetra tijekom ljetnih mjeseci,

odnosno sredine godine manja nego tijekom zimskog razdoblja.

Weibull konstanta k je mjera za raspodjelu brzine vjetra tijekom godine i najčešće

iznosi 2 jer se pokazalo da najviše vjetrovitih reţima s dovoljnom točnošću.

Faktor autokorelacije ri je mjera slučajnosti vjetra. Visoke brzine vjetra upućuju na

to da brzina vjetra u jednom satu ovisi jako o brzini vjetra prethodnog sata. Na iznos

faktora utječe topografija lokalnog terena.

26

Sat najveće vrijednosti brzine vjetra je vrijeme tijekom dana kada ja najvjetrovitije

u prosjeku tokom godine. Najčešće su vrijednosti između 14 i 16 sati. Pri modeliranju

projekta za sat najveće brzine vjetra odabrana je najčešća vrijednost (15 h).

Faktor dnevne pravilnosti jakosti vjetra ja mjera koliko brzina vjetra ovisi o dobu

dana. Na većini lokacija poslijepodne je vjetrovitije u odnosu na jutro. U modeliranom

projektu odabran je faktor dnevne pravilnosti jakosti vjetra koji odgovara odabranom satu

najveće brzine vjetra, odnosno 0.25.

Posebnu paţnju treba posvetiti odabiru vjetroagregata. Pritom treba paziti na cijenu,

dostupnost i prije svega na kvalitetu. Za potrebe simulacije projekta odabrana je 1 kW SW

Whisper 200 vjetroturbina američkog proizvođača Windenergy [15]. To je jedan među

boljim vjetroagregatima u svojoj klasi i moţe se kupiti u Hrvatskoj. Karakteristike

vjetroagregata prikazane su u tablici 6, a krivulja snage na slici 5.8 [15].

Tablica 6. Parametri SW Whisper 200 vjetroturbine

Parametar Vrijednost

Nazivna snaga 1000 W

Napon baterije 12, 32, 48

Broj lopatica 3

Promjer rotora 2.7 m

Nazivna brzina vjetra 11.6 m/s

Ugrađen regulator Ne

Masa 39 kg

Slika 5.8. Krivulja snage SW Whisper 200 vjetroturbine

27

Troškovi zamjene i investicijski troškovi predstavljaju vaţan dio u izgradnji

sustava. Potrebno je uzeti u obzir troškove vezane uz vjetroagregat, investicijske troškove

tornja, regulatora napona, kabela, instalacije i ostalo. Troškovi investicije prikazani su u

tablici 7 [15].

Tablica 7. Ukupni troškovi investicije

Nazivna snaga 1 kW Investicijski troškovi

(kn) (€) ($)

Vjetrogenerator SW Whisper 200 20098 2791 3654

Toranj 24 m (80ft) 11808 1640 2147

Prekidač za isključivanje u slučaju naglog udara 4000 556 727

Ukupno: 35906 4987 6528

U slučaju izgradnje sustava od dvije SW Whisper 200 vjetroelektrane troškovi se

udvostručuju. U rubrici „size to consider“ treba naznačiti broj vjetroturbina u parku ako

ţelimo da Homer razmatra isplativost izgradnje sustava pri traţenju optimalnog rješenja. U

tablici 8 prikazani su investicijski troškovi i troškovi zamjene [15].

Tablica 8. Troškovi investicije i zamjene te troškovi rada i odrţavanja vjetroelektrane

Nazivna snaga (kw) Investicijski troškovi

($)

Troškovi zamjene

($)

Troškovi rada i

održavanja ($/god)

1 6528 6528 50

2 13056 13056 100

U troškove zamjene ne ulazi zamjena dijelova vjetroturbine pa se ona mora

uračunati u troškove odrţavanja. Osim toga u cijenu rada i odrţavanja treba uključiti

generalni remont koji je potrebno napraviti nakon 10 godina rada, podmazivanje, zamjena

ulja te neke manje popravke. Vijek trajanja ovakvog tipa vjetroturbine je oko 20 godina uz

redovito odrţavanje. Pojava velikog broja vjetroagregata bez dovoljne garancije kvalitete

predstavlja rizik da vijek trajanja bude znatno kraći.

28

5.1.2. Sunčevo zračenje i fotonaponski (PV) modul

Za proračun proizvodnje električne energije iz fotonaponske (PV) mreţe potrebni

su podaci o intenzitetu Sunčeva zračenja. Podaci su učitani iz NASA – surface

meteorology and solar energy baze baze podataka [7]. Nakon što ih je učitao, Homer

sintetizira zračenja i dijagram srednjih mjesečnih vrijednosti. Na slici 5.9. prikazani su

osnovni podaci koji su potrebni da bi Homer proračunao proizvodnju električne energije

PV mreţe. Ti podaci su: zemljopisna širina i duţina, vremenska zona lokacije, globalno

sunčevo zračenje na okomitu plohu ili indeks bistrine.

Slika 5.9. Prosječne srednje mjesečne vrijednosti i dijagram sunčevog zračenja

Zemljopisna duţina i širina određuju lokaciju objekta. Prvenstveno se koristi pri

kalkulaciji globalnog zračenja ako je poznat indeks bistrine (vrijedi i obrnuto).

Vremenska zona predstavlja bitnu varijablu prilikom prebacivanja sa standardnog

računanja vremena na solarno računanje vremena. Solarno računanje vremena temelji se na

računanju vremena prema poziciji Sunca.

29

Globalno (ukupno) sunčevo zračenje na okomitu plohu predstavlja najvaţniju

varijablu pri solarnim kalkulacijama. Ukupno sunčevo zračenje na okomitu plohu je mjera

intenziteta sunčevog zračenja na površini Zemlje. Po definiciji, ukupno sunčevo zračenja je

zbroj doprinosa direktnog, raspršenog i odbijenog zračenja na površini Zemlje.

Indeks bistrine Kf predstavlja mjeru bistrine atmosfere. Definiran je kao omjer

globalnog sunčevog zračenja i direktnog zračenja, a proračunava se za dnevne ili mjesečne

vrijednosti. Indeks bistrine je bezdimenzionalan broj, po vrijednosti moţe biti između 0 i 1.

Pri lijepom, sunčanom vremenu indeks bistrine ima visoku vrijednost, dok pri oblačnom

vremenu ima nisku vrijednost.

Jedan veliki nedostatak Homer-a je što nema specificirane pojedine tipove PV

modula ili tehnologija pa prilikom odabira fotonaponske mreţe nije bitno koju vrstu

tehnologije fotonaponskog (PV) modula odaberemo. Razlog takvom pristupu je

kompliciran način računanja i modeliranja ponašanja PV modula. Homer prvenstveno sluţi

da pronađe najisplativiju kombinaciju na osnovi unesenih podataka.

Podaci koje je potrebno znati prilikom modeliranje PV mreţe su: faktor gubitaka fpv

(derating faktor), ţivotni vijek PV modula, sustav praćenja kretanja Sunca (tracking

system), kut nagiba PV modula β (slope), azimut te koeficijent refleksije tla (ground

reflectance) ili albedo (slika 5.10.).

Slika 5.10. Prikaz podataka potrebnih za modeliranje PV sustava

30

Faktor gubitaka fpv je mjera gubitaka PV mreţe prilikom proizvodnje električne

energije. U projektu faktor gubitaka iznosi 94% što znači da proizvodnja električne

energije PV modula odstupa 6% od nazivne vrijednosti.

Ţivotni vijek PV modula je između 20 i 25 godina, u projektu je 25 godina.

Sustav praćenja kretanja Sunca je opcija koja govori kakvu vrstu tehnologija

praćenja sunčevih kretanja ţelimo koristiti.

Kut nagiba PV modula β (slope) je zakrenutost modula prema horizontali. Najčešće

odabrana opcija je fiksno odabrani kut tijekom cijele godine, većinom se uzima isti kut kao

i zemljopisna širina. U projektu je odabran kut od 36˚.

Azimut γ sluţi kao pokazatelj zakrenutosti PV modula. Da bi se dobio maksimum

iz PV mreţe koja je postavljena pod fiksnim kutom ona mora biti orijentirana prema jugu.

Za sjevernu polutku azimut je najčešće 0˚.

Koeficijent refleksije tla ili albedo je svojstvo podloga da odbija zračenje. Potpuno

bijelo tijelo imalo bi albedo 1.0 jer bi potpuno odbijalo Sunčevo zračenje (snijeg), a

potpuno crno tijelo imalo bi albedo nula. Najčešće se koristi koeficijent refleksije travnate

površine koja iznosi 0.2.

Za potrebe simulacije sustava odabran je Hellios H 1500 monokristalični modul,

nazivne snage 125 W te nazivnog napona 12 V [16]. Iako to nije bitno pri energetskom

izračunu, predstavlja bitnu varijablu pri izračunu investicijskih troškova. Pri izračunu

troškova bitno je uključiti sve komponente PV mreţe, posebice MPPT (maximum power

point tracking) regulator napona jer Homer pretpostavlja da se upravo takva vrsta

regulatora napona koristi. MPPT regulatori su najbolje rješenje za povezivanje solarnog

modula i baterije. Uz ove regulatore radna točka solarnog modula je uvijek na liniji

maksimalne snage. MPPT regulatori rade tako da odrţavaju napon modula na iznosu pri

kojem je snaga modula najveća. Uređaj za praćenje radne točke FN panela za maksimalnu

snagu vrlo često uključen u pretvarač. Trošak zamjene MPPT regulatora napona čiji je

ţivotni vijek 10 godina treba uključiti u troškove rada i odrţavanja. Ţivotni vijek PV mreţe

je oko 25 godina, a projekta oko 20 godina pa troškovi zamjene cjelokupne mreţe ne

utječu na Homer-ov izračun. Podaci o investicijskim troškovima dani su u tablicama 9, 10 i

11, a podaci o troškovima zamjene, rada i odrţavanja u tablici 12.

31

Tablica 9. Investicijski troškovi fotonaponskog sustava nazivne snage 0.5 kW

Fotonaponski sustav Pnom = 0.5 kW Jedinična

cijena

(kn/kom)

Komada Investicijski troškovi

(kn) (€) ($)

Hellios H 1500 125Wp / 12V 5450 4 21800 3028 3964

Outback regulator napona BZ MPPT 500 1805 1 1805 250 328

Kutni krovni nosač 335 4 1340 186 244

Vodiči i troškovi instalacije 500 67 91

Ukupno: 25445 3531 4627

Tablica 10. Investicijski troškovi fotonaponskog sustava nazivne snage 1 kW

Fotonaponski sustav Pnom = 1 kW Jedinična

cijena

(kn/kom)

Komada Investicijski troškovi

(kn) (€) ($)

Hellios H 1500 125Wp / 12V 5450 8 43600 6056 7927

Outback regulator napona BZ MX 60 4200 1 4200 583 764

Kutni krovni nosač 335 8 2680 372 487

Vodiči i troškovi instalacije 750 104 136

Ukupno: 51230 7115 9314

Tablica 11. Investicijski troškovi fotonaponskog sustava nazivne snage 2 kW

Fotonaponski sustav Pnom = 2 kW Jedinična

cijena

(kn/kom)

Komada Investicijski troškovi

(kn) (€) ($)

Hellios H 1500 125Wp / 12V 5450 16 87200 12111 15855

Outback regulator napona BZ MX 60 4200 1 4200 583 764

Kutni krovni nosač 335 16 5360 744 975

Vodiči i troškovi instalacije 1000 139 182

Ukupno: 97760 13577 17776

Tablica 12. Troškovi investicije, zamjene te troškovi rada i odrţavanja PV sustava

Nazivna snaga (kW) Investicijski troškovi

($)

Troškovi zamjene

($)

Troškovi rada i

održavanja ($/god)

0.5 4672 4672 15

1.0 9314 9314 36

2.0 17776 17776 36

32

5.1.3. Agregat

Homer sadrţi opciju odabira agregata s općenitim specifikacijama potrošnje goriva.

Ţelimo li pri modeliranju koristiti stvarnu potrošnju agregata, moguće je unijeti podatke u

krivulju potrošnje goriva agregata. Isto tako, u slučaju odabira optimalne strategije rada

Homer pretpostavlja da je agregat izveden sa automatskom opremom.

Za potrebe simulacije odabran je Isuzu 400TS diesel agregat [17]. Investicijski

troškovi i tehničke karakteristike prikazani su u tablici 13 i 14.

Tablica 13. Investicijski troškovi Isuzu 400TS

Investicijski troškovi

Isuzu 400TS (kn) (€) ($)

Cijena agregata 8640 1200 1571

Cijena automatskog sustava 6000 833 1091

Cijena spremnika goriva (200 litara) 2000 278 364

Ukupno: 16640 2311 3026

Tablica 14. Tehničke karakteristike Isuzu 400TS

Tehničke karakteristike

Isuzu 400TS

Maksimalno opterećenje kW 4.5

Trajno opterećenje kW 4

Minimalno opterećenje kW 1.125

Trajna struja tereta pri naponu od 120 V A 33

Trajna struja tereta pri naponu od 230 V A 16.7

Potrošnja goriva u praznom hodu l/h 0.23

Potrošnja goriva pri opterećenju 2kW l/h 0.76

Potrošnja pri maksimalnom opterećenju l/h 1.14

Radni vijek motora h 5000

Jamstvo god 2

33

Ţivotni vijek agregata po tehničkim karakteristikama je 5000 sati. Agregat se moţe

reparirati tri puta prije nego što se zamijeni pa mu ţivotni vijek tada iznosi 1500 sati.

Homer nema opciju koja definira troškove reparacije agregata pa pretpostavlja da se

agregat zamijeni svakih 5000 radnih sati. Troškovi rada i odrţavanja u prosjeku iznose

10% investicijskih troškova, a u njih spadaju troškovi sitnog popravka, remont generatora,

zamjena ulja, zamjena remen i slično. U tablici 15 prikazani su investicijski troškovi,

troškovi zamjene i troškovi rada i odrţavanja.

Tablica 15. Troškovi investicije, zamjene, rada i odrţavanja Isuzu 400TS agregata

Nazivna snaga

(kW)

Investicijski troškovi

($)

Troškovi zamjene

($)

Troškovi rada i

održavanja ($/hr)

4.5 2890 1500 0.07

5.1.4. Pretvarači

Postoji mnogo vrsta pretvarača koji odgovaraju pri modeliranju sustava. Prilikom

odabira pretvarača za potrebe projekta odabrani su pretvarači dostupni na hrvatskom trţištu

[18]. Tehničke karakteristike prikazane su u tablici 16.

Za potrebe projekta uzeti su kombi uređaji, odnosno uređaji koji sadrţe izmjenjivač

i ispravljač. Odabrani su pretvarači predviđeni za nazivni napon baterija od 24 V, budući

da su i ostali dijelovi sustava dimenzionirani za nazivni napon od 24 V. Iako je vršno

opterećenje oko 5.97 kW, a izmjenjivači su reda veličine 1.6 kVA, 2.3 kVA, 3 kVA i 4

kVA, oni su dimenzionirani da izdrţe opterećenje do tri puta veće od nazivnog barem 5

sekundi. Budući da je prosječno maksimalno opterećenje oko 3.5 kW, izmjenjivači od 3 i 4

kVA izdrţat će takva opterećenja bez problema.

Treba napomenuti da navedeni pretvarači, odnosno izmjenjivači na izlazu daju čisti

sinusni valni oblik tako da mogu napajati osjetljiva trošila (TV, računalo i slično). U

projektu je efikasnost pretvorbe pretvarača 92%, ţivotni vijek 10 godina, a na osnovi

tehničkih karakteristika moţe se zaključiti kako mogu raditi simultano s generatorom.

Budući da se radi o kombi uređajima odnos ispravljanja naspram izmjenjivanja uzet je kao

100%-tni. Troškovi investicije, zamjene te rada i odrţavanja navedeni su u tablici 17.

34

Tablica 16. Tehničke karakteristike i troškovi investicije pretvarača

Izmjenjuvač / Ispravljač STUDER

XPC 2200-24

STUDER C

2600-24

OUTBACK

VFX 3024

STUDER

HPC 4400-24 Izmjenjivač

Nominalni napon baterije 24 VDC 24 VDC 24 VDC 24 VDC

Raspon ulaznog napona 19-32 VDC 19-32 VDC 21-34 VDC 19-34 VDC

Trajno opterećenje 1600 VA 2300 VA 3000 VA 4000 VA

Maksimalno opterećenje 30 min 2200 VA 2600VA 3300 VA 4400 VA

Maksimalno opterećenje 5 s 3 x Pnom 3 x Pnom 4800 VA 3 x Pnom

Maksimalno opterećenje Do K.S. Do K.S. 5750 VA Do K.S.

Efikasnost pri izmjenjivanju 95% 95% 92% 94%

Vlastita potrošnja 7 W 9 W 20 W 16 W

Izlazni napon 230 VAC 230 VAC 230 VAC 230 VAC

Izlazna frekvencija 50 Hz 50 z 50 Hz 50 Hz

Paralelan rad s generatorom DA DA DA DA

Ispravljač (punjač baterije)

Struja punjenja baterije (DC) 0-37 A 0-37 A 0-85 A 0-100 A

Raspon ulazne struje pri radu s

izmjenjivačem

Nema 1-16 A Nema 1-30 A

Maksimalni ulazni napon 265 VAC 265 VAC 265 VAC 265 VAC

Minimalni ulazni napon 150-230 VAC 150-230 VAC 160-300 VAC 150-230 VAC

Ulazna frekvencija 45-65 Hz 45-65 Hz 44-56 Hz 45-65 Hz

Efikasnost pri ispravljanju 95% 95% 92% 94%

Cijena:

9080 kn 13600 kn 16150 kn 23916 kn

1211 € 1889 € 2243 € 3322 €

1651 $ 2473 $ 2936 $ 4348 $

Tablica 17. Troškovi investicije, zamjene te rada i odrţavanja pretvarača

Nazivna snaga

(kW)

Investicijski

troškovi

($)

Troškovi zamjene

($)

Troškovi rada i

održavanja

($/god)

1.6 1576 1576 0

2.3 2360 2360 0

3.0 2803 2803 0

4.0 4152 4152 0

35

5.1.5. Baterije

U projektu su odabrane baterije Trojan T-105, američkog proizvođača Trojan

Battery Company [19]. Trojan T-105 baterije predviđene su za ciklički način rada. Nazivni

napon T-105 baterija je 6 V, kapacitet 225 Ah (1.35 kWh), a ukupna energija je 845 kWh.

Na slici 5.11 prikazani su troškovi investicije, zamjene, rada i odrţavanja baterije.

5.11. Troškovi investicije, zamjene, rada i odrţavanja te nazivni podaci Trojan T-105 baterije

Prosječan ţivotni vijek ovakvih baterije je između 7 i 10 godina, a on ovisi o

odrţavanju, ali i o dubini praţnjenja odnosno punjenja baterija. U troškove rada i

odrţavanja potrebno je uključiti zamjene pojedinih ćelija, čišćenje kontakata i sl. Ti

troškovi iznose oko 2-5 % cijene investicije.

36

5.2. Rezultati simulacije

Homer je računalni simulacijski program koji izvodi bezbroj simulacija na osnovi

unesenih parametara te na osnovi troškova odabire najbolje rješenje. Točnost rezultata

simulacije ovisi o unesenim podacima, posebice s ekonomskog aspekta. Za dani projekt

investicijski troškovi svih komponenti sustava su točni i većinom preuzeti s hrvatskog

trţišta. Također, tehnički podaci komponenti koje su razmatrane prilikom modeliranja

pojedinih samostalnih energetskih sustava su preuzeti sa specifikacija komponenti. Dakle,

stvoreni su dobri preduvjeti za kvalitetna rješenja modeliranih sustava.

Po završetku unosa podataka Homer počinje sa simulacijom i traţenjem optimalnog

sustava. Poslije završenih proračuna, u kategoriziranom prikazu pojavljuju se sustavi

poredani prema isplativosti, od najisplativijeg prema manje isplativijima (slika 5.12.). Bilo

bi zanimljivo daljnje istraţivanje o tome koliko rezultati ovise o profilu potrošnje.

Slika 5.12. Prikaz mogućih sustava poredanih po isplativosti

Osim općih podataka o investicijskim troškovima, cijeni proizvedene energije,

potrošnji goriva i slično, moguće je pogledati detaljne podatke o troškovima, proizvedenoj

energiji te radu pojedinih komponenti sustava koji je modeliran prilikom simulacije. Slika

5.13. daje osnovne podatke o najisplativijem sustavu i njegovim troškovima, prikazan je

ukupni neto sadašnji trošak NPC (net present cost) koji uključuje početni kapital sustava,

troškove zamjene bilo koje komponente sustava te troškove odrţavanja.

37

Slika 5.13. Prikaz troškova optimalnog sustava

Iz slike je vidljivo da investicijski troškovi sustava iznose 44,399 $, a ukupni

troškovi sustava izračunati za ţivotni vijek sustava iznose 69,898 $. Prosječna cijena

proizvedene energije je 0.669 $/kWh. Na slici 5.14. prikazana je zastupljenost pojedinog

izvora električne energije za svaki mjesec tijekom godine.

Slika 5.14. Zastupljenost pojedinog izvora električne energije

Slika 5.15. prikazuje točnu godišnju proizvodnju električne energije pojedinog

izvora, potrošnju trošila i ukupnu efikasnost. Vidimo da najviše energije proizvodi

vjetroturbina, oko 59 %.

38

Slika 5.15. Točna godišnja proizvodnja pojedinog izvora

Dnevni dijagrami rada PV, vjetroturbine, agregata i baterija te podaci o izlaznim snagama,

vremena rada i drugi podaci prikazani su slikama 5.16, 5.17, 5.18 i 5.19.

Slika 5.16. Dnevni dijagrami rada te kvalitativni podaci o radu fotonaponskog modula

Slika 5.17. Dijagram dnevnog rada te kvalitativni podaci o radu vjetroelektrane

39

Dijagram dnevnog rada vjetroelektrane ilustrira ovisnost proizvodnje električne

energije o vjetru. U mjesecima kada je vjetar intenzivniji i proizvodnja je veća.

Problematika rada ovakvog sustava izraţena je tijekom ljetnih mjeseci kada je iskoristivost

energije vjetra slaba. Tijekom relativno malih srednjih mjesečnih brzina vjetra te

promjenjivosti intenziteta vjetra tijekom godišnjih doba, faktor angaţiranja vjetroelektrane

je relativno male 35.7 %.

Slika 5.18. Dijagram dnevnog rada te podaci o radu agregata / generatora

Prema podacima prikazanim na slici 5.18 agregat će raditi oko 422 sata godišnje,

što prosječno daje 1.1 sat dnevno. Pri takvom reţimu rada agregat u prosjeku radi pri

opterećenju 2.96 kW.

Slika 5.19. Dijagram dnevnog rada te kvalitativni podaci o radu baterija

40

Kao što je vidljivo iz dijagrama dnevnog rada baterija (slika 5.19.), stanje

napunjenosti baterija tijekom godine je izvrsno, između 80 i 100 %. Posljedica toga je dug

ţivotni vijek grupe baterija, oko 9.76 godina.

Budući da su u modeliranom projektu korištena goriva koja izgaraju, dolazi do

emisija štetnih plinova. Vrijednosti emisija pojedinih plinova prikazati su u tablici 18 .

Tablica 18. Emisije štetnih plinova

Pollutant Emissions (kg/yr)

Carbon dioxide 1.182

Carbon monoxide 2.92

Unburned hydrocarbons 0.323

Particulate matter 0.22

Sulfur dioxide 2.37

Nitrogen oxides 26

41

Zaključak

Hibridni sustav, polako ali sigurno, sve više zauzima svoje mjesto u proizvodnji

električne energije iz obnovljivih izvora u budućnosti. Povezivanjem više neovisnih

obnovljivih izvora u jednu cjelinu postigao se veći stupanj korisnosti sustava. Iako fosilna

goriva još uvijek najviše pridonose proizvodnji energije, svijet se polako okreće prema

novim izvorima energije. Razvijaju se novi sustavi, odnosno računali programi koji

simuliraju rad samog sustava i omogućuju bolje izlaganje problema.

Postoji puno čimbenika koji prilikom analize isplativosti malog energetskog

sustava utječu na moguću konfiguraciju sustava. Dakle, ne postoji univerzalna metoda

kojom bi brzo i lagano dobili kvalitetne rezultate. Sustav napajanja koji koristi obnovljive

izvore energije moguće je izvesti na puno načina, a trenutačno jedini program koji

objedinjuje energetske i ekonomske aspekte te traţi optimalni sustav je Homer.

Konfiguracija sustava prvenstveno ovisi o opterećenju i lokaciji objekta, na osnovi

prosječnog opterećenja sustav se dimenzionira, dok na osnovi lokacije zaključuje o

raspoloţivosti obnovljivih izvora energije. Pri izradi rada, odabrano opterećenje sustava

jednako je opterećenju manjeg kućanstva. Pri tome moramo paziti da se trošila razlikuju po

vrsti, snazi i potrošnji te da se mogu koristiti u različito vrijeme tijekom dana. Vrsta trošila

i raspored korištenja također uveliko utječu na optimiranje samostalnog sustava.

Usporedbom optimalnih sustava napajanja dolazi se do zaključka da su obnovljivi

izvori energije isplativi u slučaju dugoročnog korištenja. Razlog tome je velik investicijski

trošak sustava koji koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije

(posebno PV modula). Rješenja projektnog zadatka dobivena Homer računalnim

simulacijskim programom mogu posluţiti za analizu izvedivosti. Na osnovi tih rješenja

nije moguće garantirati pouzdanost sustava u stvarnoj realizaciji projekta, zato što je teško

predvidjeti ponašanje i troškove diesel agregata te konstantnost obnovljivih izvora

energije. Tome pridonosi i činjenica da se stvarni profil razlikuje od planiranog odnosno

potencijal moţemo regulirati pri korištenju (npr. isključivanjem manje vaţnih tereta). Bilo

bi zanimljivo daljnje istraţivanje o tome koliko rezultati ovise o profilu potrošnje.

_______________

Potpis autora

42

Literatura

[1] IEA (International Energy Agency), World Energy Outlook 2002, Francuska, 2006.

[2] Vladimir Potočnik, Obnovljivi izvori energije i zaštita okoliša u Hrvatskoj,

Ministarsvo zaštite okoliša i prostornog uređenja, Zagreb, 2003.

[3] Hibridni sustav, http://www.hrote.hr/hrote/znati/Kogeneracija/hibridni.aspx

[4] Energija Sunca, http://bioeek.com/energija-sunca.html

[5] Fotonaponski modul, http://www.izvorienergije.com/energija_sunca.html

[6] O. Meštrović, Novi obnovljivi izvori energije u Zadarskoj ţupaniji, Zadar, 2006.

[7] NASA Surface meteorology and Solar Energy, http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/

[8] PVGIS Photovoltaic Geographical Information System, http://sunbird.jrc.it/pvgis/

[9] Energija vjetra, http://www.izvorienergije.com/energija_vjetra.html

[10] Vjetroelektrna, http://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetroelektrana

[11]Vjetropotencijal,

http://www.geog.pmf.hr/e_skola/geo/mini/vjetar_u_hrvatskoj/iskoristavanje_vjetra_%2

0u_hrvatskoj.html

[12] Brzine vjetra, http://pljusak.com/dol/wx.htm

[13] HOMER, http://www.homerenergy.com/

[14] Shema sustava,

http://www.energysavers.gov/your_home/electricity/index.cfm/mytopic=11130

[15] Vjetroturbina, http://www.windenergy.com/products/whisper_200.htm

[16] Helios H 1500, http://www.solar-party.com/helios.html

[17] Agregat, http://www.soundmarinediesel.com/isuzu_diesel_generators.html

[18] Pretvarači, http://www.adriaticbb.hr/Solar/pretvaraci.htm

[19] Baterije Trojan, http://www.trojan-battery.com/

43

Sažetak

Optimiranje samostalnog hibridnog sustava

U ovom radu opisan je hibridni sustav koji se sastoji od vjetroturbine, fotonaponske

mreţe i diesel agregata. Rad se sastoji od teorijskog i praktičnog dijela. Teorijski dio

opisuje obnovljive izvore energije, diesel agregat i ostale dijelove sustava. Praktični dio

izvodi se u Homer računalnom simulacijskom programu koji istraţuje energetske i

ekonomske aspekte pri određivanju optimalnog sustava. Glavnina istraţivanja odnosi se na

optimalnu konfiguraciju samostalnog energetskog sustava (hibridni sustav) koji koristi

obnovljive izvore energije, odnosno energiju vjetra i energiju sunčeva zračenja. Iako

postoji niz računalnih simulacijskih programa koji modeliraju hibridne sustave, Homer je

za sada jedini besplatni program koji obuhvaća sve aspekte prilikom modeliranja sustava te

izlaţe optimalno rješenje. Prilikom modeliranja sustava u programu Homer nastojao sam

prikupiti što točnije podatke o investicijskim troškovima, troškovima rada i odrţavanja

pojedinih komponenti. Podaci vjetra i sunčeva zračenja odnose se na juţnu obalu Hrvatske.

Također, tehnički podaci komponenti preuzeti su sa tvorničkih specifikacija. Računalni

simulacijski programi sluţe za analizu izvedivosti, dok stvarno ponašanje sustava nije

moguće točno predvidjeti. Ipak, pristupom koji je primijenjen u ovom radu moguće je

dobiti kvalitetne rezultate na osnovu kojih se moţe donijeti odluka o izvedivosti hibridnog

sustava.

Ključne riječi

Hibridni sustav, Sunce, fotonaponski panel, vjetar, vjetroelektrana, Homer.

44

Summary

Optimization of independent hybrid system

This paper describes a hybrid system consisting of wind turbines, photovoltaic

networks and diesel generators. The work consists of theoretical and practical parts. The

theoretical part describes the renewable energy, diesel engine and other parts of the system.

The practical part is performed in Homer computer simulation program that explores the

energy and economic aspects when determining the optimal system. The majority of

research refers to the optimal configuration of independent energy system (hybrid system)

that uses renewable energy and wind energy and solar radiation. Although there are a

number of computer simulation programs for modeling hybrid systems, Homer is so far the

only free program that covers all aspects of the modeling system and presents the optimum

solution. In modeling the system in Homer I have tried to obtain the most accurate data

about investment costs, costs of operation and maintenance of individual components. The

data of wind and solar radiation are related to the southern Croatian coast. Also, technical

data components are taken from the factory specifications. Computer simulation programs

are used to analyze the feasibility, while the actual behavior of the system cannot be

accurately predicted. However, the approach has been applied in this paper can get high

quality results on the basis of which it may decide on the feasibility of a hybrid system.

Keywords

A hybrid system, the sun, the photovoltaic panel, wind, wind, Homer.

45

Skraćenice

PV Photovoltaic fotonaponski

NASA National Aeronautics and Space Administration američka svemirska agencija

PVGIS Photovoltaic Geographical Information System fotonaponski geografski

informacijski sustav

VAWT Vertical axis wind turbine vjetroturbine s vertikalnom osi

HAWT Horizontal axis wind turbine vjetroturbine s horizontalnom osi

MPPT Maximum power point tracking maksimalna snaga točke za praćenje

SAPS Stand alone power system samostalni energetski sustav

RAPS Remote area power system udaljeni energetski sustav

NREL National Renewable Energy Laboratory nacionalni laboratorij obnovljivih

izvora energije