1

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVRŠNI RAD br. 1435

Usporedba procjene i stvarne proizvodnje električne energije

Josip Šekelja

Zagreb, lipanj 2010.

2

3

Sadržaj

Uvod ......................................................................................................................................... 5

Osnovno o fotonaponskom sustavu SOLVIS Varaždin 96x215 W ............................................ 6

O tvrtci SOLVIS ..................................................................................................................... 6

SE SOLVIS Varaždin ............................................................................................................... 6

Sunčevo zračenje na području Europe ..................................................................................... 9

Sunčevo zračenje na području Hrvatske ................................................................................ 10

FOTOEFEKT ............................................................................................................................. 11

Povijest ............................................................................................................................... 11

Princip rada fotonaponske ćelije ........................................................................................ 12

Maksimalan stupanj djelovanja fotonaponske ćelije je ograničen termodinamički .......... 13

Osnovne prednosti FN pretvorbe ...................................................................................... 13

Koliko će fotonaponski panel proizvesti struje .................................................................. 14

Optimalno okretanje panela prema Suncu ........................................................................ 14

O HOMER-u ............................................................................................................................ 15

Nastanak ukratko ............................................................................................................... 15

SIMULACIJA .................................................................................................................... 16

OPTIMIZACIJA ................................................................................................................. 16

ANALIZA OSJETLJIVOSTI ................................................................................................. 17

Korisničko sučelje HOMER-a .............................................................................................. 18

PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) procjena sunčevog zračenja i proizvodnje električne energije za Varaždin .......................................................................... 19

Podaci za fotonaponski panel (SOLVIS Modul SV 215) .......................................................... 21

Podaci za pretvarač (Sunny Mini Central 6000TL / 7000 TL / 8000TL) .................................. 22

Ulazni podaci i analiza u HOMER-u ........................................................................................ 23

GRAFIČKI PRIKAZ REZULTATA SIMULACIJE............................................................................. 28

Proizvedena energija i snaga kroz godinu .......................................................................... 36

Prosječna snaga po mjesecima iz stvarnih podataka mjerenih na lokaciji ........................ 37

Stvarna proizvedena električna energija u godini .............................................................. 38

Karakterističan dan u toplijem dijelu godine (prosječan dan u kolovozu) ..................... 40

Karakterističan dan u hladnijem dijelu godine (prosječan dan u siječnju) .................... 41

4

Zaključak ................................................................................................................................. 42

Literatura ................................................................................................................................ 43

Naslov završnog rada ............................................................................................................. 45

Sažetak ................................................................................................................................... 45

Ključne riječi ........................................................................................................................... 45

Final work title ....................................................................................................................... 46

Summary ................................................................................................................................ 46

Keywords ................................................................................................................................ 46

5

Uvod

Cilj ovoga rada je usporedba proizvodnje električne energije fotonaponskog

postrojenja (fotonaponske elektrane u Varaždinu) između programskog alata

za simulaciju energijskih sustava HOMER-a i stvarnih mjerenih podataka

vezanih za postrojenje.

Na temelju statističkih podataka sa „Sunny portala“ i podataka za

fotonaponsku elektranu u Varaždinu (vršne snage 20,6 kW - 96 modula SV

60-215 tvrtke Solvis) pod nagibom 70 stupnjeva i 0 stupnjeva azimutom

(okrenuto na jug) putem simulacijskog programskog paketa HOMER provodi

se analiza postrojenja i dobivaju mnogobrojni rezultati simulacije od kojih će

nama od najveće važnosti biti upravo proizvodnja električne energije i snaga

elektrane kroz godinu.

Proračunom, tj. analizom stvarnih mjerenih podataka za sunčevo zračenje,

snagu i proizvedenu energiju te raznim drugim podacima vezanim za

vremenske i klimatske karakteristike te karakteristike samoga postrojenja

dobivaju se stvarni podaci o proizvodnji električne energije i snazi kroz

godinu u raznim periodima (u našem slučaju analiza po mjesecima) koji se

uspoređuju s onima dobivenima iz programa HOMER.

6

Osnovno o fotonaponskom sustavu SOLVIS Varaždin 96x215 W

O tvrtci SOLVIS

SOLVIS je proizvodna i inženjerska tvrtka osnovana 2007. godine u

Dubrovniku. Njena misija i vizija je „unaprjeđenje energetske učinkovitosti

putem proizvodnje integracijskih fotonaponskih sustava, doprinos razvoju i

implementaciji postrojenja za korištenje Sunčeve energije, poticanja

korištenja Sunčeve energije u svrhu zaštite okoliša i smanjena emisije štetnih

plinova“.

Sjedište tvrtke je u Gospodarskoj zoni Brezje u Varaždinu. Osnivači tvrtke

Solvis d.o.o. su gospodin Stjepan Talan i gospodin Mario Čebulc. 2009.

godine su započeli proizvodnju svojih modula. Njihovi moduli na tržištu slove

kao visokoučinkoviti te su temeljeni na strogim kriterijima kontrole kvalitete i

korištenju vrhunskih sirovina.

SE SOLVIS Varaždin

SE SOLVIS Varaždin je fotonaponska elektrana koja sadrži 96 fotonaponskih

modula za proizvodnju električne energije iz sunčeve, a svaki je snage 215

W. Ukupna snaga elektrane je 20,64 kWp. Elektrana je puštena u rad 11.

svibnja 2009. godine. Predviđena godišnja proizvodnja električne energije

kreće se prosječno oko 19 MWh (930 kWh/kWp). Konvencionalna elektrana

na gorivo jednake snage godišnje bi proizvela oko 5,8 tona CO2 što je ujedno

i ušteda, tj. očuvanje okoliša sa strane sunčane elektrane u Varaždinu.

7

SE SOLVIS Varaždin je "On-grid" sustav: električna energija koja se

proizvede fotonaponskim sustavom može se koristiti u privatne svrhe, ali

može se i prodati u javnu mrežu po povlaštenoj tarifi.

Za umreženi fotonaponski sustav potrebni su:

1. Solarni moduli (fotonaponski moduli) - pretvaraju sunčevo svjetlo u

istosmjernu struju

2. Pretvarač - pretvara istosmjernu struju proizvedenu putem solarnih

modula u izmjeničnu struju kompatibilnu sa strujom u javnoj mreži

3. Brojila električne energije - brojilo umreženog sustava instalirano je

pored postojećeg brojila električne energije. Ono mjeri količinu

električne energije u kWh koji se puštaju u javnu mrežu i pokazuje

koliko je proizvedeno električne energije putem fotonaponskog

sustava

4. Kontrolori - kontroliranje rada fotonaponskog sustava kako bi bili

sigurni da sustav radi optimalno.

Slika 1 – SE Solvis Varaždin [11]

8

Slika 2 – Solvis Varaždin [12] Slika 3 – Rashladno postrojenje [12]

Slika 4 – Proizvodni pogon [12] Slika 5 – Ventilacija postrojenja [12]

9

Sunčevo zračenje na području Europe:

Sunčevo zračenje je kratkovalno zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca.

Izražava se u W/m2, a ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji može

biti: neposredno (zračenje Sunčevih zraka), difuzno zračenje neba

(raspršeno zračenje cijelog neba zbog pojava u atmosferi), difuzno zračenje

obzorja (dio difuznog zračenja koji zrači obzorje), okosunčevo difuzno

(cirkum-solarno) zračenje (difuzno zračenje bliže okolice Sunčevog diska koji

se vidi sa Zemlje) te odbijeno zračenje (zračenje koje se odbija od okolice i

pada na promatranu plohu).

Sunčevo zračenje iznosi oko 3,8 x 1026 W, od čega Zemlja dobiva

1,7x1017 W. Zemlja od Sunca godišnje dobiva oko 4 x 1024 J energije što je

desetak tisuća puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije

iz svih primarnih izvora. Prosječna jakost Sunčevog zračenja iznosi oko 1367

W/m2 (tzv. solarna konstanta).

Slika 6 – sunčevo zračenje na području Europe [8]

10

Sunčevo zračenje na području Hrvatske:

Potencijal iskorištenja solarne energije na području Hrvatske se kreće od 970

do 1380 kW/h po m2 površine solarnog kolektora postavljenog pod

optimalnim godišnjim kutom. Sa slike [7] možemo približno odrediti

snagu solarne energije za područje od interesa u Hrvatskoj.

Slika 7 – Sunčevo zračenje na području Republike Hrvatske [8]

11

FOTOEFEKT

Sunce šalje više energije prema Zemlji u 20-ak minuta nego što svjetska

populacija konzumira u cijeloj jednoj godini. Sunčeva energija ima neke

velike prednosti: gotovo je neiscrpna, dostupna je diljem svijeta i potpuno

besplatna. Možete iskoristiti sunčevu energiju i osigurati energiju u

nedostatku električne energije, smanjiti svoje troškove potrošnje električne

energije ili čak zaraditi novac kao povlašteni potrošač. Sunce je jedan od

najčišćih i najveći ekološki prihvatljivi izvor energije na Zemlji.

Solarna fotonaponska energija je direktno pretvaranje svjetlosti u električnu

energiju na atomskoj razini.

Kada fotoni pogode FN ćeliju, oni se mogu reflektirati od nje, proći direktno

kroz nju ili biti apsorbirani (upijeni). Samo apsorbirani fotoni u posebnom

pojasu određenih materijala daju energiju za oslobađanje elektrona i

proizvodnju električne struje (fotonaponski efekt).

Neki materijali koji pokazuju to svojstvo omogućuju da apsorbirani fotoni

svjetlosti oslobađaju elektrone (npr. poluvodiči u tzv. pn spoju). Kada

uspijemo uhvatiti slobodne elektrone, nastaje elektricitet koji možemo

koristiti kao električnu struju.

Povijest

Fotoelektrični efekt je prvi primijetio je francuski fizičar, Edmund Bequerel, u

1839., koji je otkrio da neki materijali uspijevaju proizvesti male količine

električne struje kada su izloženi suncu. 1905. godine Albert Einstein je

opisao prirodu svjetlosti i fotoelektrični efekt na kojoj se temelji fotonaponska

tehnologija, a za koji je kasnije dobio Nobelovu nagradu za fiziku.

Prvi fotonaponski modul je sagradio Bell Laboratories 1954. godine, a već

1960. godine u svemirskoj industriji počelo je prvo ozbiljnije korištenje

tehnologije kako bi se osigurala električna energija na svemirskoj tehnologiji.

12

Kroz vrijeme napredna tehnologija je dobila na pouzdanosti, a trošak

proizvodnje je počeo opadati. Solarne ćelije su izrađene od istih vrsta

poluvodičkih materijala, kao što je silicij koji se koristi u industriji

mikroelektronike. To je drugi najveći element u izobilju na Zemlji. Za solarne

ćelije, tanke poluvodičke ćelije su posebno tretirane u obliku električnog

polja, s jedne strane pozitivno, a negativno sa druge. Kada svjetlosna

energija udara u solarne ćelije, elektroni se oslobode od atoma u

poluvodičkom materijalu. Ako su električni vodovi priključeni sa pozitivne i

negativne strane formira se električni krug, elektroni mogu biti zarobljeni u

obliku električne struje to jest, električne energije. Ta električna energija se

može koristiti za napajanje potrošača. Broj solarnih ćelija električki su

međusobno povezani i montirani u potpornu strukturu okvira nazvanog

fotonaponski modul. Moduli su osmišljeni za opskrbu električnom energijom

do određenog napona, kao što je 12 voltni sustav. Struja proizvedena je

direktno ovisna o tome koliko svjetla udara u modul.

Princip rada fotonaponske ćelije

Osnovni princip rada je taj da se energija sunčevog zračenja koju čine fotoni

u solarnom modulu pretvara u istosmjerni DC napon. Tako dobivena energija

se može akumulirati u baterijama i koristiti za napajanje istosmjernih

potrošača. U slučaju potrebe za napajanjem izmjeničnih (AC) potrošača tada

se u solarni sistem implementira pretvarač, tj. inverter. Inverter vrši pretvorbu

istosmjernog DC napona u izmjenični AC, te na taj način direktno omogućava

napajanje kućnih potrošača koji rade na mrežnom naponu 220V / 50Hz.

Slika 8 – Osnovna struktura fotonaponske

ćelije [5]:

13

Za prikupljanje FN struje, metalni kontakti su postavljeni na obije strane ploče

da bi prikupljali struju induciranu fotonima na ćelijama. Kontakt je omogućen

preko donje površine i na jednom bridu gornje površine. Tanka vodljiva očica

na preostaloj gornjoj površini skuplja struju i pušta prolaz svijetla. Razmaci

vodljivih vlakana u očici je stvar kompromisa između povećanja električne

vodljivosti i smanjivanja ne protočnosti svjetla. Prednje lice ćelije ima anti-

reflektirajuću oplatu da bi se što je više moguće umanjila refleksiju, a

mehanička zaštita je zaštitno staklo s prozirnim ljepilom.

Maksimalan stupanj djelovanja fotonaponske ćelije je ograničen termodinamički: 1. Gubici zbog poluvodičkih svojstava ćelije 23%

2. Gubici energije fotona većih od zabranjenog pojasa 31%

3. Gubici zbog ograničenja napona na veličinu manju od Eg/e,gdje je Eg

donja granična energija, e jedinični naboj elektrona (kod Silicija: Eg/e = 0.8V,

gubici 12%)

4. Gubici iz dodatnih termodinamičkih razloga vezani uz omjer struje kratkog

spoja i napona otvorenog kruga, tj. praznog hoda (za Silicij kod omjera 0.9

gubici su oko 3%)

Ukupni gubici fotonaponske pretvorbe min.: 67 %.

Glavne prepreke šire uporabe su dakle nizak stupanj djelovanja

(maksimalno teorijski 0.33, a i manje) i vrlo mali izlazni napon (do 0.7 V).

Osnovne prednosti FN pretvorbe: 1. Fotonaponska pretvorba je izravna - veliki mehanički sustavi generatora

nisu potrebni.

2. Korištenje i održavanje jednostavno - solarne ćelije nemaju pokretnih

dijelova, nije potrebna koncentracija zračenja, solarne ćelije iskorištavaju i

izravno i raspršeno zračenje Sunca. Bešumnost i ne zagađivanje okoline,

ekološki najčistiji izvor energije.

3. Modularna karakteristika – moguće brzo i u dopuštenim veličinama

instaliranje nizova (moguće postupno povećanje snage).

14

4. Tehnologija dokazana u komercijalne svrhe

5. Visoka pouzdanost i dugotrajnost

6. Najbolji urbani obnovljiv izvor energije

7. Arhitektonska integracija u svaki prostor

Koliko će fotonaponski panel proizvesti struje?

Jedan kvadratni metar fotonaponskih solarnih panela može proizvesti do 150

W bez održavanja snage do trideset godina. Fotonaponski paneli će raditi

čak i na difuzno svjetlo, tj. kad su oblačni dani, ali s manjom izlaznom

snagom. Napon proizveden fotonaponskim panelom ostaje približno isti bez

obzira na vrijeme, ali jakost (A) i snaga (W) će varirati.

Najvažniju stvar koju treba imati na umu pri planiranju fotonaponskih

solarnih instalacija je izlazna snaga, koje će uglavnom ovisiti o četiri faktora:

- maksimalna snaga vašeg panela (mjereno u peak-vatima ili Wp)

- intenzitet svjetlosti

- broj sati izloženosti suncu i

- kut izlaganja suncu

Optimalno okretanje panela prema Suncu

Uvijek je najbolje da se paneli usmjere prema jugu sa idealnim kutom nagiba

ovisno o geografskom položaju i dobu godine. Sunčeve zrake trebaju padati

okomito na panel. Idealna situacija u Europi je da imamo krov okrenut prema

jugu s kutom između 40 i 60 stupnjeva, ili, još bolje, ravni krov ili površinu na

kojem možemo panele podešavati po volji.

15

O HOMER-u

Programski alat HOMER pomaže korisnicima izabrati najpovoljniju

kombinaciju obnovljivih i konvencionalnih izvora energije za manja

postrojenja spojena na mrežu (on grid) ili samostalna postrojenja (off grid).

Upravo detaljna simulacija s mogućnosti odabira mnogobrojnih parametara je

najvažnija za pravilan odabir komponenti postrojenja.

HOMER prati zadivljujući razvoj obnovljivih izvora energije („up to date“),

omogućuje usporedbu raznih kombinacija sustava te predviđa, tj.

proračunava, performanse i sveukupne troškove rada, a usto nam daje

mnoge druge informacije vezane za sam rad postrojenja kao i razne druge

čimbenike koji na njega utječu ili na njih djeluje postrojenje.

Nastanak ukratko

HOMER je nastao od strane NREL-a, tj. iz programa američke vlade za

uspostavu izvora energije u teško dostupnim mjestima. Od 1990. godine

NREL se bavi razvojem obnovljivih izvora energije te njihovom

implementacijom u ruralne dijelove Amerike. Upravo da bi odabrali najbolju

konfiguraciju sustava za promatrano područje trebao im je model za analizu,

tj. simulacija. Upravo zbog ovog razloga razvijaju alat koji im to omogućuje.

1997. godine HOMER je „pušten u javnost“ kako bi se svi mogli poslužiti

njime.

Početno se HOMER bavio samostalnim (off grid) sustavima no ustanovljeno

je da bi bio veoma koristan i ako bi se taj sustav bio spojen na mrežu.

HOMER 2.0 izlazi 2001. godine.

Zahvaljujući sponzorima HOMER se nastavio razvijati i nakon gašenja

programa o uspostavi izvora električne energije u teško dostupnim mjestima.

16

Mikro hibridni sustavi čijom analizom se bavi HOMER mogu imati velik broj

nepredvidivosti, tj. promjenjivih varijabli kao i kombinacija samih sustava.

Upravo zbog ovih problema HOMER dolazi u obzir kao odličan alat za

simulaciju, tj. analizu sustava. HOMER nam omogućava usporedbu više

različitih sustava uzimajući u obzir i promjenjive varijable kao npr. cijene

goriva ili opterećenje mreže. Simulacijom u HOMERU možemo kombinirati

vjetroagregate, fotonaponske panele, hidro generatore, gorive ćelije, baterije,

motore (benzinske), bojlere i sl.

Slika 9 – Odnos između simulacije, optimizacije i analize osjetljivosti

SIMULACIJA HOMER-ova osnovna sposobnost je simuliranje dugoročnih operacija mikro

energetskih sustava. Proces simulacije određuje kakva je konfiguracija

promatranog sustava, prikazuje komponente istog sa točno određenim

tehničkim dimenzijama, prikazuje operativnu strategiju koja definira kako će

ove komponente raditi zajedno i kako će se iste ponašati kada rade zajedno

kroz duži period vremena.

OPTIMIZACIJA Optimizacijski proces određuje koja ja najbolja moguća konfiguracija sistema.

U HOMER-u je uvijek najbolja moguća, odnosno optimalna, konfiguracija

sistema ona koja zadovoljava ograničenja koje je zadao korisnik pri

najmanjem trošku (Net Present Costs - NPC). Nalaženje optimalnog rješenja

može uključiti i odluku o kombinaciji elemenata koje sistem treba sadržavati,

njihove količine i veličine te dispatch strategiju (strategiju otpreme energije)

koje sistem treba sadržavati.

17

U optimizacijskom procesu HOMER simulira razne moguće konfiguracije,

odbacuje neizvodive, rangira one koje su izvodive prema ukupnim NPC i

predstavlja one koje su najpovoljnije.

Optimizacijski proces određuje optimalnu vrijednost svake odlučujuće

varijable (decision variable) koja je interesantna korisniku. Odlučujuća

varijabla je ona nad kojom korisnik ima kontrolu, a za koju HOMER može

uzeti u razmatranje višestruke vrijednosti u optimizacijskom procesu.

Slika 10 – Primjer optimizacije u HOMER-u

ANALIZA OSJETLJIVOSTI Analiza osjetljivosti u HOMER-u pomaže nam odrediti potencijalni utjecaj

nepredvidivih čimbenika na promatrani sustav kao što su npr. cijene benzina

ili brzine vjetra u vremenu.

Slika 11 – Primjer analize osjetljivosti u HOMER-u

18

Korisničko sučelje HOMER-a:

Slika 12 – Osnovni (radni prozor) u HOMER-u

Slika 13 – Mogućnosti odabira komponenti u HOMER-u

Na slici [13] se vide sve moguće komponente koje nam na razmatranje nudi

HOMER. Princip slaganja sustava je jednostavan. Odabirom svega što

želimo u našem sustavu i onoga što bi trebalo HOMER sam spaja cijeli

sustav. Nakon toga slijedi odabir karakteristika za komponente koje smo

odabrali te sam proračun sustava.

19

PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) procjena sunčevog zračenja i proizvodnje električne energije za Varaždin:

PVGIS © European Communities, 2001-2008

Location: 46°18'35" North, 16°20'2" East, Elevation: 173 m a.s.l.

Slika 14 – PVGIS procjena proizvodnje električne energije [8]

Slika 15 – PVGIS Sunčevo zračenje [8]

20

Slika 16 – PVGIS Sunčevo zračenje na horizontalnu površinu, optimalni

nagib i nagib od 90 stupnjeva [8]

Slika 17 – PVGIS prosječne temperature u godini [8]

21

Podaci za fotonaponski panel (SOLVIS Modul SV 215):

Slika 18 i 19 – Podaci o korištenom panelu [3]

Slika 20 – Efikasnost panela s obzirom materijal panela [4]

22

Podaci za pretvarač (Sunny Mini Central 6000TL / 7000 TL / 8000TL): Tehnički podaci: Input (DC) 6000TL 7000TL 8000TL

Max. DC Voltage 700 V 700 V 700 V

Max. Input current 19 A 22 A 25 A

Number of MPP trackers 1 1 1

Output (AC)

Max. AC power 6000 W 7000 W 8000 W

AC nominal voltage 220 V - 240 V 220 V - 240 V 220 V - 240 V

AC mains frequency 50 Hz / 60 Hz 50 Hz / 60 Hz 50 Hz / 60 Hz

Efficiency

Max. Efficiency 98.0 % 98.0 % 98.0 %

Euro-eta 97.7 % 97.7 % 97.6 %

Protection features

Integrated ESS DC load break switch yes yes yes

General data

Operating temperature range -25° C - +60 ° C -25° C - +60 ° C -25° C - +60 ° C

Topology transformerless transformerless transformerless

Cooling design OptiCool OptiCool OptiCool

Install location: indoor / outdoor (IP65) yes / yes yes / yes yes / yes

Equipment

LCD display yes yes yes

Interfaces RS485/wireless optional / optional optional / optional optional / optional

Osnovni podaci: Dimenzije: 468 x 613 x 242 mm

Masa: 32 kg

Radni temperaturni opseg: -25C to 60C

Potrošnja: rad (standby) / noć: < 10 W / 0.25 W

Topologija: transformerless

Princip hlađenja: OptiCool

Instalacija: unutarnja/vanjska (IP65)

Slika 21 – Pretvarač [7]

23

Ulazni podaci i analiza u HOMER-u

Početak analize sustava u HOMER-u počinje odabirom komponenti sustava.

Osnovu SE SOLVIS Varaždin čine fotonaponski moduli, pretvarači i spoj na

mrežu.

Slika 22 – Odabir komponenti promatranog sustava u Varaždinu

Ovaj sustav spojen i prikazan u HOMER-u izgleda ovako:

Slika 23 – Prikaz spojenih komponenti sustava

24

Svaku komponentu sustava potrebno je posebno definirati, tj. za svaku je

potrebno unijeti podatke za proračun sustava.

Podaci za fotonaponske module:

Slika 24 – Unos podataka za fotonaponske panele

Na slici [24] se vidi snaga jednoga panela te ukupna snaga elektrane koju

čini 96 takvih panela. HOMER uzima u obzir cijenu panela i to se može vidjeti

na slici. Za potrebe preciznije, tj. bolje analize unose se podaci o samome

fotonaponskome panelu (efikasnost, kut postavljanja i sl.) te podaci ovisni o

temperaturi, a oni se mogu naći u podacima o karakteristikama

fotonaponskog panela.

25

Podaci o inverteru u HOMER-u:

Slika 25 – Unos podataka za inverter

Podaci za mrežu (ostavljene karakteristike koje HOMER sam daje kao

prosječne):

Slika 26 – Podaci za mrežu

26

Kao osnovna stvar kod simuliranja rada fotonaponskih panela služi nam

sunčevo zračenje [kWh/m2/dan]. Potrebno je unijeti i podatak o geografskom

položaju promatranog područja. Sunčevo zračenje je potrebno unijeti za

promatrano područje, a podaci se mogu unijeti u oblicima kao što su

prosječni podaci po mjesecima ili se može unijeti datoteka s više podataka

koji su mjereni npr. kroz godinu za recimo svaki dan ili sat.

Podaci za grad Varaždin:

Slika 27 – Podaci sunčevog zračenja i indeksi prozračnosti

Osim zračenja unosi se i indeks prozračnosti o kojem također ovisi simulacija

proizvodnje energije, tj. stvarna proizvodnja energije panela. HOMER nam

prikaže graf kroz 12 mjeseci za unesene podatke.

27

Sama simulacija traje kratko zbog jednostavnosti samoga sustava. HOMER

nam daje mnogobrojne važne kao i one manje važne podatke.

Osnovni dio koji nas zanima tiče se optimalnih rezultata, analize osjetljivosti

te općenito proizvedene energije i snage sustava ovisno o sunčevom

zračenju.

REZULTATI ANALIZE SUSTAVA:

Slika 28 – Rezultati analize sustava

Na slici [28] je prikaz rezultata s obzirom na sunčevo zračenje iznosa 3,36

kWh/m2/dan. Vidi se kolike su snage paneli, pretvarač i snaga za mrežu te

cijene, tj. troškovi samog sustava. Što se tiče emisija štetnih plinova

fotonaponski paneli ih nemaju, ali zato postoje neke emisije na strani mreže.

ANALIZA OSJETLJIVOSTI:

Slika 29 – Analiza osjetljivosti

HOMER nam daje uvid u optimalne rezultate s obzirom na različito prosječno

sunčevo zračenje. Analiza osjetljivosti može uzeti u obzir još neke

promjenjive varijable no za fotonaponske module smatram da je ovo

dostatno.

28

GRAFIČKI PRIKAZ REZULTATA SIMULACIJE:

Slika 30 – Proizvodnja kWh s obzirom na sunčevo zračenje

Slika 31 – Odnos cijene energije i sunčevog zračenja

29

Slika 32 – Ukupni troškovnik

Slika 33 – Tijek novca kroz 20 godina

Na slici [33] vidi se početni ulog, cijena zamjene neke opreme nakon, u

ovome slučaju, 15. godina te ušteda.

30

Slika 34 – Identična slici [33] samo je razlika u tome što se na ovoj vidi koliko

troška, tj. uštede se odnosi na koje komponente sustava

Slika 35 – Prosječno zračenje po mjesecima kroz period od 24 sata

31

Slika 36 – Prikaz snage kojom rade paneli kroz mjesece u periodima od 24h

Na slici [36] vidimo prosječan tijek snage za svaki mjesec u godini, tj.

HOMER za svaki mjesec računa prosječan dan i daje nam prikaz snage

panela od 0-24h.

Slika 37 – Sunčevo zračenje kroz godinu

32

Slika 38 – Zračenje na panele kroz godinu

Slika 39 – Odnos snage i sunčevog zračenja

33

Slika 40 – Temperature kroz godinu

Slika 41 – Prikaz temperatura kroz godinu; prosječne, minimalne i

maksimalne vrijednosti tokom dana

34

Slika 42 – Prikaz rada pretvarača kroz godinu

Slika 43 – Podaci za mrežu, tj. preuzeta energija od elektrane

35

Slika 44 – Prikaz ušteda emisije štetnih plinova

36

Proizvedena energija i snaga kroz godinu:

Slika 45 – Snaga i energija procijenjena u HOMER-u

HOMER nam ovim grafom prikazuje s kolikom prosječnom snagom naš

sustav radi u godini za svaki mjesec. Vrijednosti su u kW po mjesecima i

kreću se do maksimalno 3kW u rujnu 2009.

U tablici iznad grafa možemo vidjeti koliko je HOMER proračunao da sustav

proizvede energije (20.657 kWh/g.) te koliko mreža uzima, tj. kupuje energije

(18.591 kWh/g.).

37

Prosječna snaga po mjesecima iz stvarnih podataka mjerenih na lokaciji

Slika 46 – Stvarni prosjek snage po mjesecima iz mjerenih podataka

Slika [46] prikazuje prosječnu snagu panela u periodu kada Sunce sja. U

slučaju uzimanja u obzir i dijela dana kada nema Sunca vrijednosti snage bi

bile niže no graf ostaje identičan. Važan utjecaj na prosjek snage čini

temperatura. Fotonaponski paneli tokom noći jednake su temperature kao i

okolina no preko dana oni se zagriju i do 300C iznad temperature okoline. Taj

porast temperature utječe na panele na način da im smanjuje efikasnost tako

da možemo zaključiti da će u toplijim mjesecima (srpanj, kolovoz) efikasnost

panela biti niža nego u hladnijim mjesecima u godini.

Ovaj „stvarni“ graf [Slika 46] se čini čudnim na prvi pogled s obzirom na

snage prikazane u HOMER-u, ali ju objašnjavam činjenicom da je ljeti

količina sunčeva zračenja dugotrajnija, tj. paneli rade prosječno oko 12h dok

je ta brojka zimi oko 8h dnevno tako da su i prosjeci snaga po mjesecima

nepravilno raspoređeni. Od ranog jutra (6h) do kasno u večer (20h) u toplijem

razdoblju pojavljuju se podaci koji su za red veličine manji od onih u

podnevnim satima tako da oni smanjuju prosjek snage u toplijim mjesecima.

Podaci u rano jutro i kasno u večer ne postoje u hladnijim mjesecima stoga je

i prosjek takav kakav jest. Treba uzeti i u obzir moguće pogreške u analizi

podataka.

00,5

11,5

22,5

PROSJEČNA SNAGA PO MJESECIMA

kW

38

Stvarna proizvedena električna energija u godini

Stvarna proizvedena električna energija (iz podataka mjerenih na lokaciji)

kroz mjesece prikazana od puštanja postrojenja u rad [Slika 47] te graf koji

prikazuje kako bi to izgledalo od 1.-12. Mjeseca [Slika 48]:

Slika 47 – Energija u jednoj godini od puštanja postrojenja u rad

Slika 48 – Energija od 1.-12. mjeseca

Podatak za 6. mjesec nije greška nego je toliko stvarna proizvodnja

električne energije iznosila. Razloga zbog kojih je proizvodnja električne

energije u 6.mj. manja od one u 5.mj. može biti više, a najjednostavniji su da

je mjesec bio nešto „ispod prosjeka“ zbog količine sunčevog zračenja ili da je

došlo do nekog problema s radom elektrane.

0100020003000

kWh od puštanja elektrene u rad

kWh

0

1000

2000

3000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh kroz godinu od 1.-12. mjeseca

kWh

39

Ukupna proizvedena energija iznosi 23.889 kWh/g. Ovaj broj je veći od

onoga u HOMER-u (20.657 kWh/g.), a to je moguće zbog nekoliko

čimbenika.

HOMER pretpostavlja da fotonaponski panel uvijek radi na svom

maksimumu, tj. da je efikasnost ćelija uvijek najviša moguća. U pretpostavku

za proračun utjecaja temperature HOMER uzima u obzir da efikasnost ćelija

ovisi linearno o temperaturi te za svaki vremenski korak računa temperaturu

ćelija. Ozračenost, temperatura okoline, temperatura panela te razni drugi

parametri u stvarnosti se mijenjaju u svakom trenutku dok HOMER radi samo

s unesenim podacima. HOMER svoju analizu temelji upravo na tih nekoliko

podataka te iz njih stvara godišnje, tj. satne vrijednosti koje se ne mogu

slagati s stvarnim stanjem. Također treba uzeti u obzir da HOMER radi

simulaciju rada postrojenja za cjelokupan pretpostavljeni period rada, tj. za

više godina, a kao što je već rečeno radi analizu nad ulaznim podacima za

samo jednu godinu.

Svaki od čimbenika koji utječu na rad elektrane može utjecati povoljno ili

nepovoljno na rad elektrane. U našem slučaju ti čimbenici su djelovali

povoljno na proizvodnju el.en. I u ovome slučaju moguće su manje pogreške

u računu.

40

Karakterističan dan u toplijem dijelu godine (prosječan dan u kolovozu):

Slika 49 – Prosječna proizvodnja energije u danu u toplijem dijelu godine

Slike 50, 51, 52 – Snaga i energija po fazama ljeti (6-20h)

05

101520

Energija u danu kroz periode od 1h

kWh

41

Karakterističan dan u hladnijem dijelu godine (prosječan dan u siječnju):

Slika 53 – Prosječna proizvodnja energije u danu u hladnijem dijelu godine

Slike 54, 55, 56 – Snaga i energija po fazama zimi (~ 7-16h)

0123456

8-9h 9-10h 10-11h 11-12h 12-13h 13-14h 14-15h 15-16h 16-17h

Energija u danu kroz periode od 1h

kWh

42

Zaključak

Projektiranjem sustava u programskom alatu za projektiranje mini hibridnih

obnovljivih sustava za proizvodnju električne energije, HOMER-u, dolazim do

zaključka da je, bez obzira na nemogućnost uzimanja u obzir brojnih

relevantnih faktora koji utječu na rad nekog sustava izloženog klimatskim i

vremenskim prilikama te mnogim drugim utjecajima, rezultat simulacije vjeran

stvarnim podacima. Da sam kojim slučajem unio vjerniji prikaz podataka za

lokaciju rezultati bi bili bolji. U svakom slučaju projektiranje sustava u

HOMER-u je veoma jednostavno i pruža nam dobar temelj za planiranje i

odabir optimalnog rješenja za izgradnju postrojenja sa željenim

karakteristikama.

Proračunata energija u HOMERU iznosi oko 86% proizvedene energije naše

elektrane, tj. u stvarnosti se proizvelo 3.232 kWh energije u godini dana više

nego što je to pokazala simulacija. Greška proračuna nije zanemariva, ali je u

prihvatljivim granicama s obzirom na broj unesenih podataka u program kao i

principe proračuna podataka u programu. U slučaju da je elektrana svoje

panele postavila pod optimalnim kutom, koji iznosi oko 330 za promatrano

područje prema PVGIS-u, procijenjena proizvodnja energije u godini dana u

HOMER-u bi iznosila 24.267 kWh. To bi značilo da se u stvarnosti (pod

stvarnim kutom panela od 700) proizvelo oko 2% manje energije nego što

prikazuje simulacija s panelima namještenim na optimalni kut. Možemo

nagađati dali bi stvarni podaci elektrane u slučaju panela pod optimalnim

kutom bili bolji, tj. dali bi se proizvelo više energije nego što nam prikazuje

simulacija no rezultati sugeriraju na to da bi to bilo točno.

Naša budućnost od nas zahtijeva da radimo na obnovljivim izvorima energije,

a upravo sunčeva je najčišća, najjednostavnija, najjeftinija te sigurno jedan

od najboljih putova razvoja obnovljivih izvora energije, a i činjenica je da na

Zemlju svaki dan pristiže količina sunčeve energije dovoljna da namiri sve

naše potrebe za električnom energijom.

43

Literatura:

1. Peter Lilienthal, Ted Ladd, Tom Lambert, Homer energy, HOMER,

https://www.homerenergy.com/download.html

2. Sunny portal, mjereni podaci o radu elektrane i klimatske

karakteristike promatranog područja (Varaždin),

http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview.aspx?pa

ge=0ffdc2db-e237-48ce-bbfc-f52a3df1f28d&plant=7d7a45c9-767f-

419e-84da-5d7f3a3de11d&splang=en-US

3. Solvis Varaždin, paneli i tvrtka, http://www.solvis.hr/pocetna.html

4. Wikipedija, fotonaponska energija,

http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija

5. Besplatna Energija - Obnovljivi izvori energije, 2010.,

http://besplatna-energija.com/solarni-fn-moduli/fotonaponska-

energija.html

6. Sonnengeld GmbH, podaci za pretvarač,

http://www.sonnengeld.de/48-1-SMA-SUNNY-MINI-CENTRAL-

6000TL7000TL8000TL.html

7. Slika pretvarača,

http://www.solarshop-europe.net/product_info.php?products_id=524

8. European commission, Joint Research Centre (JRC),

- interaktivne mape i animacije:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/imaps/index.htm

- zračenje i ozračenost :

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?en=&europe=h

ttp://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvreg.php

- procjena snage fotonaponskih panela na lokaciji:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvest.php?en=&europe=

9. HRVATSKA STRUČNA UDRUGA ZA SUNČEVU ENERGIJU

(HSUSE),

http://www.hsuse.hr/novosti/otvorena_tvornica_fotonaponskih_modula

_solvis_/default.aspx

44

10. Portal gradimo d.o.o, fotonapon, sunčeva energija,

http://www.gradimo.hr/Znacaj-rijeci-fotonapon/hr-HR/13186.aspx

11. Fakultet elektrotehnike i računarstva (FER), Stručni posjet studenata

FER-a tvornici FN panela SOLVIS i HE Dubrava, slike,

http://www.fer.hr/?@=1maaw

12. Instalomont, Termocentar d.o.o., poduzeće za termo-tehničke

instalacije, slike Solvis Varaždin,

http://www.instalomont-termocentar.hr/Reference_SOLVIS%20-

%20VARAzDIN_.html

45

Naslov završnog rada:

Usporedba procjene i stvarne proizvodnje električne energije

Sažetak

Potrebno je bilo implementirati stvarnu elektranu pod nazivom „SE Solvis

Varaždin“ u programskom alatu za simulaciju obnovljivih sustava HOMER-u

te odsimulirati njen rad. Rezultate simulacije (u našem slučaju snagu i

energiju) potrebno je usporediti s stvarnim mjerenim podacima koje smo

dobili u obliku excel file-ova koji sadrže mnogobrojna mjerenja u samoj

elektrani posebno za svaku fazu (3f). Sama usporedba je relativno

jednostavna i jasna jer dovoljno je vidjeti stvarne grafove i simulaciju u

HOMER-u, uvidjeti razlike te zaključiti zbog čega su one nastale, ako ih

uopće ima.

Prije samoga rada potrebno je bilo ukratko objasniti osnovne definicije, tj.

principe rada same elektrane. Dakle, od sunčeva zračenja, fotonaponskog

efekta, principa rada fotonaponskog panela te raznih mnogobrojnih utjecaja

na panele išli smo prema proizvodnji energije same elektrane.

Ključne riječi:

Sunčevo zračenje, fotonaponski efekt, fotonaponski paneli,HOMER.

46

Final work title:

Comparison of estimated and actual production of electricity

Summary

I needed to implement a real power plant under the name "SE Solvis

Varaždin" in a programming tool for simulation of renewable energy systems

named HOMER and simulate her work. Simulation results (in our case, the

power and energy) are then compared with actual measured data obtained in

the form of Excel files containing many of these measurements in the power

plant separately for each phase (3 phases). The mere comparison is

relatively simple and clear because it is enough to see the actual graphs and

simulation in HOMER, find the differences and conclude why they occurred, if

it were any.

Before any work it was necessary to briefly explain the basic definitions, ie,

principles of operation of the plant. So, from solar radiation, photovoltaic

effect, the principle of photovoltaic panels and a variety of many effects on

panels we went step by step to the energy production of the plant.

Keywords:

Solar radiation, photovoltaic effect, photovoltaic panels, HOMER.