Fotowoltaika

2z7
Pod pojęciem fotowoltaiki kryje się dziedzina nauki i techniki, która skupia się na zagadnieniu związanym z
przetwarzaniem promieni świetlnych światła słonecznego na energię elektryczną. Całe zagadnienie opiera się na
wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego oraz wykorzystaniu otrzymanej w ten sposób energii elektrycznej.
Zainteresowanie ekologicznymi rozwiązaniami oraz potrzeba poszukiwania oszczędności w wydatkach na
rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną spowodowały intensywny rozwój technologii fotowoltaicznej
oraz powstanie korzystniejszych przepisów prawnych regulujących inwestycje w odnawialne źródła energii.
Idea fotowoltaiki jako odnawialnego źródła energii jest na pierwszy rzut oka bardzo atrakcyjna i to pod wieloma
względami. Po pierwsze jest to rozwiązanie bardzo ekologiczne, ponieważ czerpiemy energię z odnawialnego
źródła. Po drugie jest to darmowe i ogólnodostępne źródło energii. Jednak
rzeczywistość nie jest już tak
kolorowa jak mogłoby się to wydawać. Zapewniana przez producentów żywotność ogniw na około 25 lat, często
nie ma pokrycia z rzeczywistością (producenci zazwyczaj udzielają gwarancji tylko na pierwsze 10 lat).
Szkodliwość odpadów powstałych po utylizacji ogniw może być większa niż emisja szkodliwych substancji
powstających
przy
otrzymywaniu
energii
metodami
konwencjonalnymi.
Łączny
koszt
inwestycji
oraz
użytkowanie instalacji może się okazać mniej korzystne od wykorzystywania metod konwencjonalnych.
Ważnym aspektem systemu fotowoltaicznego jest to, że same panele nie wystarczą aby zasilić urządzenia w
budynku. Nie podłącza się ich bezpośrednio do urządzeń. Większość używanego sprzętu potrzebuje zasilenia
napięciem przemiennym o wartości 230V, a napięcie na zaciskach modułów fotowoltaicznych jest w przybliżeniu
stałe. Dodatkowo wartość tego napięcia silnie zależy od warunków pracy. Energia dostarczana przez moduł
ogniwa fotowoltaicznego nie jest stała, a większość urządzeń elektrycznych potrzebuje stałego źródła energii, w
szczególności urządzenia elektroniczne. Dlatego, w większości przypadków stosuje się dodatkowo elektroniczne
urządzenia sterujące i przetwarzające. Całość wraz z panelami tworzą system fotowoltaiczny.
Koszt instalacji fotowoltaicznej silnie zależy od rozmiaru inwestycji, im mniejsza instalacja tym wyższy koszt w
przeliczeniu na wat mocy. Ogólnie koszt 1 kW instalacji sieciowej waha się pomiędzy 6 a 8 tys. zł netto/kW.
Czynnikami dodatkowo wpływającymi na koszt to m.in. typ konstrukcji montażowej (naziemna, na płaskim
dachu, na skośnym dachu), długość i grubość okablowania czy zastosowane komponenty.
Systemy fotowoltaiczne można podzielić na dwie grupy: off-grid (nie podłączone do sieci energetycznej) oraz
grid-connected (podłączone do sieci energetycznej).
Pierwszy, nie podłączony do sieci energetycznej pracuje jako całkowicie autonomiczne źródło energii. Dla tego
typu rozwiązań stosuje się dodatkowe urządzenia buforujące energię, w celu zwiększenia efektywności całego
systemu. Przykładowo w momencie gdy nie ma podłączonych odbiorników, lub podłączone urządzenia nie
wykorzystują w pełni możliwości paneli wyprodukowana nadwyżka energii trafi do akumulatorów pełniących rolę
bufora. W przeciwnej sytuacji, czyli w przypadku podwyższonego zapotrzebowania na energię, potrzebna
energia może być pobierana z uprzednio naładowanych akumulatorów.
Drugi system, podłączony do sieci energetycznej jest od niej całkowicie zależny. To sieć energetyczna działa jak
bufor dla systemu fotowoltaicznego, więc niezależnie od wielkości zapotrzebowania na energię elektryczną jest
ona wprowadzana do sieci energetycznej. Polega to na pobieraniu brakującej energii z sieci, za którą będzie
trzeba się rozliczyć z dostawcą energii. W momencie wyprodukowania nadwyżki prądu istnieje możliwość
odsprzedania tej energii do sieci energetycznej.
3z7
Wydajność systemów fotowoltaicznych zależy więc od wielkości i mocy paneli oraz od ich ustawienia pod
odpowiednim kątem. Zwiększenie wydajności można uzyskać poprzez zastosowanie systemu nadążającego,
który śledziłby słońce i ustawiał panele pod optymalnym kątem. Zastosowanie takiego rozwiązania zwiększyłoby
wydajność systemu o około 30%.
W Polsce przyjęta przez rząd polityka energetyczna zakłada, że do 2030 roku odnawialne źródła energii mają
stanowić 40% całości wytwarzanej energii w Polsce.
Nowa ustawa o OZE wprowadza nowe definicje mikro i małych instalacji:
Mikro instalacja – instalacja odnawialnego źródła energii o zainstalowanej łącznej mocy elektrycznej do 40 kW.
Mała instalacja – instalacja odnawialnego źródła energii o zainstalowanej łącznej mocy elektrycznej powyżej 40
kW do 200 kW.
Jednym z przywilejów tego typu instalacji będzie zwolnienie z konieczności uzyskania koncesji na prowadzoną
działalność. Dodatkowo zgodnie z zapisami ustawowymi wytwarzana energia w mikro instalacjach (niezależnie
od tego czy będzie ona wykorzystywana na użytek własny czy sprzedawana do sieci energetycznej) nie ma już
charakteru działalności gospodarczej. Zatem przy wytwarzaniu energii o mocy elektrycznej do 40 kW nie będzie
konieczności zakładania działalności gospodarczej lub prowadzenia księgowości. Właściciel takiej instalacji ma
jedynie obowiązek zgłoszenia operatorowi sieci dystrybucyjnej o podłączeniu instalacji do sieci przez
uprawnionego
instalatora.
Rozliczanie
wytworzonej/pobranej
energii
będzie
odbywać
się
za
pomocą
inteligentnego licznika.
Formy pomocy oraz dofinansowań na fotowoltaikę zależą od poszczególnych organizacji i instytucji oraz ich
zróżnicowania projektów w poszczególnych województwach.
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej wspomaga ogólnokrajowe programy wspierające
rozwój OZE. Dotacje NFOŚiGW dla mikroinstalacji oraz różne programy wspierające rozwój rozproszonych
źródeł energii o charakterze odnawialnym mają na celu przybliżyć promowanie rozwiązań proekologicznych. Na
dzień dzisiejszy Narodowy Fundusz posiada program Prosument.
Dofinansowanie przedsięwzięć obejmuje
zakup i montaż nowych instalacji i mikroinstalacji odnawialnych źródeł energii do produkcji: energii elektrycznej
lub ciepła i energii elektrycznej (połączone w jedną instalację lub oddzielne instalacje w budynku), dla potrzeb
budynków mieszkalnych jednorodzinnych lub wielorodzinnych, w tym dla wymiany istniejących instalacji na
bardziej efektywne i przyjazne środowisku. Wg. informacji o programie beneficjentami programu mogą być
osoby fizyczne, spółdzielnie mieszkaniowe, wspólnoty mieszkaniowe oraz jednostki samorządu terytorialnego i
ich związki. Dofinansowania będą przyznawane na instalacje fotowoltaiczne o zainstalowanej mocy elektrycznej
do 40kW.
Do podstawowych zasad udzielenia dofinansowania należą: maksymalna wysokość kosztów kwalifikowanych
100 tys. zł – 450 tys. zł, w zależności od rodzaju beneficjenta i przedsięwzięcia; określenie maksymalnego
jednostkowego kosztu kwalifikowanego dla każdego rodzaju instalacji; maksymalny okres finansowania
pożyczką/kredytem do 15 lat, oraz wykluczenie możliwości uzyskania dofinansowania kosztów przedsięwzięcia z
innych środków publicznych.
Program będzie wdrażany na trzy sposoby: dla jednostek samorządu terytorialnego (przez pożyczki wraz z
dotacjami dla jednostek samorządów terytorialnych), za pośrednictwem banków (przez udostępnienie bankom
4z7
środków przeznaczonych na udzielanie kredytów bankowych łącznie z dotacjami), oraz za pośrednictwem
udostępnionych przez WFOŚiGW (Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej) środków
z przeznaczeniem na udzielanie pożyczek łącznie z dotacjami.
Program posiada budżet 600 mln zł i jest podzielony na dwa etapy: pierwszy na lata 2014 i 2015, w którym
dotacja wyniesie 40% dla instalacji fotowoltaicznych oraz małych elektrowni wiatrowych. Drugi etap obejmie
lata 2016 – 2020, a dotacja wyniesie 30% dla instalacji fotowoltaicznych i małych elektrowni wiatrowych.
Opłacalność inwestycji silnie zależy od rodzaju instalacji , warunków w jakich pracują ogniwa oraz wielkości
dofinansowania, które może zamortyzować poniesione koszty. Obowiązujące prawo oraz przepisy są coraz
bardziej przyjazne inwestycjom w OZE, dlatego opłacalność inwestowania w „zieloną energię” z roku na rok
rośnie. Dodatkowo stały rozwój nowych technologii pozwala na efektywniejsze wykorzystanie wytworzonej
energii.
Firma APAInnovative wykonała próbną instalację fotowoltaiczną na budynku siedziby głównej w Gliwicach w
celu uruchomienia monitoringu instalacji z wykorzystaniem inteligentnego budynku Vision BMS. System pobiera
informacje bezpośrednio z zastosowanego w instalacji inwertera, które następnie analizuje i archiwizuje. Wyniki
pomiarów można obserwować na wykresach czasowych przedstawiających zarówno jakość jak i ilość
pozyskanej energii. Na bieżąco jest liczony okres zwrotu z inwestycji w miesiącach.
Rys.1. Widok ekranu monitoringu fotowoltaiki w systemie Vision BMS.
5z7
Stan zwrotu inwestycji na dzień 14.10.2014 wygląda następująco:
Koszt inwestycji [PLN]
3300
Ilość wyprodukowanej energii [kWh]
916,26
Całkowita wartość energii [PLN]
503,94
Średnia dzienna wartość energii [PLN]
1,3
Szacowany okres zwrotu [mies.]
71,94
Gdyby średnia produkcja energii elektrycznej utrzymywałaby się na stałym poziomie, to inwestycja zwróciłaby
się za około 6 lat. Szybkość zwrotu inwestycji zależy nie tylko od wydajności ogniw fotowoltaicznych i pogody,
ale również od wartości ceny rynkowej za 1kW mocy.
Wgłębiając się w pomiary przeprowadzone przez firmę APAInnovative wynika, iż z zainstalowanej instalacji,
składającej się z czterech paneli słonecznych w dobrze nasłoneczniony letni dzień uzyskuje się maksymalne
natężenie prądu w granicach 4,6 A i napięciu 120 V. Średnio w ciągu dnia wartość wyprodukowanej energii
znajduje się na poziomie około 4 kWh. W pochmurny dzień z opadami deszczu wartość ta sięga to zaledwie 0,2
kWh.
Rys.2. Instalacja fotowoltaiczna zamontowana na budynku firmy APA.
6z7
Analizując przebiegi czasowe napięcia lub natężenia wygenerowanego przez panele fotowoltaiczne prądu można
w bardzo łatwy sposób określić nasłonecznienie danego dnia. Zaobserwować również można produkcję energii
elektrycznej w zależności od pory dnia, która również zmienia się w zależności od pory roku.
Rys.3. Wykres napięcia wyprodukowanej energii.
Rys.4. Wykres natężenia wyprodukowanej energii.
7z7
Z wykresów na rysunkach 3 i 4 można zauważyć, że dnia 13 października była słoneczna i praktycznie
bezchmurna pogoda, a 14 października niebo było całkowicie zachmurzone. Dodatkowo podłączona do systemu
Vision BMS stacja pogodowa wykazała tego dnia opady na poziomie 3,2mm.
Producent systemu Vision BMS udostępnił wyniki pomiarów pod adresem:
line/
http://apainnovative.pl/testuj-on-