VYSOKÁ ŠKOLA POLYTECHNICKÁ JIHLAVA Katedra ekonomických studií. Hodnocení projektu solárního zdroje

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA POLYTECHNICKÁ JIHLAVA Katedra ekonomických studií Hodnocení projektu solárního zdroje energie pro budovu Bakalářská práce Autor: Lukáš Brumovský Vedoucí práce: Ing. Petr Jiříček Jihlava 2013

2

3 Anotace Cílem této bakalářské práce je zhodnocení projektu solárního zdroje energie pro rodinný dům po energetické i ekonomické stránce. V práci bude porovnán současný stav objektu vzhledem k ceně a spotřebě elektrické energie a předpokládaný stav po instalaci solárního zdroje energie, zahrnující také dobu návratnosti této investice a propočet čisté současné hodnoty. Klíčová slova Obnovitelné zdroje energie, solární energie, fotovoltaika, výkon, výroba, spotřeba, čistá současná hodnota, fotovoltaické panely. Annotation The aim of this work is to evaluate the project of solar energy for house for energy and economic terms. The work will be compared the current state of the object relative to the cost and power consumption and the expected situation after the installation of solar energy resources, including a payback period of the investment and the calculation of net present value. Key words Renewable sources of energy, solar energy, photovoltaic, power, production, consumption, net present value, photovoltaic panels.

4 Poděkování Tímto chci poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Petru Jiříčkovi za odborné vedení, cenné připomínky a čas strávený konzultacemi ke zpracování této práce. Dále chci poděkovat paní Mgr. Haně Vojáčkové za odborné rady k formální úpravě. V neposlední řadě chci poděkovat členům své rodiny za jejich podporu a trpělivost.

5 Prohlášení Prohlašuji, že předložená bakalářská práce je původní a zpracoval jsem ji samostatně. Prohlašuji, že citace použitých pramenů je úplná, že jsem v práci neporušil autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů, v platném znění, dále též AZ ). Souhlasím s umístěním bakalářské práce v knihovně VŠPJ a s jejím užitím k výuce nebo k vlastní vnitřní potřebě VŠPJ. Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje AZ, zejména 60 (školní dílo). Beru na vědomí, že VŠPJ má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé bakalářské práce a prohlašuji, že s o u h l a s í m s případným užitím mé bakalářské práce (prodej, zapůjčení apod.). Jsem si vědom toho, že užít své bakalářské práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem VŠPJ, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených vysokou školou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše), z výdělku dosaženého v souvislosti s užitím díla či poskytnutím licence. V Jihlavě dne Podpis

6 Obsah Obsah... 6 Úvod Obnovitelné zdroje energie Energie větru Energie vody Geotermální energie Energie biomasy Energie bioplynu Solární energie Fototermika Fotovoltaika Historie fotovoltaiky Fotovoltaický článek Typy fotovoltaických článků Amorfní články Polykrystalické články Monokrystalické články Fotovoltaický panel Faktory mající vliv na účinnost fotovoltaického panelu Způsoby zapojení fotovoltaického systému Ostrovní systém Připojení na síť samostatnou přípojkou Připojení na síť při využití zeleného bonusu Výkupní ceny Legislativa Proces registrace a plateb při využití zeleného bonusu Daň z příjmu Odpisy Daň z přidané hodnoty Místo instalace Místní podmínky... 36

7 5.2 Spotřeba elektrické energie v místě instalace Cena elektrické energie Součásti fotovoltaického systému Fotovoltaické panely Střídač Elektroměr výroby Rozvaděč Čtyřkvadrantní elektroměr Nosná konstrukce Kabeláž Schéma zapojení fotovoltaického systému Energetické hodnocení FVE Ekonomické hodnocení FVE a doba návratnosti Jiný počet panelů Závěr Seznam obrázků Seznam tabulek Použité zdroje Přílohy... 65

8 Úvod Pro svou bakalářskou práci jsem si vybral téma hodnocení investice. Konkrétně investice do solárního zdroje energie pro rodinný dům. Téma jsem si vybral ze tří důvodů. Zaprvé mě zajímá téma obnovitelných zdrojů energie, protože energii, obzvlášť tu elektrickou, bude lidstvo vždy potřebovat a obnovitelné zdroje jsou jediným dlouhodobým řešením. Neobnovitelné zdroje (ropa, černé a hnědé uhlí, zemní plyn, uran) zde už podle jejich názvu nebudou navždy, ale také neúnosně zatěžují a znečišťují naše životní prostředí, což se mi velmi příčí. Zadruhé jako každý ekonomicky smýšlející člověk hledám možnosti, jak můžu ušetřit a v lepším případě i vydělat peníze (hlavně ve smyslu: Proč platit za něco, co nepotřebuji nebo si sám dokážu obstarat?). Třetím důvodem je má snaha o co největší soběstačnost po všech stránkách, tudíž i v získávání elektrické energie. Při skloubení všech tří uvedených důvodů dohromady jsem dospěl k řešení. Tímto řešením je vlastní solární zdroj energie umístěný na střeše rodinného domu (dále také místo instalace ). Jiný obnovitelný zdroj energie v místě instalace bohužel nepřipadá v úvahu kvůli jeho umístění a omezenému prostoru. Na začátku práce budou popsány obnovitelné zdroje energie, jejich rozdělení a jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů energie. Větší důraz věnuji solární energii, kde bude také objasněn rozdíl mezi fotovoltaikou a fototermikou. Podrobně se zaměřím na fotovoltaiku, která je pro mou práci podstatná její historii, fyzikální princip, technologie a další faktory. Důležitou částí je v neposlední řadě objasnění principu zelených bonusů a přímého prodeje a výše jejich současných cen. V následující části se zaměřím na legislativu, kterou je nutno zohlednit při rozhodování a návrhu snad každé stavby. Poté popíši místo instalace s místními podmínkami, kde bude instalace provedena a samozřejmě také dosavadní energetický i ekonomický stav. Uvedu, co vše a proč je k instalaci zapotřebí a provedu výběr potřebných zařízení i s uvedením jejich technických parametrů a ceny. Přiblížím schéma zapojení systému, odhadnu objem výroby a podíl vlastní spotřeby. Na závěr provedu energetické a ekonomické hodnocení po provedení instalace i s výpočtem doby návratnosti. Cílem práce je zjistit energetické a ekonomické hodnocení investice do solárního zdroje energie pro vybraný rodinný dům, dobu návratnosti a zhodnotit tak finanční 8

9 smysluplnost této investice. Budu pracovat s předpokladem vlastní spotřeby vyrobené energie a prodejem přebytečné energie do distribuční sítě. Základní metodou pro hodnocení projektu bude analýza dosavadních energetických i ekonomických hodnot. Následně provedu komparaci těchto hodnot s odhadovanou výší hodnot po realizaci projektu. Výsledky komparace použiji jako část podkladů pro energetické a ekonomické hodnocení investice. Pro ekonomické hodnocení využiji metodu čisté současné hodnoty a metodu doby návratnosti. 9

10 1 Obnovitelné zdroje energie Obnovitelným zdrojem energie se rozumí takový zdroj, jejž nemůžeme vyčerpat, protože se může neustále obnovovat, ať už sám či za přičinění člověka. Z hlediska schopnosti a míry regenerace je můžeme rozdělit na obnovitelné zdroje (mají schopnost reprodukce při vhodném užívání) a semi-obnovitelné zdroje (z hlediska obnovitelnosti se nacházejí na rozhraní mezi obnovitelnými a neobnovitelnými zdroji, čas potřebný pro regeneraci je v intervalu let (lesy, ryby, apod.)). Zákon definuje obnovitelné zdroje energie jako Obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu z čistíren odpadních vod a energie bioplynu 1. Energie slunce se také někdy vyčerpá, ale jelikož se tak stane až v průběhu miliard let, tak je tento zdroj označován za obnovitelný. Tyto zdroje jsou nám známy už delší dobu, avšak velký zájem o ně nastal až v souvislosti s ropnou krizí a zelenou politikou v 70. letech 20. století. Tradičních zdrojů energie jako jsou ropa, uhlí, zemní plyn a uran je na světě pouze omezené množství, jenže energii bude lidstvo potřebovat vždy. A právě zde přichází na řadu obnovitelné zdroje energie, které lidstvu zajistí udržitelnou energetiku. Dalším důvodem pro nahrazení tradičních zdrojů těmi obnovitelnými je snížení znečišťování a ničení životního prostředí. Jako nejznámější znečištění se v tomto případě jeví emise oxidu uhličitého, ale jsou to také emise dalších plynů a odpady, z nichž nejhorší je radioaktivní odpad z jaderných elektráren. Hrůznou je bohužel i samotná těžba tradičních zdrojů, ať už se jedná o uhelné doly nebo nebezpečí ekologické katastrofy při těžbě ropy (viz např. nedávná havárie ropné plošiny v Mexickém zálivu v roce 2010). Protože je ale lidstvo nezdravě závislé na tradičních zdrojích a dostupná technologie pro získávání energie z obnovitelných zdrojů ještě není úplně dokonalá, tak přestup na výrobu energie z tradičních na obnovitelné zdroje bude postupný. Samozřejmě jsou zde i další překážky jako uhelná a ropná lobby, prozatímní nákladnost technologií pro využití obnovitelných zdrojů a celkově nízká ochota lidí ke změně. 1 2 zákona č. 165/2012 Sb. o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů 10

11 Česká republika se při vstupu do Evropské unie (dále také EU ) zavázala ke zvýšení podílu výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů na 8 % z celkové výroby do roku 2010, což bylo splněno, a 13 % do roku Roku 2007 bylo rozhodnuto, že v roce 2020 má být 20 % energie členských států Evropské unie vyráběno pomocí obnovitelných zdrojů energie, kvůli omezení emisí oxidu uhličitého a snížení závislosti na importu energetických surovin. Obr. 1: Podíl obnovitelných zdrojů na spotřebě energie ve státech EU 2 V roce 2006 pocházelo asi 18 % celosvětově vyprodukované energie ze zdrojů, označovaných jako obnovitelné. Většina z toho (13 % celosvětově vyprodukované energie) pocházela z tradiční biomasy (především pálení dřeva). Já osobně ale nepovažuji dřevo za obnovitelný zdroj jako takový, protože obnova vykácených lesů trvá v řádu desítek let, ne-li více a navíc je to na můj vkus příliš velký zásah do krajiny, kterým jsou dotčeni i další živočichové. 1.1 Energie větru I když pominu využívání větrné energie v mořeplavectví, tak ji lidstvo využívá již dlouhá staletí pomocí větrných mlýnů k mechanické práci (mletí mouky, pumpování vody, řezání dřeva, a další). Jen v České republice byl první větrný mlýn postaven už ve 13. století. V současnosti se ale pozornost obrací hlavně k využití větrné energie k výrobě elektřiny, a k tomu slouží větrné elektrárny. První větrné elektrárny vznikly koncem 80. let 20. století. V podstatě by se dalo říci, že jsou to modifikované větrné 2 Čerpáno z 11

12 mlýny s přidaným generátorem. Jedná se o rotor s listy (vrtule, většinou třílistá) o průměru i 100 metrů, umístěný na stožáru. K roztočení je potřeba vítr o rychlosti minimálně 3 5 m/s (záleží na typu větrné elektrárny). Rotor poté přes převodovku, spojku a hřídel roztáčí generátor, který už generuje elektrickou energii. Obr. 2: Dvě větrné elektrárny 3 V roce 2012 byly v České republice v provozu větrné elektrárny o celkovém výkonu 263 MW. Při plném využití potenciálu větrných elektráren by jen v České republice mohly pokrývat cca 4 % celkové spotřeby elektrické energie, což není zanedbatelné. 1.2 Energie vody Kinetické vodní energie bylo využíváno pro různé činnosti, hlavně ve vodních mlýnech, které se koncem 19. století začaly přestavovat na vodní elektrárny většinou malého výkonu. Vodní elektrárny lze považovat za nejekologičtější výrobny elektrické energie, protože neznečišťují ovzduší, neprodukují odpad, neznečišťují vodu, která jimi projde, neničí krajinu (snad s výjimkou budování přehrad, ale to se rozhodne až časem, protože např. taková Vranovská přehrada či Nové Mlýny jsou nyní velmi atraktivní lokality), jsou nezávislé a navíc velmi bezpečné. Vodních elektráren je několik typů (průtokové, akumulační, přečerpávací, aj.), ale v zásadě všechny pracují na stejném principu. Tím je dostání proudu vody do komory 3 Čerpáno z 12

13 s turbínou, která je proudem vody roztočena a hřídelí spojena s elektrickým generátorem (spolu tvoří tzv. turbogenerátor). Obr. 3: Jeden z mnoha typů vodních elektráren 4 Dle výkonu rozlišujeme vodní elektrárny na malé a velké. Malé vodní elektrárny jsou elektrárny o výkonu do 10 MW, podle Evropské unie do 5 MW. V České republice nejsou ideální podmínky pro budování vodních elektráren, protože naše toky mají malý spád a malý průtok vody. Navzdory tomu v roce 2012 pokrývaly vodní elektrárny asi 4 % celkové spotřeby elektrické energie. Potenciál velkých vodních elektráren je už v České republice téměř vyčerpán. Dosti naopak přibývá malých vodních elektráren, které jsou budovány převážně fyzickými osobami v bývalých vodních mlýnech a na malých tocích. 1.3 Geotermální energie Geotermální energie je tepelnou energií jádra naší planety. Na některých místech může být teplotní spád přes 50 C na kilometr hloubky. Geotermální energie je využívána buď v základní formě pro ohřev vody (většinou pro potřeby vytápění) pomocí tepelných čerpadel, nebo k výrobě elektřiny v geotermálních elektrárnách. Tepelných čerpadel je několik druhů, využívají se ve velkém množství a vydaly by na samostatnou práci. Zato 4 Čerpáno z 13

14 geotermálních elektráren je ve světě podstatně méně a jejich celosvětový výkon je cca 8 GW. Geotermální elektrárny se staví ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů, v hloubi země se ohřívá a ohřáté se vyvádí na povrch. Na rozdíl od většiny jiných typů elektráren nepotřebují geotermální elektrárny žádné palivo. Jejich hlavní nevýhodou je, že jejich použití je možné pouze na některých místech zemského povrchu. Výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavba jaderné elektrárny. Podíl těchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, ale v některých lokalitách je jejich význam značný. Hlavní oblast tvoří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevu vody atd. Významně je tento zdroj využíván ještě v Itálii v oblastech s aktivní sopečnou činností. Místy je ještě využívána ve Francii, na Novém Zélandu, v Kalifornii, Japonsku, Mexiku a na Filipínách. 5 Obr. 4: Jednoduché schéma geotermální elektrárny Čerpáno z 14

15 1.4 Energie biomasy Biomasu lze jednoduše definovat jako organickou hmotu (převážně dřevo, dřevní odpad, exkrementy hospodářských zvířat, aj.). Energii biomasy lze využít několika způsoby, ale základním způsobem je její spalování (buď přímé, nebo nepřímé). Přímé spalování je normální hoření biomasy při přístupu vzduchu. Nepřímým spalováním se rozumí spalování plynu, který vzniká při zahřátí biomasy bez přístupu vzduchu. 7 Z toho vyplývá, že biomasa je využívána k výrobě tepla, ale využívá se i k výrobě elektřiny, popř. k výrobě biopaliv. Nevýhodou je nutnost neustálých dodávek biomasy, což je zároveň sporné, protože k tomu je zase potřeba dalších paliv. V České republice pokrývá výroba elektrické energie z biomasy asi 2 % celkové spotřeby. Obecně nejsem přílišným zastáncem této technologie, protože nevidím příliš smysl v tom něco vypěstovat jen čistě z toho důvodu, aby se to následně spálilo. A také kvůli zmíněné nevýhodě. 1.5 Energie bioplynu Bioplyn je v podstatě produktem biomasy, protože vzniká při jejím rozkladu v uzavřených nádržích bioplynových stanic bez přístupu kyslíku. Vzniklý bioplyn je následně použit jako palivo k výrobě elektřiny a vedlejším výstupem je teplo, které může být využito k ohřevu vody. Získávání bioplynu má stejnou nevýhodu jako u biomasy. Vyrobené množství elektřiny pomocí bioplynu je v České republice zanedbatelné (cca 1 %). 1.6 Solární energie Pro Zemi je hlavním zdrojem energie Slunce. Energie slunečního záření se nazývá energie solární či sluneční. Jen za hodinu dopadne na Zemi takové množství solární energie, které odpovídá roční spotřebě energie celého lidstva. Nevyužít takového potenciálu se dá dle mého mínění považovat za bláznovství a naopak jeho využití za krok správným směrem pro současné i budoucí potřeby energie. Nejlepší je, že tato energie je ekologicky čistá a volně dostupná kdekoli na Zemi. Jsme omezeni pouze vlastními technologiemi pro získávání a přeměnu této energie. Jediné možné znečištění

16 vzniká při výrobě a likvidaci systémů k využívání této energie, avšak to se postupem času snižuje podle naší schopnosti jejich ekologičtější výroby. A stále je to zanedbatelné v porovnání s těžbou a spalováním fosilních paliv či hrozbou jaderné katastrofy a skladování radioaktivního odpadu v případě jaderných elektráren. Díky její všeobecné dostupnosti se solární energie stává hlavním zdrojem energie pro velké množství lidí na odlehlých místech nebo na místech bez potřebné infrastruktury, kde není jiná možnost jejího získávání. Na světě žije přes jeden a půl miliardy lidí, kteří nemají přístup k elektrické síti. 8 Dopadající solární energie však není na všech místech naší planety stejná a taktéž ji nelze využívat v noci. Tento limitující faktor může být vyřešen záložními bateriemi či tepelnými zásobníky, které se napájí přes den díky přebytkům vyrobené energie. A samozřejmě také pomocí ostatních obnovitelných zdrojů. Solární energii lze využít dvěma způsoby. Prvním způsobem je využití solární energie k získání tepelné energie a následnému ohřevu vody, což se nazývá fototermika. Druhý způsob je přeměna solárního záření na elektrickou energii a to se nazývá fotovoltaika Fototermika Jak již bylo řečeno, fototermikou se rozumí získávání tepelné energie ze solárního záření, která je následně využita k ohřevu vody. Základní myšlenkou je provedení kapaliny, kterou je zapotřebí ohřát, přes trubici, která je zahřívána solárním zářením. Tato technika byla známá již ve starověku. Nové technologie však umožňují efektivnější využití tohoto systému (účinnost dosahuje až 60 %). V dnešní době jsou k tomuto účelu používány solární kolektory. Solární kolektory mohou být ploché s kovovým absorbérem se selektivním povrchem opatřené zasklením nebo vakuové trubicové kolektory (tyto jsou sice dražší, ale mají vyšší účinnost a dokáží pracovat i při zhoršených slunečních podmínkách). 9 Ohřev vody pomocí solárních kolektorů funguje tak, že kolektorem pomalu protéká kapalina (médium), které se při průchodu kolektorem zahřeje a následně svou tepelnou energii předá v zásobníku vodě. Z kolektoru do zásobníku se médium dostane samotížným nebo 8 rl=http%3a%2f%2fglopolis.org%2fsoubory%2f4936%2fenergeticka-chudoba.pdf&ei=ir5lueb- NsWA4gS684HIBw&usg=AFQjCNF5LjvP24pARTAvq5HySK1Z3CMqAw&bvm=bv ,d.bGE

17 nuceným oběhem. Získané teplo se využívá k předehřevu topné vody či k ohřevu užitkové vody nebo pro ohřev bazénů. Obr. 5: Schéma napojení fototermického systému do stávajícího vytápění RD Čerpáno z 17

18 2 Fotovoltaika V současnosti je fotovoltaika (dále též FV ) zejména v České republice nejvíce diskutovaný obnovitelný zdroj k výrobě elektřiny, bohužel ale ve špatném slova smyslu. Toto bylo zapříčiněno nepříliš promyšlenou snahou státu o rozvoj výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, aby se splnil závazek Evropské unii popsaný výše v bodě 1. Tato snaha vedla k přemrštěné podpoře fotovoltaiky a jejímu nekontrolovanému rozmachu, čímž vznikl prostor pro různé machinace a hlavně zábor půdy ve velkém rozsahu pro stavbu fotovoltaických elektráren (dále také FVE ). Tohle vše má nyní za následek nedůvěru a neoblíbenost fotovoltaiky u většiny obyvatel. Se záborem půdy pro instalaci fotovoltaických elektráren zásadně nesouhlasím, protože právě půda nám zajišťuje obživu a místo k životu, což považuji za důležitější než potřebu elektrické energie. Naopak jsem velmi pro instalaci fotovoltaických systémů na střechách a stěnách budov, kde nám nijak nepřekáží a zároveň se tak nachází v místě spotřeby vyprodukované energie. Hrubý odhad produkce elektřiny z jednoho hektaru (při reálném rozmístění fotovoltaických panelů na ploše) je v České republice přibližně 0,5 GWh elektrické energie za rok. Naproti tomu spotřeba elektrické energie je v České republice zhruba 65 TWh. Jednoduchým výpočtem lze zjistit, že na pokrytí spotřeby by bylo zapotřebí hektarů, přičemž zastavěná plocha budovami a nádvořími pokrývá v České republice cca hektarů. To zhruba odpovídá případu Švýcarska, kde by údajně pokrytím všech jižně orientovaných střech fotovoltaickými panely získali elektrickou energii potřebnou k pokrytí poloviny jejich spotřeby. Kdekdo může také namítnout, že energie z fotovoltaických systémů je drahá. Jenže fotovoltaika stejně jako každý nově zaváděný energetický zdroj nemůže zpočátku finančně konkurovat již zavedeným zdrojům. Navíc ani tradiční zdroje neexistují zcela bez státních dotací. Jisté je, že pokles cen fotovoltaické energie je stejně nezadržitelný jako nárůst ceny konvenčně vyráběné energie. Bod, kdy se tyto ceny protnou, se nazývá grid parity

19 2.1 Historie fotovoltaiky Fotovoltaika je relativně mladou technologií. Fotovoltaický jev umožňující přeměnu světla na elektrickou energii, na čemž je fotovoltaika založena, náhodně objevil až v roce 1839 francouzský fyzik Alexandr Edmond Becquerel. Ten pracoval s kovovými elektrodami ponořenými v elektrolytu, a když je osvítil, tak si všiml, že jimi začal procházet slabý proud. První fotovoltaický článek byl však objeven až o 44 let později a měl 1% účinnost, zatímco dnešní fotovoltaické články mají účinnost až 20 %. Roku 1958 byly fotovoltaické články poprvé použity pro vesmírné programy, protože v kosmu jsou pro nás jediným vhodným řešením, jak získávat elektrickou energii. 2.2 Fotovoltaický článek Fotovoltaický článek je plošná polovodičová součástka, která přeměňuje solární energii na elektrický proud. Během fotovoltaického jevu dopadá solární záření na povrch fotovoltaického článku, přičemž dochází k emitaci elektronů a tím vzniká stejnosměrný elektrický proud. Jako polovodič je zpravidla využíván křemík. Stejnosměrný elektrický proud může být využit k dobíjení akumulátorů nebo napájení elektrospotřebičů. Většinou se však dělá to, že je stejnosměrný proud přeměněn pomocí střídačů na proud střídavý, který lze spotřebovávat nebo dodávat do veřejné distribuční sítě. Rozdíl mezi fotočlánkem a fotovoltaickým článkem je ten, že první jmenovaný nedokáže dodávat elektrický proud. 12 Dopadem fotonů na polovodičový p-n přechod dochází k uvolňování a hromadění volných elektronů. Pokud je p-n přechod doplněn o elektrody nazývajícími se anoda (+) a katoda (-), je fotovoltaický článek hotov, proud elektronů prostřednictvím těchto elektrod proteče do dalších elektrických obvodů

20 Obr. 6: Schéma a princip činnosti fotovoltaického článku Typy fotovoltaických článků Fotovoltaické články se podle použité technologie výroby dělí do několika typů. Jedná se zejména o amorfní články, polykrystalické články a monokrystalické články, využívající k přeměně energie křemík. Existují také další fotovoltaické články, které k přeměně využívají jiné materiály než křemík, avšak ty jsou teprve nové a nejsou tak zatím komerčně využívány Amorfní články Amorfní články se vyrábí vhodným rozkladem sloučenin křemíku, například silanu, ve vodíkové atmosféře. Takto vyrobené velmi tenké vrstvy se nanášejí na skleněné, nerezové nebo plastové podložky. Vrstva je amorfní, to znamená, že nemá pravidelnou krystalickou strukturu. Obsahuje také vodík. Má větší absorpci slunečního záření. Díky jejich struktuře se tak dají vyrobit ohebné fotovoltaické články a moduly, které se mohou použít například jako krycí fólie na střechy. Mohou se našít na oblečení nebo na batoh. V podstatě je lze přidělat na cokoliv. Problémem je nestabilita způsobená přítomností vodíku, protože struktura je narušována oxidací vzdušným kyslíkem. Výkon 14 Čerpáno z 20

21 těchto článků z toho důvodu nejprve klesá a pak se ustálí asi na 80 % původní hodnoty výkonu. 15 Tyto články jsou ze všech typů nejlevnější, protože se k jejich výrobě spotřebuje méně materiálu, než u následujících typů. Bohužel mají ze všech typů fotovoltaických článků nejnižší účinnost, ta se pohybuje v rozmezí 4 8 % (v laboratorních podmínkách až 12 %). Kvůli jejich nízké účinnosti je k instalaci potřeba velké plochy, aby bylo dosaženo potřebného výkonu celého systému. Jejich použití je tedy vhodné na místech, kde nejsme omezeni prostorem. Považuji však za zbytečné zabírat velkou plochu k instalaci článků s nízkou účinností, když na stejné ploše lze použít články s vyšší účinností, případně pro stejný potřebný výkon zabrat menší plochu s články, které mají vyšší účinnost Polykrystalické články Polykrystalické články se vyrábí mnohem jednodušším způsobem než následující monokrystalické články. Čistý křemík se odlévá do forem, které mohou být tvarem upravené pro účely výroby. Zajistí se tak lepší využití čistého křemíku. Takto vyrobené články mají ale nižší účinnost, protože na styku jednotlivých krystalových zrn je větší odpor. 16 Účinnost těchto článků je v rozmezí % (v laboratorních podmínkách až 20 %). Díky vyšší účinnosti než mají amorfní články a jednodušší výrobě než u monokrystalických článků, jsou polykrystalické články nejběžněji používanými Monokrystalické články Monokrystalické články se vyrábí z ingotů velmi čistého křemíku zpravidla Czochralského metodou (pomalé tažení zárodku krystalu z taveniny velmi čistého křemíku). Ingoty monokrystalického křemíku se rozřežou speciální drátovou pilou na tenké plátky o tloušťce přibližně 0,25 až 0,35 mm a v poslední době lze vyrábět i články o tloušťce 0,1 mm. Souběžně s poklesem tloušťky destiček se zmenšil i odpad při řezání. Plátky se zarovnají na rovnoměrnou tloušťku, vyleští a na povrchu odleptají, aby 15 MURTINGER K., BERANOVSKÝ J., TOMEŠ M.. Fotovoltaika. Elektřina ze slunce. 2007, str Tatáž str

22 se odstranily nepravidelnosti a nečistoty. Polovodičový p-n přechod se na destičkách vytvoří přídavkem fosforu, který utvoří na povrchu vrstvu s vodivostí typu n. 17 Obr. 7: Křemíkové ingoty 18 Tyto články se vyznačují dlouhodobou stabilitou výkonu a nejvyšší účinností, která se pohybuje v rozmezí % (v laboratorních podmínkách až 25 %). Nevýhodou těchto článků je velká spotřeba křemíku, který musí být velmi čistý, až ryzí (nad 99,99 %). 2.4 Fotovoltaický panel Fotovoltaický panel je tvořen sériově propojenými fotovoltaickými články (přední část jednoho článku je kovovým páskem spojena se zadní částí následujícího článku), aby se tak dosáhlo většího výkonu než při zapojení článků samostatně. Dalším důvodem pro umístění fotovoltaických článků do těchto panelů je jejich citlivost. Tímto se ochrání před povětrnostními vlivy. Na obrázku č. 8 jsou vidět dva fotovoltaické panely. Vlevo je panel tvořený monokrystalickými články a vpravo panel tvořený polykrystalickými články Čerpáno z 22

23 Obr. 8: Fotovoltaické panely 19 Na přední straně panelu je kalené sklo, které je odolné i proti krupobití. Na sklo se umisťuje EVA (etylvinylacetát) fólie, na kterou se skládají propojené fotovoltaické články. Na propojené články se opět umísťuje EVA fólie. Zadní strana je pak tvořena z laminátové kompozice PVF-PET-PVF (polyvinylidenfluorid-polyetyléntereftalátpolyvinylidenfluorid). Vzduch mezi jednotlivými vrstvami se vyčerpá a panel se zahřeje na teplotu tání EVA fólie, která se rozteče a zaplní prostor kolem FV článků mezi předním sklem a zadní laminátovou stěnou. Do hliníkového rámu se pak utěsňují silikonovým tmelem a opatří se krabicí s výstupními kontakty. Takto zhotovené fotovoltaické panely jsou prachotěsné i vodotěsné Čerpáno z 20 LOVEČEK, Michal: Fotovoltaické panely nové generace [online]. Brno, 2009, str

24 Obr. 9: Detail konstrukce fotovoltaického panelu Faktory mající vliv na účinnost fotovoltaického panelu Na účinnost fotovoltaického panelu má vliv několik faktorů. Mezi ty hlavní patří orientace panelu vzhledem ke světové straně (sever, jih, východ, západ), sklon panelu (čím severněji je fotovoltaický panel umístěn, tím by měl mít větší sklon), množství dopadajícího slunečního záření v místě instalace a teplota. Orientace a sklon panelu Ideální orientace je směrem k jihu (azimut 180 ), avšak i při odchylkách v řádech desítek stupňů nejsou ztráty příliš znatelné. Za ideální se může označit orientace od jihovýchodu až po jihozápad. I při orientaci na jihovýchod či jihozápad je ztráta zhruba 5 % výkonu. K jihozápadu je orientace výhodnější než k jihovýchodu. To je dáno tím, že v dopoledních hodinách je obvykle větší oblačnost, takže dopadající energie je menší Čerpáno z: LOVEČEK, Michal: Fotovoltaické panely nové generace [online]. Brno, 2009, str

25 Sklon fotovoltaických panelů by měl být takový, aby v poledne dopadalo sluneční záření kolmo na účinnou plochu panelů. V podmínkách České republiky je ideální sklon 30 až 35. Celkově se za ideální sklon může považovat 20 až 50. Sklon může být zvolen i podle předpokládaného využití instalovaného systému. Při celoročním využívání je vhodnější nastavit větší sklon kvůli zimním měsícům, kdy je slunce níže na obzoru. Při využití pouze v letních měsících (např. na chatě, chalupě apod.), když je slunce naopak vysoko na obzoru, je vhodné nastavit menší sklon panelů. Pro maximalizaci výkonu systému je nejlepší instalovat fotovoltaické panely na pohyblivou konstrukci. Pohyblivá konstrukce se v průběhu dne natáčí za sluncem, popř. může měnit i sklon, čímž panelům zajišťuje nejideálnější polohu pro využití slunečního záření. Pro natáčení za sluncem je možno využít několik způsobů sledování slunce sledovače na principu hodinových strojků, sledovače na principu vypařování a kondenzace freonu, sledovače na principu diferenciální porovnání intenzity slunečního záření na fotovoltaických článcích, které tvoří senzor 23. Prvotní nevýhodou pohyblivé konstrukce je její vysoká pořizovací cena, kterou však časem vynahradí větší množství vyrobené elektrické energie díky lepšímu využití slunečního záření. Druhou a podstatnou nevýhodou je nemožnost instalace této konstrukce na šikmou střechu domu. Obr. 10: Vliv orientace a sklonu fotovoltaických panelů na jejich výkon LOVEČEK, Michal: Fotovoltaické panely nové generace [online]. Brno, 2009, str Čerpáno z 25

26 Množství dopadajícího slunečního záření Pro výrobu elektřiny ze Slunce je nejdůležitějším parametrem celková energie dopadajícího slunečního záření na uvažovanou plochu za zkoumané časové období. Fyzikálně je tedy pro stanovení výroby důležitý celkový úhrn globálního slunečního záření na obecně položenou plochu na zemském povrchu za zkoumané časové období, obvykle den, měsíc či rok. 25 Podmínky pro využití sluneční energie jsou na území České republiky poměrně dobré. Celková doba slunečního svitu se pohybuje v rozmezí od do hodin za rok. 26 Obr. 11: Mapa trvání slunečního svitu v ČR 27 Vhodnost lokality pro využití sluneční energie nejlépe vystihuje mapa globálního slunečního záření (Obr. 12), která vychází z dlouhodobých meteorologických měření. V podmínkách České republiky dopadne na jeden m 2 zhruba kwh sluneční energie z čehož největší část (asi 75 %) v letním období Čerpáno z

27 Obr. 12: Roční úhrn dopadajícího slunečního záření v ČR [kwh/m 2 ] 29 Teplota: Fotovoltaický článek je k výrobě elektrického proudu schopen využít jen část slunečního spektra, což se odvíjí od použitého polovodiče. Zbytek slunečního spektra je přeměněn na tepelnou energii, která zahřívá fotovoltaický článek (v podstatě to lze přirovnat k obyčejné žárovce, která k produkci světla využije jen 10 % dodané elektrické energie a zbytek je přeměněn na teplo). Jenže s vyšší teplotou fotovoltaického článku se snižuje jeho účinnost. V zimních měsících, kdy je nižší venkovní teplota, je účinnost fotovoltaických článků poněkud vyšší než v létě. Obr. 13: Průběh účinnosti FV článku v závislosti na jeho teplotě (0 až 100 C) Čerpáno z 30 Čerpáno z: LOVEČEK, Michal: Fotovoltaické panely nové generace [online]. Brno, 2009, str

28 3 Způsoby zapojení fotovoltaického systému Fotovoltaický systém lze zapojit několika způsoby. Tato variabilita využití fotovoltaiky ji činí o to více zajímavou. 3.1 Ostrovní systém Toto řešení se používá tam, kde není možné napojení na veřejnou distribuční síť nebo kde by to bylo nesmírně nákladné. Elektrická energie vyrobená fotovoltaickými panely je sváděna do akumulátorů, ze kterých se mohou následně napájet elektrospotřebiče fungující na 24 V. Pokud se k bateriím připojí i měnič napětí, tak lze napájet i běžné elektrospotřebiče na 230 V. V běžných podmínkách je toto řešení tedy vhodné využít na osamocených budovách (např. rekreační chata, chalupa), obytných automobilech, apod., ale je také využíváno ve vesmírných projektech (satelity, vesmírné stanice, aj.). 3.2 Připojení na síť samostatnou přípojkou Tento způsob je vhodný u instalací fotovoltaických systémů o velkém výkonu. Jde hlavně o systémy, které jsou budovány za účelem dodávání elektrické energie do distribuční sítě a nedochází k její spotřebě v místě výroby. Výhodou tohoto způsobu připojení je vyšší výkupní cena za každou dodanou kwh než u způsobu s využitím zeleného bonusu. Výkupní ceny jsou uvedeny v části 3.4. Nevýhodou je ale nutnost zřízení elektrické přípojky. Cena této přípojky pro rodinný dům se v roce 2009 pohybovala okolo Kč Kč za každý ampér na hlavním jističi. U fotovoltaických systémů postavených tzv. na zelené louce je to trochu jinak, protože většinou v blízkosti není přístup k distribuční síti. Takže se musí vybudovat i část samotné distribuční sítě (elektrické vedení). 3.3 Připojení na síť při využití zeleného bonusu Tento způsob umožňuje vlastní spotřebu vyrobené energie. V případě nedostatku energie (větší spotřeba než výroba) je daný nedostatek čerpán běžným způsobem z distribuční sítě. Při přebytku vyrobené energie (větší výroba než spotřeba) je tento přebytek dodáván (prodáván) do distribuční sítě. Tento přebytek dodaný do distribuční 28

29 sítě je prodáván za smluvenou tržní cenu, která se pohybuje okolo 0,55 Kč/kWh. 31 Smluvená tržní cena bývá často rozdílem mezi výkupní cenou za 1 kwh a cenou zeleného bonusu za 1 kwh. Není zde stanovena hranice, kolik energie se musí spotřebovat v místě instalace a kolik se může prodat distributorovi. Výhodou tohoto typu připojení je, že není potřeba zřízení nové přípojky, protože se celý systém připojí do stávajícího rozvodu (v rodinném domě nebo chatě kdekoli, kde je přístupný třífázový rozvod). Zato se musí pořídit dva elektroměry. Jeden obyčejný, který se umísťuje u zdroje a měří množství vyrobené energie. A druhý poněkud složitější (čtyřkvadrantní), který nahradí stávající elektroměr. Tento čtyřkvadrantní elektroměr měří energii běžně odebíranou z distribuční sítě a navíc energii do distribuční sítě dodanou (v době, kdy je vyšší výroba než vlastní spotřeba). V žádném případě se tedy elektroměr netočí zpět. Kdekoho může napadnout otázka, jak tímto způsobem něco vydělá, když vyrobenou energii i přímo spotřebovává. Navíc, když u tohoto způsobu je nižší výkupní cena. Onen trik spočívá v tom, že za energii, která se vyrobí a zároveň spotřebuje v místě instalace, člověk nic nezaplatí. Toto množství energie by bylo spotřebováno tak či tak, jenže takhle jej nemusím odebírat z distribuční sítě za běžnou cenu, takže se tato částka (běžná cena za kwh elektrické energie. množství spotřebované elektrické energie vyrobené fotovoltaickým systémem) ušetří

30 Obr. 14: Schéma zapojení fotovoltaické elektrárny při využití zeleného bonusu 32 A konečně onen zelený bonus na elektřinu, o kterém už většina obyvatel něco slyšela. Ten je zákonem definován jako Finanční částka na podporu výroby elektřiny podle tohoto zákona určená výrobcům elektřiny z obnovitelných zdrojů, druhotných zdrojů nebo vysokoúčinné kombinované výroby elektřiny a tepla 33. Jednodušeji řečeno je to částka, kterou výrobce obdrží za každou kwh elektrické energie vyrobenou pomocí obnovitelného zdroje (v případě této bakalářské práce je tímto zdrojem fotovoltaický systém). Tuto částku byl ze zákona povinen uhradit distributor elektrické energie (ten, se kterým má výrobce pro dané místo instalace uzavřenu smlouvu). Od přešla povinnost na vyplácení podpory na společnost OTE a. s. 34 Za zmínku stojí ještě jedna výhoda tohoto typu připojení a tou je relativní nezávislost na distribuční síti. Takže i v případě výpadku distribuční sítě (tzv. blackout) lze pokrýt vlastní spotřebu. Závisí samozřejmě na množství potřebné energie a výkonu fotovoltaického systému (přes noc lze nefunkčnost fotovoltaického systému nahradit záložními bateriemi, nabíjenými přes den). Pokud výkon fotovoltaického systému 32 Čerpáno z zákona č. 165/2012 Sb. o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů

31 nebude dostatečný pro pokrytí celé spotřeby, tak se musí uživatel uskromnit v používání elektrospotřebičů, což je stále lepší, než být úplně bez elektřiny. 3.4 Výkupní ceny Výkupní ceny přímého prodeje a zeleného bonusu stanovené podle zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů jsou uplatňovány po celou dobu životnosti výroben elektřiny. Přičemž předpokládané doby životnosti pro jednotlivé kategorie obnovitelných zdrojů jsou uvedeny v příloze č. 3 vyhlášky č. 475/2005 Sb. v platném znění. 35 Ta pro oblast fotovoltaiky stanovuje životnost nové výrobny 20 let. 36 Po tuto dobu životnosti výrobny elektřiny, zařazené do příslušné kategorie podle druhu využívaného obnovitelného zdroje a data uvedení do provozu, se výkupní ceny a zelené bonusy meziročně zvyšují s ohledem na index cen průmyslových výrobců minimálně o 2 % a maximálně o 4 %, s výjimkou výroben spalujících biomasu a bioplyn. 37 Obr. 15: Výkupní ceny a zelené bonusy na elektřinu pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření stanovené pro rok vyhlášky č. 140/2009 Sb. o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro regulaci cen 36 Příloha č. 3 k vyhlášce č. 475/2005 Sb. kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů 37 2 vyhlášky č. 140/2009 Sb. o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro regulaci cen 38 Čerpáno z 31

32 V případě změny formy podpory na rok 2013 (výkupní ceny vs. zelené bonusy), bylo třeba postupovat podle stávajících platných předpisů a požádat o provedení změny svoji distribuční společnost do konce listopadu Distribuční společnost poté zajistí předání této informace operátorovi trhu. Zákon garantuje výrobcům, kteří pobírali nějakou formu podpory do konce roku 2012, že si do budoucna mohou zvolit jakoukoliv z jiných forem podpory (výkupní ceny, zelené bonusy), a to i opakovaně. Do budoucna však výrobce tento krok provede zadáním požadavku v systému CS OTE a nikoliv žádostí na distribuční společnost

33 4 Legislativa Provoz fotovoltaické elektrárny je podnikáním podle zvláštního předpisu, jímž je Energetický zákon č. 91/2005 Sb. Na tuto činnost je nutné mít licenci od Energetického regulačního úřadu (ERÚ). Licence je obdobou živnostenského listu, opravňuje k podnikání v daném oboru. V případě, že tuto činnost začne vykonávat osoba, která doposud nebyla podnikatelem, ERÚ jí zprostředkuje přidělení IČO. 40 Pokud už je provozovatel fotovoltaické elektrárny podnikatelem, stávají se příjmy z provozu této elektrárny součástí jeho stávající daňové evidence nebo účetnictví. U fyzických osob, nepodnikatelů není nutné vedení účetnictví (pokud obrat nepřekročí Kč), ale postačí vedení daňové evidence a každoročně podávat daňové přiznání Proces registrace a plateb při využití zeleného bonusu Ke dni skončila platnost smluv o podpoře výroby z obnovitelných zdrojů, kterou měli výrobci uzavřenou s příslušnou distribuční společností. Neznamená to, že by se mělo něco měnit na výši podpory zákon garantuje, že musí byt zachována stávající výše podpory. Pro stávající a nové výrobce se zapojením fotovoltaické elektrárny v režimu zeleného bonusu tak platí od následující postup: 1) Zařídit si elektronický certifikát pro přístup do centrálního informačního systému (CS OTE), 2) Potvrdit stávající formu podpory nebo případnou změnu provozovateli distribuční soustavy, 3) Po přístupu do CS OTE zkontrolovat údaje z licencí, kontaktní adresy a bankovní spojení, 4) Potvrdit v CS OTE registrovaný nárok na podporu. 42 K přístupu do CS OTE si musí každý výrobce zřídit tzv. elektronický podpis. Bez něj se nebude moci přihlásit ke svému účtu a zadávat údaje o výrobě a nebude inkasovat zelený bonus , odst. 2, písm. e, Zákon č. 563/1991 Sb. o účetnictví

34 Výkazy o výrobě se budou vyplňovat elektronicky v systému CS OTE a to vždy do 10. dne po skončení fakturačního období (měsíční, čtvrtletní). Operátor trhu má následně 5 dnů (tedy do 15. dne v měsíci) na to, aby předané výkazy odsouhlasil (srovnáním s daty, která obdržel od distribuční společnosti). V následujících 14 dnech dojde k automatické výplatě zeleného bonusu (bez fakturace). 44 Pro FVE v režimu zelený bonus se již nebude zasílat faktura. Platba na účet výrobce proběhne na základě zadaných údajů do systému CS OTE společnosti OTE a. s. Ten porovná zadané údaje s daty, která mu dodá distribuční společnost a provede výplatu zeleného bonusu na účet výrobce. Výrobce nebude OTE a. s. zasílat žádnou fakturu, platba proběhne automaticky. Výrobce nebude mít s OTE a. s. ani uzavřenou žádnou smlouvu o podpoře, protože vyplácení podpory probíhá na základě zákona a smlouva k tomu tudíž není zapotřebí Daň z příjmu Novelou Zákona o daních z příjmů bylo zrušeno osvobození příjmů z provozování fotovoltaické elektrárny. Naposled tak byly osvobozeny příjmy z kalendářního roku Veškeré příjmy plynoucí z provozu elektrárny od již musí být řádně zdaněny. 46 Základem daně, popř. dílčím základem daně, jsou příjmy z provozu fotovoltaické elektrárny. Sazba daně z příjmu činí 21 % pro právnické osoby a 15 % pro fyzické osoby. Zdanitelné příjmy se snižují o výdaje vynaložené na jejich dosažení, zajištění a udržení. Provozovatel solární elektrárny má dvě možnosti, jak bude vykazovat náklady. Buď ve skutečné výši, nebo výdajovým paušálem, který pro tento typ podnikání činí 40 % příjmů. Pokud jsou náklady vykazovány ve skutečné výši, pak se do těchto nákladů zahrnují především odpisy a dále veškeré výdaje, které majitel fotovoltaické elektrárny prokazuje fakturami, účtenkami a pokladními doklady. V případě vykazování nákladů pomocí 40% paušálu v daném roce automaticky propadají odpisy a není třeba řešit účtenky a faktury, kterými budou náklady prokazovány. Nezaniká však povinnost Tamtéž 45 Tamtéž

35 vést daňovou evidenci. Uplatnění výdajového paušálu tedy znamená, že si majitel elektrárny stanoví výši nákladů jako 40 % z dosažených příjmů. Každý podnikatel si může pro každé zdaňovací období vybrat, jakým způsobem bude uplatňovat náklady. Tato volba je závislá na tom, který z výše uvedených způsobů je pro poplatníka v daném roce výhodnější Odpisy Fotovoltaická elektrárna jako celek patří do čtvrté odpisové skupiny, položka 4-16, SKP 2302 Stavby elektráren (díla energetická výrobní) s dobou odpisu 20 let. Odpisy se vypočítají z tzv. vstupní ceny, která je rovna vynaloženým výdajům sníženým o hodnotu poskytnuté dotace. Pro čtvrtou odpisovou skupinu je stanovena výše odpisu ze vstupní ceny 2,15 % v prvním roce odpisování a 5,15 % v dalších letech. 4.4 Daň z přidané hodnoty Pro instalaci fotovoltaické elektrárny na rodinný dům platí dle 48 novelizovaného zákona o dani z přidané hodnoty pro fyzické osoby snížená 15% sazba DPH, a to jak na montážní práce, tak na materiál samotné fotovoltaické elektrárny. 48 DPH se zahrne do vstupní ceny pro účely odpisování zařízení u subjektů, které nejsou plátcem DPH, a tudíž nemohli uplatnit odpočet DPH při pořízení fotovoltaické elektrárny. 49 Neplátce daně fakturuje za vyrobenou elektřinu částky bez DPH, tedy v takové výši, v jaké byly vyhlášeny Energetickým regulačním úřadem Tamtéž 50 Tamtéž 35

36 5 Místo instalace Fotovoltaický systém je navrhován na část sedlové střechy rodinného domu orientovanou k jihozápadu (azimut 213, takže 33 k západu) a mající sklon 20. Využitelná plocha střechy je 61,5 m 2 (12,3 m délka, 5 m šířka). Dům se nachází na samém jihu Moravy ve městě Lanžhot, na souřadnicích N E v nadmořské výšce 160 m. n. m. 5.1 Místní podmínky Při porovnání údajů o místu instalace z bodu 5 (azimut 33 k západu a sklon střechy 20 ) s obrázkem č. 10 jsem přišel k závěru, že fotovoltaické panely instalované v těchto podmínkách dokáží využít 97 % svého výkonu. Z údajů na obrázku č. 11 vyplývá, že celková doba sluneční svitu v místě instalace je hodin za rok (průměrně tedy 1850). Z údajů na obrázku č. 12 vyplývá, že místo instalace se nachází v místech s úhrnem dopadajícího slunečního záření kwh/m 2 (průměrně tedy 1223 kwh/m 2 ). V bodu je zmíněno, že na účinnost fotovoltaických panelů má vliv také teplota okolí. Teplotu ve městě Lanžhot znázorňuje následující tabulka. Tab. 1: Průměrná teplota ve městě Lanžhot 51 Měsíc Průměrná teplota [ C] Leden -1,1 Únor -1,6 Březen 0,1 Duben 4,1 Květen 10 Červen 14,7 Červenec 17,9 Srpen 20,1 Září 19,5 Říjen 14,6 Listopad 9,3 Prosinec 4,7 Rok 9,36 51 Vlastní zpracování, zdroj dat 36

37 Při porovnání údajů z tabulky č. 1 s obrázkem č. 13 vychází, že ztráty vlivem teploty budou průměrně za rok cca 10 %. Z údajů uvedených v této kapitole je tedy zřejmé, že vybrané místo instalace se dle geografických podmínek v rámci České republiky nachází v nejideálnější oblasti (podmínkách) pro instalaci fotovoltaické elektrárny. S orientací a sklonem střechy bohužel nic nenadělám, ale jelikož je ztráta vlivem orientace a sklonu pouze 3 %, tak to nepovažuji za něco závažného či nevýhodu. 5.2 Spotřeba elektrické energie v místě instalace Před samotnou instalací fotovoltaické elektrárny potřebuji znát údaje o spotřebě a ceně elektrické energie v místě instalace. Tyto údaje potřebuji k tomu, abych správně dimenzoval výkon instalované elektrárny. Elektrárna musí dosahovat dostatečného výkonu, aby dokázala pokrýt alespoň většinu spotřeby elektrické energie. K získání potřebných údajů jsem využil vyúčtování za elektřinu z let , (pouze údaj o spotřebovaném množství elektrické energie, který je vidět v tabulce č. 2), a , viz přílohy A, B a C. Novější údaje se mi nepodařilo získat. Elektrický proud může být spotřebitelům dodáván ve vysokém a nízkém tarifu. Nízký tarif (NT) je časové pásmo, kdy je nižší zatížení elektrické rozvodné sítě. V této době jsou zpravidla i nižší náklady na výrobu elektřiny. Energetické společnosti proto motivují odběratele v tomto čase nižší cenou. Časové pásmo, kdy zákazník platí nižší cenu, je dáno smluvními podmínkami. 52 Nízký tarif je často nazýván jako noční proud, i když může být využíván i v průběhu dne. Většinou je NT využíván pro napájení jen některých či pouze jednoho spotřebiče (např. pračka, bojler, aj.). Vysoký tarif (VT) platí v době mimo platnost nízkého tarifu, popř. i ve stejnou dobu, když je NT využíván k napájení jen určitých spotřebičů. Za odebranou elektřinu v době vysokého tarifu se platí vyšší cena Tamtéž 37

38 Tab. 2: Spotřeba elektrické energie v místě instalace 54 Celková roční spotřeba v průběhu let VT [kwh] NT [kwh] Celkem [kwh] V místě instalace je v NT zapojen pouze bojler, který slouží k ohřevu vody a NT je nastaven v čase hodin a hodin. Po instalaci elektrárny bude bojler přepojen na VT, aby byl napájen jen přes den, čímž zajistím jeho napájení FV elektrárnou. NT už se tedy nebude využívat. Jelikož FVE dodává elektřinu pouze přes den (když svítí slunce), tak potřebuji znát spotřebu místa instalace přes den. Slunce vychází průměrně v 7 hodin ráno a zapadá v 19 hodin večer. 55 To znamená 12 hodin svitu denně (půl dne). Jenže nemohu vzít jen polovinu celkové spotřeby, protože přes den je větší spotřeba než přes noc (odhadem 60 % přes den). Budu tedy chtít pokrýt spotřebu bojleru (viz tabulka č. 2, řádek NT) a zhruba 60 % zbylé spotřeby (tabulka č. 2, řádek VT). Tab. 3: Spotřeba elektrické energie, kterou chci alespoň z většiny pokrýt vlastní výrobou 56 Spotřeba přes den (VT) v době funkčnosti FVE [kwh] Celková roční spotřeba Z údajů v tabulkách je zřejmé, že spotřeba se v průběhu let snižovala. To bylo způsobeno výměnou některých spotřebičů za nové s nižší spotřebou. Jelikož nepředpokládám další snižování spotřeby a navíc během dalších let došlo ke stavebním úpravám objektu a navýšil se počet spotřebičů, tak pro potřeby dalších výpočtů vezmu v potaz údaj o spotřebě z roku z tabulky č. 2. To je kwh, což z výše uvedených důvodů zaokrouhlím na rovných kwh/rok. Ekvivalent toho je 416,6 kwh/měsíc nebo 13,7 kwh/den. Toto jsou pouze průměrné hodnoty, protože jak množství výroby, tak i množství spotřeby v průběhu roku kolísá. Elektrárna tedy musí mít dostatečný instalovaný výkon, aby i po dvaceti letech provozu dokázala pokrýt většinu vypočtené spotřeby. Avšak čím větší bude instalovaný výkon, tím lépe, protože 54 Vlastní zpracování, zdroj dat: vyúčtování za elektřinu 55 Vlastní výpočet, zdroj dat 56 Vlastní zpracování 38

39 tak elektrárna dokáže pokrýt spotřebu i při kolísání spotřeby (např. zapojení více spotřebičů najednou, než je obvyklé). 5.3 Cena elektrické energie Cenu elektřiny tvoří několik částí. Jedná se o cenu za dodávku (spotřebu), cenu za distribuci, cenu za systémové služby, cenu za služby OTE (platba na pokrytí nákladů Operátora trhu s elektřinou), cena za KVET, OZE, DZ (platba na podporu kombinované výroby elektřiny a tepla, obnovitelných zdrojů energie a druhotných zdrojů elektřiny), daň z elektřiny a ostatní platby (poplatky). Cena elektřiny se v průběhu let mění a má spíše zvyšující se tendenci, což lze vidět i v tabulce č. 4 (pokles ceny ve VT v roce je způsoben rozdílem mezi spotřebou ve VT a v NT a následném rozpuštění částí ceny elektřiny společných pro oba tarify). V roce 2011 byla průměrná cena za elektřinu 4,45 Kč/kWh a v roce 2012 to bylo 4,64 Kč/kWh. 57 Tab. 4: Ceny elektřiny 58 Vývoj cen elektřiny Cena elektřiny ve vysokém tarifu [Kč/kWh] 3,63 Kč 4,87 Kč 4,34 Kč Cena elektřiny v nízkém tarifu [Kč/kWh] 1,28 Kč 1,52 Kč 1,57 Kč I když cena elektřiny v některých letech klesla, tak z dlouhodobého hlediska je její průměrný meziroční nárůst 8 %. 59 Jelikož nepředpokládám stejně vysoký nárůst i v dalších letech, tak pro potřeby dalších výpočtů budu brát v potaz meziroční nárůst cen elektřiny pouze 4 % Vlastní zpracování, zdroj dat: vyúčtování za elektřinu

40 6 Součásti fotovoltaického systému Ke správné funkčnosti celého fotovoltaického systému je potřeba několik komponentů. Samozřejmostí jsou fotovoltaické panely. Dále pak střídač, elektroměr výroby, rozvaděč, čtyřkvadrantní elektroměr a neméně důležitá, avšak často opomíjená nosná konstrukce a kabeláž. 6.1 Fotovoltaické panely Jsou popsány v části 2.4. Pro vlastní instalaci chci zvolit fotovoltaický panel CNPV 255M v počtu 31 kusů v ceně Kč/ks bez DPH 60. Tento panel je tvořený monokrystalickými články, které zajišťují jeho vysokou účinnost 16,7 % a vysoký výkon 255 Wp. Nominální výkon fotovoltaických panelů je udáván v jednotkách Watt peak (Wp), jde o výkon vyrobený solárním panelem při standardizovaném výkonnostním testu, tedy při energetické hustotě záření W/m 2, 25 C a světelném spektru odpovídajícím slunečnímu záření po průchodu bezoblačnou atmosférou Země. Watt peak je jednotkou špičkového výkonu dodávaného solárním zařízením při ideálních podmínkách, jde tedy přibližně o výkon dodávaný panelem nebo systémem za běžného bezoblačného letního dne. 61 Celkový výkon všech 31 ks panelů bude dosahovat W (7,905 kw). Když znám tento výkon, tak mohu následně vybírat střídač. Obr. 16: Vybraný panel CNPV 255M M/download#anch Čerpáno z PANELY/0/5/15-CNPV-255M/download#anch1 40

41 Výrobcem tohoto panelu je ověřená firma CNPV. Společnost CNPV, založená v roce 2006, je přední společností pro výrobu řady solárních produktů, která vyrábí ingoty, články a solární moduly a má silné zastoupení v oblasti solární fotovoltaiky, kde navrhuje, vyrábí a dodává vysoce účinné pozemní krystalické solární fotovoltaické moduly, které jsou zdrojem spolehlivé a z hlediska životního prostředí ohleduplné elektrické energie pro domácí, komerční, průmyslové a veřejné použití v síti i mimo síť na celém světě. 63 To a vynikající parametry vybraného panelu stojí za jeho vyšší pořizovací cenou. Zde je vhodné připomenout přísloví: Nejsem tak bohatý, abych kupoval levné věci. Tab. 5: Elektrické parametry vybraného panelu 64 Elektrické parametry Standardní výkon 255 W Přípustná odchylka výkonu 0 %/+3 % Napětí při jmenovitém výkonu 31,3 V Proud při jmenovitém výkonu 8,15 A Napětí naprázdno 37,9 V Proud nakrátko 8,7 A Provozní teplota od 40 C do +85 C Tab. 6: Obecné parametry vybraného panelu 65 Obecné parametry Délka mm Šířka 992 mm Tloušťka 46 mm Hmotnost 20 kg Délka propojovacího kabelu G mm Přední sklo tvrzené sklo o tloušťce 3,2 mm Rám eloxovaný hliník, typ 6063T5 Záruka 80 % výkonu po 25 letech opotřebení 0,8 %/rok Počet článků Vlastní zpracování, data čerpána z 245M_to_255M-German.pdf 65 Vlastní zpracování, data čerpána z 245M_to_255M-German.pdf 41

42 Obr. 17: Schéma rámu vybraného panelu Střídač Střídač, zvaný též jako měnič či invertor, je zařízení sloužící k přeměně velmi nízkého stejnosměrného napětí generovaného fotovoltaickými panely na střídavé napětí 230 V. Na trhu je mnoho výrobců střídačů, které se liší hlavně účinností, komfortem a samozřejmě cenou. Účinnost střídačů dosahuje 96 % přeměněné energie. Ztráta vlivem střídače je tedy 4 %. Jelikož celkový výkon panelů bude W, tak střídač musí mít minimálně stejný výkon. Střídač bude umístěn uvnitř objektu. Pro instalaci chci zvolit výkonný třífázový střídač FRONIUS IG PLUS 120 s výkonem 10 kw v ceně ,81 Kč/ks bez DPH 67. Obr. 18: Střídač FRONIUS IG PLUS Čerpáno z Čerpáno z 42