Fotovoltaické demonstrační zařízení. Varnsdorf

Transkript

1 Fotovoltaické demonstrační zařízení Varnsdorf

2 Obsah Obsah... 2 Rejstřík obrázků... 5 Rejstřík tabulek Úvod Úvod do tématiky Sluneční energie Slunce Využitelnost slunečního záření Přeměna slunečního záření na energii Materiály pro solární články Fotovoltaické solární panely Monokrystalické panely: Polykrystalické panely Amorfní panely Nové technologie na poli fotovoltaiky Výkon fotovoltaických článků Upevnění solárních panelů Konstrukce upevněné k zemi: Střešní konstrukce Fasádní konstrukce Střechy ideální místo pro fotovoltaiku Úvod Výchozí situace pro výpočty Hodnoty dopadu solárního záření...36

3 3.2.3 Výkupní ceny pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření Zelený bonus Výkupní cena Početní příklady pro zařízení do 30kWp resp. 100kWp FV Elektrárna do 30 kwp (29,97 kwp) FV Elektrárna do 100 kwp (99,90 kwp) Návratnost investice do FVE Návratnost zařízení v roce Návratnost zařízení po zdanění příjmů Návratnost zařízení v roce Návratnost zařízení Návratnost zařízení při zdanění příjmů Několik kroků při zařizování fotovoltaické elektrárny Demonstrační Projekt Varnsdorf Co chceme demonstrovat? Varnsdorf- energeticky soběstačná škola Přesné rozložení panelů Fotovoltaické panely Kyocera Instalace FVE Fungování systému Monitoring FVE Vizualizační software Vizualizační software Hrádek Vizualizační software Varnsdorf Porovnání FVE Varnsdorf a FVE Hrádek Varnsdorf...80

4 4.11 Sluneční podmínky ve Varnsdorfu Spotřeba školy a výroba el. energie FVE Varnsdorf Náklady na FVE a výnosy z fotovoltaické elektrárny Výnosy při plném prodeji Výnosy při samovyužití Výnosy při samovyužití se započtením úspor Shrnutí... 93

5 Rejstřík obrázků Obrázek 1: Očekávaný vývoj spotřeby globální primární energie...10 Obrázek 2: Sluneční mapa ČR...11 Obrázek 3: Slunce (Zdroj: astropardubice.cz)...12 Obrázek 4: Druhy slunečního záření...15 Obrázek 5: Přímé / Difusní záření v podmínkách ČR...16 Obrázek 6: P-N Přechod; Zdroj: Obrázek 7: Monokrystalický panel...19 Obrázek 8: Polykrystalický panel...20 Obrázek 9: Amorfní panel...20 Obrázek 10: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu...22 Obrázek 11: Pohyblivý panel...25 Obrázek 12: Viditelné základy...26 Obrázek 13: Základy pod zemí...26 Obrázek 14: Betonové prefabrikáty jistící konstrukci proti povětrnostním vlivům...27 Obrázek 15: Instalace na ploché střeše...28 Obrázek 16: Krokevní skoba...29 Obrázek 17: Instalace na šikmé střeše...29 Obrázek 18: Fasádní panely...31 Obrázek 19: Polopropustné FV žaluzie...31 Obrázek 20: Možnosti střešní aplikace...31 Obrázek 21: Stav slunečních elektráren k ; Zdroj: Obrázek 22: Výše výkupních cen; Zdroj: tzb-info.cz...38 Obrázek 23: Využívané střechy...55 Obrázek 24: Rozložení panelů na pavilonu A Obrázek 25: Řez konstrukcí držící panely...58

6 Obrázek 26: Pavilon A Obrázek 27: Panely - střešní instalace...61 Obrázek 28: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu...62 Obrázek 29: Úprava střechy...63 Obrázek 31: Detail instalační konstrukce...64 Obrázek 32: Řez upevňovací konstrukcí...65 Obrázek 33: Půdorys konstrukce...65 Obrázek 34: Měniče...66 Obrázek 35: Informační panel pro školáky...67 Obrázek 36: Vyrobená energie za rok 2009 FVE Hrádek...68 Obrázek 37: Vyrobená energie za červen 2009 FVE Hrádek...68 Obrázek 38: Vyrobená energie dne FVE Hrádek...69 Obrázek 39: Souhrnný graf FVE Varnsdorf...70 Obrázek 40: Osvit a vyrobená energie FVE Varnsdorf ( února)...71 Obrázek 41: Teploty panelů a okolí FVE Varnsdorf ( února)...72 Obrázek 42: Rychlost a směr větru FVE Varnsdorf ( února)...73 Obrázek 43: Aktuální výkon Obrázek 44: Vyrobená energie Obrázek 45: Osvit Obrázek 46: Rychlost větru Obrázek 47: Teplota panelů Obrázek 48: Teplota okolí Obrázek 49: Průměrný výkon v únoru Obrázek 50: Vyrobená energie v únoru Obrázek 51: Osvit v únoru Obrázek 52: Dopad slunečního záření...81

7 Obrázek 53: Očekávaná výroba el. energie...82 Obrázek 54: Přebytky výroby nad spotřebou...83 Obrázek 55: Přebytky spotřeby nad výrobou...84 Obrázek 56:Celkem: Přebytky výroby nad spotřebou...85 Obrázek 57: Celkem: přebytky spotřeby nad výrobou...85

8 Rejstřík tabulek Tabulka 1: Dopad slunečního záření...36 Tabulka 2: Rozměry panelu...39 Tabulka 3: FVE do 30kWp...40 Tabulka 4: FVE do 100kWp...41 Tabulka 5: Výchozí podmínky...42 Tabulka 6: FVE do 30kWp, Tabulka 7: FVE do 30kWp, 2010, se zdaněním...45 Tabulka 8: FVE do 30kWp Tabulka 9: FVE do 30kWp 2011 zdaněno...48 Tabulka 10: Charakteristika objektu...53 Tabulka 11: Etapy výstavby...55 Tabulka 12: Varnsdorf - informace...80 Tabulka 13: Přebytky v jednotlivých měsících...86 Tabulka 14: Roční bilance přebytků v Kč...87 Tabulka 15: Výnos při plném prodeji...88 Tabulka 16: Amortizace při samovyužití...90 Tabulka 17: Amortizace samovyužití + úspora spotřeby...92 Zpracoval: INREGIO o.s. Dipl. Wirtsch. Ing. (FH) Pavel Grmela

9 1. Úvod Současný trend nakládání s energiemi a využívání různých druhů paliv naznačuje, jak by se mohla situace vyvíjet v budoucnu. Zásoby fosilních paliv nejsou nekonečné a výroba energie ze studené fúze se pohybuje prozatím pouze v teoretických rovinách. Spotřeba energie však neúprosně rok od roku stoupá. Je-li příčinou stoupající počet obyvatel naší zelené Planety, zvyšující se životní standart, nebo rychle se rozvíjející průmysl v asijských zemích není až zas natolik podstatné. Energie je a bude i nadále potřeba víc a víc. V dnešní době si již nikdo nedokážeme představit život bez technických vymožeností, které nás doprovází v každodenním životě. Společným jmenovatelem těchto zařízení je elektrická energie. Základem, abychom si mohli dopřávat i nadále výhod, které nám dnešní doba poskytuje, je najít další zdroje energie. Jako nejvýhodnější z hlediska nečerpání fosilních paliv se nám dnes jeví obnovitelné zdroje energie (OZE). Mezi OZE patří zejména voda, sluneční energie, vítr a v neposlední řadě biomasa. Každý z těchto zdrojů se již v současné době více, či méně smysluplně využívá. Ruku v ruce s technickým pokrokem se i zvyšuje účinnost zařízení, jež transformují zdroje energie na energii. Vznikají nové materiály a tím i nové možnosti, jak ten či onen zdroj využít. V následující studii, která se bude zabývat výhradně výrobou energie ze slunečního záření a jeho použití v praxi, se pokusíme postupně vysvětlit pozadí využívání slunce jako obnovitelného zdroje a zároveň i demonstrovat, do jaké míry je využití takovéto energie smysluplné a v dnešní době možné. Pokusíme se i najít odpovědi na otázky rentability a celkového potenciálu úspor při nasazení této techniky.

10 2. Úvod do tématiky V úvodní kapitole bude přehledně osvětleno několik základních vědomostí, které jsou potřebné k pochopení dalších částí této práce. Všechny základy budou, jak jen to bude možné podrobně představeny, takže i věci neznalý čtenář dostane možnost se v tématu lépe orientovat. Některá fakta jsou zjednodušena a vysvětlena pouze do hloubky pro tuto práci potřebné. 2.1 Sluneční energie Na Zeměkouli ročně dopadá asi 180 tisíc terawattů (terawatt je bilion wattů, což je milion megawattů) sluneční energie. Toto je asi krát více než je celosvětová spotřeba energie. Nejnovější technologie dokáží využít cca 16% dopadající sluneční energii a přeměnit ji na elektrický proud. Využití obnovitelných zdrojů energie je jedním krokem k energetické nezávislosti na fosilních palivech, která nejsou neomezená, docházejí, a proto lze očekávat jejich postupné zdražování. Celosvětová spotřeba energie neustále roste. Obrázek 1: Očekávaný vývoj spotřeby globální primární energie

11 Z grafu lze vyčíst, že kolem roku 2030 dosáhnou fosilní paliva svého vrcholu, zatím co podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě energie neustále výrazně poroste. Odhad na rok 2100 dokonce naznačuje, že solární energie bude s více než 60% nejdůležitější zdrojem primární energie. Na území České republiky dopadá přibližně kwh/m² ročně, což již samo o sobě vytváří dobré předpoklady k využívání solární energie i v našich zeměpisných šířkách. Nejlepší podmínky jsou, jak je viditelné z mapky, v Praze a na Jižní Moravě. Obrázek 2: Sluneční mapa ČR

12 2.2 Slunce Slunce by se dalo definovat jako žhavá koule plazmatu s průměrem zhruba km (109x průměr Země). Od Země činí vzdálenost 149, km, což jsou Obrázek 3: Slunce (Zdroj: astropardubice.cz) asi 8,31 světelné minuty. Teplota na povrchu se pohybuje kolem 5800 K. Slunce má výkon zhruba W, na Zemi však dopadá pouze asi 45 miliardtin. Energie je ve Slunci vytvářena termonukleární reakcí, přeměnou vodíku na hélium za současného vzniku energie a elektronových neutrin. Každou sekundu se spálí tun Vodíku a vznikne energie tak velká, že by stačila na zásobení celého světa na 1000 let. Slunce má pro Zemi větší význam, než si většina lidí myslí. Energie ze slunečního záření pohání mnoho dějů, jako jsou například příliv a odliv, udržování vody v kapalném skupenství a fotosyntéza, a je na ní závislé podnebí, jakož i změny počasí a teploty. Závislost jevů na Slunci je vidět z následující grafiky.

13 Slunce Termonukleární reakce Fotosyntéza Fotovoltaický proces Ohřev Země Biomasa Pevniny Vody Vzduchu Současná Fosilní Kolotoč atmosférických změn Dřevo Uhlí Zahřeje zemský povrch Větrná energie Bionafta Ropa Vodní energie Ost. spalitelná biopaliva Zemní plyn Příbojová energie Sluneční elektrárny - Přímá přeměna Sluneční elektrárny - Tepelné

14 2.3 Využitelnost slunečního záření Zemská atmosféra propouští jen část spektra slunečního záření - všechny složky viditelného spektra, část ultrafialového, infračerveného a radiového záření. Různé frekvence spektra vnímáme jako barvy a to od červeného (nejnižší frekvence, nejvyšší vlnová délka) až po fialové (nejvyšší frekvence, nejnižší vlnová délka). Směrem do kratších vlnových délek se hned vedle viditelného spektra nachází ultrafialové záření (UV). Toto záření způsobuje zvýšenou pigmentaci pokožky a může poškodit i zrak, a proto je nutné se před ním chránit (opalovací krémy, UV filtry). Na opačném konci viditelného spektra se nachází infračervené záření (IR) s delšími vlnovými délkami. Ani toto záření není viditelné, avšak je možné ho vnímat jako teplo receptory na pokožce. Obě záření nalezla své místo v každodenním použití ve vědě a technice, např. termokamery (IR), Infrazářiče (IR), svítidla na kontrolu bankovek a cenných papírů (UV), či spektrofotometrie (UV). Záření se dá rozdělit i dle jiného kritéria. Tímto rozdělením se dostáváme k pojmům jako přímé sluneční záření, difúzní záření a odrazné záření. Rozdíly mezi těmito druhy záření jsou přehledně k dohledání v následující grafice.

15 Obrázek 4: Druhy slunečního záření Přímé sluneční záření je záření, které projde na zemský povrch aniž by změnilo směr. Difusní záření vzniká rozptylem přímého záření v mracích a na částečkách v atmosféře (někdy nazýváno ozáření oblohy; Amorfní panely (viz níže) jsou schopny produkovat až o 10% více energie oproti panelům monokrystalickým při převládajícím záření difusním). Součtem přímého a difusního záření vzniká tzv. záření globální.

16 Obrázek 5: Přímé / Difusní záření v podmínkách ČR

17 2.4 Přeměna slunečního záření na energii Přeměna slunečního záření je možná díky tzv. fotoelektrickému jevu. Ten poprvé popsal roku 1839 francouzský experimentální fyzik Edmund Becquerel. Při pokusech zjistil, že při osvícení dvou kovových elektrod umístěných ve vodivém roztoku vroste na elektrodách napětí. Fotoelektrický jev je jev, při kterém dopadající fotony na PN přechod svou energií vyrážejí elektrony z N polovodičů. Tímto vznikne volný elektron a positivně nabitá díra. Po zapojení do systému a přeskupení částic, elektrony k elektronům a díry k dírám, vzniká stejnosměrný proud. Obrázek 6: P-N Přechod; Zdroj:

18 2.5 Materiály pro solární články Dnes se pro výrobu článků využívá především křemík (Si), a to dva druhy monokrystalický a polykrystalický. Křemík je polokovový prvek s atomovým číslem 14 hojně se vyskytující v zemské kůře (asi 28%). Více v sekci fotovoltaické články. Kromě hojně využívaného mono a polykrystalického křemíku se zkoušejí a vyvíjejí nové technologie, které dosahují stále větší účinnosti. Z těchto technologií se jedná především o tenkovrstvé technologie konkrétně: amorfní křemík, CdTe, CIGS. Slibnými, zejména s ohledem na dostupnost surovinových zdrojů, předpokládanou flexibilitu a jednoduchost výroby se jeví organické (polymerní) fotovoltaické materiály. Jejich výroba je bohužel v současné době vzhledem k jejich nestabilitě na vzduchu poměrně technologicky náročná.

19 2.6 Fotovoltaické solární panely Fotovoltaika využívá přímé přeměny světelné energie na elektrickou energii. To se děje v polovodičovém prvku označovaném jako fotovoltaický nebo také solární článek. Popis technologií FV solárních článků v této kapitole se vymezuje na běžně používané, pro koncového uživatele dostupné technologie. Moderní technologie jsou povětšinou ve fázi testování, nebo jsou pro běžnou praxi cenově nedostupné Monokrystalické panely: - Účinnost 14% - 18% - Základem je křemíková podložka - krystaly jsou větší než 10cm - vyrábí se tažením roztaveného křemíku ve formě tyčí o průměru až 300mm, které se posléze rozřežou na tenké plátky (podložky) - nejrozšířenější - Dražší Obrázek 7: Monokrystalický panel

20 2.6.2 Polykrystalické panely - Účinnost 12% 16% - Základem je křemíková podložka - Články se skládají z většího počtu menších polykrystalů - Jednodušší, - rychlejší a levnější výroba Obrázek 8: Polykrystalický panel Amorfní panely - Účinnost 7 9% - Základem je napařovaná křemíková vrstva - Pro dosažení stejného výkonu potřeba větší plocha (cca. 2,5x) - Nejlevnější Obrázek 9: Amorfní panel - Roční výnos o 10% vyšší (díky efektivnějšímu využívání difúzního světla)

21 2.6.4 Nové technologie na poli fotovoltaiky Tenkovrstvé solární články jsou na trhu k dostání pouze omezeně, avšak očekává se velký nárůst nákupu těchto technologií. Jedná se o tenké fólie (filmy), které jsou ohebné a tím pádem je možné je použít na mnoha místech, kde se běžné fotovoltaické panely nehodí. Nevýhodou však zůstává malá účinnost (hlavně u křemíkových fólií) či nedostupnost materiálu a tím pádem nákladná výroba (CIGS fólie nedostupnost india). Menší účinnost musí být nahrazena větší plochou. Všechny tenkovrstvé technologie mají tu výhodu, že se jejich výrobní náklady pohybují kolem 1/3 výrobních nákladů standardních panelů, což má zároveň i positivní efekt na celkovou bilanci CO2. V současnosti jsou na trhu tři typy tenkovrstvých solárních článků. Nejrozšířenější jsou články z amorfního silikonu (účinnost cca. 6%). Toto je dané, stejně jako i u standardních FV panelů, rozšířením křemíku v zemské kůře a tudíž jeho dostupností. Druhým nejrozšířenějším typem jsou fólie z kadmium-teluridové pasty (CdTe; účinnost cca. 10%). Dalšími typy jsou fólie ze selenidu (Se) mědi (Cu), India (In), galia(ga)( Copper Indium Gallium DiSelenide; účinnost cca. 14%). Nazývají se CIGS a reagují i na červenou složku světla, která se vyskytuje i při zatažené obloze, či mlze, a tím se stávají optimálními pro podmínky střední Evropy.

22 2.7 Výkon fotovoltaických článků Výkon fotovoltaických článků a panelů se udává v jednotkách Wp (watt peak - špičková hodnota). Watt-peak (Wp) je jednotka špičkového výkonu fotovoltaické elektrárny. Jedná se o výkon fotovoltaické elektrárny při standardních testovacích podmínkách (STC = Standard Test Conditions), které jsou: energie dopadá na fotovoltaický panel kolmo a má hodnotu E = 1 kw/m^2, průzračnost atmosféry Am = 1,5, teplota článků T = 25 C. Výkon silně závisí na osvětlením,na úhlu dopadajícího světla a na teplotě článku. Obrázek 10: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu V praxi bývá většinu doby výkon článku nižší, protože článek není natočen přesně ve směru přímého osvitu a světlo prochází v závislosti na denní době různými vrstvami atmosféry. Navíc je množství dopadajícího slunečního záření silně závislé na oblačnosti a výkon článku na okolní teplotě.

23 Jeden fotovoltaický článek má pracovní napětí 0,5V. Z důvodu většího výsledného napětí se články zapojují do série, čímž se napětí jednotlivých článků sčítá. Do série zapojené články se posléze hermeticky zapouzdřují do panelů s přední vrstvou z tvrzeného skla, které jim zajišťuje ochranu jak proti mechanickému, tak i proti klimatickému poškození (vítr, kroupy, mráz). Pro uchycení na střechu objektu se používají různé konstrukce navržené s ohledem na typ objektu. Většinou se jedná o lehké duralové (tvrzený hliník) konstrukce. Na trh jsou dodávány panely různých výrobců o různých výkonech (od 50Wattů do cca. 230Wattů).

24 2.8 Upevnění solárních panelů Ať jsou solární panely instalovány na střechách, či zelených loukách, musí být vždy upevněny tak, aby odolávaly povětrnostním podmínkám. Upevnění existuje několik druhů a každý dodavatel má svůj vlastní osvědčený způsob, jak panely ukotvit. Tyto systémy by se daly rozdělit do tří základních skupin podle toho, kde instalace probíhá, a to na konstrukce na připevnění k zemi, střešní konstrukce a fasádní konstrukce Konstrukce upevněné k zemi: Konstrukce, které se používají na připevňování panelů k zemi, a to povětšinou na polích a zelených loukách, mají bezesporu několik výhod. Jednou z nejpodstatnějších je možnost výběru materiálu dle libosti a nenutnost volby pouze lehkých materiálů, které stávající střecha unese. Odlehčené materiály jsou oproti standardním i o poznání dražší, z čehož vyplývá i další výhoda. Nevýhodou může být ochrana panelů a konstrukcí před zloději a kabeláže před zvěří, která se volně v přírodě vyskytuje a kabeláž může poškodit. Ochranná opatření proti těmto vlivům přináší mnohdy zvýšení nákladů na provoz zařízení. Nosné konstrukce panelů jsou povětšinou stejné. Hlavním rozdílem v jednotlivých technologiích bývá připevnění konstrukce jako celku k zemi. Zde jsou asi 2 základní možnosti pohyblivá a nepohyblivá konstrukce. Oba typy konstrukcí jsou k zemi připevněny pomocí betonových základů, které zajišťují stabilitu a aretaci propojovacích částí na které působí největší síly při působení větru. Pohyblivé konstrukce jsou však přidělané pomocí pouze jedné stojné nohy, což jim dává možnost otáčet se po celý den za sluncem a optimalizovat tak dopad slunečního záření a tím i výkon solárních článků (úhel dopadu paprsků zůstává po celý den téměř stejný).

25 Obrázek 11: Pohyblivý panel Nepohyblivé konstrukce, jak již název napovídá se za sluncem nepohybují. Mají po celý den předem nastavený směr, který musí být pro dosažení nejvyššího možného výkonu pečlivě propočítán.

26 Obrázek 12: Viditelné základy Obrázek 13: Základy pod zemí Střešní konstrukce Střešní konstrukce mají přesně opačné nevýhody a výhody, než předchozí konstrukce. Na střechách je na jednu stranu poměrně bezpečno, co se zlodějů týče, avšak prostor a nosnost jsou omezeny. Každá střecha má tedy limitovaný výkon. Na plochých střechách se panely připevňují buďto pomocí betonových bloků, které svojí váhou drží lehké duralové konstrukce,

27 Obrázek 14: Betonové prefabrikáty jistící konstrukci proti povětrnostním vlivům Nebo pomocí síťové duralové konstrukce, jež je zachycena ke střeše, či atice šrouby a v některých místech podložena betonovými terčíky, které fungují dodatečně i jako závaží.

28 Obrázek 15: Instalace na ploché střeše Na střechách šikmých jsou duralové konstrukce držící panely připevněny ke krokvím pomocí ocelových skob. Ty zajišťují jak stabilitu, tak rezistenci proti povětrnostním vlivům.

29 Obrázek 16: Krokevní skoba Duralové konstrukce jsou poté propojeny do síťových struktur, do nichž jsou vsazeny FV panely, které tvoří novou pohledovou vrstvu střechy. Obrázek 17: Instalace na šikmé střeše

30 2.8.3 Fasádní konstrukce Ne vždy existuje možnost připevnit fotovoltaické panely na střechu budovy, či na vybraný pozemek v jejím okolí. Vývoj fotovoltaických panelů jde však mílovými kroky kupředu a tudíž existuje již i možnost upevnění panelů na fasády budou. V moderní době je to nejen nutnost, avšak stává se to čím dál častěji i architektonickým prvkem, který bude určovat nový architektonický směr dalších desetiletí. Připevnění panelů na fasádu není z hlediska stavební technologie žádným problémem. Navíc je i z hlediska výpočtu sil výhodnější a lepé řešitelné, než připevňování na střešní konstrukce. Připevnění panelů je též odvislé od dodavatele technologie. Převážně se vyskytují konstrukce s jednou, či dvěma ližinami. Poté jsou přidělány buďto panely jako celek nebo panely v podobě polopropustných žaluzií, které kromě lepší orientace směrem ke slunci mají i funkci tepelné ochrany v létě. Dochází zde tudíž ke kombinaci více využití a tím k synergickému efektu.

31 Obrázek 18: Fasádní panely Obrázek 19: Polopropustné FV žaluzie 3. Střechy ideální místo pro fotovoltaiku Obrázek 20: Možnosti střešní aplikace V každém městě je zhruba 67% střech, které jsou vhodné pro instalaci fotovoltaických systémů. Výhodou těchto střešních aplikací je relativně snadná

32 integrace do stávajících střech a možnost přímého využití vyrobené energie pro vlastní spotřebu. Je však možné využívat všechny střechy a vyplatí se výroba elektrické energie ze slunce? Jaká jsou hlavní úskalí a kde jsou ještě rezervy?

33 3.1 Úvod V předchozích kapitolách jsme si probrali základy týkající se fotovoltaiky a přeměny sluneční energie na energii elektrickou. Dále se budeme zabývat provozem takovýchto zařízení a jejich rentabilitou. V poslední době (konec roku 2010 a začátek 2011) došlo k nemalým změnám v oblasti legislativy a dotací týkajících se fotovoltaiky. V roce 2010 zažívala fotovoltaika díky štědře dotovaným výkupním cenám obrovský boom. Hektary střech a hlavně pozemků byly zastavěny konstrukcemi a panely na výrobu elektrického proudu. Instalovaný výkon slunečních elektráren rostl ke konci roku exponenciálně a výrobci panelů nestíhali dodávat materiál novým zájemcům, kteří chtěli stihnout zapojení zařízení ještě před koncem roku Obrázek 21: Stav slunečních elektráren k ; Zdroj:

34 Důvod byl prostý. Ke konci roku 2010 vydal ERÚ (energetický regulační úřad) nové rozhodnutí o výkupních cenách energie z OZE (Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 2/2010 ze dne 8. listopadu 2010; DZ%20final.pdf), kde především u těch ze slunce došlo k výrazným změnám. Jak se tyto změny promítnou do fiskální politiky státu a konečné ceny energie není obsahem této práce, ačkoliv je toto téma neméně zajímavé. Jak vypadaly výpočty pro instalaci FV elektráren před a po roce 2010.

35 3.2 Výchozí situace pro výpočty Pro výpočty byla použita data z internetu ať již co se týká efektivnosti fotovoltaických panelů, kw/m2 dopadajícího slunečního záření v městě Varnsdorf, náklady na pořízení FV panelů a dalších nutných součástí FV elektrárny, či výkupních cen pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření Fotovoltaické panely Pro výpočet byly využity fotovoltaické panely Kyocera 185W (označení KD 185GH 2PU) s garantovanou účinností 14%. Garantovaná ztráta výkonu nepřesáhne do 10 let 10% a do 20 let 20%. Fotovoltaické panely Kyocera jsou vyráběny z polykrystalického křemíku. Základem pro výrobu panelů je křemíková drť, která je následným procesem slisována do křemíkových kvádrů a poté je nařezána do geometricky přesných bloků. Z krystalických bloků se dále vyrábějí samotné křemíkové pláty, které jsou implantovány přímo do fotovoltaického panelu. Díky dlouholetému vývoji společnosti Kyocera v oblasti polykrystalického křemíku (35 let) bylo dosaženo účinnosti FV článků až 18,5 %. Takto vysoká účinnost byla dosažena hlavně důmyslnou konstrukcí samotných panelů - krycí plocha solárních článků je vyrobena ze speciálně upraveného antireflexního skla s EVA folií tak, aby dosahovala vysoké účinnosti pohlcení slunečního svitu v maximálním možném čase a zároveň poskytovala ochranu před přírodními jevy (důležité je i zvolení optimální vzdálenosti tohoto skla od křemíkových plátů). Mezi křemíkovými pláty vznikají relativně vysoké odpory, které je potřeba účinně eliminovat. Výrobce Kyocera vyvinul takové rozmístění keramických plátů, aby v každém poli fotovoltaického panelu byly odpory co nejmenší. Všechny tyto vlastnosti jsou

36 zúročené ve špičkových technických parametrech a vysoké účinnosti celého fotovoltaického systému. (Zdroj: Hodnoty dopadu solárního záření Tyto hodnoty byly převzaty z odborného serveru sunbird ( Po zadání kýžené lokace (Varnsdorf, Česká republika) je možnost buďto vypočítat přímo výkon pro FV elektrárnu o konkrétním Wp výkonu, či jít přes odkaz See the monthly averages of global irradiation na stránku s průměrnými hodnotami dopadu slunečního záření dané lokality. Pro Varnsdorf jsou to, při sklonu 40 tyto hodnoty: Měsíc Wh/m2/den Leden 1228 Únor 2141 Březen 3069 Duben 4089 Květen 4827 Červen 4536 Červenec 4720 Srpen 4449 Září 3382 Říjen 2742 Listopad 1245 Prosinec 842 Průměr 3105,83 Tabulka 1: Dopad slunečního záření Dá se očekávat, že reálné naměřené hodnoty se budou lišit v závislosti na sklonu a orientaci FV panelů a také na počasí(počet slunečních dnů / počet dnů s mraky)(viz. Předchozí kapitoly).

37 3.2.3 Výkupní ceny pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření Výkup elektřiny vyrobené využitím obnovitelných zdrojů energie je garantován státem. To upravuje zákon 180/2005Sb. Z něho vychází i ERÚ (Energetický regulační úřad) při stanovování výše výkupních cen a zelených bonusů. Výše výkupních cen je udávána v Korunách za MWh a rozlišuje se dle data uvedení do provozu. Dalším kritériem stanovujícím výši výkupních cen je velikost resp. výkon fotovoltaické elektrárny. Dělící čárou v roce 2011 jsou zařízení s 30 kwp respektive s 100kWp výkonu. V letech nebyl výkon zařízení směrodatný. Platily stejné výkupní ceny, ať již pro malá, či pro velká zařízení. V roce 2009 přišli zákonodárci s rozdělením do dvou skupin a to do skupiny do 30kWp a nad 30kWp výkonu. Ceny v letech 2009 a 2010 však nerozlišovaly zařízení tak markantně jako v roce Původně byl rozdíl pouhých 0,10 Kč na kwh vykoupené elektřiny. V roce 2011 je rozdíl již viditelnější a to 1,60 Kč mezi zařízeními do 30kWp a zařízeními v rozmezí 30kWp a 100kWp. Rozdíl mezi zařízeními do 30kWp a nad 100kWp činí dnes celé 2 Kč. Dalším rozdílem, který je nutné vysvětlit je rozdíl mezi výkupní cenou a zeleným bonusem Zelený bonus Zelený bonus se získává za vyrobenou energii, kterou majitel zařízení sám spotřebuje, případně sám prodá někomu jinému, než svému dodavateli (např. ČEZ, EOn). Z hlediska efektivity financí se tento způsob prodeje jeví jako výhodnější. K zelenému bonusu si musí majitel zařízení připočítat ještě částku, kterou by zaplatil za energii, pokud by ji odebíral od dodavatele. Výsledná výkupní cena by tedy byla: zelený bonus + cena za energii od dodavatele. V číslech roku 2010 to vypadá následovně: 11,50 Kč + 4,50Kč = 16,00 Kč.

38 3.2.5 Výkupní cena Výkupní cenu zaplatí majiteli zařízení dodavatel el. energie, který bude zároveň i odběratelem. Jak již bylo o kousek výše řečeno, dodavatel má dle zákona povinnost od majitele zařízení energii z obnovitelných zdrojů energie odkoupit. Jaké jsou výkupní ceny najdete v následující tabulce. Zdroj energie / Datum uvedení do provozu Sluneční záření Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kw včetně a uvedeným do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kw do 100 kw včetně a uvedeným do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 100 kw a uvedeným do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kw včetně a uvedeným do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kw a uvedeným do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem do 30 kw včetně a uvedeným do provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince 2009 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj s instalovaným výkonem nad 30 kw a uvedeným do provozu od 1. ledna 2009 do 31. prosince 2009 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2008 do 31. prosince 2008 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu před 1. lednem 2006 Obrázek 22: Výše výkupních cen; Zdroj: tzb-info.cz Výkupní ceny elektřiny dodané do sítě v Kč za 1 MWh Zelené bonusy v Kč za 1 MWh

39 3.3 Početní příklady pro zařízení do 30kWp resp. 100kWp Pro názorné porovnání výkupních cen a možnosti návratnosti investovaných financí je možné vypočíst si jednoduchý přehledný příklad. Investice do FV zařízení jsou známé. Při stávající úrovni technologií a jejich cenových hladinách nám vychází náklady na 1 kwp výkonu zhruba 80000Kč. Chceme-li si tedy postavit FV elektrárnu o výkonu do 30kWp budeme muset počítat s počátečním vkladem cca. 2,5mil. korun. Při zvoleném výkonu 100kWp si budeme muset připravit asi trojnásobný obnos cca. 8mil. korun. Kolik kwh dokáží FV elektrárny vyrobit v českých klimatických podmínkách? Teoretické hodnoty je možné vidět v následujících tabulkách. Pro výpočet použité panely mají následující rozměry: Rozměry panelu výška šířka Kyocera 185W 133,8 cm 99 cm plocha 1,32462 m² Tabulka 2: Rozměry panelu

40 Pro teoretický výpočet byly využity FV panely Kyocera o výkonu 185 Wp (viz výchozí situace pro výpočty). Dále je i nutné počítat se ztrátami cca. 15%, které vznikají teplotními vlivy a ztrátami vedení FV Elektrárna do 30 kwp (29,97 kwp) účinnost 1 panel - 1panel 162 panelu - Měsíc Wh/m2/den Wh/m2/mesic 14%/den za měsíc Wh/den ca.15% ztráty kwh/den kwh/měsíc Leden , ,52 227, , ,36 972,11 Únor , ,72 397, , , ,83 Březen , ,46 569, , , ,47 Duben , ,8 758, , , ,50 Květen , ,18 895, , , ,13 Červen , ,2 841, , , ,94 Červenec , ,8 875, , , ,43 Srpen , ,66 825, , , ,90 Září , ,4 627, , , ,89 Říjen , ,28 508, , , ,61 Listopad , , , ,79 953,77 Prosinec , ,28 156, , ,50 666,54 Celkem 3105, ,3 79, ,14 Tabulka 3: FVE do 30kWp Z tabulky lze vyčíst, že při teoretickém propočtu je možné v českých klimatických podmínkách vyrobit energii cca. 29MWh ročně.

41 3.3.2 FV Elektrárna do 100 kwp (99,90 kwp) Měsíc Wh/m2/den měsíc účinnost 14% měsíc 1 panel - Wh/den 1panel ca.15% ztráty 540 panelů kwh/den kwh/měsíc Leden , ,52 227, , , ,35 Únor , ,72 397, , , ,78 Březen , ,46 569, , , ,24 Duben , ,8 758, , , ,68 Květen , ,18 895, , , ,11 Červen , ,2 841, , , ,14 Červenec , ,8 875, , , ,77 Srpen , ,66 825, , , ,68 Září , ,4 627, , , ,28 Říjen , ,28 508, , , ,38 Listopad , , , , ,24 Prosinec , ,28 156, , , ,80 Celkem 3105, ,3 264, ,45 Tabulka 4: FVE do 100kWp Z tabulky lze vyčíst, že při teoretickém propočtu je možné v českých klimatických podmínkách vyrobit energii cca. 97MWh ročně.

42 3.4 Návratnost investice do FVE Fotovoltaické elektrárny jsou spojeny s poměrně vysokými pořizovacími náklady. Díky garantovaným výkupním cenám se však návratnost této investice pohybuje kolem zhruba osmi až devíti let. Jak probíhá teoretické splácení a výnosy z fotovoltaických elektráren v roce 2010 je možné vyčíst z následujících tabulek euro pro kwp Cena v Eurech ,00 Tabulka 5: Výchozí podmínky 80Kc za Wp euro 25,00 Kč cca za kwp Cena elektřiny za kwh 4,50 Kč Předpokládaná výroba v kwh 29001,14 Cena v Korunách Výkupní cena /kwh 12,50 Kč ,00 Kč roční změna výkupní ceny 0,00% úroková sazba 5,00% Sazba zdanění příjmů 26,00% V první tabulce jsou výchozí podmínky použité pro výpočty. Vycházelo se z předpokladu, že si zřizovatel fotovoltaické elektrárny vezme na celé zařízení komerční úvěr, který bude posléze z výnosů elektrárny splácet. Úroková sazba byla stanovena na realistických 5%. Jelikož se jedná o garantovanou výkupní cenu, neočekává se, že by došlo ke změně výše výkupní ceny. K sazbě zdanění příjmů z fotovoltaických elektráren se dostaneme níže. Pro výpočet byla použita varianta elektrárny do 30kWp výkonu a výkupní cena roku 2010, která byla stanovena na 12,50 Kč za vyrobenou a do sítě dodanou kilowatthodinu.

43 3.4.1 Návratnost zařízení v roce 2010 Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji ,00 Kč ,00 Kč ,00 Kč ,81 Kč ,10 Kč ,29 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,91 Kč ,21 Kč 95142,30 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,02 Kč ,72 Kč 81773,70 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,53 Kč ,20 Kč 67736,68 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,01 Kč ,81 Kč 52997,80 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,63 Kč ,61 Kč 37521,98 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,42 Kč ,79 Kč 21272,37 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,60 Kč ,88 Kč 4210,28 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,31 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,69 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,88 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,07 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,26 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,45 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,64 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,83 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,02 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,21 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,40 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč Suma Tabulka 6: FVE do 30kWp, ,40 Kč Z tabulky je možné vyčíst, že se investice zřizovateli vrátí za osm let. Devátým rokem počínaje bude majiteli elektrárna již generovat zisky. Kumulací zisků po zbývající dobu garantované výkupní ceny je možné vydělat až téměř dvakrát více, než kolik bylo do zařízení investováno. Díky krátké době splácení úvěru nejsou ani úroky nijak vysoké. Zaplatit pouhých 25% z ceny zařízení na úrocích je ještě poměrně únosné. Na začátku roku 2011 však vešel v platnost zákon, který ruší daňové prázdniny na prvních pět let od zapojení fotovoltaické elektrárny. Tato 26% daň z příjmu se nevztahuje na elektrárny do 30kWp instalovaného výkonu. Pro demonstrační výpočet toto pravidlo nedodržíme. Výpočet zůstává analogický i pro zařízení o vyšším výkonu. Bylo zároveň i zjednodušeno pravidlo, dle kterého by byly první tři

44 roky zdaněny, potom by platily dvouleté daňové prázdniny a posléze by se FVE zdaňovaly opět 26%. Navrhované a schválené opatření vlády je pouze přechodné a počítá se do budoucna s udržitelným řešením. Jak by tedy vypadal plán návratnosti v případě zdanění příjmů (i na rok 2010 zpětně)?

45 3.4.2 Návratnost zařízení po zdanění příjmů Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji Výnos po zdanění ,00 Kč ,00 Kč ,00 Kč ,50 Kč ,47 Kč ,97 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,97 Kč ,27 Kč ,30 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,77 Kč ,21 Kč 96630,44 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,71 Kč ,65 Kč 88048,94 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,15 Kč ,50 Kč 79038,36 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,00 Kč ,25 Kč 69577,25 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,75 Kč ,84 Kč 59643,09 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,34 Kč ,56 Kč 49212,22 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,06 Kč ,86 Kč 38259,80 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,36 Kč ,13 Kč 26759,77 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,63 Kč ,36 Kč 14684,73 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,86 Kč ,80 Kč 2005,94 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,20 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,20 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,20 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč ,20 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 12,50 Kč ,19 Kč ,50 Kč Suma ,80 Kč Tabulka 7: FVE do 30kWp, 2010, se zdaněním Jak je možné vidět na první pohled v tabulce, došlo při výpočtu k několika změnám. Nejzásadnějším rozdílem je asi zvýšení doby návratnosti o čtyři roky. Při budoucím investičním rozhodování může pro investora tento rozdíl nabývat většího významu, než by mohlo být na první pohled zřejmé. Jedná se v podstatě o oddálení generování příjmů o čtyři roky, což může znamenat ohrožení další investiční aktivity daného investora. Zajímavý je též výsledný součet bance zaplacených úroků za úvěr. Ten je jeden a půl tak velký, než v první variantě bez zdanění příjmů, což je již cca. 37,5% ceny zařízení. Kvůli delšímu splácení se sníží i budoucí výnosy zařízení, které se pohybují zhruba na 90% počáteční investice. Investice do zařízení, byly-li by příjmy

46 zdaněny se tím pádem stává méně výdělečnou a každý investor si již musí takovouto investici promyslet s ohledem na dlouhodobé navázání kapitálu.

47 3.5 Návratnost zařízení v roce 2011 Další zajímavou úvahou je, jak by vypadala návratnost s výkupními cenami roku Jak bylo již dříve naznačeno, klesly výkupní ceny citelně (o 5 Kč za kwh). V další tabulce jsou stejné výpočty jako pro rok 2010, ale s cenami roku Návratnost zařízení Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji ,00 Kč ,00 Kč ,00 Kč ,49 Kč ,06 Kč ,57 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,55 Kč ,92 Kč ,38 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,41 Kč ,63 Kč ,22 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,12 Kč ,42 Kč 98986,31 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,91 Kč ,10 Kč 93060,20 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,59 Kč ,37 Kč 86837,78 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,86 Kč ,10 Kč 80304,24 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,58 Kč ,61 Kč 73444,03 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,10 Kč ,90 Kč 66240,80 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,39 Kč ,81 Kč 58677,42 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,16 Kč 50735,86 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,65 Kč ,88 Kč 42397,23 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,37 Kč ,03 Kč 33641,67 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,52 Kč ,85 Kč 24448,33 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,33 Kč ,65 Kč 14795,32 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,14 Kč ,79 Kč 4659,66 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,72 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,24 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,75 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,26 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč Suma Tabulka 8: FVE do 30kWp ,01 Kč Z tabulky je viditelné, že snížení výkupní ceny se promítlo negativně do doby splácení fotovoltaické elektrárny. Návratnost je na 16 letech. Výnosy po 20 letech jsou na hranici 30% vložené investice a úroky jsou na hranici 50%. Investice se v dvacetiletém horizontu ještě stále vyplatí (závisí však na subjektivním zhodnocení

48 dalších rizik příklad je teoretický a vynechává některé reálné faktory jako např. krádež, poškození, další legislativní změny, atd.) Návratnost zařízení při zdanění příjmů Jiná je však situace s přihlédnutím k faktu, že příjmy z projede proudu budou zdaněny. Zůstatek dluhu Dluh s úroky Úroky Výkupní cena Výnos při prodeji Výnos po zdanění ,00 Kč ,00 Kč ,00 Kč ,70 Kč ,88 Kč ,18 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,58 Kč ,56 Kč ,98 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,26 Kč ,53 Kč ,26 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,23 Kč ,89 Kč ,66 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,59 Kč ,12 Kč ,53 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,82 Kč ,76 Kč ,94 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,46 Kč ,13 Kč ,67 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,83 Kč ,02 Kč ,19 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,72 Kč ,36 Kč 97419,64 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,06 Kč ,86 Kč 94242,80 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,56 Kč ,69 Kč 90907,13 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,39 Kč ,06 Kč 87404,67 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,76 Kč ,84 Kč 83727,09 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,54 Kč ,17 Kč 79865,63 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,87 Kč ,96 Kč 75811,09 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,66 Kč ,50 Kč 71553,83 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,20 Kč ,91 Kč 67083,71 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,61 Kč ,69 Kč 62390,08 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,39 Kč ,16 Kč 57461,77 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,85 Kč ,90 Kč 52287,04 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,60 Kč ,18 Kč 46853,58 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,88 Kč ,32 Kč 41148,44 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,02 Kč ,07 Kč 35158,05 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,77 Kč ,91 Kč 28868,14 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,61 Kč ,34 Kč 22263,73 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,04 Kč ,14 Kč 15329,10 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,84 Kč ,58 Kč 8047,74 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,28 Kč -8448,60 Kč 402,31 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,70 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč ,00 Kč 0,00 Kč 0,00 Kč 7,50 Kč ,51 Kč ,30 Kč Suma Tabulka 9: FVE do 30kWp 2011 zdaněno ,00 Kč

49 Z této tabulky je na první pohled viditelné, že investice do zařízení s ohledem na zdanění daní z příjmu se ve dvacetiletém horizontu nevyplatí. Návratnost leží na přelomu 28. a 29. roku. S tím jsou spojené některé problémy. Zaprvé je výkupní cena garantována pouze na dvacet let a co se stane po uplynutí této doby je jen velmi těžké odhadnout. Za druhé jsou zde omezení, která vznikají v souvislosti životností solárních panelů (článků) a efektivitou přeměny slunečního záření na proud, která v čase klesá. Navíc i zaplacené úroky z úvěru dosahují hranice 90%, což je již téměř dvojnásobek hodnoty zařízení. Ještě zajímavější jsou propočty pro velká zařízení nad 30kWp. U těch platí výkupní ceny ne 7,50Kč, ale pouhých 5,50Kč. Při nezdaněných příjmech se pohybuje horizont návratnosti kolem 28 let. U příjmů zdaněných nejsou tyto tak vysoké, aby pokryly alespoň úroky z úvěru, čímž pádem dochází k neustálému navyšování dluhu u banky i přesto, že fotovoltaické zařízení funguje správně.

50 3.6 Několik kroků při zařizování fotovoltaické elektrárny 1. Získání licence na výrobu elektřiny vydává ERÚ 2. Oslovení firmy pro zpracování nabídky ta by měla obsahovat všechna potřebná data pro další jednání s místními provozovateli distribuční sítě 3. Zjištění si na stavebním úřadě, jaké jsou náležitosti potřebné ke zřízení fotovoltaické elektrárny (rozlišovat se musí i pozice střecha, volný pozemek, fasáda). 4. Ověření územního plánu ochranná pásma, či jiné okolnosti by mohli bránit výstavbě FVE 5. Pro omezení rizika je doporučeno vypracování studie proveditelnosti, či podnikatelského záměru 6. Vyjednání úvěru u banky není-li financování z vlastních zdrojů 7. Žádost na provozovatele distribuční soustavy o připojení zařízení do distribuční sítě Zde existuje ze zákona povinnost přednostně připojit výrobce elektřiny z OZE a vykupovat od něj veškerou, tímto zdrojem vyrobenou elektřinu dle cen ERÚ 8. Instalace fotovoltaické elektrárny dodavatelskou firmou po obdržení vyjádření k připojení do distribuční sítě 9. Volba způsobu dodávek elektřiny a. Zelené bonusy b. Výkupní ceny 10. Uzavření potřebných smluv a. Smlouva o distribuci a úhradě regulovaných poplatků b. Smlouva o připojení

51 c. Smlouva o dodávce elektřiny 11. Instalace zařízení na měření fotovoltaické elektrárny zajišťuje provozovatel distribuční soustavy 12. zahájení výroby elektřiny

52 4. Demonstrační Projekt Varnsdorf 4.1 Co chceme demonstrovat? 1. Instalaci FV systému na střechu budovy školy 2. Průběh výroby energie z FVE systému během jednoho dne, jednoho měsíce, jednoho roku 3. Množství energie, které dokáže FVE systém vyrobit v jednotlivých ročních obdobích 4. Možnost samospotřeby zelené energie pro účely školy 5. Využití přebytků zelené energie pro ostatní spotřebitele 6. Technické řešení propojení FVE systému s distribuční sítí tzv. Zelený bonus 7. Ekonomickou (ne)rentabilitu FVE systému 8. Možnost soběstačnosti vyrovnané energetické bilance budovy ve výrobě a spotřebě el. Energie v průběhu roku Naším cílem je přesvědčit ostatní o potenciálech střech budov ve městech a šancích pokrýt jejich roční spotřebu samovýrobou el. Energie z FVE systému.

53 4.2 Varnsdorf - energeticky soběstačná škola Společnost Via Regia začala od roku 2007 realizovat demonstrační projekt energetické soběstačnosti základní školy ve Varnsdorfu. Jedná se o školu postavenou v roce 1989 jako pavilónový typ sedmi budov. Ke stavbě školy byla použita technologie MS 71 montovaný skelet. Celkový obestavěný prostor sedmi budov je m3, celková vytápěná plocha 9.040m2. Část komplexu Vytápěná plocha v m2 Obestavěný prostor v m3 4 podlažní pavilon 2. stupně podlažní pavilon 1. stupně Budova výtvarné a pracovní výchovy 2 podlažní Tělocvična 1 podlažní Pavilon stravování Pavilon centrálních šaten Tabulka 10: Charakteristika objektu Areál ZŠ nemá vlastní energetický zdroj. Teplo odebírá z městské energetické sítě (dálkové teplo). Na spotřebovaných energiích se podílí vytápění 86%, osvětlení 10% a příprava TUV 4%. Demonstrační Projekt Varnsdorf je projekt, který by měl dokázat, že je možné pomocí obnovitelných zdrojů dosáhnout energetické soběstačnosti ve výrobě a spotřebě elektrické energie.

54 Na základě odečtu spotřeb má ZŠ Edisonova ve Varnsdorfu roční spotřebu elektrické energie ca. 93 MWh což odpovídá zhruba 339 GJ. Instalací solárních fotovoltaických panelů na střechu školy by se měla zajistit nezávislost na externí elektrické energii. V dalších fázích demonstračního projektu Varnsdorf - energeticky soběstačná škola, by měly být na střechu školy namontovány solární kolektory na ohřev TUV a mělo by být využito dalších obnovitelných energetických zdrojů (např. tepelná čerpadla) pro vytápění v budově tak, aby byla škola opravdu soběstačná. Montáž fotovoltaických panelů proběhne ve dvou etapách. V první etapě budou využity střechy A2 a B3 (viz obrázek). V etapě druhé střecha C1.

55 Obrázek 23: Využívané střechy Etapa Střecha Plocha v Počet Výrobce Výkon Výkon soustavy m² panelů kwp kwp 1 A2, B3 1673,3 259 Kyocera ,915 2 C1 734, Kyocera , ,69 Tabulka 11: Etapy výstavby

56 4.3 Přesné rozložení panelů Přesné rozložení panelů, resp. konstrukcí držících panely, na pavilonu A2 školy je viditelná v následujícím obrázku.

57 Obrázek 24: Rozložení panelů na pavilonu A2

58 Jednotlivé řady fotovoltaických panelů jsou od sebe 2,2 metru vzdáleny a jsou 0,811m široké (vždy vzdálenost os betonových kvádrů). Vzdálenosti jsou zvoleny právě tak, aby si jednotlivé panely navzájem nestínily. Řez konstrukcí, na které jsou uchyceny panely, je znázorněn v dalším obrázku. Obrázek 25: Řez konstrukcí držící panely V tomto obrázku jsou názorně viditelný, kromě vzdáleností mezi jednotlivými řadami i sklon a velikost fotovoltaických panelů. Ve skutečnosti vypadá střecha pavilonu A2 po instalaci panelů následovně: Obrázek 26: Pavilon A2

59

60 4.4 Fotovoltaické panely Kyocera Fotovoltaické panely Kyocera jsou vyráběny z polykrystalického křemíku. Základem pro výrobu panelů je křemíková drť, která je následným procesem slisována do křemíkových kvádrů a poté je nařezána do geometricky přesných bloků. Z krystalických bloků se dále vyrábějí samotné křemíkové pláty, které jsou implantovány přímo do fotovoltaického panelu. Díky dlouholetému vývoji společnosti Kyocera v oblasti polykrystalického křemíku (35 let) bylo dosaženo účinnosti FV článků až 18,5 %. Takto vysoká účinnost byla dosažena hlavně důmyslnou konstrukcí samotných panelů - krycí plocha solárních článků je vyrobena ze speciálně upraveného antireflexního skla s EVA folií tak, aby dosahovala vysoké účinnosti pohlcení slunečního svitu v maximálním možném čase a zároveň poskytovala ochranu před přírodními jevy (důležité je i zvolení optimální vzdálenosti tohoto skla od křemíkových plátů). Mezi křemíkovými pláty vznikají relativně vysoké odpory, které je potřeba účinně eliminovat. Výrobce Kyocera vyvinul takové rozmístění keramických plátů, aby v každém poli fotovoltaického panelu byly odpory co nejmenší. Všechny tyto vlastnosti jsou zúročené ve špičkových technických parametrech a vysoké účinnosti celého fotovoltaického systému. (Zdroj: Výkon panelů je určen nejen účinností, která se dnes nachází v rozmezí 14% - 18,5% u polykrystalických panelů, ale též plochou. Čím větší plocha panelu, tím větší výkon. Výkon fotovoltaických článků a panelů se udává v jednotkách Wp (watt peak - špičková hodnota). Původně bylo plánováno použít solární panely o výkonu 200Wp, avšak vzhledem k požadavkům použití menšího prostoru při zachování výkonu jsou nakonec použity panely o výkonu 135 Wp. Tyto panely jsou menší, čímž došlo k jejich nahuštění na pouze tři střechy, oproti plánovanému využití střech čtyř. Menší výkon jednotlivých panelů byl vykompenzován jejich množstvím.

61 35 Obrázek 27: Panely - střešní instalace Panely mají jižní orientaci a sklon 35.

62 Obrázek 28: Závislost výkonu článku na úhlu a odchylky od Jihu Z obrázku lze vyčíst, že při jižní orientaci a sklonu 35 je možné dosáhnout těch nejideálnější hodnot. Jakákoliv odchylka ve vertikálním, či horizontálním směru by znamenala ztrátu efektivity.

63 4.5 Instalace FVE Celý FV systém bude nainstalován na nově pokryté střeše ZŠ Edisonova ve Varnsdorfu. Stará střešní krytina byla nevyhovující a nahrazena novou střešní krytinou PVC folií s UV filtrem, která je pochůzná (možnost kontroly FV zařízení, snadná montáž zařízení), bezúdržbová (nepotřeba zásahů po instalaci FV zařízení), hydroizolační (ochrana objektu školy proti vnikající vlhkosti), zátěžová (možnost instalace konstrukcí držících FV panely bez poškození podkladu) a má dlouhou životnost. Obrázek 29: Úprava střechy Na střešní krytinu je položena střešní konstrukce,

64 tvořená z betonových prefabrikátu, které jsou podloženy vlnitou deskou z tvrzeného PVC. Ta poskytuje betonu ochranu proti stoupající vlhkosti. Na betonových kvádrech, které zajišťují ochranu proti větru je připevněná hliníková konstrukce, která tvoří rám pro samotný solární panel. Hliník je na střešní mnohem vhodnější, nežli ocelové konstrukce, jelikož poskytuje stejnou pevnost při nižší hmotnosti. Nevýhodou může být vyšší cena. Jak konstrukce vypadá konstrukčně je znázorněno v následujících obrázcích. Obrázek 30: Detail instalační konstrukce

65 Obrázek 31: Řez upevňovací konstrukcí Jižní směr FV Panel Hliníková konstrukce Betonový prefabrikát Obrázek 32: Půdorys konstrukce

66 4.6 Fungování systému Celý solární systém funguje na principu ON GRID (se souhlasem ČEZu), což znamená, že oproti systému OFF GRID (ostrovní systém) je připojen do veřejné elektrické sítě a při nedostatku výkonu se zde může přiživit. Naopak je-li výkonu přebytek, je tento výkon poskytnut jiným uživatelům. Tato funkce se označuje MPPT (Maximum Power Point Tracking), je prováděna s velmi vysokou přesností a zajišťuje ji měnič. Obrázek 33: Měniče Měnič funguje zároveň i jako transformátor. Stejnosměrný proud vyráběný ve FV kolektorech je potřeba přeměnit na proud střídavý o napětí 230 V a frekvenci 50 Hz, aby byl kompatibilní s dnes běžně užívanými spotřebiči.

67 4.7 Monitoring FVE Celý solární systém a jeho výkon bude dennodenně monitorován a výsledky budou zveřejňovány (vizualizovány). K monitoringu bude instalován takový systém, který bude jednoduchý k ovládání a přenášení přesných dat. Vizualizace bude: na internetových stránkách s možností ovládání systému, odečítání aktuálních údajů o systému, vizualizace statistik, analýzy apod. v budově základní školy veřejný panel zobrazující údaje o okamžitém výkonu panel bude ztvárněn tak, aby byl vhodný i pro výukové účely a srozumitelný pro školáky Obrázek 34: Informační panel pro školáky

68 4.8 Vizualizační software Vizualizační software vypadá podobně jako software vyvinutý k projektu FVE v Hrádku ( Vizualizační software Hrádek Obrázek 35: Vyrobená energie za rok 2009 FVE Hrádek Vyrobená energie FVE Hrádek za rok 2009 Obrázek 36: Vyrobená energie za červen 2009 FVE Hrádek

69 Vyrobená energie FVE Hrádek za červen 2009 Obrázek 37: Vyrobená energie dne FVE Hrádek Vyrobená energie FVE Hrádek v pátek

70 4.8.2 Vizualizační software Varnsdorf Nový software pro FVE ve Varnsdorfu byl spuštěn na konci roku 2010 ( ). Výstupy, které zařízení doposud mělo jsou k nalezení na následující internetové adrese: Vizualizační software pro Varnsdorf vypadá přeci jen o něco jinak, než vizualizační software pro Hrádek n. Nisou. Obrázek 38: Souhrnný graf FVE Varnsdorf V předchozím obrázku je vyobrazen graf s údaji z FVE Varnsdorf. Jsou zde znázorněny ukazatele jako vyrobená energie, směr a rychlost větru, či teplota okolí a panelů. Na první pohled působí graf nepřehledně. Software však nabízí možnost volby, které údaje se v grafu zobrazí. Tím pádem je možné buďto jednotlivou hodnotu, či více hodnot dohromady, které budou mít tu správnou vypovídající schopnost. Například porovnat velikost osvitu s vyrobenou energií.

71 Obrázek 39: Osvit a vyrobená energie FVE Varnsdorf ( února) Na týdenním grafu porovnávajícím osvit (modrá křivka) a vyrobenou energii (šedá křivka) je zřetelné, že vyrobená energie je mnohem nižší, nežli velikost osvitu. To je dáno již dříve zmiňovanou účinností přeměny sluneční energie u FV panelů.

72 Obrázek 40: Teploty panelů a okolí FVE Varnsdorf ( února) Další zajímavé je porovnání teplot okolí (zelená křivka) a panelů (žlutá křivka). Zatímco okolní teplo stoupá přes den pouze nevýrazně, jsou teplotní oscilace panelů obrovské. Navíc se zatím jedná o teploty okolí kolem nuly. V létě je možné očekávat menší výkyvy, avšak díky tomu větší efektivitu, jelikož vodivost polovodičů je závislá na teplotě (čím větší teplota, tím větší vodivost / resp. menší odpor polovodiče). Posledními údaji, které se v grafice nacházejí jsou směr a rychlost větru.

73 Obrázek 41: Rychlost a směr větru FVE Varnsdorf ( února) Tento graf ukazuje, směr větru (oranžová křivka) a zároveň jeho rychlost (červená křivka). Směr větru (WD Wind Direction) je udáván ve stupních, kdy severní vítr (vítr vanoucí ze severu na jih) je označen 0 a vítr západní (vanoucí ze západu na východ) 270. Směr větru je udán v m/s. Jak vidno z grafu, rychlost větru nedosahovala v týdnu od do žádných extrémních hodnot.

74 4.9 Porovnání FVE Varnsdorf a FVE Hrádek Základem demonstračního projektu Varnsdorf je demonstrovat krom soběstačnosti i možnosti využití sluneční energie v našich zeměpisných šířkách. K tomuto slouží krom FVE Varnsdorf i FVE Hrádek. Vzdušnou čarou se nacházejí pouhých 17kilometrů od sebe. Varnsdorf leží nepatrně zeměpisně výše než Hrádek nad Nisou. Zajímavé je srovnání i z hlediska vlivu faktorů okolí. FVE v Hrádku má zhruba dvoutřetinový výkon 61kWp. Srovnávací grafy vypadají následovně: Obrázek 42: Aktuální výkon Takto vypadá srovnání aktuálních výkonů obou fotovoltaických elektráren dne FVE Varnsdorf dodává vyšší aktuální výkon, což je dáno především vyšším instalovaným výkonem (FVE Varnsdorf = 1,5x FVE Hrádek). Z toho se dá usoudit, že i vyrobená energie bude vyšší u FVE Varnsdorf. Toto srovnání ukazuje následující graf.

75 Obrázek 43: Vyrobená energie Vyrobená energie roste ke konci grafu (chvilku po poledni) mírně kolísavěji, avšak téměř pořád proporcionálně k vyrobené energii v Hrádku. Tato kolísavost může být důsledkem několika faktorů, které jsou zřejmé v dalších grafikách. Obrázek 44: Osvit Z této grafiky je viditelné, že kolísavost může být způsobena skokovým kolísáním osvitu. Důvodem tohoto je z největší pravděpodobností postup mraků přes trajektorii osvitu. Celkové kolísání výroby energie mohly však ovlivnit i panující povětrnostní podmínky.

76 Obrázek 45: Rychlost větru Kolem již zmiňované dvanácté hodiny došlo i ke zvýšení hodnot rychlosti větru. To mohlo způsobit jak mírné ochlazení panelů, tak i přechodné nakupení oblačnosti. Obrázek 46: Teplota panelů Zároveň se změnami hodnot větru a osvitu, zakolísala i teplota panelů. Jak již byl zmiňováno v předchozích pasážích roste s poklesem teploty u polovodičů jejich odpor. Tím se snižuje i efektivita přeměny slunečního záření na elektrickou energii dochází k větším ztrátám.

77 Na teplotu panelů má nemalý vliv i teplota okolí. Ta se v inkriminovaný okamžik taktéž snížila, jak je vidět v následujícím grafu. Obrázek 47: Teplota okolí Neméně zajímavé je srovnání hodnot v delších časových intervalech. Jelikož je srovnávací software v provozu teprve krátce, není možné porovnat data za celý plnohodnotný měsíc. Pro představu, jak vypadají data v měsíčním srovnání využijeme měsíc únor. Zde jsou k dispozici data pouze od 13. dne tohoto měsíce. Obrázek 48: Průměrný výkon v únoru 2011 V předchozím grafu je vidět, že i v měsíčním porovnání přesahuje průměrný výkon FVE Varnsdorf výkon FVE v Hrádku zhruba o třetinu (analogie s denním výkonem).

78 Obrázek 49: Vyrobená energie v únoru 2011 K podobným závěrům se dá dojít i při pohledu na srovnání výstupů vyrobené energie. FVE Varnsdorf je v každém srovnávaném dni o zhruba třetinu lepší. Obrázek 50: Osvit v únoru 2011 Zajímavým srovnáním je porovnání průměrného záření. Dle dostupných dat je průměrné záření v Hrádku nad Nisou větší než ve Varnsdorfu, a to o zhruba čtvrtinu až třetinu. Zdálo by se logické, že je-li u FVE Hrádek osvícení o třetinu vyšší a instalovaný výkon o třetinu nižší, měla by být vyrobená energie srovnatelná s vyrobenou energií na FVE Varnsdorf, kde je sice instalovaný výkon vyšší, ale osvit menší. Z dostupných dat se však nedá dojít k jednoznačnému závěru, proč tato logická úvaha neplatí. Faktorů může být hned několik. Zaprvé rok instalace a v té