Fotovoltaika – elektrika iz Sonca

Sončni žarki pošiljajo energijo v polprevodniški material, ki ga lahko nato uporabimo za enosmerno napetost.  Preko 95 % vseh, na svetu proizvedenih, solarnih celic je sestavljeno iz polprevodnega silicija. Danes deluje fotovoltaična naprava s solarnimi celicami, katere so povezane v solarni modul in se vklapljajo ena za drugo. Več modelov se lahko poveže z generatorjem za proizvodnjo električne energije.

Pojem fotovoltaična ,oziroma fotonapetostna pretvorba, je torej direktno pretvarjanje svetlobne energije, ki se s pomočjo sončnega sevanja, spremeni v električno energijo. To pomeni, da svetlobo pretvorimo v elektriko. Za to pretvorbo lahko uporabimo direktno ali difuzno sončno sevanje.  Ta pretvorba se opravi v sončnih celicah. Po načinu zgradbe poznamo polikristalne, amorfne in monokristalne. Večina solarnih modulov je izdelana iz silicija.

Vendar je šele z zakonom o obnovljivih energetskih virih, iz leta 2000, predvsem v Nemčiji,   proizvodnja električne energije s fotovoltaiko, postala ponovno zanimiva. Z novim zakonom so se že meseca januarja ,leta 2004, ponovno in občutno izboljšali plačilni pogoji.  Ali je le zaradi tega postal nakup solarne naprave ponovno zanimiv? Postavlja se tudi vprašanje,  ali je s tem mogoče tudi kaj zaslužiti? Kolikšen sploh je finančni donos s solarno napravo, pa je odvisno od nabavne cene kompletne naprave, od načina financiranja in donosa za proizvedeno električno energijo naprave. Na sliki št. 1 je prikazan princip delovanja, v omrežje priključene solarne naprave.

Slika 1 - Princip delovanja v omrežje priključene solarne naprave

V Nemčiji je večina solarnih naprav za pridobivanje električne energije priključenih na javno električno omrežje. Seveda pa oddaja v omrežje ni obvezna. Le to se izplača, v kolikor je s pogodbo za dobo 20 let določena prodajna cena. Ta je v tem trenutku višja od cene, kot jo morajo plačati za električno energijo. Seveda pa pri tem ni zaslužka, če se celotna proizvedena električna energija porabi le za svoje potrebe. V srednji in severni Nemčiji je donos električne energije nekoliko nižji kot v južnem delu Nemčije. Zaradi tega je tukaj donos tudi nekoliko nižji.

Seveda, se nam danes zdi, da je 20 let dolgo obdobje. V tem času se lahko zamenja tudi oblast, ki spremeni zakonodajo njenih predhodnikov. Vendar eksperti označujejo takšen riziko kot malo verjeten.

Primer izračuna: Zaslužit ali izgubit?

Bili so opravljeni izračuni, s katerimi je mogoče ugotoviti ali lahko s fotovoltaičnim sistemom tudi kaj zaslužimo ali izgubimo. Pomembno je predvsem, da se, pred izvedbo, odločimo za pravilno velikost naprave, ki jo bomo namestili na streho objekta. Prikazani primerjalni izračuni obsegajo napravo, ki je nameščena  na streho objekta in je manjša od 30 kilovatov (kW). V kolikor je bila naprava predana v pogon leta 2006, lahko lastnik pričakuje v 20 letih ceno za 1 kW proizvedene električne energije 51,8 Centov oziroma 0,518 € na kilovatno uro (kWh).

Dva prikazana primera prikazujeta dve različni varianti financiranja. V prvem modelu, (slika 2) se nanaša na izgradnjo solarne električne naprave, brez lastnega deleža in s pomočjo financiranja po programu »Proizvodnja sončne električne energije«, ki ga financirajo nemške banke. Nominalna obrestna mera iz leta 2005 znaša 2,85 odstotkov, za dobo 20 let.  Program »Proizvodnja sončne električne energije«, je sicer v pomoč samo za investicije do 50 tisoč Evrov. S tem denarjem je sicer mogoče pokrivanje investicije do 9 kW.

Slika 2 prikazuje nabavo naprave, ki je odvisna od nabavne cene in letnega donosa proizvedene električne energije. Na tej osnovi je mogoče izračunati tudi rentabilnost naprave.  Na področju pod rdečo črto, na sliki 2, je označeno področje izgub in nad njo pridobitno področje. Razvidno je, da naprava z 800 kilovatnimi urami proizvedene električne energije, lahko stane le nekaj več kot 4 500 Evrov za kW instalirane moči.  S tem pa spada naprava v donosno področje.

Strešna solarna naprava manjša od 30 kW

Plačilo stroškov 51,8 Ct/kWh, po programu KfW »za proizvedeno električno energijo«

Slika 2 - Kolikšni so stroški za nabavo fotovoltaične naprave s KfW posojilom?

Pri drugem izračunu financiranja z bančnim posojilom (slika 3), je potrebno biti še bolj pozoren.  Za nabavo posojila je potrebna lastna udeležba v višini 40 odstotkov, glede na višino nabavne cene. V to vsoto je potrebno vračunati še obrestno mero , v višini 6,5 odstotkov. Za ostalih 60 odstotkov vrednosti , pa banka zaračuna obresti, v višini 8 odstotkov. Tako znaša povprečna obrestna mera okoli 7,4 odstotkov. Letni stroški za vzdrževanje naprave so vračunani in znašajo 1,5 odstotka na nabavno ceno. 

Slika  3 - Stroški nabave z bančnim posojilom

Na sliki št. 3 je prikazan primer za izračun naprave brez izgub in z donosom 800 kW ur. Cena za njeno vgradnjo ne sme presegati 3500 Evrov, za en kilovat instalirane moči. Za napravo z močjo 1000 kilovatnih ur, pa cena ne sme presegati  4500 Evrov, za en kilovat instalirane moči.

Cena, oziroma stroški, gradnje sistema se merijo na peak-Watt moči (EUR/Wp na primer). "Peak Watt" je definirana moč pri standardnih testnih pogojih (sončno sevanje 1000 W/m², AM 1.5 in temperatura 25°C).

Katere naprave so primerne?

Da bi lahko solarni moduli proizvajali veliko količino električne energije, je najprimernejša namestitev modulov proti južni smeri in z nagibom od 30 do 45^o. Odstopanje od južne smeri in od idealnega nagiba 45^o  modulov, med nagibi  od 10 do 50^o imajo nepomemben vpliv na  letno proizvodnjo.

Smer vzhod - zahod ima vsekakor tudi številne prednosti.  Na razpolago je veliko več strešne površine, v razmerju na osnovno površino zgradbe. Raziskava, ki so jo opravili v Nemčiji že leta 2005, za sisteme, ki so priključeni na električno omrežje, so ugotovili, da na hišah prevladujejo dvokapna ostrešja, z nagibom 30 stopinj in so v večini obrnjene v južno smer. Sicer z 99 odstotnim izračunanim donosom na kilovat vgrajene moči naprave, je znašal izkoristek samo 58 odstotkov na osnovno površino zgradbe, vključno s streho. To pa zaradi tega, ker ostane severna polovica neizrabljena. Zato je potrebno, na isti strehi, v smeri vzhod - zahod, vgraditi sončne module na obeh straneh strehe. Rezultat je sicer samo 87 odstotni donos na kilovat instalirane naprave, toda 116 odstotkov osnovne površine je uporabne! Cenejši kot bodo v prihodnosti solarni moduli, toliko pomembnejši bo tudi ta učinek. V preglednici št. 1 so prikazani podatki o številu nameščenih fotovoltaičnih naprav po svetu.

Preglednica št. 1: Tržišče fotovoltaike leta 2006 po ocenah BSW 1450 MWp

Sončnih celic iz silicija se ne uporablja samo za pridobivanje električne energije v zgradbah. Z gradnjo sodobnih zgradb in predvsem pasivnih hiš, postaja njihova uporaba vedno večja. Že vrsto let se masovno uporabljajo tudi, za napajanje železniških zapornic in pogon vodnih črpalk, na odročnejših mestih, za napajanje žepnih kalkulatorjev, parkirnih ur in podobnih naprav. Z združitvijo večjega števila sončnih celic dobimo fotonapetostne module. Na, s soncem obsijanih področjih, je s spajanjem večjega števila modulov in z uporabo raznih drugih elementov, na primer akumulatorjev, regulatorjev polnjenja in z razsmerniki, mogoče zgraditi poljubno močan sistem, za oskrbo z električno energijo.