FarmCircle Φωτοβολταϊκά (Φ/Β) Συστήματα Energy Institute Hrvoje Požar. Workshop day #1

Transcript

1 FarmCircle Φωτοβολταϊκά (Φ/Β) Συστήματα Energy Institute Hrvoje Požar Workshop day #1

2 ΔΗΛΩΣΗ Οι πληροφορίες, οι γνώμες, τα συμπεράσματα και οι προβλέψεις που παρουσιάζονται εδώ βασίζονται σε δημόσιες στατιστικές και άλλες διαθέσιμες στο κοινό πηγές και πληροφορίες. Το Ινστιτούτο Ενέργειας Hrvoje Požar (EIHP) βασίζεται, αλλά δεν εγγυάται, την πληρότητα και την ακρίβεια αυτών των πληροφοριών. Συνεπώς, οι πληροφορίες, οι απόψεις, τα συμπεράσματα, οι προβλέψεις και οι προβολές που παρουσιάζονται εδώ υπόκεινται σε αλλαγές ανάλογα με τις αλλαγές στις πηγές πληροφόρησης καθώς και τις αλλαγές που έγιναν μετά το γράψιμο αυτού του κειμένου. Όλες οι δηλώσεις, εκτός από τις παρουσιάσεις ιστορικών γεγονότων, είναι ή μπορούν να θεωρηθούν δηλώσεις που αναφέρονται στο μέλλον. Οι δηλώσεις σχετικά με το μέλλον (συμπεριλαμβανομένων εκείνων που παρουσιάζονται με γράφημα) αφορούν μελλοντικές προσδοκίες, με βάση τις τρέχουσες προσδοκίες και τις υποθέσεις του EIHP, συμπεριλαμβανομένων των γνωστών και άγνωστων κινδύνων και ανασφαλειών που θα μπορούσαν να προκαλέσουν σημαντική απόκλιση από τα πραγματικά αποτελέσματα, ή από αυτό που υπονοείται από αυτές τις δηλώσεις. Οι δηλώσεις για το μέλλον περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε, δηλώσεις που εκφράζουν τις προσδοκίες, τις πεποιθήσεις, τις εκτιμήσεις, τις προβλέψεις, και τις παραδοχές της EIHP. Αυτές οι δηλώσεις που αναφέρονται στο μέλλον καθορίζονται με τη χρήση εννοιών και φράσεων όπως «προσδοκώ», «πιστεύω» «μπορώ», «εκτιμώ», «περιμένω», «προτίθεμαι» «σχεδιάζω», «αιτούμαι», «ρισκάρω», «πρέπει να» και παρόμοιες έννοιες και φράσεις. Όλες οι δηλώσεις αυτής της παρουσίασης είναι κατοχυρωμένες στο σύνολό τους μόνο με προειδοποιητικές δηλώσεις που περιέχονται ή υποδεικνύονται σε αυτό το τμήμα. Με βάση τα παραπάνω, τα αποτελέσματα μπορούν να διαφέρουν σημαντικά από αυτά που υποδηλώνονται, υποδηλώνουν ή συνάγονται από τις παρούσες δηλώσεις που αναφέρονται στο μέλλον. Κάθε άτομο που ενεργεί με βάση τις πληροφορίες που περιέχονται στην παρούσα παρουσίαση μπορεί να το πράξει μόνο ανεξάρτητα και με δική του ευθύνη. Η EIHP δεν είναι υπεύθυνη για την ακρίβεια των δεδομένων που συλλέγονται από εξωτερικές πηγές και δεν θα θεωρηθεί υπεύθυνη για οποιαδήποτε λάθη ή παραλείψεις στα γεγονότα ή στην ανάλυση που περιέχεται στην παρουσίαση. Οι πηγές τρίτων μερών της EIHP παρέχουν δεδομένα «επί της αρχής» και όχι μόνο δεν αποδέχονται καμία ευθύνη αλλά αποποιούνται κάθε ευθύνη όσον αφορά την στήριξη ή τη χρήση των δεδομένων τους από οποιοδήποτε άτομο.

3 Πριν ξεκινήσουμε, ένα σύντομο κουίζ... Ο πιο διάσημος επιστήμονας του 20ού αιώνα, Albert Einstein, κέρδισε το βραβείο Νόμπελ για τη Φυσική το Το βραβείο Νόμπελ του απονεμήθηκε για: 1. Την εφαρμογή της γενικής θεωρίας της σχετικότητας 2. Την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου 3. Την εφαρμογή των στατιστικών στοιχείων του Bose-Einstein

4 #1 Φωτοβολταϊκά συστήματα Photovoltaic systems

5 Βασικές πληροφορίες σχετικά με τα φωτοβολταϊκά συστήματα Βασικός σκοπός: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Πλεονεκτήματα: αρθρωτή, πολλαπλών χρήσεων, δυνατότητα ενσωμάτωσης σε κτίρια Ταξινόμηση κατά σκοπό: Αυτόνομα (μη διασυνδεδεμένα) συστήματα Συνδεδεμένα σε (ηλεκτρικό) δίκτυο Κατανεμημένα συστήματα Κεντρικά συστήματα Ταξινόμηση κατά θέση εγκατάστασης Στα κτίρια Συστήματα στέγης Συστήματα ενσωματωμένα στο κτήριο Στο έδαφος Ταξινόμηση κατά τη μέθοδο εισαγωγής ισχύος Συστήματα με προσυμφωνημένες ταρίφες/τιμές (feed-in tariffs) (Net metering) Αυτοπαραγωγή με ενεργειακό συμψηφισμό

6 Φωτοβολταϊκά πλαίσια Φ/Β μονάδες Διαμόρφωση Φ/Β πεδίου Φωτοβολταϊκοί (Φ/Β) σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής Φορείς φωτοβολταϊκών πλαισίων Εσωτερική κατανομή ισχύος συνεχούς ρεύματος (DC) Μετασχηματιστής Υποσταθμοί Μετρητής Πίνακας διανομής, διακόπτες, καλώδια... 6

7 Κλασικά φωτοβολταϊκά συστήματα Συνδεδεμένο - σύστημα τροφοδοσίας στο δίκτυο Συνδεδεμένο Αυτοπαραγωγή με ενεργειακό συμψηφισμό (net metering) Συνδεδεμένο - Αυτοπαραγωγή με ενεργειακό συμψηφισμό (net metering) σε τοπικό επίπεδο Αυτόνομο σύστημα

8 Φωτοβολταϊκά παραγωγής ενέργειας - τυποποιημένα μεγέθη Επίπεδη οροφή Δίριχτυ οροφή (30 κλίση) Δυνατότητα τοποθέτησης ανά τετραγωνικό μέτρο οροφής Πυκνότητα Εγκατάστασης [W/m 2 ] 66 W 140 W σε μια εγκατάσταση με διαστάσεις διάταξης 10 x 10 Ισχύ [kw] 6.6 kw 8 kw Αναμένεται, 1 kw στην επικράτεια της Κροατίας Στην επικράτεια της Ελλάδας Παραγωγικότητα [kwh/kw p ] kwh/kw p kwh/kw p το σύστημα μπορεί να δημιουργήσει κατά προσέγγιση Παραγωγή [kwh] 8,000 kwh 9,600 kwh Οι τιμές μονάδας για το σύστημα, με το κλειδί στο χέρι, κυμαίνεται μεταξύ Τιμή [ /kw] 1,400 1,800 /kw κόστος κατά προσέγγιση Τιμή [ ] 10,500 11,200 Σημείωση: - Σε περίπτωση δίριχτυς/κεκλιμένης οροφής, θεωρείται ότι η οροφή έχει δύο πλευρές, μία προς τα νότια και μία προς τα βόρεια. Η πυκνότητα εγκατάστασης καθορίζεται με βάση τη θέση σε σχέση με την επιφάνεια της οροφής. - Τα υποδεικνυόμενα δεδομένα είναι ενδεικτικά και εξαρτώνται από τις φυσικές διαστάσεις της οροφής, την τοποθεσία, τον τρόπο τοποθέτησης, τη διαμόρφωση του συστήματος κ.λπ.

9 Χάρτες Ακτινοβολίας Radiation/production maps (source: PVGIS)

10 Παραδείγματα ηλιακών σταθμών παραγωγής ενέργειας - συστήματα στέγης Source: Solvis Source: Veneko d.o.o. Source: REA Kvarner Source: Solektra Source: Com-Eng Source: Solvis 10

11 Παραδείγματα ηλιακών σταθμών - συστήματα εδάφους 11

12 Φ / Β μονάδα Φωτοβολταϊκό φαινόμενο - παραγωγή ηλεκτρισμού από ηλιακή ενέργεια - συνεχές ρεύμα Ηλιακά κύτταρα - βασικό στοιχείο Περίπου 0,5 V * 0,1 Α = 0,05 W Φωτοβολταϊκή μονάδα σύνδεση κυψελών σε μια τελική, ωφέλιμη συσκευή Σύνδεση σειριακών κυψελών Ισχύς: W Διαστάσεις: εφαρμογή (0,6-1) χ (1,6-2) [mxm] Βάρος: kg Αναμενόμενη διάρκεια ζωής: 25 χρόνια

13 Φωτοβολταϊκά στοιχεία - αποδοτικότητα και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η ονομαστική ισχύς δηλώνεται σε τυπικές συνθήκες δοκιμής Gla = 1000 W / m2, Ta = 25 C, ΑΜ1.5 Η ισχύς εξόδου είναι ανάλογη της ακτινοβολίας της επιφάνειας Εξαρτάται από το σημείο λειτουργίας Η μερική σκίαση προκαλεί δυσανάλογη μείωση της ισχύος εξόδου Αποδοτικότητα - ορίζεται σε τυπικές συνθήκες δοκιμής με τη χρήση της δηλωμένης ισχύος της φωτοβολταϊκής μονάδας Καθορίζει το επίπεδο μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια Ορίζει τις τελικές διαστάσεις της φωτοβολταϊκής μονάδας, δηλαδή την αναλογία W / m2 Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (ανάλογα με τη μονάδα ισχύος, watt) εξαρτάται μη σημαντικά από την απόδοση της μονάδας Οι τιμές των μονάδων αναφέρονται ανά μονάδα μονάδα ( /W) Επιλογή της ενότητας: σχέση μεταξύ αναμενόμενης παραγωγικότητας και τιμής

14 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται από: Τεχνολογία Φ / Β πλαισίων Την κλίση και τον προσανατολισμό της Φ/Β μονάδας Τη σκίαση Την ακτινοβολούμενη ενέργεια Τις ιδιότητες του εφαρμοσμένου εξοπλισμού Τη θερμοκρασία μονάδας Τη διαμόρφωση του συστήματος Το χρονικό προφίλ της παραγωγής (σε καθημερινή βάση) δεν συμπίπτει με το κλασικό προφίλ κατανάλωσης

15 Φωτοβολταϊκά στοιχεία - τεχνολογίες 1 ης γενιάς - κρυσταλλικό πυρίτιο Περίπου 95% της αγοράς «Ακριβή» παραγωγή από πλευράς ενέργειας (EPB <2 έτη) Ώριμη τεχνολογία 2 ης γενιάς - Μονάδες λεπτού υμένα (thin film) Αρκετά διαφορετικά υλικά Ζητήματα με επικίνδυνες ουσίες (Cd) Πιο ελαφριά και πιο ευέλικτα στοιχεία Εμπορική εφαρμογή 3 ης γενιάς Κυρίως στο ερευνητικό στάδιο

16 Αύξηση της αποτελεσματικότητας ορισμένων τεχνολογιών

17 Ηλιακές κυψέλες τρίτης γενιάς Ηλιακές κυψέλες με βάση το perovskite Μεγαλύτερη δυναμική, σημαντική πρόοδος τα δυο τελευταία χρόνια Οργανικές ηλιακές κυψέλες Παραδείγματα μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Πρόβλημα - γήρανση Τα ηλιακά κύτταρα του Grätzel ηλιακές κυψέλες στην "επίστρωση" Φωτοβολταϊκά στοιχεία βασισμένα σε χαλκό-ψευδάργυρο-κασσίτερο-θειώδες Θερμοφωτοβολταϊκά κύτταρα Κβαντικά σημεία Μεγάλες προσδοκίες: Πτώση τιμής - κάτω από 0,1 $ / W Απλούστερη εγκατάσταση Ευκαμψία Ευκολότερη ενσωμάτωση στα αρχιτεκτονικά στοιχεία

18 Νέες έννοιες των μονάδων παραγωγής ενέργειας - μικρομετατροπείς Κλασσικό φωτοβολταϊκό σύστημα Φωτοβολταϊκό πεδίο (μερικά kw) συνδεδεμένο στον μετασχηματιστή Όλες οι φωτοβολταϊκές μονάδες πρέπει να ταιριάζουν Διανομή ισχύος συνεχούς ρεύματος (DC) Φ / Β μονάδα με ενσωματωμένο μετασχηματιστή Αποφεύγοντας το στοιχείο του συνεχούς ρεύματος DC στο σύστημα Αποφυγή υψηλών τάσεων στο σύστημα Οι φωτοβολταϊκές μονάδες δεν ταιριάζουν απαραίτητα Απλούστερη εγκατάσταση και επισκευή Η τιμή είναι κάπως υψηλότερη Οι δυσλειτουργίες αναμένονται συχνότερα

19 #2 Ανάπτυξη της αγοράς φωτοβολταϊκών συστημάτων

20 Ανάπτυξη της αγοράς φωτοβολταϊκών

21 Σύγκριση - Γερμανίας έναντι Κροατίας Installed capacity [MW] Years New capaciteis [MW] Total installed capacity [MW] Energy generation [GWh] Energy production [GWh]

22 Ανάπτυξη της αγοράς ανάλογα με την τεχνολογία

23 Φωτοβολταϊκά στοιχεία - καμπύλη εκμάθησης και πτώση των τιμών

24 Επιπτώσης της τιμής των φωτοβολταϊκών μονάδων στην τιμή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Εισροές τεχνικοί παράμετροι E t = 1,300 kwh/kw n = 25 έτη O t = 1 % επένδυση Γήρανση της μονάδας: 0.833% p.a. r = 2 % 2007: 5,000 /kw LCOE = /MWh Μονάδες Φ/Β: 3,500 /kw 2017: 1,500 /kw LCOE = /MWh Μονάδες Φ/Β: 600 /kw

25 #3 Λειτουργία και συντήρηση

26 Στοιχεία εγκατάστασης και συντήρησης Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Τακτική συντήρηση Καθαρισμός φωτοβολταϊκών μονάδων Έλεγχος μετασχηματιστή Δυσλειτουργίες Ανακύκλωση Γενικά, το κόστος της εγκατάστασης και συντήρησης είναι κατά κύριο λόγο περίπου 1% CAPEX / p.a. και σπανίως υπερβαίνει το 2% του κεφαλαίου CAPEX / σ.α.

27 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται από έναν εξωτερικό παράγοντα πέρα από τον έλεγχό μας - την ηλιακή ακτινοβολία Αντίκτυπος εξωτερικών κλιματολογικών παραγόντων Σχετικά με μακροχρόνια προγνωστικά μοντέλα Ηλιακή ακτινοβολία Εξωτερική θερμοκρασία Η παραγωγικότητα προβλέπεται βάσει των μέσων κλιματολογικών δεδομένων - ακολουθία 30 ετών Οι διακυμάνσεις της ακτινοβολημένης ενέργειας, σε ετήσια βάση, κυμαίνονται έως και 10% κατά μέσο όρο - με άμεσο αντίκτυπο στην παραγωγή Ενεργός έλεγχος σύγκριση της ακτινοβολημένης ενέργειας και της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Σκόνη Ομοιόμορφη σκίαση στο φωτοβολταϊκό πεδίο Σε γενικές γραμμές, ξεπλένεται με βροχή, αν υπάρχει... Φύλλα, περιττώματα των πτηνών Τοπική σκίαση, ο κίνδυνος δημιουργίας "hotspots" Δυσλειτουργίες

28 Τακτική συντήρηση Καθαρισμός φωτοβολταϊκών μονάδων Απαραίτητος κατά τη διάρκεια μακρύτερων ξηρών εποχών Ξεπλύνετε με νερό Διατήρηση της επιφάνειας κάτω από την φωτοβολταϊκή μονάδα Στα κεντρικά φυτά εδάφους Η βλάστηση προκαλεί τοπική σκίαση hotspot Έλεγχος και συντήρηση του μετασχηματιστή Μια φορά το χρόνο, κατά κανόνα Μετά από δεκαπέντε χρόνια - αντικατάσταση των πυκνωτών εξόδου Αλλες δραστηριότητες Οπτική εξέταση φωτοβολταϊκών πεδίων Θερμική απεικόνιση φωτοβολταϊκών πεδίων

29 Δυσλειτουργίες Μετασχηματιστές Inverters - το πιο πολύπλοκο στοιχείο Κρίσιμη συνιστώσα όσον αφορά τις δυσλειτουργίες Ευκολότερη ανίχνευση δυσλειτουργίας Αιτίες δυσλειτουργίας - γήρανση του υλικού (μόνωση, πυκνωτές), αδύναμες συνδέσεις, εξωτερικές κρούσεις, υπερθέρμανση Φ / Β μονάδες Σχετικά αξιόπιστο στοιχείο Ευκολότερη ανίχνευση του σημείου που εμφανίζει δυσλειτουργίας Αιτίες δυσλειτουργιών - μηχανικά ελαττώματα που προκαλούνται από εξωτερικές κρούσεις (άγχος υπό την επίδραση του ανέμου), εμφάνιση τοπικών σκιάσεων (hotspots), ρωγμές, διάβρωση Φορείς Πολύ αξιόπιστο στοιχείο Διάβρωση Καλώδια και συνδέσεις Τρωκτικά, υπερφόρτωση αγωγών, ασφάλειες

30 Λήξη της διάρκειας ζωής και ανακύκλωση Η διάρκεια ζωής μιας φωτοβολταϊκής γεννήτριας είναι 25 έτη Οι πρώτες μεγαλύτερες εγκαταστάσεις εμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 2000 Ηλεκτρονικά απόβλητα Σύνθεση φωτοβολταϊκών στοιχείων/μονάδων Ηλιακές κυψέλες Καθαρισμένο πυρίτιο Πλαίσιο - αλουμίνιο Θερμαινόμενο γυαλί Tedlar Η ένωση Φ / Β CYCLE συγκεντρώνει κατασκευαστές, συντονιστές και άλλους ενδιαφερόμενους φορείς του φωτοβολταϊκού τομέα Καθορισμένη διαδικασία για τη συλλογή φωτοβολταϊκών πλαισίων και άλλων εξαρτημάτων Περισσότερα στη διεύθυνση:

31 Συμπέρασμα Η πιο προσιτή πηγή ενέργειας στη Γη - σημαντική για την κάλυψη των μελλοντικών ενεργειακών αναγκών. Εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες Απαιτείται διαχείριση των συσκευών και της αποθήκευσης ενέργειας. Τεχνολογική ανάπτυξη τα τελευταία 20 χρόνια - κίνητρα για τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων Η τιμή της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύ κοντά στην τιμή της αγοράς Χαμηλός κίνδυνος μεταβλητότητας των τιμών

32 Energy Institute Hrvoje Požar Savska cesta Zagreb, Croatia December 2017