Από : Ηµ/νία : 10-02-2010 Προς : Αντικείµενο : Παράδειγµα (Demo) υπολογισµού αυτόνοµου και συνδεδεµένου Φ/Β συστήµατος εξοχικής κατοικίας Έργο : Εγκατάσταση Φ/Β συστήµατος στη Σάµο (Ελλάδα, Γεωγραφικό Πλάτος φ=38 ο ) Περιγραφή Μοντέλου Σύστηµα µονάδων : SI (W, V, A, m, Kg, Pa, ºC, s) Τύπος ανάλυσης : Μηνιαία προσοµοίωση διαστασιολόγησης Φ/Β εγκατάστασης. Λογισµικό ανάλυσης : PV ESTIMATION (www.pvestimation.gr). Λόγος ανάλυσης: Τεχνο-οικονοµική πρόταση εγκατάστασης φωτοβολταϊκού συστήµατος στα πλαίσια ενεργειακής αναβάθµισης της κατοικίας. Της οποίας αποτέλεσµα είναι η τεχνο-οικονοµική αξιολόγηση και ο προσδιορισµός της αναγκαίας εγκατεστηµένης φωτοβολταϊκής ισχύος αιχµής που να ικανοποιεί τις ανάγκες λειτουργίας οµάδας ηλεκτρικών συσκευών στην περίπτωση αυτόνοµου φωτοβολταϊκού συστήµατος και στη συνέχεια τεχνο-οικονοµική αξιολόγηση της προκύπτουσας φωτοβολταϊκής ισχύος αιχµής για την περίπτωση σύνδεσης του φωτοβολταϊκού συστήµατος µε το δίκτυο. Κατά συνέπεια εξετάζονται τεχνο-οικονοµικά δύο περιπτώσεις. Το αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα που να ικανοποιεί µέρος των αναγκών της κατοικίας και το συνδεδεµένο φωτοβολταϊκό σύστηµα µε το δίκτυο που δεν ικανοποιεί καθόλου τις ηλεκτρικές ανάγκες της κατοικίας, µε αποτέλεσµα να δύναται η τεχνο-οικονοµική αξιολόγηση, για την κατοικία, της επιλογής του αυτόνοµου φωτοβολταϊκού συστήµατος ή του συνδεδεµένου φωτοβολταϊκού συστήµατος µε το δίκτυο. εδοµένα : Στην περίπτωση µελέτης αυτόνοµου φωτοβολταϊκού συστήµατος εξοχικής κατοικίας στη Σάµο θα πρέπει να καλύπτει τις παρακάτω ηλεκτρικές καταναλώσεις: α) Φωτισµός 0,7 kw για 6h λειτουργίας, β) Τηλεόραση 0,2 kw για 6h, γ) Ψυγείο 0,2 kw για 24h, δ) Πλυντήριο ρούχων 3 kw για 0,3h και δ) ιάφορες ηλεκτρικές συσκευές (ηλεκτρική σκούπα, στεγνωτήρας µαλλιών κ.λπ.) 1 kw για 0,5h. Επίσης το φωτοβολταϊκό σύστηµα θα πρέπει να έχει αυτονοµία 4 ηµερών και να καλύπτει την ηλεκτρική κατανάλωση τάσεως 220 V όλο το χρόνο. Τέλος η εξοχική κατοικία δεν σκιάζεται κατά τη διάρκεια της ηµέρας από παράπλευρα αντικείµενα. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 1
Αυτόνοµο Φ/Β Σύστηµα Ανάγκες χρήστη ΕΙ ΟΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ Ρκ [Kw] Τ [h] ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκ [kwh/ηµ.] Φωτισµός 0,7 6 4,2 Τηλεόραση 0,2 6 1,2 Ψυγείο 0,2 24 4,8 Πλυντήριο ρούχων 3 0,3 0,9 ιάφορες συσκευές 1 0,5 0,5 ΣΥΝΟΛΟ 5,1 11,6 Άρα η ηµερήσια ηλεκτρική ενέργεια κατανάλωσης είναι 11,6 kwh/ηµ. µε άµεση τροφοδοσία (µέσω Φ/Β συστοιχίας) 3,48 kwh/ηµ. και έµµεση τροφοδοσία (µέσω συσσωρευτή) 8,12 kwh/ηµ. Κατά συνέπεια λήφθηκε ποσοστό φορτίων έµµεσης τροφοδοσίας b=0,7. Επίσης λήφθηκε µέγιστη απαιτούµενη ηλεκτρική ισχύ για την ταυτόχρονη λειτουργία συσκευών ίση µε 1,5 kw. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 2
Τεχνικά χαρακτηριστικά και παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια πλαισίου Τοποθέτηση Φ/Β πλαισίου µε νότιο προσανατολισµό και µε γωνία κλίσης ως προς τον ορίζοντα 45 ο. ΜΗΝΙΑΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΥΣΑΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΓΙΑ β=45 ο ΕΗΑ [kwh/m^2*µήνα] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ΙΑΝ. ΦΕΒ. ΜΑΡ. ΑΠΡ. ΜΑΪΟΣ ΙΟΥΝ. ΙΟΥΛ. ΑΥΓ. ΣΕΠ. ΟΚΤ. ΝΟΕΜ. ΕΚ. ΜΗΝΕΣ 30 ΜΕΣΗ ΜΗΝΙΑΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ 25 20 ta [oc] 15 10 5 0 ΦΕΒ. ΜΑΡ. ΑΠΡ. ΜΑΪΟΣ ΙΟΥΝ. ΙΟΥΛ. ΑΥΓ. ΣΕΠ. ΟΚΤ. ΝΟΕΜ. ΕΚ. ΜΗΝΕΣ Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 3
Τεχνικά χαρακτηριστικά συστοιχίας Για να ικανοποιηθούν οι ανάγκες της κατοικίας απαιτείτε Φ/Β εγκατάσταση ισχύος αιχµής 9,8kWp. Θα πρέπει να τοποθετηθούν 5 πλαίσια συνδεδεµένα σε σειρά και θα πρέπει η συστοιχία να απαρτίζεται από 15 παράλληλους κλάδους, ώστε να επιτευχθεί Φ/Β εγκατάσταση της προαναφερόµενης ισχύος αιχµής. Τέλος η ελάχιστη απόσταση µεταξύ των παράλληλων κλάδων ώστε να µην σκιάζει το ένα πλαίσιο το άλλο θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη του 3,4 m. Για το υπολογισµό της ισχύος αιχµής φωτοβολταϊκής συστοιχίας για την κάλυψη των ενεργειακών απαιτήσεων 4 ηµερών αυτονοµίας λήφθηκαν υπόψη τα παρακάτω δεδοµένα και οι παρακάτω συντελεστές: P STC = 1 kw/m 2 ισχύς προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβ. στις πρότυπες συνθήκες ελέγχου STC m = 1,2 συντελεστής περιθωρίου ενεργειακών καταναλώσεων σ θ 0,93 συντελεστής θερµοκρασίας για τον µήνα εκέµβριο (σ θ = 1 [(tα + 30) 25] x 0,004) σ ΑΣ 0,72 συντελεστής απωλειών συστοιχίας για πλαίσια ελαφρώς σκονισµένα για τον µήνα εκέµβριο (σ ΑΣ = 0,77 * σθ, έχει ληφθεί υπόψη και η γήρανση των φ/β πλαισίων) σµ = 0,76 συντελεστής απωλειών µεταφοράς ενέργειας της εγκατάστασης, η οποία περιλαµβάνει ηλεκτρικό συσσωρευτή, ελεγκτή φόρτισης και µετατροπέα τάσεως DC-AC Ν = 31 ηµέρες χρονική περίοδος αναφοράς ( εκέµβριος) n = 4 ηµέρες αριθµός ηµερών αυτονοµίας (µη ηλιοφανείς ηµέρες) Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 4
Τεχνικά χαρακτηριστικά ηλεκτρικού συσσωρευτή Για τον υπολογισµό της ονοµαστικής χωρητικότητας του ηλεκτρικού συσσωρευτή λήφθηκαν υπόψη επιπρόσθετα των παραπάνω συντελεστών και οι κάτωθι συντελεστές: σ γβ = 0,8 συντελεστής γήρανσης συσσωρευτή σ εκ = 0,91 συντελεστής απωλειών µεταφοράς ενέργειας στο κύκλωµα εκφόρτισης β εκ = 0,6 βάθος εκφόρτισης για 4 6 ηµέρες αυτονοµίας Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 5
Τεχνικά αποτελέσµατα αυτόνοµου Φ/Β συστήµατος Εγκατάσταση ισχύος αιχµής 9,8 kwp µε νότιο προσανατολισµό του Φ/Β πλαισίου και µε γωνία κλίσης αυτού ως προς τον ορίζοντα 45 ο. Απαιτείτε η τοποθέτηση 75 πλαισίων µε ισχύ αιχµής πλαισίου 130 Wp και βαθµό απόδοσης αυτού σε STC 14% τα οποία θα καταλαµβάνουν οριζόντια έκταση 180,5 m 2. Η παραπάνω εγκατάσταση θα έχει µέση µηνιαία παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 728,9 kwh και συνολική ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 8.746,9 kwh. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 6
Οικονοµικά αποτελέσµατα αυτόνοµου Φ/Β συστήµατος Το κόστος της επένδυσης ανέρχεται στις 68.657,00 και η έντοκη περίοδος αποπληρωµής (απόσβεση) θα είναι 8 χρόνια και µετά το πέρας της ζωής της επένδυσης (20 χρόνια) εκτιµάται κέρδος σε παρούσα αξία 8.448,00. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 7
Συνδεδεµένο Φ/Β Σύστηµα Καθορισµός ισχύος αιχµής Τα τεχνικά χαρακτηριστικά και η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια του πλαισίου είναι καθόλα όµοια µε την περίπτωση της αυτόνοµης εγκατάστασης και παρουσιάζονται στη σελίδα 3 της παρούσας τεχνικής έκθεσης. Επίσης τα τεχνικά χαρακτηριστικά της συστοιχίας είναι καθόλα όµοια µε την περίπτωση της αυτόνοµης εγκατάστασης και παρουσιάζονται στη σελίδα 4 της παρούσας τεχνικής έκθεσης µε τη µόνη διαφορά η µη χρήση ηλεκτρικών συσσωρευτών. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 8
Τεχνικά αποτελέσµατα συνδεδεµένου Φ/Β συστήµατος (εγκατάσταση σε στέγη) Εγκατάσταση ισχύος αιχµής 9,8 kwp µε νότιο προσανατολισµό του Φ/Β πλαισίου και µε γωνία κλίσης αυτού ως προς τον ορίζοντα 45 ο. Απαιτείτε η τοποθέτηση 75 πλαισίων µε ισχύ αιχµής πλαισίου 130 Wp και βαθµό απόδοσης αυτού σε STC 14% τα οποία θα καταλαµβάνουν οριζόντια έκταση 180,5 m 2. Η παραπάνω εγκατάσταση θα έχει µέση µηνιαία παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 882,4 kwh και συνολική ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 10.588,3 kwh. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 9
Οικονοµικά αποτελέσµατα συνδεδεµένου Φ/Β συστήµατος (εγκατάσταση σε στέγη) Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 10
Κατά συνέπεια εξάγετε ότι για εγκατάσταση σε στέγη, φωτοβολταϊκών πλαισίων ισχύος αιχµής 9,8kWp στη Σάµο τα οποία εκτιµώνται ότι θα λειτουργούν σε κατάσταση ελαφρώς σκονισµένα (ελλιπής καθαρισµός), το κόστος της επένδυσης θα ανέρχεται στις 44.000,00 και η έντοκη περίοδος αποπληρωµής (απόσβεση των 5.500,00 το οποίο αποτελεί κεφάλαιο ίδιας συµµετοχής) θα είναι 4 χρόνια και µετά το πέρας της ζωής της επένδυσης (25 χρόνια) εκτιµάται κέρδος επένδυσης σε παρούσα αξία 40.624,00, έχοντας αποσβεσθεί ο 15ετές δανεισµός και έχοντας λάβει υπόψη τον συντελεστή προεξόφλησης της στήλης 13, ο οποίος εκφράζει τη διαχρονική µείωση της αξίας του χρήµατος. Για τον υπολογισµό του συντελεστή προεξόφλησης εκτιµήθηκε επιτόκιο 2,5%. Το κέρδος της επένδυσης χωρίς να ληφθεί υπόψη η διαχρονική µείωση της αξίας του χρήµατος παρουσιάζεται στην στήλη 12 όπου εκφράζεται η ετήσια χρηµατορροή (15 πρώτα χρόνια κέρδος κατά µέσο όρο 1.003,00 /έτος και επόµενα 10 χρόνια κέρδος κατά µέσο όρο 4.768,90 /έτος). Στη στήλη 14 εµφανίζονται τα κέρδη έκαστου έτους τα οποία εκφράζονται µε την προεξοφληµένη χρηµατορροή (χρηµατορροή όπου έχει ληφθεί υπόψη η διαχρονική µείωση της αξίας του χρήµατος). Επίσης στη στήλη 14 διαπιστώνονται και τα κέρδη των ετών κατά τη διάρκεια της απόσβεσης του δανεισµού (15 πρώτα χρόνια). Επιπρόσθετα, για την εξαγωγή των παραπάνω αποτελεσµάτων λήφθηκαν υπόψη για το πρώτο έτος της επένδυσης ότι το κόστος ασφάλισης είναι ίσο µε 1% του αρχικού κόστους και το κόστος συντήρησης και λειτουργίας είναι ίσο µε ~0,5% του αρχικού κόστους. Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 11
Ανάλυση Επιτοκίου [Ευρώ] 60.000,00 50.000,00 40.000,00 30.000,00 20.000,00 52.560,60 44.221,70 4 4 4 4 5 5 5 4 4 31.679,70 4 37.356,60 26.964,60 23.030,50 19.733,30 16.957,20 14.609,10 12.613,70 6 5 4 3 2 [Έτη] 10.000,00 1 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Επιτόκιο (%) Υπολογισµού του ΣΠ 0 Καθαρή Παρούσα Αξία [Ευρώ] Έντοκη Περίοδος Αποπληρωµής [έτη] Κατά συνέπεια και όταν το επιτόκιο αποπληθωρισµού του χρήµατος µακροχρόνια διατηρηθεί 10%!!! και σε αυτή τη περίπτωση θα υπάρχουν κέρδη µετά από 25 χρόνια σε καθαρή παρούσα αξία ίσα µε 12.613,7 Ευρώ. Βιβλιογραφία Περδίος. Σταµάτης, ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ, Εκδόσεις ΤeΚ ΟΤΙΚΗ, Αθήνα 2007 Τα αποτελέσµατα είναι ενδεικτικά και όχι δεσµευτικά και βασίζονται στην ύλη του βιβλίου Σελ. 12