Postupak projektovanja/izrade projekta za Solarnu elektranu (beta verzija teksta)
- Od ideje do realizacije
- Idejni projekat - Solarna elektrana
- Osnovne dozvole
- Solarni paneli, inverter ili više njih i konstrukcija
- Glavni projekat
- Invsticija
- Izgradnja
- Puštanje u rad
- Prodaja struje
- Održavanje
- Monitoring
- Povrat investicije
- Šta dalje
- Ekologija i zaštita zivotne sredine
- Zaključak
Uvod
Razlikujemo nekoliko vrsta i načina pretvaranja sunčeve energije u električnu. Osnovna i najčešća podjela je u načinu distribucije električne energije: off-grid i on-grid (vanmrežni i mrežni). Prema vrsti mogu biti termalna i fotoelektrična, prema dizajnu ravna ili koncentriča, konveksna itd. Tako mogu biti kombinovana, konveksna termlana npr. pomoću vodene pare pokreće turbinu generatora i tako proizvodi električnu eneriju. U slučaju da je ta energija vezana u sistem onda je to on-grid Kovneksna termalna elektrana. Ovakve izbedbe su uglavnom eksperimentalne ili se koriste industrijski, pa ćemo u ovom tekstu baviti se isključivo fotoelektričnim ravnim gneratorima struje - što se zove solarni paneli. Zovu se fotoelektričnim (pv), jer pomoću fotoelektričnog efektra (fotoefekat otrkrio je Herc 1887, a Ajnštajn rješio teorijski 1905 godine za šta je dobio Nobelovu nagradu za fiziku) na dopamovanim silicijumskim pločama razdvojenim srebrom generišu struju. Princip rada solarnih panela možete pogledati u ilustrovanom videu.
Off-grid zahtjeva skladištenje energije (baterije), dok grid zahtjeva pretvarače (invertere). Ovdje ćemo se baviti fotoelektričnim generatorima struje prikljčenim u mrežu. Nakon uvodne sistematizacije uvešećemo pojam: Solarna elektrana. Dakle u našem slučaju solarna elektrana je mrežni sistem proizvodnje električne energije iz sunčevog zračenja pomoću ravnih fotonaponskih ploča (solarnih panela).
1. Od ideje do ralizacije
Solarna energija
Solarna konstanta je količina energije izračene od Sunca na gornjoj granici Zemljine atmosfere u jedinici vremena pod pravim uglom na jediničnu površinu, pri srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca (AJ) i iznosi 1367,7 W/m² ± 6 W/m². Osnovni podatak od koga krećemo je solarna konstata ~ 1360 W/m². Sledeći podatak je efikasnost solarnih panela kreće se od 10% - 25% sa tendencijom opadanja tokom godina upotrebe. Današnji paneli imaju oko 22% efikasnosnosti. Znači 1m² može da proizvede maksimalno: 1360*0.22 = 300Wp. Ovo je osnovna karakteristika solarnih panela W, tj Wat pik. Čini maksimalnu snagu koju može dati panel pri punoj osvjetljenosti pod pravim uglom i maksimalnom osunčanošću. Iz ovoga se jasno vidi će električna energija koju proizvede solarna elektrana zavisiti od položaja sunca, vertikalne/horizontalne orjentacije solarnih panela, doba dana itd. Podatak koji nam još nedostaje jeste broj sunačnih sati. To je statistički/meterološki podatak koji nam daje okvire u odnosu na prethodna mjerenja. Na prostoru Balkana broj sunčanih sati varira od 1800-2300 sati godišnje. Pošto radimo samo sa ravnim panelima ugao ravnog panela je 180° pa je maksimalna osunčanost panela 12h dnevno. Obzirom da zemlja tokom godišnjih doba mijenja ugao u odnosu na sunce, znači konačna računica za solarnu elektranu jeste Rimanova suma/dvostruki integral ∫∫ cosφcosθ dφdθ po horizontalnom i vertilanim uglovima pomnožena sa snagom panela…
Srećom postoji dobar kalkulator pomoću koga možemo na osnovu orjentacije i snage odrediti koliku energiju solana elektrana može prozvesti.
Vertikalni ugao
Može biti fikasan ili varijabilan, ali mora zadovoljavati tehničke karakteristike panela. (Većina proizvođača solanih panela zahtjeva minimalni ugoao od 9° zbog zadžavanja padavina i mogućeg oštećenja). Ukoliko radite solarnu konstrukciju gdje se može birati ugao maksimum iskorištenja je 35°. Ukoliko se elektrana postavlja na krov, verikalni ugao će biti ugao krova.
Horizontalni ugao azimut
Horizontalni ugao takođe može biti fiksan ili suncokretov da ide ka suncu, no kod pokretnih elektrana veliki problem je fiksiranosti jeden tačke (osovine) i sve to da izdrži jake nalete vjetra, te ćemo te panele konstrukcije preskočiti. Intuitivno je jasno da je najbolje panele okrenuti prema suncu/jugu. No i tu postoji nejasnoća, potrebno je orjentisati sunčevom jug, a ne magnetnom ili geografskom, jer postoje odstupanja. Sunčev jug se određuje pomoću solarnog kompasa.
Sada kada imamo uglove možemo kalkulatorom odrediti koliku energiju možemo proizvesti na datoj lokaciji.
2. Idjeni projekat - Solarna elektrana
Lokacija
Lokacija za izgranju solarne elektrane može biti krov ili na zemlji. Da bismo uradili idejni projekat solarne elektrane, potrebno je pribaiti lokacijsku saglasnost ili vlasnički list, zatim odrediti maksimalne mogućnosti elektrane. Lokacijko ograničenje je površina na koju će biti montirana elektrana, orjentacija, sjeneke, nagibi. Uraditi geodetska snimanja ili nabaviti digitalni poligon. Proces montaže zahtjeva poštovanje tehničkih i građevinskih standarda. Paneli ne smiju da prave jedni drugima sijenku, zahjtevaju slobodan pristup panelima za održavanje i pristup u slučaju požara. Shodno dimenzijama panela nacrtati elektranu na lokaciji za izgradnju elektrane.
Distirbutivna mreža
- Ovdje treba razdvojiti on-grid elektranu za spostvene potrebe, koja može biti dizajnirana da se cijela proizvodnja troši u spostvenom pogonu i nije potrebna dozvola za priključak
- Kupac proizvođač (ugovor sa distributerom) poznatiji kao prozjumer
- Proizvođač
Proizvođač može biti vezen u niskonaponsku mrežu ili visokonaponsku. Ovo u mnogome određuje visinu investicije zavisi od kapaciteta distributivne mreže.
Kapacitet distributvne mreže zavisi od mnogo faktora i to je podatak koji se dobija od distributera, no da odgovor distributera ne bio negativan, potrebno je dobro izraditi idejni projekat. Uporediti lokaciju i udaljenost sa najbližim dalekovodom. Odrediti kapacitet niskonaposnke mreže/dalekovoda i najbližih trafo stanica. Za slučaj da je projektovana solarna elektrana većeg kapaciteta od najbliže mreže, priključenje se vrši u dalekovod višeg ranga. Investitor finansira izgradnju dalekovoda i trafostanice.
Odavde se vidi da je projektovanje solarnih elektrana na zemlji ili objektu složen proces koji zahteva niz koraka i razmatranja. Od mapiranja električnih vodova, parcele u QGIS-u do dokumentovanja celog procesa, svaki aspekt mora biti pažljivo planiran i izveden kako bi se osigurala maksimalna efikasnost i profitabilnost.
Primjer QIGS katastra dalekovoda i trafostanica BiH
Pribaviti ponude/predračune i tehničku dokumentaciju za solarne panele, inverter i konstrukciju. Tehničke detalje solarnih panela, invertera i konstrukcije unijeti u idejni projekat. U idjeni projekat solarne elektrane potrebno je uraditi proračun godišnje i mjesečne proizvodnje na osnvou mereoroloških karakteristika lokacije, orjentacije solarnih panela. Tu Vam može pomoći kalkulator solarne radijacije
3. Osnovne dozvole
- Dozvola za priključak kod distributera električne energije. (Podnosi se uz idejni projekat i lokacijsku saglasnost.)
- “Lokacijska dozvola” za granju - kod lokalne samouprave (za objekte: građevinska dozvola, za zemljšte - konverzija u gradsko građevisnko zemljište ili dozvola za izgranju privremenog objekta) - UT uslovi
- Elektrane većee snage preko 250kWp, zahjtevaju ekološku dozvolu, koncesiju i slično, zavisno od države.
Nakon pozitivnog odgovora distributera i lokacijske dozvole može se krenuti u izradu glavnog projekta i nabavku opreme.
4. Solarni paneli, inverter ili više njih i konstrukcija
Oprema koju izaberete biće predmet glavnog projekta, te istu treba izabrati prije pisanja glavnog projekta.
Solarni paneli
Odnos cijene i kvaliteta pri izboru je presudan faktor pa predlažem da pogledate okvirnu listu 10 najboljih proizvođača u solarnih panela u 2023.
Solarni inverteri
Inverteri su pretvarači jednosmjerne struje dobijene iz panela (DC) u naizmjeničnu struju u mreži (AC). Inverter sadrži elektroniku koja “ufazi” izlaz te nesmetano pušta struju u mražni trofazni sistem. Inverteri su najizdržljiviji dio solarne elektrane, sa efikasnošću 95% do 99%. Tehničkom dokumentacijom definišu način vezivanja panela, posebnim softerom mogu da unaprede rad elektrane. Postoje 3 tipa soalrnih invertera:
- mrežni (monofazni i trofazni)
- hibridni (mrežni sa mogućnošću priključivanja baterije)
- pumpni inverteri (najčeće se koriste za pokretanje pumpi za navodnjavanje pa su dobili takav naziv, za njih nije potreban napon iz mreže da bi radili, pa zato spadaju u off-greed invertere).
Kod izbora invertera opet presudnu ulogu igra cijena/kvalitet, ali način primjene i veličina solarne elektrane. Najčešće zatupljeni inverteri na našim prostorima su: Growat, SAJ i Huawei prvenstveno zbog cijene, ali treba napomenuti da većina vodećih svjetskih kompanija iz elektro oblasti pravi izuzetno kvalitetne invertere, ali po značajno višoj cijeni. Solarni inverteri biće posebno tematski obrađeni.
Solarne konstrukcije
Tu razlikujemo dva tipa: krovne i konstrukcije na zemlji.
Krovne konstrukcije
Kovne konstrukcije za pričvšćivanje solarnih panela opet zavise od vrste krova i vrste pokrivača:
- ravan krov
- limeni pokrivač
- crijep ili betonski crijep
- drveni pokrivač/azbestni (salonit)/bitumen
Konstrukcije na zemlji
Najčešće se koriste galvanizovane čelične konstrukcije ili aliuminijumske solarne konstrukcije. Za potrebe glavnog projekta potrebno je izraditi statički proračun konstrukcije za izabrane solarne panele na izdržljivost vjetra i snijega. Pročitajte Vodič za montažu solarnih konstrukcija u 2024. godini
Dodatna oprema
Čine je kablovi, konekteri, osiguračni, releji prenapona, elektro ormai, uzemljenje, zaštita od groma, zaštitana ograda itd.
5. Glavni projekat
Izrađuje sertifikovano tijelo
Prikuplja se sva potrebna dokumentacija/dozvole
- Registracija preduzeća sa tačnom djelatnošću
- Geološka istraživanja (za elektrne na zemlji)
- Građevinska dozvola
- Saglasnost za priključak distributera
- Atesti
- Protivpožarni elaborat
- Koncesija (za srednje elektrane preko 250kWp) - zavisno od zakonske regulative (poseban odjeljak)
- Upis u registar
6. Investicija
- Biznis plan potreban u slučaju da se traže kreditna strestva. (Iskoristiti podatke iz glavnog projekta)
Guba procjena 100kWp
| 100 [kWp] | Investicija [€/kWp] | Proizvodnja [h] | Cijena struje [€/kWh] | Prihod godišnji [€] | Povrat [godina] |
|---|---|---|---|---|---|
| min | 1000 | 1000 | 0.1 | 10.000 | 10 |
| max | 750 | 1500 | 0.17 | 25.500 | 3 |
| avg | 850 | 1250 | 0.14 | 17.500 | 4,86 |
7. Izgradnja
Osnova
Iako se za male elektrane obično ne rade geološka istraživanja, preopručuje se da se urade geotehničke metode i izrada profila zamljišta. Za strme podloge poželjno je uraditi procjenu rizika od pojave klizišta. Licencirani građevinski inžinjer će onda uraditi najbolju preporuku za dubinu fundiranja i vrstu temelja. U slučaju elektrana na ravnim ili kosim krovovima, potreban je samo statički proračun.
Montaža panela
Vrše ovlašteni monteri (oprez viskoki napon!)
8. Puštanje u rad
Vrše licencirana lica. Potrebna detaljna provjera prvih nekoliko dana, pošto se radi o jakim strujama i viskom naponima. (Jake struje dovode do pregrjevanja na slabim kontaktima, a viskoi naponi prave lik 1kV~2cm luk). Poželjno je termalnom kamerom snimiti kompletnu elektranu, a posebno električne spojeve. Nakon probnog perioda potrebna detaljna provjera dva puta godišnje.
9. Prodaja struje.
Distibrucija, berza, brokeri. (Njabolja pondua)
10. Održavanje
Glanvni neprijatelj solanih elektrana je prašina, a posebno smog. Zbog statičkog elektricitieta površina panela skuplja prašinu iz vazguha te je potrebno redovno čišćenje panela. Ukoliko nema padavina potrebno je očistiti panele. Na tržištu odavno postoje roboti za čišćenje panela. Dovoljno je oprati panele i četkom za pranje vozila istrljati. Čišćenje se radi uveče ili rano ujutru.
11. Monitoring
Većina proizvođača invertera nudi svoj softver za praćenje rada elektrane. No kako su to komercijalni softveri oni imaju razna ograničenja i nastoje da korisnike prevedu u kupce sftvera. Zato je najbolje iskoristi softvere otvorenog koda koji će pristupiti inveterovom mjernom mjestu (RS-485 ili LAN) i bilježiti rezultate svako određeno vrijeme. Preporuka je Telegraf + InfluxDB + Grafana. Iako se radi o industrijskom standardu, Raspberry Pi može zadovoljiti sve potrebe monitoringa, te se na njega mogu dodati senzori temperature i vlažnosti vazduga. Ukoliko u blizini postoji javni piranometar (sa dostupnim podacima), podaci se mogu iskorisiti za predikciju najboljeg vremena održavanja. Kalibirisan piranometar se može dodati i na Raspberry Pi za potrebe sakupljanja podataka. Podaci sakupljeni slobodnim softverom nemaju ograničenja vremena čuvanja niti upotrebnog formata, te za nekoliko godina mogu biti jako dragocjeni. InfluxDB ima svoj dodatak, te se sa njega može podesiti alerting(sms/mail/push notifikacije). Vrlo lako se mogu uporediti podaci sa piranometra i invertera i da dobijete obavještenje o poželjnom vremenu za čišćnje panela ili padu proizvodnje elektrane.
Termalnom kamerom mogu da se odrede paneli koji ne funkcionišu.
12. Povrat investicije
Ako niste napisali biznis plan, sad je pravo vrijeme.
13. Dalje
Isti biznis plan odnestie u najblžu banku i napravite još jednu solarnu elektranu, usput istu osigurati od elementarnih nepogoda.
14. Ekologija i zaštita zivotne sredine
Iako je solarna elektrana predstavljena kao zelena energija, nije ona baš toliko zelena. Od rudarenja do komplikovanih tehnoloških procesa za dobijanje panela, ovu vrstu energije ne možemo smatrati najzelenjom 😂. Brza potrošnja solarnih panela (životni vijek oko 20godina) već otvara pitanje odlaganja istrošenih panela. No kako su ta pitanja više tiču proizvođača i regulatornih tijela, vjeruemo da će za to rješenje biti pronađeno skorijoj budućnosti. Australija već ima prvi ciklus istrošenih panela i ulažu napore da se pronađe način za recikliranje panela i izvlačenje čistog silicijum-dioksida. Do tada treba izvšiti sve potrebne mjere zaštie ljudi i životne sredine.
Zaključak
Kao što se vidi iz prethodne fotografije, za sada smo solarna sirotinja u okruženju, te će razvoj obnovljivih izvora energije neminovno biti proširen kod nas.
Zbog česte diamike promjena regulativa, zakonska i podzakonska akta nisu referencirana.
Ukoliko Vam treba kompletna ponuda za projektovanje, nadzor, izgradnju solarnih elektrana, konstrukcije, panele ili inverteree, budite slobodni kontaktirajte nas.
Autor: Milovan Misho Pektović, Teorijski i eksperimentalni fizičar
email: misho@orangeunit.com
tel: +381 65 3333 093
Ovaj tekst je pod copyright/GPLv3 licencom.