UPRAVLJANJE Z ENERGIJO V AKTIVNI HIŠI magistrsko delo Študent: Študijski program: Mentor: Somentor: Lektorica: Simon Vutek Magistrski študijski progra

Transkripcija

1 UPRAVLJANJE Z ENERGIJO V AKTIVNI HIŠI magistrsko delo Študent: Študijski program: Mentor: Somentor: Lektorica: Simon Vutek Magistrski študijski program 2. stopnje Energetika doc. dr. Sebastijan Seme izr. prof. dr. Miralem Hadžiselimović dipl. slovenist in francist Nevenka Bašek Zildžović Krško, september 2014 I

2 II

3 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Sebastijanu Semetu za pomoč in usmerjanje pri izdelavi in zagovoru magistrskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju izr. prof. dr. Miralemu Hadžiselimoviću za vse strokovne nasvete. Posebna zahvala gre moji družini, ki je bila z mano in me podpirala ves čas študija. Najlepša hvala tudi mojim drugim sorodnikom v Sloveniji, ki so me podpirali in mi omogočili vse potrebno za študij v Sloveniji. III

4 UPRAVLJANJE Z ENERGIJO V AKTIVNI HIŠI Ključne besede: samooskrbni objekt, sončna energija, sončna elektrarna, vetrna energija, mala vetrna elektrarna, hranilnik energije UDK: 697.1:620.92: (043.3) Povzetek Magistrsko delo obsega postopke in smernice za oblikovanje sistema, ki bo zagotavljal proizvodnjo in oskrbo objekta z električno energijo, pridobljeno z uporabo obnovljivih virov energije. Samooskrbni objekti in proizvodni viri so osnovni pojmi, ki so predstavljeni za oblikovanje tovrstnih sistemov. Uvodoma so predstavljeni proizvodni viri, ki sodijo med obnovljive vire energije. Opisani so samooskrbni objekti, definicije, sistemi za energetsko oskrbo objektov in sedanji sistemi certificiranja. V nadaljevanju je predstavljen objekt, ki se nahaja v naselju Sveti Križ, Hrvaška, za katerega je dimenzioniran sistem zasnovan za oskrbo objekta z električno energijo. Rezultati in analize so predstavljeni tabelarično in grafično. IV

5 ENERGY MANAGMENT IN A ACTIV HOUSE Keywords: Self-sufficiency object, solar energy, solar power plant, wind energy, small wind power plant, energy storage tank UDK: 697.1:620.92: (043.3) Abstract The master's thesis comprises procedures and guidelines for the design of a system that will ensure the production and supply of a object with electricity produced using renewable energy sources. Self-sufficiency object and resources are basic concepts that are presented for the design of such systems. At the preliminary point are presented production resources, which fall within the renewable energy sources. Described will be the self-sufficiency objects definitions, systems for energy supply of objects and current certification systems. In the following is presented a object, which is located in the village Sveti Križ, Croatia for which is dimensioned a system, designed to supply the object with electricity. Results and analysis are presented in a tabular form and graphicly. V

6 KAZALO VSEBINE 1 UVOD OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE ENERGIJA SONCA Potencial sončnega sevanja Fotonapetostni pojav Tipi fotonapetostnih celic ENERGIJA VETRA Moč vetra Merjenje hitrosti vetra, Weibullova distribucija SAMOOSKRBNI OBJEKTI SPLOŠNO O SAMOOSKRBIH OBJEKTIH Ekološki cilji Energetska učinkovitost Socialni vidiki Ekonomski cilji Učinkovitost resursov Zmanjšanje emisij CERTIFICIRANJE SAMOOSKRBNIH OBJEKTOV Zakaj certificirati? Znani sistemi certificiranja Das Deutsche Gütesiegel des Nachhältigen Bauens und das Bewertungssystem des Nachhältigen Bauens für Bundesgebäude Leadership in Energy and Environmental Design Building Research Establishment Environmental Assessment Method Pregled certificiranja SISTEMI ZA OSKRBO OBJEKTOV Z ENERGIJO Fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije Sistemi za proizvajanje električne energije s pomočjo energije vetra NAČRTOVANJE SISTEMA ZA NAPAJANJE OBJEKTA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO S POMOČJO ENERGIJE SONCA IN VETRA PROBLEM NAMEN CILJ VI

7 4.4 NALOGA DEFINIRANJE OSNOVNIH PARAMETROV POTREBNIH ZA REALIZACIJO PROJEKTA Definiranje dimenzij objekta ter lokacija porabnikov Površina strehe in okolice Lokacija porabnikov Kreiranje dnevnega profila obremenitve ANALIZA IN REZULTATI OCENA RASPOLOŽLJIVOSTI OBNOVLJIVIH VIROV ENERGIJE Ocena razpoložljive energije vetra Ocena razpoložljivega vira sončne energije DIMENZIONIRANJE SONČNE IN VETRNE ELEKTRARNE SAMOSTOJNEGA ENERGETSKEGA SISTEMA Dimenzioniranje sončne elektrarne Dimenzioniranje vetrne elektrarne Skupna proizvodnja električne energije iz sončne in vetrne elektrarne Dimenzioniranje baterijskega sistema Ostali elementi energetskega sistema Pretvorniki Agregat EKONOMSKA ANALIZA ENERGETSKEGA SISTEMA NAČINI VARČEVANJA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO Gretje in hlajenje Razsvetljava Gospodinjske naprave Majhne gospodinjske naprave Računalnik Televizorji, DVD predvajalniki in igralne konzole ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE PRILOGA A: IZRAČUN DELOVANJA POSAMEZNIH PORABNIKOV PRILOGA B: RAČUN HEP-DISTRIBUTERJA ZA DOMAČI OBJEKT PRILOGA C: IZBRANI MODEL FOTONAPETOSTNIH MODULOV IN NJEGOVE ZNAČILNOSTI [16] PRILOGA D: IZBRANI MODEL VETROTURBINE ZA DOMAČ SISTEM [17] PRILOGA E: IZBRANI TIP BATERIJ ZA DOMAČ ENERGETSKI SISTEM [18] VII

8 PRILOGA F: IZBRANI PRETVORNIK ZA DOMAČ ENERGETSKI SISTEM [19] PRILOGA G: IZBRANI AGREGAT ZA DOMAČ ENERGETSKI SISTEM [21] PRILOGA H: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV AVTORJA PRILOGA I: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA VIII

9 KAZALO SLIK: Slika 1.1: Globalno segrevanje ozračja povzroča taljenje ledenikov in dvig morske gladine [2]... 1 Slika 1.2: Povečanje povprečne temperature Zemlje Slika 1.3: Koncentracija CO Slika 1.4: Gibanje cen zemeljskega plina (EUR/kWh) [3]... 4 Slika 1.5: Trenutno gibanje cen električne energije (EUR/MWh) [3] Slika 1.6: Gibanje cen električne energije v zadnjih letih Slika 2.1: Predvidena raba energije v prihodnosti Slika 2.2: Primerjava z volumnom kocke energije sonca, sevane na Zemljo Slika 2.3: Srednje letno obsevanje na vodoravno površino v Republiki Hrvaški [6] Slika 2.4: Prikaz fotonapetostnega učinka [7] Slika 2.5: Odvisnost specifične moči vetrne turbine od hitrosti vetra Slika 2.6: Primer diagrama rože vetrov za hitrosti, smeri i frekvence vetrov [7] Slika 2.7: Primer Weibull distributivne krivulje Slika 3.1: Vizija aktivne hiše Slika 3.2: Primeri samooskrbnih objektov [9], [10] Slika 3.3: Energetska učinkovitost je le eden od ekoloških ciljev [12] Slika 3.4: Učinkovitost virov preučuje koriščenje ter uporabo recikliranega materiala [13] Slika 3.5: Področja, ki se ocenjujejo v sistemu LEED [11] Slika 3.6: V potrdilu DGNB je ocenjeno pet glavnih skupin meril kakovosti pri ocenjenem objektu. Ocenjuje se tudi izbira lokacije [11] Slika 3.7: Shema fotovoltaičnog sistema za proizvodnjo električne energije [14] Slika 3.8: Shema sistema z vetrnico za proizvodnjo električne energije Slika 4.1: Površine, namenjene namestitvi fotonapetostnih modulov in vetrnice Slika 4.2: Razpored porabnikov v pritličju Slika 4.3: Razpored porabnikov v 1. nadstropju Slika 4.4: Razpored porabnikov za 2. nadstropje Slika 4.5: Grafični prikaz porabe električne moči na dnevni ravni Slika 4.6: Grafični prikaz porabe električne energije na dnevni ravni Slika 5.1: Prikaz lokacije objekta [15] Slika 5.2: Karta vetra za področje Međimurja, obdobje [15] Slika 5.3: Blokovna shema PV/vetrogeneratorskega samostojnega energetskega sistema [7] Slika 5.4: Prikaz povprečne proizvodnje moči iz sončne elektrarne Slika 5.5: Primerjava proizvedenih moči iz sončne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Slika 5.6: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije iz sončne elektrarne Slika 5.7: Primerjava proizvedene električne energije iz sončne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Slika 5.8: Prikaz povprečne proizvodnje električne moči iz vetrne elektrarne IX

10 Slika 5.9: Primerjava proizvedene električne moči iz vetrne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Slika 5.10: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije iz vetrne elektrarne Slika 5.11: Primerjava proizvedene električne energije iz vetrne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Slika 5.12: Prikaz povprečne proizvodnje električne moči iz sistema Slika 5.13: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije sistema Slika 5.14: Prikaz povprečne razlike proizvedene in porabljene električne moči sistema Slika 5.15: Prikaz povprečne razlike med proizvedeno in porabljeno električno energijo sistema Slika 6.1: Danes je treba načrtovati in graditi energetske sisteme za proizvodnjo energije iz obnovljivih virov energije, da bi s tem zagotovili kakovost življenja prihodnjih generacij[9] X

11 KAZALO TABEL: Tabela 4.1: Prikaz skupne dnevne obremenitve (cena dnevne tarife električne energije je /kwh, cena nočne tarife električne energije je 0.07 / kwh) Tabela 4.2: Prikaz obremenitve na dnevni ravni s pomočjo urnih vrednosti Tabela 5.1: Povprečno dnevno obsevanje vodoravne ravnine po mesecih [MWh/m 2 ] [15] Tabela 5.2: Povprečne vrednosti sončnega sevanja na dan skozi časovno obdobje 12 mesecev Tabela 5.3: Proizvedena moč iz sončne elektrarne v 24 urah oziroma v 1 dnevu Tabela 5.4: Povprečna proizvodnja električne energije iz vetrne elektrarne na dan Tabela 5.5: Določanje Ah za naš sistem Tabela 5.6: Investicijski stroški za gradnjo samostojnega sistema za napajanje hiše Tabela 5.7: Investicijski stroški v primeru gradnje daljnovoda XI

12 UPORABLJENI SIMBOLI H [Wh/m 2 ] gostota energije η [-] faktor izgub P por [W] moč porabnika t [s] čas delovanja n [-] število porabnikov P [w] specifična moč vetra ρ [kg/m 3 ] gostota zraka v [m/s]- povprečna urna hitrost vetra E s [W/m 2 ] sončno sevanje n [-] število modulov A [m 2 ] površina ki jo oblikujejo lopatice vetrnega generatorja v [m/s] hitrost vetra P pro [W] proizvedena moč W por [Wh] porabljena energija W pro [Wh] proizvedena energija P raz [W] razlika proizvedene in porabljene moči n a [dan]- avtonomija sistema U s [V] nazivna napetost baterije t z [-] koeficient praznitve baterij C sdan [Ah] zahtevana kapaciteta baterij C l [Ah]- potrebno dnevno polnjenje η ah [-]- učinkovitost baterije η E [-]- polna obnovitev sistema C z [Ah] zahtevana kapaciteta C bat [Ah] kapaciteta izbranega tipa baterij XII

13 UPORABLJENE KRATICE EE - Električna energija ZP - Zemeljski plin EEX - European Energy Exchange OVE - Obnovljivi viri energije LEED - Leadership in Energy and Environmental Design BREEAM - British Research Establishment Environmental Assessment Method DGNB das Deutsche Gütesiegel des Nachhältigen Bauens BMVBS - Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung BND das Bewertungssystem des Nachhältigen Bauens für Bundesgebäude PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System PV - Photovoltaik XIII

14 1 UVOD Slaven rek "Ohranimo Zemljo in naravo za njo, ker ju nismo podedovali od svojih očetov in dedov, ampak smo si ju izposodili od svojih potomcev" [1] postaja vse bolj znan in vodi ljudi k bolj poglobljenemu razmišljanju. Prizori naravnih katastrof, na primer taljenje ledenikov in dvig morske gladine, kot je to prikazano na sliki 1.1, na celotni zemeljski obli so prizori, ki jih lahko skoraj dnevno vidimo na televiziji. Za navedene dogodke so mednarodne strokovne komisije s strokovnimi raziskavami dokazale, da je vzroke za nastanek le-teh možno pripisati tudi ljudem. Ljudje s svojim delovanjem obremenjujemo okolje, zlasti z onesnaževanjem, s povečanjem emisij CO 2 in posledičnim povišanjem povprečne dnevne temperature. Slika 1.1: Globalno segrevanje ozračja povzroča taljenje ledenikov in dvig morske gladine [2]. Proizvodnja ter poraba energije sta glavna krivca za naštete posledice, kar se tiče našega energetskega vidika obravnave. S povečano proizvodnjo porabimo vse več energije in s tem obremenjujejo Zemljo in njeno okolico. Termoelektrarne izpuščajo strupene emisije plinov v zrak, hidroelektrarne vplivajo na živalski in rastlinski svet, jedrske elektrarne predstavljajo konstantno nevarnost za določene regije na Zemlje... Vse to so aktualni načini proizvodnje predvsem električne energije, ki žal imajo ali bi lahko imeli škodljive posledice za okolje. Posledice klimatskih sprememb postajajo vse bolj vidne, na sliki 1.2 je prikazano, da na Zemlji postaja vse topleje, povečanje povprečne dnevne temperature 1

15 zraka se pripisuje povečanju izpusta toplogrednih plinov. Poleg tega je zabeleženo nenadno povečanje emisij CO 2, prikazano na sliki 1.3, ki nastanejo zaradi uporabe virov energije, kot so premog, les, plin in nafta. 0.5 Na Zemlji postaja vse topleje Sprememba temperature T [ C] Slika 1.2: Povečanje povprečne temperature Zemlje. 390 Koncentracija CO2 se povečuje Koncentracija CO2 [ppm] Slika 1.3: Koncentracija CO2. 2

16 Navedeni viri energije skupaj z uranom, ki ga uporabljajo jedrske elektrarne, sodijo med neobnovljive vire in bodo s časom izrabljeni, zaradi njihove konstantne porabe pa počasi uničujemo Zemljo. Kaj se bo zgodilo, ko nam ti viri energije ne bodo več na voljo, kako bomo potem proizvajali energijo, kako posledice uporabe teh virov ustaviti ali še bolje preprečiti? To so nekatera od velikih in čedalje bolj pogostih vprašanj, ki si jih postavljamo z namenom nadaljnjega razvoja ne samo človeštva ampak tudi Zemlje. Pridobivanje ustreznih odgovorov na ta vprašanja je težavno, ustavljanje povečanja navedenih posledic se zdi kot edina rešitev. Plinskih, jedrskih in termoelektrarn ni mogoče enostavno "izklopiti", ker predstavljajo pomemben delež svetovne proizvodnje električne energije. Ti objekti predstavljajo tudi socialno varnost ljudem, zaposlenim v teh objektih, in zunanjim sodelavcem teh objektov, kar je seveda potrebno imeti v mislih pri sprejemanju odločitev o zastavljanju bodočih ciljev le-teh. Eden izmed načinov za zmanjševanje deleža elektrarn na konvencionalne vire energije je gradnja elektrarn na obnovljive vire energije, hkrati pa ta možnost predstavlja velik potencial za zmanjševanje onesnaževanja okolja ter sočasno povečanje kakovost življenja na Zemlji. Seveda je treba izvajati uvajanje navedenih vrst elektrarn v naše sisteme proizvodnje električne energije postopoma in ne kar "preko noči", kar se trenutno tudi izvaja. Povečana neučinkovitost izkoriščanja energije je tudi področje, ki predstavlja potencial za zmanjševanje onesnaževanja okolja ter sočasno povečanje kakovosti življenja na Zemlji. Povečana neučinkovitost povzroča izgube energije, kar pomeni, da se dovedena energija ne izkorišča v zadostni meri oziroma da del uporabljene energije neizkoriščeno zavržemo. Tudi tu leži potencial za ohranjevanje okolja. Ideje, kot so recimo "objekti kot elektrarne", ki bi proizvajali energijo za svoje potrebe, ter "objekti kot hranilniki energije", ki bi energijo, ki se ne uporabi, učinkovito shranili za takoimenovane krizne dneve, so odlične rešitve za naše aktualne probleme. Res je, da so te ideje še v fazi razvijanja, vendar že samo usmerjanje idej v to smer predstavlja upanje za boljši jutri. Z navedenim smo nakazali in opredelili problematiko energetike bližnje prihodnosti, vendar še bolj pomembno je identificirati in opredeliti problematiko današnje energetike, da bodo odgovori in rešitve v bližnji prihodnosti kompetentni. Eden izmed poglavitnih izzivov je zagotovo ekonomska cena posameznih virov energije, ki je odvisna predvsem od ekonomskih stroškov proizvodnje in rabe le-teh. S povečano rabo obnovljivih virov energije se potrebe po konvencionalnih virih vse bolj zmanjšujejo, kar v končni fazi pomeni znižanje proizvedenih količin le-teh. 3

17 V delu bo predstavljeno aktualno stanje gibanja cen energentov na borzah, pomembnih za Hrvaško in Slovenijo. Na tem področju je za cene električne energije (EE) in zemeljskega plina (ZP) najbolj pomembna borza v Avstriji - Leipzig, EEX - European Energy Exchange. Pričakovali bi, da z večanjem števila prebivalcev povpraševanje po energetskih virih narašča in s tem tudi cene. Vendar slike od 1.4 do 1.6 s spletne strani EEX prikazujejo, da cene EE in ZP padajo, kar dokazuje, da je obravnava tega področja zelo kompleksna in odvisna od več različnih dejavnikov. Slika 1.4 in 1.5 kažeta trenutno gibanje cen električne energije ter zemeljskega plina, medtem ko slika 1.6 prikazuje gibanje cen električne energije v zadnjih letih. Iz slike 1.6 je razvidno, da cena v določenih obdobjih zelo niha. Zaključek tega je, da bo ta cena pogosteje nihala. Takšno je tudi mnenje strokovnjakov s področja energetskega menedžmenta. 1 dan, 1 mesec...1 leto Obdobje Slika 1.4: Gibanje cen zemeljskega plina (EUR/kWh) [3]. 4

18 1 dan, 1 mesec...1 leto Obdobje Slika 1.5: Trenutno gibanje cen električne energije (EUR/MWh) [3]. 75 Povprečna cena električne energije po obdobjih v letu Cena EUR/MWh Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Slika 1.6: Gibanje cen električne energije v zadnjih letih. 5 Q Q Q Q Q Q Q Q1 2014

19 Zaradi kompleksnosti obravnavanega področja je predvidevanje o ceni energije v prihodnosti zelo nehvaležno. Trenutno se cene energije gibljejo v mejah sprejemljivega, vendar vprašanje je, do kdaj bo temu tako. Cena energije ima zelo pomemben vpliv na celotno družbo, zato je zelo pomembno, koliko bomo plačevali za energijo. Dokler smo odvisni od dobaviteljev energije, nam nihče ne more zagotoviti, da bodo cene nespremenjene ali da se bodo le malo spreminjale. Žalostno je, da v primeru nenadnih sprememb cen ne bomo imeli druge izbire in bomo morali sprejeti njihove pogoje, saj brez energije preprosto ne gre. Prej navedena ideja "objekt kot elektrarna" je odlična rešitev za dano situacijo. Namreč, vsak del zemljišča se da uporabiti v energetske namene. Sistem za proizvodnjo električne energije iz sonca in energije vetra je najpogostejši način pridobivanja energije za gospodinjski objekt. Takšnih sistemov je trenutno malo, predvsem zato, ker ljudje ne vedo dovolj o tem revolucionarnem načinu pridobivanja električne energije in tudi stroški za razvoj takšnega sistema trenutno niso sprejemljivi za večino ljudi. Vendar je dobra novica ta, da je zaznati pozitiven napredek oziroma da je zabeleženo povečanje namestitve tovrstnih sistemov in drugih sistemov, ki na podoben način z drugimi vrstami energentov proizvajajo energijo, kar nakazuje, da so ljudje vedno bolj osveščeni in ozaveščenih o aktualnih dogodkih na našem planetu Zemlji. Drugo poglavje opisuje vrste obnovljivih virov, ki bodo obravnavani v magistrskem delu. Opisani bodo parametri, ki nas povezujejo z energijo sonca, na primer, kaj je to potencial sončnega sevanja, kako se določi in kje lahko najdemo podatke za sončno sevanje za določeno področje. Potem bo opisana energija vetra, kako nastaja, kako se določi moč vetra in kako lahko izmerimo hitrost vetra. Vse podatke potrebujemo v nadaljnjih poglavjih magistrske naloge in pri izdelavi projektne naloge. 6

20 2 OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE "Obnovljivi viri energije so viri energije, ki so nastali kot posledica naravnih procesov, in se nenehno posodabljajo. V naravi nastajajo kot produkt naravnih procesov, pri čemer sta glavna nosilca energije sonce in Zemlja. Obnovljivi viri energije so se v preteklosti delili na tradicionalne obnovljive vire energije, med katere sodijo vse oblike izkoriščanja energije vode in energije biomase, medtem ko med novejše obnovljive vire energije sodijo energija sonca, vetra, geotermalna energija in druge nekonvencionalne oblike obnovljivih virov energije. Vendar pa so z vse večjo popularizacijo energije sonca in energije vetra preostali navedeni tradicionalni obnovljivi viri energije nekako potisnjeni v ozadje [4]." "Drugačno definicijo obnovljivih virov energije je podala Mednarodna agencija za energijo, ki opredeljuje, da se obnovljiva energija pridobiva iz naravnih procesov, ki se stalno obnavljajo in katera vključuje: električno in toplotno energijo pridobljeno iz izvora sončne svetlobe, vetra, energije kopenskih vodotokov, oceana, biomase in geotermalne energije ter biogoriva in vodika pridobljenih iz obnovljivih virov energije [4]." Kako bomo v prihodnosti uporabljali obnovljive vire, je prikazano na sliki 2.1, na kateri vidimo, da se bo z leti poraba neobnovljivih virov zmanjševala, saj se zmanjšala njihova koncentracija, poraba obnovljivih virov pa bo doživela rast, ki se bo z leti vse bolj povečevala. 7

21 Biomasa Premog Nafta Zemeljski plin Voda in veter Ostali OVE 50 Poraba [%] Slika 2.1: Predvidena raba energije v prihodnosti. 2.1 ENERGIJA SONCA "Energija sonca je glavna gonilna sila vseh klimatskih in življenjskih ciklov na Zemlji. Danes sonce doživljamo kot vir ugodja in kot ogromen neizkoriščen potencial za pokrivanje energetskih potreb z minimalnim vplivom na globalno segrevanje. V nadaljevanju bomo opisali, kako določiti potencial sončnega sevanja [5]." Potencial sončnega sevanja "Energija sončnega sevanja konstantno seva na Zemljo, ki se vrti okoli svoje osi in okoli sonca. Moč sončnega sevanja na vstopu v Zemljino atmosfero pri srednji oddaljenosti od sonca znaša 1376 W/m 2. Z različnim meritvami in izračuni je dokazano, da do površine Zemlje prispe okoli polovica navedenega zneska. Moč sevanja na površini je v veliki meri 8

22 odvisna od pogojev v atmosferi. Z enostavnim računom, s površino Zemlje, obrnjeno proti soncu lahko ocenimo letno sevalno energijo. Slika 2.2 primerja volumen kocke z energijo sonca, sevano na Zemljo (1) z rezervama primarnih virov energije in s skupno svetovno porabo energije (7). Nobenega dvoma ni, da je to ogromna količina energije, mnogokrat večja od vseh rezerv premoga (4), naravnega plina (3), nafte (5) in urana (6) skupaj. Znesek trenutno uporabljene sončne energije prikazuje najmanjša kocka 2 [5]." Slika 2.2: Primerjava z volumnom kocke energije sonca, sevane na Zemljo. "Za neko določeno lokacijo se potencial sončnega sevanja določi z merjenjem ali analitično. Merjenje lahko opravljamo lokalno ali satelitsko. Analitični pristop podaja zadovoljive rezultate, če je znan takoimenovan indeks zračnosti (Kt določa, koliko sevanja doseže površino). S piranometrom (termičnim ali polprevodniškim) merimo globalno (skupno), direktno in difuzno (razpršeno). Obsevanje ali gostota energije sončnega sevanja je H [Wh/m 2 ]. Daljša analitična ocena je nujna zato, ker so rezultati testov običajno na voljo le za celotno obsevanje in ker do pretvorbe sončnega sevanja pride pod kotom (β) glede na vodoravno ravnino. Vendar je razpršeno in neposredno sevanje odvisno tudi od kota indeksa zračnosti. Poleg tega je potrebno upoštevati še odbito komponento, ki je odvisna od direktne komponente, kota β in posebne konfiguracije terena [5]." 9

23 "Obdelani podatki so dostopni preko različnih inštitucij, ki integrirajo meritve meteoroloških postaj in satelitov z analitično obdelavo za večletna obdobja in različne ločljivosti. Vsi viri, ki niso rezultat posebnih meritev za konkretno lokacijo, imajo odstopanje, ki, lahko znaša tudi do 30% od dejanskih vrednosti. Variabilnost zaradi lokalnih vremenskih razmer je še večja. Napaka je manjša na nivoju ocene za skupno letno obsevanje. Obstajajo prosto dostopni podatki, npr: NASA Surface Meteorology and Solar Energy, za obdobje od , in Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) za območja od 1 do 2 km." Na sliki 2.3 je prikazano srednje letno povprečje sončnega sevanja na vodoravno površino v Republiki Hrvaški. Slika 2.3: Srednje letno obsevanje na vodoravno površino v Republiki Hrvaški [6]. 10

24 "Na podlagi PVGIS podatkov se optimalni naklon sprejemne površine za področje Republike Hrvaške nahaja od 33 na severu do 37 na jugu. Treba je opozoriti, da se optimalni kot spreminja med letom zaradi navideznega gibanja sonca. Preko fiksnih inštalacij je treba izbrati optimalen naklon za maksimalno letno energijo ali za maksimalno energijo v šibkejših sončnih dnevih. V šibkejših sončnih dnevih se lahko vidi, koliko energije proizvedemo, ko nimamo "optimalnega" vremena oziroma nam to predstavlja maksimum proizvodnje električne energije v trenutku "neoptimalnega vremena". Najboljša rešitev so sledilni sistemi, ki sledijo gibanju sonca. S tem se lahko poveča izplen pridobljene energija od 25 do 40 % glede na fiksno postavitev. Spekter svetlobe, ki obseva fotonapetostni modul, je odvisen od debeline in sestave atmosfere, skozi katero prehaja. Odvisno od dneva, zemljepisne širine in letnega obdobja. Svetloba do neke točke na površini Zemlje potuje skozi debelejše ali tanjše plasti atmosfere. Kolikšna je ta pot v primerjavi z najkrajšo potjo, je izraženo kot razmerje mase zraka. Za oceno potenciala uporabljanja sončnega sevanja in preliminarne analize, ki nam pomaga pri vpogledu v primerno uporabljanje sončne energije, so zadostni relativno grobi podatki, ki jih pridobimo s pomočjo PVGIS-a. Omejitev za izkoriščanje sončne energije v podnebjih, podobnih našim, zagotovo ni odvisna samo od podatkov o potencialu sončnega sevanja, ki jih pridobimo s PVGIS-om za določeno lokacijo. Tu obstajajo še drugi pojavi oziroma ovire, ki vplivajo na izkoriščanje sončne energije. To so recimo gozdovi, zgradbe, ki predstavljajo ovire na obsevanje modulov, potem temperatura področja okoli modulov ali pa zamazanost modulov, ki vpliva na delovanje modulov ter posledično omejuje izkoriščanje sončne energije [5]." Fotonapetostni pojav Pred opisom fotonapetostnega pojava je treba zapisati nekaj dejstev o polprevodnikih ali materialih, na katerih temelji fotonapetostni pojav. Materiali so glede na zmogljivost električne prevodnosti razdeljeni na vodnike (predvsem kovine), polprevodnike (Si, Ge, GaAs, Gap) in izolatorje. Polprevodniki so izolatorji pri temperaturi absolutne ničle, ko se temperatura dvigne eksponentno, narašča število nosilcev naboja, ki lahko omogočajo prenos električnega toka. Polprevodniki se glede na vrsto električne prevodnosti delijo v 11

25 dve skupini: n-tipa z elektroni in p-tip s takoimenovanimi "luknjami" (ang. hole) kot primarnimi nosilci naboja. Najpomembnejši polprevodniški material je silicij (Si) in iz njega se proizvaja daleč največ (> 95%) elektronskih delov, kot so: diode, tranzistorji in integrirana vezja. Fotonapetostna celica je naprava, ki je zgrajena iz tankih plasti p in n- tipa. Ob stiku obeh plasti nastane takoimenovana potencialna bariera, na kateri se prevodniški elektroni in vrzeli gibljejo in ob meji prehajajo na drugo stran. Prej je bila snov nevtralna, zdaj pa je zaradi gibljivih nabojev, ki so odsotni, naelektrena in ozek pas ob meji je na strani p negativen, na strani n pa pozitiven in med njima nastaja električno polje. Da lahko fotoni prodrejo do potencialne bariere, kjer izbijajo vezane elektrone, mora biti plast zelo tanka. Med obema plastema se pojavi napetost, dobili smo torej generator napetosti, ki sončno svetlobo neposredno spremeni v elektriko, kar predstavlja našo fotonapetostno celico [6]. Pojav, ki ima za posledico "osvoboditev" prostih nosilcev naboja pod delovanjem svetlobe ter ustvarjanje električnega toka, se imenuje fotonapetostni pojav, ki je prikazan na sliki 2.4. vezani elektron prosti elektron proton luknja Slika 2.4: Prikaz fotonapetostnega učinka [7]. 12

26 Prvi korak na sliki 2.4 prikazuje stanje polprevodniških elementov p-tipa in n-tipa pred združitvijo. Čeprav sta oba polprevodniška materiala električno nevtralna, je s povezovanjem p-tipa in n-tipa polprevodnikov oblikovan takoimenovan pn-spoj, ki ima za posledico ustvarjanje električnega polja. V času, ko se n-tip Si polprevodnika in p-tip Si polprevodnika povežeta, se presežek elektrona n-tipa premika proti strani p-tipa. Rezultat teh dogodkov je kopičenje pozitivnega naboja na n-tip strani celice oziroma kopičenje negativnega naboja na p-tip strani celice (korak 2). Ko fotoni zadenejo fotonapetostno celico, se lahko reflektirajo, neposredno prehajajo skozi njo ali pa se absorbirajo. Samo absorbirani fotoni dajejo energijo za ustvarjanje električnega toka. Ko polprevodnik absorbira dovolj svetlobe, so elektroni prisiljeni izhajati iz atomov materiala. Elektroni se premikajo naprej proti negativnemu kontaktu celice, medtem ko se istočasno luknje gibljejo v nasprotni smeri proti dnu oziroma pozitivnem kontaktu celice, kjer pričakujejo elektrone (korak 3). Napetost na zunanjih kontaktih pn-spoja lahko povežemo s porabniki, pri čemer se ustvari naboj in enosmerni tok, dokler obstaja vpadna svetloba (korak 4) [7] Tipi fotonapetostnih celic Fotonapetostne celice so lahko narejene iz različnih vrst polprevodniških materialov, ki so nameščeni v različne strukture, da bi dosegli boljšo učinkovitost konverzije. Za izdelavo fotonapetostnih celic se uporabljajo naslednji polprevodniški materiali in tehnologije: Silicij (Si) - monokristalni silicij (c-si), polikristalni silicij (p-si) in amorfni silicij (a- Si). Polikristalni tankoplastni materiali (polikristalni thin film) CIS spojina polprevodniških materialov (baker-indij-diselenide), CdTe (kadmijev telurid) in tankoplastni silicij (predvsem amorfni silicij). Monokristalni tankoplastni materiali (monokristalni thin film) - predvsem izpeljani iz galij-arzenida (Ga-As). Multijunction struktura materiala - kombinacija različnih polprevodniških materialov. 13

27 2.2 ENERGIJA VETRA "Vsa obnovljiva energija prihaja od sonca. Sonce k Zemlji seva z vrednostjo 1376 W/m 2. Od 1 do 2 % energije sonca se pretvorita v energijo vetra. To je na primer od 50 do 100- krat več od energije, pretvorjene v biomaso in pridobljene iz vseh rastlin na Zemlji. Zaradi rotacije Zemlje je vsako gibanje na severni polobli usmerjeno na desno. Ta pojav izkrivljene sile je znan kot Coriolisova sila. Na severni polobli je smer rotacije vetra obrnjena nasprotno od smeri urinega kazalca, ko se približuje področju nizkega zračnega pritiska. Na južni polobli je smer rotacije vetra v smeri urinega kazalca na področju nizkega zračnega pritiska. Vetrna turbina, ki je glavni del vetrne elektrarne, dobiva vstopno moč s pretvarjanjem sile vetra v rotacijsko silo, ki deluje na elise rotorja. Količina energije, ki jo veter prenaša na rotor, je odvisna od površine kroga, ki ga naredi rotor pri vrtenju, hitrosti vetra in gostote zraka. Pri normalnem atmosferskem pritisku pri temperaturi 15 C zrak tehta približno kg/m 3, vendar se z zvišanjem vlažnosti in gostote viša. V hladnejšem okolju je zrak gostejši kot v toplejšem okolju. Na visokih nadmorskih višinah je zračni pritisk nižji, zrak pa manj gost. Vetrna turbina izkrivlja smer vetra, preden veter prispe do elise motorja, kar pomeni, da energija vetra ni mogoče izkoristiti v celoti [7]." Moč vetra "Elise rotorja vetrne turbine se obračajo zaradi zračnega pretoka zraka. Količina energije, ki jo veter direktno prenaša na rotor, je odvisna od gostote zraka, površine rotorja in hitrosti vetra. Kinetična energija telesa v gibanju je sorazmerna njegovi masi, tako da je kinetična energija vetra odvisna od gostote zraka. Se pravi, težji ko je zrak, več energije je mogoče pridobiti v vetrni turbini. Gostota zraka se nanaša na količino molekul na enoto volumna zraka. Hladnejši zrak je gostejši od toplejšega, kot smo že prej omenili, zaradi tega bo vetrna turbina pri enaki hitrosti vetra proizvedla več električne energije pozimi kot poleti. Atmosferski tlak pada z zvišanjem nadmorske višine, zato je na višjih nadmorskih višinah (planine) tlak nižji, vendar je zrak manj gost. Vetrna turbina dobi svojo vstopno moč s pretvarjanjem moči vetra v moč obračanja elis rotorja. Ponuja se logičen zaključek, da površina rotorja opredeljuje količino energije, ki jo vetrna turbina lahko dobi iz energije 14

28 vetra. Ker se površina rotorja povečuje s kvadratom premera rotorja, dvakrat večja turbina dobi štirikrat večjo količino energije. Povečanje površine rotorja ni tako enostavno kot postavljanje vzdolžnih elis, glede na to, da se s povečanjem površine rotorja povečuje napenjanje celotnega sistema, neodvisno od hitrosti vetra. Za kompenzacijo napenjanja je potrebno okrepiti celoten mehanski sistem. Drugi faktor, ki vpliva na izstopno moč vetrne turbine, je dejstvo, da vetrna turbina vpliva na obrat vetra, in sicer preden je veter zajet z lopaticama rotorja. Torej, rotor upočasnjuje hitrost vetra tako, da je hitrost vetra manjša na prednjem delu, kar pomeni, da vetrna turbina ne more izkoriščati celotne energije vetra. S povečanjem hitrosti vetra se zviša količina zračne mase, ki prehaja skozi rotor, oziroma pride do povečanja izstopne moči vetrne turbine [7]." Teoretična izstopna moč P vetrne turbine je odvisna od betzovega faktorja (0.59), tretje potence hitrosti vetra v ter gostoti zraka ρ in površine kroga lopatic A, kot prikazuje formula: P pro A v W (2.1) 3 kjer je: P pro specifična moč vetra [W], ρ gostota zraka [kg/m 3 ], v - povprečna urna hitrost vetra [m/s], A površina, ki jo oblikujejo lopatice vetrnega generatorja[m 2 ]. Efektivna moč, ki jo daje vetrni generator, je odvisna od številnih faktorjev, vendar je le v ozkem razponu odvisna od hitrosti vetra na tretjo potenco. Maksimalno moč, ki se lahko pridobi s pomočjo vetrne turbine, izračunamo s pomočjo Betzovog zakona, ki opredeljuje, da je mogoče izkoriščati samo del razpoložljive energije vetra (59 %), saj mora veter nadaljevati s pihanjem v svoji smeri, da pusti prost prostor za prihajajoči zrak [7]. Na sliki 2.5 so prikazane krivulje moči vetra v odvisnosti od hitrosti vetra. Razvidno je, da je moč na gredi in na sponkah precej manjša kot dejanska moč vetra, kar pomeni, da se pri procesu pretvorbe izgubi del moči. 15

29 5 Proizvedena moč [kw/m2] Moč vetra Teoretično uporabna energija Moč na gredi vetrnice Moč na sponkah generatorja Hitrost vetra [m/s] Slika 2.5: Odvisnost specifične moči vetrne turbine od hitrosti vetra Merjenje hitrosti vetra, Weibullova distribucija "Hitrost vetra se običajno meri z anemometrom s polkrožnimi lopaticami. Takšen tip anemometra je sestavljen iz vertikalne gredi, na kateri se na vrhu nahajajo tri polkrožne lopatice, ki se obračajo v smeri vetra. Število obratov na minuto registriramo z elektronsko napravo. Z anemometrom se običajno postavlja vetrnica oziroma mehanizem za določanje smeri vetra. Drugi tipi, ultrazvočni ali laserski anemometer, določajo fazni zamik zvoka ali koherentno svetlobo, reflektirano z molekulami zraka, s čimer natančno določajo hitrost vetra na različnih višinah. Na osnovi zbranih podatkov o hitrostih ter smeri vetra se lahko izdelajo diagrami rož vetrov za lokacije. Diagram rož vetrov, primer na sliki 2.6, prikazuje v obliki krogov, kot kompas, razdeljen na 12 enakih delov, vsak 30 stopinj horizontalno, kar predstavlja standard za evropski atlas vetrov [7]." 16

30 Povprečna hitrost 50 m/s Roža pogostosti vetra Slika 2.6: Primer diagrama rože vetrov za hitrosti, smeri i frekvence vetrov [7]. "Karakteristike vetrov na določeni lokaciji so lahko različne iz leta v leto, tako da se energetski potencial vetra lahko razlikuje od leta do leta tudi do 10 %, zato je priporočljivo zagotoviti večletna merjenja karakteristik vetrov na določeni lokaciji. V uporabni vetroenergetiki je pomembno točno določiti spremenljivost hitrosti vetra na potencialni lokaciji z namenom, da bi projektanti lahko zmanjšali proizvodne stroške električne energije. Cilj vsakega investitorja je, da investira čim manj denarja v izgradnjo vetrne elektrarne. Zato je v njegovem interesu dobiti natančne podatke o hitrosti, ki bi projektantom dali vpogled v optimizacijo ter nato na izgradnjo vetrne elektrarne. Mogoče obstajajo boljše rešitve za izgradnjo, kot so recimo načrtovane ali planirane, to bodo raziskovali projektanti na podlagi pridobljenih podatkov! Na karakteristike vetrnega potenciala določene lokacije vpliva konfiguracija terena, oziroma hrapavost terena, ovire pri tleh in podobno. Obsežne površine gozdov, travniki, prekriti z nizkim grmičevjem, in drevesa zmanjšujejo hitrost vetra, medtem ko imajo vodne površine zanemarljiv vpliv na zmanjšanje hitrosti vetra. Zato se področja klasificirajo z vidika hrapavosti območja. Območja z več drevesi ali z večjim številom visokih objektov imajo visok razred hrapavosti, na primer 3 do 4. Nasprotno temu ima morska površina nizek razred hrapavosti, najpogosteje 0. Kot rezultat vplivanja konfiguracije terena lahko nastanejo lokalne spremembe hitrosti vetra, takoimenovani "tunel učinek" ter "gorski učinek". "Tunel učinek" je pojav povečanja hitrosti vetra, ko zračne mase prehajajo preko planinskih prerij, a nastaja zaradi značilnih sprememb toka zračnih površin. "Gorski efekt" se pojasni z dejstvom, da se zrak 17

31 komprimira, kadar veter piha proti pobočju, kar vodi do naraščanja toka vetra s povečevanjem njegove hitrosti. Spremenljivost hitrosti vetra se na določeni lokaciji izrazi z grafičnim prikazom s pomočjo takoimenovane "Weibull" distributivne krivulje. "Weibull" distributivna krivulja, ki je prikazana na sliki 2.7 (rdeča krivulja), grafično prikazuje verjetnost pojava določene hitrosti vetra upoštevaje na podatke na določeni lokaciji[7]." 15 Aktualni podatki Najboljši približek Weibull distribuciji (k =1.486, c=5.93 m/s) 10 Frekvenca(%) Slika 2.7: Primer Weibull distributivne krivulje. 25 v [m/s] V poglavju 3 bodo predstavljeni samooskrbni objekti. Na splošno bo opisano, kaj so samooskrbni objekti, zakaj se gradijo oziroma razlogi gradnje, podani bodo aktualni sistemi certificiranja takih objektov. Opisano bo tudi certificiranje objektov, ki se izvaja pod določenimi navodili. Prav tako bodo v poglavju 3 predstavljeni sistemi za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov. Torej v našem primeru - sistemi za proizvodnjo električne energije s pomočjo energije sonca in vetra. 18

32 3 SAMOOSKRBNI OBJEKTI Vizija teh objektov je, da dajejo več, kot jemljejo, in poleg tega ustvarjajo zdravo in udobnejše življenje za svoje stanovalce, ne vplivajo negativno na podnebje ter delujejo v smeri čistejšega, varnejšega in bolj zdravega okolja. Danes je to glavna tema, s katero se ukvarjajo ljudje, investitorji in inženirji. Slika 3.1 prikazuje področja katera morajo vključevati samooskrbni objekti. okolje udobje energija Slika 3.1: Vizija aktivne hiše. 3.1 SPLOŠNO O SAMOOSKRBIH OBJEKTIH Zeleni objekti, aktivni objekti ali nizkoenergijski objekti prikazani na sliki 3.2 so le nekateri od opisov v širšem smislu "zelene" zasnove objekta. Ta koncept raznolikosti zahteva razvrstitev po posameznih pojmih in njihovih lastnostih. Aktivnost igra vse pomembnejšo vlogo v nepremičninskem sektorju. Ukrepi niso omejeni samo na višjo energetsko učinkovitost, ampak na izboljšano toplotno izolacijo in napredne strategije načrtovanja. Ob okoljskih dejavnikih ukrepi pogosto obsegajo tudi številne druge vidike, 19

33 kot so na primer stroški v življenjskem ciklu, ter zdravstvene ali socialno-kulturne vidike. Obstaja obsežna vrsta poimenovanj za objekte, ki imajo večje ali boljše "aktivne" značilnosti od običajnih objektov. Segajo od nizkoenergijskih objektov, ki upoštevajo le energetsko učinkovitost, pa vse do aktivnih objektov, ki vključujejo vse vidike, kot so: učinkovita raba obnovljivih virov, preprečevanje nastajanja odpadkov, okolju prijazni gradbeni materiali, skladnost z lokalnimi podnebnimi razmerami, omejen vpliv na okolje (na primer manjše emisije, hrup in vonjave), stroški življenjskega cikla, zdravstveni vidiki, blizu mesta in dostopa do javnega prevoza, učinkovito vodenje objekta, socialni vidiki in udobje za uporabnike, visoka stopnja udobja [8]. Slika 3.2: Primeri samooskrbnih objektov [9], [10]. 20

34 3.1.1 Ekološki cilji Energetska učinkovitost "Načrtovanje objektov z višjo vlago - toplotno zaščitno kakovostjo je postalo svetovni standard. Leta 1970 so bili v zakonodajo uvedeni prvi predpisi s področja toplotne zaščite, ob tem pa so se ideje inženirjev in posledično tudi materiali še naprej razvijali. Razlogi, kot so stalna rast cen energentov in strožje zakonske zahteve, so povzročili začetek optimizacije celotnega koncepta objekta. Študije so v praksi pokazale, da se lahko z inteligentnimi koncepti prihrani do 60 % energije v primerjavi s sodobno opremo. Z energetskega vidika se dobro načrtovan objekt izkaže tako, da izpolnjuje zahteve ekonomske učinkovitosti, udobja in zdravja za uporabnike in, ko je to mogoče, majhno povpraševanje po energiji, vključno s proizvodnjo, uporabo in odstranjevanjem dodatnih produktov. Slika 3.3 prikazuje zahteve ekonomske učinkovitosti [11]." Slika 3.3: Energetska učinkovitost je le eden od ekoloških ciljev [12]. 21

35 Socialni vidiki "Socialna komponenta vključuje različne dimenzije v gradbeništvu. Prvič, socialne standarde je treba upoštevati pri proizvodnji, vzdrževanju in demontaži gradbenih strojev in izdelkov. Kot drugo, objekti morajo biti koristni za njihove lastnike in na koncu za interesne skupine, ki so neposredno ali posredno pod vplivom drugih dejavnikov. Skratka, navedeni objekti morajo služiti za potrebe uporabnikov na vseh ravneh človekovega življenja, recimo, za prijetno in učinkovito delovno mesto, dostopno in zdravo življenje, udobje uporabnika, funkcionalnost in izpolnjenje privlačnega dizajna notranjosti in zunanjosti [11]." Ekonomski cilji "Povezovanje gospodarstev iz holističnega pristopa k trajnostnemu razvoju je pomemben vidik, da bi se povečalo njegovo sprejetje v vsakdanjem življenju. Socialni in okoljski vidiki bi morali biti zadovoljeni z minimalnimi finančnimi naložbami. Za vrednotenje takega projekta se upoštevajo izdatkovni in potencialni prihodki. Na izdatkovni strani to pomeni, da so skupni stroški tisti, katere objekt proizvaja v svojem življenju, od gradnje do razgradnje in recikliranja objekta [11]." Učinkovitost resursov "Zmerna uporaba virov vključuje tako premislek o uporabi recikliranih materialov v gradbenih proizvodih kot tudi ravnanje z novopridobljenimi materiali v posameznih življenjskih fazah objekta. Ponovna uporaba in recikliranje so tudi pomembni vidiki učinkovitosti virov, saj prispevajo k zmanjšanju porabe primarnih surovin. Materiali za ponovno uporabo in recikliranje, prikazano na sliki 3.4, so oziroma bodo tako na voljo tudi za prihodnje generacije. Hkrati spodbujajo zmanjševanje količine odpadkov, medtem ko se 22

36 pri neučinkovitem sežiganju ali odlaganju ne more izvesti ponovnega recikliranja materiala. Takoimenovano "krožno" upravljanje ima pomembno vlogo pri zmanjševanju emisij. Na eni strani se količina emisij, ki nastane z zgorevanjem odpadkov, zmanjša, na drugi strani se stroški za ekstrakcijo virov in proizvodnjo novih materialov prav tako zmanjšajo [11]." Slika 3.4: Učinkovitost virov preučuje koriščenje ter uporabo recikliranega materiala [13] Zmanjšanje emisij "Poleg učinkovitosti virov, škodljive emisije plinov pomembno vplivajo na ekološko kakovost objekta. In tudi tu je potrebno upoštevati celotno življenjsko dobo objekta, vključno z gradnjo, demontažo in recikliranjem. Politika se trenutno osredotoča na zmanjševanje emisij toplogrednih plinov, od katerih je CO 2 približno 75 %, torej predstavlja velik del. Ampak tudi druge emisije, kot so kisli dež, žveplov dioksid in fluorklorovi plini, ki uničujejo ozonski plašč, bi bilo treba preprečiti ali pa poskušati zmanjšati njihove emisije. Posledice, povzročene zaradi navedenih dejavnikov, je zelo težko oceniti. Trajnost opisuje prihodnje donosnosti naložb. Delna prihodnost rentabilnosti je odvisna od trajnosti gradbenih materialov. Deloma je učinkovitost odvisna od sprememb na trgu, kot so na primer povečanje/zmanjšanje cen energentov. Popoln pristop in vrednotenje objekta v celotnem življenjskem ciklu podpira tudi rizični menedžment na 23

37 idealni način. Cilj trajnostnega načrtovanja je zmanjšati skupne stroške objekta, pri čemer se upoštevajo merila za rentabilnosti, skladnost ter socialni in okoljski cilji [11]." 3.2 CERTIFICIRANJE SAMOOSKRBNIH OBJEKTOV Zakaj certificirati? "Razlogi marketinga in prestiža lahko prispevajo k odločitvi za certificiranje. Vendar pa je treba opozoriti, da se trajnostna gradnja v skladu z nekaterimi merili ne izplača samo in le v primeru certificiranja. Tudi če niso zaželeni, so lahko sistemi certificiranja za trajnostno gradnjo, kot so LEED, DGNB in BREEAM, z njihovimi merili velika pomoč pri trajnostnem načrtovanju in gradnji. Sistemi certificiranja lahko služijo kot vodilo za načrtovanje in kot orodje za zagotavljanje kakovosti. Certificiranje poskuša optimizirati delovanje kazalnikov v vseh sektorjih objekta, od gradnje prek uporabe do na koncu recikliranja objekta. Načrtovanje trajnostnih objektov lahko privede do višjih investicijskih stroškov. Certificiranje, ki temelji na trajnostnih merilih zgrajenih objektov, lahko pomaga pri dokazovanju visoke kakovosti nepremičnin, s katerimi se lahko na trgu dosegajo tudi višje cene najema. Ob temu sistematičen pristop k certificiranju podpira pomembne procese, kot so celovito načrtovanje, postavljanje ciljev, konkurenca, javna naročila in zagotavljanje kakovosti. Glede na vse to je graditelj ob podpori posebej usposobljenih svetovalcev neobremenjen in s tem doseže uspešen rizični menedžment. Zaenkrat ni jasno, kako bodo dokazi o trajnosti objekta v prihodnosti pomembni ter koliko bodo navedeni kazalniki pomembni za nadaljnji razvoj objektov. Usmeritve sistema certificiranja kot tudi oblikovanje objektov se torej uporabljajo kot pomoč za primerno potrebno dokumentacijo in tudi za prihodnje certificiranje [11]." 24

38 3.2.2 Znani sistemi certificiranja "S certifikati za trajnost ali certifikati za zelene objekte se izkazuje trajnost in kakovost objekta. Pri tem so objekti ocenjeni v skladu z vnaprej določenimi merili. V zadnjih nekaj letih je bilo razvitih več certifikatnih sistemov. Najbolj znani od teh sistemov, ki se uporabljajo v večini držav po svetu, so: BREEAM (British Research Establishment - postopek presoje vplivov na okolje), LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) in DGNB (Deutsches Gütesiegel des Nachhältigen Bauens). Merila in metode dokazovanja trajnosti ter predpisana dokumentacija pri posameznih sistemov certificiranja so različni in odvisni od posameznega sistema. Ta odstopanja so predvsem posledica različnih okolij, ki so privedla do razvoja posameznih sistemov. Ob upoštevanju zakonskih zahtev držav je razumljivo, da se svetovna ozaveščenost o učinkoviti rabi virov, energije, emisij, odpadkov, vključno z razvojem posebnih postopkov, izdelkov in tehnologij hitro razvila. Zato so države, ki so uvedle prvo zakonodajo o trajnostnem gradbeništvu, vodilne v segmentu trajnostne gradnje. V drugih regijah so podobno kot pri nas obstoječe zakone in norme nadomestili s certifikati, ki se prednostno ukvarjajo s podajanjem ustreznih ukrepov in predlogov gradbenih sistemov za trajnostno gradnjo. Zaradi teh ukrepov je "zelena" gradnja v svetu postala standard [11], [8]." Das Deutsche Gütesiegel des Nachhältigen Bauens und das Bewertungssystem des Nachhältigen Bauens für Bundesgebäude "Nemčija je kot največji nepremičninski trg v Evropi zaostajala za ZDA na področju certificiranja. Šele leta 2009 je bil v Nemčiji objavljen dokument "das Deutsche Gütesiegel des Nachhältigen Bauens" (nemška oznaka trajnostne gradnje). Čeprav so okoljski standardi v Nemčiji bistveno višji kot v ZDA in v drugih državah, si je Nemčija z uvedbo certifikata nekoliko zapletla položaj, ker je dovoljenje za okolje zelo težko dobiti. DGNB se uporablja predvsem za gradbene projekte zasebnih investitorjev. Za javne objekte je BMVBS (Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung - državno ministrstvo za promet, gradbeništvo in razvojni center) na temelju skupnih programov in razvitih metod za objekte naredilo sistem ocenjevanja trajnostnega objekta (BND das 25

39 Bewertungssystem des Nachhältigen Bauens für Bundesgebäude). Ta dva sistema sta zaradi skupne zgodovine zelo podobna. Način, kako izpostaviti merljiv odnos do objektov, je s strani DGNB-a definiran z več kot 60 kriteriji, ki vplivajo na trajnost objekta. Merila so razdeljena na področje ekologije, ekonomije in družbenega sektorja. Edinstvenost enega od treh dimenzij trajnosti za merila ni možna, saj so vsi tesno vezani drug na drugega. Zato so navedenim sektorjem kakovosti okolja, ekonomski kakovosti in socialno-kulturni ter funkcionalni kakovosti dodani medsektorji tehnična kakovost in procesna kakovost. Dva prečna sektorja bi morala glavnim sektorjema zagotavljati osnovno tehnično in organizacijsko kakovost ter kakovost za doseganje trajnosti [11]." Leadership in Energy and Environmental Design "LEED sistem (Leadership in Energy and Environmental Design) prihaja iz ZDA in je bil razvit pred nemškim sistemom. Že samo ime pove, da je to sistem, ki v prvi vrsti ocenjuje kakovost okolja stavbe. Sistem obsega več okoljskih meril, ki se podpirajo in dvigajo vrednost objekta. Merila za ocenjevanje so razdeljena na naslednja področja: učinkovita raba vode, inovativna zasnova, lokacija, material, viri, kakovost zraka, energija, atmosfera in trajnostno gradbišče, prikazani na sliki 3.5. Ocena je razdeljena na štiri stopnje: certificirano, srebrno, zlato in platinasto. Pomembno je omeniti, da se ameriški sistem opira na ameriške standarde in norme ter se močno razlikuje od sistemov v Evropi [11]." 26

40 Učinkovitost izkoriščanja vode Kakovost zraka Regionalne bonus točke Energija in atmosfera Inovativni dizajn Pozornost in navodila Položaj in veze Trajnostna gradbišča Materiali in viri Slika 3.5: Področja, ki se ocenjujejo v sistemu LEED [11] Building Research Establishment Environmental Assessment Method "BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method) je enako kot metoda LEED motivirana k ekološkim sistemom certificiranja. Tukaj se tudi predlagajo konkretni ukrepi za izboljšanje kakovosti okolja objekta. Ocenjuje se upravljanje, zdravje, energija, prevoz, voda, uporaba ekoloških materialov, ravnanje z odpadki, raba zemljišč, ekologija, onesnaževanje okolja in inovacije. Pri ocenjevanju posameznih kriterijev so področja razdeljena, kot sledi: sprejet (passed), dober (good), zelo dober (very good), odličen (excellent) in izreden (outstanding). Vendar je pri predstavljanju tega sistema potrebno opozoriti, da je le-ta britanski in temelji na britanskih zakonih in normah! Prednost pred metodo LEED je ta, da se BREEAM metoda nanaša na 27

41 metrični sistem, ki se uporablja v Evropi, in podaja smernico za prihodnost nadaljnjega približevanja britanskih in nemških standardov, kar podpira idejo o nastanku skupne evropske standardizacije za certificiranje [11]." Pregled certificiranja Čeprav se posamezni sistemi razlikujejo v mnogih pogledih, je mogoče poudariti nekatere podobnosti: Uporaba sistema temelji na prostovoljni osnovi. Če gradbeniki sprejmejo odločitev in potrdijo gradnjo objekta skladno s smernicami certificiranja, poteka zbiranje dokumentov, potrebnih za potrditev skladnosti gradnje s smernicami certificiranja, s pomočjo usposobljenih strokovnjakov, ki lahko svetujejo pri načrtovanju in gradnji objektov. Kakovost okolja se ocenjuje v vseh sistemih. Certificiranje se izvaja ob dokončanju gradnje objekta. Uporaba trajnostnega objekta se ne ocenjuje, ocenjuje se samo trajnostni potencial uporabe. "Potrebno je opozoriti, da od vseh sistemov le DGNB prikazan na sliki 3.6, vsebuje najbolj obsežne ekološke, ekonomske in socialne kriterije in je edini sistem, ki se uporablja pri ocenjevanju zelenih in trajnostnih objektov. Poleg vsega je DGNB sistem najprimernejši za našo uporabo, ker imamo pri nas podobne zakone in norme in ni potrebno izvajati dodatnih preračunov, kot je to potrebno pri sistemih LEED in BREEAM. Globalno standardizacijo certificiranja, ki jo trg zahteva, je težko definirati. Na prvi pogled se zdi zaželena uporaba enotnega sistema za ocenjevanje vseh objektov. Definicija trajnosti je v veliki meri odvisna od lokalnih robnih pogojev (klimatskih, kulturnih ali političnih). Ne obstaja univerzalno optimalna trajnostna rešitev. Vsak objekt je treba oceniti glede na njegove učinke ob upoštevanju posebnih okoliščin. Za boljšo mednarodno primerljivost različni proizvajalci trenutno delajo na pripravi skupne osnovne sistema certificiranja. Tako bodo merilne metode za enake politične parametre (poraba CO 2, poraba energije) združene, medtem ko bo ocenjevanje doseženih vrednosti ostal poseben sistem za določeno regijo [11]." 28

42 Ekološka kakovost Ekonomska kakovost Socialno-kulturna in funkcionalna kakovost 25 % 25 % 22,5 % Tehnična kakovost 22,5% Procesna kakovost 10 % Kakovost lokacije Slika 3.6: V potrdilu DGNB je ocenjeno pet glavnih skupin meril kakovosti pri ocenjenem objektu. Ocenjuje se tudi izbira lokacije [11]. 3.3 SISTEMI ZA OSKRBO OBJEKTOV Z ENERGIJO "Sedanje svetovno povpraševanje po energiji zagotavlja energiji, pridobljeni iz obnovljivih virov, ključno vlogo: naš energetski model torej stoji pred pomembno preobrazbo. Decentralizirana proizvodnja vse bolj nadomešča centralizirano proizvodnjo (elektrarne), prav tako spodbuja učinkovitejše in cenejše shranjevanje energije. Decentralizirana proizvodnja ima še eno prednost, kar pomeni, da se ta energija uporablja bolj učinkovito, s takšno proizvodnjo se izognemo težavam transportnih poti, prav tako pa se smiselno uporabljajo lokalni viri energije. Zato so danes vse pogosteje v uporabi sistemi, ki so nameščeni na objektih in s pomočjo obnovljivih virov energije proizvajajo energijo, ki je potrebna za oskrbo objekta. Pomembno je omeniti, da je v primeru odvečne energij, ali v primeru, ko se proizvede več energije, ta shrani v hranilnike energije ali se če gre za električno energijo - pošlje v omrežje. V nadaljevanju bodo navedeni primeri sodobnih sistemov za oskrbo objekta predvsem z električno energijo, ki so v uporabi že danes [14]." 29

43 3.3.1 Fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije Fotovoltaični sistemi, slika 3.7, so alternativa za uporabo doslej neuporabljenega prostora na strešnih površinah in odprtih površinah okoli objekta. Proizvedena električna energija iz sončne elektrarne v sistemu, priključenem na omrežje, pošilja in shranjuje odvečno električno energijo v omrežju. Prav tako se lahko višek električne energije shrani s pomočjo baterij za zasebno porabo in se tako shranjena električna energija uporabi na objektu. V večini primerov se proizvede električna energija, in ta se iz takih sistemov shrani v omrežju. Odvečno električno energijo prodamo, zato tovrstne sisteme štejemo za stroškovno učinkovite [14]. fotovoltaični moduli sprednji kontakt antirefleksivna folija N plast NP prehodna plast P plast kontakt zadaj nosilec porabniki števec shranjene energije pretvornik števec porabe energije Slika 3.7: Shema fotovoltaičnog sistema za proizvodnjo električne energije [14] Sistemi za proizvajanje električne energije s pomočjo energije vetra Sistemi, ki se poleg sončne elektrarne najpogosteje uporabljajo za proizvodnjo električne energije, so sistemi malih vetrnih elektrarn. Prednost vetrnih elektrarn je majhna površina, potrebna za inštalacijo. Priporočljivo je vetrno elektrarno namestiti na površinah, kjer ni 30

44 nobenih ovir, ki bi lahko spreminjale hitrost vetra. Sistemi niso preveč dragi in jih lahko sami namestimo. Poleg vetrne elektrarne za oskrbo objekta z električno energijo rabimo električno opremo, kot so različna stikala, hranilnik energije, inverter DC AC toka in električni števec. Minimalna hitrost vetra, ki zadostuje za delovanje vetrnih elektrarn, je med 3 in 5 m/s. V primeru prevelikih hitrosti vetra se vetrnica izklopi, zaradi zaščite. Primer sistema za proizvodnjo električne energije je podan na sliki 3.8. vetrnica hranilnik - inverter omrežje za spremljanje stop stikalo električni števec Slika 3.8: Shema sistema z vetrnico za proizvodnjo električne energije. V naslednjem poglavju bomo dimenzionirali sistem samooskrbe družinske hiše z električno energijo. Pri tem bomo upoštevali dejstva iz poglavij in Dimenzionirani sistem (objekt) je enodružinska hiša, za katero bomo naredili projektno nalogo. Projektna naloga bo zajemala načrtovanje sistema za napajanje objekta z električno energijo s pomočjo energije sonca in vetra. Pri tem bomo načrtovali čim večjo samooskrbo objekta z električno energijo. Prav tako bodo na koncu prikazani tehnični podatki in ekonomska analiza upravičenosti izgradnje samooskrbnega sistema. 31

45 4 NAČRTOVANJE SISTEMA ZA NAPAJANJE OBJEKTA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO S POMOČJO ENERGIJE SONCA IN VETRA 4.1 PROBLEM Vse večje klimatske spremembe, ki smo jih predstavili v poglavju 1, nas vodijo v smer, k proizvodnji in racionalni rabi električne energije. Sistemi za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov energije dokazano ne vplivajo na naše okolje in je njihova uporaba zaželena iz več razlogov. Poglavitni razlog je, da ne onesnažujejo okolja in so zanj nevtralni, drugi pa je, da se lahko z vključevanjem obnovljivih virov energije ločujemo od skupnega energetskega omrežja, v katerem se bo cena električne energije naraščajoče spreminjala, kot smo omenili v poglavju 2. Poleg tega se nam ponuja gradnja hiš na območjih, ki so težko dostopna in so ločena od energetskega omrežja. Zato bomo v nadaljevanju poglavja poskusili dimenzionirati samostojni sistem, ki bo družinsko hišo napajal z zadostno količino električne energije. Pri izpolnjevanju zastavljenega cilja pričakujemo, da se bomo srečali z izzivi, ki bodo lahko predstavljali ovire k uspešni realizaciji projekta, kot so na primer: Kje namestiti sončne module in vetrnico? Koliko električne energije lahko proizvedemo na našem področju? Kako izbrati pravilno opremo? Koliko priključne moči potrebujemo za uspešno delovanje sistema? Katerega proizvajalca opreme naj izberemo? 32

46 4.2 NAMEN Osnovni namen magistrske naloge je podati vpogled v projektiranje hibridnih ali samostojnih sistemov. Velik del prebivalstva si ne predstavlja, da bi takšni sistemi lahko zamenjali njihov obstoječ sistem oziroma energetsko omrežje. Zato bomo opisali vse potrebne korake, od določanja dnevnega profila obremenitve, izračuna proizvodnje energije iz sončne in vetrne elektrarne, povezovanje navedenih sistemov v en sam sistem. Na koncu bo predstavljena ekonomska analiza načrtovanega sistema. Poglaviten namen dela je predstaviti, da so takšni sistemi konkurenčni konvencionalnim sistemom in s tem dostopni večini prebivalstva, kar ekonomska analiza projekta tudi potrjuje. 4.3 CILJ Cilj magistrske naloge je predstaviti vpogled v projektiranje, investicijo in ekonomsko (ekološko) donosnost samostojnih sistemov ter predstaviti vse prednosti, ki se nam nudijo z izgradnjo navedenih sistemov. Poleg ekoloških in ekonomskih prednosti obstajajo tudi druge prednosti, ki nam jih ponujajo takšni sistemi. Vodilno vlogo pri temu imajo tehnične prednosti oziroma samostojnost, kar pomeni da smo neodvisni od dobaviteljev električne energije ter od izpadov iz elektroenergetskega omrežja. Postavitev sončne ali vetrne elektrarne omogoča izkoriščanje neuporabljenih površin stanovanjskega objekta. Ponuja se nam tudi možnost gradnje stanovanjskih objektov na težko dostopnih, v glavnem neizkoriščenih območjih. Težko dostopna območja nimajo dostopa do priklopa na električno omrežje tudi zaradi visokih investicijskih stroškov. Investicija v sistem za uporabo OVE je precej nižja kot pa investicija v konvencialno energetsko omrežje, kar bo predstavljeno tudi v ekonomski analizi. Na koncu se zastavljajo vprašanja, zakaj bi plačali za električno energijo, medtem ko se nam brezplačna energija ponuja na dlani, potrebna je le odločitev za investicijo. Investicija ne prinaša koristi le investitorju temveč tudi ostalemu prebivalstvu in tudi prihodnjim generacijam. 33

47 4.4 NALOGA Za enostanovanjski objekt je potrebno določiti zadosten elektroenergetski sistem, ki bi objekt oskrboval s potrebno električno energijo dnevni ravni. V analizi je potrebno upoštevati, da se stanovanjski objekt lahko uporablja v obdobju 12-ih mesecev. Pri dimenzioniranju energetskega sistema oziroma določanja trajne obremenitve je potrebno vzeti v obzir, da stanovanjski objekt vsebuje naslednje porabnike: črpalko za vodo (hidrofor), pralni stroj, hladilnik, TV sprejemnik, računalnik, sesalnik, likalnik, sušilec las, razsvetljavo. 4.5 DEFINIRANJE OSNOVNIH PARAMETROV POTREBNIH ZA REALIZACIJO PROJEKTA Pred izvajanjem kakršnih koli izračunov je potrebno določiti vrednost obremenitve, ki jo mora energetski sistem zadovoljiti, ne glede na to ali gre za priključek objekta na javno omrežje ali na samostojni energetski sistem. Na podlagi določitve obremenitve in opredelitve razpoložljivih obnovljivih virov energije (v primeru samostojnega energetskega sistema) se izberejo ustrezne komponente sistema. Prvi korak pri opredelitvi projekta je torej definicija in pridobivanje čim bolj natančnih vstopnih parametrov. Vstopni parametri so: podatki o obremenitvi sistema za vsaj en dnevni profil, podatki o razpoložljivih obnovljivih virih energije za dano lokacijo, na podlagi katerih je mogoče zaključiti, ali je posamezen obnovljivi vir primeren za proizvodnjo električne energije. 34

48 4.5.1 Definiranje dimenzij objekta ter lokacija porabnikov Površina strehe in okolice Za načrtovanje samostojnega sistema je pomembna uporabna površina, ki jo je mogoče uporabiti za namestitev fotonapetostnih modulov ter vetrnice. Iz slike 4.1 je razvidno, da imamo na voljo dovolj prostora za namestitev fotonapetostnih modulov in vetrnice. Sleme strehe je obrnjena primerno v smeri sever jug, kar je zadovoljivo, saj se fotonapetostni moduli nameščajo na južni strani strehe. Površina za namestitev vetrnice je tudi primerna, ker se v bližini ne nahajajo druge zgradbe ali predmeti, ki bi predstavljali ovire in bi posledično vplivali na hitrost vetra. Slika 4.1: Površine, namenjene namestitvi fotonapetostnih modulov in vetrnice. Dodatni parameter, ki ni nič manj pomemben, je tudi naklon sprejemne površine fotonapetostnih modulov. Optimalen naklon strehe za področje Međimurja je med 30 in 40. V našem primeru znaša vrednost kota naklona strehe okoli 35, kar pomeni, da ni potrebno spreminjati naklona postavitve fotonapetostnih modulov. 35

49 Lokacija porabnikov Zaradi lažje predstavitve objekta bomo prikazali tudi razpored porabnikov v prostoru. Obravnavani objekt je razdeljen v 3 nadstropja. Prostori so prikazani na slikah Pred tem velja omeniti, da so porabniki na slikah označeni simbolično in ne s standardnimi simboli tehničnega risanja v električnih projektih. Na sliki 4.2 je prikazano pritličje, v katerem so štirje uporabni prostori, v garaži se nahaja ena svetilka, v kotlovnici zraven svetilke je nameščen hidrofor, v skladišču in hodniku se nahajata po ena svetilka. shramba hodnik hidrofor svetilke kotlovnica Slika 4.2: Razpored porabnikov v pritličju. garaža V prvem nadstropju, ki je prikazano na sliki 4.3, imamo največ porabnikov. Nadstropje je sestavljeno iz osmih prostorov. V kuhinji se poleg svetilke nahajajo hladilnik, radio in toaster, v kopalnici so nahajajo pralni stroj, svetilka ter sušilec las. V dveh sobah se nahajata po ena svetilka in samo v eni sta sesalnik in likalnik. V dnevni sobi sta svetilka in TV sprejemnik. Na hodniku sta zaradi potrebne svetlobe nameščeni 2 svetilki. Na balkonu, ki je ločen od notranjih prostorov, se nahaja svetilka. 36

50 soba 2 shramba hodnik soba 1 sušilec las svetilke hladilnik radio TV sprejemnik pralni stroj toaster sesalnik likalnik kuhinja dnevna soba balkon kopalnica Slika 4.3: Razpored porabnikov v 1. nadstropju. Drugo nadstropje prikazano na sliki 4.4 je sestavljeno iz šestih prostorov, trije prostori so v uporabi, ostali prostori so še v fazi izgradnje. V sobi se poleg svetilke nahajajo računalnik in TV sprejemnik ter radio. V drugi sobi in v hodniku se nahajata po ena svetilka. Zaradi svetlobe se v ostalih neuporabljenih prostorih, v "predvideni" dnevni sobi in na balkonu nahajajo tri svetilke. 37

51 soba 3 hodnik soba 4 svetilke računalnik TV sprejemnik radio kopalnica v izdelavi balkon dnevna soba v izdelavi Slika 4.4: Razpored porabnikov za 2. nadstropje Kreiranje dnevnega profila obremenitve Podatke o obremenitvi objekta je mogoče pridobiti na dva načina. Prvi in najprimernejši način je priklop wattmetra na objekt s podobnimi porabniki ter snemanje porabe električne energije skozi določeno obdobje. Drugi način je kreiranje tabele obremenitev iz nazivnih podatkov porabnikov stanovanjskega objekta, ki smo jih uporabili. Pri kreiranju dnevnega profila obremenitve smo poskušali izmeriti, koliko časa oziroma koliko ur, minut, obratuje posamezen porabnik. Izračun časa delovanja posameznih porabnikov je podan v PRILOGI A. Izračun nam ponazarja, da največ električne energije poleg hladilnika uporabljajo TV sprejemnik, računalnik in radio. Posebno pozornost smo namenili merjenju vremenskih intervalov obratovanja "večjih porabnikov", kot so hladilnik ter črpalka za vodo (hidroforja). Velja omeniti, da takšen način kreiranja dnevnega profila obremenitve predstavlja odklon od realnih vrednosti. V 38

52 tabelah 4.1 in 4.2 so prikazani načini kreiranja dnevnega profila obremenitve z uporabo nazivnih podatkov porabnikov ter z merjenjem vremenskih intervalov delovanja navedenih porabnikov. V tabeli 4.1 so za vsak porabnik podani naslednji podatki: inštalirana moč, število naprav, čas delovanja, η faktor izgub ter skupna porabljena električna energija. Poleg teh parametrov so dodatno podani še porabljena energija v dnevnem in nočnem času, saj se cene za porabljeno električno energijo razlikujejo glede na termin odjema, torej dnevni ali nočni odjem. Zadnji stolpec tabele podaja skupno ceno porabljene električne energije. Tabela 4.1: Prikaz skupne dnevne obremenitve (cena dnevne tarife električne energije je /kwh, cena nočne tarife električne energije je 0.07 / kwh). PORABNIK MOČ [W] KOM ČAS DELA [h] η PORABLJENA ENERGIJA [Wh] DAN [Wh] NOČ [Wh] CENA [ /kwh] 1. Hidrofor Razsvetljava TV sprejemnik Računalnik Sesalnik Sušilec las Likalnik Hladilnik »se nadaljuje«39

53 »nadaljevanje«porabnik MOČ [W] KOM ČAS DELA [h] η PORABLJENA ENERGIJA [Wh] DAN [Wh] NOČ [Wh] CENA [ /kwh] 9. Pralni stroj Toaster Radio Napa Σ 9000 [W] 28kom [Wh] 1.61 [ /dan] Iz PRILOGE B distributerja električne energije HEP je jasno razvidno, da se vrednosti porabe električne energije, ki smo jo pridobili z izračunom, ter vrednost porabljene energije, ki smo jo pridobili s strani HEP distributerja, delno ujemata. Sklepamo, da je naš postopek določanja porabe električne energije zadovoljiv. Skupno porabljeno energijo W por smo izračunali tako, da smo moč porabnikov P pomnožili s številom porabnikov n, s časom delovanja t ter s faktorjem izgub η na naslednji način: W por P n t Wh (4.1) kjer je: η faktor izgub (uporablja se zaradi starejših aparatov, torej na navedenih porabnikih se izgubi 40 % električne energije) [-], P moč porabnikov [W], t čas delovanja [h], n število porabnikov [-]. 40

54 Tabela 4.2 nam prikazuje obremenitve na dnevni ravni s pomočjo urnih vrednosti. V tabeli 4.1 smo torej za vsakega porabnika določili njegovo delovanje skozi cel dan. To je pomembno, ker bomo lahko razbrali, v katerem obdobju dneva porabimo največ energije. To porabo bomo kasneje primerjali s proizvodnjo električne energije, ki jo bomo prikazali na enak način. Tabela 4.2: Prikaz obremenitve na dnevni ravni s pomočjo urnih vrednosti. Ur [h] :00 01: :00 02:00 02:00 03:00 03:00 04: :00 05:00 05:00 06:00 06:00 07: :00 08: :00 09:00 09:00 10: :00 11:00 11:00 12:00 12:00 13: :00 14:00 14:00 15:00 15:00 16: :00 17: :00 18: :00 19: »se nadaljuje«41

55 »nadaljevanje«ur [h] :00 20: :00 21: :00 22: :00 23: :00 24:00 Skupna porabljena energija[wh] Σ = [Wh] Določanje obremenitve na dnevni ravni in prikaz le-te bomo prikazali tudi grafično. Po končani simulaciji smo dobili grafični prikaz porabe moči, ki je ponazorjen na sliki 4.5. Diagram porabe moči na sliki 4.5 kaže največjo porabo v času okoli 20. in 21. ure, saj je takrat vklopljenih največ porabnikov. Povišana raba je opazna tudi med 7. in 8. uro, v času odhoda v službo, pred tem pa se še poslušajo novice na radiju, TV sprejemniku in računalniku. 42

56 4 Povprečna poraba električne moči v hiši na dan 3.5 poraba električne moči [kw] Slika 4.5: Grafični prikaz porabe električne moči na dnevni ravni. Na sliki 4.6 je prikazana porabljena električna energija, ki smo jo pridobili z integriranjem porabljene moči P po časovnem intervalu t. Na sliki 4.6 je razvidno, da največja skupna porabljena električna energija doseže vrednost 13.8 kwh. ur [h] 14 Povprečna poraba električne energije v hiši na dan 12 poraba električne energije [kwh] ur [h] Slika 4.6: Grafični prikaz porabe električne energije na dnevni ravni.

57 5 ANALIZA IN REZULTATI 5.1 OCENA RASPOLOŽLJIVOSTI OBNOVLJIVIH VIROV ENERGIJE Kot je navedeno v magistrski nalogi, je realizacijo napajanja enostanovanjskega objekta mogoče izvesti z uporabo energije sonca, energije vetra ter z agregatom/generatorjem kot dodatnim virom energije. Izbrana lokacija stanovanjskega objekta je v Međimurju, bolj natančno v Svetem Križu, kot je to prikazano na sliki 5.1. Objekt je obrnjen v smeri sever jug in, v širši bližini ni ovir za zračne pretoke. Međimurje, Sveti Križ Slika 5.1: Prikaz lokacije objekta [15]. 44

58 5.1.1 Ocena razpoložljive energije vetra Za pripravo kakovostne analize potenciala energije vetra za določeno lokacijo je potrebno meriti hitrosti vetra in smer vetra v časovnem obdobju več zaporednih let. Ob tem je pomembno poznavanje topografije terena ter bližine morebitnih ovir za zračne pretoke. Odgovor na vsa vprašanja glede energetskega vetrnega potenciala dane lokacije bi lahko podal atlas vetrov. Na Hrvaškem je izdelava atlasov vetrov v začetni fazi, saj se je šele pred kratkim pojavilo zanimanje za gradnjo vetrnih elektrarn (gradnja vetrne elektrarne na Pagu). Na Hrvaškem torej ne obstaja baza podatkov, iz katere bi lahko razbrali potencial vetra za določeno lokacijo. Na področju Svetega Križa, v Međimurju, so bile merjene hitrosti vetra v obdobju od leta do leta Izmerjena srednja letna hitrost vetra znaša 4.7 m/s, ocenjene hitrosti za področje objekta so tako od 4.6 m/s do 4.8 m/s (slika 5.2)[15]. Čeprav se srednja letna hitrost vetrov ne more neposredno povezati s potencialno proizvedeno električno energijo iz vetrne elektrarne, lahko le-ta kljub temu kakovostno služi kot indikator prisotnosti vetra na dani lokaciji. Minimalna srednja letna hitrost vetra oziroma spodnja meja koristnega dela vetrne elektrarne, pri kateri je ekonomsko upravičeno graditi vetrno elektrarno, se giblje med vrednostjo 4 in 5 m/s. Iz atlasa vetra za Međimurje, prikazanega na sliki 5.2, je razvidno, da je srednja letna hitrost vetra na dani lokaciji 4.7 m/s, tako da lahko zaključimo, da je lokacija objekta ugodna za gradnjo manjšega sistema za proizvodnjo električne energije s pomočjo vetra.. 45

59 Slika 5.2: Karta vetra za področje Međimurja, obdobje [15] Ocena razpoložljivega vira sončne energije Letna sončna obsevanost vodoravne površine je osnovni parameter, s pomočjo katerega se oceni potencial energije sonca na določeni lokaciji ali na širšem področju. Obsevanost vodoravne ravnine na širšem področju (kot področje pokrajine) je prostorno distribuirano odvisno od zemljepisne dolžine (povečuje se v smeri sever-jug), od topografije terena (zmanjšuje se v smeri od morja proti kopnem) ter od klimatoloških značilnosti samega prostora. Međimurska pokrajina se nahaja v kontinentalnem delu Hrvaške, ki ima relativno stalno delitev potenciala sončnega sevanja. Ta pokrajina se nahaja na samem severu Hrvaške ter vključuje relativno enotno geografsko območje. Srednja letna obsevanost vodoravne ravnine na njeni največji površini je 1.22 MWh/m 2, kar je prikazano v tabeli 5.1. V poletnih mesecih je največja obsevanost, in to v juniju in juliju. Podrobni podatki o sončnem obsevanju na področju međimurske pokrajine so dostopni v bazi podatkov PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System, ki omogoča določitev sevanja na površino skoraj za vsako lokacijo. 46

60 Tabela 5.1: Povprečno dnevno obsevanje vodoravne ravnine po mesecih [MWh/m 2 ] [15]. Lokacija Sveti Križ Mesec Globalno Razpršeno Direktno Januar Februar Marec April Maj Junij Julij Avgust September Oktober November December Sk.let.[MWh/m 2 ] Glede na to, da zemljepisni položaj, vremenski pogoji ter blaga klima zagotavljajo dobre pogoje za izkoriščanje sončne energije v severni Hrvaški, območje međimurske pokrajine sodi v zadovoljiv del razpoložljivega sončnega potenciala. Na osnovi prikazanih podatkov lahko zaključimo, da je podana lokacija v Svetem Križu primerna za gradnjo sončne elektrarne. Torej za lokacijo enostanovanjskega objekta v Međimurju, podrobneje v Svetem Križu, je ugotovljeno, da sta razpoložljivi potencial vetra in sončni potencial primerna za proizvodnjo električne energije oziroma za izgradnjo samostojnega energetskega sistema. 47

61 5.2 DIMENZIONIRANJE SONČNE IN VETRNE ELEKTRARNE SAMOSTOJNEGA ENERGETSKEGA SISTEMA "Samostojni sistem na neposreden način pretvarja kinetično energijo vetra oziroma energijo sončnega sevanja v električno energijo. Čeprav ni nujno, da vetrna in sončna elektrarna delujeta v kombinaciji, jih je zaradi medsebojnega dopolnjevanja priporočljivo uporabljati skupaj. Ker je energija vetra bolj intenzivna v času zimskih mesecev, bo vetrna elektrarna takrat proizvajala več električne energije kot v poletnih mesecih, ko je intenzivnost energije vetra majhna. Nasprotno temu bo sončna elektrarna proizvajala več električne energije v poletnih mesecih, ko je več sončnih dni. Slabost sistemov, ki na neposreden način pretvarjajo obnovljive vire energije (sončne in vetrne elektrarne), je nezmožnost konstantnega zagotavljanja vrednosti inštalirane moči zaradi oscilatornega značaja obnovljivih virov energije, tako da lahko razlikujemo tri temeljne režime delovanja samostojnih energetskih sistemov: 1. Inštalirana moč vetrne ali sončne elektrarne je bistveno manjša od potrebne moči sistema. V takšnem režimu je dizelski (plinski) agregat večinoma v obratovanju, medtem ko vetrna ali sončna elektrarna v osnovi prispeva k zmanjševanju porabe goriva. V tem primeru dizelski (plinski) agregat ne deluje v optimalnem režimu dela, zato pri gorivu ni mogoče doseči pričakovanih prihrankov. 2. Proizvedena (inštalirana) moč vetrne ali sončne elektrarne je bistveno večja od obremenitve sistema, zaradi česar je potrebno shranjevanje proizvedenega presežka električne energije. 3. Proizvedena (inštalirana) moč vetrne ali sončne elektrarne je skoraj identična obremenitvi sistema, dizelski (plinski) agregat deluje po potrebi. Naloga samostojnega energetskega sistema je napajanje porabnikov, ne glede na konfiguracijo sistema. Da bi električno energijo, proizvedeno s sončno elektrarno ali s pomočjo vetrne elektrarne, dobavili končnemu porabniku, so potrebne komponente, ki regulirajo, pretvarjajo, shranjujejo ter dobavljajo proizvedeno električno energijo. Na sliki 48

62 5.3 je prikazana blok shema PV/vetrnega sistema z navedenimi komponentami, kot so regulatorji napetosti, baterijski sistem, izmenjevalec in usmernik [7]. Slika 5.3: Blokovna shema PV/vetrogeneratorskega samostojnega energetskega sistema [7] Dimenzioniranje sončne elektrarne Za namen magistrske naloge bodo za napajanje objekta z električno energijo vzeti fotonapetostni moduli SOLVIS SV W (PRILOGA C) [16]. Ker smo tip uporabljenih modulov že določili, je naslednja naloga določitev vrednosti sončnega sevanja v bližini objekta v različnih obdobjih dneva. S pomočjo PVGIS-a (Photovoltaic Geographical Information System) smo dobili podatke za natančno lokacijo objekta, ki se nahaja v Ulici Augusta Šenoe 74 v Svetem Križu, pokrajina Međimurje. Podatki so prikazani v tabeli 5.2. Pri tem smo pri določanju sončnega sevanja izračunali povprečje vrednosti sončnega sevanja v časovnem intervalu 1 ure ter nato povprečje za vsak posamezen mesec v tem določenem časovnem intervalu. Iz tabele 5.2 je razvidno, da je največje sevanje okoli 12-te ure, ter da se zmanjšuje proti jutru in večeru. 49

63 Tabela 5.2: Povprečne vrednosti sončnega sevanja na dan skozi časovno obdobje 12 mesecev. Ur [h] Povprečno sevanje (W/m 2 ) »se nadaljuje«50

64 »nadaljevanje«ur [h] Povprečno sevanje (W/m 2 ) V primerjavi z izračunano porabo energije smo se odločili, da bomo na streho objekta vgradili fotonapetostni sistem inštalirane moči 10 kw. Na podlagi te odločitve ter glede na tip izbranega fotonapetostnega modula inštalirane moči 135 Wp izračunamo, da bo za navedeni sistem potrebnih 74 modulov skupne površine 76.1m 2. Glede na to, da smo v prejšnjem poglavju definirali položaj modulov na strehi, ki je obrnjena proti jugu, lahko zaključimo, da je vgradnja takšnega sistema mogoča. Tako lahko s pomočjo sončnega sevanja in vrednosti izhodne moči modulov izračunamo povprečno vrednost proizvedene električne energije iz sončne elektrarne na dnevni ravni v intervalih 1 ure. Proizvedena moč P pro iz sončne elektrarne je opredeljena z (5.1): Ppro E A n [ W] s (5.1) kjer je: E s moč sončnega sevanja [W/ m 2 ], A površina modula [m 2 ], n število modulov[-], η izkoristek modulov[-]. 51

65 Na podlagi (5.1) smo dobili rezultate, ki so prikazani v tabeli 5.3. Tabela 5.3: Proizvedena moč iz sončne elektrarne v 24 urah oziroma v 1 dnevu. Ur [h] Proizvedena moč [W] Σ=32001 [Wh/dan] Skupna proizvedena moč sončne elektrarne je prikazana na sliki 5.4. Iz slike 5.4 je razvidno, da je največja proizvedena moč okoli 12. ure. Iz rezultatov v tabeli 5.3 in slike 5.4 lahko razberemo, da skupna proizvedena električna energija presega dnevno porabo električne energije obravnavanega objekta. 52

66 4.5 Povprečna proizvodnja električne moči iz fotonapetostnih modulov na dan proizvedena moč (kw) Slika 5.4: Prikaz povprečne proizvodnje moči iz sončne elektrarne. S pomočjo podatkov iz tabele 5.2 bomo primerjali naš izračun proizvedene moči sončne elektrarne za povprečni dan v letu, z dnevom v določenem obdobju leta (pozimi, pomladi, poleti, jeseni). Slika 5.5 prikazuje proizvedeno moč sončne elektrarne za obravnavana obdobja. Modri črt na slikah 5.5 prikazuje proizvedeno moč sončne elektrarne za povprečni dan v letu, medtem ko rdeča črta prikazuje proizvedeno moč za dan v določenem obdobju leta. Razvidne so razlike med trenutno močjo za določena obdobja leta, saj se obsevanje spreminja. Iz slike 5.5 vidimo, da maksimalna proizvedena moč sončnega sistema doseže vrednost 5.3 kw okoli 12-te ure poleti, medtem ko minimalna moč sončnega sistema doseže vrednost 2.9 kw tudi okoli 12-te ure v zimskem času. ur (h) 53

67 6 Povprečni dan poleti 6 Povprečni dan pozimi 5 5 Ppro[kW] Ppro [kw] Ppro [kw] ur [h] Povprečni dan pomladi ur [h] Ppro [kw] ur [h] Povprečni dan jeseni ur [h] Slika 5.5: Primerjava proizvedenih moči iz sončne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu. Če proizvedeno moč P pro integriramo po času t, dobimo skupno proizvedeno energijo sončne elektrarne. Skupna proizvedena električna energija sončne elektrarne W pro se izračuna po (5.2): W pro t1 t 2 pro P dt Wh (5.2) kjer je: P pro proizvedena moč [W], t čas [h]. Skupna proizvedena električna energija je prikazana na sliki 5.6. Iz slike 5.6 je razvidno, da proizvedena električna energija sončne elektrarne doseže vrednost 32 kwh. Proizvedena 54

68 električna energija narašča v enakomernih intervalih z enako stopnjo, saj je razporeditev moči sevanja skozi opazovani interval enakomerna. 35 Povprečna proizvodnja električne energije iz sončne elektrarne na dan 30 proizvedena električna energija [kwh] Slika 5.6: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije iz sončne elektrarne. Proizvedeno električno energijo bomo prav tako predstavili za različna letna obdobja. Torej, primerjali bomo proizvedeno električno energijo sončne elektrarne za dan v določenem obdobju leta z povprečnim dnevom čez leto. Na sliki 5.7 je prikazana primerjava med proizvedenih električnih energij sončne elektrarne. Modre črte na slikah 5.7 prikazujejo proizvedeno električno energijo iz sončne elektrarne za povprečni dan v letu, medtem ko rdeče črte prikazujejo proizvedeno električno energijo iz sončne elektrarne za dan v določenem obdobju leta. Vidimo da maksimalna proizvedena električna energija iz sončne elektrarne doseže vrednost 43.1 kwh poleti, medtem ko minimalna proizvedena električna energija sončne elektrarne znaša 20.4 kwh pozimi. ur [h] 55

69 50 Povprečni dan poleti 50 Povprečni dan pozimi Wpro[kWh] Wpro [kwh] ur [h] ur [h] 50 Povprečni dan pomladi 50 Povprečni dan jeseni Wpro [kwh] Wpro [kwh] ur [h] ur [h] Slika 5.7: Primerjava proizvedene električne energije iz sončne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Dimenzioniranje vetrne elektrarne V magistrski nalogi smo za vetrni generator izbrali WHISPER H80 (PRILOGA D) [17]. Glede na razpoložljive podatke za obravnavano lokacijo so izmerjene vrednosti hitrosti vetra od 4.6 do 4.8 m/s. Proizvedeno električno energijo za posamezne hitrosti s pomočjo vetrnice bomo izračunali tako, da bomo najprej izračunali moč vetra (5.2) in nato moč vetra P integrirali po času t in dobili proizvedeno električno energijo iz vetrne elektrarne. Proizvedena električna moč P pro je podana s (5.2): P pro A v W 3 (5.2) 56

70 kjer je: ρ gostota zraka [kg/m 3 ], A površina, ki jo generirajo lopatice vetrogeneratorja [r = 3m], v hitrost vetra [m/s]. Zaradi nekonstantnosti pihanja vetra skozi dan bomo vzeli, da v povprečju v 1 uri veter piha h. Zaradi tega bomo za moč vzeli, da moč v 1 uri znaša 12.5 % zneska moči za polno uro. Ta vrednost je groba ocena za obravnavano lokacijo, na kateri se nahaja objekt. Torej za hitrost v vrednosti 4.6 m/s proizvedena električna moč znaša: Ppro Ppro ( ) W groba ocena W Za hitrost 4.8 m/s torej znaša: Ppro Ppro ( ) W W groba ocena Zaradi težav z določitvijo vremenskega obdobja pihanja vetra bomo tudi tukaj uporabili povprečne vrednosti, kar pomeni, da bomo razdelili proizvedeno energijo za posamezno hitrost tako, da se bo vrednost proizvedene moči izmenjevala za med 4.6 m/s in 4.8 m/s, kot je to prikazano v tabeli

71 Tabela 5.4: Povprečna proizvodnja električne energije iz vetrne elektrarne na dan. Ur[h] Hitrost vetra[m/s] Proizvedena električna moč [W] Σ= [Wh/dan] Iz rezultata v tabeli 5.4 je razvidno, da je obravnavano področje primerno za izgradnjo majhnega vetrnega generatorja, ki ga lahko poganjajo manjše hitrosti vetra. Največji problem pri izračunu proizvodnje električne energije je, da ne razpolagamo s točnimi podatki za pihanje vetra na tem področju v intervalih 1 ure čez dan. Na sliki 5.8 je prikazana proizvedena moč vetrne elektrarne. Iz slike 5.8 je razvidna nekonstantost proizvajanja moči, ki je odvisna od hitrosti. Kot smo že prej omenili, je zelo težko določiti hitrost pihanja v obdobjih od 1 ure, vendar bo za grobo oceno naša ugotovitev zadovoljiva. Pomembno je omeniti, da bo naša vetrna elektrarna proizvajala več energije pozimi kot pa po poleti, kar je dobro, saj bo sončna elektrarna proizvajala več energije poleti in manj pozimi. 58

72 0.16 Povprečna proizvodnja električne moči iz vetrne elektrarne na dan proizvedena moč [kw] Slika 5.8: Prikaz povprečne proizvodnje električne moči iz vetrne elektrarne. Da bi prikazali proizvedeno električno energijo vetrne elektrarne, moramo energijo izračunati. Če trenutno moč P pro integriramo po času t, izraz (5.3), dobimo proizvedeno električno energijo W pro. Prav tako bomo naredili primerjavo med proizvedeno močjo za različna časovna obdobja v letu. Primerjali bomo proizvedeno moč vetrne elektrarne za povprečni dan v letu z dnevom v določenem obdobju leta. Za povprečni dan smo vzeli 12.5 % moči od skupne moči za polno uro (problem z določanjem pihanja vetra!). Torej, tukaj bomo vzeli naslednje, za obdobje pozimi bomo vzeli 15 % od skupne moči za polno uro saj je takrat pogostost pihanja največja, poleti 10 %, takrat pa je pogostost najmanjša, pomladi 11 % ter jeseni 13 %. Dobljeni rezultati so prikazani na sliki 5.9. Modra črta na slikah 5.9 prikazuje moč za povprečni den v letu, medtem ko rdeča črta prikazuje proizvedeno moč vetrne elektrarne za povprečni dan v določenem obdobju leta. Trenutna maksimalna moč sistema je pozimi in znaša W, poleti pa je proizvedena moč najmanjša in znaša W. ur [h] 59

73 Povprečni dan poleti Povprečni dan pozimi Ppro[kWh] Ppro [kwh] ur [h] ur [h] Povprečni dan pomladi Povprečni dan jeseni Ppro [kwh] Ppro [kwh] ur [h] ur [h] Slika 5.9: Primerjava proizvedene električne moči iz vetrne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu. Električno energijo W pro vetrne elektrarne dobimo s (5.3): W pro t1 t 2 pro P dt Wh (5.3) kjer je: P pro proizvedena moč [W], t čas [s]. Slika 5.10 prikazuje povprečno proizvodnjo električne energije iz vetrne elektrarne na dan. Razvidno je, da je proizvodnja enakomerna in da se spreminja za enako stopnjo, saj se hitrost spreminja za enake stopnje med dvema intervaloma, W in W. 60

74 3.5 Povprečna proizvodnja električne energije iz vetrne elektrarne na dan 3 proizvedena električna energija [kwh] Slika 5.10: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije iz vetrne elektrarne. Prav tako bomo primerjali proizvedeno električno energijo vetrne elektrarne za povprečni dan v letu z dnevom v določenem obdobju leta. Iz slike 5.11 je razvidna razlika proizvedene električne energije v določenih obdobjih leta. Vidi se da maksimalna proizvedena električna energija iz vetrne elektrarne doseže vrednost 3.8 kwh, saj je takrat pogostost pihanja vetra največja. Minimalna proizvedena električna energija iz vetrne elektrarne je poleti in znaša 2.6 kwh saj je pogostost pihanja najmanjša. Primerjavo prikazujejo dve krivulji, kjer modra krivulja prikazuje povprečni dan v letu, medtem ko rdeča krivulja predstavlja povprečni dan v določenem obdobju leta. ur [h] 61

75 4 Povprečni dan poleti 4 Povprečni dan pozimi 3 3 Wpro[kWh] 2 1 Wpro [kwh] ur [h] 4 Povprečni dan pomladi ur [h] 4 Povprečni dan jeseni Wpro [kwh] Wpro [kwh] ur [h] ur [h] Slika 5.11: Primerjava proizvedene električne energije iz vetrne elektrarne za različna obdobja v letu s obzirom na povprečni dan v letu Skupna proizvodnja električne energije iz sončne in vetrne elektrarne Ko imamo določeno proizvodnjo električne energije iz posameznih proizvodnih sistemov, lahko pokažemo proizvodnjo celotnega obravnavanega sistema. Slika 5.12, prikazuje trenutno proizvedeno moč. Iz slike 5.12 vidimo da je trenutna maksimalna proizvedena moč sistema 4.4 kw. Prispevek moči iz sončne elektrarne je veliko večji, saj je inštalirana moč sončne elektrarne večja od male vetrne elektrarne, vendar nam vetrna elektrarna omogoča konstantno proizvodnjo moči v obazovanem obdobju. 62

76 4.5 4 Povprečna proizvodnja električne moči iz sistema na dan Sončna elektrarna Vetrna elektrarna Sistem(sončna+vetrna) proizvedena moč sistema [kw] Slika 5.12: Prikaz povprečne proizvodnje električne moči iz sistema. Slika 5.13 prikazuje proizvodnjo električne energije obravnavanega sistema. Ta se dobi tako, da se trenutna moč P pro integrira po času t (5.3). Slika 5.13 kaže, da sistem proizvede 35.2 kwh električne energije na dnevni ravni. To pa, pomeni, da naš sistem proizvede več električne energije, kot je porabi (W por = 13.8 kwh). ur [h] 63

77 40 Povprečna proizvodnja električne energije iz sistema na dan proizvedena električna energija sistema [kwh] Sončna elektrarna Vetrna elektrarna Sistem(sončna+vetrna) Slika 5.13: Prikaz povprečne proizvodnje električne energije sistema. Poleg rezultatov, ki smo jih dobili za naš sistem, lahko ugotovimo naslednje: sistem proizvaja več električne energije, kot jo porabi, zato bomo morali za shranjevanje presežka energije uporabiti akumulatorske baterije. Baterije bodo služile v primerih, ko proizvodnja električne energije iz sistema ne bo zadovoljila potreb po porabi električne energiji (oblačno vreme, brez veterja). Primerov delovanja sistema pri "neoptimalnem" vremenu ne bomo obravnavali v tem delu, ker so podatki, ki smo jih uporabili doslej, povprečne vrednosti čez celo leto, izračunane na 1 dan! ur [h] Dimenzioniranje baterijskega sistema Slika 4.6 nam prikazuje porabo električne energije porabnikov priklopljenih na hišni sistem, ki znaša 13.8 kwh na dnevni ravni. Ta podatek nam pove, koliko energije je potrebno imeti shranjene v akumulatorskih baterijah za nemoteno delovanje vseh električnih porabnikov v primeru "neoptimalnih" vremenskih razmer. 64

78 Če proizvedeni trenutni moči P pro našega sistema (slika 5.12) odštejemo porabo trenutne moči hišnega sistema P por (4.6), dobimo P raz, kar je razlika proizvedene in porabljene moči. kjer je: P pro proizvedena energija [W], P por porabljena energija [W]. raz pro por P P P W (5.4) 5 Povprečna razlika proizvedene in porabljene moči sistema za dan razlika proizvedene in porabljene moči [kw] Proizvedena moč Porabljena moč Razlika proizvedene in porabljene moči Slika 5.14: Prikaz povprečne razlike proizvedene in porabljene električne moči sistema. Slika 5.14 kaže razliko med proizvedeno in porabljeno trenutno močjo. Kadar je zelena krivulja (razlika moči) v negativnem območju se električna energija za napajanje porabnikov, priklopljenih na sistem, dobavlja iz akumulatorske baterije. V vseh ostalih primerih se električni porabniki napajajo neposredno iz pridobljene električne energije, ki jo proizvaja naš sistem, rdeča krivulja na sliki 5.14 (proizvedena moč) ur [h] 65

79 Na sliki 5.15 je prikazana razlika v energijah našega sistema. Iz dobljenih rezultatov je razvidno, da bo naš sistem brez težav kril potrebe po električni energiji obravnavnega objekta. razlika proizvedene in porabljene električne energije [kwh] Povprečna razlika proizvedene in porabljene električne energije sistema za dan Proizvedena el.energija Porabljena el.energija Razlika proizvedene in porabljene el.energije Slika 5.15: Prikaz povprečne razlike med proizvedeno in porabljeno električno energijo sistema. Naslednji korak je preračunavanje baterijskega sistema, ki bo shranjeval energijo za potrebe obravnavanega objekta, ko bo to potrebno (kadar je zelena krivulja na sliki 5.15 v negativnem območju!). Obravnavan energetski sistem temelji na napetosti 12 V (fotonapetostni moduli = 12V, vetrni generator = 12V!), zato mora biti tudi baterijski sistem prilagojen na 12 V. Tabela 5.5 nam določa, katere parametre moramo upoštevati pri računanju baterijskega sistema. Kapaciteta baterij [Ah] se izračuna tako, da se porabljena energija deli z napetostjo sistema, torej z 12 V. Zadnji stolpec v tabeli 5.5 prikazuje potrebno kapaciteto za določeno napravo. ur [h] 66

80 Tabela 5.5: Določanje Ah za naš sistem. PORABNIK MOČ [VA] KOM ČAS DELA [h] η SKUPNA ENERGIJA [Wh] Ah za 12 V Hidrofor Razsvetljava Televizor Računalnik Sesalnik Sušilec las Likalnik Hladilnik Pralni stroj Toaster Radio Napa Σ 9000 [VA] 28[kom] [Wh] 1153[Ah] Pri določanju tabele 5.5 lahko pristopimo k preračunavanju oziroma dimenzioniranju baterijskega sistema. Dnevna poraba C s se določi s (5.4) [22]: C s Wpor [Ah] U 12 n (5.4) kjer je: W por porabljena energija [Wh], U n nazivna napetost sistema [V]. Potrebna kapaciteta idealne baterije C sdan se določi s (5.5) [22]: C sdan na Wpor [Ah] U 12 s (5.5) 67

81 kjer je: n a - avtonomija sistema (1 dan), W por porabljena energija, U s nazivna napetost baterije. Minimalna kapaciteta baterije C min za naš sistem se določi s (5.6) [22]: C min Csdan [Ah] t 0.5 z (5.6) kjer je: C sdan kapaciteta idealne baterije [Ah], t z koeficient praznjenja baterije (0.5). Potrebno dnevno polnjenje C l za naš sistem se določi s (5.7) [22]: C l 1 Csdan ( ) ( Cs ) ( ) (1153 ) 1409[Ah] ah E (5.7) kjer je: C sdan kapaciteta idealne baterije [Ah], η ah - učinkovitost baterije (0.9), η E - popolni oporavek sistema (10). Potrebno število zaporedno vezanih baterij n bat je določeno s pomočjo izraza (5.8) [22]: n bat Cz [ kom] C 225 bat (5.8) kjer je: C z zahtevana kapaciteta, C bat kapaciteta izbranega tipa baterij. 68

82 Iz podatkov, ki smo jih pridobili z izračunom baterijskega sistema, lahko sklepamo naslednje; minimalna kapaciteta sistema znaša 2306 Ah, kar v količini energije znaša kwh. Preostalo energijo kwh lahko prodamo distributerju električne energije ali jo shranimo v dodatne baterije, iz katerih se lahko omejena energija uporabila v primeru, da v obravnavani sistem vključimo nove porabnike. Potrebno število dodatnih baterij n bat-d za naš sistem je določeno s (5.9): n Cz 633 3[ kom ] C 225 bat d bat (5.9) Tako je skupno število dodatnih baterij, potrebnih za shranjevanje električne energije našega sistema 14 (n bat + n bat-d ). V našem primeru smo izbrali baterije TROJAN 12V, 225 Ah 8D-GEL (PRILOGA E) [18] Ostali elementi energetskega sistema Pretvorniki "Električna energija, ki je proizvedena in distribuirana znotraj samostojnega energetskega sistema, je lahko enosmerna (DC) ali izmenična (AC), odvisno od električnih lastnosti posameznega proizvajalca ali tipa porabnika. Naprave, zadolžene za regulacijo in distribucijo električne energije znotraj samostojnega energetskega sistema, se imenujejo pretvorniki. Pretvorniki so lahko izvedeni kot elektronske ali kot elektromehanske naprave [7]." "Razsmerniki pretvarjajo enosmerno električno energijo (DC) v izmenično (AC). Služijo kot povezava med enosmernimi viri električne energije (PV moduli, baterijski sistem ali DC vetrne elektrarne) in izmeničnimi (AC) porabniki. Razsmerniki so lahko izvedeni s preklopnim ali z vzporednim režimom dela. Razsmerniki z vzporednim režimom dela imajo možnost napajanja izmeničnih (AC) porabnikov v interakciji z izmeničnim virom 69

83 električne energije (agregat/generator). Razsmerniki, ki so predvideni za delo v samostojnem energetskem sistemu, so izvedeni v razponu od nekaj sto VA do nekaj deset kva, z vstopnimi enosmernimi napetostmi od 12 do 48 V ter z izstopnimi napetostmi vrednosti 230 V in 50 Hz. Zelo pomembna značilnost razsmernika je stabilnost frekvence in sinusoidna valovna oblika signala, da ne bi poškodovali občutljivih porabnikov, kot so računalniki, televizorji in drugo. Glede na sinusoidno valovno obliko izstopne napetosti so razsmerniki lahko izvedeni s "čisto" sinusoidno valovno obliko, ki se izvajajo z mikroprocesorjem (ti so zelo dragi), ter z "modificirano" ali pravokotno valovno obliko, ki so večinoma izvedeni kot elektromehanske naprave (cenejši aparati). Razsmerniki se projektirajo tako, da prenašajo časovno omejene obremenitve, ki jih občutijo porabniki, ki imajo velike vklopne tokove (hladilnik, motorji v elektroorodjih in podobno). V tem primeru se varnost zagotavlja z opremljanjem razsmernika s polno zaščito od kratkega stika na izstopu ter z galvansko izolacijo vhodov in izhodov [7]." "Usmerniki ali polnilci baterij pretvarjajo izmenično električno energijo (AC) v enosmerno (DC). Redno se priklapljajo na pomožen AC vir energije oziroma dizelski agregat/generator ter služijo za polnjenje baterijskega sistema, ko obnovljivi viri energije te funkcije ne morejo opraviti. Večinoma so izvedeni z vstopnimi velikostmi napetosti od 120 V (15 A) ali 230 V (30 A). Razpon izstopnih napetosti je od 12 do 48 V, medtem ko so izstopni tokovi odvisni od tipa usmernika [7]." "Dvosmerni pretvornik (bi-directional converter, kombi-pretvornik) je naprava, ki ima dvojno smer energetske pretvorbe oziroma vsebuje tako razsmernik kot tudi usmernik. Ima enake značilnosti kot navedene naprave - razsmernik in pretvornik. V zadnjem času so kombi-pretvorniki izvedeni kot mikroprocesorske naprave z avtomatskim prenosnim sistemom (stikalom), ki avtomatsko preklaplja napajanje bremena z razsmernikom na pomožen vir energije (dizelski agregat/generator). S takšno izvedbo dvosmernega pretvornika se doseže avtomatizacija celotnega samostojnega energetskega sistema [7]." "Regulatorji napetosti pretvarjajo spremenljivo enakosmerno (DC) napetost v natančno kontrolirane enakosmerne (DC) napetosti, s pomočjo katerih se polni in vzdržuje baterijski sistem ter napajajo enakosmerna bremena. Najpogosteje se izvajajo kot popolnoma 70

84 avtomatizirane mikroprocesorske naprave, ki napetost baterij avtomatsko ustvarjajo glede na tip, stanje, temperature ter napolnjenosti baterij, medtem ko se napetost bremen vzdržuje konstantno. Regulatorji napetosti, predvideni za reguliranje napetosti, so najpogosteje vgrajeni v vetrne generatorje ter so kot takšni prilagojeni za specifično vetrno turbino. Regulatorji napetosti fotonapetostnih modulov (omrežje) se postavljajo kot zunanje enote, izvajajo se tako, da lahko prenašajo velike vstopne napetosti (do 140 V) z izstopnimi napetostmi, ki so večinoma nastavljive na V, ter tokovi polnjenja od 5 do 60 A. Obstajata dve vrsti solarnih regulatorjev napetosti: klasični solarni regulatorji napetosti, ki spremenljivo enakosmerno napetost fotonapetostnih modulov znižajo na napetostni nivo baterij in porabnikov (12, 24 ali 48 V). Fotonapetostni moduli v sistemu s temi regulatorji nikoli ne delujejo z največjo možno močjo, ker regulator prisilno znižuje napetost modulov na napetost baterij. Energija, ki ostaja neizkoriščena, je večja, ko je baterija bolj prazna (takrat razlika med napetostmi, pri katerih tudi moduli proizvajajo največ baterijske napetosti, postaja vse večja). Torej, kadar je energija najbolj potrebna, nastajajo največje izgube energije, ki lahko znašajo za tudi več kot 30 % skupne energije, ki jo fotonapetostni moduli lahko proizvedejo. Sledenje točki maksimalne moči MPPT (ang: Maximum Power Point Tracking - MPPT) solarni regulatorji napetosti na svojem vstopu vedno vzdržujejo napetost fotonapetostnih modulov na vrednosti, pri kateri je moč modulov največja. Pri spreminjanju napetostnega nivoja MPPT regulatorji napetosti "dvigujejo" tok, generiran s fotonapetostnimi moduli (omrežjem), tako da ni izgub moči. Izstopni tok MPPT regulatorja je lahko tudi do 35 % večji od vstopnega, s čimer se povečuje količina energije, ki jo je mogoče shraniti v baterije. Takšen tip regulatorja napetosti omogoča postavljanje fotonapetostnih modulov (omrežja) in baterijskega sistema na različne napetostne nivoje oziroma so lahko moduli povezani na večjo nazivno napetost kot baterije. Edina slabost MPPT regulatorjev napetosti je relativno višja cena v primerjavi s klasičnimi regulatorji napetosti [7]." 71

85 Za namene magistrske naloge bomo izbrali XP COMPACT sinusni razsmernik 4000 VA (PRILOGA F) [20]. Upoštevajoč, da je največja dnevna obremenitev 3.8 kw (slika 4.6), sklepamo, da bo navedena naprava brez težav prenesla takšne obremenitve in prav tako kratkoročne obremenitve, ki jih povzročajo naprave s kompresorji ali elektromotorji (hladilnik, hidrofor) Agregat "Vsak elektroagregat je sestavljen iz dveh osnovnih komponent: motorskega in generatorskega dela. Motor "poganja" generator, ki z električnim tokom oskrbuje breme, priklopljeno na agregat. Motorji, ki se uporabljajo za pogon generatorjev, so pri manjših napravah večinoma bencinski, medtem ko se pri velikih agregatih uporabljajo izključno dizelski motorji. Bencinski motorji so enostavnejše izvedbe in manjših zmogljivosti, vendar so cenejši tako z vidika proizvodnih stroškov kot tudi stroškov pri končnem kupcu. Nasprotno, veliki generatorji zahtevajo večji moment, zato se v takšnem primeru uporabljajo dizelski agregati, ki imajo še eno pomembno prednost, to je manjša poraba goriva [20]." Ker naš energetski sistem proizvaja zadostno količino električne energije, agregata v našem primeru ne potrebujemo. V praksi se kljub temu vseeno inštalira agregat, ki bo oskrboval objekt z električno energijo v primerih avtonomije sistema, večje od 1 dneva. Za namene načrtovanja sistema smo izbrali agregat LMG 4000 proizvajalca LOMBARDINI (PRILOGA G) [21]. Glede na to, da največja obremenitev čez dan znaša 3.8 kw, bo agregat maksimalne moči 4 kw zadostoval za pokrivanje potreb po električni energiji objekta. 5.3 EKONOMSKA ANALIZA ENERGETSKEGA SISTEMA Po končanem tehničnem načrtovanju energetskega sistema, želimo preveriti tudi ekonomski vidik zgoraj predstavljenega sistema. Tako nas zanima cena oziroma strošek investicije in rok, v katerem se bo finančni vložek povrnil. Zato bomo v tem poglavju izračunali strošek izgradnje takšnega sistema. 72

86 Če povzamemo, smo za naš sistem izbrali naslednje gradnike: 74 x fotonapetostni modul - SV , 1 x vetrni generator Whisper H80, 14 x akumulatorske baterije TROJAN 8D gel, 1 x pretvornik XP COMPACT, 1 x dizelski agregat - LOMBARDINI LMG V tabeli 5.6 je prikazana ekonomska analiza projekta, poleg cen za standardno opremo posameznega gradnika je dodana še cena za dodatne sisteme, ki nam olajšajo krmiljenje naprav, dodani so stroški za inštalacije in vgradnjo. Tabela 5.6: Investicijski stroški za gradnjo samostojnega sistema za napajanje hiše. Gradniki Investicijski stroški [EUR] Sončna elektrarna Fotonaptostni moduli SV W 74 x 225,00 = ,00 Strešni nosilec 560,00 Kabli in stroški inštalacije 357,00 Skupno ,00 Vetrna elektrarna Vetrni generator WHISPER H ,00 Stikalo za izklop v primeru nenadnega sunka vetra 533,00 Kabli in stroški inštalacije Skupno 3 078,00 Baterijski sistem Akumulatorske baterije TROJAN 8D - GEL 14 x 548,00 = 7 672,00 Skupno 7 672,00 Sistem za pretvarjanje Pretvornik XP COMPACT 650,00 Stroški inštalacije zanemarljivi Skupno 650,00»se nadaljuje«73

87 »nadaljevanje«alternativni sistem napajanja Agregat LMG ,00 Stroški vgradnje avtomatskega sistema 800,00 Skupno 6 537,00 SAMOSTOJNI (HIBRIDNI) ENERGETSKI SISTEM Skupno ,00 V nadaljevanjo bomo primerjali zgoraj opisani sistem z drugo rešitvijo, to je s primerom, če bi zgradili daljnovod do enostanovanjske hiše. Naš napajalni sistem naj bi bil sestavljen iz daljnovoda 10 kv ter dodatnega transformatorja TS 10/0.4 kv. Stroške izgradnje priklopa plačuje izključno investitor. Stroški za primer gradnje daljnovoda so prikazani v tabeli 5.7. Tabela 5.7: Investicijski stroški v primeru gradnje daljnovoda. Tehnična rešitev Cena (EUR/km) Dolžina (km) Skupni stroški (EUR) DV 10kV 3*25mm , ,00 TS 10/0.4 kv , ,00 kva Skupno: ,00 Glede na podatke v tabeli lahko sklepamo, da se navedeni investicijski stroški priklopa dislociranega objekta na električno omrežje nanašajo na ceno izgradnje daljnovoda. Čeprav glede na podatke v tabeli lahko sklepamo, da je priklop na električno omrežje pri navedeni oddaljenosti objekta od javnega omrežja skrajno nedonosna investicija. Rešitev problema napajanja dislociranega objekta z električno energijo je v uporabi obnovljivih virov energije oziroma v izgradnji samostojnega energetskega sistema. Preučili bomo možnost priklopa na javno električno omrežje. Pregledali bomo časovno obdobje 25-ih let, kolikor znaša obdobje za katerega nam proizvajalci obravnavanih naprav zagotavljajo pravilnost delovanja. Cena za porabljeno električno energijo iz električnega omrežja v obdobju 25-ih let z obremenitvijo od 13.8 kw na dan, za katero smo izračunali, da bi plačali 1.61 /dan, bi znašala in če upoštevamo tudi strošek priklopa v znesku 2.000, bi skupen strošek za 25 let znašal Vsekakor cena, ki smo jo 74

88 izračunali za naš energetski sistem, ni tako zelo visoka. Upoštevati pa je potrebno še spodbude države, ki subvencionirajo izgradnjo sistemov za proizvodnjo električne energije iz OVE. Navedene spodbude v tem delu ne bomo obravnavali! Na podlagi vseh izračunov lahko podamo ugotovitev, da je vgradnja takšnega sistema ekonomsko upravičena. Dodatna prednost takšne investicije je neodvisnost od dobavitelja električne energije in potencialnega diktiranja cen za električno energijo. Velika prednost takšnega sistema se kaže tudi na lokaciji, ki je zelo težko dostopna ali je oddaljena od električnega omrežja. Takšen način je mnogokrat bolj ekonomičen od prilagajanja elektroenergetskega omrežja objektu. 5.4 NAČINI VARČEVANJA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO Najpogostejši način varčevanja ne samo z električno energijo ampak tudi z ostalimi oblikami energije je racionalna raba. Porabimo samo količino energije, ki jo potrebujemo. Naslednji način varčevanja je uporaba energetsko učinkovitih naprav oziroma naprav, ki za enako delo porabijo manj energije Gretje in hlajenje Več kot 80 % energije v gospodinjstvu porabimo za hlajenje in gretje prostorov ter za pridobivanje tople vode. S takšno porabo energije je na tem področju mogoče privarčevati največ energije. Zakaj je gretje s pomočjo električne energije neučinkovito? Gretje s pomočjo električne energije predstavlja najslabši način gretja prostorov in tople vode. Razlog za to je dejstvo, da se za proizvodnjo električne energije v največji meri uporabljajo fosilna goriva. Pri pridobivanju toplotne energije prihaja do velikih izgub. Samo okoli 30 % energije v gorivu se namreč pretvori v električno energijo. Dalje pri dovajanju električne energije do naših domov prihaja do izgub, a na koncu iz električne energije spet proizvajamo toplotno energijo. Kako varčevati z električno energijo, če nimamo druge možnosti za gretje in hlajenje? Racionalna raba! Zanimivo primer je, če je temperatura prostora 16 C in ga želimo ogreti na 20 C pogosto postavimo termostata na 25 C, kar ne 75

89 bo hitreje ogrelo prostora, bo poraba električne energije veliko večja. Zaradi stalnega naraščanja zunanje temperature moramo zaradi ugodja prostore tudi hladiti. Zakaj ventilatorji niso primerni za hlajenje? Izpihujejo namreč zrak, ki ima enako temperaturo kot okolica, in pravzaprav ne hladijo prostorov, temveč jih grejejo, ker se z njihovim delovanjem ustvarja dodatna toplota! Za klimatske naprave velja naslednje: Razlika med zunanjo in notranjo temperaturo bi morala biti največ 7 C. Pri delu klimatske naprave je potrebno izločiti nepotrebne toplotne vire v prostoru. Poleg tega bi bilo dobro spustiti žaluzije ali druga senčila, tako da preprečimo neposredno sončno sevanje v prostor. Žaluzije zmanjšajo potrebo po hlajenju! Zaprite okna, ko je klimatska naprava v stanju delovanja, in ne hladite prostorov, v katerih se ne nahajate [23] Razsvetljava Ne vključujte razsvetljave, ko ta ni potrebna. Pogosto jo v prostorih, kot so kleti in garaže, pozabimo izključiti, zato je namestitev avtomatskega stikala najenostavnejša rešitev, pri kateri se bo razsvetljava izključila sama, po določenem času. Izboljšanje pogojev v stanovanju s svetlejšimi predmeti je tudi elegantna rešitev. Svetlejše stene in pohištvo bolj reflektirajo svetlobo. Naslednji način je uporaba energetsko učinkovitih svetilk. Problem pri teh je cena, saj so tudi do 4-krat dražje od običajnih. Ljudje pa pogosto ne poznajo dejstva, da take svetilke za enako svetlobo porabijo manj energije, in to od 4- do 5-krat manj. In ne samo to, te svetilke imajo 10-krat daljšo življenjsko dobo kot klasične žarnice na žarilno nitko [23]! Gospodinjske naprave Pri varčevanju energije je treba posebno pozornost nameniti gospodinjskim napravam, kot so hladilnik, pralni stroj, mikrovalovna pečica in sušilni stroj. Tu kaj dosti ne pomagajo energetske kartice, ki opisujejo energetski razred naprave. Kaj to pomeni? Pri kupovanju gospodinjske naprave pogosto gledamo najprej na ceno. Namen energetskih razredov je informiranje kupca, kako določena naprava učinkovito uporablja električno energijo in 76

90 vodo ter koliko hrupa proizvaja naprava pri delovanju. Na primer pralni stroj B ali C razreda bo zagotovo uporabljal več energije kot pralni stroj razreda A ali A+ in tudi hrup bo večji. Izračunano je, da lahko v obdobju 15-tih let z razliko dveh razredov privarčujemo med 70 in 115 evrov [23] Majhne gospodinjske naprave Ko seštejemo majhne gospodinjske naprave, pridemo do zaključka, da tudi te porabljajo veliko električne energije. Večina teh se uporablja v kuhinji od jutra pa vse do konca dne. Če želimo privarčevati energijo, moramo te naprave redno vzdrževati in čistiti [23] Računalnik Vklapljanje in izklapljanje računalnika ne porablja dodatne energije in ne obremenjuje računalnika. Izklapljanje računalnika in monitorja po končanemu delu podaljšuje življenjsko dobo komponente računalnika in varčuje energijo. Če pa zaradi posebnega razloga ne moremo izklopiti računalnika, izklopimo vsaj monitor, ker je ta velik porabnik električne energije. Screen saver? Ne varčuje električne energije, samo podaljšuje življenjsko dobo monitorja [23]! Televizorji, DVD predvajalniki in igralne konzole Kadar ne uporabljate televizorja, DVD predvajalnika ali igralne konzole jih izklopite, ker vse elektronske naprave, tudi če so v stanju pripravljenosti "stand by", uporabljajo energijo. Tako na primer TV v stanju pripravljenosti porablja 24 % električne energije od skupne električne energije v primerjavi s TV-jem, ko je ta v stanje delovanja [23]. 77

91 6 ZAKLJUČEK Energetski sistemi, ki temeljijo na proizvodnji električne energije iz obnovljivih virov energije, počasi, vendar varno vse bolj zavzemajo svoje mesto v proizvodnji električne energije v prihodnosti. S povezovanjem več neodvisnih obnovljivih virov v celoto se bo dosegla večja stopnja učinkovitosti sistema. Fosilna goriva še vedno največ prispevajo k proizvodnji energije, vendar ljudje počasi uvidevajo problematiko izkoriščanja le-teh, pri čemer so v ospredju klimatske spremembe, zaradi katerih se ves svet počasi obrača k obnovljivim virom energije. Na tržišče prihajajo novejši sistemi, ki imajo večjo učinkovitost uporabe obnovljivih virov. Iz magistrske naloge, s katero smo dimenzionirali en energetski sistem lahko zaključimo, da obstaja veliko dejavnikov, ki pri dimenzioniranju sistema vplivajo na mogočo konfiguracijo sistema. Torej, ne obstaja univerzalna metoda, s katero bi lahko na hiter in enostavni način dobili kakovostne rezultate. Tako sklepamo, da je sistem napajanja objekta, ki uporablja obnovljive vire energije, mogoče izvesti na veliko različnih načinov, tako z analitičnim kot računskim postopkom. Dimenzioniranje sistema je precej odvisno od obremenitve in lokacije objekta, na osnovi povprečne obremenitve se sistem dimenzionira, vendar se na osnovi lokacije ugotavlja razpoložljivost obnovljivih virov energije. Pri izdelavi tega dela je izračunana obremenitev sistema enaka obremenitvi manjšega gospodinjstva. Pri tem moramo biti pozorni, da se porabniki razlikujejo po vrsti, moči in porabi električne energije ter da se lahko uporabljajo v različnih časovnih terminih čez dan. Vrsta bremena in razpored uporabe tudi v veliki meri vpliva na optimiranje samostojnega sistema. S primerjavo optimalnega samostojnega sistema napajanja in priklopa na omrežje prihajamo do zaključka, da so obnovljivi viri energije ekonomični, če gre za dolgoročno uporabo. Dobljena rešitev magistrske naloge nam lahko služi za analizo izvedljivosti. Na osnovi dobljene rešitve ni mogoče zagotoviti zanesljivosti sistema v resni realizaciji projekta, saj je težko predvideti obnašanje in stroške sistema ter konstantnost obnovljivih virov energije. Ker je v uvodu bilo veliko besed in vplivov proizvodnje električne energije iz 78

92 neobnovljivih virov, ki spreminjajo klimo in okolje, tako da slabo vplivajo na navedene, bi morali tudi mi, ljudje bolje osveščeni ter se usmeriti v proizvodnjo ne samo električne energije ampak tudi ostalih vrst energije iz obnovljivih virov. Aktualne spremembe v svetu (visoke temperature, potresi, poplave...) bi nas morale opozarkati, da je potrebno v našem sistemu nekaj spremeniti, a uvedba samostojnih energetskih sistemov za proizvodnjo energije iz obnovljivih virov bi bila veliki korak proti cilju, to je zmanjšanju uničevanja Zemlje. Če že to nekaterim ni pomembno, bi prav ti morali pomisliti na svoje otroke in še dalje na otroke svojih otrok ter na pogoje v katerih bodo oni živeli torej na pogoje, ki jim jih bomo prepustili!? Saj kot pravi star pregovor, slika 6.1: Svet stoji na mladih. Slika 6.1: Danes je treba načrtovati in graditi energetske sisteme za proizvodnjo energije iz obnovljivih virov energije, da bi s tem zagotovili kakovost življenja prihodnjih generacij[9]. 79

93 VIRI IN LITERATURA [1] [ ] [2] [ ] [3] [ ] [4] [ ] [5] Doc.dr.sc. Damir Šljivac, Doc.dr.sc. Zdenko Šimić, Obnovljivi izvori energije Vrste PotencijalTehnologije, [6] [ ] [7] Zvonimir Bilić, Napajanje udaljenog stambenog objekta pomoću energije vjetra i sunčevog zračenja, Sveučilište Josipa Jurj Strossmayera u Osijeku, Elektrotehnički fakultet Osijek 8 Deutsche Bank Research: Nachhaltige Gebäude, [9] nachrichten/sn/artikel/mein-haus-mein-kraftwerk [ ] [10] [ ] [11] Nachhaltige Gebäude Planen, Bauen, Betreiben, Nr. B 105, [12] [ ] [13] [ ] 14] Mugele, J.,Korn M., Rudolf F., Gernth M., Leitfaden zur nachhaltigen Energieversorgung von kleinen Kommunen, Hochschule Magdeburg Stendal (FH). [15] [ ] [16] [ ] [17] [ ] 80

94 [18] Cell/Trojan-8D-GEL-12V-225AH-20HR-Gel-Battery/p9836/ [ ] [19] [ ] [20] [ ] [21] [ ] [22] Denis Lenardič, Fotonapetostni sistemi, Priročnik, Gradniki, načrtovanje, namestitev in vzdrževanje, Ljubljana, Agencija Poti, 2012 [23] [ ] 81

95 PRILOGE PRILOGA A: Izračun delovanja posameznih porabnikov. Hidrofor (črpalka za vodo): 80 1ur 20dni 4msc ur / dan 365 Razsvetljava: ur 30dni 12msc ur / dan 365 TV sprejemnik: ur 30dni 12msc ur / dan 365 Računalnik: ur 30dni 12msc ur / dan 365 Sesalnik: ur 8dni 12msc ur / dan 365 Sušilec las (fen): ur 12dni 12msc ur / dan 365 Likalnik: ur 4dni 12msc ur / dan

96 Hladilnik: ur 30dni 12msc ur / dan 365 Pralni stroj: 360 1ura 30dni 12msc ur / dan 365 Toaster: 192 2ure 8dni 12msc ur / dan 365 Radio: ur 30dni 12msc ur / dan 365 Napa: ur 20dni 12msc ur / dan

97 PRILOGA B: Račun HEP-distributerja za domači objekt. 84

98 PRILOGA C: Izbrani model fotonapetostnih modulov in njegove značilnosti [16]. Tip modela SV Vršna moč, P MPP [W] 135 Tok kratkega stika, I SC [A] 8.3 Napetost odprtih sponk, V OC [V] 22.5 Nazivni tok, I MPP [A] 7.73 Nazivna napetost, V MPP [V] 17.6 Maksimalna napetost sistema [V] 1000 Temperaturni koeficienti Moč, P MPP [%/ C] -0.4 Tok, I SC [ma/ C] +4.1 Napetost, V OC [mv/ C] -80 Cena [EUR]

99 PRILOGA D: Izbrani model vetroturbine za domač sistem [17]. Tip modela Whisper H80 Premer rotorja, d [m] 3 Teža, m [kg] 30 Začetna hitrost, v [m/s] 3.1 Nazivna napetost, V [V] 12 DC, 230 AC Moč, P [W] 1000 Cena [EUR]

100 PRILOGA E: Izbrani tip baterij za domač energetski sistem [18]. Tip modela 8D-GEL Kapaciteta [Ah] 225 Napetost [V] 12 Dolžina [m] Širina [m] 0.28 Višina [m] Cena [EUR]

101 PRILOGA F: Izbrani pretvornik za domač energetski sistem [19]. Tip modela XP - COMPACT Izmenjevalec Nazivna napetost [V DC ] 12 Maksimalna obremenitev [VA] 4000 Maksimalna obremenitev 30 min. [VA] 4400 Maksimalna obremenitev 5 sek. [VA] 3xP min Izstopna napetost [V] 230 Usmernik Tok polnjenja [A] 0-37 Maksimalna vstopna napetost [V AC ] 265 Minimalna vstopna napetost [V AC ] Vstopna frekvenca [Hz] Učinkovitost preusmerjanja [%] 94 Cena [EUR]

102 PRILOGA G: Izbrani agregat za domač energetski sistem [21]. Tip modela LMG 4000 Tip motorja 15LD 350S Število cilindrov 1 Maksimalna moč [kva] 4 Delovna moč [kw] 3.5 Napetost [V] 230 Število obratov [obr./min] 3000 Frekvenca [Hz] 50 Teža [kg] 90 Alternator [A] 10 Hrup [dba] 54 Cena [EUR]

103 PRILOGA H: Izjava o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zaključnega dela in objavi osebnih podatkov avtorja. 90

104 PRILOGA I: Izjava o avtorstvu zaključnega dela. 91