Fotovoltaikus rendszerek – naperőművek – létesítésének gazdaságossági kérdései.* Dr. Dióssy László c. egyetemi docens *megjelenik a Zöld Ipar Magazin 2011. decemberi számában, szerzők: dr. Dióssy László – dr. Tóth József

A világ villamos energiaszükségletét ellátó napelemes mező modulfelülete 144 ezer km²

A nap pályája az év során változik

A Nap a „végtelen” energia

A besugárzás erőssége (teljesítménye) változó

A napelem elvi működése A nap energiáját, mint megújuló energiaforrást felhasználó szerkezeteknek két típusa a napelem és a napkollektor. A napelem a fényenergiát villamos energiává, a napkollektor pedig ugyanazt hőenergiává alakítja át. Ma a napenergia hasznosítására készített legkorszerűbb eszköz egy fényelem. A leghatékonyabb elemeket szilícium egykristályból készítik, ezek a leghatékonyabbak. A napelem rendszerek leglényegesebb tartozéka a napelem-modul, ahol a tényleges energiatermelés következik be. Működésének lényege az, hogy a fénysugárzás fotonjai (ez a fényért és minden elektromágneses hullámzásért felelős elemi részecske) elmozdítják a napelem-modul félvezetőjének elektronjait a kötéseiből, a kémiai folyamatból adódóan pedig az elem diódájának anódján és katódján potenciálkülönbség keletkezik. Ez pedig elektromos feszültséget gerjeszt.

A napelem elvi működése II. Egy napcella teljesítménye így egy borongós januári napon csak a teljes hatékonyság 50-60 százalékát közelíti meg. Egy cella fél-egy Volt feszültség előállítására alkalmas, éppen a kis mennyiség miatt szükséges az egységeket modulokba kötni. A leggyakoribb a 12-24 Volt feszültségű modulok összekapcsolása, amelyek megközelítőleg 50 Watt teljesítményt képesek produkálni. Egy ekkora napelem modul nagysága már fél négyzetméter.

Kristályos cella felépítése

Nemzeti energiastratégia: „… a napenergia hasznosítás terén van a legnagyobb szakadék a lehetőségek és a ténylegesen realizálható energiatermelés között. Ennek oka a fototermális és fotoelektromos berendezéseken alapuló energiatermelés nagyon magas költsége és a változó rendelkezésre állás miatti kiszabályozási problémák…” Változó rendelkezésre állás: Áramtermelése jól előre jelezhető és akkor termel mikor a legnagyobb szükség van rá → csúcsidőszakban Magas költségű: Magasan veri az olaj, földgáz és szénerőműveket 1 kWh fotovoltaikus áram önköltsége  

Élettartam alatt összesen 1. táblázat: Az elektromos áram (közvetlen) önköltségének alakulása életteljesítményre vetítve (25 év) Erőmű típus Életteljesítmény kWh €/ MW 1 kWh önköltsége Beruházás Élettartam alatt összesen Ráfordítás összesen Fűtőanyag Munkabér Karban tartás € Ft Olajtüzelésű erőmű 200 000 000 991 000 19 800 000 162 500 960 000 21 913 500 0,1096 31,96 Földgáz erőmű 1 316 000 15 327 030 167 500 840 000 17 650 530 0,0883 25,74 Szén erőmű 1 794 000 14 399 342 287 500 820 000 17 300 842 0,0865 25,23 Biomassza erőmű 1 812 000 7 260 172 642 500 1 700 000 11 414 672 0,0571 16,65 Szél erőmű 39 858 000 1 440 000 185 000 457 710 2 082 710 0,0501 14,60 Atomerőmű 219 000 000 3 205 000 547 500 380 000 1 051 200 5 183 700 0,0237 6,90 Fotovoltaikus erőmű 27 940 000 1 831 190 62 500 120 000 2 013 690 0,0723 20,98

Költségek összetétele Az összes közvetlen költség 90%-a beruházási költség A fotovoltaikus elemek ára folyamatosan csökkent, az áram ára nőtt. Hatalmas expanzió a telepítésben a világon

ábra

2. ábra

3. ábra

Hazai lehetőségeink? Napsütéses órák száma évi 1900-2300 óra között 1 kW névleges teljesítményű napelemmel évente 1000-1320 kWh elektromos energiát tudunk előállítani (100-500 kWh-val több mint Cseh és Németországban)

4. ábra

Fotovoltaikus rendszerek jellemzői Üzemanyaga nincs Hulladékot nem termel Kenőanyagra nincs szükség Karbantartás minimális Munkabér szükséglet elhanyagolható Gyártók 10 év termékgaranciát és 25 év teljesítménygaranciát adnak az elemekre Modulok élettartama 25-35 év közötti

Napkövető rendszerek vagy fix telepítésűek? Napkövetők előnye: 25-30%-kal(egytengelyes), 40-45%(kéttengelyes) több elektromos energiát tud termelni A jelentős modulköltségek 25-45%-át meg lehet takarítani Napkövetők hátrányai: Drágák Jelentős meghibásodási lehetőség Áramot fogyasztanak „Szél érzékenység”

5. ábra

Jellemzők és telepítés 15- 20% hatásfokúak a napelemek 1,3-1,4 $/W beszerzési ár Déli irányba telepíteni 30-35 fokos szöggel Hazai viszonyoknak a monokristályos napelem felel meg (jó hatásfok, tartósság, szórt fény hasznosítása)

A fotovoltaikus erőmű elemei Napelemek állványokon Kapcsoló dobozok Inverterek Transzformátor 20 KV- ra A fotovoltaikus erőmű elemei 6. ábra Inverter: áram átalakító, a napelemes rendszer szíve. A napelemek egyenáramot termelnek változó teljesítménnyel és feszültséggel. Az inverter egyenletes váltóáramot hoz létre és figyeli az áramszolgáltató hálózatát és ahhoz szinkronizálja a váltóáramot.

2.táblázat: A beruházás bekerülése (1 MW névleges teljesítményre) Megnevezés db Egységár € Összesen € Solar Modul XSSP260M48 3 846 269 1 033 834 Inverterek Solar Max 3 69 325 207 975 Csatlakozó szekrények MaxConnect Plus 16 15 1 991 29 865 MaxWeb Ethernet, adatátviteli és felügyeleti rendszer 1 643 Inverterház 26 862 NN kapcsólótáblák, hálózati védelem, EM anyagok 32 805 kábelezés DC/AC, eszközök telepítése, max. od FVE 97 595 Villámvédelem, egyéb bizt eszköz 36 045 Projekt dokumentáció, engedélyek, adminisztráció 12 018 Állványzat 481 242 116 346 Transzformátor 36 000 Berendezés összesen 1 629 988 Terület m² 23 077 1,50 34 615 Épület m² 50 870 43 500 Kerítés fm 152 8 1 215 Vezeték fm 200 60 12 000 Összes nettó költség 1 721 319 Előkészítés költsége 109 871 Beruházás teljes nettó költsége 1 831 190

Következtetés 1.8 millió € /1 MW (529 millió Ft) beruházási ktsg. rendkívül magas 25 éves életteljesítményre 0,065 €/kWh (18,97 ft) , földgázos 1,9 Ft/ kWh biomassza 2,64 Ft/ kWh atomerőmű 4,27 Ft/ kWh DE !

A fotovoltaikus előnyei A beruházás után nem igényel üzemanyagot Működése kockázatmentes A legtisztább zöldenergiát szolgáltatja Érzéketlen az infláció alakulására Termelésének legnagyobb hányada a csúcsidőszakra esik

Üzemeltetés Áramtermelése jól előre jelezhető (http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php nyilvános térkép adott helyen, megadott típusú napelemmel mekkora elektromos áram hozam Tervezett: 1300 kWh/kW névleges teljesítmény

(http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php 7.ábra

8. ábra

Üzemeltetés II. A napelemek teljesítménye a 25. év végére az eredeti kapacitás 85%-ára csökken Évi ~ 0,5%-os teljesítmény csökkenés Fosszilist használó erőművek CO₂ kibocsátás Biomassza erőművek légkör CO₂ tartalma nem változik Naperőművek CO₂ kiváltás (1000 t/év, 12-24000 €/év

Üzemeltetés III. Költségei minimálisak (őrzés, adminisztráció, terület rendbentartása, helyi adó ) ~ 11 millió ft/év

Gazdaságosság-megtérülés I. Alapvetések: Jelenleg nincs beruházási támogatás Az áramátvételi rendszer átalakítás előtt áll, célszerű lenne nem a beruházást, hanem az áram átvételi árát támogatni nem egyszerre, hanem élettartamra elosztva jelentkezne a tám. igény Mo-on a napelemmel termelt áram átvételi ára példátlanul alacsony (0,1033 €/kWh)

3. táblázat: Napelemmel termelt áram átvételi árai Európában (2010. év) Ország €/kWh Ausztria 0,3000 Horvátország 0,2900 Csehország 0,4630 Francia ország 0,4000 Olaszország 0,4400 Németország 0,3550 Görögország Portugália 0,3170 Spanyolország 0,2300 Magyarország 0,1033

Átlagár minimum (25 évre) 4. táblázat: A költségek alapján képzett minimális átvételi átlagár az élettartam (25 év) alatt a különféle erőmű típusokban Megnevezés Olaj Gáz Szén Biomassza Atom Szél Nap Életteljesítmény MWh 200 000 39 420 30 623 Befektetett tőke € 991 000 1 316 000 1 794 000 1 812 000 3 205 000 1 440 000 1 831 190 A kívánt tőke hozadék € 2 477 500 3 290 000 4 485 000 4 530 000 8 012 500 3 600 000 4 577 975 Költség összesen € 34 858 791 31 246 072 26 761 432 16 752 372 3 296 190 453 158 17 728 Összesen € 37 336 291 34 536 072 31 246 432 21 282 372 11 308 690 4 053 158 4 595 703 Átlagár minimum (25 évre) €/MWh 186,68 172,68 156,23 106,41 56,54 102,82 150,07 Ft/kWh 53,92 49,87 45,12 30,73 16,33 29,70 43,34 Az induló árral az induló teljesítményt, az inflációt és a teljesítmény csökkenést is figyelembe véve számított átlagár a naperőmű esetében. 49,31

Gazdaságosság-megtérülés II. Atomenergia: leggazdaságosabb, társadalmi elfogadottsága csökken Szélerőművek: rendelkezésre állásának kiszámíthatatlansága, kiszabályzási problémák Tüzelhető biomassza: nagy szállítási igény (környezetszennyezés), alapanyag biztosításának kockázata, alacsony hatásfok (hulladékhő nehéz hasznosíthatósága)

Gazdaságosság- megtérülés III. A megújulók közül fajlagosan a fotovoltaikus termeli legnagyobb költséggel az áramot, de A legkisebb kockázattal jár Termelésének üteme jól előre jelezhető Érzéketlen az infláció alakulására A legtisztább energiát adja Termelésének legnagyobb hányada csúcs időszakra esik

Következtetések A naperőművek hazai telepítése az átvételi ár támogatásán keresztül szükséges Erőművi szinten 2-4 MW-os beruházások indokoltak Külföldi befektetők és áramkereskedők egyre nagyobb érdeklődést mutatnak mo-i beruházás iránt és „zöldáram” megvásárlásra Hazai forrásból, hazai zöldáram felhasználást, mi legyünk a tulajdonosok és haszonévezők