Inštrukcije Riki

Kako deluje sončna elektrarna?

Sonce nam da energijo za življenje na Zemlji. Večina energentov, ki jih uporabljamo za proizvodnjo električne energije, mehanske energije ali toplote, je nastalih kot posledica delovanja sonca sedaj ali v preteklosti. To so vodna energija, energija vetra, les, premog, nafta in plin.
Kako ekonomično lahko danes pretvarjamo sončno energijo v električno energija?

Sevalna moč sonca na zemlji

Sevalna temperature “fotosfere” sonca je 5760 K. Kolikšnen je svetlobni tok, ki ga seva sonca pravokotno na zemeljsko površino? Predpostavi 35 % absorbicijo svetlobnega toka na zameljski atmosferi.

Podatki:
T=5760 K                                 sevalna temperatura sonca v Kelvinih
R= 0,696 milijonov km           radij sonca
r= 149,6  milijonov km           oddaljenost sonca od zemlje

Moč, ki jo seva sonce, izračunamo po Stefanovem zakonu:

kjer je σ Stefanova konstanta.
Del moči, ki pade na kvadratni meter Zemlje je:

Če upoštevamo še absorbcijo na zemeljskem ozračju, dobimo:

Ta moč bi se absorbirala na zemlji, če bi bila Zemlja črno telo.

Nazivna moč sončne elektrarne je po definiciji njena moč pri gostoti sevalnega toka 1kW/kvadratni meter. Pri tem predpostavimo, da so sončni žarki pravokotni na vpadno površino. 

Povprečna mesečna sevalna moč v Ljubljani in na Kredarici

Dejanska moč sevane svetlobe se s časom spreminja. Verodostojne podatke lahko dobimo samo z dolgoletnim opazovanjem. V Sloveniji se s tem ukvarja Agencija RS za okolje in prostor. Na prikazanem stolpičnem diagramu je primerjava povprečne dnevne energije globalnega sevanja med Ljubljano in Kredarico. Pri meritvi globalnega sevanja so zajeti neposredni, odbiti in razpršeni žarki. V jesenskem in pomladnem času je vsled megle in smoga v Ljubljani sevanje na Kredarici nekoliko višje kot v Ljubljani, v poletnih mesecih pa nižje. V povrečju je na Kredarici sevanje višje le za slaba 2 odstotka.

Če uporabimo podatke za sevanje v Ljubljani in jih preračunano na mesečno in letno raven, dobimo sevalno energijo 1254 kWh na kvadratni meter površine.
                                                                                                                                                                          

Proizvodnja električne energije iz energije sonca
Sončna elektrarna – fotovoltaika

Solarni paneli sledilne sončne elektrarne

Glavni elementi sončne elektrarne so solarni moduli in paneli s fotoelektričnimi pretvorniki (PV – Photo Voltaic). Razlikujejo se po ceni in izkoristku pretvorbe. Na izhodu dajo enosmerno napetost. Če želimo proizvedeno električno energijo posredovati električnemu omrežje, ga moramo pretvoriti na omrežno napetost in frekvenco ter ga fazno uskladiti z omrežjem. Za to uporabimo razsmernik. Ostali deli elektrarne so zaščitni elementi in števci proizvedene in oddane energije.

Kako se lotimo izračuna pričakovane proizvodnje energije? Najprej izberemo primerne solarne panele (npr. panele iz silicijevih monokristalov) ter odčitamo iz podatkov proizvajalca, kakšna je nazivna električna moč pri gostoti sevalnega toka 1kW na kvadratni meter. Njun količnik je izkoristek pretvarjanja svetlobne energije v električno. Upoštevati moramo tudi izkoristek pretvornika, ki pretvarja enosmerno napetost iz sončnih panelov v izmenično napetost . Izberemo tudi površino panelov.

Primer sončne elektrarne:

Gradimo sončno elektrarno v Ljubljanski regiji. Elektrarna je sledilna, kar pomeni da se samostoječi sončni paneli samodejno obračajo za soncem. PV moduli so iz silicijevih monokristalov. Nazivna moč je 20,5 kW. Podatki in izračun proizvedene energije so v spodnji tabeli:

Proizvedena enargija sončne elektrarne

Cena energije sončne elektrarne

Na vsak kW nazivne moči elektrarne lahko torej pričakujemo letno proizvodnjo 1050 kWh električne energije. Pri ocenjeni investiciji 2400 €/kW nazivne moči in 15-letni amortizaciji je strošek amortizacije 0,16 €/kWh. Za mikro sončne elektrarne (nazivna moč je manjša od 50 kW) se trenutno odkupuje energija po 0,29 €, kar je približno petkratna  tržna cena – 0,05579 €/kWh. Podatek je za leto 2012. Trenutno lahko računamo na 5,7% kapitalski donos. V naslednjih letih se bodo podpore znižale vendar pričakujemo tudi padec cen sončnih panelov.

Zaključek

Sončne elektrarne imajo dolgoročno perspektivo v primeru, da bo cena električne energije iz teh elektrarn primerljiva s tržnimi cenami.  Proizvodnja sončnih panelov zahteva klimatizirano in brezprašno okolje in je energetsko potratna. V kolikor bi pri proizvodnji sončnih panelov uporabljali “umazane” vire energije, ne bi v ekološkem smislu veliko pridobili.