Поради екологичните замърсявания при изгарянето на изкопаемите енергийни ресурси и високите енергийни разходи за  добиване на горивата за АЕЦ еднозначно се определя перспективата пред енергетиката. А тя, без никакво съмнение, ще разчита на природосъобразните естествено самообновяващи се енергийни ресурси (ВЕИ). Ако този неизбежен преход,  някои експерти очакваха да се интензифицира в близките години, то днешната енергийна ситуация е такава, че еволюционната замяна на конвенционалните енергийни горива с възобновяеми ресурси, вече се превръща в революционна. В челото на зелената енергийна революция е слънчевата енергетика.  Тя е в състояние да задоволи напълно нуждите от електричество и топлина. А най-енергийно ефективните слънчеви системи едновременно произвеждат електричество и топлина.

Фотоволтаик - пряко преобразува светлината в електричество

Проектиране на фотоволтаични eлектроцентрали, системи и соларни паркове

В хармония с европейската енергийна политика у нас изграждането на фотоволтаични, вятърни, водни и комбинирани електроцентрали и други, ползващи възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) се финансира по мярка 312 по програмата за развитие на селските райони. Може да се кандидатства с проекти на стойност до 1 млн. евро, но за да се вземе максимално допустимият процент на гранта (70%), проектът трябва да е за не повече от 300 хил. евро.

Съгласно действащото законодателство преференциалните цени за изкупуване на произведената електрическа енергия са:
- за фотоволтаични системи с мощност до 5 kWp: 0.782 лв. без ДДС за kWh (киловат час)
- за системи по-големи от 5 kWp: 0.718 без ДДС за kWh
- срокът за изкупуване на електроенергията по преференциалните цени по Закон e 25 г., а за тока от вятърните генератори е 15 г. при изкупна цена от 9 евроцента за киловатчас, през който период горепосочените цени могат само да бъдат увеличавани.

За законовите преференции при инвестициите във ВEИ вижте повече тук

Оптимално проектиране на фотоволтаични инсталации и системи, както и на соларни паркове се прави, съгласно изискванията на Наредба 16 в сила от 1 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката. Сравнение на енергийната и инвестиционната ефективности на различните видове електроцентрали, ползващи възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) в българските условия вижте тук. За увеличаване ефективността на фотоволтаичните инсталации, те се комбинират с вертикално-осеви вятърни турбини. Една новоизобретена такава може да видите в действие на това видео.

В резултат на прогресиращото замърсяване на природата и напредващото глобално затопляне евродържавите, включително и България, имат много силни икономически, юридически и технически преференции за поощряване на инвестициите за електропроизводство във възобновяеми източници на енергия, включително и добита от слънцето чрез фотоволтаични електрогенератори. Подобни изгодни условия няма за никакви други инвестиции, защото всичката електропродукция за сметка на слънчевата светлина, вятъра и другите естествено самовъзстановяващи се енергоизточници се изкупува 100% без никакви ограничения. Известно е, че много трудно се намира печеливш бизнес със 100% гарантиран пазар за дълъг период от време. Еврофондовете приоритетно субсидират всички видове фотоволтаични проекти. Фотоволтаиците могат да се разполагат, както по фасадите и покривите на сгради, така и в дворове и на открито на земеделски и горски терени - практически навсякъде. За разлика от вятърните генератори, за които е нормативно забранено да с в населени места и в близост до тях, то фотоволтаиците могат да се инсталират и в урбанизирани територии. За тях не винаги се изисква следване на процедурите на инвестиционен процес за електроцентрали, а е достатъчно само разрешение за строеж (монтаж) по смисъла на чл.147 ал.1, т.2 от Закона за устройство на териториите. А съгласно Закона за енергетиката (чл.62) за местоположението на фотоволтаиците, както и на други електроцентрали на ВЕИ е предвидено Общините и Държавата да разрешават безсрочно право на строеж без търг или конкурс за обекти на общински и държавни терени.

В изпълнение на финансовата програма на ЕС за България до 2013 година нашето правителство  прие предложението на европейската комисия  в мярката “Достъп до устойчиви и ефективни енергийни ресурси”  да се включи нова дейност за изграждане на инсталации с използване на възобновяеми енергийни източници. Най-природосъобразният възобновяем енергиен източник, без съмнение, е слънцето. Цялата територия на страната е много подходяща за слънчева енергетика. А трансформацията на естествената дневна светлина в електрически ток, чрез соларни фотоволтаични модули, е най-екологичният начин на преобразуване на слънчевата светлина в електричество. Именно затова, такива проекти приоритетно се субсидират от ЕС. Подготовката и приемането на енергийни проекти с използване на възобновяеми енергийни източници стартира през месец септември 2007 година.

С помощта на някои наши иновативни технически решения за слънчеви паркове, както и за домашни фотоволтаици, може да се постигне до два пъти по-голямо годишно електропроизводство от едни и същи конвенционални фотоволтаични модули.

За цените на фотоволтаичните  модули  и съоръжения  -  тук А сравнение на цените на фотоволтаични модули, произведени по различни технологии, е направено тук.

 Главното предимство на новите технологии за тънкослойните фотоволтаици е ниската им цена. Важни техни предимства са, че твърде слабо пада производителността им при нагряване и работят отлично при разсеяна светлина. При същите условия кристалните фотоволтаици са ниско ефективни, макар че максималната им производителност за единица огряна от слънцето площ, достига до два пъти по-високи стойности, от  тази на некристалните силициеви модули. Затова, за кристалните силициеви модули се използват непрекъснато насочващи ги към слънцето системи и допълнително охлаждане, което оскъпява и инсталацията като цяло. Именно тази конкурентност между различните видове фотоволтаици е една от главните причини да се търсят оптималните  технически и инвестиционни решения за всеки фотоволтаичен проект. Без съмнение, каквито и да са фотоволтаици, където и да са монтирани у нас ще произвеждат електричество. Но доколко неговата себестойност ще бъде ниска, зависи от оптимизирането не само на енерготехническите, но и на инвестиционно-икономическите параметри на всеки проект. Затова такива проекти се правят в четири фази. С внедряването на съвременни тънкослойни фотоволтаици и при оптимално проектиране на соларни фотоволтаични системи, може в близко бъдеще цената на тока от фотоволтаиците да стане конкурентна на тази от публичните мрежи, която непрекъснато нараства. В този смисъл, в недалечно бъдеще, дори и без преференциални изкупни цени за тока от фотоволтаици, фотоволтаиката е перспективно направление в новата енергетика.

Три са основните фактори, чрез които може да се максимизира годишния електродобив от фотоволтаиците.

Първото е да се подберат   най-подходящите фотоволтаици за всяко конкретно място. Това е резултат на диференциален слънчево-енергиен одит.

Второто е да се избере оптималната им ориентация към слънцето (непрекъсната, периодична и стационарна). Този избор се основава на съотношенията между общата и дифузната слънчева радиация на място, конкретно за енергозначимия спектрален светлинен диапазон на избрания най-подходящ тип фотоволтаик, в съответствие със спектралните му енергийни характеристики.

Третото е да се реши дали да се използват концентратори на слънчевата светлина . Изборът на концентратори изобщо и в частност на определени видове също зависи от параметрите на слънчевото греене, както е посочено по-горе. Тук решаващо е отношението на пряката към дифузната светлина за енергозначимия спектрален светлинен диапазон на избрания най-подходящ тип фотоволтаик. Повече за диференциалния слънчев одит вижте тук.

Предварителният проект, съгласно Наредба 16 от 22 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката правим по следния план:

ПЪРВА ФАЗА

ДИФЕРЕНЦИАЛЕН СЛЪНЧEВО-ЕНЕРГИЕН ОДИТ

• Основни параметри, определящи енергийната стойност на слънчевата радиация
• Одитиране и зониране на място и в района, според общата селективно оценена слънчева радиация
• Относително  определяне на селективно оценената пряка и дифузна слънчева радиация на хоризонтални и наклонени повърхности.
• Оценка на влиянието на температурата на въздуха и вятъра върху ефективността на фотоволтаиците
• Оптимални наклонени повърхности за максимално облъчване със селективно оценена радиация

ВТОРА  ФАЗА  

ИЗБОР НА ОПТИМАЛНИ  ФОТОВОЛТАИЧНИ ГНЕРАТОРИ  ПО  ЕНЕРГОТЕХНИЧЕСКИ  КРИТЕРИИ

• Основни слънчево-климатични параметри, влиящи на производството на фотоволтаиците
• Производство на фотоволтаиците, в зависимост от наклона на фотоволтаичните модули
• Производство на фотоволтаиците, в зависимост от ориентацията на фотоволтаичните модули
• Производство на фотоволтаиците, в зависимост от конкретните условия на място
• Избор на птимална ориентация към слънцето (непрекъсната, периодична и стационарна)
• Годишно и помесечно електропроизводство от фиксирани кристално-силициеви фотоволтаични електрогнератори
• Годишно и помесечно електропроизводство от фиксирани тънкослойни фотоволтаични електрогнератори
• Годишно и помесечно електропроизводство от азимутно и зенитно ориентиращи се фотоволтаични гнератори

ТРЕТА  ФАЗА  

ИНВЕСТИЦИОННА И ЕКОЛОГИЧНА ОЦЕНКА НА ИЗБРАНИТЕ ПРОЕКТНИ ВАРИАНТИ

• Размер на инвестицията
• Парични постъпления
• Рискове и дисконтов процент
• Оперативни разходи
• Инвестиционен цикъл
• Период на възвръщаемост на инвестицията
• Нетна сегашна стойност на инвестицията
• Вътрешна норма на рентабилност
• Съотношение приходи / разходи
• Себестойност на електропродукцията
• Оценка на редукцията на замърсяването на околната среда в резултат от работата на фотоволтаичната електроцентрала
• Енерготехническо и инвестиционно-икономическо сравнение на вариантите

Информация  еврофинансиране вижте на Eвросубсидии

Увеличено електропроизводство от фотоволтаиците може да се осигури и чрез някои допълнителни пасивни и активни технически средства.

Нашият инженерен екип разработи редица технически средства за увеличаване на електропроизводителността на модулите. Те могат да се класифицират в 5 основни направления:

• Прозрачни покрития за фотоволтаиците, отразяващи нежеланите дълги инфрачервени лъчи, чиято енергия не е достатъчна да предизвика протичане на ток във фотоволтаичните клетки, а само ги загрява.

• Технически конструкции, подпомагащи естественото охлаждане на фотоволтаиците

• Опорни конструкции за месечни и сезонни  корекции на зенитните наклони на фотоволтаичните модули.

• Допълнителни рефлектори и концентратори за уплътняване мощностния капацитет на фотоволтаичните модули

• Екологични иновативни технически решения, предотвратяващи засенчването на терените от фотоволтаичните системи.

Освен посочените направления поотделно, в нашите проекти предлагаме и комбинирано използване на посочените и други  начини за повишаване на електропроизводителността на фотоволтаиците. Част от тях са под патентна закрила, а кратки техни описания има тук.

Хибридни ветро-фотоволтаични инсталации и соларни паркове

Електропоризводството на фотоволтаиците през лятото е в пъти по-голямо, в сравнение със зимните месеци. затова нерядко към фотоволтаичните паркове се изграждат вятърни турбини. те допълват зимния недостиг на произведено електричество от фотоволтаиците, защото през зимните месеци вятърът е по-силен. Но той  не е достатъчно силен, за да се бъдат известните вятърни турбини достатъчно енергопроизводителни. Затова усилията на конструкторите отдавна са се насочили към такива вятърни машини, които да са производителни при невисоки ветроскорости. Освен това те трябва да бъдат по възможност с прозрачни лопати, за да не засенчват фотоволтаиците и да уплътнят същите терени където са фотоволтаичните паркове. Друго изискване към такива, съвместими с фотоволтаиците, вятърни турбини е да не бъдат високи, за да не се налага да влизат тежки машини между фотоволтаичните модули, където няма необходимото място за тях. Едно видео на новоизобретена вятърна турбина, предназначена за съвместна работа с фотоволтаици вижте тук.

Известно е, че фотоволтаиците нямат разходи за гориво и всяко увеличение на електропроизводството им става за сметка на безплатната слънчева енергия. Дотолкова, доколкото тя се плаща  по висока цена - 94 стотинки за  киловатчас, то и всяко подобрение се изплаща много бързо, а като цяло се увеличава печалбата от инвестицията и се скъсява срокът за нейното изплащане.

Проектирането на соларни паркове изисква много по-сложен и обхватен проект от избора на фотоволтаичните модули, за което се отнася по-горния план на проекта.  По принцип, на каквото и да е място, може да се монтира какъвто и да е фотоволтаичен модул и той ще произвежда някакъв ток, в по-малко или по-голямо количество.

Но понеже фотоволтаиците са все още скъпи, то за инвестиционни проекти, а дори и за домашен фотоволтаик, винаги се поставя въпросът, кое е най-доброто техническо и конфигурационно решение, какви са най-подходящите модули и т.н.. А това зависи от специфичните условия на място, съобразено с конкретните климатично-географските условия. Когато говорим за климатични условия, можем да дадем пример с влажността на въздуха(която винаги е свързана и с температурата и с вятъра). Там, където атмосферата е по-влажна - до водоеми, гори и валежни зони, по-голямото наличие на водни пари препятстват проникването на инфрачервените лъчи, които сравнително малко допринасят за електропроизводството на фотоволтаиците, но във всички случаи ги загряват, с което повишават съпротивлението им и предизвикват спадане на енергийната им ефективност. Разбира се, различните видове фотоволтаици в различна степен превръщат енергията на инфрачервените вълни в електричество.

Тук нямаме за цел пунктуално да изреждаме всички изкисквания към разполагането на фотоволтаиците на терена, защото те детайлно са описани в алгоритъма на програмата, който използваме за проектирането, съгласно Наредба 16 от 22 януари 2008 г. на Министерството на енергетиката и икономиката. Но следва да се посочат няколко групи характерни изисквания, на които отговоря нашата методология:

Първата група е свързана с осветеността и засенчването. В тази група са всички геометрични и слънчево-позиционни параметри, характеризиращи целогодишното и ежедневното движение на слънцето, съответно – тяхната взаимообвързаност с позиционирането на фотоволтаичните модули на терена. В този проект детайлно са развити три варианта на позициониране – неподвижни модули, такива с едноосни слънцеследящи системи и с двуосни слънцеследящи системи. Поради обхватността на тези параметри и тяхната първостепенна важност, естествено те имат най-голяма тежест в нашия софтуер. Софтуерите, които следват изискванията на тази първа група параметри са най-разпространени в практиката на проектирането на фотоволтаични инсталации и паркове. Ако следва те да се използват, то се налага всички фотоволтаици да са разположени в строги хоризонтални линии.

А това означава, че за всеки модул следва да има специфичен фундамент и стойка с дадена височина, така че да се компенсират неравностите и наклоните на терена. Този подход оскъпява и усложнява, както подготовката на строително-конструкционните работи, така и на самите монтажни дейности на място, включително и фундирането на опорните конструкции. Казаното се отнася за всички видови системи – стационарни и въртящи се.

От изложеното става ясно, че да се ускори изграждането и да се намали себестойността на обекта е по-добре да се използва друг подход – а именно проектиране по терена. Това означава да се използват еднакви типови опори и фундаменти за всички модули, независимо от орографичните особености на терена. Именно тези особености формират една втора група изисквания към алгоритъма на софтуера.

Разбира се, подравняване на терена преди монтажа на съоръженията се прави в повечето случаи. Но такива дейности са свързани с незначително отнемане/натрупване на почва. По-сериозна работа върху терена винаги е свързана с нарушаване на естествената му структура, което е неприемливо от екологична гледна точка, не само заради последващата водна и ветрова ерозия, но и за нарушаване на баланса на флората и микрофауната, както и на локалните екосистеми.

В съответствие с втората група изисквания и поради изброените и други неблагоприятни екопоследици, отстоянията между фотоволтаиците се проектират по-големи, от минималните, получени на основание първата група критерии.

В известен смисъл е верен изводът, че посочените две групи изисквания частично си противоречат по отношение на ефективността. Това налага допълнителна оптимизация на проектирането, която можем да формулираме като трета група изисквания към  софтуера.

И последна в това изложение, но не последна по важност, е четвъртата група изисквания, които могат най-кратко може да се дефинират като условия и критерии за оптимизирано, улеснено и бързо механизирано поддържане на фотоволтаичния парк.

Използваната от нас методология оптимално съвместява и четирите групи изисквания.

Оптималният избор на фотоволтаици е двустранен процес. От една страна са данните от диференциалния слънчево- енергиен одит, а от другата са параметрите на различните видове фиксирани, полуфиксирани и подвижно монтирани фотоволтаици. Тези параметри в проспектите на производителите им са дадени за стандартизирани условия и често са надценени. Затова, в нашите проекти, ние използваме данни за работа на фотоволтаиците в реални условия, които са отчетени от независими технически експерти.

Спектралният състав на слънчевото греене и интензивността на всяка отделна честотна лента от слънчевите лъчи (вълни) имат съществено значение за оптималния избор на фотоволтаици. Не по-малко важно е да се определи прозрачността на атмосферата за слънчевата светлина, както и промяната на достигащата до земята слънчева енергия при различен наклон на слънчевите лъчи. Понеже атмосферният слой, обвиващ земята, представлява равномерно широк кълбовиден пръстен, то когато лъчите са наклонени те преминават през по-голяма маса от атмосферата, в сравнение със случаите, когато попадат пряко върху фотоволтаика под прав ъгъл към повърхността му (когато лъчите от слънцето са насочени пряко към центъра на земното кълбо и мислено преминават през фотоволтаика ). Подробни данни за прозрачността на атмосферата при различни положение на слънцето спрямо фотоволтаика, както и за слънчевия спектър в различни точки у нас, могат да се получат от специализирани изследователски центрове. Ние разполагаме с база такива данни за цялата територия на нашата страна, които са получени от спътникови измервания.

Друг съществен елемент на слънчево-енергийния одит е определяне на съотношението на пряката слънчева светлина и дифузната, попадаща на конкретния одитиран терен. Такива данни има и от наземни измервания. Те са решаващо важни за избиране на оптималните следящи слънцето системи и вида и технологията за концентриране и насочване на слънчевата светлина към фотоволтаичните модули. Като пример ще се спрем на въртящите се платформи, които в по-голяма или по-малка степен следват движението на слънцето. Без съмнение, те са по-евтини, отнесени към единица инсталирана фотоволтаична мощност, в сравнение с цената на самите модули, монтирани върху тях. Именно този факт прави икономически и инвестиционно изгодно тяхното използване. Но тази изгода не е еднаква навсякъде по територията на България, още по-малко – по територията на цялото земно кълбо. Това е и една от причините да се прави слънчево енергиен одит на всяко място, където се планира фотоволтаичен обект.

Няма универсално правилен избор, нито за големината, нито на типа, нито на границите и посоките на движение на следващите слънцето платформи. Същото е в сила и за концентраторите и плоските рефлектори, които се използват за увеличаване енергийната ефективност на фотоволтаиците. Модули се монтират на фиксирани или на въртящи се конструкции (платформи) Без съмнение, каквито и платформи да се използват, стига те да насочват модулите по-добре към слънцето – ще се получи увеличено електропроизводство. Но дали това винаги ще бъде икономически изгодно ?

От гледната точка на ефекта на мащаба, големите платформи са икономически по-изгодни. Но това е вярно само за единични съоръжения и то в случаите, когато голямото засенчване не е проблем. Но за соларни паркове, дори и за няколко платформи в дворни домашни инсталации, използването на по-малки въртящи се платформи е по-добрият избор, като от енерготехническа, така и от икономическа гледна точка, защото може те да се проектират и разположат така на терена, че да не се засенчват, макар и обхватът на въртенето им да не максимално възможният. Това е особено важно при оптимизиране на разстоянията между въртящите се платформи в соларни паркове. Там площта на терена е ограничена, дължината на кабелите не бива да бъде голяма, не само поради това, че се оскъпява обекта като цяло, но и нарастват електрическите загуби в тях. Затова, по правило за средните географски ширини, по-големият брой, но по-малки платформи, в рамките на 10-20 квадратни метра, е енерготехнически и икономически оптимален вариант за соларни паркове. А по отношение на въртенето им, най-изгодно е то да бъде автоматично по азимута (от изток през юг на запад) и периодично променяне на наклона спрямо терена.

Чрез сезонно ръчно променяне на наклона на фотоволтаичните модули, средногодишната им производителност може да се увеличи в рамките на 4-10 % за различни точки в нашата страна, спрямо неподвижно оптимално монтирани фотоволтаици. При слънчево насочващи системи тип "слънчоглед", които осигуряват ежедневно следване на слънцето (от изток, през юг, до запад) производителността им може да се увеличи с над 30% много райони от територията на България. А ако се прибавят и плоски слънчево-концентриращи системи - годишната производителност на конвенционални фотоволтаици се увеличава над 2 пъти.

Разбира се, важни са и отговорите на  икономически въпроси:  каква е цената и за колко време се изплаща, каква печалба ежемесечно ще носи, какви са другите икономически стимули и ползи от производството на екологично чиста електроенергия  и т.н.. Фотоволтаичните модули, макар и външно много да си приличат, съществено се различават по електрическо производство. Например, разликата в тяхната ефективност е над три пъти , в зависимост от различните материали и структури на полупроводниците. Електротермичната им зависимост също е доста различна, което обуславя още по-голяма разлика в производителността на различни модули при еднакви температурни условия. В резултат - цената за единица мощност на фотоволтаик варира в много широки граници. Тази разлика достига до 5 пъти.  Не по-малко значение от въпросите за себестойността фотоволтаичните електроцентрали имат и инвестиционните стимули за екоенергийно производство.

До тук говорихме само за стационарно монтирани модули. Когато се използват насочващи към слънцето съоръжения за самите модулите и/или за рефлекторните и/или концентраторите им, то разликите в цените стават още по-големи.

Затова е добре да се подходи системно и  последователно за оптимален избор на фотоволтаици:

Първият подход е да се проектира и изчислява, не по  данните от рекламите на фирмите-производители, а по  техническите данни за работещите фотоволтаици в соларни паркови в полеви условия. Западноевропейски, и предимно немски независими технически одитори, са изготвили редица енерго-технически доклади по поръчка на инвеститорите. Ние имаме данни от тях, получени от одитираните на място фотоволтаици. Не е тайна, че енрготехническите резултати, снети в реални експлоатационни условия, се различават от тези в рекламните проспекти на производителите на фотоволтаиците. Нашите проекти изготвяме по фактическите данни, снети от компютрите на соларните паркове, които са достоверните данни за електропроизводството на фотоволтаиците, съобразно съответните слънчево-климатични параметри.

Вторият подход задължително включва конфигурация и оптимизация, съобразно терена на конкретен проект. В годините на нашата практика  сме разработили редица  технически средства за увеличаване на електропроизводителността на фотоволтаици.  Пет от тях са изброени по-долу.

За нашите климатични условия е много важно да се предвиди добро естествено или принудително охлаждане на фотоволтаиците. Преди да се проектират допълнителни принудително охлаждащи системи и/или автоматизирани механични системи, непрекъснато насочващи модулите към слънцето,  е необходимо да се разкрият и използват всички пасивни начини за предотвратяване прегряването на фотоволтаиците и за оптималната им стационарна ориентация. Използвайки наше собствено ноу-хау ние разработихме компютърен симулатор за проектиране на оптимални фотоволтаични системи, който отчита всички локални климатични фактори, например:

• спектралният състав на слънцето и енергията, която носи всяка честотна лента

• съотношението на пряката и дифузната слънчева радиация,

• измененията на околната температура на въздуха,

• влажността,

• облачността,

• ветропараметрите и редица други параметри, както на климата,

• така и на различните видове фотоволтаични модули

Предпоставки за развитие на слънчевата електроенергетика у нас

От началото на 2007 г.  у нас са в сила преференциални цени за изкупуване на тока от фотоволтаични генератори. Те са в резултат на хармонизацията на нашите правни и икономически условия  за развитие на екологичните и напълно възобновяеми източници на енергия, така както са поети нашите международни ангажименти по Протокола от Киото и съответните директиви на Европейския съюз.

Продължаващият и задълбочаващ се енергиен дефицит на изкопаеми горива в европейските държави, включително и нашата, нараства. Увеличава се икономическата зависимост на евродържавите от страните - износители на петрол, природен газ и други дефицитни първични енергоизточници. В тази връзка започна подготовката на нова програма за развитие на възобновяемите енергийни източници в Европа. Тя предвижда рязко нарастване на дела на алтернативните и възобновямите източници при покриване на енергийните и горивните нужди на евродържавите. В унисон с вече съществуващата и  вече новата, още по-строга политика на ограничаване на изкопаемите неекологични източници на енергия е и българската вътрешна икономическа политика, която стимулира развитото на сектора на естествено възстановяеми източници. От 1 януари 2007 г. вече са в сила новите преференциални тарифи за изкупуване на генерираната енергия от вятърни електроцентрали, които достигат до 9 евроцента (11 с ДДС) за произведен киловатчас, и то без никакви квотни или други ограничения. А това означава, че се изкупува безотказно 100% от произведената електроенергия на преференциалната цена. А съгласно закона за Енергетиката, с последните изменения от есента на 2006 година, се узакони  действието на тази тарифа, като минимална такава, а времето, през което тя ще е в сила, е поне 12 години от пускането на ветроелектроцентралата в действие. В това отношение  режимът за изкупуване на тока, произведен за сметка на силата на вятъра, е един от най-благоприятните в света, което естествено породи и голям интерес от чуждите инвеститори, не само от Европа, но и от САЩ и други страни.

Енергийната политика за  вятърните централи продължи и по отношение на фотоволтаичните. От 1 януари 2007 г. са в сила новите преференциални тарифи за изкупуване на генерираната електроенергия от фотоволтаични генератори, които достигат до 40 евроцента за произведен киловатчас, и то без никакви квотни или други ограничения. В сравнение с германия например, където изкупната цена е по-висока (55 евроцента на киловатчас), у нас цената е по-ниска. Но в Германия слънчевата радиация, която попада на 1 квадратен метър площ средно се равнява на около 1000 киловатчаса енергия годишно, у нас тази стойност е около 1500 киловатчаса енергия средногодишно. Проста аритметична калкулация показва, че германската преференциална цена е с 37.5% по-висока от нашата, но слънчевата радиация у нас е с 50% повече средногодишно. Затова инвестициите във фотоволтаични електроцентрали у нас са по-изгодни, отколкото в Германия и редици други евродържави, като Испания , например. Без съмнение инвестициите във фотоволтаичните генератори ще бъдат новата вълна за законово гарантираните капиталовложения у нас, както се случи вече с ВЕЦ и вятърните електроцентрали. Но дотолкова, доколкото изкупната цена на тока от ВЕЦ у нас значително изостава от преференциите за вятърните и слънчевите електроцентрали, то развитието на вятърните и фотоволтаичните електроцентрали ще се става със силно ускорени темпове.

От инвестиционна гледна точка можем да отбележим поне 10 фактора, които мотивират инвеститорите за средносрочни и дългосрочни капиталовложения:

• Първичният енергиен източник е слънцето, което е безплатно и практически неизчерпаемо.

• Оперативното управление на фотоволтаичните съоръжения и системи е автоматично и се извършва дистанционно от електроразпределителните предприятия.

• Максималната си мощност фотоволтаиците отдават през деня, когато и електроконсумацията е максимална, което благоприятства оптималната работа на електросистемата.

• Всяка фотоволтаична система не се нуждае от постоянен оперативен персонал

• Фотоволтаичните електроцентрали и паркове имат заводски и сервизни гаранции 25 и повече години

• От всички удобно достъпни за експлоатация възобновяеми  енергийни източници, най бързо и лесно усвоимият е слънчевата светлина.

• Изкупната цена на тока, произвеждан от фотоволтаици у нас сега достига до 40 евроцента без ДДС за киловатчас, с тенденция да расте, заедно с ръста на енергията по-принцип. Тази изкупна цена е 10 пъти по-висока от преференциалната цена за тока от ВЕЦ и 5 пъти по-висока от изкупната цена за тока от вятърните генератори у нас.

•  България, със слънчевата светлина, съчетана с другите климатични условия, е една от най-подходящите територии за печеливша експлоатация на слънчевата светлина, чрез фотоволтаици.

• В зависимост от особеностите на терена за фотоволтаици и слънчевоенергийните данни за него, както и от техническите средства за преобразуване на светлината в ток, времето за изкупуване на инвестицията е между 5 и 9 години. Това е вярно за инвестиция без никакви субсидии. Но, както досегашните, така и новите икономически стимули от евро политиките и еврофондовете, гарантират евросубсидия минимум 50% за частни фотоволтаични  проекти. Затова реалният срок за възвръщаемост на инвестицията е  рамките на 3-4 години като максимум. А за общински проекти инвестициите са изцяло безвъзмездни.

• Фотоволтаиците могат да се разполагат, както по фасадите и покривите на сгради, така и в дворове и на открито на земеделски и горски терени - практически навсякъде.

От казаното не бива да се остава с неправилното впечатление, че каквито и да е фотоволтаични модули, монтирани където и да е, и както и да е, на сградите или в полето, са задължително много печеливша инвестиция. Фотоволтаични модулите, макар и външно да не се различават съществено, фактически са много различни. Тяхното оптимално проектиране е разгледано в тази книга.

Фотоволтаични електрогенератори

Както при електрохимичните устройства термините клетка и модул се използуват и при фотоволтаичните системи. Вместо „слънчева батерия" обаче най-малкият възел от механически свързани фотоволтаични клетки се нарича панел. Фотоволтаичният генератор обикновено е конструиран от известен брой панели, като най-малкият възел от електрически свързани фотоволтаични клетки се нарича модул. За да се получи по-голяма мощност и/или по-високо напрежение, в панела трябва да се монтират няколко фотоволтаични клетки. Например, за да се удвои напрежението, две фотоволтаични клетки се свързват последователно, като горният отрицателен електрод на първата фотоволтаична клетка се свързва с долния положителен електрод на втората чрез подходящ контакт. За да се удвои мощността при постоянно напрежение, двата електрода се свързват заедно за отрицателен извод, а другите два електрода – за положителен.

Ако трябва да се получи малка мощност и високо напрежение, фотоволтаичните клетки могат да се нарежат на части с еднаква площ и да се свържат последователно. Чрез паралелно и последователно свързване на определен брой фотоволтаични клетки може да се получи всякаква желана мощност, при каквото и да е напрежение. При свързване на няколко фотоволтаични клетки трябва да се обърне специално внимание на съгласуването на електрическите им характеристики. Когато фотоволтаичните клетки се свързват паралелно, те трябва да имат еднакво напрежение на празен ход и което е по-важно еднакво напрежение в точката на максимална мощност.

Обикновено фотоволтаичните модули се състоят не от един, а от няколко панела с еднакво изходно напрежение и еднаква мощност. Могат да се конструират стандартни модули с различно предназначение, които да покриват съответните специфични изисквания. Тъй като в практиката се използуват само няколко стандартни напрежения, като 1,5V, 6V, 12V, 24V, 48V, които са кратни едно на друго, ето защо и фотоволтаичните модули се проектират в съответствие с един от тези стандарти. Следователно и броят на основните панели е ограничен. Всяко конкретно изискване за определена мощност може да се спази чрез паралелно или последователно свързване на определен брой панели. Стандартизацията в проектирането на модулите опростява производствения процес и прави фотоволтаичните захранващи системи значително по-гъвкави, освен това така се улесняват автоматизацията и контролът на производствения процес.

Един друг пример за предимствата на модулните системи са фотоволтаичните електроцентрали, които могат да бъдат изградени от милиони еднакви модули. Обикновените електроцентрали изискват голям брой различни съоръжения, които трябва да се проектират и произведат отделно, преди да се монтират в централата. За разлика от тях фотоволтаичните могат да произвеждат енергия и когато само част от елементите са готови, без да се изчаква окончателното комплектоване на цялата централа. По такъв начин периодът за изплащане на капиталните разходи може да бъде намален с няколко години.

Засега, най-широко използваните защитни материали са стъклото и пластмасите. Фотоволтаичните клетки, херметизирани под стъкло, имат това предимство, че не изменят оптичните, механичните и електрическите си свойства при продължителна работа на открито. От друга страна, полимерите не могат да предотвратяват проникването на влага, следователно те са подходящи само когато силициевата пластинка и металните контакти са защитени с антикорозионно покритие. Пластмасите са по-леки от стъклото, но някои от тях губят прозрачността и еластичността си при продължително въздействие на атмосферните условия и слънчевата светлина. Оптичните свойства на материала на подложката нямат значение, много подходящо за целта например е фибростъклото. Иновативни технически решения за повишаване на ефективността на фотоволтаиците са представени тук.

Съществено важно е да се знае, че електропроводимостта на полупроводниците, в това число и на силициевите фотоволтаични клетки, силно намалява при нагряване от слънцето, съчетано с висока околна температура на въздуха и липса на вятър.  Това загряване значително увеличава електрическите загуби  във фотоволтаиците  и затова тяхната производителност спада с 10-15% в целогодишно изражение, като през топлите месеци на годината  този процент  е значително по-висок.  В нашите проекти обръщаме специално внимание на този факт. Нашият инженерен екип е разработил редица ефективни технически решения за намаляване на загубите при електропроизводството на фотоволтаиците. Част от тези решения са под патентна закрила.. Повече информация по темата вижте тук

Къде се монтират фотоволтаични генератори

Три са основните подходи при изграждането на фотоволтаични електрогенератори:

Първо  - използват са готови структури, като покриви и фасади на къщи промишлени, аграрни, обществени и други сгради, покриви на бензиностанции, навеси на гари и автогари, спортни зали, паркинги и т.н.

Второ - при проектиране на фасади, покриви, оранжерии и други сгради за всякакви нужди.

Трето - изграждане на фотоволтаични електроцентрали на специално отреден за тях терен - най-често на непродуктивни земеделски земи. Най-икономически целесъобразното решение е те да се изграждате на терени, където има или предстои да се монтират вятърни електрогенератори. Така се уплътнява не само терена, но и инженерната инфраструктура-пътища, телекомуникации, електрическо присъединяване. Същевременно се облекчава и поевтинява оперативното поддържане на съоръженията.

Освен на земеделска земя, фотоволтаични инсталации могат да се монтират на съществуващи стълбове от електропреносната и електроразпределителната система, електрическата линейна инфраструктура на БДЖ, сервитутите на пътищата, разделителните полоси на автомагистралите и други подобни места, собственост на държавата и/или общините. В тези случаи инвестициите могат да получат субсидии от еврофондовете. За общински проекти тези субсидии са около 80% от цената на инвестицията. Като пример за такъв проект е използването на покривните пространства на училищата, болниците и други общински сгради за монтиране на фотоволтаични модули, както и стълбовете на уличното осветление. Освен покривите, могат да се използват и южните фасади на сградите.

За частните инвеститори също са предвидени субсидии, в размер на 20% от цената на инвестициите по програма "Феникс" на Европейската банка за възстановяване и развитие - Лондон, която има банки-брокери у нас, както и от редица други източници.

Процедура на проектиране

Проектирането протича в два етапа, всеки с четири стъпки. Процедурата, последователността и вътрешните цикли между процедурните стъпки са илюстрирани на долната схема:

Преди да се пристъпи към изпълнение на гореилюстрираната процедура е препоръчително да се направи предварителна оценка за ефективност на проекта по плана, представен в началото на тази страница. 

Икономическа, инвестиционна и екологична оценка на фотоволтаичен проект

За всяка една инвестиционна оценка на енергиен проект е съществено важна е цената, на която ще се продава електричеството. Тази цена е преференциялна е както бе посочено по-горе, тя достига до 40 (евроцента (48  с ДДС) за генериран киловатчас.

Себестойността на електричеството зависи главно от инвестиционните и горивните разходи и затова традиционно се разглежда като двукомпонентна, независимо дали това е eксплицитно обявено или е скрито в обща тарифа. Във всички случаи обаче, така наречената такса мощност, която не зависи от консумацията на потребителя е първата компонента. Втората тарифна компонента, пропорционална на горивните разходи, изцяло зависи от консумацията. Този начин на тарифиране не изглежда приемлив за потребителя, защото той е принуден да плаща за енергия, когато не консумира такава. Ако така се калкулира цената на АЕЦ например, то няма да има никакви средства за нейното затваряне и неутрализиране, въпреки че пълното неутрализиране, поне засега е практически неприложимо, а ако следва да се прави, то цената на електроенергията ще следва да включва много скъпа трета компонента, която накратко може да определим като екологична.

При производството на енергия от ВЕИ горивната компонента е нула, тъй като не се ползва гориво. Екологичната компонента е нула или много близко до нулата. Така себестойността на енергията основно се формира на основание амортизацията на инвестицията за централата на ВЕИ и текущите й разходи. В този случай може да се каже, че тарифата изцяло е базирана на принципа на такса мощност, но цената се плаща, само когато се генерира енергия, т.е. когато фактически се амортизира инвестираният капитал. В този смисъл, ценообразуването при електроцентрали на ВЕИ е логично обвързано със счетоводната себестойност от една страна и с реалната консумация от потребителя – от друга страна.

По принцип, инвестициите за единица инсталирана мощност в енергийно производство за сметка на ВЕИ са относително по-големи от тези за подобни производства от фосилни източници. Но дори и когато инвестициите са близки при съпоставими параметри, то непостоянният и периодичен характер на ВЕИ намаляват продуктивността на енергопроизводството от ВЕИ.  Затова в крайна сметка себестойността на енергията, добивана от ВЕИ е винаги по-висока от тази на енергия получена от въглища например. Тази сметка обаче не отчита необходимите разходи за преодоляване на неблагоприятните екопоследици от изгарянето на традиционните горива. Затова, законодателно у нас, по аналогия с евродържавите и други развити страни, е предвидено еленергията от ВЕИ да се заплаща по твърди цени и то по-високи, отколкото за тази, добита от АЕЦ и ТЕЦ. От всички енергийни проекти, използващи ВЕИ, най-скъпа е фотоволтаичната електроцентрала. но сервизният експлоатационен срок на такива съоръжение е над 25 години, защото те нямат триещи се и подвижна части. Затова в дългосрочен план инвестицията във фотоволтаични инсталации е ней-доходоносна. Но във всички случаи, един оптимален проект може да скъси срока за изкупуване на инвестицията и да увеличи доходността на инвеститора. За нашите условия доходността от фотоволтаични електроцентрали може да е по-голяма от тези във ВЕЦ и вятърни електроцентрали. Какви проектантски подходи и методи за оптимално проектиране и какви нови технически решения се използват за увеличаване на енергийната ефективност на фотоволтаичните генератори е описано тук.

Фотоволтаичните електроцентрали и други подобни съоръжения, работещи в паралел с електрическата система у нас оперират напълно автоматично и се управляват дистанционно от диспечерски център на електроразпределителните предприятия. Те са длъжни да изкупуват произведената електроенергия по всяко време и независимо от генерираното количество. Фотоволтаичните електроцентрали нямат постоянен оперативен персонал и това освобождава собствениците им не само от разходи за заплати, но и от всички свързани с тях осигурителни и здравни начисления за персонал, както и от бюрократичните задължения по отчетите му.

Преференциалното изкупуване на ВЕИ електроенергията, по твърда цена от НЕК, дава възможност на производителите гъвкаво да планират своята консумация на ток (ако имат такава), така че да се възползват от тарифните намаления на НЕК за нощна енергия, например и/или в пиковите часове да ползват собственото си производство, за да избегнат скъпите цени на НЕК  във  върховите тарифни зони. И разбира се – продажби на завишени цени през натоварените часове на електропотреблението

Повече специализирана информация по темата вижте тук  , а за цените на фотоволтаичните  модули  и съоръжения  -  тук

Към началото на страницата !

i

WEB design: George Tonchev Jr.