Zakład Systemów Zasilania (Z-5) Opracowanie nr 292/Z5 z pracy statutowej pt.

Transkrypt

1 Zakład Systemów Zasilaia (Z-5) Opracowaie r 292/Z5 z pracy statutowej pt. Aaliza istiejących w Polsce regioalych różic wartości czyików wpływających a koszt eergii używaej w telekomuikacyjych systemach zasilaia opartych a odawialych źródłach eergii. Praca r Warszawa, grudzień 2006

2 Aaliza istiejących w Polsce regioalych różic wartości czyików wpływających a koszt eergii używaej w telekomuikacyjych systemach zasilaia opartych a odawialych źródłach eergii. Praca r Nr umowy: 53/2006 Słowa kluczowe: system zasilaia, odawiale źródła eergii Kierowik pracy: mgr iż. Adrzej Bikiewicz Wykoawcy pracy: mgr iż. Adrzej Bikiewicz iż. Paweł Kliś iż. Ja Komorowski tk Adrzej Stułka tk Geowefa Dziuba Kierowik Zakładu: iż. Paweł Kliś Copyright by Istytut Łączości, Warszawa

3 Spis treści 1. WSTĘP SYSTEMY ZASILANIA STRUKTURA WSKAŹNIKI OCENY PORÓWNAWCZEJ PODAŻ ENERGII PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO NA OBSZARZE POLSKI ELEMENTY SKŁADOWE SYSTEMU 1KW Paele fotowoltaicze Baterie akumulatorów Siłowia telekomuikacyja Zespoły prądotwórcze Ie elemety systemu Koszt zakupu działki pod iwestycję i koszt budyku KOSZT ROCZNY DLA SYSTEMU 1KW KOSZTY ELEMENTÓW SYSTEMU O MOCY 5 KW Bateria akumulatorów Zespoły prądotwórcze Siłowia telekomuikacyja KOSZT ROCZNY DLA SYSTEMU 5KW SKUMULOWANY EFEKT REGIONALNY W SKALI WOJEWÓDZTW WNIOSKI LITERATURA

4 1. Wstęp Odawiale źródła eergii, a zwłaszcza źródła fotowoltaicze, rozwijają się bardzo dyamiczie. W 2004 r. produkcja modułów fotowoltaiczych (PV) osiągęła 1000 MWp i wzrastała średio roczie w ciągu ostatiej dekady o 37 %. Przy takiej dyamice w 2010 r. produkcja modułów PV osiągie 10 GWp. Wiodącymi producetami są Japoia 48 %, USA-11 %, Uia Europejska 27 %. Koszt modułów fotowoltaiczych w przeliczeiu a jedostkę mocy wyosi obecie 4 5 USD/Wp. Przewiduje się obiżeie tej wartości w ciągu dekady do około 2 USD/Wp. Jeśli chodzi o strukturę odbiorów zasilaych to przewiduje się, że główym zastosowaiem systemów fotowoltaiczych będą systemy domowe (27 %), ale odbiory telekomuikacyje staowić będą aż 11 % wszystkich zastosowań. 55 % z zaistalowaych dotychczas systemów to istalacje autoomicze, ie mające połączeia z siecią elektroeergetyczą. Zaletą źródeł odawialych jest ich lokaly charakter, pozwala to a budowę rozproszoych, iezależych systemów eergetyczych, małej i średiej mocy zwiększających bezpieczeństwo eergetycze. Modułowy charakter tych istalacji pozwala a stopiową ich rozbudowę w razie potrzeby i dogode fiasowaie iwestycji. Obok aspektu techiczego waży jest aspekt gospodarczo-społeczy, a miaowicie promocja rozwoju regioalego. Aspekt regioaly jest jedą z cech charakterystyczych eergetyki odawialej. Dlatego też ta praca kocetruje się a aalizie wpływu czyików warukowaych różicami regioalymi a podstawowy wskaźik, jakim jest jedostkowy koszt eergii w telekomuikacyjych systemach zasilaia opartych a zastosowaiu źródeł fotowoltaiczych. Jak wspomiao wyżej, odbiory telekomuikacyje staowić będą wiodącą grupę odbiorów dla systemów fotowoltaiczych, co dodatkowo wzmacia zaczeie przedstawioej aalizy. 2. Systemy zasilaia struktura Zasadiczo wyróżić moża dwa typy systemów zasilających, wykorzystujących źródła odawiale: systemy autoomicze i systemy ieautoomicze. BF UD BA ZP SŁ OD Rys. 1. Autoomiczy system zasilaia Ozaczeia a rysuku: BF bateria fotowoltaicza UD układ dopasowaia BA bateria akumulatorów 4

5 ZP zespół prądotwórczy SŁ siłowia OD odbiory Autoomiczy system zasilaia charakteryzuje się brakiem połączeia z siecią elektroeergetyczą. Na rysuku 2 przedstawioo system ieautoomiczy. System te jest połączoy z siecią elektroeergetyczą, która staowi podstawowe rezerwowe źródło eergii. BA BF UD FL Sieć el. ~230V SŁ SZR Sieć el. ~230V OD ZP Rys. 2. Nieautoimiczy system zasilaia Ozaczeia a rysuku: BF bateria fotowoltaicza UD układ dopasowaia BA bateria akumulatorów ZP zespół prądotwórczy SŁ siłowia OD odbiory FL falowik SZR - SZR 5

6 3. Wskaźiki ocey porówawczej Aby móc dokoać aalizy wpływu różych czyików a koszt eergii wytwarzaej przez systemy zasilaia, co jest celem tej pracy, trzeba zastosować odpowiedią metodę aalizy ekoomiczej i odpowiadające jej wskaźiki ekoomicze. Jest to związae z ogóliejszym zagadieiem, jakim jest wybór i zastosowaie właściwych wskaźików ekoomiczej efektywości iwestycji. Najbardziej rozpowszechioe są trzy metody podejmowaia decyzji iwestycyjych. Są to: 1) Metoda zaktualizowaej wartości etto iwestycji 2) Metoda rówych rat roczych 3) Metoda wewętrzej stopy procetowej. Ad.1. Metoda zaktualizowaej wartości etto iwestycji zaa jest w literaturze aglosaskiej jako NPV - Net Preset Value Method. Jest to metoda ajbardziej ogóla i dokłada, zalecaa jako dająca ajbardziej adekwatą oceę projektów iwestycyjych, także w zakresie eergetyki odawialej. W metodzie tej bierze się pod uwagę wszystkie przepływy fiasowe przez cały czas trwaia projektu iwestycyjego- zarówo wpływy jak i wydatki w kolejych latach przez cały okres budowy i eksploatacji iwestycji. Sumy te dyskotuje się a rok zerowy, którym umowie jest rok zakończeia budowy iwestycji. Wskaźik NPV jest więc zdyskotowaą różicą wszystkich wpływów i wydatków roczych związaych z iwestycją ) NPV = Pt * I t t * t (1 + k ) (1 k ) gdzie t= 1 t= 1 p + P t -wszystkie rocze wpływy i wydatki (ze zakiem mius) w kolejych latach eksploatacji It - wszystkie rocze wydatki w kolejych latach budowy iwestycji t - wskaźik kolejego roku k - omiala stopa dyskotowa p- ilość lat budowy -ilość lat eksploatacji. Korzyste są iwestycje dla których NPV ma wartość dodatią. Z dwóch różych wariatów iwestycyjych, korzystiejszy jest te, dla którego NPV jest większe. Ad.2. W metodzie rówych rat roczych oblicza się przecięte wydatki i dochody rocze, przyjmując, że są oe stałe w kolejych latach. Przy tym uwzględia się także akłady iwestycyje rozłożoe a cały okres eksploatacji. 1 I = I t * t t = 1 ( 1+ k ) stąd ze wzoru a sumę postępu geometryczego otrzymuje się: I = I t * ( ) 1+ k 1 k( 1+ k) Po przekształceiu: I t = I* k k *( 1+ ) ( 1+ k ) 1 Aalogiczie otrzymujemy dla roczych wydatków i wpływów eksploatacyjych: P t = P k k ( 1+ ) ( 1+ k ) 1 6

7 Ad. 3. W metodzie wewętrzej stopy procetowej (Iteral Rate Method) zamiast stopy dyskotowej używa się tzw. wewętrzej stopy procetowej, oblicza się ją przez przyrówaie NPV do zera. Jest to graicza stopa zwrotu poiesioych akładów. Korzystiejszy jest te wariat iwestycyjy, dla którego wartość wewętrzej stopy jest wyższa. Stopa ta ie powia być iższa iż omiala stopa dyskotowa. Przy założeiu stałych roczych przychodów i wydatków w poszczególych latach, po przyrówaiu NPV do zera według wzoru 1) i po przekształceiach otrzymujemy rówaie z którego wyzacza się graiczą stopę zwrotu r: r( 1+ r) P I 0 ( 1+ r) 1 = Dodatkowo wyróżia się jeszcze co ajmiej dwa wskaźiki ekoomicze, które są bardzo przydate w oceie efektywości iwestycji. Są to: 1) wymagay wyróway dochód 2) okres zwrotu Ad.1. Wskaźik pierwszy (levelised required reveues) wyraża wymagay średi roczy przychód przy założeiu, że jest o rówy średim roczym kosztom iwestycji. Wskaźik te oblicza się przez przyrówaie rówaia 1) do zera (NPV=0) i wyzaczeie przychodu używając przy tym rozwiiętej formuły a NPV, wyróżiając koszty i dochody. W tym celu we wzorze 1) wstawimy w miejce P t wyrażeie P t = V e -L e -M. gdzie V e - przychód wyikający z wartości uzyskaej, wytworzoej w ciągu roku z daej iwestycji (tu jest to rocza wartość eergii wytworzoa w systemie zasilaia). L e - roczy zmiey koszt eksploatacji: koszty eergii a potrzeby włase. M.- roczy stały koszt eksploatacji: koszty utrzymaia - w tym koszty remotów i koserwacji urządzeń, koszty osobowe i koszty ogóle. W rówaiu 1) ależy uwzględić także wpływ opodatkowaia. Dochód roczy P t jest zmiejszoy po opodatkowaiu. Przyjmując roczą stawkę opodatkowaia T (tax), dochód roczy wyiesie (1-T)*P t. W formule a NPV ależy uwzględić także odpisy amortyzacyje. Wchodzą oe w skład kosztów uzyskaia dochodów, a więc zmiejszają podstawę opodatkowaia o wartość T*D t - gdzie D t jest roczym odpisem amortyzacyjym w roku t. Zatem w roku t dochody są wyższe o T*D t z tytułu amortyzacji. D t moża wyrazić astępująco: D t= I * b d gdzie b - podstawa amortyzacji ( podlegająca amortyzacji część kosztu iwestycyjego) d - okres amortyzacji - liczba lat. Ostateczie rozwiięta formuła rówaia 1) przyjmuje astępującą postać: d 1 b* T* I 1 NPV = ( 1 T)* ( Ve Le M)* + * = 1 ( 1+ ) t t I 2) t k d t = 1 ( 1+ k ) Po przyrówaiu NPV do zera w rówaiu 2) i przyjmując, że: V e = r *I + M. + L e 3) gdzie r - rocza rata zwrotu kapitału. Z rówaia 2) po przekształceiach otrzymujemy a r astępujący wzór: d b* T 1 1 * t d t = 1 ( 1+ k ) r = 4) 1 ( 1 T)* t t = 1 ( 1+ k ) Wzór te uzupełia się czasem o roczy koszt ubezpieczeia p 1 oraz koszt iych opłat p. podatek od własości - p 2 i ostateczie przyjmuje o astępującą postać: 7

8 d b* T 1 1 * t d t = 1 ( 1+ k ) r = + p 1 + p 2 1 ( 1 T)* t t = 1 ( 1+ k ) Nomiala stopa dyskotowa k obrazuje średią ważoą stopę oprocetowaia kredytów. Rozwiięta formuła dla k ma astępującą postać: k = k E k P T k B e * + p * r + ( 1 )* b * Kc gdzie E - środki fiasowe ze sprzedaży akcji publiczych k e - omiala stopa zwrotu dla tych akcji P r - środki fiasowe ze sprzedaży akcji preferecyjych k p - omiala stopa zwrotu dla akcji preferecyjych B- środki fiasowe uzyskae przez kredyt k b - omiala stopa oprocetowaia kredytów K c = E+P r +B - akłady iwestycyje ogółem. Ze względu a to, że w rozpatrywaej przez as sytuacji K c = B (wszystkie akłady iwestycyje są fiasowae z kredytu), więc k = (1-T)*k b. Czyik (1-T) w tym wzorze wyika z faktu, że rocze raty spłaty kredytu staowią koszt uzyskaia i są odejmowae od podstawy opodatkowaia - opodatkowaie zmiejsza obciążeia z tytułu spłaty kredytu. Wymagay roczy dochód obliczoy według formuły 3) jest rówy roczemu kosztowi (poieważ NPV=0). Zatem koszt roczy K r = r *I + M. + L e. Właściwym wskaźikiem porówawczym w rozpatrywaym zagadieiu jest jedostkowy roczy koszt - k. Jest to koszt roczy wytworzeia jedej kilowatogodziy eergii elektryczej a ściślej dostarczeia jej do odbiorika: k = K r A gdzie A - rocza produkcja eergii elektryczej etto (cała wyprodukowaa w roku eergia pomiejszoa o wielkość eergii a potrzeby włase). Ad.2. Wskaźik okres zwrotu (payback period) ma astępującą postać: I PP = Ve Le M Czyli, zgodie z dotychczasowymi ozaczeiami, rówa się o ilorazowi całkowitych kosztów akładów iwestycyjych przez jedoroczy dochód (w pierwszym roku eksploatacji). Im miejszy jest PP - okres zwrotu jest krótszy, tym korzystiejsza jest iwestycja. Metoda ocey iwestycji w oparciu o te wskaźik jest szeroko rozpowszechioa, lecz w przedstawioej, ierozwiiętej postaci, zajduje oa zastosowaie do ocey projektów iwestycyjych o szacowaym okresie zwrotu co ajwyżej 5-letim. Dla dłuższych okresów zwrotu ależy uwzględić efekt dyskotowaia sum i opodatkowaia. Jak wyżej przedstawioo dla określeia stopy dyskotowej podstawowe zaczeie ma stopa związaa z obsługą kredytu. W zakresie proekologiczych iwestycji, a do takich zalicza się także dotyczące eergetyki odawialej, istieją trzy możliwości kredytowaia: 1) kredyt preferecyjy oferoway p. przez Wojewódzkie Fudusze Ochroy Środowiska i Gospodarki Wodej (WFOŚiGW) 2) kredyt komercyjy z dopłatą p. WFOŚiGW 3) kredyt komercyjy 8

9 Ad.1. Kredyt preferecyjy udzielay jest maksymalie w wysokości 90 % kosztu całego przedsięwzięcia, a okres do 15 lat. Wysokość roczego oprocetowaia dla iwestycji w eergetyce odawialej ustala się w przedziale (0,2 0,6) razy (stopa redyskota weksli-srd), ale wartość tego oprocetowaia ie może być iższa iż 3,5 % w skali roczej. Zwykle wysokość ustala się w połowie przedziału dopuszczalego, a więc a poziomie 0,4*SRD, choć dla obecej wartości SRD = 4,25 % wartość stopy procetowej przyjmuje miimalą dopuszczalą wartość tj. 3,5 %. Jest możliwość karecji w spłacie kredytu do 18 miesięcy, a także możliwość umorzeia części spłaty po spłacie połowy zadłużeia. Kredytowaiu preferecyjemu podlegać mogą tylko urządzeia techologicze istalacji eergetyczej, ie może podlegać p. budyek i działka a której zaistalowao urządzeia. Ad. 2. Kredyt komercyjy z dopłatą WFOŚiGW udzielay a maksymalie 8 lat z możliwością karecji spłaty 1 rok. Dopłata ze stroy WFOŚiGW, zgodie z zasadami, ie może być wyższa w skali roczej iż 0,5*SRD. Reala stopa dla klieta przy tego typu kredycie zaciągiętym w Baku Ochroy Środowiska (z tym bakiem WFOŚiGW ma podpisaą umowę) wyosi 0,85*SRD 3,61 %. Jak widać, ta forma kredytowaia, co do waruków spłaty, jest bardzo podoba do wymieioej uprzedio. Ad. 3. Zasady udzielaia kredytu komercyjego w Baku Ochroy Środowiska (wybrao BOŚ dla łatwiejszego porówaia przedstawioych wariatów, waruki oferowae w iych bakach są bardzo zbliżoe) są astępujące. Kredytu udziela się a 10 lat, choć moża egocjować wydłużeie okresu spłaty. Moża ubiegać się o karecję a spłatę rat kapitałowych do czasu zakończeia iwestycji. Oprocetowaie w skali roczej wyosi: 2 3 % + WIBOR (Warsaw Iter Bak Offerig Rate) 6-cio miesięczy. Pobiera się też jedorazowo prowizję w wysokości 1 % od całej sumy udzieloego kredytu. Jak widać, pierwszy składik jest zmiey i może być egocjoway. Im większa suma kredytu i większa wiarygodość pożyczkobiorcy oraz im krótszy okres spłaty, tym iższy może być te składik. Przyjmując średią jego wartość a poziomie 2,5 % i WIBOR = 4,35 % (zgodie z obecą wartością dla sześciomiesięczego WIBOR-u) otrzymamy realą wartość stopy oprocetowaia kredytu jako: 2,5 %+ 4,35 %+1 % 8 %. Oczywiście kredyt może być udzielay w traszach (i zwykle jest), co może prowadzić do iezaczej modyfikacji efektywej stopy procetowej, ale przy przewidywaym krótkim czasie iwestycji- maksymalie 2 lata, ie ma to wielkiego zaczeia. Podsumowując powyższe, mamy w przypadku kredytu preferecyjego stopę roczą oprocetowaia kredytu 3,5 % i okres spłaty 15 lat. Te sposób kredytowaia dotyczy wszystkich urządzeń wchodzących w skład systemu. W przypadku kredytu komercyjego mamy stopę roczą 8 % i czas spłaty kredytu 10 lat. Te sposób kredytowaia dotyczy kupa działki i budowy budyku. Obliczmy roczą ratę zwrotu kapitału r dla poszczególych składików iwestycji. W tym celu przekształcimy wzór 4) do odpowiediej postaci: k (1 + k ) DT r 5) (1 T )(1 + k ) 1) 1 T Dla budyku przyjmujemy D =0,025 (okres amortyzacji 40 lat) zgodie z Ustawą O zmiaie ustawy o podatku dochodowym od osób prawych (Dz.U.Nr106 poz.1150). Dla kredytu komercyjego k 0,065 (0,81*8 %). Dla budyku r : 40 0,065(1,065) 0,025*0,19 r = =0,087-0,006 8,1 % 40 (1 0,19)(1,065) 1) 1 0,19 W przypadku zakupu działki ie uwzględia się amortyzacji i wzór a r jest astępujący: k (1 + k ) 0,065 r = 0,080=8 % (1 T )((1 + k ) 1) (1 0,19) 9

10 (1 + k ) bo, gdy bardzo duże to iloraz dąży do 1. (1 + k ) 1 W przypadku urządzeń mamy kredyt preferecyjy, k 0,028 (0,81*3,5 %). Stawki amortyzacyje przyjmujemy astępująco (według wspomiaej wyżej ustawy [6], lub rzeczywistej żywotości, tam gdzie ustawa stawek ie podaje): Akumulatory 20 %-5 lat wg [6] (w rzeczywistości żywotość 3 lata) Zespoły prądotwórcze 14 % -7 lat wg [6] Paele fotowoltaicze 15 lat ~ 7 % wg daych produceta Pozostałe elemety (siłowia, przetworice) 10 lat 10 % Akumulatory: 5 0,028(1,028) 0,2*0,19 r = =0,268-0,047=0,221=22,1 % 5 (1 0,19)(1,028) 1) 1 0,19 W rzeczywistości żywotość baterii w omawiaym systemie wyiesie 3 lata, a r 0,436-0, %. zespoły prądotwórcze: 7 0,028(1,028) 0,14*0,19 r = 0,197-0,033 0,164=16,4 % 7 (1 0,19)(1,028) 1) 1 0,19 W rzeczywistości żywotość zespołu wyiesie ie więcej, iż 3 lata w przypadku systemu autoomiczego, dla tego systemu aalogiczie, jak w przypadku baterii akumulatorów r 40,3 %. paele fotowoltaicze: 15 0,028(1,028) r = 0, 016 =0,111-0,016=0,095=9,5 % 15 (1 0,19)(1,028) 1) pozostałe urządzeia: 10 0,028(1,028) r = 0, 023 =0,143-0,023=0,120=12 %. 10 (1 0,19)(1,028) 1) Wzór 5) jest wzorem przybliżoym, w którym przyjmowaliśmy jako czas amortyzacji urządzeń, a więc róże dla różych urządzeń a ie jak to powio być, jako czas życia iwestycji, w aszym przypadku 15 lat. Pokażemy jedak, że wzór 5) bardzo dobrze przybliża rzeczywistość. Weźmy obliczeia dla baterii akumulatorów. Zakładamy, że żywotość baterii wyosi 3 lata, więc ależy dokoać 5 razy w czasie życia iwestycji wymiay baterii: pod koiec roku: 0, 3, 6, 9, 12. Zakładamy, że wszystkie baterie zakupimy z kredytu preferecyjego, więc k = 2,8 %. Po stroie iwestycji musimy wpisać I*( ) 4,26*I (1 + k ) (1 + k ) (1 + k ) Zatem we wzorze 5) pierwszy składik pomożymy przez 4,26. Obliczymy te pierwszy k (1 + k ) 0,028*1,028 0,028*1,513 składik = 0, (1 T )(1 + k ) 1) (1 0,19) *(1,028 1) 0,81* 0,513 Zatem rzeczywista wartość pierwszego składika wyiesie 4,26*0,102 0,434=43,4 %. Wartość przybliżoa wyiosła zaś 0,436 43,6 % więc różica wyosi dziesiąte części proceta. Zmodyfikować ależałoby też drugi składik we wzorze 5), który obrazuje amortyzację. Ale zauważmy, że składik te jest o rząd wielkości miejszy od składika pierwszego, oraz że czas amortyzacji jest określoy według ustawy [6] i jest w rozliczeiach iezmiey. Zmodyfikowaa formuła a obliczeie rzeczywistej wartości amortyzacji pokazuje, że maksymale różice wyoszą około 20 %, a więc wpływają a wartość całkowitą r o miej iż 1 % ( 0,2* 0,047= 0,9 %). 10

11 Należy także wyjaśić sytuację w przypadku tych składików iwestycji, których trwałość przekracza czas życia iwestycji. Chodzi p. o budyek, dla którego przewiduje się czas amortyzacji 40 lat, a czas iwestycji przewiduje się 15 lat. Czy ależy w kalkulacji kosztów, a zwłaszcza roczej raty obsługi kapitału, starać się skosumować całą wartość budyku w czasie trwaia iwestycji, czy też założyć istieie wartości pozostałej, odpowiadającej wartości ie w pełi zamortyzowaego budyku. Przy tym drugim podejściu, które wydaje się właściwsze, zakładamy liiowy model amortyzacji. Więc wartość budyku (teoretyczie) a koiec iwestycji wyosi 25/40 wartości początkowej, a jego zużycie 15/40 wartości początkowej i przez te współczyik ależałoby pomożyć obliczoą ratę roczą obsługi kapitału. 15 0,065(1,065) 15 0,025*0,19 r = * =0,36*0,375-0,006 0,0129=12,9 % 15 (1 0,19)(1,065) 1) ,19 Zakładamy, co jest realistycze, że iwestycja będzie jedorocza. Koszt roczy całkowity wyiesie: K r = i= 1 r i * I i +M+S gdzie: I i - koszt poszczególych składików systemu i związaych z im elemetów iwestycji S- rocze koszty stałe eksploatacji, główie koszty osobowe M- rocze koszty zmiee eksploatacji, główie koszty paliwa, części zamieych. Przyjmujemy, że koszt S szacukowo odpowiada ½ etatu, co daje roczy koszt a poziomie około zł. Zmiey koszt M dla autoomiczego systemu 1kW szacujemy a 5000 zł - sam koszt paliwa wyiesie około 2000 zł. Dla systemu ieautoomiczego koszt M będzie bardzo zbliżoy ze względu a koszt eergii elektryczej, którą ależy dostarczyć do systemu z sieci elektroeergetyczej (bilas eergii w astępym pukcie), szacujemy go więc a tym samym poziomie. Koszt S będzie taki sam. Dla systemu ieautoimiczego moża założyć żywotość zespołu pradotwórczego zgodie z czasem amortyzacji to jest 7 lat, a dla systemu autoomiczego 3lata. Dla systemu 5 kw zakładamy taki sam koszt S, co w przypadku systemu 1kW, lecz koszt M zwiększoy iemal proporcjoalie w przypadku zarówo systemu autoomiczego, jak i ieautoomiczego (4 razy, zamiast 5 razy). 4. Podaż eergii promieiowaia słoeczego a obszarze Polski Do graicy atmosfery ziemskiej dociera eergia promieiowaia słoeczego o wartości gęstości powierzchiowej a powierzchię prostopadłą do kieruku promieiowaia rówej 1353 W/m 2. Jest to tzw. Stała Słoecza. Przechodząc przez atmosferę ziemską promieiowaie ulega częściowemu pochłoięciu. Wielkość pochłoiętej eergii zależy od długości drogi, jaką musi przebyć promieiowaie w atmosferze, więc zależy od kąta padaia promiei (co odpowiada kątowi określającemu wysokość Słońca ad horyzotem). Dla określeia tej zależości wprowadza się parametr AMX (air mass X), gdzie X = 1/cosγ gdzie γ jest kątem określającym wysokość Słońca względem pozycji w zeicie. AM1 odpowiada więc pozycji Słońca w zeicie i wyosi 1000 W/m 2, zaś AM2 odpowiada kątowi γ = 60º i wyosi 740 W/m 2. Poza pochłaiaiem w atmosferze ziemskiej zachodzi też proces rozpraszaia. Rozpraszaie odbywa się zgodie z modelem Rayleigha lub Miego. Proces Rayleigha dotyczy cetrów rozpraszających (cząstek) o średicy miejszej od 0,1 λ (λ długość fali świetlej). Odosi się oa wiec do cząstek O 2 i N 2 podstawowych składików atmosfery. Zgodie z modelem Rayleigha współczyik rozproszeia światła jest odwrotie proporcjoaly do czwartej potęgi długości światła i wykazuję iemal kulistą symetrię. To sprawia, że promieiowaie rozproszoe zwae też dyfuzyjym dociera ze wszystkich 11

12 kieruków ieba z tym samym atężeiem. Rozproszeie Miego dotyczy większych cząstek p.: pyłów i cząstek wody. Promieiowaie docierające do powierzchi Ziemi składa się zatem z dwóch składików: promieiowaia bezpośrediego i promieiowaia dyfuzyjego. Promieiowaie dyfuzyje wykazuje symetrię kierukową w przeciwieństwie do promieiowaia bezpośrediego, którego wartość powierzchiowa gęstości eergii zależy od orietacji płaszczyzy względem kieruku padaia promiei słoeczych. Udział promieiowaia dyfuzyjego w promieiowaiu całkowitym jest bardzo duży i za wyjątkiem miesięcy V VIII przekracza 50 %. Czyiki o trwałym charakterze, które mają istoty wpływ a poziom gęstości eergii promieiowaia a daym obszarze to: szerokość geograficza, pora roku, czyiki klimatycze ( p. częstość występowaia opadów atmosferyczych, średi poziom zachmurzeia) oraz czyiki związae z działalością ludzką (p. poziom pyłów i gazów przemysłowych). Wyzaczaie a daym obszarze poziomu promieiowaia słoeczego moża dokoać a drodze obliczeń teoretyczych, lub metodą empiryczą. Metoda teoretycza daje wyiki przybliżoe, a więc miej pewe, iż metoda empirycza i powia być stosowaa raczej pomociczo. Polega oa a wyzaczaiu atężeia promieiowaia a podstawie wskaźików teoretyczych, lub uśredioych daych empiryczych dla daej szerokości geograficzej. Według tej metody podaje się przybliżoe wartości promieiowaia - jedakowe dla dużych obszarów - takich, jak p. obszar Polski, przy założeiu waruków ormalych i określoego stopia przezroczystości atmosfery. Dae te są stabelaryzowae i podae dla płaszczyz pioowych o odpowiedim kącie orietacji (względem kieruku półoc-połudie) i płaszczyzy poziomej. Tego typu dae, jak już wspomiao, zaleźć moża w pewych źródłach (p. w ormie PN-76/B-03420). Obejmują oe miesiące: kwiecień wrzesień od godziy 5 do 19 dla przegród poziomej i pioowych zorietowaych od półocy przez wschód (zachód) a połudie co 30 kątowych. Podao tam całkowite atężeie promieiowaia oraz promieiowaie rozproszoe dla trzech stopi przezroczystości atmosfery, związaych z charakterem obszaru i stopiem jego uprzemysłowieia. Są to astępujące stopie: P3 - obszary ieuprzemysłowioe P4 - obszary dużych miast P5 - obszary przemysłowe. Korzystając z tych daych moża dokoać sytezy wektora atężeia promieiowaia dla dowolie zorietowaej płaszczyzy baterii słoeczej stosując matematycze metody. Zdecydowaie pewiejsze wyiki daje metoda empirycza. Nawet teoretycza metoda jest w iej zakorzeioa i w tym sesie jest wtóra.. Metoda empirycza polega a bezpośredim pomiarze gęstości eergii promieiowaia słoeczego w stacjach aktyometryczych, które prowadzą służby meteorologicze. Aby wyiki tych pomiarów były miarodaje, powiy być spełioe astępujące waruki: - pomiary powiy być ciągłe - pomiary powiy być wieloletie - stacje aktyometrycze powiy być rozmieszczoe a daym obszarze rówomierie i dostateczie gęsto. Waruki te wydają się oczywiste. Pierwszy jest uzasadioy addytywością mierzoej wielkości (eergia promieiowaia), drugi zmieością mierzoej wielkości - zależości od zjawisk pogodowych i klimatyczych, trzeci zależością mierzoej wielkości od waruków lokalych związaych ze zjawiskami pogodowo-klimatyczymi z jedej stroy, a działalością ludzką z drugiej. Wielkość charakteryzującą jedostkową ilość eergii słoeczej dla daego obszaru określamy jako asłoeczieie, lub promieiowaie całkowite, lub sumy promieiowaia całkowitego (rocze, kwartale, miesięcze). Jeśli chodzi o jedostki, w jakich wyraża się tą wielkość, to jeszcze w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku używao 12

13 cal/cm 2 *rok (doba, godzia), obecie (od 1981 r) stosuje się MJ/m 2 *rok (doba, godzia). Niekiedy stosuje się też kwh/m 2 *rok (doba, godzia). Przeliczeie tych jedostek jest astępujące: 1 cal/cm 2 = 4,1868*10 4 *10-6 MJ/m 2 0,0419 MJ/m 2 1 MJ/m 2 23,87 cal/cm 2 1 cal/cm 2 = 4,1868*10-2 /3,6 kwh/m 2 0,01163 kwh/m 2 1 kwh/m 2 86 cal/cm 2 1 kwh/m 2 = 3,6 MJ/m 2 1 MJ/m 2 0,28 kwh/m 2. Na obszarze Polski jest dwadzieścia kilka stacji aktyometryczych. Liczba i umiejscowieie stacji ulega pewym zmiaom. W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych było 21 stacji, obecie jest ich 28, zaitalowaych w astępujących miejscowościach: Belsk, Bielsko-Biała, Gdyia, Gorzów Wlk, Hala Gąsieicowa, Jarczew, Jeleia Góra, Kasprowy Wierch, Kłodzko, Koło, Kołobrzeg, Legioowo, Legica, Lesko, Łeba, Łódź, Mikołajki, Nowy Sącz, Piła, Puławy, Radzyń, Sulejów, Śieżka, Toruń, Warszawa, Wieluń, Włodawa, Zakopae. Większość z ich może mierzyć promieiowaie całkowite i rozproszoe, a wszystkie promieiowaie całkowite wielkość ta jest wystarczająca dla określeia podaży eergii promieiowaia słoeczego dla potrzeb omawiaego zagadieia. Pomiary i ich aaliza oraz publikacja w formie bezpośrediej, lub opracowaej były prowadzoe i w pewym zakresie są prowadzoe adal przez Istytut Meteorologii i Gospodarki Wodej w Warszawie. Do 1978 r. IMiGW wydawało opracowae w formie książkowej wyiki roczych pomiarów promieiowaia słoeczego a obszarze Polski. W IMiGW badao także wieloletie tredy zmieości promieiowaia słoeczego a obszarze Polski [1] ( Nr 30 Materiałów Badawczych IMiGW Warszawa 2000r. : Zmieość całkowitego promieiowaia słoeczego a obszarze Polski w okresie B. Bogdańska, J.Podogrocki.) Wiarygode, uśredioe za okres 35 lat dae o promieiowaiu słoeczym zamieszczoo także w Atlasie Klimatu Polski wydaym przez IMiGW w 2005 r. [7] Na podstawie tych źródeł moża podać w sposób bardzo wiarygody wartości gęstości eergii promieiowaia a obszarze Polski. Poiżej zamieszczoo za zgodą p. Barbary Bogdańskiej z IMiGW mapę asłoeczieia Polski sumy roczej promieiowaia słoeczego. Wartości podao w [MJ/m 2 ]. 13

14 Rys. 3. Napromieiowaie słoecze a obszarze Polski Zgodie z daymi umieszczoymi a mapie widać, że średia suma rocza całkowitego promieiowaia słoeczego a obszarze Polski zawiera się w graicach od 3500 MJ/m 2 do 3800 MJ/m 2. Dla czytelości mapy przyjęto dokładość prezetacji 100 MJ/m 2. Najlepsze waruki asłoeczieia (3900 MJ/m 2 ) wykazują obszary: wschodiej Lubelszczyzy (woj. lubelskie-część wschodia), Polski Cetralej (woj. łódzkie), pas admorski. Nieco gorsze waruki (3800 MJ/m 2 ) występują a obszarach przylegających do wyżej wymieioych: zachodia część Lubelszczyzy (woj. lubelskie), wschodia część Podkarpacia (woj. podkarpackie), Polska Środkowa (woj. mazowieckie, wielkopolskie, dolośląskie), Pomorze (woj. zachodio-pomorskie, pomorskie). Promieiowaie całkowite o wartości średiej 3700 MJ/m 2 występuje a obszarach: Warmii i Mazur (woj. warmińskomazurskie, Kujaw (woj. kujawsko-pomorskie), Małopolski (woj. małopolskie), Śląska (woj. śląskie), Dolego Śląska (większość woj. dolośląskiego), zachodia część Podkarpacia (woj. podkarpackie), zachodia część Podlasia (woj. podlaskie), Połudiowa część Pomorza. 14

15 Najgorsze waruki asłoeczieia (3500 MJ/m 2 ) a obszarze Polski wykazują obszary lubuskiego(woj. lubuskie), Suwalszczyzy (część wschodia woj. podlaskiego) i terey górskie. Wprawdzie obszary jedakowego asłoeczieia ie układają się zgodie z graicami jedostek admiistracyjych, jedak dla celów tej pracy wygodie jest określić średie waruki asłoeczieia dla poszczególych województw, gdyż także ie wskaźiki są podawae dla tych jedostek terytorialych. Poiżej w tabeli 1. podao takie oszacowaie a podstawie aalizy mapy promieiowaia. W tabeli w kolumie zróżicowaie podao oceę ierówomierości asłoeczieia obszaru daego województwa stosując astępującą skalę i kryteria: duże - duże obszary o dużych różicach apromieiowaia, małe - iewielkie obszary o różym apromieiowaiu od reszty, lub większe obszary, lecz o iewielkich różicach apromieiowaia w stosuku do pozostałych, średi - przypadek pośredi w stosuku do wymieioych wcześiej. Tabela 1. Województwo Promieiow całkowite MJ/m 2 *rok Promieiow. całkowite kwh/m 2 *rok Promieiow. całkowite cal/cm 2 *rok Wględie [%] dolośląskie średie 100 kujawsko średie 100 pomorskie lubelskie duże 103 lubuskie małe 97 łódzkie małe 104 małopolskie małe 98,5 mazowieckie średie 101 opolskie średie 98,5 podkarpackie duże 100 podlaskie średie 97 pomorskie duże 101 śląskie małe 98,5 świętokrzyskie średie 100 Zróżicowaie warmińskomazurskie małe 98,5 wielkopolskie duże 101 zachodiopomorskie duże 100 Porówując dae z tabeli w wartościach względych (100 % odpowiada wartości 3650 MJ/m 2 *rok, która jest zbliżoa do wartości średiej dla obszaru Polski) widać, że rozpiętość dla wartości promieiowaia całkowitego jest rzędu 7-8 %. Z eergetyczego puktu widzeia istote jest także, jak w trakcie roku rozkłada się podaż eergii słoeczej. Na podstawie [1] moża podać średie udziały procetowe sum miesięczych promieiowaia w sumie roczej. Z rozważań wyłączoo stacje typowo górskie ze względu a odbiegający zdecydowaie od pozostałych stacji rozkład promieiowaia w roku. Tabela 2. miesiąc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII % 1,6 3,1 7,0 10,5 15,5 16,5 16,1 13,4 8,3 4,8 1,8 1,2 15

16 udział procetowy promieiowaia miesiące Rys. 4. Podaż eergii słoeczej w ciągu roku Na podstawie tych procetowych miesięczych udziałów przeliczoo odpowiadające im ilości eergii przyjmując średi poziom roczy 1014 kwh 3650 MJ. Tabela 3. miesiąc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Śr.eergia 16,2 31, ,5 157,2 167,3 163,3 135,9 84,2 48,7 18,3 12,2 [kwh] Śr. moc [W/m 2 ] 21,8 46,7 95,5 147,9 211,3 232,4 219,5 182,7 117,0 65,5 25,4 16,4 Dla rozważaego w tym opracowaiu systemu zakładamy zastosowaie istalacji fotowoltaiczej o mocy wystarczającej dla pokrycia eergetyczego zapotrzebowaia odbiorów przy promieiowaiu słoeczym odpowiadającym warukom asłoeczieia w miesiącu kwietiu tj. około 150 W/m 2. To pozwala, aby przez okres około pół roku (dokładie 5,5 miesiąca od kwietia do połowy wrześia) system był eergetyczie samowystarczaly. Przez pozostałą część roku iezbęde jest posiłkowaie się dodatkowym źródłem eergii w systemie autoomiczym z zespołu prądotwórczego, w systemie ieautoomiczym z sieci elektroeergetyczej. Bilas eergii dla systemu ieautoomiczego o mocy 1kW (co odpowiada 2kW istalacji fotowoltaiczej dla rówoczesego pokrycia mocy źródeł rezerwowych w systemie) jest astępujący: obliczamy średi poziom mocy jedostkowej. Sumujemy pozycje z wiersza Śr. moc powyższej tabeli i dzielimy przez 12 stąd P śr = 1382/12 = 115,2 W/m 2. Ta wartość staowi 76,8 % wymagaej przez system średiej mocy 150 W/m 2. Zatem brak mocy jest a poziomie 23,2 % co odpowiada eergii którą trzeba dostarczyć do systemu z sieci elektroeergetyczej: 0,232*2kW*8760h = 4065 kwh. Koszt tej eergii to około 2000zł/rok. Oczywiście dla systemu 5 kw wielkość tej eergii i jej koszt będzie 5 razy większy. 16

17 5. Elemety składowe systemu 1kW 5.1. Paele fotowoltaicze Paele fotowoltaicze staowią główy elemet systemu zasilaia, przetwarzający eergię słoeczą w eergię elektryczą. Podstawowe zaczeie ma wykorzystaie kowersji fotowoltaiczej w ogiwach krzemowych mookrystaliczych, polikrystaliczych lub amorficzych. Pewe zaczeie, choć miejsze, ma wykorzystaie efektu fotowoltaiczego w iych materiałach, główie związkach półprzewodikowych tj.: GaAs, GaISe2, CdS/CdTe, CdS/CdTe, CuISe2. Przemysłowe ogiwa mookrystalicze a bazie krzemu wykazują sprawość około 15 % (przy termodyamiczej graicy 25,2 %), atomiast ogiwa amorficze ~ 10 %, sprawość ogiw polikrystaliczych mieści się pomiędzy tymi wartościami. Najlepsze pod względem wydajości są ogiwa oparte a arseku galu GaAs osiągające sprawość ~25 % wykorzystywae w techice kosmiczej. Ich azieme wykorzystaie jest wykluczoe z powodów ekoomiczych i ekologiczych. Trwają prace ad udoskoaleiem ogiw krzemowych, zwłaszcza zmierzające do pokoaia podstawowej bariery, która wyika z wartości optyczej przerwy zabroioej E=1,12eV, co odpowiada długości fali λ 1100m (czyli duża część widma słoeczego w zakresie podczerwiei ie uczesticzy w kowersji fotowoltaiczej). Pewej zmiay sytuacji moża oczekiwać po odkryciu zjawiska LEAP (Low Eergy Auger Pheomeo). Natomiast wykorzystaie krzemu amorficzego do budowy ogiw, choć wydawało się początkowo przełomem ze względu a omiięcie kosztowego procesu otrzymywaia czystych kryształów krzemu o odpowiedich rozmiarach, ma istote ograiczeia - krzem amorficzy wykazuje szybkie objawy starzeia pod wpływem promieiowaia słoeczego. Wśród ajbardziej zaych producetów paeli fotowoltaiczych trzeba wymieić: BP Solar, IBC Solar, Sayo, Shell, Sharp, Kaeka, Siemes. Oferowae paele mają moce maksymale od kilku do kilkuset W, przy czym wartość mocy podaje się stadardowo dla atężeia promieiowaia słoeczego 1000 W/m 2. Poieważ charakterystyki prądowo - apięciowe paeli są ieliiowe, jest istote, aby tak kształtować chakterystykę zasilaych odbiorów, by odpowiadała oa maksymalej mocy uzyskiwaej z paeli fotowoltaiczych (przy daym poziomie kowersji fotowoltaiczej). Do tego celu służą układy dopasowaia, które umieszcza się między wyjściem układu zasilaia a odbiorem. Cey paeli zależą od wielu czyików: typu paela, produceta, pośredików uczesticzących w procesie sprzedaży, zakresu umów gwaracyjych i serwisowych itd. Jedak a podstawie uzyskaych daych i uśredieiu ich moża wskaźikowo podać, że cea ta odpowiada wartości 3,5 5,5 /W (w euro a wat mocy zamioowej paelu). Przykładowo pael IBC - 205SE a bazie krzemu polikrystaliczego firmy IBC Solar oferoway przez firmę AC Prim Sp z.o.o w ceie 900 etto ma astępujące parametry: Tabela 4. Moc [W] 205 Sprawość [%] 13,1 Napięcie omiale [V] 30 Prąd dla mocy omialej [A] 6,84 Gwaratowaa moc mi.[w] 199 Wymiary dł.x szer. [mm x mm] 1660 x 990 Grubość [mm] 42 Waga [kg] 26 Pole powierzchi paela ~1,64 m 2 Zatem wskaźik powierzchiowy mocy jedostkowej wyosi 124W/m 2 dla atężeia promieiowaia słoeczego a poziomie 1000 W/m 2. 17

18 Przykładowe dae paela SQ150C a bazie krzemu mookrystaliczego firmy Shell zamieszczoo w poiższej tabeli: Tabela 5. Typ paelu SQ150C Moc [W] 150 Napięcie omiale [V] 24,0 Prąd zwarcia [A] 4,8 Maks. apięcie [V] 43,4 Wymiary dł.x szer. [mm x mm] 1622 x 814 Waga [kg] 17,2 Pole powierzchi paela ~1,32 m 2 Zatem wskaźik powierzchiowy mocy jedostkowej wyosi 113,6W/m 2 dla atężeia promieiowaia słoeczego a poziomie 1000 W/m 2. Przykładowo cea paelu SQ 150C oferowaa w sprzedaży detaliczej wyosi 3590 zł (900 ) brutto czyli odpowiedio 2992 zł (750 ) etto. Jedostkowe wskaźiki ceowe dla podaych przykładów wyoszą: odpowiedio 4,4 /W, 5 /W (etto). Dla rzeczywistego poziomu atężeia promieiowaia i asłoeczieia dla obszaru Polski średio 150 W/m 2 i wyikające z rzeczywistych waruków czasu rezerwowaia 12h/doba wskaźiki powierzchiowe mocy jedostkowej dla podaych paeli fotowoltaiczych wyiosą 0,15 podaych wartości: 18,6 W/m 2 dla IBC-205SE i 17,0 W/m 2 dla SQ 150C. Zatem dla istalacji o mocy odbiorów 1kW, czyli 2kW biorąc pod uwagę rezerwowaie pełe przez baterie akumulatorów, łącza powierzchia paeli fotowoltaiczych wyiesie przy ich ustawieiu poziomym około 110 m 2 co odpowiada 67 paelom IBC - 205SE, lub 120m 2 przy zastosowaiu 90 paeli SQ 150C. Te szacuki dotyczą usytuowaia paeli w płaszczyźie poziomej. Biorąc pod uwagę, że około 50 % w promieiowaiu całkowitym a powierzchi Ziemi staowi promieiowaie dyfuzyje (rozproszoe), dla którego ie ma zaczeia orietacja powierzchi i przyjmując orietację powierzchi paela w kieruku połudiowym pod kątem 35º daje to szacukowo iewielki zysk strumieia całkowitego promieiowaia słoeczego padającego a pael, około 10 %, ale pozwala zaoszczędzić 10 % kosztu paeli i zmiejszyć powierzchię wymagaą do istalację paeli o wskaźik k = cos 35º 0,82. Odpowiada to powierzchi całkowitej pod istalacji paeli około 90m 2, 100m 2. Ostateczie przy przedstawioych wyżej uwarukowaiach cea paeli dla rozpatrywaej istalacji wyiesie około 240 tys. zł dla paeli IBC - 205SE, lub 270 tys. zł etto dla paeli SQ 150C. Czas amortyzacji dla paeli fotowoltaiczych 15 lat Baterie akumulatorów Spełiają oe rolę źródła podstawowego w systemie w czasie ocym wraz z zespołem prądotwórczym, zależie od ustaleia ról poszczególych urządzeń w systemie. Pełią też rolę źródła rezerwowego w przypadku zmiejszoej podaży eergii ze źródła podstawowego (paele fotowoltaicze) w sytuacjach awaryjych (p. bardzo iekorzyste waruki pogodowe). Najbardziej rozpowszechioym rodzajem baterii są baterie kwasowo - ołowiowe. Moża je podzielić ze względu a sta elektrolitu a baterie z ciekłym elektrolitem, lub elektrolitem uwięzioym, lub ze względu a budowę płyty dodatiej a baterie z płytą pastowaą, lub płytą pacerą. Niewątpliwie ajczęściej obecie używae są baterie z elektrolitem uwięzioym określae także jako baterie bezobsługowe, lub VRLA. Te z kolei moża podzielić a baterie AGM, gdzie rolę elektrolitu spełia asączoa roztworem H 2 SO 4 mata szklaa i baterie żelowe, gdzie rolę elektrolitu spełia asączoa roztworem H 2 SO 4 18

19 krzemioka. Wśród ajbardziej zaych firm produkujących baterie stacjoare moża wymieić:bater, Hawker, Hoppecke, Soeschei, Yuasa, Varta. Baterie występują w postaci pojedyczych ogiw, lub w blokach od 2 do 6 ogiw w bloku. Przy założoej mocy odbiorów systemu 1 kw i apięciu pracy ~50 V wymagay prąd baterii wyosi 20 A, co, przy założoej czasie rezerwowaia 12 godzi, daje wymagaą pojemość baterii 240 Ah. Przy założeiu, że bateria w trakcie starzeia może mieć pojemość 0,8Q, wymagaa pojemość baterii wyiesie 240:0,8 = 300Ah. Poiżej podao przykładowo propozycje wiodących firm typów i ce ogiw i bloków bateryjych z których moża zestawić baterię o wymagaych, lub zbliżoych parametrach. Tabela 6. Producet Oz. baterii Typ baterii Pojemość[Ah] Napięcie[V] cea Hawker 6FTP 285 Otwarte,pastowae FTP 305 Otwarte,pastowae MFP 240 Żelowe,pastowae Hoppecke power.bloc OPzS - Otwarte,pacere zł 6V 250 power.bloc OPzS - 6 V Otwarte,pacere zł 300 power.bloc OPzV 6 V 250 Żelowe,pacere zł power.bloc OPzV 6 V Żelowe,pacere zł 300 Soeschei A 704/280 Żelowe,pastowae OPzV Żelowe,pacere SB6/330 żelowe,solare Maratho L2V 270 AGM,pastowae L2V320 AGM,pastowae Szacukowa cea baterii 300Ah 48 V a podstawie tabeli 6. daje ceę 6 tys.zł dla typu otwartego z płytą pastowaą, 8,5 tys.zł dla typu AGM z płytą pastowaą, 10 tys.zł dla typu żelowego z płytą pastowaą, około 11tys. zł dla typu otwartego z płytą pacerą, tys. zł dla baterii żelowej z płytą pacerą. W rozpatrywaym systemie baterie będą pracowały w trybie pracy cykliczej ładowaie - wyładowaie. Największą trwałość cykliczą wykazują baterie otwarte z płytą pacerą cykli, czyli 4 lata pracy w systemie, baterie żelowe z płytą pacerą mają przewidywaą trwałość cykliczą 1000 cykli, czyli około 3 lat pracy w systemie, a dla baterii z płytą pastowaą producet deklaruje trwałość cykli, co odpowiada około 2 latom pracy w systemie. Zatem koszt związay z zakupem baterii wyiesie około 6 tys. zł przy dwuletim okresie do zużycia (amortyzacji) lub około 12 tys. przy czteroletim okresie amortyzacji baterii. 5.3 Siłowia telekomuikacyja W autoomiczym systemie zasilaia siłowia współpracuje z zespołem prądotwórczym zasilając odbiory w czasie iedoboru eergii ze źródeł fotowoltaiczych, zwłaszcza w okresie jesieo - zimowym. W systemie współpracującym z siecią rola siłowi jest podoba, z tym, że siłowia może być zasilaa także z sieci elektroeergetyczej. Kostrukcje siłowi, jako podstawowego elemetu telekomuikacyjych systemów zasilaia, prezetują bardzo wysoki i ustabilizoway poziom rozwoju techiczego. Są to urządzeia 19

20 modułowe z przetwarzaiem eergii a wysokiej częstotliwości (około 100 khz) z człoem aktywej korekcji współczyika mocy, wysokosprawe o zoptymalizowaych objętościowych i wagowych wskaźikach mocy jedostkowej. Poziom doskoałości osiągęły także systemy sterowaia tych urządzeń. Wśród czołowych producetów i dostawców tych urządzeń a ryek polski ależy wymieić takie firmy jak: Beig, Eltek, Emerso, Telzas. W propoowaym systemie przewidywaa moc siłowi powia zawierać się w graicach 2 3 kw ( 1 kw odbiory bezpośredie + 1 kw ładowaie rezerwowego zbiorika eergii baterii akumulatorów). Przykładowe wyposażeie i kofiguracja siłowi w tym zakresie mocy. Siłowia Emersoa - Actura (BZA ) oparta a prostowikach 800W: do przykładowej wycey moża podać kofigurację siłowi Actura z trzema prostowikami 800W: - 1x BMK /7, pojedyczy, ierozszerzaly subrack siłowi o wymiarach 89(2U)x450x341mm (WysxSzxGł) do motażu w szafach 19, zawierający: Moduł dystrybucji a 4 pozycje wyłączików dystrybucyjych 3-63A (z możliwością podłączeia 2 wyłączików dystrybucyjych jako obciążeia krytyczego) oraz 2 pozycje wyłączików baterii Imax 63 A, Sterowik mikroprocesorowy SCU z wyświetlaczem graficzym, 2 moduły prostowikowe 800 W każdy oraz okablowae miejsce a 1 dodatkowy prostowik, Dwustopiowy rozłączik RGR -1x BML /1, Dodatkowy moduł prostowika 230VAC/ - 48VDC, 800W -4x NFS /xx, wyłącziki dystrybucyje 3-50A z hydrauliczo - magetyczym mechaizmem wyzwalaia iewrażliwym a wpływ temperatury prod. CBI -2x NFS /69, Wyłącziki bateryje 63A z hydrauliczo - magetyczym mechaizmem wyzwalaia iewrażliwym a wpływ temperatury prod. CBI -1x KET /1, Czujik temperatury baterii lub otoczeia (długość 3m) Całkowita wartość siłowi w powyższej kofiguracji wyosi: USD/kpl. Z rozwiązań firmy Eltek moża przytoczyć astępujące: (3kW) Flatpack MPSU3000/2x1500W - wersja do motażu w rack 19"-1522,00 EUR (3kW) Flatpack 1500PRSV/2x1500W - wersja w obud. zawieszaej a ściaie -2700,00 EUR Siłowia Beiga o mocy 1690 W cea około 2000,00 EUR. Telzas dla siłowi w podaym zakresie mocy przewiduje astępujące cey: 1) 2250 W EUR, 2) 3000 W EUR Cey ustaloo dla kompletacji podstawowych (obudowa kompleta ze sterowikiem i odpowiedią ilością prostowików-bez RGR, UKT, zabezpieczeń odbiorczych, elemetów adzoru, pomiarów itd.). Więc średio cea siłowi według podaych przykładów wyiesie czyli około 6 tys. 10 tys. zł Zespoły prądotwórcze Wśród firm produkujących zespoły prądotwórcze małych mocy (rzędu kilku kw) i działających a ryku polskim wymieić ależy przede wszystkim Elmeco i Adoria - Mot. Wśród produktów Elmeco przykładowo moża podać astępujące zespoły w pożądaym zakresie mocy: 20

21 AP3-4000, moc 4 kva/3,2 kw, cea etto 950 AP3-5500, moc 5,5 kva/4,4 kw, cea etto 1450 Dla działaia w pełej automatyce zespoły te ależy doposażyć w SZR, regulator i moduł zdalego rozruchu. Łącza cea tego wyposażeia wyosi 5155 zł. Zatem cea zespołów po przeliczeiu a zł wyiesie: AP zł AP zł Adoria Mot oferuje zespół w zbliżoym zakresie mocy i w pełi zautomatyzoway w ceie10,7 tys. zł. Jest to zespół ZERY125/2 o mocy 7 kva/5,6 kw. Z podaych przykładów widać, że średio cea zespołu wyiesie około 10 tys.zł. Przy dodatkowych wymagaiach ależy liczyć się dodatkowymi kosztami p. wykoaie zespołu w wersji supersilet kosztuje dodatkowo około 5000 zł. 5.5 Ie elemety systemu Wśród iych elemetów systemu ależy wymieić układ dopasowaia UD. Jest to przetworica DC/DC zajdująca się między wyjściem paeli fotowoltaiczych, a wejściem odbiorów i baterii akumulatorów. Dla optymalego wykorzystaia mocy paeli, których charakterystyka prądowo - apięciowa jest ieliiowa przetworica powia być wyposażoa w kotroler MPPT (Maximum Power Poit Trakig). Rolą tego kotrolera jest dobór optymalego puktu pracy (maksymala moc) a charakterystyce paeli przy daym aktualym atężeiu promieiowaia słoeczego. Poieważ oferowae są róże, trude awet do porówaia rozwiązaia, przyjmujemy ceę układu dopasowaia a poziomie cey siłowi (techiczie są to urządzeia aalogicze) 8 tys. zł. Podobie zakładamy ceę falowika, który jest elemetem umożliwiającym zwrot adwyżki eergii z systemu do sieci elektroeergetyczej w okresach zwiększoej podaży eergii fotowoltaiczej (miesiące: V VIII). Przy okazji ależy przeaalizować czy w okresie przewidywaego czasu użytkowaia istalacji około 15 lat zysk z tytułu zwracaej do sieci eergii zrówoważy koszt zakupu i istalacji falowika tj. 8 tys. zł. Ważym, choć pomociczym elemetem systemu zasilaia, są urządzeia klimatyzacyje. Klimatyzacja jest szczególie istota dla prawidłowej pracy baterii akumulatorów, zwłaszcza pracy stacjoarej. Trwałe podwyższeie temperatury w pomieszczeiu, gdzie zaistalowao baterię o 10ºC skraca jej żywotość o połowę. Bardzo trudo oceić koszt związay z istalacją klimatyzacji. Jest o zależy od przyjętych idywidualych rozwiązań. Orietacyjy wskaźikowy koszt poday przez firmę Shulz Polska zawierający też koszt dostawy i istalacji systemu klimatyzacji precyzyjej wyosi około PLN/1 kw. Czas pracy właściwie koserwowaych urządzeń klimatyzacji precyzyjej wyosi 15 do 20 lat. Urządzeia pracują 365 di w roku w sposób ciągły. Biorąc pod uwagę moc klimatyzatora około 5kW plus rezerwa tej samej wielkości, trzeba liczyć, że koszty związae z klimatyzacją wyiosą co ajmiej 20 tys. zł. W przypadku pracy cykliczej akumulatorów wydaje się iecelowe stosowaie klimatyzacji. Klimatyzacja jest więc celowa w przypadku układów ieautoomiczych i większej mocy Koszt zakupu działki pod iwestycję i koszt budyku Biorąc pod uwagę pole powierzchi iezbęde dla zaistalowaia paeli około 120 m 2, miejsce a budyek, który pomieści pozostałe elemety systemu, a szczególie zespół prądotwórczy i baterię akumulatorów - około 30 m 2 (powierzchia ta wyika w części z miejsca zajmowaego przez elemety systemu, a w części przez potrzebę zapewieia efektywej wetylacji/klimatyzacji pomieszczeia) oraz zakładając, że powierzchię 21

22 dachową budyku też częściowo moża wykorzystać do rozmieszczeia paeli fotowoltaiczych, wydaje się, że wystarczająca jest działka o powierzchi m 2. Cey 1 m 2 ziemi pod iwestycję uzbrojoej wykazują duże zróżicowaie zależie od lokalizacji w kraju. W poiższej tabeli podao a podstawie katalogu [2] Zbioru jedostkowych wskaźików ceowych według daych a grudzień 2005 r podao w tabeli 7 cey działek pod budowictwo przemysłowe w poszczególych regioach kraju. Tabela 7. Województwo/miasto Rozpiętość ce 1 m 2 działki uzbrojoej [zł] Cea średia 1 m 2 działki uzbrojoej [zł] Łączy koszt działki: m 2 [tys.zł] Współczyik względy kosztu [%] dolośląskie ,5 140 Wrocław kujawsko - pomorskie Bydgoszcz ,5 65 lubelskie ,4-10,5 84 Lubli , lubuskie , Zieloa Góra , łódzkie , Łódź małopolskie , Kraków ,5 170 mazowieckie ,6-24,5 196 Warszawa , opolskie ,5 100 Opole podkarpackie ,8-7,25 58 Rzeszów ,4-20,5 48 podlaskie ,4-6,75 54 Białystok ,75 56 pomorskie ,5 140 Gdańsk ,5 100 śląskie Katowice , świętokrzyskie Kielce ,25 62 warmińsko - mazurskie ,8-9,75 78 Olszty , wielkopolskie ,4-10,5 84 Pozań ,4-85,5 201 zachodiopomorskie ,6-14,5 116 Szczeci , Średio a tereach województw koszt te wyosi 49,5 zł/m 2. Do obliczeia współczyika względego a tereach województw przyjęto poziom dla województwa opolskiego 50 zł/m 2. Zmieia się o od 54 % (podlaskie) do 196 % (mazowieckie) w jedostkach względych. Dla miast wojewódzkich średia wyosi 171 zł/m 2. Do obliczeia 22

23 współczyika względego a tereach miast wojewódzkich przyjęto poziom dla Gdańska 170 zł/m 2. Zmieia się o od 48 % (Rzeszów) do 233 % (Warszawa). Jak widać z tabeli, regioale różice ce ziemi pod zabudowę iwestycyją są zacze blisko 150 %. Podoba rozpiętość dotyczy dużych miast (180 %) 23

24 Na mapie podao zróżicowaie ce grutu w poszczególych województwach a obszarze Polski. Województwa zazaczoe a biało charakteryzują się stosukowo iską ceą grutu poiżej średiej, barwą szarą województwa o ceie grutu blisko średiej krajowej, atomiast pozostałe zazaczoe barwą fioletową, charakteryzują się wysoką ceą grutu. Jeśli chodzi o koszt budyku siłowi w wymieioym katalogu [2] ie ma bezpośredich odpowiedików tego typu budyku, lecz są aalogicze, dla których, w większości przypadków, jedostkowe wskaźiki powierzchiowe zawierają się w graicach zł/m 2 a wskaźiki dla kubatury wyoszą około zł/m 3, co przy zakładaej wysokości pomieszczeia w budyku siłowi około 4 m, pozwala posługiwać się jedostkowym wskaźikiem powierzchiowym. Przyjmiemy, więc średi jedostkowy wskaźik powierzchiowy jako 1600 zł/m 2, co daje koszt dla przewidywaej iwestycji budowlaej 30m 2 48 tys.zł. Koszt prac budowlaych (łączie z kosztami materiałowymi) jest regioalie także zróżicoway. Mapa tego zróżicowaia a ogół pokrywa się z mapą ce działek budowlaych. Poiżej w tabeli 8 podao względe wartości współczyika kosztów k w odiesieiu do średiego kosztu. Tabela 8. Województwo Zakres wartości współczyika k [%] dolośląskie kujawsko - pomorskie ,5 lubelskie ,5 lubuskie łódzkie małopolskie ,5 mazowieckie ,5 opolskie ,5 podkarpackie podlaskie pomorskie śląskie świętokrzyskie ,5 warmińsko - mazurskie wielkopolskie zachodiopomorskie Średia wartość współczyika k [%] *) Aalogicze przelicziki dla miast wojewódzkich zamieszczoo w poiższej tabeli. Tabela 9. Miasto Zakres wartości współczyika k [%] Średia wartość współczyika k [%] *) Dolośląskie - Wrocław kujawsko-pomorskie ,5 Bydgoszcz Lubelskie - Lubli ,5 Lubuskie Zieloa-Góra Łódzkie Łódź Małopolskie - Kraków