Pastaraisiais metais prasidėjus saulės energiją generuojančių sistemų bumui daugeliui kyla klausimas - ar verta investuoti, ar atsiperka?  Ką rodo kompiuterinės modeliavimo programos ir realūs saulės spinduliuotės skaičiavimai?

VilniusTech universiteto Aplinkos inžinerijos fakulteto Pastatų energetikos katedros doc. Dr. Kęstutis Valančius su kolega Jonu Grigaliūnu  tyrinėjo saulės kolektorių ir saulės elektrinių ant renovuojamų daugiabučių stogų atsiperkamumą. Darbe nagrinėjamos energinės ir finansinės galimybės daugiabučiuose įdiegti atsinaujinančius energijos išteklius - saulės energiją generuojančias sistemas. Analizuojamos saulės energijos sistemų panaudojimo galimybės, modernizuojant 5-ių aukštų, 9-ių aukštų ir 16-os aukštų daugiabučius pastatus, pateikiamos išvados apie šių sistemų tinkamumą energiniu ir finansiniu aspektais.

Tyrime saulės energijos sistemos modeliuojamos kompiuterinėmis ,,EnergyPRO" ir ,,PV*SOL Premium" programomis. Taip pat naudojami sukaupti faktiniai šilumos ir elektros energiniai daugiabučių duomenys. Šie duomenys apima 2015 metus, kai ant tipinių 5-ių aukštų daugiabučio stogo ir 9-ių aukštų daugiabučio fasado sumontuotais prietaisais buvo skaičiuojami realūs saulės spinduliuotės duomenys.

 

Saulės energija ir 5-ių aukštų daugiabutis 

5-ių aukštų daugiabučio, esančio Jonavoje, namo plotas - 2596,14 kv.m, butų skaičius - 50, šiame daugiabutyje gyvena 139 gyventojas.

Šilumos energijos sąnaudos:

• Šilumos kiekis šildymui - 244,19 MWh/metus.
• Gyvatukų karšto vandens temperatūros palaikymo sąnaudos - 101,22 MWh/metus, šilumos vandens pašildymui sąnaudos - 103,08 MWh/metus.
• Viso pastato šilumos sąnaudos per metus sudaro 453,54 MWh/ metus.

Elektros energijos sąnaudos:

• Name per 2015 m. suvartota 66 MWh elektros.
• Elektros sąnaudos butams per metus siekia 62 MWh, tai sudaro 94 proc. viso vartojimo.
• Poreikis laiptinių apšvietimui per metus yra 3,8 MWh elektros energijos ir sudaro 6 proc. bendro elektros poreikio.
• Šiame pastate metinis reikalingas elektros energijos kiekis gyvenamosios patalpoms yra 25,39 kWh/kv.m.
• Vienas gyventojas vidutiniškai suvartojo 474,04 kWh elektros energijos per metus.

 

Saulės energija ir 9-ių aukštų daugiabutis

Standartinis stambiaplokštis 9-ių aukštų daugiabutis pastatas (toks daugiabučių projektas yra vienas iš dažniausiai pasitaikančių visoje Lietuvoje).

Daugiabutyje gyvena 161 gyventojas.

Šilumos energijos sąnaudos:

• Šilumos vartojimas šildymui per 2015 m. - 307,06 MWh/metus.
• Šilumos sąnaudos karšto vandens temperatūrai palaikyti gyvatukuose - 135,19 MWh/metus.
• Šilumos vandens pašildymui sąnaudos - 102,50 MWh/metus.
• Visas pastatas suvartojo šilumos 544,75 MWh/metus.

Elektros energijos sąnaudos:

• Metinis elektros vartojimas sistemoms sudaro 109MWh elektros energijos. Daugiabutyje faktiškai pastoviai gyvena 161 žmogus, vidutiniškai vienam gyventojui per metus tenka 679,8 kWh suvartojamos elektros energijos.
• Poreikis, reikalingas butuose naudojamiems prietaisams - 84 proc. 6 proc. - laiptinėms apšviesti, 10 proc. sudaro liftų suvartojama elektros energija.

 

Saulės energija 16-os aukštų daugiabutis

Trečiasis tiriamasis objektas buvo užbaigtas modernizuoti namas Vilniuje, Architektų g. Projektas baigtas įgyvendinti 2008-ais metais.

Šilumos energijos sąnaudos:

• Šildymui 2015 m. buvo suvartota 201,28 MWh/metus šilumos.
• Sąnaudos karštam vandeniui paruošti - 112,83 MWh/metus.
• Šilumos reikalingos karšto vandens cirkuliacijai (rankšluosčių džiovintuvams), - 34,53 MWh/metus.
• Visas pastatas 2015 m. suvartojo 348,65 MWh šiluminės energijos.

Elektros energijos sąnaudos:

• Metinės elektros sąnaudos visoms sistemoms sudaro 173 MWh, 78 proc. iš jų sudaro reikalingas kiekis butuose naudojamiems prietaisams ir sistemoms, 2 proc. - laiptinėms apšviesti, 5 proc. - liftų suvartojama elektros energija ir 15 proc. - šilumos siurblio oras-vanduo sistema.

 

Kompiuterinis modeliavimas 

Norint nustatyti optimalius energijos generavimo būdus, kiekvienam objektui buvo atliekamas kompiuterinis modeliavimas taikant imitacinio modeliavimo programą „EnergyPRO", kuri skirta energijos gamybai modeliuoti esant bet kokioms numatytoms aplinkos sąlygoms, nustatant galimą energijos (elektros ir (arba) šilumos) gamybos apimtį. Taip pat su šia programa yra galimybė modeliuoti keletą energijos generavimo blokų, sudaryti sistemos veikimo strategiją, numatyti elektros energijos pardavimą į tinklą.

Modeliuojant laikoma, kad ant nagrinėjamų daugiabučių stogų - 5-ių aukštų, kurio stogo plotas 723,50 kv.m, 9-ių aukštų, kurio plotas 545,24 kv.m, ir 16-os aukštų daugiabučio 541,80 kv.m sumontuojami YingliSolar YL275C-30b IEC fotovoltiniai saulės elementai, kurie yra derinami su vokiečių gamintojo ,,SMA TripowerTL" (8, 10,17 kW) keitikliais.

Gavus duomenis apie 9-ių aukštų daugiabučio su sumodeliuota 17 kW fotovoltinių elementų saulės elementų elektrine, matyti, kad vasarą padengiama 27-34 proc. elektros energijos poreikio (butams, laiptinėms apšviesti ir liftams reikalingo kiekio). Iš viso per metus kompensuojama 16 proc. viso elektros poreikio.

Išanalizavus 16-os aukštų daugiabučio duomenis, paaiškėjo, kad gegužės-rugpjūčio mėnesiais būtų kompensuojama 18-21 proc. elektros energijos poreikio. Ant daugiabučio įrengus 16 kW saulės elektrinę ir gaminant energiją iš atsinaujinančių energijos išteklių, būtų padengiama 8 proc. bendro metinio namo elektros poreikio.

Didžiausia dalis elektros energijos poreikių yra užtikrinama įrengiant 30 kW fotovoltinę saulės elektrinę ant 5-ių aukštų daugiabučio. Įrengus elektrinę ant modernizuoto daugiabučio stogo gegužės-rugpjūčio mėnesiais būtų pagaminama 93-98 proc. elektros energijos poreikio. Iš viso per metus būtų padengiama 44 proc. viso 5-ių aukštų namo elektros energijos poreikio.

 

Eksperimentinis tyrimas

Tam, kad būtų galima kompiuterinio modeliavimo rezultatus palyginti su realiais sistemų rezultatais, pasitelkti du saulės spinduliuotės matavimo prietaisai.  Gruodžio mėnesio pabaigoje ant 5-ių aukštų daugiabučio stogo buvo sumontuoti saulės spinduliuotę į paviršių matuojantys prietaisai. Prietaisai sumontuoti ant 25 laipsnių  kampu pastatytos konstrukcijos, siekiant atkurti realią situaciją. Naudojantis šiomis priemonėmis, galima realiu laiku, pagal norimus parametrus susimodeliuoti fotovoltines saulės arba saulės kolektorių jėgaines ir gauti realius faktinius duomenis apie energijos gamybą iš atitinkamų atsinaujinančią energiją generuojančių sistemų.

Realios saulės spinduliuotės skaičiavimo prietaisas.

 

Eksperimentiškai nustatytas realus gautinis elektros energijos kiekis tuo atveju, jei būtų sumontuota 30 kW saulės elektrinė. Susiejus tarpusavio ryšį su visomis sistemomis, buvo nustatyti realūs elektrinės galios parametrai, nustatytas modulių padėties kampas (25 laipsniai horizonto atžvilgiu), pasirinkti tokie patys saulės moduliai kaip ir naudoti imitaciniame modeliavime.

Pasirinkta, kad elektra prioritetiškai būtų tiekiama į vidinį tinklą, o esant pertekliui perduodama į skirstymo tinklus pasinaudojus ,,feed-in" principu, taip būtų išvengta akumuliavimo sistemų poreikių. Buvo pasirinkta elektros perteklių tiekti į elektros skirstymo tinklus, o tamsiuoju metu - perduoti atgal vartotojams. Pateiktas grafikas vaizduoja visų mėnesių faktinę elektros gamybą 2015 m.

Saulės elektrinės elektros gamybos suvestinė. Raudoni stulpeliai - nepasiekta elektros gamybos norma, geltoni - optimali elektros gamybos norma ir žali - viršyta elektros gamybos norma.

Raudona linija grafike žymi projektinę 30 kW fotovoltinės saulės elektrinės elektros gamybą, remiantis meteorologinės bazės duomenimis, kuriais vadovaujasi didžioji dalis modeliavimo programų, kai modeliuojama Vilniaus mieste.

Stulpeliai žymi faktinę (iš tyrimo metu surinktų duomenų) gautą elektros gamybą sausio-gruodžio mėnesiais.  Raudoni stulpeliai žymi nepasiektos elektros gamybos normą, geltoni - optimalūs pagaminamos elektros kiekiai ir žali - viršyta elektros gamybos norma.

Teorinė metinė elektros gamybos prognozė Lietuvoje yra 27 000 kWh arba 900 kWh/kW. Apibendrinus eksperimentinį tyrimą, atliktą ant 5-ių aukštų daugiabučio stogo, matyti, kad per 2015 m. sugeneruota 32 860 kWh elektros energijos arba 1095 kWh iš instaliuoto kW, tai yra, 18 proc. daugiau nei teorinės prognozės, kurias rodo modeliavimo programos.

 

Ar saulės elektrinės apsimoka?

Išnaudojus 5-ių aukštų daugiabučio visą stogo plotą ir instaliavus ant jo 30 kW fotovoltinę saulės elektrinę, per metus būtų padengiama 49,8 proc. viso namo elektros poreikio. Tokiu pačiu principu išnaudojus 9-ių aukštų daugiabučio stogą ir įdiegus 17 kW elektrinę, būtų padengiama 19 proc. viso namo poreikių. 16-os aukštų daugiabučio atveju instaliavus 16 kW fotovoltinę saulės elektrinę, būtų padengiama 11 proc. viso namo elektros poreikių.

Jeigu ant stogų būtų montuojami saulės kolektoriai karšto vandens ruošimui, atlikus jų ekonominį vertinimą gautas jų atsipirkimo laikas: 5-ių aukštų daugiabučio sistemoje - 17 metų, 9-ių aukštų daugiabučio sistemoje - 23 metai, 16-os aukštų daugiabučio sistemoje - 30 metų.

Ekonomiškai įvertinus skirtingų atsinaujinančių energijos šaltinių derinius (13,2 kW elektros energiją generuojanti sistema ant pastato fasado kartu su šiluminių saulės kolektorių sistema), matyti, kad tokių sistemų derinių įdiegimas finansiškai neatsiperka.

Atliktas visus 2015 m. trukęs eksperimentinis tyrimas, kai buvo matuojama saulės spinduliuotė ant 5-ių aukštų daugiabučio stogo ir 9-ių aukštų daugiabučio fasado. Eksperimento metu nustatyta, kad realūs gauti energijos kiekiai yra 18 proc. didesni, nei generuoja didžioji dalis modeliavimo programų (įskaitant ,,EnergyPRO" ir ,,PV*SOL Premium").

Tad tiek teorinis modeliavimas, tiek saulės spinduliuotės skaičiavimai rodo, kad šiluminės saulės kolektorių sistemos pas mus neprigijo ne veltui - per ilgas jų atsiperkamumo laikas. O saulės moduliai elektros gamybai, išanalizavus jų generuojamus elektros energijos kiekius visais aspektais, tampa vis populiaresni.  Daugiabučių gyventojai, bendrijos jau turi galimybę dalyvauti Saulės parkų projekte. Tai galimybė investavus naudotis nutolusių saulės elektrinių generuojama elektra, investuotojams teikiama tokia pat parama kaip ir įsirengiant nuosavą elektrinę.

ASA.LT informacija