Kokiomis sąlygomis saulės elektrinės būtų naudingos ir kompensuotų vartotojų išlaidas elektros energijai? 

Neteisingi sprendimai numarino saulės energetiką

Niekas pasaulyje neabejoja saulės elektrinių nauda, netgi Lietuvoje jau nutilo skeptikai teigę, kad mūsų krašte saulėtų dienų per mažai. Tačiau buvo padaryti du kraštutiniai ir neteisingi politikų bei  energetiką valdančių institucijų žingsniai ir saulės energetika apmirė. Pirma - nebuvo laiku sureaguota į saulės energetikos įrangos kainų pakitimus, elektros supirkimo tarifai tapo pernelyg patrauklūs, be to, be atrankos buvo dalijami leidimai saulės jėgainių statybai. Elektros supirkimo kaštai  būtų gulę ant visų vartotojų pečių. Antras žingsnis, žengtas 2013 metų pradžioje, Seimo visiškai pakeistos teisinės sąlygos ir Valstybinės kainų ir energetikos kontrolės komisijos maždaug tris kartus sumažinti elektros supirkimo tarifai. Buvo padaryta didelė žala šios greitai augančios ir tobulėjančios energetikos srities  įvaizdžiui Lietuvoje.

Po 2012 metų ažiotažo susidomėjimas saulės elektrinėmis nuslopo. Lietuvos saulės energetikos asociacijos prezidentas Vitas Mačiulis sako, kad šie kraštutinumai beveik numarino pasaulyje populiarų energijos išgavimo būdą.

Saulės energijos apskaitos sistema

Lietuvos saulės energetikos asociacija siūlo pereiti prie visiškai naujos Lietuvoje ir užsienio šalyse pasiteisinusios dvipusės saulės jėgainėse gaminamos elektros apskaitos sistemos. 

Siūloma pasinaudoti ES šalių praktika ir pradėti diegti dvipusę apskaitos  sistemą (angl. net metering).  Pagal šią  schemą saulės elektrinės savininkas galėtų pagamintą elektrą, kai jos vartojimo vietoje nėra poreikio, atiduoti į tinklą, o vėliau, poreikiui išaugus virš gamybos apimties -  atsiimti anksčiau į tinklą patiektą elektros energijos kiekį  iš tinklo. Saulės energija būtų gaminama tik vartojimo vietoje, energijos apskaitai naudojami dvipusiai skaitikliai.

Pagrindinis dvipusės apskaitos sistemos principas yra tas, kad elektros vartotojas turi teisę pagaminti tiek elektros energijos, kiek per metus ir suvartoja. Kai elektros energijos iš saulės gamybos ir vartojimo grafikai nesutampa, tokiu atveju skirstomasis tinklas naudojamas kaip virtualus akumuliatorius. Metų gale būtų suvedamas balansas ir apmokamas skirtumas.

Tai leistų plėtoti nedideles, kelių kilovatų elektrines visiškai nenaudojant VIAP (viešuosius interesus atitinkančių paslaugų) lėšų. Papildomos tinklų operatoriaus balansavimo sąnaudos būtų padengtos elektros kainų skirtumu dienos metu (kai elektra yra tiekiama į tinklą) ir nakties metu (kai elektra atsiimama iš tinklo). Gaminantis vartotojas betarpiškus balansavimo kaštus galėtų padengti pats. Metų gale būtų suvedamas balansas tarp pagamintos ir suvartotos elektros energijos.

Dvipusės apskaitos sistema plačiai taikoma užsienio šalyse ir leidžia praktiškai be paramos plėtoti saulės energetiką. Taip privatūs asmenys ir ūkio subjektai skatinami elektros energiją iš saulės naudoti savo reikmėms.

Dvipusės apskaitos sistemoje nebūtų naudojamos kitų elektros vartotojų lėšos, nereikalingos operatoriaus investicijos saulės jėgainės prijungimui prie tinklo.

SAULĖS JĖGAINIŲ EKONOMINIAI RODIKLIAI (10 kW PAVYZDYS)

• Investicijos - 50 000 Lt;
• Investicijų šaltinis - savos lėšos;
• Elektros gamyba - 950 kWh/kW;
• Fotovoltinių modulių dėvėjimasis:

-po 10 metų - 90 proc. galios  
-po 20 metų - 80 proc. galios

• Mažmeninė elektros kaina - 52 ct/kWh;
• Elektros kainos augimo prognozė - 3 proc. per metus.  

Saulės jėgainių atsipirkimo variantai:

Lietuvos saulės energetikos  asociacijos pasiūlytas dvipusės apskaitos sistemos įgyvendinimo kelias:

• 2014 m. I pusmetyje priimti Atsinaujinančių energijos išteklių įstatymo pataisas. Deja, Seimas įstatymo pataisų svarstymą vėl nukėlė į rudenį.
• Energetikos ministerijai ir LESTO parengti poįstatyminius aktus.
• Energetikos ministerija iš 2014-2020 m. ES programos numato paramą. Jei paramos dydis būtų 2000 Lt/kW - saulės energetika šalyje gana greitai atsigautų.

Saulės fotoelementai, saulės elektrinės įrengimas 

Mažėjant naudingųjų iškasenų ir joms brangstant, vis  svarbesni darosi atsinaujinantys energijos šaltiniai, tarp jų ir saulės energija. Pasaulyje aktyviai įgyvendinamos įvairios AE programos - šimtas tūkstančių saulės stogų (Vokietija), Milijonas saulės stogų (JAV).

Mokslininkai ir gamintojai siekia mažinti saulės fotoelementų gamybos ir utilizavimo išlaidas ir padidinti jų našumą, atsižvelgiant į ekologinę saugą. Labai svarbu užtikrinti ir gaminio patikimumą, maksimaliai pailginant efektyvų tarnavimo laiką.

Klasikinio fotoelemento sandara labai paprasta: ant neigiamą krūvį sukuriančios plokštės tvirtinamos dviejų tipų silicio plokštės, ant kurių tvirtinamos teigiamą krūvį turinčios metalinės juostos. Saulės šviesa, patenkanti ant silicio plokščių, virsta elektros srove. Šis procesas vadinamas fotoelektriniu efektu, o plokštės - fotoelektriniu keitikliu. Fotoelektrinio keitiklio gamybai dažniausiai naudojamas monokristalinis, polikristalinis ar amorfinis silicis. Naudojami ir kiti puslaidininkiai: indžio fosfatas (InP), kadmio teluridas (CdTe), galio arsenidas (Ga As), vario ir indžio diselenidas (CIS), vario, indžio ir galio selenidas (CIGS), indžio ir galio nitridas (InGaN), bet jie dažnai yra brangesni ir dalis kenksmingi aplinkai.

Skaičiuojama, kad ties ta vieta, kur prasideda Žemės atmosfera, saulės spinduliavimas sudaro 1367 V į kvadratinį metrą. Žemę ties ekvatoriumi pasiekia 1020 V į kvadratinį metrą spindulių. Masinės gamybos fotoelementų plokštės sugeba paversti į elektros srovę apie 5-20 proc. plokštės paviršių pasiekiančios saulės šviesos. Tai fotoelemento naudingumo koeficientas. Taip yra todėl, kad silicis, kuris yra pagrindinis pirmos kartos elementas, efektyviai į elektrą paverčia tik nedidelę saulės spektro dalį, daugiausiai raudonąją.

Saulės fotoelementai skirstomi į:

• kristalines fotoelementų plokštes, monokristalinius silicio ir polikristalinius (daugiakristalinius) silicio;
• išauginamus plonasienius pusgaminius EFG (edge defined film - fed crystal growth technique), S-web (Siemens), plonasluoksnius titnago (Apex);
• plonos plėvelės, silicio amorfinius, mikrokristalų, nanokristalų, CSG (crystalline silicon on glass), su kadmio ir telurido (CdTe) bei selenido galio (Cl (G) S) pagrindu;
• su šviesai jautriu dažikliu (DSC), organinius (polimerinius (OPV), neorganinius (CTZSS) ir su kaskadinėmis struktūromis.

Didžiąją dalį fotoelemento kainos sudaro silicio kaina, kurio pirmosios kartos prietaisams buvo naudojama ypač daug. Elektrą sukuria storas silicio sluoksnis ant metalinio pagrindo. Antrosios kartos fotoelementai buvo gaminami purškiant ar užauginant ploną silicio kristalų sluoksnį ant plono pagrindo. Šie fotoelementai pigesni, bet pramoninių fotoelementų naudingumo koeficientas mažesnis negu pirmos kartos.
Fotoelementų, pagamintų iš kelių skirtingų medžiagų, galinčių sugerti skirtingas spektro spalvas, našumas gerokai didesnis. Tai ir yra trečiosios kartos fotoelementai. Laboratorinėmis sąlygomis jų našumas siekia 40 proc. nesukoncentravus šviesos.

Saulės elektrinės įranga

1. Saulės elementai; 2. Apsaugos valdiklis; 3. Akumuliatorius; 4. Inverteris; 5. Fotoelementų jungtuvas; 6. Energiją naudojantys prietaisai 

1. Saulės elementų darbinė įtampa (12 V, 24 V ar 48 V) parenkama priklausomai nuo naudojamo energijos kiekio: sistemoms, naudojančioms mažiau negu 1500 W/h per dieną, - 12 V, 1500-3000 W/h per dieną - 24 V, daugiau kaip 3000 W/h per dieną - 48 V.

2. Apsaugos valdiklis valdo akumuliatoriaus įkrovimą ir iškrovimą. Akumuliatorius tarnauja ilgiau, jeigu naudojamas (įkraunamas/ iškraunamas) tolygiai. Jei akumuliatorius įkrautas visiškai, valdiklis sumažina elektros pritekėjimą iki iškrovos lygio. Akumuliatoriui kenkia visiškas iškrovimas, todėl apsaugos valdiklis išjungia tiekimą, kai akumuliatorius per daug išsikrauna. Taip pat jis išjungia sistemą, esant viršįtampiams, gautiems trumpo jungimo ir žaibavimo metu ar supainiojus polius.

3. Akumuliatorius kaupia energiją, kurią pagamino saulės fotoelementų modulis. Piko metu pagamintą energiją jis tiekia elektros prietaisams naktimis arba blogu oru. Saulės elektrinėms gaminami akumuliatoriai atsparūs dažnam įkrovimui ir iškrovimui, turi mažą savaiminio išsikrovimo lygį. Didelei saulės elektrinės sistemai galima jungti akumuliatorius lygiagrečiai, sujungiant tarpusavyje teigiamus ir atitinkamai neigiamus polius.
Akumuliatoriaus talpa skaičiuojama pagal naudotojų energijos poreikį ir energijos išlaikymo laiką. Jei sistema veikia nuolat gyvenamame name, galima skaičiuoti išlaikymą 1-2 dienoms, didinant fotoelementų skaičių, o savaitgaliais gyvenamame vasarnamyje - 3-4 dienos, mažinant fotoelementų skaičių. Sistemai, kurioje naudojama apie 2400 W/val., per dieną reikėtų apie 1000 Ah akumuliatoriaus. Skaičiuojant, kad laikys 4 dienas, 2400 daliname iš 12 V, gausime per dieną sunaudoja 200 Ah. Reikėtų pridėti 20-50 proc., kad akumuliatorius neišsikrautų. Tai aktualu švino akumuliatoriams, nes kadmio nikelio akumuliatoriams visiškas iškrovimas nekenkia. Kol kas kadmio nikelio akumuliatoriai gana brangūs, bet jų tarnavimo laikas gali siekti 20 metų. Šiek tiek pigesni gilaus iškrovimo rūgštiniai akumuliatoriai, galintys tarnauti iki 7 metų. Kraunamas rūgštinis akumuliatorius gali išskirti dujų, todėl juos verčiau laikyti vėdinamoje patalpoje.

4. Inverteris paverčia nuolatinę srovę kintama (220 V, 50 Hz). Inverteriai būna nuo 250 W ir daugiau 10 000 W. Galingesni nei 3000 W inverteriai gali veikti keli, sujungti lygiagrečiai, didindami bendrą išeinančią įtampą. Juos galima įrengti ir trifaziam elektros tinklui. Tai ta įrangos dalis, kuri gali perduoti energijos perteklių į bendrą elektros tinklą. Inverteris gali elektros tinklo kintamą srovę paversti nuolatine srove. Inverteriai skirstomi į tris grupes:
a) meandriniai inverteriai su stačiakampe laiptuota išėjimo įtampa. Pigiausi, tinka beveik visai įrangai, išskyrus kompiuterius, jautresnei organizacinei ir buitinei technikai;
b) modifikuoto sinuso inverteriai, jų modifikuotos sinusinės išėjimo įtampos sudarytos iš didelio skaičiaus laiptelių - apie 50 periodui;
c) sinusiniai inverteriai su sinusine išėjimo įtampa, kaip ir modifikuoto sinuso inverteriai, tinka beveik visai įrangai.

5. Fotoelementų jungtuvas skirtas sujungti fotoelementų modulius norima konfigūracija.
Įtampos kritimas mažesnis tada, kai kabeliai trumpesni, be to, turėtų būti ne mažesnio kaip 4-6 mm2 skersmens. Kad įtampos kritimas neviršytų 3 proc., kabelis tarp saulės modulių ir akumuliatoriaus, esant 12 V įtampai, turėtų būti 0,35 mm2, arba 0,17 mm2, jei įtampa 24 V. Lauke einantys kabeliai turėtų turėti apsaugą nuo drėgmės.

Saulės sekimo įranga

Fotoelementai daugiausia energijos pagamina tada, kai į juos saulės spinduliai krinta statmenai. Fotoelementus galima sukti pagal geriausią spindulio kritimo kampą, nes tai gali padidinti energijos gamybą: vasarą - apie 40 proc., žiemą - apie 10 proc. Sekimo sistemos brangios ir atsiperka tik pritaikius didesnei modulių grupei.

Energijos vartojimo ir elektrinės galios apskaičiavimas

Saulės elektrinės sistema su akumuliatoriais gali maitinti daug įtaisų su sąlyga, kad jų energijos suvartojimas neviršys generatoriumi pagaminamos energijos. Svarbu tinkamai apskaičiuoti sistemos galią. Sudarant specifikaciją pirmiausia į ją įtraukiami visi elektros prietaisai, esantys name (įrašoma jų nominali galia ir naudojimosi laikas).

Reikia įvertinti tai, kad, įjungiant kai kuriuos prietaisus (pvz., šaldytuvą), energijos sunaudojama 5 ar 6 kartus daugiau. Tokiu momentu inverteris turi atlaikyti 2-3 kartus didesnę galią, nei jo nominali. Jei yra daug tokios galingos įrangos, kuri dirba retai, gali tekti naudoti didelio galingumo inverterius, o tai gerokai pabrangins sistemą. Tokiu atveju praverstų sistema, kuri valdytų tokios įrangos įsijungimo periodiškumą ir saugotų nuo jos įjungimo vienu metu.
Saulės elektrinės per mėnesį pagamintas elektros energijos kiekis priklauso nuo saulės energijos, fotoelementų plokščių naudingo veikimo koeficiento, likusių elektrinės įrangos naudingumo koeficiento, modulių ploto.

ES = Ev x nF x nS x SMa

ES - saulės elektrinės per mėnesį pagamintas elektros energijos kiekis, kWh,
Ev - vietovės, kurioje įrengiama saulės elektrinė, visa vidutinė daugiametė saulės ekspozicija pasirinktoje plokštumoje, kWh/m2,
nF - parinktojo FEM tipo naudingo veikimo koeficientas,
nS - elektrinės įrangos bendras naudingumo koeficientas (apie 0,7),
SMa - bendras saulės fotoelementų plokščių plotas, m2.

Galima skaičiuoti, kad 1 įrengtas saulės elektrinės vatas (1 Wp) pagamins apie 1 KWh energijos per metus.

Saulės elektrinės pasirinkimo kriterijai

Visada svarbi fotoelementų kokybė. Skaičiuojama, kad saulės elektrinė turėtų efektyviai tarnauti mažiausiai 20 metų. Ji atsiperka per 5-10 metų. Po šio laikotarpio bus gaminama labai pigi elektros energija, jos savikaina bus itin maža, jos kaina gali būti gerokai mažesnė nei pagaminama kitais būdais. Atsižvelgdamos į tai, Vakarų Europos šalys investuoja į dabar gana brangią energiją - dotuoja pagamintą elektrą.

Manoma, kad gerai, jeigu per 10 metų efektyvumas sumažėja apie 8-10 proc. Problemų su pigiais kiniškais gaminiais gali atsirasti po 3-5 metų. Taigi fotoelemento kaina negali būti pagrindinis veiksnys pasirenkant saulės elektrinę privačiam naudojimui ar verslui.

Svarbus ir fotoelementų efektyvumo ir kainos santykis. Įvertinus kokybę, būtina vertinti ir tai, kiek kainuos pagaminta elektra. Didesnio efektyvumo fotoelementai užims mažiau vietos, tai ypač svarbu kylant žemės kainoms. Pastaruoju metu ieškoma efektyvių sprendimų gaminti kelių funkcijų gaminius: stogo ar fasado danga, kuri ir apsaugotų stogą ir gamintų elektrą.

Būtina atsižvelgti į montavimo ir priežiūros kokybę. Saulės elektrinių įrangą reikėtų pirkti patikimose bendrovėse - galinčiose suteikti priežiūrą ir garantijas.

Statybų ir būsto gido Asa.lt informaciją atgaminti visuomenės informavimo priemonėse bei interneto tinklalapiuose be raštiško UAB "IKS" sutikimo draudžiama.