Energy building supply with alternative technologies

Full text

(1)OSKRBA OBJEKTA Z ALTERNATIVNIMI ENERGETSKIMI TEHNOLOGIJAMI diplomsko delo. Študent: Žiga Cvet Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Energetika Mentor: red. prof. dr. Andrej Predin Somentor: asist. dr. Matej Fike Lektor: Vesna Perko, mag. prof. slov.. Krško, april 2018. I.

(2) II.

(3) ZAHVALA Želim se zahvaliti mentorju red. prof. dr. Andreju Predinu in somentorju asist. dr. Mateju Fikeju za vodenje in pomoč pri diplomski nalogi. Zahvaljujem se tudi družini, ki me je tekom celotnega študija podpirala in mi stala ob strani.. III.

(4) OSKRBA OBJEKTA Z ALTERNATIVNIMI ENERGETSKIMI TEHNOLOGIJAMI Ključne besede: Energetska oskrba enostanovanjske hiše, sončna elektrarna, vodna elektrarna, ogrevanje s toplotno črpalko, stroškovna analiza.. UDK: [620.98:697.1]+657.478(043.2). Povzetek Diplomsko delo je namenjeno predstavitvi energetske oskrbe enostanovanjske hiše z uporabo alternativnih virov energije. V diplomskem delu je prikazana izbira toplotne črpalke, vodne turbine in sončne elektrarne za samooskrbo z električno energijo. Podana je tudi ocena stroškov investicije in čas povrnitve investicije.. IV.

(5) ENERGY BUILDING SUPPLY WITH ALTERNATIVE TECHONOLOGIES. Keywords: Energy supply of detached house, solar energy electric power station, hydroelectric power plant, heating system with heat pump, costs analysis.. UDK: [620.98:697.1]+657.478(043.2). Abstract. The Diploma thesis presents the energy supply of detached house, using alternative energy sources. The selection of a heat pump, water turbine and a solar energy electric power station for self-supply with electricity was carried out. The cost recovery of the investmentand the time for the return of the investment are also presented.. V.

(6) UPORABLJENI SIMBOLI. Au. -. Ogrevalna površina. Ve. -. Ogrevalna prostornina. Umax. -. Maksimalna toplotna prehodnost. U. -. Toplotna prehodnost. Rsi. -. Notranja površinska toplotna upornost. Rse. -. Zunanja površinska toplotna upornost. di. -. Debelina materiala. λi. -. Prevodnost materiala. Φ. -. Toplotne izgube. A. -. Površina. ΔT. -. Razlika med notranjo in zunanjo temperaturo. Φs. -. Skupne transmisijske toplotne izgube. N. -. Število zaporednih dni ogrevanja. r. -. Dnevno število ur obratovanja kurilne naprave. Hz. -. Koeficient prezračevalnih izgub. n. -. Število izmenjav zraka. Vi. -. Neto prostornina stavbe. Φz. -. Prezračevalne izgube. ΦN. -. Skupne toplotne izgube. Pg. -. Skupna toplotna moč za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. P0. -. Primanjkljaj toplotne moči. η. -. Izkoristek. PSV. -. Toplotna moč za ogrevanje sanitarne vode. QNH. -. Letna poraba energije za ogrevanje. Tp. -. Temperaturni primanjkljaj. QCEL. -. Celotna letna energija za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. QSV. -. Letna potrebna energija za ogrevanje sanitarne vode. Qin. -. Dovod toplote. Qout. -. Odvod toplote. Q̇tč. -. Toplotna moč toplotne črpalke. Ptč. -. Pogonska moč toplotne črpalke. QE. -. Letna poraba električne energije za pogon kompresorja črpalke VI.

(7) QSE. -. Skupna letna potreba po električni energiji. QLET. -. Letna poraba električne energije. PSE. -. Potrebna moč sončne elektrarne. WSE. -. Potrebna letna električna energija. Wled. -. Letni energijski donos. nm. -. Število modulov. Pmpp. -. Vršna moč modula. P. -. Hidravlična moč vode. Qv. -. Inštalirani pretok vode. ρv. -. Gostota vode. g. -. Težnostni pospešek. H. -. Neto padec. Pt. -. Dejanska moč na turbinski gredi. ηt. -. Izkoristek turbine. ηg. -. Izkoristek generatorja. EmHE. -. Mesečna proizvedena električna energija. tn. -. Obratovalni čas. ΔE. -. Presežek električne energije. ESE. -. Skupna letna potrebna električna energija. NSV. -. Neto sedanja vrednost. I0. -. Vrednost naložbe. Ft. -. Vrednost denarnega toka v letu. P. -. V procentih izražena diskontna stopnja. ElHE. -. Letna proizvedena električna energija. VII.

(8) UPORABLJENE KRATICE. COP. -. Grelno število. AC. -. Izmenični tok. DC. -. Enosmerni tok. PVC. -. Termoplastična umetna snov, polivinilklorid. SZ. -. Severozahod. JZ. -. Jugozahod. SV. -. Severovzhod. JV. -. Jugovzhod. TČ. -. Toplotna črpalka. SIST EN. -. Slovenski inštitut za standardizacijo. GK. -. Geografska koordinata. EUR. -. Evropska denarna enota. VIII.

(9) KAZALO VSEBINE 1. UVOD ................................................................................................................................ 1. 2. TEHNIČNI OPIS HIŠE ..................................................................................................... 2. 3. 4. 2.1. IZOLACIJA HIŠE ....................................................................................................... 4. 2.2. ZUNANJE STENE IN STENE PROTI NEOGREVANIM PROSTOROM .............. 5. 2.3. IZOLACIJA STREHE ................................................................................................. 7. 2.4. TLA POD PRITLIČJEM ............................................................................................. 8. 2.5. OKNA IN VRATA ...................................................................................................... 9. TOPLOTNE IZGUBE ...................................................................................................... 10 3.1. TRANSMISIJSKE TOPLOTNE IZGUBE SKOZI ZUNANJE POVRŠINE ........... 10. 3.2. PREZRAČEVALNE IZGUBE .................................................................................. 12. 3.2.1. Koeficient prezračevalnih izgub......................................................................... 13. 3.2.2. Prezračevalne izgube stavbe ............................................................................... 13. 3.2.3. Skupne projektne toplotne izgube ...................................................................... 14. 3.3. POTREBNA TOPLOTA ZA OGREVANJE STAVBE IN VODE .......................... 14. 3.4. OGREVALNE POTREBE HIŠE .............................................................................. 14. 3.4.1. Izračun letne rabe energije za ogrevanje ............................................................ 16. 3.4.2. Izračun celotne letne energije za ogrevanje prostorov in sanitarne vode ........... 16. TOPLOTNA ČRPALKA ZRAK-VODA ........................................................................ 18 4.1. OGREVANJE PROSTOROV IN SANITARNE VODE S TOPLOTNO ČRPALKO. ZRAK-VODA ...................................................................................................................... 19 4.2 5. DIMENZIONIRANJE TOPLOTNE ČRPALKE ZRAK-VODA ............................. 20. SONČNA ELEKTRARNA .............................................................................................. 25 5.1. DIMENZIONIRANJE SONČNE ELEKTRARNE ZA SAMOOSKRBO ............... 26. 5.2. MALA HIDROELEKTRARNA ............................................................................... 29 IX.

(10) 5.2.1 6. Določitev osnovnih parametrov izgradnje male hidroelektrarne ....................... 30. NEPOVRATNA SREDSTVA EKO SKLADA RS ......................................................... 37 6.1. IZGRADNJA SONČNE ELEKTRARNE................................................................. 37. 6.2. VGRADNJA TOPLOTNE ČRPALKE ZRAK–VODA ........................................... 37. 6.3. IZGRADNJA MALE HIDROELEKTRARNE ......................................................... 38. STROŠKOVNA ANALIZA ............................................................................................ 39. 7. 7.1. STROŠKOVNA ANALIZA IZGRADNJE SONČNE ELEKTRARNE .................. 39. 7.1.1 7.2. STROŠKOVNA ANALIZA IZGRADNJE MALE HIDROELEKTRARNE .......... 42. 7.2.1 7.3. Neto sedanja vrednost sončne elektrarne ........................................................... 41. Neto sedanja vrednost male hidroelektrarne ...................................................... 45. STROŠKOVNA ANALIZA VGRADNJE TOPLOTNE ČRPALKE ZRAK-VODA 46. 8. SKLEP .............................................................................................................................. 48. 9. VIRI IN LITERATURA .................................................................................................. 49. 10. PRILOGE ......................................................................................................................... 52 PRILOGA A: IZJAVA O AVTORSTVU IN ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE OBLIKE ZAKLJUČNEGA DELA ........................................................ 52. X.

(11) KAZALO SLIK. Slika 2.1: Prikaz fasad z vseh orientacijskih smeri .................................................................... 3 Slika 2.2: Tlorisni pogled pritličja.............................................................................................. 3 Slika 2.3: Tlorisni pogled mansarde ........................................................................................... 4 Slika 2.4: Sestava zunanje stene [1] ........................................................................................... 5 Slika 2.5: Prerez zunanje stene [2] ............................................................................................. 6 Slika 2.6: Prerez strehe [3] ......................................................................................................... 7 Slika 2.7: Prerez tal pritličja [2] ................................................................................................. 8 Slika 2.8: Prerez PVC okna [6] .................................................................................................. 9 Slika 4.1: Prikaz delovanja TČ [7] ........................................................................................... 18 Slika 4.2: Delovanje TČ v Mollierovem diagramu [8] ............................................................ 19 Slika 4.3: Poraba energije glede na namen[9] .......................................................................... 20 Slika 4.4: Zunanja enota Kronoterm WPLV - 14-S1 NT [11] ................................................. 21 Slika 4.5: Notranja enota Kronoterm HM – 142 S1 [11] ......................................................... 22 Slika 4.6: Regulacija Kronoterm Termotronic 3000 [11] ........................................................ 23 Slika 4.7: Energijska nalepka toplotne črpalke [11]................................................................. 24 Slika 5.1: Sestava sončne celice [12] ....................................................................................... 25 Slika 5.2: Potok Hinja .............................................................................................................. 31 Slika 5.3: Letna povprečna višina padavin [18] ....................................................................... 31 Slika 5.4: Turbina Banki [19] ................................................................................................... 33 Slika 5.5: Proizvedena električna energija ............................................................................... 35 Slika 5.6: Količina proizvedene in potrebne električne energije ............................................. 36. XI.

(12) KAZALO TABEL. Tabela 2.1: Toplotna upornost [29] ............................................................................................ 6 Tabela 2.2: Materiali in karakteristike stene .............................................................................. 6 Tabela 2.3: Materiali in karakteristike strehe ............................................................................. 7 Tabela 2.4: Materiali in karakteristike tal pritličja ..................................................................... 8 Tabela 2.5: Material in karakteristike oken in vrat .................................................................... 9 Tabela 3.1: Klimatski podatki lokacije [4] ............................................................................... 10 Tabela 3.2: Površina in temperatura prostorov pritličja ........................................................... 10 Tabela 3.3: Površina in temperatura prostorov mansarde ........................................................ 11 Tabela 3.4: Transmisijske toplotne izgube skozi neprozorne površine ................................... 11 Tabela 3.5: Transmisijske toplotne izgube skozi prozorne površine ....................................... 12 Tabela 3.6: Poraba sanitarne vode na osebo [2] ....................................................................... 15 Tabela 4.1: Odvisnost COP od temperature ............................................................................. 24 Tabela 5.1: Mesečni pretoki potoka Hinja v letu 2016 ............................................................ 32 Tabela 5.2: Proizvedena električna energija v posameznem mesecu ....................................... 35 Tabela 5.3: Potrebna električna energija .................................................................................. 36 Tabela 7.1: Kalkulacija stroškov .............................................................................................. 40 Tabela 7.2: Neto sedanja vrednost ........................................................................................... 42 Tabela 7.3: Stroški izgradnje .................................................................................................... 43 Tabela 7.4: Stroški obratovanja in vzdrževanja ....................................................................... 44 Tabela 7.5: Kalkulacija povračljivosti investicije .................................................................... 45 Tabela 7.6: Neto sedanja vrednost ........................................................................................... 46. XII.

(13) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 1. UVOD. V svetu se danes vse bolj govori o onesnaženosti zraka in vse večjim naravnim spremembam, zato si moramo vsi prizadevati za čim bolj čisto okolje. Potrebno je poudariti pojem čista zelena energija, kar imenujemo tudi obnovljivi viri energije. Razmišljati je potrebno o vse večji izrabi alternativnih virov energije, ki ne onesnažujejo okolja, med katere sodijo izraba sonca, vode in vetra. Klimatski pogoji se v zadnjih letih hitro spreminjajo. Zaradi prevelike izrabe nečiste energije fosilnih goriv, se vreme hitro spreminja in večkrat ni primerno letnim časom, kar ima za posledico daljša obdobja vročine in mraza, s tem pa naraščajo potrebe po ogrevanju in hlajenju stanovanjskih objektov. Danes je pri načrtovanju in gradnji novih stanovanjskih objektov bistvenega pomena energetska oskrba. Gradnja in urejanje hiše je v finančnem smislu eden izmed največjih projektov, zato je potrebno dobro preučiti, na kakšen način se bomo lotili izvedbe. Zaradi velikih tehnoloških razvojev na področju električne energije imamo na razpolago najrazličnejše oblike energetske oskrbe, vse pa je odvisno od finančne moči. Z razvojem so se odprla vrata k izkoriščanju obnovljivih virov energije. Današnje tehnologije zahtevajo relativno visoke začetne stroške same investicije, vendar pa imajo dolgoročno velike prednosti in nam dajejo dobre rezultate. Najpomembnejše je, da težimo k čim večji izrabi obnovljivih virov energije in neodvisnosti od energetskega sistema. Električna energija je trenutno relativno poceni, vendar se bo po mojem mnenju ob razvoju in uporabi električnih vozil znatno podražila. S tem namenom bomo v diplomski nalogi predstavili obravnavano hišo in s pomočjo enačb ter programa gradbena fizika URSA preračunali toplotne izgube. V nadaljevanju bomo na podlagi potrebne toplotne moči za ogrevanje prostorov in sanitarne vode dimenzionirali toplotno črpalko zrak-voda. Zaradi popolne samooskrbe z električno energijo bomo dimenzionirali sončno elektrarno in malo hidroelektrarno ter izvedli smotrnost posamezne investicije.. 1.

(14) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 2. TEHNIČNI OPIS HIŠE. Ker se danes vse bolj kaže oblika nenehnega optimiranja stroškov in racionalizacije, je še kako pomembno, na kakšen način in s katerimi materiali bomo zgradili hišo. Pri samih materialih za gradnjo, ki so kvalitetni, je težko privarčevati, lahko pa privarčujemo pri energijski potratnosti hiše. Sedanjost sili k temu, da se gradijo tako imenovane pasivne, nizkoenergijske hiše z minimalno ali celo ničelno porabo energije za ogrevanje, kar je posledica vse dražje energije. Enostanovanjska hiša je bila zgrajena leta 2017. Lokacija, kjer stoji hiša, je na nadmorski višini 344 m in se nahaja na sončni legi, zato so prisotni toplotni dobitki na račun sončnega sevanja. Hiša je dvoetažna, skonstruirana tako, da je na južni strani največ steklenih površin, skupne ogrevalne površine Au = 208 m2. Prostornina ogrevanja stavbe znaša Ve = 493,27 m3. Tlorisni gabarit hiše znaša 9,5 m x 12,5 m, neto tlorisna bivalna površina pa znaša 208 m2. Hiša ima pritlični del in mansardo.. Za samo gradnjo zidov so bili uporabljeni modularni bloki proizvajalca Wienerbergerja, debeline 25 cm in s toplotno prevodnostjo 0,610 W/mK. Za izolacijo strehe je bila uporabljena steklena volna, debeline 19 cm in s toplotno prevodnostjo 0,035 W/mK. Zunanji ovoj stavbe je izoliran z izolacijskimi ploščami iz mineralne steklene volne, debeline 12 cm in s toplotno prevodnostjo 0,034 W/mK. Pri oknih in vratih smo uporabili okvirje iz PVC in dvojno zasteklitev s toplotno prehodnostjo 1,24 W/m2K. Na sliki 2.1 so prikazane fasade z vseh pogledov.. 2.

(15) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Slika ‎2.1: Prikaz fasad z vseh orientacijskih smeri. Na sliki 2.2 in 2.3 so prikazani tlorisni pogledi pritličja in mansarde.. Slika ‎2.2: Tlorisni pogled pritličja. 3.

(16) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Slika ‎2.3: Tlorisni pogled mansarde. 2.1. IZOLACIJA HIŠE. Izolacija je eden pomembnejših pojmov pri gradnji hiše. Vremenski in mehanski vplivi delujejo na našo gradbeno konstrukcijo na zunanji in notranji strani stene, zato je pomembno, da izberemo prave materiale, ki so kvalitetni, izolativni in nam tako omogočajo privarčevati pri porabi energije, posledično tudi na področju financ. Pri vseh gradbenih konstrukcijah je pomembno, da izberemo pravilno izolacijo. Pri vsaki konstrukciji je predvidena maksimalna toplotna prehodnost Umax, v našem primeru je najbolje, da se čim bolj odmikamo tej vrednosti. V naslednjih poglavjih bomo opisali vrste in uporabo izolacije pri določenih konstrukcijah ter izračunali toplotne prehodnosti gradbenih materialov. Pri izolaciji zunanjih sten, strehe, tal pod pritličjem, oken in vrat so predpisane maksimalne toplotne prehodnosti. Pri notranjih stenah in tleh mansarde pa maksimalne prehodnosti niso določene. Pri izračunih toplotnih izgub smo si pomagali z enačbami za preračun toplotnih izgub, ki so predpisane s standardom SISTE EN 12831:2004 [4], in delno s programom Gradbena fizika URSA 4.0, s katerim lahko izračunamo toplotne bilance po standardu SIST EN 832[2]. Za izračun toplotne prehodnosti posamezne gradbene konstrukcije smo uporabili enačbo: 4.

(17) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 𝑈=. 1. (2.1). d Rsi +∑ i +Rse λi. kjer je: U – toplotna prehodnost (W/m2K), Rsi – notranja površinska toplotna upornost (m2K/W), di – debelina materiala (m), λi – prevodnost materiala (W/mK) in Rse – zunanja površinska toplotna upornost (m2K/W). Na sliki 2.4 je prikazana sestava zunanjih sten hiše.. Slika ‎2.4: Sestava zunanje stene [1]. 2.2. ZUNANJE STENE IN STENE PROTI NEOGREVANIM PROSTOROM. Pri vgradnji izolacije smo se odločili za izoliranje zunanje strani gradbene konstrukcije, čeprav je dražja kot na notranji strani, vendar je v smislu enakomerne ogretosti vseh elementov boljše. Pri izgradnji zunanjih sten smo uporabili naslednje materiale (z leve proti desni): notranji omet, modularni blok, izolacijske fasadne plošče, gradbeno lepilo – 2 sloja, zaključni sloj in pritrdilne čepe. Za izračun toplotnih prehodnosti potrebujemo tudi podatke toplotne upornosti, ki so glede na smer toplotnega toka prikazani v tabeli 2.1.. 5.

(18) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎2.1: Toplotna upornost [29]. Toplotna upornost Rsi [m2K/W] Rse [m2K/W]. Navzgor 0,10 0,04. Horizontalno 0,13 0,04. Navzdol 0,17 0,04. V nadaljevanju so na sliki 2.5 prikazani prerez strehe in v tabeli 2.2 materiali, ki smo jih uporabili pri gradnji zunanjih sten.. Slika ‎2.5: Prerez zunanje stene [2]. Tabela ‎2.2: Materiali in karakteristike stene Sloj. 1 2 3 4 5 6. Material. Apnena malta Modularni blok Ursa FDP 3/V Gradbeno lepilo Baumit Gradbeno lepilo Baumit Zaključni sloj Baumit. Debelina cm. Gostota kg/m3. Spec. topl. J/kgK. Topl. pr. W/mK. Dif. odpor.. Topl. odpr. m2K/W. 2,500 25,000 12,000 0,300 0,200 0,300. 1.900 850 30 1.350 1.350 1.480. 1.050 920 1.030 1.050 1.050 1.050. 0,990 0,610 0,034 0,800 0,800 0,800. 25 8 1 18 18 15. 0,025 0,410 3,529 0,004 0,003 0,004. Izračun toplotne prehodnosti:. 𝑈=. 𝑈=. 1. (2.2). d1 d2 d3 d4 d5 d6 + + + + + +Rse λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6. 𝑅𝑠𝑖 +. 1 0,025 0,25 0,12 0,003 0,002 0,003 0,13+ + + + + + +0,04 0,990 0,610 0,034 0,800 0,800 0,800. Umax = 0,280 W/m2K, toplotna prehodnost je ustrezna.. 6. = 0,238 W/m2K.

(19) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 2.3. IZOLACIJA STREHE. Pri izolaciji strehe je pomembno, da uporabimo zadostno debelino izolacije, saj je streha velika površina, nagnjena pod določenim kotom, kamor sončni žarki upadajo ves dan. Na strehi je edina izolacija steklena volna, ki jo polagamo med in pod špirovce. Izolacijo strehe sestavljajo: finalna obloga, parna zapora, steklena volna, paroprepustna folija, letev, strešna letev, lesena podkonstrukcija in strešniki. Na sliki 2.6 je prikazan detajlni prerez strehe.. Slika ‎2.6: Prerez strehe [3]. V tabeli 2.3 so prikazani materiali, ki smo jih vgradili v streho. Tabela ‎2.3: Materiali in karakteristike strehe Sloj. Material. 1 Mavčno-kartonska. Debelina cm. Gostota kg/m3. Spec. topl. J/kgK. Topl. pr. W/mK. Dif. odpor.. Topl. odpr. m2K/W. 1,250. 900. 840. 0,210. 12. 0,060. 0,053 5,000 14,00 0,037. 225 24 24 215. 960 840 840 960. 0,190 0,035 0,035 0,190. 3,774 1 1 54. 0,003 1,429 4000 0,002. plošča 2 3 4 5. Parna ovira Ursa SF 35 Ursa SF 35 Paroprepustna folija. Izračun toplotne prehodnosti: 𝑈=. 1 0,0125 0,00053 0,05 0,14 0,00037 0,10+ + + + + +0,04 0,210 0,190 0,035 0,035 0,190. Umax = 0,200 W/m2K, toplotna prehodnost je ustrezna.. 7. = 0,177 W/m2K.

(20) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. TLA POD PRITLIČJEM. 2.4. Ta vrsta gradbene konstrukcije je tipičen primer, kjer je pomembno, da izoliranje izvedemo kvalitetno in po tehničnih smernicah, saj je naknadno spreminjanje in popravljanje skoraj nemogoče. Upoštevati je potrebno zahtevi, kot sta toplotna izolacija in hidroizolacija. Večkrat se srečamo s težavo, ko vlaga in voda vdirata v notranjost. Če želimo, da se izognemo takšnim nevšečnostim, moramo po dobri utrditvi tal s peskom in drobnim gramozom položiti hidroizolacijo, nato termoizolacijo in polietilensko folijo, na koncu pa vse skupaj zaliti z armiranim betonom. Slika 2.7 prikazuje prerez tal, v tabeli 2.4 pa so opisani materiali, ki smo jih vgradili v tla.. Slika ‎2.7: Prerez tal pritličja [2]. Tabela ‎2.4: Materiali in karakteristike tal pritličja Sloj. 1 2 3 4 5 6 7. Material. Keramične ploščice Armiran beton Polietilenska folija Ursa TSP Bitumenska lepenka Beton Pesek in drobni gramoz. Debelina cm. Gostota kg/m3. Spec. topl. J/kgK. Topl. pr. W/mK. Dif. odpor.. Topl. odpr. m2K/W. 1,000 5,000 0,020 10,000 0,040 7,000 40,000. 2.300 2.2000 1.000 72 1.100 2.400 1.750. 920 960 1.250 1.030 1.460 960 840. 1,280 1,510 0,190 0,035 0,190 2,040 1,500. 200 30 80.000 1 2.000 60 15. 0,008 0,033 0,001 2,857 0,002 0,034 0,267. Izračun toplotne prehodnosti: U=. 1 0,17+. 0,01 0,05 0,0002 0,1 0,0004 0,07 0,4 + + + + + + +0,04 1,280 1,510 0,190 0,035 0,190 2,04 1,500. 8. = 0,293 W/m2K.

(21) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Umax = 0,350 W/m2K, toplotna prehodnost je ustrezna.. 2.5. OKNA IN VRATA. Okna in vrata so tudi ena izmed vrst gradbene konstrukcije, kjer se pojavljajo toplotne izgube, njihova velikost pa je odvisna od števila slojev zasteklitve. Včasih so uporabljali okna z enim steklom, danes pa na trgu ponujajo okna z večslojno zasteklitvijo. Za povprečno izolativnost je najprimernejšo okno z dvojno zasteklitvijo. Na sliki 2.8 je prikazan primer dvojne zasteklitve, v tabeli 2.5 pa imamo opisan material in karakteristike le-tega.. Slika ‎2.8: Prerez PVC okna [6]. Tabela ‎2.5: Material in karakteristike oken in vrat. Konstrukcija. Ffr. Okno PVC-okvir U = 1,3; steklo U = 1,10 Vhodna vrata PVC U = 1,3; steklo U = 1,1 Balkonska vrata PVC U = 1,3; steklo U = 1,1 Vhodna vrata PVC, brez zasteklitve. 0,30 0,90 0,90 /. 9. U W/m2K 1,24 1,28 1,28 1,3. Umax W/m2K 1,30 1,30 1,30 1,600. Ustreznost DA DA DA DA.

(22) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 3. TOPLOTNE IZGUBE. Za izračun toplotnih izgub potrebujemo klimatske podatke dane lokacije, ki jih najdemo na spletni strani Agencije Republike Slovenije za okolje [5]. Vnesti je potrebno koordinate lokacije stavbe.. Glede na GK (X, Y) koordinate lokacije stavbe smo pridobili klimatske podatke, ki so prikazani v tabeli 3.1. X: 95268, Y: 513548 Tabela ‎3.1: Klimatski podatki lokacije [4]. Začetek kurilne sezone (dan) 265. 3.1. Konec kurilne Temp. primanjkljaj Proj. temp. sezone (dan) (K dni) 140 3300 -13. Energija sončnega sevanja ( kWh/m2) 1160. TRANSMISIJSKE TOPLOTNE IZGUBE SKOZI ZUNANJE POVRŠINE. Pri transmisijskih izgubah moramo upoštevati izgube skozi neprozorne in prozorne površine. V obeh primerih moramo upoštevati orientacijo, saj sončno sevanje pozitivno in negativno vpliva na toplotne izgube. V tabelah 3.2 in 3.3 so prikazane izbrane temperature prostorov. Tabela ‎3.2: Površina in temperatura prostorov pritličja. PROSTOR Vetrolov Spalnica Kurilnica Hodnik Kopalnica Dnevna soba Jedilnica s kuhinjo Shramba Skupaj:. POVRŠINA (m2) 4,75 16,85 5,55 7,20 12,55 29,00 19,40 9,30 104,60. 10. TEMPERATURA (ᵒC) 20 20 20 20 24 20 20 20.

(23) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎3.3: Površina in temperatura prostorov mansarde. PROSTOR. POVRŠINA (m2). TEMPERATURA (ᵒC). Stopnišče. 4,90. 20. Predsoba. 12,50. 20. Otroška soba. 18,30. 20. Otroška soba. 26,70. 20. Kopalnica. 6,80. 24. Soba. 12,60. 20. Spalnica. 21,60. 20. Skupaj:. 103,40. Za izračun toplotnih izgub smo uporabili enačbo 3.1: Φ = U𝐴𝛥𝑇. (3.1). kjer je: Φ – toplotna izguba (W), A – površina (m2), U – toplotna prehodnost (W/m2K) in ΔT – razlika med notranjo in zunanjo temperaturo (°C). V tabelah 3.4 in 3.5 so podane izračunane toplotne izgube posameznih delov obravnavanega objekta. Tabela ‎3.4: Transmisijske toplotne izgube skozi neprozorne površine. Oznaka. Orientacija. Naklon ᵒ. Ploščina m2. U W/m2K. S – SV. SV. 45. 100,25. 0,178. 588,86. S – JZ. JZ. 45. 105,32. 0,178. 618,65. F – SZ. SZ. 90. 62,45. 0,241. 15,05. F – JV. JV. 90. 58,64. 0,241. 496,66. F – SV. SV. 90. 44,22. 0,241. 351,68. F – JZ. JZ. 90. 42,78. 0,241. 340,23. VRATA – SZ. SZ. 90. 2,45. 1,300. 105,10. 0. 122,15. 0,312. 38,79. TLA PRITLIČJA. 538,26. Skupaj:. 11. Topl. izgube W. 2555.

(24) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎3.5: Transmisijske toplotne izgube skozi prozorne površine. Oznaka. Orientacija. Naklon ᵒ. Ploščina m2. U W/m2K. Topl. izgube W. OKNA – SV. SV. 90. 4,24. 1,240. 173,5. OKNA – JZ. JZ. 90. 5,32. 1,240. 217,69. OKNA – SZ. SZ. 90. 3,99. 1,240. 163,27. BALKONSKA VRATA – JZ. JZ. 90. 8,56. 1,280. 361,57. OKNA – JV. JV. 90. 2,66. 1,240. 108,85. BALKONSKA VRATA – JV. JV. 90. 10,80. 1,280. 456,19. VRATA – SV. SV. 90. 2,24. 1,280. 94,62 1575,69. Skupaj:. Skupne transmisijske toplotne izgube izračunamo po enačbi 3.2. Φs = ∑Φi. (3.2). Φs = 2555 + 1575,69 = 4130,70 W Skupne transmisijske toplotne izgube skozi zunanje površine znašajo 4130,70 W.. 3.2. PREZRAČEVALNE IZGUBE. Za izračun prezračevalnih izgub moramo najprej določiti število izmenjav zraka, v našem primeru 0,50, in izračunati koeficient prezračevalnih izgub, pri čemer potrebujemo neto ogrevan volumen, ki v našem primeru znaša 493,27 m3.. 12.

(25) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 3.2.1 Koeficient prezračevalnih izgub Koeficient prezračevalnih izgub: 𝐻𝑍 = 𝑐𝑝 𝜌𝑛𝑉𝑖. (3.3). kjer je: Hz – koeficient prezračevalnih izgub (W/K), cp – specifična toplota zraka (J/kg K), ρ – gostota zraka (kg/m3), n – število zamenjav zraka in Vi – neto ogrevana prostornina stavbe (m3). Če predpostavimo konstantno gostoto in specifično toploto zraka, se enačba 3.4 poenostavi [25]. 𝐻𝑍 = 0,34 𝑛𝑉𝑖. (3.4). 𝐻𝑧 = 0,34 ∗ 0,50 ∗ 493,27 = 83,86 W/K. 3.2.2 Prezračevalne izgube stavbe Za izračun prezračevalnih izgub uporabljamo enačbo 3.5: 𝛷𝑧 = 𝐻𝑍 𝛥𝑇. (3.5). kjer je: Φz – prezračevalna toplotna izguba (W), Hz – koeficient prezračevalnih toplotnih izgub (W/K) in ΔT – razlika med notranjo in zunanjo temperaturo (°C). 𝛷𝑧 = 83,86 ∗ (20 − (− 13)) = 2767,38 W. 13.

(26) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 3.2.3 Skupne projektne toplotne izgube Pri skupnih toplotnih izgubah moramo sešteti celotne transmisijske in prezračevalne izgube. Toplotne izgube so izračunane pri projektni temperaturi –13 °C in nam bodo v nadaljevanju služile za določitev moči toplotne črpalke za ogrevanje. ΦN = Φs + Φz. (3.6). kjer je: ΦN – skupna toplotna izguba (W), ΦS – transmisijska toplotna izguba (W) in ΦZ – toplotna izguba zaradi prezračevanja (W). 𝛷𝑁 = 2767,38 + 4130,70 = 6898 W Vidimo, da skupne toplotne izgube za našo hišo znašajo 6898 W.. 3.3. POTREBNA TOPLOTA ZA OGREVANJE STAVBE IN VODE. Za določitev porabe sanitarne vode smo iz tabele 3.6 odčitali dodatek toplotne moči za pripravo tople vode, ki znaša 0,25 kW/osebo. V naši hiši živimo 4 člani, se pravi, da znaša poraba točno 1 kW. Za določitev skupne potrebne toplote moramo k toplotnemu toku za ogrevanje hiše prišteti še toplotni tok za ogrevanje vode. Toplotni tok za ogrevanje hiše + Toplotni tok za ogrevanje vode (W) 6898 + 1000 = 7898 W Skupna potrebna toplota znaša 7898 W.. 3.4. OGREVALNE POTREBE HIŠE. Pri izračunu ogrevalnih potreb moramo pri skupnih toplotnih izgubah upoštevati tudi prispevke notranjih toplotnih virov, ki so določeni v pravilniku in znašajo 4 W/m2 na enoto uporabne površine. Uporabna površina hiše znaša 208 m2, zato moramo k skupnim izgubam, 14.

(27) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. ki znašajo 6898 W, odšteti 832 W prispevkov notranjih virov. Skupni primanjkljaj toplotne moči znaša 6066 W. V tabeli 3.6 imamo prikazane dnevne porabe tople vode glede na način ogrevanja. Tabela ‎3.6: Poraba sanitarne vode na osebo [2]. PORABA TOPLE Dnevna ENERGIJA DODATEK SANITARNE VODE poraba tople [kWh /dan] [kW/osebo] vode pri 45 PO OSEBI °C [liter/osebo] NIZKA 15–30 0,6–1,2 0,08–0,15 NORMALNA. 30–60. 1,2–1,4. 0,15–0,30. ETAŽNO STANOVANJE (obračun po porabi) ETAŽNO STANOVANJE (obračun po pavšalu) ENODRUŽINSKA HIŠA. 30. cca 1,2. cca 0,5. 45. cca 1,8. cca 0,225. 50. cca 2,0. cca 0,25. V našem primeru imamo nizkotemperaturni režim, kjer bomo vodo ogrevali na 45 °C, vodo bomo uporabljale 4 osebe, kar pomeni, da dnevna poraba na osebo znaša približno 50 l. Glede na dodatek razberemo, da 4 člani porabimo 8 kWh energije na dan, kar na letni ravni znaša 2920 kWh. Pri izračunu skupne toplotne moči moramo upoštevati tudi izgube pri ogrevanju, med katere sodijo izgube zaradi prezračevanja in toplotni mostovi, kar smo na podlagi izračunov dokazali v prejšnjih poglavjih, ne smemo pa pozabiti tudi na ogrevalne izgube, kot so izolacija cevovodov in izgube toplotne črpalke, zato bomo podali, da v našem primeru izkoristek ogreval znaša 85 %. Izračun skupne toplotne moči:. 𝑃𝐺 =. 𝑃0 𝜂. + 𝑃𝑠𝑣. (3.7). kjer je: PG – skupna toplotna moč za ogrevanje objekta in sanitarne vode (W), P0 – primanjkljaj toplotne moči objekta (W),. 15.

(28) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. η – izkoristek ogreval (85 %) in Psv – toplotna moč za ogrevanje sanitarne vode (W). 𝑃𝐺 =. 6066 0,85. + 1000 = 8136 W. Skupna toplotna moč za ogrevanje znaša 8136 W.. 3.4.1 Izračun letne rabe energije za ogrevanje Pri izračunu letne rabe energije je potrebno iz klimatskih podatkov, ki smo jih dobili na spletni strani ARSO [5], odčitati trajanje povprečne kurilne sezone in temperaturni primanjkljaj. Na lokaciji, kjer leži naša hiša, traja povprečna kurilna sezona 240 dni, temperaturni primanjkljaj pa znaša 3300 K/dni [5].. 𝑄𝑁𝐻 =. 𝑃0 𝑇𝑝 24. (3.8). 𝛥𝑇 1000. kjer je: QNH – letna potrebna energija za ogrevanje (kWh), P0 – primanjkljaj toplotne moči objekta (W), Tp – temperaturni primanjkljaj (K/dni) in ΔT – projektna temperaturna razlika (°C).. 𝑄𝑁𝐻 =. 6066∗3300 33. 24. ∗ 1000 = 14558 kWh. Letna potrebna energija za ogrevanje znaša 14558 kWh.. 3.4.2 Izračun celotne letne energije za ogrevanje prostorov in sanitarne vode Za izračun celotne letne potrebne moči moramo sešteti letno energijo za ogrevanje prostorov in letno energijo za ogrevanje vode. Za izračun letne energije za ogrevanje vode moramo upoštevati število dni v letu, število članov in dnevno potrebno energijo na osebo, razvidno iz tabele 3.6.. 16.

(29) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 𝑄𝐶𝐸𝐿 = 𝑄𝑁𝐻 + 𝑄𝑆𝑉. (3.9). kjer je: QCEL – letna potrebna energija za ogrevanje prostorov in sanitarne vode (kWh), QNH – letna poraba energije za ogrevanje prostorov (kWh) in QSV – letna poraba energije za sanitarno vodo (kWh). 𝑄𝑆𝑉 = 365 ∗ 2 ∗ 4 = 2920 kWh 𝑄𝐶𝐸𝐿 = 14558 + 2920 = 17478 kWh Letna energija za ogrevanje prostorov in sanitarne vode znaša 17478 kWh.. 17.

(30) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 4. TOPLOTNA ČRPALKA ZRAK-VODA. Zaradi uporabe alternativnih virov in samooskrbe z električno energijo je smotrno razmišljati še o načinu ogrevanja, ki bi izrabljal električno energijo. Pomembno je, da zmanjšamo uporabo nečistih energentov. S spodbujanjem rabe toplotne črpalke prispevamo k zmanjšanju onesnaževanja. Toplotna črpalka zrak-voda je primeren način za ogrevanje prostorov. Pri gradnji naše stavbe smo se odločili za uporabo toplotne črpalke zrak-voda, zato bomo v nadaljevanju opisali delovanje le-teh. Toplotna črpalka zrak-voda opravlja prenos toplote s pomočjo delovnega medija – hladiva, ki prenaša toploto iz okolice v poljuben ogrevalni sistem, s spremembo svojega agregatnega stanja. Glavni sestavni deli TČ so: uparjalnik, kompresor, kondenzator in ekspanzijski ventil. Hladilni medij z nizko temperaturo uparjanja služi kot delovni medij. Zaradi odvzete toplote iz okolice medij preide iz tekočega v plinasto stanje in potuje skozi kompresor, ki povzroči zvišanje temperature in tlaka. Po izstopu iz kompresorja odda toploto v kondenzator ogrevalnega sistema in se ohladi – ekspanzija. Krožni proces je zaključen, ko medij ponovno vstopa v uparjalnik. Pomembno je omeniti, da se hladivo uparja že pri zelo nizkih temperaturah od –25 °C [7]. Na sliki 4.1 je prikazano delovanje toplotne črpalke.. Slika ‎4.1: Prikaz delovanja TČ [7]. 18.

(31) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Princip delovanja toplotne črpalke je prikazan na sliki 4.2. S pomočjo Mollierovega diagrama lahko določimo podhladitev, pregretje in temperaturo pri izstopu iz kompresorja. Diagram je odvisen od vrste hladiva. Pri teh vrstah toplotnih črpalk gre za termodinamični krožni proces, ki je sestavljen iz uparjanja, kompresije, kondenzacije in ekspanzije. Hladivo uparjamo pri nizkem tlaku in temperaturi z virom toplote, to je v našem primeru zrak. Paro hladiva komprimiramo, s tem ji zvišamo tlak in temperaturo. Paro pri visokem tlaku ohladimo in kondenziramo z odvodom toplote iz kondenzorja. Hladivo spremeni agregatno stanje iz plinastega v tekoče in ekspandira iz visokega v nizek tlak [7].. Slika ‎4.2: Delovanje TČ v Mollierovem diagramu [8]. 4.1. OGREVANJE PROSTOROV IN SANITARNE VODE S TOPLOTNO ČRPALKO ZRAK-VODA. Za učinkovito rabo energije je potrebno izbrati pravilen sistem ogrevanja. Stare sisteme ogrevanja so nadomestili novejši, ki so okolju prijaznejši in izkoriščajo energijo obnovljivih virov. Ogrevalni sistem s toplotno črpalko je nizkotemperaturni sistem, zato je pomembno, da zgradbo izoliramo, kar se da dobro, da imamo čim manjše toplotne izgube in čim večje izkoristke naprav. Slika 4.3 prikazuje porabo energije za hlajenje, ogrevanje prostorov,. 19.

(32) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. ogrevanje sanitarne vode, kuhanje in drugo. Vidimo, da največ energije porabimo za ogrevanje prostorov.. Slika ‎4.3: Poraba energije glede na namen[9]. Za delovanje črpalke moramo v sistem dovesti električno energijo. Razmerje med dovedeno in pridobljeno energijo imenujemo grelno število, vrednost katerega se podaja od 2 do 3,5 [10]. Višje kot je grelno število, boljši je izkoristek sistema. To pomeni, če smo dovedli 1 kWh električne energije, iz sistema pa dobili 3 kWh toplotne energije, je grelno število 3. Najbolje uporabljen sistem je toplotna črpalka zrak-voda, saj je začetna investicija najnižja in ni večjih posegov v okolje. Toplotna črpalka ne onesnažuje okolja, nakup je delno sofinanciran s strani države, prav tako je enostavna za vzdrževanje in upravljanje, za pogon uporablja električno energijo, ki jo bomo s pomočjo samooskrbe proizvajali sami, ne potrebuje dodatnih prostorov za skladiščenje virov toplote (drva, kurilno olje, plin …), sama investicija ni visoka in se hitro povrne.. 4.2. DIMENZIONIRANJE TOPLOTNE ČRPALKE ZRAK-VODA. Zaradi samooskrbe z električno energijo smo se odločili, da bomo za ogrevanje prostorov in tople sanitarne vode uporabljali toplotno črpalko, ki za pogon kompresorja uporablja električno energijo in energijo obnovljivih virov.. 20.

(33) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Neto ogrevalna površina znaša 208 m2, neto ogrevalna prostornina pa 493,27 m3, razmerje med površino oken in površino toplotnega ovoja stavbe pa znaša 0,066. Centralno ogrevanje bo talno. V prejšnjih poglavjih smo izračunali, da skupna toplotna moč za ogrevanje prostorov in ogrevanje sanitarne vode znaša 8136 W. Ta podatek nam bo koristil v enačbi 4.1, s katero bomo izračunali toplotno moč toplotne črpalke [30]. Q̇𝑡č = 𝑃𝑔 𝑡0. (4.1). kjer je: Q̇tč – toplotna moč črpalke (W) in Pg – skupna toplotna moč za ogrevanje prostorov in sanitarne vode (W). t0 – dnevni obratovalni čas toplotne črpalke 24. Q̇𝑡č = 8136 * 20 = 9763 W Toplotna moč črpalke znaša 9762 W. Pri izbranem dobavitelju preverimo, kakšne tipe in moči črpalk ima, nato izberemo naslednjo, večjo. Izbrali smo toplotno črpalko proizvajalca Kronoterm, tipa WPLV in z grelno močjo 10,9 kW, pri kateri gre za toplotno črpalko z variabilnem prilagajanjem moči. Je ločena izvedba črpalke, ki ima zunanjo enoto povezano z notranjo enoto – hidromodulom s pomočjo hladilniške povezave. Zunanja enota, v povezavi s hidro modulom, predstavlja celotno rešitev za ogrevanje. V nadaljevanju bomo predstavili zunanjo enoto, notranjo enoto in vmesnik. Na sliki 4.4 je prikazana zunanja enota.. Slika ‎4.4: Zunanja enota Kronoterm WPLV - 14-S1 NT [11]. 21.

(34) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Zunanja enota dimenzij 1380 mm x 950 mm x 330 mm in teže 116 kg ima variabilno prilagodljiv rotacijski brezkrtačni kompresor, ki se prilagaja potrebam objekta. V kombinaciji s krmilnikom Termotronic nam omogoča obliko vremensko odvisnega prilagajanja. Preko spletnega vmesnika Cloud Kronoterm imamo možnost oddaljenega nadzora. Ventilator z variabilnim prilagajanjem obratov skrbi za tiho delovanje. Za hladivo je uporabljen medij R410a, raven zvočne moči pa znaša 67 dB(A) [11]. Na sliki 4.5 je prikazana notranja enota toplotne črpalke.. Slika ‎4.5: Notranja enota Kronoterm HM – 142 S1 [11]. Notranja enota dimenzij 2051 mm x 607 mm x 724 mm, teže 210 kg, ima vgrajen integriran zalogovnik vode, s kapaciteto 200 l in z integrirano varčno obtočno črpalko. Postavitev hidromodula je samostojna in enostavna, kar pomeni prihranek pri strošku montaže. V zalogovniku vode so vgrajeni 3 električni grelci po 2 kW, ki služijo kot rezerva v primeru zelo nizkih zunanjih temperatur ali pa ob izpadu in okvari zunanje enote [11].. 22.

(35) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Slika ‎4.6: Regulacija Kronoterm Termotronic 3000 [11]. Poleg dobro izbrane toplotne črpalke je pomembna tudi regulacija, ki je prikazana na sliki 4.6 in jo dosežemo z izbiro vmesnika Termotronic 3000. S pomočjo vmesnika lahko dosežemo optimalno temperaturo in ekonomično ogrevanje. Prednost vmesnika je, da lahko v kombinaciji z modulom Web krmilimo toplotno črpalko od koder koli in spreminjamo ter pregledujemo parametre. Po izbiri in opisu vseh komponent toplotne črpalke lahko izračunamo še grelno število po enačbi: 𝐶𝑂𝑃 =. Q̇𝑡č. (4.2). 𝑃𝑡č. kjer je: Q̇tč – grelna moč toplotne črpalke (kW), Ptč – pogonska moč toplotne črpalke (kW) in COP – grelno število.. COP =. 10,9 3,7. = 2,95. S strani proizvajalca znaša grelno število TČ 3, kar pomeni, da bomo dovedli 1 kWh električne energije, iz sistema pa bomo dobili 3 kWh toplotne energije, vendar temu ni čisto tako.. 23.

(36) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. V enačbi 4.2 smo upoštevali grelno moč toplotne črpalke pri zunanji temperaturi zraka -1 °C. Po standardu OSIST EN 14511 je z meritvami določeno, da se grelno število spreminja glede na zunanjo temperaturo. V tabeli 4.1 imamo prikazano, kako se grelno število spreminja s spremembo zunanje temperature [26]. Tabela ‎4.1: Odvisnost COP od temperature. Nizkotemperaturni sistem TČ zrak-voda 35°C Zunanja -7 °C 2 °C temperatura COP – grelno 2,7 3,1 število. Izstopna temperatura 7 °C. 15 °C. 20 °C. 3,7. 4,3. 4,9. Na sliki 4.7 je prikazana energijska nalepka, s katere so razvidni podatki o energijskem razredu, hrupnosti, tipu in moči.. Slika ‎4.7: Energijska nalepka toplotne črpalke [11]. 24.

(37) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 5. SONČNA ELEKTRARNA. Sončna elektrarna deluje na principu direktne pretvorbe sončne energije v električno energijo. Sestavlja jo določeno število fotovoltaičnih celic. Celica je sestavljena iz dveh ali več tankih plasti polprevodnega materiala, najpogosteje kristalnega silicija. Ko je silicij izpostavljen svetlobi določene valovne dolžine, le-ti ob določenih pogojih izbijejo elektrone in ustvarjajo vrzeli v polprevodni snovi. Na ta način nastane elektrina, ki nato potuje preko kovinskih stikov kot enosmerni tok (DC). Za hitro in učinkovito zbiranje ter pretvorbo energije so posamezne sončne celice med seboj povezane v modul. Ti moduli so med seboj povezani, tako da proizvajajo potrebno količino električne energije [13]. Sončna celica je sestavljena iz več plasti. Na vrhu je steklo, ki varuje ostale plasti pred mehanskimi poškodbami, druga je antirefleksijska plast, s katero zmanjšamo odboj svetlobe, sledi plast kontaktne mreže, ki je dober prevodnik, da zbira elektrone, nato so plasti polprevodnika tipa p in n, na dnu pa je kovinska plast, ki služi kot prevodnik električnega toka [13]. Na sliki 5.1 vidimo sestavo celice po plasteh [12].. Slika ‎5.1: Sestava sončne celice [12]. Sončne elektrarne delimo na omrežne in otočne sisteme. Pri otočnih sistemih poteka oskrba porabnikov znotraj lastnega električnega omrežja, kjer potrebujemo akumulatorje. Pri omrežnih sistemih pa električno energijo oddajamo v javno električno omrežje [13]. V našem primeru bomo uporabili sončno elektrarno, namenjeno samooskrbi z električno energijo, ki bo delovala po sistemu neto meritve. Viški in primanjkljaji električne energije se bodo uravnavali preko omrežja, ki bo delovalo kot nekakšen shranjevalnik energije. 25.

(38) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Sončna elektrarna je sestavljena iz fotonapetostnega modula, nosilne konstrukcije, razsmernika, regulatorjev, stikalnega bloka DC/AC, prenapetostne zaščite, elektro omare (števca) in javnega omrežja.. 5.1. DIMENZIONIRANJE SONČNE ELEKTRARNE ZA SAMOOSKRBO. V zadnjih letih se je zgradilo ogromno omrežnih sončnih elektrarn z razlogom, da energijo prodajamo v omrežje po višji ceni, kot jo iz omrežja kupujemo. Trg sončnih elektrarn se v zadnjem času spreminja, subvencije za električno energijo so se znižale, prav tako odkupne cene energije, zato investicija ni več tako zanimiva. Trenutno se najbolje obrestuje zgraditi mikro sončno elektrarno, ki služi za samooskrbo. Način samooskrbe deluje tako, da sončno elektrarno zgradimo za lastne potrebe po električni energiji. Električna energija se obračunava po novem načinu neto meritve ali drugače netmetering. Pri neto meritvi uporabljamo dvosmerni števec električne energije, ki nam omogoča, da kadar sončna elektrarna proizvede več električne energije, kot jo porabimo, viške oddajamo v omrežje. Ponoči ali ob slabem vremenu pa energijo prejemamo nazaj iz omrežja. Neto meritev obračunava letno proizvodnjo in porabo električne energije, saj v poletnih mesecih sončna elektrarna proizvede več električne energije kot pozimi, zato lahko tiste viške porabljamo v zimskem času, ko je proizvodnja električne energije manjša in ne zadošča našim potrebam. Pri dimenzioniranju sončne elektrarne za samooskrbo je pomembno, da upoštevamo, kolikšna je količina porabljene električne energije v našem gospodinjstvu. Potrebno je preračunati porabo energije gospodinjstva v kWh in nato dimenzionirati elektrarno do te mere, da ni večjih razlik med proizvedeno in porabljeno energijo, saj v primeru viška proizvedene energije zanjo ne dobimo izplačil. Se pravi, da je najbolje, da naš fotonapetostni generator proizvede točno toliko energije, kot jo porabimo. Ker bomo našo hišo ogrevali s toplotno črpalko, ki za pogon uporablja električno energijo, moramo pri dimenzioniranju sončne elektrarne, poleg letne porabe energije za gospodinjstvo, upoštevati tudi letno porabo električne energije za pogon kompresorja.. 26.

(39) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 𝑄𝐸 =. 𝑄𝐶𝐸𝐿. (5.1). 𝐶𝑂𝑃. kjer je: QE – letna poraba električne energije za pogon kompresorja in električnega grelca toplotne črpalke (kWh), QCEL – celotna letna energija za ogrevanje prostorov in sanitarne vode (kWh) in COP – grelno število.. 𝑄𝐸 =. 17478 3. = 5826 kWh. Letna poraba električne energije za pogon kompresorja in električnega grelca znaša 5826 kWh. Za skupno letno porabo električne energije pa je potrebno prišteti porabljeno električno energijo za ostale porabnike v gospodinjstvu. Povprečna mesečna poraba električne energije za 4-člansko družino znaša približno 500 kWh. Na letni ravni to znaša približno 6000 kWh. V enačbi je prikazan izračun skupne letne potrebe po električni energiji. 𝑄𝑆𝐸 = 𝑄𝐸 + 𝑄𝐿𝐸𝑇. (5.2). kjer je: QSE – skupna letna potreba po električni energiji (kWh), QE – letna potrebna energija za pogon kompresorja toplotne črpalke (kWh) in QLET – letna poraba električne energije v gospodinjstvu.. 𝑄𝑆𝐸 = 5826 + 6000 = 11826 kWh Z izračunom skupne letne porabe električne energije smo pridobili vse podatke, da lahko dimenzioniramo sončno elektrarno. Glede na dano lokacijo se upošteva, da znaša letni energijski donos 1095 kWh. V enačbi je prikazan izračun moči sončne elektrarne:. 𝑃𝑆𝐸 =. 𝑊𝑆𝐸. (5.3). 𝑊𝑙𝑒𝑑. kjer je: PSE – potrebna moč sončne elektrarne (kW), WSE – potrebna letna električna energija (kWh) in Wled – letni energijski donos (kWh). 27.

(40) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 𝑃𝑆𝐸 =. 11826 1095. = 10,8 kW. Izračunana potrebna moč elektrarne znaša 11 kW, kar je hkrati tudi mejna moč za izrabo nepovratne finančne spodbude. Ko smo izračunali potrebno moč elektrarne, smo lahko izbrali izvajalca oziroma proizvajalca opreme. Pri gradnji naše elektrarne smo izbrali polikristalne solarne panele proizvajalca BISOL BMU 275, serije premium poli [14]. S strani proizvajalca smo pridobili podatek, da znaša vršna moč modula 275 W. V naslednji enačbi bomo izračunali potrebno količino modulov za doseganje zahtevane moči. 𝑃. 𝑛𝑚 = 𝑃 𝑆𝐸. (5.4). 𝑚𝑝𝑝. kjer je: nm – število modulov, PSE – potrebna moč elektrarne (kW) in Pmpp – vršna moč modula (kW). 10,8. 𝑛 𝑚 = 0,275 = 39,27 Po našem izračunu znaša število panelov 39,27, ker pa se paneli kupujejo po kosih, bomo izbrali 40 kosov. Tako bo naša sončna elektrarna vsebovala 40 kosov fotonapetostnih modulov, z vršno močjo posameznega modula 275 W. Sedaj, ko poznamo število panelov, lahko izračunamo potrebno površino strehe za postavitev sončne elektrarne. Dimenzije posameznega panela znašajo 1649 mm x 991 mm x 40 mm, teža pa 18,6 kg [14]. Panel ima površino 1,63 m2, potrebujemo jih 40 kosov, se pravi, da skupna površina sončne elektrarne znaša 66 m2. Če pomnožimo vršno moč modula Pmpp in število modulov nm, ugotovimo, da znaša inštalirana moč PSE naše sončne elektrarne 11 kW, kar se ujema z izračunom potrebne moči elektrarne.. 28.

(41) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Pri sončni elektrarni potrebujemo poleg panelov tudi pomemben gradnik, razsmernik, ki pretvarja enosmerne veličine v izmenične. Poleg tega je njegova funkcija, da čim hitreje povezuje energijo od sončnega generatorja do omrežja [13]. Pri pretvarjanju energije se srečamo s težavo, saj fotonapetostni moduli v vsakem trenutku proizvajajo različno vrednost moči. Pomembno je, da izberemo kvaliteten razsmernik, da so izkoristki pretvarjanja energije čim večji. Za naš primer smo izbrali trifazni razsmernik Solar Edge SE 10-k z nazivno močjo 10 kW [15]. Za postavitev sončne elektrarne potrebujemo projektno dokumentacijo, pogodbo o dostopu do distribucijskega omrežja za oddajanje energije v omrežje, odločbo o dodelitvi podpore za električno energijo, proizvedeno iz obnovljivih virov energije, in pogodbo o prodaji in dobavi električne energije.. 5.2. MALA HIDROELEKTRARNA. Hidroelektrarna je objekt, ki za proizvodnjo električne energije uporablja energijo vode. Razlika med veliko in malo hidroelektrarno je količina proizvedene električne energije oziroma nazivna moč elektrarne. V Sloveniji glede na nazivno moč znaša meja med malo in veliko hidroelektrarno 10 MW [16, 17, 24]. Glede na način delovanja poznamo več vrst hidroelektrarn [17]: -. Pretočne HE porabljajo sprotno vodo, brez akumulacije, in so namenjene za visoke pretoke in nizke padce.. -. Akumulacijske HE morajo imeti naravno ali umetno jezero, kjer se voda zbira, namenjena je večjim padcem in nižjim pretokom.. -. Pretočno-akumulacijske HE so kombinacija zgoraj naštetih.. Glede na način dovajanja vode poznamo hidroelektrarne [16]: -. z odprtim cevovodom (vodo dovajamo po odprtem kanalu),. -. z zaprtim cevovodom (vodo dovajamo po tlačnem cevovodu),. -. z delno odprtim cevovodom (kombinacija kanala in cevovoda).. Glavni sestavni deli elektrarne so [16]: -. zajezitveno jezero,. -. jez, 29.

(42) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. -. vtočni kanal,. -. turbina in. -. generator.. Glavni sestavni del elektrarne je turbina, ki energijo vode prenaša v mehansko delo. Ker v realnosti nimajo vse reke enakih parametrov, enak padec in pretok, obstaja več vrst turbin [17]: -. Peltonova turbina je enakotlačna turbina s tangencialnim dotokom, primerna je za majhne pretoke in velike padce,. -. Kaplanova turbina je aksialna nadtlačna, vtok ima radialen (razen v primeru cevnega vtoka), izstop pa aksialen, uporablja se za velike pretoke in manjše padce,. -. Francisova turbina je najpogosteje uporabljena turbina, ki se uporablja za srednje padce,. -. turbina Banki je podobna Peltonovim turbinam, uporabljajo se lahko za majhne pretoke in nizke padce. Pri zasnovi hidroelektrarne so zelo pomembni vhodni podatki, kot so pretok vode, padec in teren. Na osnovi vhodnih podatkov se lahko odločamo o načinu dovajanja vode in izbiri turbine. Prednosti hidroelektrarn so, da izkoriščajo obnovljive vire energije, imajo visoke izkoristke, so zanesljiv vir proizvajanja električne energije in imajo relativno nizke obratovalne stroške. Kot vsaka tehnologija imajo tudi elektrarne slabosti [16]: -. pri izgradnji močno posegamo v okolje,. -. investicijski stroški same izgradnje so zelo visoki,. -. nihanje proizvodnje električne energije zaradi vodnih razmer.. 5.2.1 Določitev osnovnih parametrov izgradnje male hidroelektrarne. V tem poglavju bomo opisali in dimenzionirali malo vodno elektrarno. Lokacija postavitve elektrarne se nahaja v neposredni bližini stanovanjske hiše, oddaljena le nekaj 10 m.. 30.

(43) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Elektrarna bi bila postavljena na potoku Hinja, prikazana na sliki 5.2, ki izvira izpod hribov v okolici Šentjanža na Dolenjskem in se v Tržišču izliva v reko Mirno.. Slika ‎5.2: Potok Hinja. Za postavitev elektrarne je pomemben podatek, koliko padavin pade na izbrani lokaciji, da lahko predvidimo smotrnost investicije. Na sliki 5.3 lahko razberemo, da na našem območju letno zapade približno 1100 mm padavin.. Slika ‎5.3: Letna povprečna višina padavin [18]. Ob odločitvi postavitve male hidroelektrarne je potrebno pred samim začetkom izvedbe pridobiti veliko dovoljenj in soglasij. Potrebno je pridobiti vodno dovoljenje za uporabo voda, lokacijsko dovoljenje, soglasje za izgradnjo male hidroelektrarne, gradbeno dovoljenje in uporabno dovoljenje. Naša hidroelektrarna bo priključena na distribucijsko omrežje, zato je potrebno pridobiti še soglasje podjetja za distribucijo električne energije.. 31.

(44) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Pri samem dimenzioniranju elektrarne je potrebno v uvodu definirati inštalirani pretok potoka. V tabeli 5.1 imamo prikazane mesečne pretoke v letu 2016, iz katerih bomo izbrali inštalirani pretok in izračunali nazivno moč turbine. Tabela ‎5.1: Mesečni pretoki potoka Hinja v letu 2016. Mesec. Povprečni pretok (m3/s). Januar. 0,872. Februar. 0,939. Marec. 0,617. April. 0,243. Maj. 0,511. Junij. 0,389. Julij. 0,246. Avgust. 0,210. September. 0,199. Oktober. 0,866. November. 0,366. December. 0,210. Glede na mesečne povprečne pretoke smo določili, da inštalirani pretok znaša 0,47 m3/s, višinska razlika med zgornjo in spodnjo gladino pa 2,5 m. Na osnovi naših parametrov je najprimernejša turbina Banki, ki se uporablja za manjše pretoke in nizke padce. Izkoristek turbine je nekoliko manjši kot pri ostalih, stroški investicije pa so bistveno manjši. Glede na postavitev gonilnika poznamo horizontalne in vertikalne turbine, vendar se v praksi največ uporablja horizontalna postavitev turbine. Regulacijo turbine spreminjamo z debelino vodnega curka, s tako imenovanim regulacijskim jezikom. Uporablja se za moči do 35 kW. Prednost turbin je, da dvakrat prejme kinetično energijo vode, in sicer enkrat približno 80 %, ko voda poševno vstopi na zunanji strani gonilnika in izstopi na notranjem obodu, drugič pa, ko voda vstopi na notranjo stran gonilnika [24]. Na sliki 5.4 je prikazan gonilnik turbine Banki.. 32.

(45) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. Slika ‎5.4: Turbina Banki [19]. Na osnovi izbranega inštaliranega pretoka in neto padca lahko izračunamo moč vodnega toka, drugače rečeno hidravlično moč vode. 𝑃 = 𝑄𝑣 𝜌𝑣 𝑔𝐻. (6.1). kjer je: P – hidravlična moč vode (W), Qv – inštalirani pretok (m3/s), ρv – gostota vode (kg/m3), g - težnostni pospešek (m/s2) in H - neto padec (m). 𝑃 = 0,47 ∗ 1000 ∗ 9,81 ∗ 2,5 = 11527W Hidravlična moč vode znaša 11527 W. Ker ima vsaka turbina določene izgube, moramo izračunati še moč na turbinski gredi, kjer je upoštevan izkoristek turbine. Turbine Banki imajo izkoristek okrog 80 %. Če želimo izračunati dokaj točno moč na turbinski gredi, je potrebno upoštevati tudi izkoristek generatorja, ki znaša 90 %. 𝑃𝑡 = 𝑃𝜂𝑡 𝜂𝑔. (6.2). kjer je: Pt – moč hidroelektrarne (W), P – hidravlična moč vode (W), η t – izkoristek turbine in 33.

(46) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. η g – izkoristek generatorja. 𝑃𝑡 = 11527 ∗ 0,80 ∗ 0,90 = 8299 W Naša elektrarna bi s stalnim inštaliranim pretokom 0,47 m3/s proizvajala približno 8 kW električne moči. Ko smo na podlagi lokacije elektrarne in podatkov vode izračunali moč na turbinski gredi oziroma dejansko moč elektrarne, je potrebno preveriti še, če dejanska električna moč zadostuje našim potrebam v gospodinjstvu. Ogrevanje bo izvedeno s toplotno črpalko, ki za svoje učinkovito delovanje potrebuje do 5 kW električne moči. Za ostale potrebe v gospodinjstvu imamo na razpolago še približno 3 kW. Teoretično bi elektrarna z inštaliranim pretokom 0,47 m3/s proizvajala 8 kW električne moči, vendar v tabeli 5.4 vidimo, da so mesečni pretoki v poletnih in jesenskih obdobjih zaradi vremenskih vplivov bistveno manjši od inštaliranega. Za izračun mesečne potrebne energije bomo uporabili enačbo 6.3. Obratovalni čas elektrarne je enak številu ur v posameznem mesecu, vendar bo potrebno v zimskem času, od decembra do marca, odšteti za vsak mesec po en dan – 24 ur, zaradi vremenskih vplivov, ko bo elektrarna izven obratovanja. V primeru, ko bo mesečni pretok manjši od inštaliranega bomo pri izračunu upoštevali dejanski mesečni pretok. 𝐸𝑚𝐻𝐸 = 𝑃𝑑𝑒𝑗 𝑡𝑛. (6.3). kjer je: EmHE – mesečna proizvedena električna energija (kWh), Pdej – moč hidroelektrarne (kW) in tn – obratovalni čas v posameznem mesecu (h). Če želimo predstaviti natančne vrednosti, moramo spremljati mesečne pretoke potoka, zato bomo v nadaljevanju na podlagi izračunov v tabeli 5.2 in na sliki 5.5 prikazali proizvedeno električno energijo v odvisnosti od povprečnega mesečnega pretoka vode in obratovalnih ur elektrarne v posameznem mesecu.. 34.

(47) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎5.2: Proizvedena električna energija v posameznem mesecu. Mesec. Povprečni pretok (m3/s). Obratovalni čas elektrarne (h). Januar Februar Marec April Maj Junij Julij Avgust September Oktober November December Skupaj:. 0,872 0,939 0,617 0,243 0,511 0,389 0,246 0,250 0,277 0,866 0,366 0,210. 720 648 720 720 744 720 744 744 720 744 720 720 8664. Proizvedena električna energija (kWh) 5760 5184 5760 3089 5952 4945 3232 3284 3522 5952 4653 2669 54002. Proizvedena električna energija (kWh) 6000 5000 4000 3000 Proizvedena električna energija (kWh). 2000 1000 0. Slika ‎5.5: Proizvedena električna energija. S slike 5.5 je razvidno, da se proizvedena električna energija iz meseca v mesec zelo spreminja, vendar kljub nihanju zadostuje tako za samooskrbo kot za prodajo presežka le-te. V tabeli 5.3 bomo prikazali potrebno mesečno električno energijo za pogon kompresorja toplotne črpalke in za potrebe gospodinjstva.. 35.

(48) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎5.3: Potrebna električna energija. Potrebna električna energija (kWh) 1462 1298 1132 776 695 708 662 707 781 955 1177 1473 11826. Mesec Januar Februar Marec April Maj Junij Julij Avgust September Oktober November December Skupaj:. Slika 5.6 prikazuje razmerje med proizvedeno in potrebno električno energijo v posameznem mesecu.. 6000 5000 4000 3000. Proizvedena električna energija (kWh). 2000. Potrebna električna energija (kWh). 1000. December. November. Oktober. September. Avgust. Julij. Junij. Maj. April. Marec. Februar. Januar. 0. Slika ‎5.6: Količina proizvedene in potrebne električne energije. Vidimo, da je mesečna proizvedena električna energija bistveno višja od porabe, zato ne bo prišlo do primanjkljajev električne energije.. 36.

(49) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 6. NEPOVRATNA SREDSTVA EKO SKLADA RS. V tem poglavju bomo opisali nepovratna sredstva, ki jih lahko pridobimo pri izgradnji sončne elektrarne, vgradnji toplotne črpalke zrak-voda in izgradnji male hidroelektrarne.. 6.1. IZGRADNJA SONČNE ELEKTRARNE. Leta 2017 je bil s strani Eko sklada objavljen javni poziv za nepovratne finančne spodbude za naložbe v naprave, ki omogočajo samooskrbo z električno energijo. Največja nazivna električna moč ne sme presegati 11 kVA. Naprava mora biti nameščena na objektu z gradbenim dovoljenjem ali na pomožnem, nezahtevnem ali zahtevnem objektu, ki je zgrajen v skladu s predpisi. Višina nepovratne finančne spodbude znaša največ 20 % stroškov naložbe, vendar ne več kot 180 EUR za 1 kVA inštalirane moči. Pogoji za pridobitev nepovratnih sredstev so, da je oprema nova, izvajalec usposobljen in registriran. Zahtevan pogoj je, da vloga oddana pravočasno in popolno, vsebovati mora predračun za nakup, podatke o napravi, soglasje lastnika stavbe in fotografijo lokacije, na kateri bo naprava nameščena [20].. 6.2. VGRADNJA TOPLOTNE ČRPALKE ZRAK–VODA. Drugi javni poziv za spodbujanje rabe obnovljivih virov energije, vsebuje spodbude za naložbe v vgradnjo toplotnih črpalk za ogrevanje stanovanjske stavbe. Toplotna črpalka mora dosegati mejo sezonske energijske učinkovitosti ogrevanja prostorov ηs. Črpalko lahko vgradi le izvajalec, ki je vpisan v evidenco pooblaščenih podjetij za vgrajevanje toplotnih črpalk. Višina nepovratne spodbude je višja, če staro kurilno napravo zamenjamo z novo. Pri prvi vgradnji toplotne črpalke zrak-voda, višina spodbude znaša do 20 % investicije, vendar največ 1000 EUR. V določenih občinah, kjer so sprejeli odlok o načrtu za kakovost zraka, pa je višina spodbude višja, pridobimo lahko do 50 % investicije. Vloga mora vsebovati predračun, fotografijo prostora, kjer bo črpalka vgrajena in izjavo o skladnosti naprave [21]. 37.

(50) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 6.3. IZGRADNJA MALE HIDROELEKTRARNE. Ministrstvo za infrastrukturo je leta 2017 objavil razpis za sofinanciranje operacij gradnje novih manjših objektov za proizvodnjo električne energije iz malih hidroelektrarn. Upravičenci tega razpisa so tisti, ki bodo zgradili elektrarno nazivne moči od 50 kW do 10 MW. Ker naša elektrarna ne dosega minimalne nazivne moči, nismo upravičeni do finančne spodbude izgradnje male hidroelektrarne [23].. 38.

(51) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. 7. STROŠKOVNA ANALIZA. Pri raznih projektih, v našem primeru gradnja sončne in hidroelektrarne, je potrebno pred samim pričetkom analizirati, ali je investicija smotrna in ali se bo vložen strošek sploh povrnil ter v kolikšnem času. V tem poglavju bomo analizirali stroškovni vidik vgradnje toplotne črpalke in gradnje hidroelektrarne ter sončne elektrarne s statično in dinamično metodo.. 7.1. STROŠKOVNA ANALIZA IZGRADNJE SONČNE ELEKTRARNE. Samooskrba z električno energijo temelji na povezavi sončne elektrarne s toplotno črpalko. V obeh primerih izkoriščamo obnovljiv vir energije. Zaradi visokih cen električne energije je vprašanje, če bi bilo brez samooskrbe z električno energijo rentabilno izvajati ogrevanje s toplotno črpalko, saj za pogon kompresorja uporablja električno energijo. V nadaljevanju bomo opisali stroške izgradnje in čas povrnitve investicije sončne elektrarne. Od proizvajalca sončnih panelov smo pridobili ponudbo za izgradnjo sončne elektrarne. Cena izgradnje z vso potrebno dokumentacijo bi znašala 16.900 EUR. Nazivna moč elektrarne znaša 11 kW. V našem gospodinjstvu skupna letna potreba po električni energiji znaša 11.826 kWh. Z izbrano sončno elektrarno bi v povprečju letno proizvedli 12.000 kWh električne energije. Trenutna cena električne energije na kWh znaša 0,136 EUR. Letni prihranek električne energije zaradi sončne elektrarne izračunamo tako, da množimo letno proizvodnjo električne energije s prodajno ceno električne energije. Letni prihodek bi torej znašal 1630 EUR, vendar je potrebno odšteti še stroške vzdrževanja in določene postavke računa za dobavo električne energije. Prodajna cena električne energije na kWh trenutno znaša 0,136 EUR. V to ceno je všteta: električna energija, obračunska moč, omrežnina, prispevek za delovanje operaterja trga, prispevek za energetsko učinkovitost, trošarina, prispevek za zagotavljanje podpor proizvodnji električne energije iz obnovljivih virov energije. S postavitvijo sončne elektrarne bi se nam mesečni račun za električno energijo zmanjšal za 75 %, in sicer bi pri mesečnem računu plačevali samo še naslednje postavke: obračunsko 39.

(52) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. moč, prispevek za zagotavljanje podpor proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov energije in mesečno nadomestilo, ki se zaračunava vsem odjemalcem, ki so vključeni v sistem samooskrbe. Mesečni račun za naše gospodinjstvo bi tako namesto 130 EUR znašal samo še 35 EUR. Letni strošek plačevanja omenjenih postavk bi znašal 420 EUR. Seveda ne smemo pozabiti na stroške vzdrževanja in zavarovanja sončne elektrarne, ki na letni ravni znašajo približno 0,7 % investicije. V tabeli 7.1 je prikazana kalkulacija stroškov na letni ravni. Tabela ‎7.1: Kalkulacija stroškov. Vrsta stroška. Cena (EUR). Plačilo postavk. 420 EUR. Vzdrževanje in. 120 EUR. zavarovanje Skupaj:. 540 EUR. Letni prihranek električne energije zaradi samooskrbe s sončno elektrarno znaša 1630 EUR, če odštejemo letne stroške, omenjene v tabeli 7.1, znaša letni prihranek 1090 EUR. Celotna investicija sončne elektrarne s takojšnjim plačilom znaša 16.900 EUR. Ker znaša nazivna moč 11 kW, smo upravičeni do nepovratne finančne spodbude s strani Eko sklada v višini 1900 EUR. Se pravi celotna investicija z vso potrebno dokumentacijo znaša 15.000 EUR.. V zadnjem delu ugotovimo, da bi se investicija povrnila v 14 letih. Izkoristek modulov z leti upada, in sicer letni padec znaša 0,8 %. Po 14 letih bi se naši elektrarni nazivna moč zmanjšala iz 11 kW na 9,83 kW. Življenjska doba elektrarne je v povprečju približno 25 let. Ker bi se nam investicija povrnila v 14 letih, bi preostalih 11 let plačevali samo mesečne stroške postavk in stroške vzdrževanja. Ker so investicije izgradnje sončne elektrarne visoke in v večini primerov ni možno izvesti plačila v enkratnem znesku je potrebno poudariti, da imamo pri nekaterih proizvajalcih možnost več vrst plačil. Ena izmed možnosti je 7-letno brezobrestno odplačevanje. Druga možnost pa je 10-letni potrošniški kredit, kjer bi znesek preplačane investicije znašal 800 40.

(53) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. EUR, s to razliko, da bi bil mesečni obrok odplačevanja bistveno nižji. V primeru obročnega odplačevanja bi se nam investicija povrnila v slabih 15 letih. Ker želimo, da je čas dobe vračanja določen čim bolj natančno, bomo v naslednjem poglavju uporabili dinamično metodo neto sedanje vrednosti.. 7.1.1 Neto sedanja vrednost sončne elektrarne Za boljšo primerjavo smotrnosti posamezne energetske alternative je potrebno pri stroškovni analizi upoštevati tudi vrednost denarja skozi čas, zato bomo za investicijo v sončno elektrarno izračunali neto sedanjo vrednost. Glede na predhodno izračunano vračilno dobo s statično metodo bomo izpostavili razliko pri uporabi dinamične metode. Neto sedanja vrednost (NPV) je razlika med vsoto diskontiranih vrednosti neto sedanjega toka, ki je razlika med denarnimi pritoki in odtoki, in začetno vrednostjo naložbe. Diskontna stopnja izraža stopnjo zahtevanega donosa. Pozitivna neto sedanja vrednost kaže, da so donosi večji od investicijskih izdatkov. Negativna neto sedanja vrednost navaja, da pri uporabljeni diskontni stopnji (zahtevanem donosu) vsota donosov ni dovolj velika, da bi se z njo nadomestili investicijski izdatki. Pri izračunih bomo upoštevali, da diskontna stopnja znaša 4 % [28]. 𝑁𝑆𝑉 = −𝐼0 + ∑𝑛𝑡=1 𝐹𝑡 (1 + 𝑝)−𝑡. (7.1). kjer je: NSV – neto sedanja vrednost, I0 – vrednost naložbe, Ft – vrednost denarnega toka v letu t in p – v procentih izražena diskontna stopnja (4 %). S pomočjo enačbe 7.1 smo preračunali neto sedanjo vrednost denarnega toka v posameznem letu, ki je prikazana v tabeli 7.2.. 41.

(54) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko Tabela ‎7.2: Neto sedanja vrednost. Proizvodnja el. energije [KWh]. Leto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30. 0 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000. Cena el. Prihodki Prihodki energije Stroški [€] Stroški [€] [€/KWh] [€]. 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136 0,136. 0 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630 1630. 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540 540. -15000 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090 1090. Neto sedanja vrednost denarnega toka [€] -15000 1048,08 1007,77 969,01 931,74 895,90 861,44 828,31 796,45 765,82 736,36 708,04 680,81 654,63 629,45 605,24 581,96 559,58 538,05 517,36 497,46 478,33 459,93 442,24 425,23 408,88 393,15 378,03 363,49 349,51. -15000 -13951,92 -12944,16 -11975,15 -11043,41 -10147,51 -9286,07 -8457,76 -7661,31 -6895,49 -6159,12 -5451,08 -4770,27 -4115,64 -3486,20 -2880,96 -2299,00 -1739,42 -1201,37 -684,01 -186,54 291,78 751,72 1193,96 1619,19 2028,07 2421,22 2799,25 3162,74 3512,25. Iz tabele 7.2 je razvidno, da se nam bo investicija povrnila v 21 letih.. 7.2. STROŠKOVNA ANALIZA IZGRADNJE MALE HIDROELEKTRARNE. Izgradnja male hidroelektrarne je v primerjavi s sončno elektrarno bistveno višja investicija. Že v začetni fazi projekt vsebuje veliko dovoljenj in soglasij, kar je za nas veliko breme. Glavni stroški izgradnje male hidroelektrarne so nakup opreme, gradbena dela in razna dovoljenja. Med najpomembnejše stroške štejemo nakup energetske opreme, kar zajema 42.

(55) Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko. nakup turbine, generatorja, regulacije, zaščitne in merilne opreme, ne smemo pa pozabiti na samo montažo in zagon le-te. Ker bo elektrarna zgrajena v neposredni bližini transformatorske postaje 20 kV/0,4 kV, bodo stroški same napeljave kablovoda do transformatorja in vgradnje ločilnika ter odklopnika nižji, kot smo jih zajeli pod stroške energetske opreme. Glede na izbrano turbino nazivne moči 8 kW in z vso pripadajočo energetsko opremo so s strani proizvajalca stroški ocenjeni na približno 15.000 EUR. Gradbena dela vključujejo velik nabor opravil, vendar so v našem primeru zaradi nezahtevnosti terena in same dostopnosti stroški relativno nizki. Med glavna gradbena dela štejemo izgradnjo energetskega objekta in ureditev kanala. Dokumentacija je pomemben del pri projektu izgradnje male hidroelektrarne, saj moramo v začetni fazi najprej pridobiti razna dovoljenja, kot so okoljska dovoljenja, dovoljenja za izrabo vode, uporabna dovoljenja …V tabeli 7.3 so prikazani stroški izgradnje male hidroelektrarne. Tabela ‎7.3: Stroški izgradnje. Strošek. Cena (EUR). Energetska oprema. 15.000. Gradbena dela. 12.000. Dokumentacija, takse. 10.000. Skupaj:. 37.000. Poleg stroškov izgradnje moramo upoštevati tudi letne stroške obratovanja, zavarovanja in vzdrževanja, ki so opisani v tabeli 7.4.. 43.

No results found