Energeticky audit

Energetické úspory v souvislostech 

Metodika výpočtu kritérií solárních fotovoltaických systémů

      

1. Úvod

Podpora instalace fotovoltaických systémů (FVS) v rámci Operačního programu Životní prostředí je zaměřena na fotovoltaické systémy, jejichž produkce elektrické energie efektivně nahrazuje spotřebu elektrické energie a nikoli spotřebu jiných energonositelů s nižším dopadem na neobnovitelnou primární energii a na emise znečišťujících látek.
Pro projekty, které mají být podpořeny v rámci OPŽP, jsou stanovena výrobková kritéria a zároveň hodnoticí kritéria celé instalace.
Výrobkovým kritériem je požadovaná minimální účinnost FV modulů v případě krystalické technologie a v případě tenkovrstvé technologie.
Hlavním systémovým kritériem je využití instalovaného výkonu pro lokální spotřebu, kterým se rozumí předpokládaná produkce elektrické energie z FV systému lokálně využitá pro krytí spotřeby elektrické energie v objektu vztažená k instalovanému výkonu FV systému.


2. Definice fotovoltaických systémů

b) Fotovoltaický systém bez akumulace elektrické energie

Fotovoltaický systém bez akumulace elektrické energie předává aktuálně vyrobenou elektrickou energii do lokálních rozvodů v objektu pro přímě využití elektrickými spotřebiči. Vychází tedy z předpokladu, že časový profil výroby a spotřeby je dostatečně přizpůsoben, přebytky jsou dodány do distribuční sítě nebo nevyužity (spotřebovány v řízené zátěži bez dalšího využití či je omezován výkon fotovoltaického systému). FVS bez akumulace elektrické energie neobsahuje žádný akumulátor, který by umožňoval skladovat a následně využít elektrickou energii. Blokové schéma FV systému bez akumulace energie je vyznačeno na obrázku:

FV zapojení 1.png


Pro tento systém se požaduje instalace minimálně těchto komponent:

. FV zdroje;

. FV měniče či FV měničů;

. elektroměru výroby a spotřeby energie z FV systému instalovaného za FV měničem (měniči), tj. na straně AC1);

. elektroměru odběru a dodávky do distribuční soustavy (DS), tj. podružného elektroměru, je-li systém připojen na DS2);


(Pozn: AC. Alternating current, a type of electrical current where the current repeatedly changes direction..střídavý proud, Direct current is produced by sources such as batteries, power supplies, thermocouples, solar cells)

AC DC current.png


1) Pokud je to technicky opodstatněné, je možné instalovat více elektroměrů výroby a spotřeby energie z fotovoltaického systému pro jeho jednotlivé části, jejich součtová hodnota však musí vždy dát celkovou hodnotu vyrobené a spotřebované energie tímto systémem.

2) Od tohoto elektroměru lze upustit v případě, že bude jak odběr, tak dodávka do DS měřena pomocí fakturačního elektroměru instalovaného provozovatelem DS.


b) Fotovoltaický systém s akumulací elektrické energie

Fotovoltaický systém s akumulací elektrické energie je schopen určitou hodnotu energie uchovat pro následné účelné využití k lokální spotřebě v objektu. FVS s akumulací elektrické energie využívá akumulátory ke skladování a následnému využití elektrické energie. Způsob řízení nabíjení a vybíjení akumulátoru závisí na provozovateli, elektrická energie může být např. ukládána v době přebytku energie z FVS, nebo i čerpána z distribuční soustavy (DS) v době nízkého tarifu. Akumulátor může být současně využit i pro případ výpadku elektrické energie z DS (systém se může chovat jako UPS), nicméně toto není jeho primární účel. Blokové schéma FV systému s akumulací energie je vyznačeno na obrázku:


FV s akumulací 2.png

Vysvětlivky:

(1) Měření provozních parametrů FV zdroje

(2) Řízení FV měniče

(3) Sledování stavu FV měniče

(4) Měření vyrobené a spotřebované energie FV systémem včetně systému pro akumulaci energie

(5) Měření napětí akumulátoru

(6) Měření proudu tekoucího do/z akumulátoru

(7) Řízení měniče/regulátoru nabíjení

(8) Měření celkového odběru a dodávky do DS


Měnič/regulátor nabíjení může být případně již zakomponován v rámci (hybridního) FV



Pro tento systém se požaduje instalace minimálně těchto komponent:

. FV zdroje;

. FV měniče či FV měničů;

. elektroměru výroby a spotřeby energie z FV systému instalovaného za FV měničem , tj. na straně AC1
. elektroměru odběru a dodávky do DS, je-li systém připojen na DS2);

. akumulátoru elektrické energie.


1) Pokud je to technicky opodstatněné, je možné instalovat více elektroměrů výroby a spotřeby energie z fotovoltaického systému pro jeho jednotlivé části, jejich součtová hodnota však musí vždy dát celkovou hodnotu vyrobené a spotřebované energie tímto systémem.

2) Od tohoto elektroměru lze upustit v případě, že bude jak odběr, tak dodávka do DS měřena pomocí fakturačního elektroměru instalovaného provozovatelem DS.


Požadavky na měření elektrické energie

Měření elektrické energie bude prováděno jednak v místě připojení FVS do rozvodů v objektu (elektroměr měření FVS), jednak v místě připojení rozvodů v objektu do DS (elektroměr měření DS).

Od dodatečné instalace elektroměru na rozhraní s DS lze upustit, pokud budou požadavky na elektroměr splněny již instalovaným elektroměrem (obvykle v majetku provozovatele DS).

V odůvodněných případech lze též FVS připojit do rozvodů v objektu ve více místech a poté instalovat pro každé toto místo jeden elektroměr. Tato situace může např. nastat v případě vzdáleného umístění více částí FVS nebo odděleného umístění systému úložiště elektrické energie.

Elektrickou energii z FVS lokálně spotřebovanou v objektu bude možné stanovit jako součet dodávek všech elektroměrů FVS (elektroměry měření FVS) do rozvodů v objektu ponížený o součet odběrů všech elektroměrů FVS (elektroměry měření FVS) z rozvodů v objektu a o dodávku do DS (elektroměr měření DS).




Obecné požadavky na použité elektroměry:

Elektroměry musí být schopny nezávislého měření odběru i dodávky, ukládání tudíž alespoň do dvou registrů a zobrazování těchto hodnot na displeji.

Elektronické elektroměry musí být třídy přesnosti alespoň 1. Ověření elektroměru není vyžadováno. Pokud je využito nepřímé měření, musí mít měřící transformátory proudu třídu přesnosti 0,5S.


3. Instalovaný výkon FV systému

V případě instalace modulů se stejným typovým označením se instalovaný (špičkový) výkon FV systému určí jako součet jmenovitých (nominálních) výkonů všech instalovaných FV modulů při podmínkách STC.
Výkon FV systému se uvádí v kWp [kilowatty špičkového výkonu].


Zkratka STC značí normové zkušební podmínky:
sluneční ozáření 1000 W/m2, teplota FV článků 25 °C,

spektrum záření podle AM = 1,5).
Bližší informace viz ČSN EN 61215, ČSN EN 50380, ČSN CLC/TS 61836.


V případě instalace modulů s různým typovým označením musí být dodrženo pravidlo, že na každý nezávislý vstup FV měniče (příp. regulátoru nabíjení), na který budou moduly připojeny, musí být připojeny pouze FV moduly shodného typu.
Instalovaný výkon FV zdroje bude potom určen jako součet nominálních výkonů všech instalovaných FV modulů při podmínkách STC.


4. Minimální účinnost FV modulů

Účinnost fotovoltaického modulu ηmod [%] AGP

ηmod = 100 Pmod / G  A


Pmod    jmenovitý výkon modulu [W] při podmínkách STC v bodě výkonového maxima

G  sluneční ozáření [W/m2]
Hodnota slunečního ozáření se pro výpočet uvažuje 1000 W/m2.

A  celková plocha FV modulu [m2], tzn. plocha obrysu FV modulu


Vypočtená hodnota ηmod  [%] se porovnává s definovanou hodnotou požadované minimální účinnosti FV modulu.

Požadovaná účinnost komponentů FV systému

Účinnosti fotovoltaických modulů, střídačů a technologie sledování bodu maximálního výkonu (MPPT) deklarované výrobci je možno pro účel srovnání s požadavky programu matematicky zaokrouhlit na celá procenta.
1) Požadovaná minimální průměrná účinnost měničů 94 % (Euro účinnost), uvedená v Závazných pokynech, je platná proměniče určené k přímé přeměně napětí z fotovoltaických panelů na napětí používané ve vnitřních rozvodech elektrické energie v RD nebo v distribuční síti.

2) U měničů určených k přeměně nízkého stejnosměrného napětí elektrických akumulátorů na vyšší střídavé napětí používané ve vnitřních rozvodech se z důvodu vyššího rozdílu napěťových úrovní připouští snížení požadavku minimální průměrné účinnosti na 92 % (Euro účinnost).

Pro účely programu lze tzv. Euro účinnost stanovit jako vážený průměr účinností v definovaných výkonových úrovních, měřených např. dle ČSN EN 61 683:

ηeuro = 0,03 x η5%PN + 0,06 x η10%PN + 0,13 x η20%PN + 0,10 x η30%PN + 0,48 x η50%PN + 0,20 x η100%PN


Metodický pokyn k upřesnění výpočetních postupů a okrajových podmínek pro podprogram NZÚ – RODINNÉ DOMY v rámci 3. výzvy k podávání žádostí


Zjednodušená bilance solárního kolektoru

5. Roční produkce elektrické energie z FVS lokálně spotřebovaná v budově

Pro stanovení roční předpokládané produkce elektrické energie z fotovoltaického systému lokálně využité v budově pro krytí spotřeby elektrické energie lze použít řadu výpočtových nástrojů.

Použit vlastní výpočet (pomocí tabulkového procesoru Excel).


Podmínky výpočtu:

. výpočet ročního předpokládaného provozu systému je proveden s výpočetním krokem v délce maximálně 1 hodiny;

. lokální spotřeba elektrické energie je uvažována konstantní během celého roku, celoroční hodnota odběrového elektrického příkonu budovy [kW] musí vycházet ze skutečného (měřeného) odběru elektrické energie [kWh] v okruzích, které mají být FVS zásobovány, v předcházejícím období jednoho roku nebo z energetického auditu děleného 8760

hodinami;

. ve výpočtu je třeba vycházet z typických klimatických údajů pro ČR;

. ve výpočtu je nutné uvažovat účinnost jednotlivých komponent, ztráty vlivem teploty, ohmické ztráty v rozvodech, v případě systému s akumulací elektrické energie též účinnost provozu tohoto úložiště energie.


Ke každému výpočtu je nezbytné přiložit výpis výsledků programu, případně zprávu o uvažovaných vstupních parametrech modulů, měničů, akumulátorů, apod., použitých výpočtových modelech a schéma modelovaného fotovoltaického systému. V případě vlastního výpočtu v tabulkovém procesoru Excel je nutné poskytnout výpočtový soubor.


Hodnota roční produkce elektrické energie z fotovoltaického systému lokálně využité v budově QFV,u [kWh/rok] pro krytí spotřeby elektrické energie je vstupním údajem pro výpočet:


. kritéria snížení emisí skleníkových plynů;

. kritéria snížení spotřeby energie;

. kritéria využití instalovaného výkonu (pro lokální spotřebu).


Kritérium využití instalovaného výkonu pro lokální spotřebu 𝝉  [h/rok] se stanoví podle vztahu  𝝉 = QFV,u / PMAX


kde je

QFV,u roční využitý energetický zisk fotovoltaického systému využitý v budově pro krytí spotřeby elektrické energie [kWh/rok];

PMAX instalovaný (špičkový) výkon FV systému [kWp].