Střecha bez fotovoltaiky je jako pole, které necháváme ležet ladem

Střecha bez fotovoltaiky je jako pole, které necháváme ležet ladem

Článek převzatý z webu O energetice CZ s laskavým svolením autora.
Milan Vaněček – Autor je vědeckým pracovníkem Fyzikálního ústavu AV ČR, nyní v důchodu. Zabýval se spektroskopií, materiálovým výzkumem, nanotechnologiemi a fotovoltaikou. Přednesl řadu přednášek na Evropských a Světových fotovoltaických konferencích, vychoval řadu diplomantů a doktorandů.

Původní umístění článku: http://oenergetice.cz/nazory/strecha-bez-fotovoltaiky-jako-pole-ktere-nechavame-lezet-ladem/

V České republice jsou přes dva miliony domů, většinou rodinných, určených k stálému obývání či rekreaci. Velkých obytných domů (většinou panelových) je něco přes 200 tisíc. To jsou údaje ze sčítání v roce 2011.

Počítáme-li, že na dům lze dát okolo 5 kW špičkového výkonu fotovoltaické elektrárny (FVE) a na velký dům 10 kW i více, znamenalo by to velmi zhruba možnost instalace 12 GW špičkového výkonu velké rozprostřené fotovoltaické elektrárny na střechách domů. Spolu s instalacemi na továrních a skladových halách a dalších budovách to znamená, že minimálně lze v České republice instalovat přes 15 GW špičkového výkonu fotovoltaiky, bez jakéhokoliv záboru zemědělské půdy (a zahrneme-li “brown fields” tak mnohem vice). Tomu odpovídá v našich klimatických podmínkách roční výroba zhruba 15 TWh elektrické energie (to je asi jedna čtvrtina naší celkové spotřeby).

Co by znamenala například instalace 10 GW fotovoltaických panelů na střechách v ČR? Bez dotací, ale současně i bez opatření proti rozšiřování fotovoltaiky, to znamená za “neutrálních” podmínek, pozvolna, v časovém horizontu 20-25 let. Čili žádný “fotovoltaický tunel” (2 GW již máme), který skupina všehoschopných za pomoci neinformovaných zorganizovala v letech 2009-10 a stojí spotřebitele cca 25 miliard Kč ročně slíbených po 20 let.

Musíme si uvědomit:

1) co znamená “špičkový výkon” (“name plate power”) FVE,

2) jaké jsou možnosti posunout tento “špičkový výkon” v čase či uložit (krátkodobě, dlouhodobě) tento špičkový výkon,

3) jaká je typická spotřeba elektrické energie v ČR v čase během dne i během celého roku a konečně,

4) jaká je typická výroba elektrické energie ve FVE v průběhu roku a v průběhu dne.

Pro orientační, ale realistické výpočty lze například použít program Národní Laboratoře pro Obnovitelnou Energii (NREL) z USA.

Tam jen zadáte adresu místa na zeměkouli, program najde nejbližší meteorologická data (typicky z nejbližšího letiště) a spočítá Vám vše pro Vámi danou konfiguraci slunečních panelů.

Střešní fotovoltaická elektrárna. Zdroj: Michael Coghlan

K jednotlivým bodům:

1) Špičkový výkon fotovoltaického panelu ve Wattech (nameplate capacity) nám udává jaký elektrický výkon ve W dává sluneční panel při daném kolmém osvětlení intensitou 100mW/cm2 a teplotě 25C v optimálním pracovním bodě.

2) Tento špičkový výkon se sníží a z velké části (cca 85%) rozprostře u FVE z poledního maxima na delší časový úsek například orientací části panelů na východ a části na západ. Krátkodobé uložení výkonu řádu několik kW lze realizovat řadou komerčních akumulátorových systémů, z nich nejznámější je v současnosti asi Powerwall Elona Muska, v Německu pak Sonnen batterie.

3) Typická současná výroba (data z roku 2016) elektrické energie v ČR kolísá mezi 13 GW v zimní špičce (cca 8 GW v letní špičce) po 10 GW off peak (v létě i jen 6 GW).

4) A nakonec typická výroba našich 2 GW špičkového výkonu (name plate) FVE v roce 2016 (stejná reference -ČEPS, viz bod 3):

Data ČEPS pro měsíce od května do září ukazují, že v žádné hodině dne skutečný výkon nepřevýšil 1,6 GW. Čili celkem 10 GW fotovoltaiky doinstalovaných někdy až v letech 2035 či později bude částečně či v jednu hodinu v poledne zcela (8 GW skutečného maximálního výkonu) vykrývat spotřebu elektřiny v ČR (jen za předpokladu, že nebude obloha zatažena).

Ve skutečnosti v té době bude již výroba (bez dotací) rozprostřena do širšího pásma a i celkových 10 GW name plate instalovaného výkonu nebude postačovat na pokrytí ani okamžité polední spotřeby v ČR. Čili možnosti fotovoltaiky bez uskladnění el. energie nekončí u 10GW nameplate výkonu, ale jsou výše, s uskladněním pak mnohem výše. Na střechách je možnost pro cca 15 GW (a uvědomte si že za 20-25 let budou mít FV panely již dvojnásobnou účinnost, takže stejná plocha poskytne možnost dvojnásobného “name plate” výkonu = 30 GW).

Zatímco střední hodnota účinnosti FV panelů instalovaných v USA na střechy v roce 2015 byla 16,5%, nejnovější rekordní účinnosti celého panelu přesahují 24%, účinnost článků pak přesahuje 26%.

A v budoucnu (za 10-15 let) nastoupí průmyslově vyráběné tandemové články krystalický křemík/tenkovrstvý materiál s perovskitovou strukturou, s účinností nad 30%. Vše při stále klesající ceně za 1 W špičkového výkonu.

Kolik by to vše stálo?

Za předpokladu pokračování cenového vývoje (zatím vždy pokles ceny dle “learning curve” fungoval a pod touto křivkou je cca 5 krát níže (=5 krát levněji) I křivka pro tenkovrstvé technologie) bude dosaženo 1 TW instalovaného výkonu FVE před rokem 2025 a cena poklesne na 50 % současné ceny. „Battery storage“ má podobně klesající “learning curve”.

Využití sluneční energie v našich zeměpisných podmínkách je optimální zhruba po půl roku v době od jarní do podzimní rovnodenností. V tomto období roku budou, dle mého názoru, FVE dominantním zdrojem elektrické energie po případném ukončení činnosti našich jaderných elektráren v roce 2052.

Pro celoroční řešení výroby elektřiny je třeba řešit i zimní období. To je zapotřebí řešit současně s vytápěním, neboť například dvě třetiny energie spotřebované českými domácnostmi připadají na vytápění.

Nejlépe tak, jak to dělá většina průmyslu v součinnosti, s kogenerací teplo plus elektřina, přednostně s pomocí plynu a s ubývajícím podílem uhlí. Plyn znamená zemní plyn, případně bioplyn, s rozvojem technologie i synthetický plyn či vodík. Jako doplňkový obnovitelný zdroj pak větrná a vodní energie a biomasa.

Jako doplňkový neobnovitelný zdroj jaderná energetika, Temelín může vyrábět do roku 2052 a Dukovany do roku 2037. Je však nutné zajistit, aby se neopakovala situace roku 2015, 2016 a 2017, kdy docházelo k dlouhodobému odstavování JE v zimním období místo toho, aby problémy s provozem a výměnou paliva byly řešeny výhradně v letním období. Dukovany lze po roce 2037 nahradit novými FVE při očekávaném pokroku v akumulaci elektřiny.

Situace ve světě

A ještě situace ve světě (u našich sousedů a v USA): V Německu je v současnosti cca 1 milion a 400 tisíc střešních instalací pod 10kW. Softwarová platforma Lumenaza umožní spojit lokální výrobce a spotřebitele v dané oblasti a vyvažovat poptávku s výrobou.

USA zaznamenaly v roce 2016 zdvojnásobení fotovoltaických instalací, v tomto roce bylo instalováno 14,5 GW špičkového výkonu .

V Kalifornii, která představuje špičku v technologických inovacích v USA i ve světě, si chtějí uzákonit (již to platí v San Franciscu) povinnou fotovoltaiku nebo solární ohřev vody na střechách nově postavených budov a v parlamentu je návrh zákona na úplný přechod (100%) kalifornské energetiky na obnovitelné zdroje do roku 2045.

Závěr

Ve světle současného technologického a cenového vývoje obnovitelných zdrojů energie ve světě a při uvážení přírodních podmínek České republiky by měla vláda ČR revidovat současnou “Aktualizovanou státní energetickou koncepci” (ASEK).

Možnosti fotovoltaiky a též větrných elektráren (viz zpráva Ústavu fyziky atmosféry AV ČR “Odhad realizovatelného potenciálu větrné energie na území ČR”) jsou v této koncepci silně podhodnoceny a potřebné náklady silně nadhodnoceny. Toto vše platí při zohlednění principů energetické soběstačnosti, energetické spolehlivosti a stále klesajících nákladů.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..