VSŠ - Krožno gospodarstvo

Krožno gospodarstvo – projektiranje in predstavitev samooskrbe s sončno elektrarno Circular Economy - Design and Presentation of Self-Suppliance with Solar Power Plant

Nejc Šiško BVS, sistemi zelene energije d.o.o. nejc.sisko@gmail.com mag. Muharem Husić ŠC Ljubljana, Višja strokovna šola muharem.husic@ki.si

Povzetek Podnebne spremembe veljajo za enega od največjih sodobnih izzivov pred katerimi se je znašlo človeštvo. To je pojav spreminjanja podnebja na celi Zemlji ali na njenih posameznih območjih. Splošna značilnost podnebja je da se spreminja, vendar je hitrost i n velikost sprememb v zadnjem stoletju izjemno velika. Vzrok za tako velike spremembe podnebnega sistema so predvsem človeške dejavnosti: pridobivanje energije iz premoga, nafte in plina, krčenje gozdov (deforestacija), širjenje živinoreje, gnojila, ki vse bujejo dušik, fluorirani plini. Energetika in okoljski problemi so zelo povezani, saj je praktično nemogoče proizvajati, prenašati ali porabljati energijo brez znatnih učinkov na okolje. Okoljski problemi so neposredno povezani s proizvodnjo in rabo energije iz fosilnih goriv, kot so premog, nafta in zemeljski plin, ki pri izgorevanju v ozračje sproščajo škodljive pline, ki močno onesnažujejo okolje, vplivajo na podnebne spremembe in zdravje ljudi. Za blažitev podnebnih sprememb moramo občutno zmanjšati svetovne emisije toplogrednih plinov. Najobetavnejša rešitev za omenjene probleme so okoljske tehnologije za pridobivanje energije iz obnovljivih virov. Mednje štejemo predvsem sončno energijo, ki jo v sončnih elektrarnah pretvorimo v električno energijo, ene rgijo biomase, vetra, vode in geotermalno energijo. Tovrstne tehnologije imajo na splošno manjši vpliv na okolje kot fosilna goriva, poleg tega pa je njihova največja prednost ta, da so neomejen vir energije, ki se nenehno obnavlja. V nadaljevanju predstav ljamo najnovejše tehnologije za izkoriščanje sončne energije in podrobneje princip delovanja fotonapetostnega modula. Prikažemo tudi lastni primer projektiranja male sončne elektrarne nazivne izmenične moči 26,4 kW na večstanovanjskem objektu, pojasnimo ko ncept samooskrbe in možnost reciklaže fotonapetostnih modulov. Ključne besede : fotonapetostni modul, krožno gospodarstvo, samooskrba, sončna elektrarna, sončna energija. Abstract Climate change is considered one of the greatest modern challenges facing humanity. This is the phenomenon of climate change on the whole Earth or in its individual areas. A general characteristic of climate is that it changes, but the rate and magnitude of change over the past century has been extraordinary.The cause of such large changes in the climate system is mainly human activities: obtaining energy from coal, oil and gas, deforestation, spread of animal husbandry, fertilizers containing nitrogen, fluorinated gases. Energy and environmental problems are closely related, as it is practically impossible to produce, transmit or consume energy without significant effects on the environment. Environmental problems are directly related to the production and use of energy from fossil fuels, such as coal, oil and natural gas, which, when burned, release harmful gases into the atmosphere that heavily

917

pollute the environment, affect climate change and human health. To mitigate climate change, we must significantly reduce global greenhouse gas emissions. The most promising solution to the mentioned problems are environmental technologies for obtaining energy from renewable sources. These include solar energy, which is converted in solar power plants into electricity, biomass, wind, water and geothermal energy. These types of technologies generally have less impact on the environment than fossil fuels, and their greatest advantage is that they are an unlimited source of energy that is continuously renewed. In the following, we present the latest technologies for the utilization of solar energy and in more detail the principle of operation of the photovoltaic module. We also show our own example of designing a small solar power plant with a nominal alternating power of 26.4 kW on a multi apartment building. We explain the concept of self-sufficiency and the possibility of recycling photovoltaic modules. Keywords: circular economy, photovoltaic module, self-supply, solar energy, solar power plant. 1. Uvod V prispevku b o predstavljeno projektiranje in delovanje sončne elektrarne za samooskrbo na večstanovanjskem objektu ter zbrani potrebni podatki o obnovljivih virih energije s poudarkom na pridobivanju električne energije s pomočjo solarnih modulov. Glavni namen prispevka je predstavitev proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov energije s poudarkom na sončni energiji: • analiza porabe električne energije pri večstanovanjskem objektu in prihranki z neodvisnostjo od cenovnega trga elektrike s sončno elektr arno • analiza porabe solarnih panelov skozi njihov življenjski cikel, reciklaža panelov in pomanjkljivosti, ki se pokažejo po daljšem časovnem obdobju. Osnovni cilji prispevka so: • predstaviti najboljše razpoložljive tehnologije (BAT) in priporočila BREF (referenčni dokument najboljših razpoložljivih tehnologij) za proizvodnjo sončne energije in način delovanja, • predstaviti tehnologije, ki se uporabljajo za recikliranja solarnih elektrarn in ravnanja z odpadki skozi celoten življenjski cik el, • ugotoviti načine izboljšav električnega omrežja za omogočanje varne uporabe večjega števila sončnih elektrarn. Predstavljeni bodo tudi cilji krožnega gospodarstva, njegove prednosti in vrste obnovljivih virov energije s poudarkom na sončni energiji. Na koncu prispevka bo predstavljen projekt sončne elektrarne za samooskrbo na večstanovanjskem objektu in ravnanje z odpadnimi sončnimi moduli. V nadaljevanju bo predstavljena relevantna zakonodaja o spodbujanju uporabe energije iz obnovljivih virov v Evropski uniji in Sloveniji. 2. Zakonodaja Evropske unije in Slovenije Direktiva o obnovljivi energiji je pravni okvir za razvoj obnovljive energije v vseh sektorjih gospodarstva Evropske unije in podpira sodelovanje med državami članicami.

918

2.1 Veljavna zakonodaja v Evropski uniji Osnovni namen Direktive 2009/28/ES, ki spodbuja uporabo obnovljivih virov energije z namenom zmanjševanja emisij toplogrednih plinov. Cilj je, da se do leta 2030 emisije v EU zmanjšajo za najmanj 40 % od vrednosti iz l eta 1990. Direktiva 2018/2002 je namenjena zmanjšanju povpraševanja po energiji in je koristna za več področij, kot so okolje, izboljšava kakovosti zraka in javno zdravje, zmanjšanje emisij toplogrednih plinov, izboljšanje energetske varnosti in predpisov. Cilj je povečanje energetske učinkovitosti v Evropski Uniji za 27 % do leta 2030 v primerjavi z letom 2014. 2.2 Veljavna zakonodaja v Sloveniji Prav tako kot v Evropski uniji tudi v Sloveniji velja več zakonskih in podzakonskih predpisov, ki urejajo podro čje energije iz obnovljivih virov. Predpisi na področju energije iz obnovljivih virov so sprejeti na podlagi Zakona o varstvu okolja (Ur adni list RS, št. 39/06 in 44/22) določa temeljna načela varstva okolja, spreminjanje stanja okolja in informacije o oko lju, ekonomske in finančne instrumente varstva okolja, javne službe in druge z varstvom okolja povezane teme. Določa tudi razvoj obnovljivih virov energije za izpolnitev zaveze Evropske unije glede uporabe obnovljivih virov energije. Razvoj drugih tehnologij, ki pripomorejo k prehodu v varno in trajnostno nizkoogljično gospodarstvo ter k izpolnitvi zaveze Evropske unije, da poveča energetsko učinkovitost. Namen varstva okolja je spodbujanje in usmerjanje družbenega razvoja, ki omogoča dolgoročne pogoje za zdravje, počutje in kakovost človekovega življenja ter ohranjanje biotske raznovrstnosti. Osnovni predpis, ki ureja področje energije iz obnovljivih virov, je Energetski zakon (Uradni list RS, št. 17/14, 81/15, 43/19) je namenjen zagotovitvi konkurenčne, v arne, zanesljive in dostopne oskrbe z energijo in energetskimi storitvami ob upoštevanju načel trajnostnega razvoja. Določa načela energetske politike, pravila delovanja trga z energijo, načine in oblike izvajanja gospodarskih javnih služb na področju energetike ter načela za zanesljivo oskrbo in varčevanje z energijo. V uporabi je še veliko drugih predpisov, ki se uporabljajo pri ravnanje z energijo iz obnovljivih virov: • Zakon o varstvu pred požarom (Uradni list RS, št. 3/07) ureja sistem varstva pred po žarom in zajema organiziranje, načrtovanje, izvajanje, nadzor ter financiranje dejavnosti in ukrepov varstva pred požarom. • Uredbi o odpadni električni in elektronski opremi (Uradni list RS, št. 55/15, 47/16, 72/18, 84/18 – ZIURKOE, 108/20 ), določa preprečevanje ali zmanjševanje škodljivih plinov, nastajanje odpadne električne in elektronske opreme ter ravnanje z njo zaradi varstva okolja in varovanja človekovega zdravja ter zmanjševanje celotnega vpliva uporabe naravnih virov in izboljšanja učinkovi tosti njihove uporabe. • Uredba o podporah elektriki (Uradni list RS, št. 26/22) določa vrste energetskih tehnologij proizvodnih naprav za proizvodnjo elektrike iz obnovljivih virov energije in v soproizvodnji s toploto z visokim izkoristkom, ki so upravičen e do podpore, višino in trajanje posamezne podpore, pogoje za pridobitev podpore ter druga pravila iz navedene uredbe.

919

• Uredba o odpadkih (Uradni list RS, št. 37/15, 69/15, 129/20) določa pravila ravnanja in druge pogoje za preprečevanje ali zmanjševanje šk odljivih vplivov nastajanja odpadnih snovi in ravnanja z njimi ter za zmanjševanje celotnega vpliva uporabe naravnih virov in izboljšanje njihove učinkovitosti. Z odpadki je treba ravnati tako, da ni ogroženo človekovo zdravje, da se ne škodi okolju, da ra vnanje ne predstavlja tveganja za vode, zrak, tla, rastline in živali ter ne povzroča čezmernega obremenjevanja s hrupom in neprijetnimi vonjavami. 3. Obnovljivi viri energije in prehod na krožno gospodarstvo Energija iz obnovljivih virov (OVE) je okolju p rijazna in jo je mogoče akumulirati v krajšem časovnem obdobju ter je iz virov, ki se nenehno obnavljajo ali pa so neizčrpni. Uporaba in razvoj naštetih vrst OVE sta izredno pomembna za prihodnost življenja na Zemlji, saj OVE pripomorejo k zmanjšanemu onesnaževanju okolja in s tem k bolj zdravemu življenju ljudi, živali in rastlin. Krožno gospodarstvo je način organizacije potrošnje in proizvodnje, z namenom po ponovni uporabi, prenovi, popravilu in recikliranju obstoječih materialov in izdelkov za čim dalj še časovno obdobje (slika 1). S tem načinom se podaljšuje življenjska doba izdelkov, zmanjšuje pa količina odpadkov, ki so nevarni za okolje. Po končani življenjski dobi izdelka se materiale, iz katerih je izdelek izdelan, v največji možni meri obdrži v gospodarstvu. Na ta način se jih lahko vedno znova ponovno uporabi, kar prinese dodatno vrednost. Krožno gospodarstvo je nasprotje tako imenovanemu linearnemu gospodarstvu, ki temelji na principu vzemi – naredi – porabi – odvrzi (Evropski parlament, 2022). Slika 1 Proces krožnega gospodarstva

Vir: Krožno gospodarstvo, 2022.

Število ljudi na svetu raste in skupaj z njimi tudi potrebe po surovinah. Če se bo industrija razvijala v tej smeri, kot se sedaj, bomo do leta 2050 potrebovali tri Zemlje. Ker viri niso neskončni, moramo stremeti v smeri proti novemu načinu gospodarstva, ki ne temelji na vzorcu vzemi – izdelaj – zavrzi, temveč na principu, ki je okoljsko trajen, ogljično nevtralen in nestrupen

920

za okolje. Krožnost in trajnost morata biti vgrajeni v vse dele vrednostne verige, da bi lahko dosegli popolnoma krožno gospodarstvo: od zasnove do izdelave in potrošnikovega ravnanja. Evropska komisija je v skladu s ciljem EU, da s pomočjo zelenega evropskega dogovora do leta 2050 postane podnebno nevtralna, marca 2022 predstavila prvi sveženj ukrepov za pospešitev prehoda v krožno gospodarstvo, kot je bilo napovedano v akcijskem načrtu EU za krožno gospodarstvo. Predlogi vključujejo podporo trajnostnim izdelkom, opolnomočenje potrošnikov za zeleni prehod, revizijo predpisov o gradbenih materialih in strategijo o trajnostnem tekstilu. Parlament je 9. 2. 2021 pozval k strožjim predpisom glede reciklaže in postavljanju zavezujočih ciljev za leto 2030 glede porabe in uporabe materialov. Premik h krožnemu gospodarstvu bi lahko prinesel prednosti, kot so zmanjšanje vpliva na okolje, povečanje konkurenčnosti, spodbujanje inovacij, večja dobava surovin, krepitev gospodarske rasti in ustvarjanje novih delovnih mest, evropskim podjetjem bi lahko prihranil veliko denarja in zmanjšal skupne letne emisije toplogrednih plinov. Potrošniki bi poleg te ga pridobili bolj inovativne in trajne izdelke, ki jim bodo na dolgi rok predstavljali manjše finančno breme (Evropski parlament, 2022). 3.1 Vrste obnovljivih virov energije Uporaba OVE po svetu trenutno predstavlja manj kot 16 % celotne energije, vendar se ta delež nenehno povečuje, zlasti v bolj razvitih državah, kot je Združeno kraljestvo, kjer načrtujejo skoraj 45 -odstotni dvig uporabe OVE do leta 2026 (EDF Energy, 2022). Glavne vrste OVE so: sončna energija, vodna energija (hidroelektrarne), v etrna energija, energija biomase, geotermalna energija. 3.1.1 Sončna energija Sončna energija je že vrsto let eden najhitreje rastočih obnovljivih virov energije (graf 1). Sonce zagotavlja dovolj energije za zadovoljevanje energetskih potreb ljudi po vsem svetu. Edina omejitev uporabe sončne energije je počasen razvoj tehnologij za pridobivanje sončne energije, shranjevanje, slab izkoristek in visoke cene (Solar Power, 2022). Glavni načini aplikacij sončne energije (Solar Power, 2022): • proizvodnja električne energije s pomočjo sončnih celic ali sončne hidroelektrične elektrarne, • ogr evanje vode in ogrevanje stanovanjskih objektov s pomočjo sončnih kolektorjev.

921

Graf 1 Proizvedena količina sončne energije v Sloveniji

453

368

0 100 200 300 400 500

303

GW

leto 2019 2020 2021

Vir: Prirejeno po: Statistični urad Republike Slovenije, 2022.

Graf 1 prikazuje proizvedeno količino električne energije (GWh) sončnih elektrarn v Sloveniji med letoma 2019 in 2021.

3.1.2 Vodna energija Količina proizvedene vodne energije (graf 2) je odvisna od volumna vodnega pretoka in višinskega padca le -te. Ko gre voda skozi hidroelektrarno, potuje skozi cev v rezervoar, ki nato obrne lopatice turbine, ta pa ob vrtenju ustvari elektriko (Energy GOV, 2022).

Graf 2 Proizvedena količina vodne energije v Sloveniji

5.225

4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000 5100 5200 5300

4.997

4.683

GWh

leto

2019 2020 2021

Vir: Prirejeno po: Statistični urad Republike Slovenije, 2022.

922

Graf 2 prikazuje proizvedeno količino električne energije (GWh) hidroelektrarn v Sloveniji med letoma 2019 in 2021.

3.1.3 Vetrna energija Vetrne elektrarne so elektroenergetski objekti, ki s pomočjo vetra pretvarjajo vrtenje vetrnice električnega generatorja v električno energijo (graf 3).

Graf 3 Proizvedena količina vetrne energije v Sloveniji

6,25

6,15

5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4

5,59

G

2019 2020 2021

Vir: Prirejeno po: Statistični urad Republike Slovenije, 2022.

Graf 3 prikazuje proizvedeno količino električne energije (GWh) vetrne elektrarne v Sloveniji med letoma 2019 in 2021.

3.1.4 Energija biomase Pojem biomasa označuje snovi predvsem organskega izvora, ki nastajajo pri procesu fotosinteze (graf 4). Mednje spadajo les, ki je eden najbolj razširjenih načinov pridobivanja energije, slama, hitro rastoče kulturne rastline in organski odpadki.

923

Graf 4 Proizvedena količina energije iz biomase

22850

23000

22.515

22500

22.060

T

J

22000

21500

2019 2020 2021

Vir: Prirejeno po: Statistični urad Republike Slovenije, 2022.

Graf 4 prikazuje energijo, proizvedeno iz biomase, v Sloveniji med letoma 2019 in 2021 v terajoulih (TJ).

3.1.5 Geotermalna energija Geotermalna energija je vrsta obnovljivih virov energije (graf 5), pridobljena iz toplote zemeljskega jedra, ki nastane med prvotnim nastankom planeta in radioaktivnega razpada materialov.

Graf 5 Proizvedena količina energije iz geotermalnih virov

2.599

2.582

2100 2200 2300 2400 2500 2600

2.279

TJ

2019 2020 2021

Vir: Prirejeno po: Statistični urad Republike Slovenije, 2022.

924

Graf 5 prikazuje proizvedeno količino geotermalne energije v Sloveniji med letoma 2019 in 2021 v terajoulih (TJ).

3.1.5.1 Prednosti in slabosti OVE Obnovljivi viri energije so zelo priljubljen vir energije po vsem svetu. Države, družbe in posamezniki jih večinoma uporabljajo zaradi njihovih pozitivnih učinkov na okolje in neodvisnosti od kraja uporabe. Prednosti uporabe OVE (EDF Energy, 2022), ker so obnovljivi in tehnologije uporabljajo vire neposredno iz okolja, npr.: sonce, veter, biomaso, cenejše vzdrževanje, prijaznejši za okolje, zmanjšujejo odvisnost od drugih in tujih virov energije, nova delovna mes ta in zmanjšanje števila odpadkov. Slabosti uporabe OVE (EDF Energy, 2022), ker tehnologije vnaprej imajo visoke stroške možnost proizvodnje ni stalna, geografske omejitve. Čeprav so OVE dostopni po vsem svetu, še niso vse tehnologije primerne za vse dele sveta. 4. Najnovejše tehnologije za izkoriščanje sončne energije Sončna energija je izraz, ki opisuje različne načine pridobivanja energije iz sončne svetlobe. Predstavlja enega izmed mnogih OVE, ki dolgoročno obeta velik potencial za proizvodnjo elektrike. V zadnjih letih je prišlo do povečanega razvoja tehnologij za izkoriščanje sončne energije. Razvoj tehnologij se iz dneva v dan izboljšuje in obeta svetlo prihodnost na področju izkoriščanja sončne energije.

4.1 Vrste izvedb sončnih elektrarn Najbolj znane izvedbe sončnih elektrarn za izkoriščanje sončne energije: • integrirane sončne elektrarne, • otočne sončne elektrarne, • solarna parkirišča, • sončne elektrarne na strehah.

4.1.1 Sončne elektrarne na strehah Danes se vse bolj uporabljajo sončne elektrarne na strehah, saj nam zagotavljajo finančno svobodo, na ta način pa tudi prispevamo k varovanju našega okolja (slika 2). Prednost sončnih elektrarn na strehah je ta, da smo neodvisni od nihanja cen na trgu. Če želimo našo hišo oziroma poslovni objekt nadgraditi s sončno elektrarno, nam različni ponudniki omogočajo lažje financiranje in s tem olajšajo odločitev za vgradnjo. Življenjska doba sončnih elektrarn se giblje od 20 do 30 let (Varčujem z energijo, 2019).

925

Slika 2 Sončna elektrarna na strehi

Vir: Innovate Solar, 2021. Pravilno nameščene elektrarne lahko poskrbijo za delovanje vseh elektronskih naprav, kot so: • toplotne črpalke, • električne peči, • električni radiatorji, • talno ogrevanje, • stroji in drugi električni aparati. Najprimernejši pogoji za največji izkoristek in namestitev sončne elektrarne so: • streha mora biti obrnjena proti jugu, jugovzhodu ali jugozahodu, • naklon strehe prinaša največ izkoristka med 20 in 40 stopinj, • dovolj velika površina strehe, vsaj 30 m2 brez prekinitev (dimnik ali strešna okna). 4.1.2 Integrirane sončne elektrarne Pri tej izvedbi sončna elektrarna v celoti nadomesti kritino objekta (slika 3). Integrirana sončna elektrarna je lahko estetska in finančno ugodna rešitev za novogradnjo in v primeru, ko je obstoječa kritina potrebna menjave oziroma obnove (Varčujem z ener gijo, 2019).

926

Slika 3 Integrirana sončna elektrarna

Vir: Varčujem z energijo, 2019.

4.1.3 Solarna parkirišča Nadgradnja parkirišč s solarnimi se pri nas vse bolj uveljavlja, saj se s tem še vedno zagotavlja zaščita pred slabimi vremenskimi pogoji, hkrati pa pridobimo zajeten delež električne energije in s tem pripomoremo k zmanjšanju onesnaženosti okolja (slika 4). Slika 4 Solarno parkirišče

Vir: Yale Environment, 2021.

4.1.4 Otočne sončne elektrarne Otočne sončne elektrarne so namenjene za energetsko preskrbo počitniških hišic, prikolic za kampiranje, gorskih koč, zidanic, baznih postaj in vseh objektov, ki jih ni mogoče priklopiti na javno distribucijsko omrežje oziroma bi to predstavljalo prevelik strošek (Plan -Net Solar, 2020).

927

4.2 Fotovoltaika – proizvodnja električne energije Fotovoltaika je veda, ki proučuje pretvorbo sončne energije v električno energijo. Ta sistem je pozitiven predvsem, ker nam omogoča trajnostno oskrbo z električno en ergijo in poleg tega ne bremeni okolja. Fotovoltaične elektrarne uporabljajo velike površine fotovoltaičnih celic za pretvorbo sončne svetlobe v električno energijo. Te celice so običajno izdelane iz silicijevih zlitin. Fotovoltaično elektrarno sestavlja jo: • solarni moduli, • solarne celice (imenujejo se tudi fotonapetostne celice in pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo), • razsmerniki (DC – enosmerni tok, AC – izmeničen tok),

• polprevodniki, • javno omrežje.

Ob stiku fotonov sončne svetlobe in polprevodniškega materiala nastanejo prosti elektroni, ki nato stečejo skozi material in proizvedejo enosmerni električni tok. To je znano kot fotoelektrični učinek. Enosmerni tok je treba nato pretvoriti v izmenični tok z uporabo razsmernika, preden se lahko neposredno uporabi. Fotonapetostne sisteme lahko uporabljamo na kopnem, v vodi, zraku in v vesolju (Interesting Engineering, 2019).

5. Projektiranje sončne elektrarne na večstanovanjskem objektu X

5.1 Samooskrba s sončno energijo Samooskrba je proizvodnja električne energije iz obnovljivih virov z napravo za samooskrbo, ki je priključena na notranjo nizkonapetostno inštalacijo stavbe. Namenjena je pokrivanju lastnega odjema električne energije končnega odjemalca, in sicer gospodinjskega ali malega poslovnega odjemalca. Sončno elektrarno za samooskrbo se projektira na letno porabo gospodinjstva, saj s tem viške električne energije v poletnih mesecih koristimo pozimi. Samooskrbna elektrarna v pomenu iz uredbe ni elektrarna, ki bi brez kakršne koli pomoči električnega omrežja v vsakem trenutku in letnem času zagotavljala dovolj elektrike samo iz elektrarne. Distribucijsko omrežje je v tem primeru zaradi neusklajenosti med proizvodnjo odjemalčeve sončne elektrarne in porabo končnega odjemalca v vlogi hranilnika oziroma baterije. Po Uredbi o samooskrbi iz leta 2019 je lahko samooskrba v primeru posameznih gospodinjskih ali malih poslovnih odjemalcev individualna. Ideja samooskrbe je, da se konec obračunskega obdobja (koledarsko leto) proizvedena in pora bljena električna energija izenačita. Da bi zmanjšali izmenjavo električne energije z distribucijskim omrežjem in s tem potrebo po nujnosti uporabe le -tega, je z aprilom 2022 začela veljati nova Uredba o samooskrbi z električno energijo iz OVE, ki prinaša velike spremembe na področju tarifnih postavk omrežnine, hkrati pa ukinja koncept netiranja prevzetih in oddanih količin električne energije v omrežje za naprave, ki bodo v sistem samooskrbe vstopile v letu 2024 (Zveza potrošnikov Slovenije, 2021). Največja moč sončne elektrarne ne sme presegati 0,8 - kratnika priključne moči odjema merilnega mesta, na katerega je ta elektrarna priključena, oziroma 0,8 - kratnika vsote priključnih moči odjema merilnih mest, vključenih v posamezno skupnostno samooskrbo (Agencij a za

928

energijo, 2021). V podjetju, ki se ukvarja s projektiranjem in izvedbo sončnih elektrarn sem se odločil za projektiranje sončne elektrarne na večstanovanjskem objektu. Za projektiranje in pridobitev podatkov, kot so osončenost strehe, lega hiše in re lativne mere strehe, uporabljamo program SolarEdge, v katerem kasneje tudi dobimo informativne izračune proizvodnje električne energije (slika 5, slika 6).

Slika 5 Izris strehe objekta

Vir: lasten

Slika 6 Izris objekta

Vir: lasten Preden predstavimo blokovno shemo in posamezne izbrane komponente elektrarne, najprej določimo moč elektrarne za samooskrbo, ki jo dimenzioniramo glede na dejansko/predvideno letno porabo in upoštevajoč omejitev moči (ne več kot 80 % priključne moči odjemn ega mesta). S strani naročnika smo pridobili podatke o letni porabi električne energije, ki znaša 21,3 MWh.

929

Glede na porabo smo sprojektirali elektrarno, ki proizvede za 20 % več energije zaradi slabljenja solarnih modulov skozi leta (približno 20 % v dvajsetih letih). Na konkretnem primeru (slika 7) vidimo postavitev solarnih modulov na sončni strani strehe in podatke o moči sončne elektrarne na objektu X.

Slika 7 Postavitev solarnih modulov

Vir: lasten

Skupna moč 68 fotonapetostnih modulov znaša okol i 27 kW. Postavitev je razdeljena na tri polja, da ne pride do preobremenitve napeljave (slika 8). Slika 8 Prikaz vezave optimizatorjev

Vir: lasten

930

Pomemben del sončne elektrarne so optimizatorji fotonapetostnega modula. Na objektu X so izbrani optimizatorji P401W podjetja SolarEdge. Pomembni so, ker iz vsakega panela iztržijo največ električne energije. Za doseganje tega se uporablja tehnologija MPP (Maximum Power Point), kjer optimizator konstantno preverja in meri, da se panel nahaja v točki maksimalne moči. Pred zagonom in ob izklopu optimizatorji oddajajo le 1 V, kar je s stališča varnosti izredno pomembno, če pride do požara na strehi. V našem primeru je torej ob izklopljeni elektrarni na strehi 68 V enosmerne napetosti. Za ta sistem je primeren solarni razsmernik SolarEdge SE30K (slika 9), ki ima izhodno izmenično moč 29.990 VA in maksimalno vhodno enosmerno moč 45.000 VA. Ostale podatke lahko razberemo s podatkovnega lista.

Slika 9 Razsmernik SolarEdge SE30K

Vir: PGreen Energy, 2022. Kot že omenjeno, priključna moč naprave za samooskrbo ne sme presegati 0,8 -kratnika nazivne odjemne moči električnega priključka. Na omenjenem objektu imamo trifazni priključek z dovodnimi varovalkami 50 A. Odjemna moč objekta se izračuna po formuli 3 × 230 V × 50 A, kar znaša 34,5 kW. Ko to vrednost pomnožimo s faktorjem 0,8, dobimo vrhnjo moč sončne elektrarne, ki znaša 27,6 kW. Priklop sončne elektrarne mora biti omogočen tudi v priključni omarici z dvosmernim števcem električne ener gije. 5.1.1 Prikaz predvidene proizvodnje in porabe električne energije V programu SolarEdge lahko vidimo predvideno proizvodnjo in porabo električne energije v enem letu (slika 10). V našem primeru je predvidena poraba 21,33 MWh, proizvodnja pa 32,91 MWh. Proizvodnja in poraba variirata glede na vpliv vremenskih razmer in je lahko dejansko stanje različno od simulacije.

931

Slika 10 Predvidena proizvodnja in poraba električne energije

Vir: lasten

Na sliki 11 sta prikazani predvidena proizvodnja in poraba električne energije po mesecih. V poletnih in spomladanskih mesecih bo sončna elektrarna proizvedla več električne energije kot v zimskih in jesenskih mesecih. Zelena barva prikazuje predvideno proizvodnjo energije, rdeča barva pa predvideno porabo gospodinjstva po različnih mesecih. Višek električne energije, ki je proizveden v toplejših mesecih, se odda v distribucijsko omrežje, pozimi pa se zaradi primanjkovanja sproti porabi in uvozi. Slika 11 Prikaz bilance električne energije po mesecih

Vir: lasten

932

6. Reciklaža (razgradnja) sončnih elektrarn Po več kot tridesetih letih proizvodnje čiste elektrike gredo fotonapetostni moduli kot bistveni in najpogosteje uporabljeni sestavni deli sončnih elektrarn v postopek reciklaže. Del razgradnje poteka mehansko, drugi del pa termično, pri čemer ločijo celice, steklo in bakrene kontakte. Fotonapetostni moduli se lahko reciklirajo in uporabijo pri proizvodnji novih modulov ali drugih novih izdelkov. 6.1 Postopki reciklaže fotonapetostnih modulov V peči, ogreti na 600 °C, se zažgejo vse folije, medtem ko sončne celice, steklo in vezni trakovi, ki v modulu povezujejo sončne celice, ostanejo nepoškodovani (slika 12). Po končanem termičnem procesu vse materiale ločijo. Steklo očistijo in vnovič uporabijo, sončne celice, ki so iz kristalnega silicija, pa kemično obdelajo s fluorovodikovo kislino in odstranijo antirefleksne plasti, tako da ostanejo samo rezine kristalnega silicija, iz katerih se naredijo nove sončne cel ice.

Slika 12 Postopek reciklaže modulov

Vir: Trajnostna energija, 2011.

Pri poškodovanih modulih je postopek zelo podoben, razlika je le v kemični obdelavi celic. Ker so sončne celice poškodovane, jih ni mogoče takoj ponovno uporabiti in se zato po končanem termičnem procesu in ločevanju od ostalih materialov razdrobijo in stalijo v peči pri

933

1000 °C v bloke (ingote) za nadaljnjo obdelavo. Ti se kasneje obdelajo v rezine in nato v sončne celice, ki so ponovno uporabljene pri proizvodnji sončnih modulov (Trajnostna energija, 2022).

6.2 Podjetja za recikliranje fotonapetostnih modulov Ob povečanju števila sončnih elektrarn se upravičeno pojavljajo vprašanja, kaj se zgodi s sončno elektrarno ob koncu njene življenjske dobe in kateri izvajalci bodo sposobni reciklaže sončnih modulov. Ob vse večjem povpraševanju se je leta 2007 ustanovilo neprofitno združenje PV Cycle. Cilj združenja PV Cycle je poskrbeti za tako imenovani zaprt cikel fotovoltaične industrije. To pomeni postopek od proizvodnje energije, zbiranja in transporta odsluženih modulov, recikliranja v materiale, primerne za vnovično uporabo, do izdelave novih modulov za proizvodnjo zelene energije. Poleg PV Cycle je po svetu še veliko podjetij, ki so usposobljena za reciklažo modulov, kot na primer podjetje ROSI Solar v Franciji, ki ima načrte za izgradnjo nove tovarne za reciklažo v letu 2022, največje podjetje za reciklažo v Ameriki se imenuje First Solar, ki poleg proizvodnje tudi reciklira lastne solarne panele, v Kaliforniji posluje podjetje Solarcycle, v Nemčiji podjetje Envaris itd. (MIT Technology Review, 2021). 6.2.1 Lokacije zbiranja izrabljenih modulov v Sloveniji V Sloveniji trenutno še nimamo podjetja, ki bi se ukvarjalo z reciklažo izrabljenih modulov, se pa zato poslužujemo uslug različnih organizacij. Najbolj razširjeni organizaciji, ki prek pogodbenih partnerje v prevzemata odslužene fotonapetostne panele z namenom reciklaže v Sloveniji, sta PV Cycle in Ceres. V okviru organizacije Ceres imata prevzemna mesta podjetji BISOL Group s sedežem v Preboldu in Plan-Net iz Kamnika pod Krimom, ki prevzema module tudi s strani organizacije PV Cycle. Za slednjo imata zbirna mesta tudi podjetji Hidria inženiring iz Godoviča in RE Teh iz Šenčurja (Trajnostna energija, 2019). 7. Zaključek Obnovljiva energija je v razcvetu, saj inovacije znižujejo stroške in začenjajo uresničevati obljubo čiste energetske prihodnosti. V prispevku sem se osredotočil na sončno oz. solarno električno energijo ter na projektiranje sončne elektrarne na večstanova njskem objektu. Osrednji del prispevka se je nanašal na sončno elektrarno za samooskrbo gospodinjstva v omenjenem objektu. Sončna energija predstavlja obnovljivi vir energije, ki dolgoročno obeta velik potencial za proizvodnjo električne energije. Uporaba električne energije za lastne potrebe iz obnovljivih virov energije je eden najboljših načinov, da prispevamo k boju proti podnebnim spremembam. Zadnja leta smo vse bolj ozaveščeni o vplivu človeških dejanj na okolje, zato se vse bolj poslužujemo tehnologij za samooskrbo in varovanje okolja. Naložba v sončno elektrarno poleg energetske samooskrbe omogoča velike prihranke, ki so vedno dobrodošli, in hkrati s proizvajanjem čiste energije prispeva k varovanju okolja. S sončno elektrarno pridobimo tudi privilegij neodvisnosti od cen energije na trgu. V prispevku sem najprej predstavil veljavne zakone in uredbe o obnovljivih virih energije, ki nam narekujejo navodila in priporočila za izgradnjo. V osrednjem delu sem podrobneje opisal

934

prehod na krožno gospodarstvo in projekt sončne elektrarne, v katerem so prikazani moč elektrarne, njeni gradniki, vezalna shema optimizatorjev in predvidena letna proizvodnja električne energije. Z vse večjim zanimanjem za reciklažo solarnih modulov v Sloveniji smo še korak bližje uspešnemu prehodu na krožno gospodarstvo in varovanju okolja. Za doseganje ciljev in ohranjanje čistejšega življenjskega okolja je ena od rešitev tudi samooskrba iz sončnih elektrarn. Da bi tudi sam prispeval k zmanjševanju onesnaževanja okolja in s tem p ovezanimi podnebnimi spremembami, sem se odločil in projektiral sončno elektrarno za samooskrbo na večstanovanjskem objektu. Opisal sem prednosti uporabe električne energije iz obnovljivih virov s poudarkom na pridobljeni energiji iz sončne elektrarne. Pri kazal sem predvideno letno porabo in proizvodnjo električne energije in učinkovitost elektrarne skozi celotno leto. 8. Viri Direktiva (EU) 2012/27 Evropskega Parlamenta in Sveta o energetski učinkovitosti 2009/125/ES, Uradni list EU št. 315/1. Direktiva (EU) 2018/2002 Evropskega Parlamenta in Sveta o spodbujanju uporabe energije iz obnovljivih virov 2009/28/ES, Uradni list EU št. 328/82. EDF Energy. (b.l.). Vrste obnovljivih virov energije. Pridobljeno 17.7.2022 iz: https://www.edfenergy.com/for-home/energywise/renewable-energy-sources Energetski zakon (Uradni list RS, št. 17/14, 81/15, 43/19) Energy.gov. (b.l.). Hydropower Basics. Pridobljeno 11.7.2022 iz: https://www.energy.gov/eere/water/hydropower-basics Evropski parlament. (2015). Krožno gospodarstvo: definicija, pomen in pr ednosti. Pridobljeno 26.8.2022 iz: https://www.europarl.europa.eu/news/sl/headlines/ economy/20151201STO05603/krozno-gospodarstvo-definicija-pomen-in-prednosti Evropski parlament. (2021). Energija iz obnovljivih virov. Pridobljeno 16.7.2022 iz: https://www.europarl.europa.eu/factsheets/sl/sheet/70/obnovljivi-viri-energije Innovate Solar. (b.l.). Pojdite na solarno omrežje. Pridobljeno 17.7.2022 iz: https://innovatesolar.com/ Interesting Engineering. (2021). How Does a Solar Power Plant Work. Pridobljeno 21.8.2022 iz: https://interestingengineering.com/innovation/how-does-a-solar-power-plant-work MIT Technology Review. (2021). Climate Change. Pridobljeno 10.8.2022 iz: https://www.technologyreview.com/2021/08/19/1032215/solar-panels-recycling/ PGreen energy. (2021). Fotovoltaika na domu. Pridobljeno 17.7.2022 iz: https://pgreen.pl/ Plan-Net Solar. (2020). PVCycle – reciklaža modulov. Pridobljeno 12.8.2022 iz: https://www.plan net-solar.si/pvcycle-recikla%C5%BEa-modulov Plan- Net Solar. (2020). Sončne elektrarne – vrste. Pridobljeno 16.7. 2022 iz: https://www.plan-net solar.si/vrste-son%C4%8Dnih-elekrarn Solar Power Europe. (b.l.). Vodenje, energetski prehod. Pridobljeno 16.7.2022 iz: https://www.solarpowereurope.org/ Srip krožno gospodarstvo. (b.l.). Strateško razvojno inovacijsko partnerstvo. Pridobljeno 16.7.2022 iz: https://srip-krozno-gospodarstvo.si/

935

Statični urad republike Slovenije. (2022). Električna energija (GW h), Slovenija, letno. Pridobljeno 20.7.2022 iz : https://pxweb.stat.si/SiStatData/pxweb/sl/Data/-/1817602S.px Statistični urad Republike Slovenije . (2020). Energija biomase. Pridobljeno 31.7.2022 iz: https://www.stat.si/statweb/News/Index/8885 Trajnostna energija. (2022). Izobraževanje in certificiranje. Pr idobljeno 16.7.2022 iz: https://www.trajnostnaenergija.si//Trajnostna-energija/Proizvajajte/Izobra%C5%BEevanja-in certificiranje/recikliranje-fotovoltai%C4%8Dnih-modulov Trajnostna energija. (2022). Recikliranje fotovoltaičnih modulov. Pridobljeno 23.8.2022 iz: http://www.trajnostnaenergija.si/recikliranje-fotovoltai%C4%8Dnih-modulov Uredba o odpadkih (Uradni list RS, št. 37/15, 69/15, 129/20) Uredbi o odpadni električni in elektronski opremi (Uradni list RS, št. 55/15, 47/16, 72/18, 84/18 – ZIURKOE, 108/20) Uredba o podporah elektriki (Uradni list R S, št. 26/22) Uredba o ravnanju z biološko razgradljivimi kuhinjskimi odpadki in zelenim vrtnim odpadom (Uradni list RS, št. 39/10 in 44/22 – ZVO-2) Varčujem z energijo. (2018). Integrirana sončna elektrarna. Pridobljeno 17.7.2022 iz: https://www.varcevanje-energije.si/fotovoltaicne-elektrarne/integrirane-soncne-elektrarne.html Yale school of the environment. (2021). Trajnostna prihodnost. Pridobljeno 17.7.2022 iz: https://environment.yale.edu/ Zakon o varstvu pred požarom (Uradni list RS, št. 3/07) Zveza potrošnikov Slovenije. (2022). Konec leta 2023 nov način obračunavanja omrežnine. Pridobljeno 15.7.2022 iz: https://www.zps.si/okolje-topmenu-320/energija-topmenu-321/11391 konec-leta-2023-nov-nacin-obracunavanja-omreznine Kratka predstavitev avtorjev Nejc Šiško je star 25 let in končuje šolanje izrednega študija mehatronike na Šolskem centru Ljubljana. Pred vpisom na višjo šolo je končal srednjo šolo ŠC PET in s tem pridobil naziv tehnik elektronskih komunikacij. V novembru 2022 bo zagovarjal diplomsko delo in s tem postal inženir mehatronike. Kot zaposlen na področju projektiranja sončnih elektrarn, je za temo diplomske naloge, iz katere izhaja predstavljeni prispevek, izbral prav to tematiko in zraven še predstavil recikliranje odpadnih solarnih modulov, krožn o gospodarstvo in vse prednosti, ki jih prinese k varovanju okolja z namenom, da bi se s tem še bolj poglobil v področje varovanja okolja in uporabe obnovljivih virov energije. Mag. Muharem Husić je univerzitetni diplomirani inženir kemijske tehnologije. Vse do upokojitve v letu 2018 je bil zaposlen na Kemijskem inštitutu Ljubljana na različnih raziskovalnih in aplikativnih nalogah na področju Kemijskega inženirstva in varstva okolja. Kot predavatelj je pedagoško delo opravljal na dveh visokih strokovnih šolah in treh višjih strokovnih šolah za predmete: Odvajanje in čiščenje odpadnih vod, Ravnanje z odpadki, Spremljanje stanja okolja, Industrijski procesi in okoljske tehnologije, Ekologija, Trajnostni razvoj in Osnove kemije / kemikalije. Bil je mentor 42- im študentom pri diplomskih nalogah. Napisal je tri visokošolske učbenike in sicer: Ekologija, Ergonomija in varstvo pri delu in Odvajanje in čiščenje odpadnih vod. Objavil je čez 90 različnih del kot so članki v strokovnih revijah, znanstveni in strokovni prispevki na konferencah, končna poročila o rezultatih raziskav, strokovno monografijo in še druge objave.

936