Koji su realni dometi solarnih i vetroelektrana?

Koliko su solarni paneli i vetroparkovi zaista efikasni u praksi i od čega zavisi njihova isplativost – pitanje je koje se često postavlja u javnosti, ali i jedno od onih koje najčešće ima pogrešna tumačenja. Razlog leži u činjenici da se stvarni učinci obnovljivih izvora energije ne mogu sagledati jednostavnim poređenjem instalirane snage i godišnje proizvodnje, već zahtevaju razumevanje čitavog niza tehničkih, klimatskih i eksploatacionih faktora.

Branimir N. Grgur, redovni profesor Tehnološko-metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu, katedre za Fizičku hemiju i elektrohemiju, u razgovoru za Biznis.rs kaže da je prva polazna tačka takozvani tehnički iskoristivi potencijal obnovljivih izvora u Srbiji, često označen kao maksimalni potencijal.

„Reč je o teorijskom maksimumu energije koji bi mogao da se iskoristi kada bi sistemi radili sa stopostotnom efikasnošću. Taj potencijal se ne može precizno izmeriti, već se procenjuje kroz različite proračune i simulacije. Da bi se došlo do realnijih vrednosti taj maksimum se mora korigovati stepenom korisnog dejstva konvertora energije, odnosno efikasnošću pretvaranja prirodne energije u električnu“, objašnjava Grgur.

Kod solarnih elektrana taj proces ima jasno definisane fizičke granice. Teorijski maksimum efikasnosti solarnih ćelija iznosi oko 33 odsto, što je poznato kao Šokli-Kvajsersov limit. U praksi se efikasnost meri pod standardnim uslovima testiranja – pri jačini sunčevog zračenja od 1.000 W po kvadratnom metru i temperaturi ćelije od 25 stepeni Celzijusa. Ti uslovi služe kao osnova za poređenje, ali se retko u potpunosti poklapaju sa realnim radnim okruženjem.

Razlike u tehnologiji dodatno komplikuju sliku.

„Paneli od polikristalnog silicijuma, koji su jeftiniji, proizvode oko 150 do 180 vati po kvadratnom metru, uz efikasnost od 15 do 17 procenata. Skuplji monokristalni paneli dostižu 180 do 220 vati po kvadratnom metru, a njihova efikasnost ide i do 22 odsto. Međutim, stvarna količina proizvedene energije zavisi i od insolacije, odnosno količine sunčevog zračenja, kao i od niza praktičnih faktora – ugla postavljanja panela, njihove čistoće, senčenja i uslova rada“, navodi naš sagovornik.

On dodaje da u realnim proračunima dnevna proizvodnja energije zavisi od površine panela, količine sunčevog zračenja i radne efikasnosti sistema. Ta operativna efikasnost najčešće se kreće između 75 i 90 procenata.

Na primer, panel površine jednog kvadratnog metra, uz prosečno sunčevo zračenje od pet kilovat sati po kvadratnom metru dnevno i efikasnost od 75 procenata, može da proizvede oko 3,75 kilovat-sati na dan. Međutim, letnje vrućine često smanjuju taj učinak – većina panela gubi između 0,3 i 0,4 procenta snage po svakom stepenu iznad 25 stepeni Celzijusa. Tako u ekstremnim uslovima visoke temperature proizvodnja može pasti i za više od 15 odsto.

Važno je istaći i da solarni paneli ne rade neprekidno. Sistem snage od jednog kWp (Kilowatt-peak) u Srbiji u proseku proizvodi oko 1.000 do 1.200 kilovat sati godišnje, što znači da efektivno „radi“ oko pet sati dnevno. Zbog toga se u praksi često razmišlja o predimenzionisanju sistema i skladištenju energije u baterijama, kako bi se obezbedilo napajanje i kada nema sunca. Redovno održavanje, naročito čišćenje panela od prašine ili snega, ima značajan uticaj na ukupnu isplativost.

Kod vetroelektrana je situacija drugačija, ali podjednako složena.

„Proizvođači definišu maksimalnu, odnosno nominalnu snagu vetrogeneratora, ali stvarna proizvodnja zavisi gotovo isključivo od brzine vetra. Snaga vetra raste sa kubom brzine, što znači da i male promene u brzini mogu dovesti do velikih oscilacija u proizvodnji. Fizička ograničenja su ovde takođe jasna – maksimalno je moguće iskoristiti oko 59 odsto energije vetra, poznato kao Betzov limit, dok savremene turbine u praksi dostižu 45 do 50 procenata tog maksimuma“, ocenjuje Branimir Grgur.

Vetrogeneratori rade u jasno definisanom opsegu brzina: proizvodnja počinje tek pri vetru od tri do šest metara u sekundi, maksimalna snaga se dostiže pri 12 do 15 metara u sekundi, dok se pri brzinama većim od 25 metara u sekundi turbine isključuju radi zaštite. Tako turbina nominalne snage dva megavata pri slabijem vetru može proizvoditi tek desetinu tog kapaciteta, dok se puni potencijal ostvaruje samo u optimalnim uslovima.

Zbog svega navedenog ni solarni ni vetroparkovi ne obezbeđuju stabilnu i predvidivu proizvodnju tokom cele godine.

„Njihov učinak zavisi od vremenskih prilika, lokacije i tehničkih karakteristika, a jedini pouzdan način merenja realne proizvodnje jesu brojila i višegodišnja statistika. Upravo ta promenljivost razlog je zbog kojeg se ovi izvori u energetici nazivaju varijabilnim i zbog čega njihova uloga u energetskom bilansu zahteva pažljivo planiranje i dodatne mehanizme za balansiranje sistema“, zaključuje Branimir N. Grgur, redovni profesor Tehnološko-metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu.