Solární panel na střeše

Střecha bez fotovoltaiky je jako pole, které necháváme ležet ladem

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.

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.

Štítky:

21 odpovědí na Střecha bez fotovoltaiky je jako pole, které necháváme ležet ladem

  1. Martin Hájek napsal:

    Pane Vaněčku, napsal jste krásnou pohádku, realita je taková, že za loňský rok, kdy již byly zcela odstraněny všechny bariéry a byla velmi slušná podpora fotovoltaiky a i např. ČEZ se tomuto segmentu začal aktivně věnovat, bylo v ČR instalováno celkem úžasných 5 MW výkonu. Čili z této základny začínáte a teď si říkejte, jak rychle musíte růst, abyste naplnil tu Vaší pohádku a rychle zjistíte, že jste úplně vedle, protože prostě jakákoliv technologie má nějakou náběhovou křivku, pokud ji nezačneme zběsile dotovat, což asi není Vaším cílem. Samozřejmě je absolutní nesmysl, že v roce 2037 nahradíme fotovoltaikou jadernou elektrárnu Dukovany. No v léta klidně ano, ale v zimě ne, to bude muset být větší výkon z uhlí nebo z plynu. Vy sice vzletně hovoříte o kogeneraci a já jsem poslední, kdo by jí nepřál, ale je dobré si přiznat, z čeho ta kogenerace bude a že tedy je potřeba zařídit, aby tu v roce 2037 bylo tedy dost uhlí a to znamená jediné – získat přístup k dalším zásobám uhlí. Tak to je zhruba to, co nám nabízíte, pane Vaněčku. Já z pozice tepláren nemám důvod říkat, že to je úplně špatně, jenom je potřeba říkat férově, co to v praxi znamená.

    • Milan Vaněček napsal:

      Pane Hájek, já píši pouze o tom, jaké jsou technické možnosti, nyní a jaké budou za 20 let při kontinuitě vývoje ve světě. Jen aby lidé u nás mohli vidět potenciál fotovoltaiky pro ČR. Které země ve světě svůj potenciál využijí a které ne, to já asi neovlivním. A aby taky viděli cenový vývoj a technický pokrok, který bude určitě (jako v případě počítačů ) realizovan. Jinak kogenerací myslím především kogeneraci z plynu.

      • Martin Hájek napsal:

        Já ten Váš potenciál zásadně nezpochybňuji, byť samozřejmě zdaleka ne na každou střechu lze s ohledem na zastínění a konstrukci dát fotovoltaiku. Ale je to technický potenciál, což je něco jako v případě uhlí na Ostravsku geologické zásoby. Ty jsou stále obrovské v řádu miliard tun, ty těžitelné jsou nesrovnatelně skromnější a stejně tak realita možného vývoje ve fotovoltaice, pokud ji nechceme masivně dotovat, je velmi vzdálena využití toho technického potenciálu kdykoliv do roku 2040. Dále se neodvažuji prognózovat a je to s ohledem na cyklus obnovy existujících velkých bloků (jaderných a uhelných) i zbytečné. ČR bude muset zásadně investovat do nových výrobních kapacit nejpozději v druhé polovině třicátých let (nejzazší termín provozuschopnosti Dukovan a velké části uhelných bloků s výjimkou Ledvic). Pokud v té době nebude fotovoltaika řešením, pak budou tyto investice muset být provedeny a pak tu ovšem budou dalších 30+ let se všemi důsledky. Lidé v ČR totiž nemohou čekat na zářnou budoucnost fotovoltaiky potmě.

    • VK napsal:

      „zcela odstraněny všechny bariéry“ – troufám si tvrdit, že těch bariér je stále mnoho. Zkuste si to sám a pak to srovnat třeba s Německem. Pokud chcete co nejlevnější domácí FVE instalaci, potřebujete mít od distributora povolené přetoky do sítě, ideálně i nerovnoměrně mezi fázemi. A právě v tom vám distributor nevyjde vstříc, protože nemusí. Přetoky jsou vysoce pokutované, dostanete 4kvadrantní elektroměr, aby vás pozorně hlídal. Je to i hodně závislé na lokalitě, někde vám suše řeknou, že není kapacita sítě a nazdar.

      Řešení je použít drahé hybridní měniče a baterie, ale to už se s návratností takové instalace dostáváme do nereálných čísel. Co se týče nabídek přímo od ČEZU, tomu se můžu jen smát, jsou extrémně předražené.

      Druhá bariéra je psychická – stát neustále mění podmínky s snaží se zpětně zdanit už existující FVE instalace – kdo by pak chtěl státu věřit a šel do toho? Nikdo neví, jak se podmínky změní.

      Z těchto dvou důvodů se instalují FVE pro vlastní spotřebu, bez dotací, a stát ani distributor o nich ani neví, ve statistikách je neuvidíte. Ano, je jich zatím velmi málo.

      • Martin Hájek napsal:

        Myslel jsem administrativní bariéry. Nicméně opravdu nevidím důvod, proč by měl distributor povolovat nerovnoměrné dodávky mezi fázemi. Každý musí plnit nějaké podmínky aby ta síť byla provozovatelná. Když chcete s autem na silnici také musí něco plnit.

        • VK napsal:

          Myslim, kdyz se chce, tak to jde. Napriklad urcite domu, do ktere faze ma povoleno dodavat a rozdelite to mezi domy pobliz sebe. Proste je to vec technickeho reseni a jde o to, hledat cesty k cili, misto hazeni klacku pod nohy. Samozrejme, nejjednodussi je vsechno zakazat a nedelat nic, to je klasicky uredni pristup.
          Kdyz to vezmu vasimi argumenty tak analogie je „nebudeme ve mestech delat zadne cyklopruhy a zvlastni pruhy pro autobusy“.

          • Martin Hájek napsal:

            Ty zvláštní cyklostezky už ale přece v zákoně máme, to jsou právě ty různé administrativní úlevy pro samovýrobce a je jich už velký pytel. To, co chcete vy, je právě dopravní terminologií – kola můžou jezdit v protisměru a na červenou a všichni jim dají přednost. Jistěže se tak může ČR rozhodnout, ale pak zase nemůže garantovat plynulou dopravu a o to jde. Jistěže výrobci jízdních kol by asi zajásali, ale v obecném zájmu to asi nebude.

  2. V. Kulich napsal:

    pro zajímavost je možné porovnat výrobu elektřiny v rámci elektrizační soustavy ČR v členění podle jednotlivých typů elektráren za konkrétní den:

    http://www.ceps.cz/CZE/Data/Vsechna-data/Stranky/Vyroba.aspx

  3. Petr napsal:

    Pane Vaněčku kolik energie dávají soláry na Vaší střeše a uchováváte nějak tuto energii? Kolik máte roční spotřebu a na kolik Vás systém přišel, případně kolik Kč jsem Vám na tuhle legraci přispěl.

    • Milan Vaněček napsal:

      Důchodci 70+ většinou neinvestují do fotovoltaiky na střeše, moje poslední investice do domu byl bazén na zahradě pro mé vnučky i pro nás. Svým dětem, které si chtějí panely na střechu dát říkám: počkejte ještě pár let až cena klesne ( to je jistota) a bude levnější akumulace a bariéry pro fotovoltaiku na střechách již nebudou ( to je velká otázka, jde to proti zájmům velkých hráčů).

  4. Josef napsal:

    Docela zajímavý článek. Autor velice vtipně popsal technický potenciál FV panelů a jejich schopnost vyrobit teoreticky 15TWh energie . při celkové konečné potřebě státu asi 1130PJ = 313TWh mohou FV panely přinést 15TWh nestabilního výkonu tj, 4,7% naší celkové spotřeby. Podobný technický potenciál má vítr a konečně technický potenciál biomasy – když spálíme všechno co vyroste je asi 13% celkové spotřeby , takže jsme asi na 23% – čistě teoretické možnosti náhrady našich potřeb pomocí OZE. Samozřejmě za enormních nákladů zničení hospodářství a devastaci krajiny. Pokud by v roce 2052 u nás neběžela ani jedna jaderné elektrárna , znamenalo by to naši totální závislost na dovozech energií ze států typu Saudská Arábie a podobných náboženských totalitách. Podle mého názoru je tento vývoj zhoubný a nevidím žádný důvod proč o něj usilovat. Podle mého názoru je mnohem lepší rozvíjet tepelná čerpadla v kombinaci se zemním plynem jako zdrojem tepla v období velkých mrazů , elektromobily a jadernou energetiku, tak aby naše dovozní závislost spadla někam ke 20% celkové spotřeby státu, protože zajistit veškerou energii na našem území je sice technicky možné, ale ekonomicky nevýhodné, tímto způsobem si můžeme zajistit jak prosperitu tak svobodu. Proti tomu scénář OZE nás vede k chudobě a závislosti na Islámských státech.

    • Milan Vaněček napsal:

      Pane Josef, děkuji za pochvalu, ale je to trochu jinak: těch 15 GW výkonu o kterých píši (a okolo let 2035-40 to bude dvojnásobek) lze umístit na střechy, několikanásobně více pak na nezastavěnou plochu (třeba v podkrušnohoří zbudou obrovské devastované plochy po těžbě uhlí a infrastruktura el. vedení, totéž bude v bezpečnostním okolí JE po jejich odstavení).
      Typicky v Německu či USA (čili v zemích které podporují OZE a já tvrdím, na rozdíl od Vás, že je OZE scénář je nesvede k chudobě a závislosti) je přes 3/4 instalované kapacity FVE mimo střechy budov).
      Uvědomte si, že veškerá energie vyráběná člověkem je zanedbatelná vůči energii která k nám jde ze Slunce.

      Pan Hájek správně píše že doba za 20 let bude rozhodující pro to, kterým směrem se ČR vydá. Zda obnoví a rozšíří JE a postaví moderní uhelné nebo zda se vydá cestou 4 největších světových ekonomik (USA, Čína, Japonsko a Německo) a bude podporovat OZE.
      Myslím, že optimální řešení v době současného nadbytku kapacit je vyčkat zhruba do roku 2025, pak se uvidí. Dle mého názoru už v té době bude naprosto jasné vítězství fotovoltaiky, větru, vody a akumulace nad „tradiční energetikou“. Jiní si myslí pravý opak. Počkejme tedy, výrobních kapacit pro dalších 10 let je nadbytek a to že některé nové výrobní kapacity potřebují k výstavbě ne 1-5 let ale 10-20 let je jen jejich velká konkurenční nevýhoda.

  5. nikdo napsal:

    Na fotovoltaice vydim dalsi problem ktery je prehlizen. Pri vami uvadene ucinnosti 15,6% se velka cast ze zbylich 84% promeni v odpadni teplo, takze z 15TWh elektrickych budeme mit navic cca 75 TWh odpadniho tepla rocne koncentrovaneho hlavne v mestkych oblastech kde jiz ted mame tepelne ostrovy ktere se timto zvetsi pokud se fotovoltaika nasadi ve vetsim meritku jak vlastne navrhujete tak muze mit negativni vliv i na globalni oteplovani, v kombinaci s vlivem vetrnych elektraren na snizovani rychlosti vetru to v kontinentalnim meritku povede k srazkovemu stinu a k snizeni srazek v centru kontinentu takze se muzeme diky tomuto dockat vzniku poustni oblasti i u nas.
    https://www.cez.cz/edee/content/file/static/encyklopedie/vykladovy-slovnik-energetiky/hesla/tepel_znecist.html
    https://cs.wikipedia.org/wiki/M%C4%9Bstsk%C3%BD_tepeln%C3%BD_ostrov

    • C napsal:

      Před X lety kdosi na osel.cz podrobil FVE právě z tohoto hlediska rozboru, pokud se dobře pamatuji, tak bilance odrazu tepla, odrazu světla a podobně dopadla tak že se zařízení neohřívá o nic moc více než louka. Pro srovnání kolik tepla navíc bude se totiž musí vzít referenční záchyt energie tím co tam je před FVE. Kdyby povrch nepohlcoval žádné záření, budeme tu sedět na ledové kouli o teplotě okolního vesmíru, povrchem je ale dnes v průměru pohlceno kolem 50% a doráží jen 4% toho co k ním doputuje od slunce. Takže pár FV elektráren nebude zásadní problém.

      • Milan Vaněček napsal:

        Z hlediska radiační bilance Země ozařovaného Sluncem je rozhodně Země více ovlivněna výrobou tepla navíc v jaderných elektrárnách než v elektrárnách solárních. Ale to ovlivnění je zcela bezvýznamné vůči energii která k nám ze Slunce přichází. Více působí například vyasfaltované silnice. Pro kvantitativní srovnání: Tak v USA spočitali, že kdyby pokryli jen čtvrtinu plochy která je v USA vyasfaltovaná slunečními panely tak by ty panely vyrobily veškerou energii co USA spotřebují.
        Fosilní paliva a odlesňování budou určitě významnější, ale i jejich vliv nemusí být významný.
        Závěr: fotovoltaika klima nenaruší i kdyby v budoucnu nám dávala 100% veškeré energie. Jaderná fůze na Slunci je dominantní zdroj čisté energie pro život na Zemi.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *