Päikesepargi tootlikkusest ja tasuvusajast sõltuvalt paneelide paigaldusest

Sillajõe, Mirjam (2020) Päikesepargi tootlikkusest ja tasuvusajast sõltuvalt paneelide paigaldusest. [thesis] [en] The Productivity and Payback Period of a Solar Park Depending on the Installation of the Panels.

[thumbnail of lõputöö - digidoc] Other (lõputöö - digidoc) - Published Version
Restricted to Registered users only

Download (909kB)
[thumbnail of lihtlitsents - digidoc] Other (lihtlitsents - digidoc) - Other
Restricted to Registered users only

Download (594kB)

Abstract

Päikesetehnoloogia on maailmas kiiresti arenev sektor ja hea alternatiiv fossiilsetele energiaallikatele. Viimastel aastatel on nii Eestis kui mujal maailmas päikeseenergia kasutus märkimisväärselt kasvanud ning kasvu prognoositakse ka tulevikus. Fossiilsete energiaallikate vähendamiseks ja taastuva energia laialdasemaks kasutuseks on Euroopa Liit ja sinna kuuluvad riigid võtnud eesmärkideks päikeseenergia osakaalu suurendamise. Päikeseenergia lahendused on tänapäeval siiski veel üsna kallid ning päikesepaneelide efektiivsus madal. Seega tekib küsimus, kas päikeseelektrijaam on piisavalt tasuv, et sellesse investeerida. Hiljem kui 2020. aasta lõpuga liitunud elektritootjatel ei ole enam võimalik saada taastuvenergia toetust, mis pikendab oluliselt tasuvusaegasid ja võib avaldada negatiivset mõju päikeseenergia kasutusele. Tasuvusaeg sõltub suurel määral sellest, kui palju elektrit jaam toodab. Eestis on küllalt päikesepaistelisi päevi, et tagada piisav tootlus päikeseenergiasse investeerimiseks, kuigi mõningal määral erineb ka Eesti oludes päikesepaisteliste päevade arv. Tootlikkust mõjutab ka paneeli asend ja ebasoodsate asendite korral võib tootlikkus väheneda suurel määral. Käesolevas töös uuriti päikeseelektrijaamade tootlikkusi sõltuvalt paneeli paigaldussuunast ja kaldenurgast. Lisaks võrreldi tasuvusaegasid müüdavale elektrile erinevate paneeli asendite korral ning taastuvenergia toetusega arvestades ja mitte arvestades. Päikeseelektrijaamade projekteerimiseks ja elektritoodangute leidmiseks kasutati tarkvara PV SOL premium. Elektritoodangu koguseid sõltuvalt paigaldussuunast ja kaldenurgast analüüsiti kahe erineva elektrijaama puhul, millest üks oli 50 kW maapaigaldus ja teine 5 kW katusepaigaldus. Tasuvusajad leiti 50 kW maapaigaldusele, kus kogu toodetav elekter müüakse võrku. Tasuvusaegade võrdlemiseks leiti lihttasuvusajad, mis sõltuvad investeeringu algmaksumusest ja aastasest tulust. Mõlema elektrijaama korral leiti, et parim paigaldussuund on lõunast 15 kraadi lääne poole ning parim paneeli kaldenurk 40 kraadi. Maapaigalduse tootlikkus oli sellise paneelide asetuse korral 53896 kWh/aastas ja katusepaigalduse puhul 5797 kWh/aastas. Tootlikkused langevad ida suunal rohkem kui lääne pool samadel kraadidel. Näiteks, kui 30 kraadise kaldenurga korral ja 45 kraadisel KOKKUVÕTE 32 suunal läände on maapaigalduse tootlikkus 51950 kWh/aastas, siis samal suunal itta on tootlikkus 49190 kWh/aastas ehk 2760 kWh väiksem. Lääne suunas on tootlikkuste langused enamasti alla 5% kuni 45 kraadisel suunal ja 20 kuni 50 kraadisel kaldenurgal. Kuni 2% tootlikkuse langus tekib 30 kraadisel suunal 30 kuni 40 kaldega ja 15 kraadisel suunal 30 kuni 50 kraadise kaldega. Lõuna suunal jääb tootlikkuse langus 2 % ümbrusesse 30 kuni 50 kraadise kaldenurga korral ning 20 kraadise kaldenurga puhul on tootlikkus alla 5 %. Ida suunas ei jää tootlikkuse langus ühelgi juhul alla 2%. Paneeli kaldega 30 kuni 50 kraadi ja suunal kuni 15 kraadi itta on tootlikkuse langus kuni 5%. Kõige tõhusama paneeli asendi korral saadi taastuvenergia toetuseta lihttasuvusajaks 14,5 aastat. Arvestades toetust on tasuvusajaks 7,2 aastat. Võrreldes paneeli kallet 40 kraadi ja 25 kraadi, siis ei ole tasuvusaegadel eriti suurt erinevust. Ka suundadel 15 kraadi idas kuni 15 kraadi läänes on tasuvusajad üsna sarnased. 45 kraadi puhul idas pikeneb tasuvusaeg natuke üle aasta ning 60 kraadisel suunal idas umbes 1,5 aastat. 45 kraadi läänes pikeneb tasuvusaeg pool aastat ja 60 kraadisel suunal läänes mõnevõrra üle aasta. Taastuvenergia toetuse maksmise lõpetamine pikendab tasuvusaegasid ligikaudu poole võrra, kui soovitakse päikeseelektrijaam paigaldada eesmärgiga elektrit müüa.

Abstract [en]

The title of this graduation thesis is The productivity and payback period of a solar park depending on the installation of the panels. The aim of this thesis was to study the productivity of solar power plants depending on the panel installation direction and angle of inclination. In addition, payback periods for electricity sold were compared with different panel positions and with and without renewable energy support. All the goals that were set in the beginning were completed. The work consists of four major chapters. The first chapter discusses the use of solar electricity and future forecasts, use in Estonia, legislation, the working principle of a solar power plant, the construction and types of solar panels, and factors affecting productivity. The second chapter describes the methodology that was used to achieve the results in this thesis. The third chapter provides an overview of the results and the fourth chapter draws conclusions about the results. In recent years, the use of solar energy has grown significantly both in Estonia and elsewhere in the world. Growth is forecast for the future as well by 2022, solar power is estimated to be over 1 TW. The total installed capacity of solar power in Estonia rose from 18 MW in 2017 to 110 MW by the end of 2018. Electricity produced in solar power plants of less than 125 MW is eligible for a subsidy of 0.0537 euros per kilowatt-hour of electricity. Three types of solar panel technology are used today. These are monocrystalline, polycrystalline and thin-film panels. Monocrystalline silicon solar panels have the best efficiency, but they are more expensive compared to other technologies. Solar panels productivity is mainly influenced by: the efficiency of solar panels and the material used; inverter efficiency; intensity of solar radiation; shading, dust; panel surface temperature; cable losses, the angle of inclination of the solar panel and the direction to the arc and weather conditions. For the design of solar power plants was used software PV SOL premium. In the analysis two different kinds of power plants were studied. The first one was a 50 kW ground installation and the other one was a 5 kW roof installation. Payback times were found for a 50 kW ground installation, where all the electricity produced was sold to the grid. Payback periods depend on the initial cost of the investment and the annual return. SUMMARY 34 For both power plants, the best installation direction was found to be 15 degrees south to west and the best panel tilt angle is 40 degrees. The productivity of the ground installation was 53896 kWh/year for such panel placement and 5797 kWh/year for roof installation. The more east facing panels installed, the more productivity falls. For example, if the panels face west at 45 degrees and is at an angle of 30 degrees,the productivity of the ground installation is 51950 kWh/year, however if the panels are installed the same way but are directed to the east, then productivity is 49190 kWh/year. With the most efficient panel position, the payback period without renewable energy support was 14.5 years. Considering the support, the payback period is 7.2 years. Comparing the slope of the panel to 40 degrees and 25 degrees, there is not much difference in payback times. The payback times are also quite similar in the directions of 15 degrees east to 15 degrees west. At 45 degrees in the east, the payback period increases by a little over a year, and at 60 degrees in the east by about 1.5 years. In the 45-degree west, the payback period increases by half a year, and in the 60-degree direction in the west, by a little over a year. The end of the payment of renewable energy support will increase the payback periods by about half If the solar power plant is installed for the purpose of selling electricity.

Item Type: thesis
Advisor: Aadu Paist
Subjects: Environmental Technology > Environmental Protection > Environmental Monitoring
Divisions: Institute of Technology and Circular Economy > Environmental Technology and Management
Depositing User: Mirjam Sillajõe
Date Deposited: 04 Jun 2020 10:24
Last Modified: 04 Jun 2020 10:24
URI: https://eprints.tktk.ee/id/eprint/5460

Actions (login required)

View Item View Item