Επιλογή της κατάλληλης βάσης στήριξης φωτοβολταϊκών για μεγιστοποίηση της απόδοσης – Μια επιστημονική προσέγγιση

Με την εφαρμογή και στην Ελληνική αγορά του target model βλέπουμε, όπως αναμενόταν, μία μείωση της χονδρεμπορικής τιμής του ρεύματος. Έτσι γίνεται απαραίτητος πλέον ο προσεκτικός σχεδιασμός κάθε έργου, όχι απλώς στη φάση της υλοποίησης, αλλά ακόμη και από την φάση των υπολογισμών πριν από έναν διαγωνισμό.

του Κωνσταντίνου Καστάνη

Αυτό που πάντα σκοπεύουμε είναι η ελαχιστοποίηση του ανηγμένου κόστους ηλεκτρικής ενέργειας, αυτό που ονομάζουμε L.C.O.E. (=  Levelized Cost Of Energy). Το L.C.O.E. είναι ένα μέτρο της παρούσας αξίας του κόστους για την παραγωγή της ενέργειας για όλη τη διάρκεια λειτουργίας του και εκφράζεται σε €/MWh.

Το L.C.O.E. είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για να συγκρίνουμε διαφορετικά σενάρια υλοποίησης ενός φωτοβολταϊκού έργου. Όσο χαμηλότερο το L.C.O.E., τόσο αποδοτικότερο και κερδοφόρο το έργο μας.

Στην παρούσα μελέτη υπολογίζουμε το L.C.O.E. για διαφορετικές βασεις / μεθόδους στήριξης των φωτοβολταικών panels.

Ο υπολογισμός του L.C.O.E. γίνεται με την εφαρμογή του τύπου:

L.C.O.E. = Σ[(It + Mt ) / (1 + r)t] / Σ[(Ετ/(1 + r)t]

όπου:

     Ιτ=Επενδυτικές δαπάνες το έτος t (€)

    Μτ=Κόστος συντήρησης και γενικά έξοδα το έτος t (€)

    Et= Παραγωγή ενέργειας το έτος t (MWh)

    r = επιτόκιο προεξόφλησης (%)

    n = χρόνος ζωής του έργου (έτη)

Για όσους τους «τρομάζουν» οι μαθηματικοί τύποι, η ερμηνεία του παραπάνω είναι απλή. Η ελαχιστοποίηση του L.C.O.E.,που είναι και ο στόχος μας,  επιτυγχάνεται με 3 τρόπους:

1ον) την ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής

2ον)  την ελαχιστοποίηση του κόστους λειτουργίας / συντήρησης

3ον) την μεγιστοποίηση της απόδοσης κατά τη διάρκεια ζωής του έργου.

Για να επιτευχθoύν τα παραπάνω δεν αρκεί πλέον η αγορά μερικών τυχαίων υλικών και η εγκατάστασή τους. Πρέπει να γίνει σωστός σχεδιασμός του έργου πριν την εκτέλεσή του και να ληφθούν στο στάδιο αυτό κρίσιμες αποφάσεις, τις οποίες παλιά τις θεωρούσαμε δεδομένες. Όσον αφορά το δικό μας κομμάτι, δηλαδή τη στήριξη των panels αυτές οι αποφάσεις είναι:

• panel συμβατικά η bifacial?
• εάν επιλεγούν bifacial panels: απλές σταθερές βάσεις ή ειδικές για bifacial panels? η μήπως trackers?

Στην προσπάθεια να απαντήσουμε σε αυτά τα ερωτήματα κάναμε έναν υπολογισμό του L.C.O.E. για καθεμία από αυτές τις περιπτώσεις, έτσι ώστε να μπορούμε να καταλήξουμε σε ορθολογικές αποφάσεις βασιζόμενοι σε νούμερα, και όχι σε εικασίες. «Διότι ο καθένας μπορεί να έχει την προσωπική του γνώμη, δεν μπορεί όμως να έχει τα προσωπικά του αριθμητικά δεδομένα».

Αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με 3 διαφορετικές εναλλακτικές περιπτώσεις στήριξης, οι οποίες πιστεύουμε ότι καλύπτουν το σύνολο των πιθανών επιλογών για την Ελλάδα:

Περίπτωση 1: συμβατικά panel & απλές βάσεις στήριξης

Περίπτωση 2: bifacial panels & βάση στήριξης ειδική για bifacial panels

Περίπτωση 3: μονοαξονικά trackers

Κατ’ αρχήν «τρέξαμε» τους υπολογισμούς για μια συγκεκριμένη περιοχή στην Ελλάδα (Τερψιθέα – Λάρισα) και υποθέσαμε ένα έργο 500kWp που χρησιμοποιεί μονοκρυσταλλικά panels 440Wp και  inverter Huawei 100kWp. Χρόνος ζωής του έργου 20 έτη και με τις εξής παραδοχές:

• το έργο εκτελείται χωρίς τραπεζικό δανεισμό αλλά 100% με ίδια κεφάλαια
• Κόστος πάρκου:    275.000 €    Περίπτωση 1

            282.000 €    Περίπτωση 2

            320.000 €    Περίπτωση 2

• Ετήσια παραγωγή (υπολογισμένη από το πρόγραμμα PVSYS): 777,27 MWh για την Περίπωση 1 (απλή βάση με απλά panels)
• Απόδοση σε σύγκριση με την     Περίπτωση 1:

  +8% για την περίπτωση 2 και

+20% για την περίπτωση 3.

• Προεξοφλητικό επιτόκιο: 5%
• Ετήσιο κόστος συντήρησης: 2.000 € + 1000€ ετησίως για διάφορα έξοδα (λογιστική υποστήριξη, υπηρεσίες ασφαλείας, ρεύμα, internet…)
• τιμή πώλησης @60Euro / MWh
• Στο πάρκο με τα trackers παθαίνουμε, εντός της 20ετίας, 2 βλάβες κόστους 5.000€ η καθεμία και αυτούς τους 2 μήνες έχουμε και μειωμένη απόδοση κατά 20%.

Με βάση τα παραπάνω, και εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του L.C.O.E. παίρνουμε τα εξής αποτελέσματα:

ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ  ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ	ΕΠΕΝΔΥΣΗ €	L.C.O.E. €/MWh
Συμβατικά panel & απλές βάσεις στήριξης	275.000	30.90
Bifacial panels & βάση ειδική για bifacial panels	282.000	29.25
Trackers σε «μικρό» έργο (500 kW)	320.000	30.00

Τα συμπεράσματα που συνάγονται από το «τρέξιμο» της προσομοίωσης μας για τον υπολογισμό του L.C.O.E. είναι προφανή:

• Έχουμε το μικρότερο L.C.O.E. με την εγκατάσταση bifacial panels και της ειδικής για bifacial panels σταθερής βάσης (όπως η BIF-2V της ELVAN με εμπρός ελεύθερο ύψος: 800 έως 1200 mm
• Η εγκατάσταση trackers σε «μικρά» έργα (π.χ. 500kW) δεν συμφέρει. Εάν λάβουμε υπ’ όψη μας:

1. την αυξημένη συντήρηση,

2. τις αναπόφευκτες βλάβες,

3. την συνεπαγόμενη αντικατάσταση εξοπλισμού

4. την απώλεια παραγωγής στην διάρκεια αυτών των βλαβών

βλέπουμε ότι το L.C.O.E. είναι μεγαλύτερο από αυτό της  εγκατάστασης bifacial panels και μιας ειδικής για bifacial panels σταθερής βάσης.

• Η εγκατάσταση trackers αρχίζει «να αξίζει» για μεγαλύτερα έργα (>5 MW), όπου δικαιολογείται από το μέγεθος του έργου να έχουμε μόνιμο προσωπικό συντήρησης, ένα στοιχειώδες stock ανταλλακτικών κ.λ.π.

Οι ειδικές για Bifacial panels βάσεις της ELVAN έχουν όλα τα πλεονεκτήματα των απλών βάσεων:

• στιβαρή κατασκευή
• πιστοποίηση CE
• εύκολη και ταχύτατη συναρμολόγηση
• προσαρμογή σε κάθε τύπο εδάφους

ενώ χάρις στο εμπρόσθιο ελεύθερο ύψος 800 mm έως 1200 mm και την ελαχιστοποίηση των σκιάσεων στο πίσω μέρος:

• αποδίδουν εγγυημένα +8% σε σχέση με συμβατικά panels και βάση.

Αυτός είναι και ο λόγος που από τον Σεπτέμβριο του 2020 που βγήκε το προϊόν στην αγορά μέχρι και σήμερα έχουν παραδοθεί ειδικές bifacial βάσεις για πάρκα δεκάδων MW, ενω το τελευταίο δίμηνο οι παραγγελίες τους έχουν ξεπεράσει πλέον αυτές των απλών βάσεων.

Εδώ θα έπρεπε ίσως να αναφερθούμε και στις λεγόμενες βάσεις μεταβλητής γωνίας, τις οποίες δεν περιλάβαμε στους υπολογισμούς μας για λόγους που θα φανούν στην παρακάτω ανάλυση. Στις βάσεις μεταβλητής γωνίας καλείται ο ιδιοκτήτης του πάρκου να αλλάξει «χειροκίνητα» την κλίση της σταθερής βάσης 4 φορές τον χρόνο.

Όμως τα περί αύξησης της απόδοσης κατά  7-8% με αυτόν τον τρόπο, καλώς ή κακώς δεν υποστηρίζονται από τα επιστημονικά δεδομένα. Λαμβάνοντας υπόψιν μας το γεωγραφικό πλάτος της Ελλάδας και την αντίστοιχη ηλιακή ακτινοβολία προκύπτει ότι και με 6 αλλαγές το χρόνο η αύξηση της απόδοσης δεν υπερβαίνει το 3,6%. Και αν λάβουμε υπόψιν μας όλους τους άλλους παράγοντες που υπάρχουν, έχουμε τελικά αρνητική απόδοση σε €.

Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για να φτάσουμε στο παραπάνω συμπέρασμα ήταν η παρακάτω:

Για μια συγκεκριμένη περιοχή στην Ελλάδα (Τερψιθέα – Λάρισα) υποθέσαμε ένα έργο 550kWp που χρησιμοποιεί μονοκρυσταλλικά panels 440Wp και  inverter Huawei 100kWp.

Τα panels τοποθετούνται σε σταθερή βάση με διάταξη 2 portrait και απόσταση μεταξύ των σειρών 9 μέτρα.

Υπολογίσαμε, με το πρόγραμμα PVSYS,  την προσπίπτουσα ακτινοβολία και την παραγωγή ενέργειας για διαφορετικές γωνίες τοποθέτησης των panels, μη λαμβάνοντας υπόψιν τις πιθανές απώλειες.

Σύμφωνα με τα παραπάνω η καλύτερη απόδοση ανά μήνα έχει ως ακολούθως:

January	40°	86.7kWh/m2
February	40°	109.5kWh/m2
March	35°	141.3kWh/m2
April	25°	166.0 kWh/m2
May	10°	197.9kWh/m2
June	10°	216.9kWh/m2
July	10°	228.1kWh/m2
August	20°	215.1kWh/m2
September	35°	173.4kWh/m2
October	40°	125.3kWh/m2
November	40°	94.4kWh/m2
December	40°	76.2kWh/m2

Βλέπουμε έτσι ότι κάνοντας 6 αλλαγές κλίσης το χρόνο – αν υποθέσουμε ότι είχαμε εγκαταστήσει βάση μεταβλητής κλίσης – παίρνουμε συνολικά 1830.8 kWh/m2 ετησίως. Συγκρίνοντας το αυτό με την ετήσια παραγωγή των 1767 kWh/m2 που παίρνουμε από μια βάση σταθερής κλίσης στις 25 μοίρες, έχουμε αυξημένη παραγωγή κατά μόλις 3.6%.  Ανάλογη είναι και η τελική ενεργειακή απόδοση στο δίκτυο: με τις 6 διαφορετικές κλίσεις παίρνουμε συνολικά  885.27MWh, ενώ με τη σταθερή κλίση στις 25 μοίρες παίρνουμε 855.3 MWh.

Αυτό σημαίνει 30 MWh περισσότερες το πρώτο έτος αν κάνουμε 6 αλλαγές κλίσεις σε σχέση με το να μην κάνουμε καμία αλλαγή.

30 MWh με μία τιμή πώλησης @60Euro / MWh σημαίνει κέρδος 1800 € (για το πρώτο έτος, γιατί από εκεί και πέρα αυτό το ποσό θα βαίνει μειούμενο λόγω της πτώσης απόδοσης των panels).

Αν λάβουμε υπόψιν μας: τα εργατικά που απαιτούνται για 6 αλλαγές κλίσης το χρόνο (2 άτομα για 2 μέρες προς 75€ ημερησίως για να αλλάξουν 32 τραπέζια), έχουμε ένα κόστος 2Χ2Χ6Χ75 = 1800 €, ακριβώς όσο το κέρδος μας.

Αν υπολογίσουμε και τον κίνδυνο για ράγισμα panels κατά την διάρκεια των πολλών αλλαγών βρισκόμαστε ήδη σε αρνητικά μεγέθη απόδοσης.

Μια άλλη παράμετρο που θα πρέπει να λάβουμε υπόψιν μας είναι ότι για μια βάση μεταβλητής γωνίας ο στατικός υπολογισμός θα πρέπει να γίνει για την μέγιστη γωνία (40 μοίρες). Αυτό σημαίνει ότι η απόσταση των πασσάλων πρέπει να κατέβει στα 2,8 m. από 3,5 m. (για ένα τραπέζι 2Vx18).

Οπότε 32 τραπέζια με 4 επιπλέον πασσάλους για όλο το έργο , δηλ. 128 επιπλέον πάσσαλοι. Αυτό θα επιβαρύνει το CAPEX του έργου με περίπου1280 Euro επιπλέον. Οπότε «άνθρακας ο θησαυρός».

*Ο Κωνσταντίνος Καστάνης είναι Διευθύνων Σύμβουλος της ELVAN Α.Β.Ε.Ε, Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π. με ειδικότητα Ενεργειακού Μηχανικού, και ασχολείται με θέματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας από το 2006. Κατέχει επίσης Master in Business Administration (MBA) από το University of Indianapolis, όπου εκπόνησε τη διατριβή του με θέμα: “Teachings of War History on Corporate Strategy and Leadership”.

---