arel_sfa

SISTEMELE FOTOVOLTAICE DE LA HOBBY LA AFACERE11 noiembrie 20011 BUCURETI

SISTEMUL FOTOVOLTAIC AUTONOM

18391839 Becquerel a descoperit c o baterie expus laBecquerel a descoperit c o baterie expus lasoare produce mai mult curent dect una neexpussoare produce mai mult curent dect una neexpus

18731873 Se demonstreaz mrirea conductivitSe demonstreaz mrirea conductivitii seleniuluiii seleniului18931893 Prima celul solarPrima celul solar

19041904 Philipp Lenard descoper c lumina incident pePhilipp Lenard descoper c lumina incident peanumite suprafeanumite suprafee elibereaz electronie elibereaz electroni..

19051905 Einstein descoper dualitatea luminiiEinstein descoper dualitatea luminii19491949 Descoperirea joncDescoperirea jonciunii piunii p--n de ctre Shockleyn de ctre Shockley,,

BrattainBrattain i Bardeni Barden19541954 Fabricarea primei celule solareFabricarea primei celule solare n laboratoarele Belln laboratoarele Bell



DE CE S ALEGEM ENERGIA SOLAR?

-Energia geotermal poate asigura de 5-6 x necesarul de energie a globului-Energia eoliana poate asigura de pn la 200 x necesarul de energie-Energia solar poate asigura de 2800 x necesarul de energia

- predictibil- uor de utilizat- monitorizabil

- prietenoas cu design-ul arhitectural- Nepoluant pentru mediu sau fonic

Dintre sursele regenerabile

Energia solar este:



Ce este o celul FV i cu lucreaz ?FV vine de la fotovoltaic. Foto = Lumin i Voltaic = Electricite.

O celul solar convertete lumina n electricitate.O celul solar este facut din siliciu. Chip-urile computerelor sunt din acelai material.

n esen,lumina ajunge la suprafaa celulei solare o parte este absorbit n siliciu.Aceast energie luminoas bombardeaz electronii liberi i genereaz energie electric.

Prin gruparea mpreun a aproximativ 36 celule solare se obine un modul solar.Cnd avem mai mult de un modul solar legate ntre ele se obine o reea solar



Modulesolare

Controler + Invertor

Consumatori

ComponenComponena unui sistem fotovoltaic independenta unui sistem fotovoltaic independent



ETAPELE DIMENSIONRII SISTEMELOR AUTONOME

1.STABILIREA NECESARULUI DE CONSUM

- Tipul de consum - utilizare continu- utilizare periodic regulat- utilizare periodic neregulat

La necesarul de consum calculat se adauga 20%care reprezint un factor de corecie al consumului,datorat simultaneitii

Puterea nominal a unui modul fotovoltaic este determinat prin msurarea curentuluii tensiunii n condiii de iluminare definite. Conform standardelor intensitatea luminii

este 1000W/m2, cu un spectru asemntor cu lumina soarelui lovind suprafaapmntului, la latitudinea de 35 N, vara i la temperatura de 25 C.

Unitatea de msur pentru putere fotovoltaic este WATT-UL PEAK (Wp)



2. ALEGEAREA (EVALUAREA ) LOCAIEI

-Iluminarea-Orientarea

-Umbra-Cderile de zpad

-Zone afectate de cea sau smog-Vnt




Lumina soareluiLumina soarelui IluminareaIluminareavariazvariaz n funcn funcie deie de regiuneregiune

-- perioada din anperioada din anexist harta iluminrii de unde se pot preluaexist harta iluminrii de unde se pot prelua

toate datele necesare pentru a calculatoate datele necesare pentru a calcula coeficentul de soarecoeficentul de soareDac sistemul este utilizat peDac sistemul este utilizat pe ntreaga perioad trebuientreaga perioad trebuie

luatluat n considerare luna cea mai defavorabil decembrien considerare luna cea mai defavorabil decembrieCalculele sunt efectuate pentruCalculele sunt efectuate pentru

-- Orientare spre sudOrientare spre sud-- nclinare de 35 gradenclinare de 35 grade-- Rata de performanRata de performan de de 75%75%



Link preluare date iluminare pe baza latitudinii i longitudinii locaieihttp://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvest.php?lang=fr&map=eurohttp://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvest.php?lang=fr&map=europe&app=gridconnectedpe&app=gridconnected

Graficul mediei insolatiei solare din Romania



OrientareaOrientarea ii nclinareanclinareaIdeal orientarea trebuie s fie spre sudIdeal orientarea trebuie s fie spre sud, dar, dar i pozii poziionarea sudionarea sud--est,sudest,sud--vestvest

produce suficent.Orientproduce suficent.Orientarea spre nord este complet ineficentarea spre nord este complet ineficent

Modulele instalalate pe trackereAceste sisteme pot mbunti n mod semnificativ producia de module

(de obicei 30 pn la 40% mai mult energie electric)Sunt ntotdeauna perpendiculare pe soare. Orientarea i nclinarea fiind optime.Pot avea dou axe (rotaie vertical si orizontal), sau una singur ( orizontal) .

Nu se recomand pentru instalaiile mici fiind mai scumpe .Mai puin rezistente n zonele n care vntul poate sufla n rafale

Pentru a aeza modulele fotovoltaice, exist mai multe soluii ale cror costuri variaz.Pentru performan exist trackere cu dou axe,trackere cu o singur ax,asiu nclinabil, i asiu fix, n cele din urm cadru de prindere direct pe acoperi.



asiele nu sunt motorizate, dar atunci cnd sunt nclinate,este posibil s le schimbm poziia la unghiul optim al sezonului:

30 de grade vara, 45 n primvara i toamna, 60 n timpul iernii.Acest lucru necesit o manipulare, dar randamentul crete n mod semnificativ.Preul unui asiu este mult mai mic dect cea a unui tracker, acestea sunt mult

mai rezistente la intemperii, i nu poate da gren comparaie cu un asiu fix, asiul nclinat pentru produce cu 5% mai mult

energie electric, mai ales n timpul iernii (+ 7-8%), n cazul n care este cel maisczut nivel de producie.

Cadru se fixeaz de obicei pe acoperi urmrind nclinaia acestuian cazul acestora trebuie s acordm atenie existenei de spaii pentru ventilaie

chiar dac se face un rabat esteticii acoperiuluin alte cazuri, prinderea modulele const ntr-o cadru de aluminiu

care permite ataarea oricrui tip de modul printr-o simpla nurubare.



Randamentul n funcie de tipul de suport utilizat



Umbrirea modulelor solare


Determinarea locului de amplasare a modulelor solare n funcie de obstacole



3.ALEGEREA MODULELOR3.ALEGEREA MODULELORPanouri solarePanouri solare -- monocristalinemonocristaline

-- policristalinepolicristaline-- amorfeamorfe

EficenEficen monocristaline monocristaline 18%18%policristaline 15%policristaline 15%amorfe(thinamorfe(thin--film) 10 %film) 10 %

EficenEficena unui modula unui modul se determinse determin prin trasarea curbei IVprin trasarea curbei IV

Valorile de mai sus se refer la celula fotovoltaic unitar,ns un panou solar are un procent de transformare cu 1-2% mai mic dect cele unitare

Panourile solareau i in procent de degradare n timp a eficenei de transformare.Cele mai stabile,din punct de vedere funcional ,

sunt cele amorfe a cror eficen poate scdea cu maxim 1% pe an,spre deosebire de monocristaline,sau policristaline,a cror degradare este de 3-5% anual.



n cazul scurt-circuitului,modulul solar produce curent dar nu produce tensiune .La deschiderea circuitului,modulul solar produce tensiune,dar nu curent.Putereaelectric fiind definit ca i produsul tensiune curent,prin urmare att la scurt-circuitct i la deschiderea circuitului,modulul solar nu produce nici o putere.

EficenEficena unui modula unui modul se determinse determin prin trasarea curbei IV (curentprin trasarea curbei IV (curent--tensiune)tensiune)

Prin msurarea curentului i a tensiuniiunui modul solar n timp ce l alimentmprintr-o rezisten variabil ,se determinrelaia curent-tensiune,sau ceea ce estedenumit curba IV a unui modul solar.Valoarea maxim a curbei de putere estepunctul de putere maxim a modulului



Puterea maxim este eficena maxim la convertirea luminii n energie electric.


SISTEMUL FOTOVOLTAIC AUTONOMPentru a obine tensiune necesar pentru sistemul fotovoltaic modulele solare

se vor conecta n serie, valoarea sistemului fiind egal cu suma tensiunii modulelor,Iar curentul va fi limitat de valoarea cea mai mic a curentului din modulele solare.

Pentru a obine un curent mai mare modulele solare urmeaz a fi legate n paralel.Valoarea tensiunii fiind limitat de cea mai mic tensiune iar cea a curentului

se obine din nsumarea valorii curenilor din modulele solare.


SISTEMUL FOTOVOLTAIC AUTONOMDiode Bypass

Diodele bypass, cunoscute ca diode unt, sunt utilizate n reelele fotovoltaice,pentru a permite curentului s treac peste celulele sau modulele

care pentru un motiv sau altul (de obicei shadowing-umbrire)produc mai puin curent dect celelalte celule sau module dintr-un ir conectat n serie.Exist dou motive pt. ca aceast ocolire a zonei umbrite (deteriorate), este de dorit.

1. Sa avem producie de energie,chiar dac una sau mai multe celulesau module sunt umbrite.

2. n unele sisteme creterea de tensiune este urmat de creterea curentului,chiar printr-o celul deteriorat sau umbrit.

Acest lucru poate fora celula umbrit sau deteriorat pentru a disipa o mai marecantitate de energie care duce la o nclzire localizat cu efecte potenial catastrofale,

cum ar fi topirea conexiuni i carbonizarea capsulei de siliciu.Acest lucru este n mod clar o problem de siguran i este principalul motiv

pentru care sunt necesare diode bypass pentru sisteme de tensiuni mai mari de 24 V

Toate modulele mari au fost proiectate pentru conexiuni serii multiplepentru a se montarea unei diode de by-pass la fiecare 18 celule


SISTEMUL FOTOVOLTAIC AUTONOMDiodele de blocare

Diodele de blocare sunt diferite de diodele by-pass.Diode n cele mai multe cazuri sunt acelai din punct de vedere fizic.

Cu toate acestea sunt instalate n mod diferit i servete unui scop diferit.

O dioda de blocare permite circulaia curentului ntr-o singur direcie.Dac avei un controler n sistemul dvs. nu avei nevoie de o dioda de blocarepentru a preveni modulul solar de la descrcarea bateriei pe timp de noapte.Toate controlerele de ncrcare au pe timp de noapte protecie ncorporat.O dioda la un controler este redundant i va consuma putere n timpul zilei.

Singura data cand o diod de blocare este utilizat este atuncicnd avei o reea format din mai multe module, iar aceasta este parial umbrit.Atunci cnd un modul solar este parial umbrit puterea sa este drastic diminuat.

Dac acest modul este conectat la alt modul solar vom avea producie de energie electricchiar dac numai unul dintre cele dou module este umbrit.

Dac avei o reea cu o umbr care trece peste un modul ,(modulele) la un moment dat,se recomand ca o diod de blocare se fie adaugat la fiecare modul.Un exemplu n acest sens ar putea fi un stlp care este n faa reelei.

Umbra este mic i se va muta peste reea odat cu micarea soarelui pe cer.



Pentru a obine tensiunea necesar se grupeaz n serie modulele solare,care ulterior se leag n serie obinnd puterea necesar.Se obine un sistem mixt.

Se recalculeaz numrul de module pentru a avea un sistem mixt simetric,Grupele legate n serie au toate acelai numr de module solare.

Se calculeaz valoarea tensiunii,respectiv a curentului,valori care vor fi utilizatepentru alegearea controlerului necesar n sistemul fotovoltaic

Puterea generatPuterea generat=produc=producia zilnicia zilnic/coef.solarizare/coef.solarizare

Nr.module =Nr.module =Puterea generatPuterea generat/puterea/puterea unitar aunitar amodului solar (modului solar (n Wp)n Wp)

ATENIE Modulele solare vor avea toate aceiai parametrii



4. DIMENSIONAREA BATERIILOR DE ACUMULARE

Pentru dimensionarea bateriilor de acumulare rmne s rspundem la trei ntrebri:ce cantitate de energie trebuie stocat pentru a acoperi cel puin nevoile menionate?

care este tipul de alimentare de rezerv pe care l vom alege,n caz de probleme cu sistemul fotovoltaic?cum alegem efectiv bateriile de acumulator

(se aleg baterii cu descrcare adnc sau cu racord adnc)?n funcie de aceste criterii, va fi posibil s se calculeze capacitatea bateriei.

Capacitatea baterieiCapacitatea baterieiAh=Wh/VAh=Wh/V

Cap.bat=Capacit.en.stocaCap.bat=Capacit.en.stocat x Autonomiet x Autonomie(z) /(z) /Grad de desc(%) x TensGrad de desc(%) x Tens



Legarea mixt a bateriilor pentru a obine puterea i tensiunea necesarunui sistem de acumulare a energiei dintr-un sistem fotovoltaic autonom



5.DESIGN-UL UNUI CONTROLER

Controlerelegestionez interaciunilei fluxurilor de energie

ntre o reea PV,setul de baterii,i consumatori



Procesul de ncrcarea bateriei ntr-o singur etap

este mai simplu ,din punct de vedere funcional,

dar procesul de ncrcaren mai multe trepte aduce

bateriile ntr-o stare mai marede ncrcare.




Controlerele de incarcare protejeazbateriile de suprancrcare prin

-oprirea

- limitarea curentului de ncrcare.





Controlerele de incarcare protejeazbateriile de suprancrcare prindeconectarea sarcinilor cnd

tensiunea bateriei este sczut.




Controlerele de ncrcare de tip unt regleaz curentul de ncrcare prin scurtcircuitareapanourilor.




Controlerele de ncrcare serie regleaz curentul de ncrcare prin deschidereacircuitului panourilor PV.




Pulse-Width Modulation (PWM) simuleaz un nivel mai sczut al curentului depuls,urmat de un nivel mai ridicat curent ON i OFF pentru intervale scurte de timp.




Controlerul MPPT de urmrire a punctului de putere maxim manipuleaz sarcinsau tensiunea de ieire a unui panou, n scopul de a menine funcionarea la sau

lng punctul de puterea maxim n conformitate cu modificarea condiiilor detemperatur i iluminare



Anumite tipuri de controlere de ncrcare regleaz curentul prin dirijarea excesuluide putere spre o sarcin auxiliar, n cazul n care bateriile sunt complet ncrcate.





Criterile de alegere a unui controler de ncrcare-Tensiunea sistemului

-Modulele PV i curentul maxim de ncrcare al acestora-Tipul de baterii i capacitatea de stocare

-Tipul de controler -unt,serie,PWM sau MPPT-Necesarul de putere

-Capacitatea de disipare a cldurii-Protecia la supratensiuni

-Controlul sursei de rezerv-Condiiile de funcionare

-Preul,Garania i Disponibilitatea.



6.DESIGN-UL UNUI INVERTORAtunci cnd sistemul are consumatori de curent alternativ(cel mai utilizat caz)

Se introduce in componenta acestuia un aparat care transform curentul continuufurnizat de panourile fotovoltaice n curent alternativ...

Invertoarele suntrealizate in diferite

configuraii i tipodimensiuni



Unda de curent alternativ poate lua o diversitate de forme...

6.DESIGN-UL UNUI INVERTOR

-Dreptunghiulare (ptrate)-Pseudo sinusoidale-Sinusoidale pure



Invertoarele Stand-alone (autonome) sunt conectate la sistemul de bateriiiar alimentarea AC (CA) la un panou de distribuie care este independent de reea.



Criterile de dimensionare

-Tensiunea de intrare

Aceiai ca i tensiunea bateriei (12,24,sau 48V DC)Tensiunea de ieire

n Romnia 220/230VAC,50 Hz

ATENIE!Nu se dimensioneaz invertorul funcie de mrimea panoului sau a

panourilor solare ci n funcie de

Puterea maxim instantanee a consumatorilor.





Invertoarele au un randament de transformare de circa 90%deci la valoarea maxim a puterii instantanee

se mai aduce o corecie de 10% pentru a compensa randamentul invertorului

n cazul n care sistemul are n componen motoarese va ine cont de curentul de pornire al acestora

Este cazul frigiderelor,aparatelor de aercondiionat,mainilor de splat etc...



7. DIMENSIONAREA UNUI CABLU SOLAR7. DIMENSIONAREA UNUI CABLU SOLAR

Cablurile solare sunt proiectate s reziste la condiii specialeasociate cu utilizarea acestora i pot asigura o durat de via de peste 30 de ani

Cablurile uzuale,chiar i cele de exterior,nu sunt concepute s reziste la variaii de temperatur (-20 gr.C - + 80 gr.C)

temperaturi care se ating n imediata apropiere a modulelorDe asemenea trebuie s reziste la ultraviolete i s rmn flexibile

i uor de manipulat pe toat durata de utilizare

Mrimea,tipul izolaieirezistena i alte informaiisunt trecute pe mantauaexterioar a conductorilor



Rezisten unui cablu electric

R = rezistivitatea(Ohm/m) x Lung.(m)/Sec(mp.)

Un cablu de Cu de 20 m i 10mmpR=0,000000017 x 20/0,00001 = 0,034Ohm

P este egal cu rezistena nmulit cu ptratul puteriiCunoscndu-se puterea se calculeaz curentul i apoi rezistena cablului electric

i se ajunge la seciunea necesar n sistem.

La calcularea seciunii n curent continuu se ia n consideraredublul lungimii cablului



Pentru simplitate exist deja tabele cu lungimile i curenii precalculaiastfel nct dimensionarea se face foarte rapid



Cum se reduc pierderile ntr-un cablu electric

Prima soluie este de a lua o seciune mai mare de cablu, dar poate costaA doua soluie este s se asigure c actuala putere nu este prea mare n cablul.Pentru aceeai putere, pentru a reduce intensitatea putem s cretem tensiunea.altfel spus, noi trebuie s legm modulele n serie n loc de punerea lor n paralel.n acest caz, sistemele nu mai produc 12V, dar vor produce putere la 24V sau 48V

A treia soluie este de a reduce distantele ct mai mult posibil, astfel ca energiaelectric s fie produs, stocat i transformat ntr-un singur loc.

n cele din urm, n cazul n lungimi de cablu sunt prea mari, atunci cel mai bine estede a combina modulele, controlerul, bateriile-= si un invertor n acelai loc pentru a

putea transporta energie electric de curent alternativ.tiind c pierderile unui sistem PV pot ajunge pn la 20% ntre ceea ce este produsde module i energia electric consumat este un fapt, este important s se utilizezemateriale pentru a minimiza aceste pierderi. n ceea ce privete cablurile, de obicei,

se ncerca s se limiteze pierderile la 3%.



Pretul unui sistem fotovoltaic

Pentru a exprima preul unei instalaii fotovoltaice, conectat la reea sau autonom,se face prin raportul "euro /Watt-peak ( / Wp)mprim costul instalaiei la puterea sa.Este o unitate de comparaie, s se diferenieze facilitile practice scumpe sau ieftine

(5 / Wp este mult mai ieftin dect 8 / Wp, indiferent de dimensiunea instalaiei).La sistemele fotovoltaice autonome se iau n calcul bateriile care pot modifica preul.

n kiturile pentru PV autonome sunt disponibile module standardcu o putere mai mare sau mai mic a capacitii bateriilor (pentru aceeai tensiune)

Panourile solare au o durat de via depete adesea 30 de ani,alte elemente ale sistemului fotovoltaic trebuie s fie schimbate la fiecare civa ani.

- bateriile trebuie s fie nlocuit la fiecare 5-8 ani- controlerul i invertorul aproximativ la fiecare 15 ani.



In graficul de mai susvei gsi un ordin de mrime de pre pentru sistemele fotovoltaice,functie de marimea lor



NTREBRI ?

V MULUMESC !

arel_sfa

Documents