etapy projektowania instalacji fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 instalacje...
TRANSCRIPT
![Page 1: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/1.jpg)
Etapy Projektowania
Instalacji
Fotowoltaicznej
Analiza kosztów
![Page 2: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/2.jpg)
Główne składniki systemu fotowoltaicznego
![Page 3: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/3.jpg)
1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie 90-110 kWh energii
elektrycznej w warunkach klimatycznych Europy Północnej.
W zależności od funkcjonalnych wymagań stawianych systemowi, w jego
skład wchodzą poza modułami inne urządzenia, takie jak inwerter DC-AC,
bateria akumulatorów, kontrolery systemu, przewody i filtr
antyprzepięciowy. Każdy z tych elementów musi być indywidualnie
dobrany do projektowanej instalacji.
![Page 4: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/4.jpg)
Pierwszym krokiem przy dokonywaniu doboru elementów instalacji
fotowoltaicznej jest określenie rodzaju instalacji. Może to być
- instalacja stacjonarna,
- nadążna (ang. sun-tracking),
- samodzielna (ang. off-grid)
- lub dołączona do sieci (ang. in-grid).
- hybryda inne
![Page 5: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/5.jpg)
Najważniejszym problemem podczas projektowania samodzielnego
układu fotowoltaicznego jest dobór wielkości zasilania (modułów
ogniw PV i baterii akumulatorów) do poziomu zapotrzebowania na
energie elektryczna obiektu.
Sytuacja jest jeszcze trudniejsza, gdy źródło to ma być
wystarczające przez cały rok. Na niektórych obszarach prowadzi to
do nieekonomicznego zwiększania powierzchni modułów
fotowoltaicznych i baterii akumulatorów. Należy niekiedy
przeanalizować wspomaganie zasilania w okresach mniejszego
nasłonecznienia.
![Page 6: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/6.jpg)
Podstawowym kryterium jest wymagana moc nominalna (od 2-4 kW
dla domu jednorodzinnego do kilkuset megawatów dla instalacji
naziemnych o największej skali) oraz miejsce montażu (dach o
określonym nachyleniu, elewacja budynku, samodzielny system na
stelażu) z uwzględnieniem wielkości systemu.
Przy wyborze rodzaju modułów PV należy wziąć pod uwagę, jak
różne rodzaje ogniw pracują w warunkach zmiennego
nasłonecznienia (ogniwa cienkowarstwowe osiągają lepsze
efekty przy słabym nasłonecznieniu niż ogniwa krystaliczne),
przy częściowym zacienieniu i w zmiennej temperaturze.
![Page 7: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/7.jpg)
Moduły fotowoltaiczne są klasyfikowane wg nominalnej mocy wyjściowej
wyrażonej w Wp (peak Watt), czyli mocy wyjściowej, uzyskanej z danego
modułu w warunkach STC (Standard Test Conditions), odpowiadających
temperaturze modułu 25°C, natężeniu promieniowania słonecznego 1000 W/m2 i
rozkładowi spektralnemu promieniowania AM 1,5 (bezchmurne niebo w
południe).
Należy jednak pamiętać, że rzeczywiste warunki nasłonecznienia są zmienne i
zwykle otrzymuje się wartości mocy wyjściowej równe od 85 do 90% wartości,
odpowiadającej warunkom STC. Poza zmiennym nasłonecznieniem również
temperatura modułu rzadko odpowiada warunkom STC, a jej wzrost redukuje
otrzymywane napięcie i moc o ok. 0,5% na każdy 1°C, skutkiem czego
stuwatowy moduł o temperaturze 45°C wykazuje 10-procentowy spadek mocy i
faktycznie dostarcza 90 W. Oczywiście całkowity efekt energetyczny jest
uzależniony od ilości energii pochłoniętego promieniowania słonecznego.
![Page 8: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/8.jpg)
W przypadku modułów PV nie zaleca się stosowania
koncentratorów promieniowania, które wprawdzie pomnażają ilość
padającego na moduł promieniowania, ale skutkuje to jednocześnie znacznym
wzrostem temperatury modułów, co prowadzi do ich uszkodzenia i jest przyczyną
utraty gwarancji producenta.
Należy pamiętać, że samooczyszczanie modułów jest możliwe przy kątach
nachylenia powyżej 15°. W niektórych przypadkach istotne są również
walory estetyczne, takie jak kolor ogniw i ram, ewentualnie brak ramy.
Niezależnie od pozostałych czynników względy ekonomiczne mają często
decydujące znaczenie.
![Page 9: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/9.jpg)
Najpoważniejszym problemem podczas projektowania samodzielnych
układów fotowoltaicznych jest dopasowanie wielkości źródła zasilania (mocy
modułów PV) i baterii akumulatorów do poziomu zapotrzebowania na energię
elektryczną na podstawie oszacowanego dziennego zużycia energii elektrycznej.
Sytuacja staje się trudniejsza, gdy źródło to ma być wystarczające przez cały rok.
Na niektórych obszarach prowadzi to do nieekonomicznego zwiększenia
powierzchni modułów fotowoltaicznych i baterii akumulatorów.
Dlatego w przypadku korzystania z obiektu wyposażonego w instalację PV przez
cały rok zaleca się użycie systemu, w którym jest ona wspomagana przez inne
źródło energii elektrycznej w okresach niewystarczającego nasłonecznienia.
![Page 10: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/10.jpg)
Jak określić ilość modułów?
Z wielu metod doboru generatora PV najprostsza bazuje na wartości mocy
nominalnej modułów, uwzględniając, wszelkie straty za pomocą
odpowiednich współczynników:
Eid = PPV Z1-Z2-Z3 - V
Gdzie:
Eid - wydajność energetyczna systemu PV (kWh/dzień), pokrywająca
dzienne zużycie energii elektrycznej,
PPV - poszukiwana moc nominalna modułów [kW],
Z1 - średnia dzienna ilość godzin słonecznych w warunkach STC (h/dzień)
(jest to współczynnik związany z położeniem Ziemi i miesiącem roku),
Z2 - współczynnik związany z odchyleniem od płaszczyzny poziomej,
Z3 - współczynnik związany z temperaturą modułu,
V - Starty
![Page 11: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/11.jpg)
Jakie straty?
V = V1 - V2 - V3 = 0,76
V1 - współczynnik uwzględniający spadki napięcia, które mogą wystąpić na
przewodach (ok. 3%), i straty związane z użyciem akumulatora (ok. 3%). Tak
więc starty należy przyjąć jako 6%. Wydajność systemu powinna być
zredukowana przez V1= 0,94.
V2 - sprawność przemian energii elektrycznej w energię chemiczną i z
powrotem w elektryczną, które zachodzą w akumulatorach zależą od typu
akumulatora, jego wieku,, temperatury pracy, głębokości rozładowania oraz
wartości prądu ładowania i rozładowania. Średnio starty te można przyjąć
na poziomie 10%. A więc procesy te zachodzą ze sprawnością V2 = 0,9.
V3 - straty wiążące się z wahaniami napięcia, generowanego podczas
zmiennego nasłonecznienia i przy różnej temperaturze modułu, co
powoduje, że nie pracuje on w pobliżu punktu maksymalnego mocy.
Ostatecznie V3 = 0,9.
![Page 12: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/12.jpg)
Ostateczni wielkość generatora (moc zainstalowanych modułów)
obliczamy ze wzoru:
![Page 13: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/15.jpg)
Obliczenie przekroju przewodów elektrycznych z założeniem trzyprocentowych
liniowych spadków napięcia.
Dobór przewodów elektrycznych
![Page 16: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/16.jpg)
Dobór wielkości akumulatora
Zadaniem akumulatora w systemie PV jest kompensowanie
niedopasowania zapotrzebowania na energię i poziomu dostarczanej
chwilowo energii elektrycznej. Związane jest to z porą dnia (więcej energii
zużywa się zwykle wieczorem, a otrzymuje w południe), ze zmiennością
natężenia padającego promieniowania i koniecznością posiadania
pewnego zapasu energii (na około 2 - 3 dni latem i 3 - 5 dni zimą).
W celu przedłużenia żywotności akumulatora pokrycie zapotrzebowania na
energię warto przewidywać z 50-procentowym zapasem, aby uniknąć
głębokiego rozładowania.
![Page 17: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/19.jpg)
Żywotność akumulatorów szacuje się na siedem do 10 lat lub nawet
więcej, pod warunkiem właściwej eksploatacji. Zaleca się stosowanie
akumulatorów ołowiowych, przy czym akumulatory przystosowane
do wykorzystywania w instalacjach solarnych mają nieco
zmodyfikowaną strukturę w stosunku do używanych w motoryzacji,
głównie w celu wydłużenia ich trwałości.
Większość akumulatorów wymaga stosowania regulatora stanu
naładowania, który zapobiega głębokiemu rozładowaniu oraz
przeładowaniu
![Page 20: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/20.jpg)
Istnieje kilka koncepcji zastosowania inwerterów w systemach
fotowoltaicznych.
a) układ kilku równolegle połączonych szeregów modułów PV, dołączony do
centralnego inwertera; ograniczenie do kilkuset kW mocy,
b) kilka szeregów modułów PV o mocy od 500 W do 2,5 kW, każdy dołączony do
inwertera,
c) inwertery dołączone indywidualnie do każdego z modułów; rozwiązanie
korzystne, gdy pojedyncze moduły są zacienione lub nie mają tej samej mocy
znamionowej.
![Page 21: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/21.jpg)
Wykorzystanie Aplikacji internetowych:
Ilość energii uzyskanej z modułów fotowoltaicznych uzależniona jest od bardzo
wielu czynników. Kalkulator energii pozwala szybko przeliczyć produkcję
energii z instalacji fotowoltaicznej w zależności od:
technologii modułów
powierzchni dachu
mocy zainstalowanej
kąta pochylenia modułów
orientacji względem stron świata
www.ibc-solar.de
javascript:void(window.open('http://www.ibc-
solar.de/EN/fileadmin/content/Animationen/Solarrechner/solarrechner_in_e
n.swf','Kalkulator%20energii%20IBC%20-
%20Solar','resizable=no,location=no,menubar=no,scrollbars=no,status=no,
toolbar=no,fullscreen=no,dependent=no,width=706,height=485'))
![Page 22: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/22.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce – ANALIZA KOSZTÓW
Ceny modułów PV w zależności od mocy
![Page 23: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/23.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Struktura kosztów instalacji PV w zakresie mocy 1-100kW
![Page 24: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/24.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Porównanie kosztów montażu instalacji PV
![Page 25: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/25.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Struktura kosztów montażu instalacji PV w zakresie 1-100kW
![Page 26: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/26.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Ogólne koszty instalacji PV w zakresie 1-100kW
![Page 27: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/27.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Roczne koszty eksploatacyjne
![Page 28: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/28.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Struktura kosztów eksploatacyjnych instalacji PV w zakresie 1-100kW
![Page 29: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/29.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Koszty jednostkowe instalacji PV w zakresie 1-100kW
![Page 30: Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznejoze.utp.edu.pl/zseminarium/1.2 Instalacje fotowoltaiczne - Obliczanie… · 1 m2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052612/5f0efbda7e708231d441e872/html5/thumbnails/30.jpg)
Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW
Podsumowanie