wykład 2 wprowadzenie do...
TRANSCRIPT
Projektowanie systemów PV
Wykład 2
Wprowadzenie do energii
słonecznej i fotowoltaiki
cz. 2 dr inż. Janusz Teneta
C-3 pok. 8 (parter), e-mail: [email protected]
Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2012
WAŻNE !!!
home.agh.edu.pl/romus/OZE/Wyklady
PLIKI Z WYKŁADAMI I INNE INFORMACJE DOSTĘPNE SĄ POD ADRESEM:
Zalecana literatura
Biblioteka Główna AGH Książki Elektroniczne KNOVEL® LIBRARY
Handbook of Photovoltaic Science
and Engineering (2nd Edition)
Edited by: Luque, Antonio; Hegedus, Steven
© 2011 John Wiley & Sons
Zalety fotowoltaki
Nie emituje zanieczyszczeń
Nie wytwarza hałasu
Nie generuje wibracji
Nie ingeruje w środowisko i przestrzeń*
Łatwo ją zintegrować z budynkami
Gwarancja parametrów paneli PV na 25 lat
Fotowoltaika a ekologia
System fotowoltaiczny* o mocy 1kWp zainstalowany
w Polsce jest w stanie wyprodukować rocznie
od 850 do 950 kWh energii elektrycznej * System stacjonarny w optymalnym ułożeniu i w warunkach czystego horyzontu
Wielkości emisji zanieczyszczeń w roku 2011 w wyniku spalania paliw w Elektrowni Bełchatów dla bloków 1-12
Emisja całkowita
przypadająca na
produkcję energii
elektrycznej brutto
Emisja jednostkowa
z produkcji energii
elektrycznej
Emisja jednostkowa
z produkcji energii
cieplnej
Jednostki kg/MWh kg/MWh kg/GJ
SO2 2,678 2,671 0,102
NOx 1,342 1,336 0,078
pył 0,049 0,049 0,002
CO 0,383 0,382 0,015
CO2 1096 1091 63,06
Autonomiczny system fotowoltaiczny
1
2
3
4
6
5
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
1. Generator fotowoltaiczny
2. Regulator ładowania
3. Bank akumulatorów
4. Autonomiczny falownik
5. Odbiorniki stałoprądowe
6. Odbiorniki zmiennoprądowe
Sieciowe systemy fotowoltaiczne
1
2 3
4
Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS
1. Generator fotowoltaiczny
2. Jednofazowy falownik sieciowy z regulacją mocy
3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne
4. Publiczna sieć elektroenergetyczna
DC
AC
Magistrala
komunikacyjna
Sieciowe systemy fotowoltaiczne
1
2 3
4
Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS
1. Generator fotowoltaiczny
2. Jednofazowy falownik sieciowy
3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne
4. Publiczna sieć elektroenergetyczna
5. Wyłącznik (zdalnie sterowany)
DC
AC
Magistrala
komunikacyjna
1
2
1
2
Sieciowe systemy fotowoltaiczne
1
2 3
4
Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS
1. Generator fotowoltaiczny
2. Trójfazowy falownik sieciowy z regulacją mocy
3. Urządzenia sterujące / komunikacyjne
4. Publiczna sieć elektroenergetyczna
DC
AC
Magistrala
komunikacyjna
1
2
1
2
Autonomiczny system hybrydowy (DC)
1
2
3
4
6
5
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
1. Generator fotowoltaiczny
2. Regulator ładowania
3. Bank akumulatorów
4. Autonomiczny falownik
5. Odbiorniki stałoprądowe
6. Odbiorniki zmiennoprądowe
7 8
7. Generator pomocniczy
8. II Generator pomocniczy
9. Prostownik napięcia
9 9
Autonomiczny system hybrydowy (AC)
1
2
3
4
6
5
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
1. Generator fotowoltaiczny
2. Falownik sieciowy
3. Falownik sieciowy /
ładowarka
4. Bank akumulatorów
5. Publiczna sieć elektroenerget.
6. Odbiorniki zmiennoprądowe
7 8
7. Generator pomocniczy
8. II Generator pomocniczy
2
Hybrydowy (kogeneracyjny) system wyspowy
1
2
3
4
6 5
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
1. Bank akumulatorów
2. Falowniki wyspowe
3. Generator fotowoltaiczny
4. Falownik sieciowy (solar)
5. Generator pomocniczy
6. Hydrogenerator
7
8
7. Turbina wiatrowa
8. Falownik sieciowy (wind)
9. Generator na biogaz
9
Rozproszony system wyspowy
1
3
2
4
6
5
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
1. Generator fotowoltaiczny
2. Falowniki sieciowe
3. Falowniki wyspowe
4. Banki akumulatorów
5. Centrum dystrybucji energii
6. Odbiorniki energii
7. Generator pomocniczy
7
3
4
3
4
3
4
1
2
1
2
1
2
Zasada działania systemu wyspowego
Źródło: SMA TechnologyCompendium2
Dzień : energia z PV jest większa niż potrzeby odbiorników (ładowanie akumulatorów)
Noc: energia z PV = 0 – odbiorniki zasilane są z akumulatorów
Dzień : energia z PV jest mniejsza niż potrzeby odbiorników (dodatkowe zasilanie z akumulatorów)
Regulator napięcia Odbiornik DC
Generator pomocniczy
Regulator ładowania
Akumulatory
Generator PV
Przykład hybrydowego systemu fotowoltaicznego z generatorem pomocniczym
Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem stałoprądowym
Odbiornik AC
Regulator
ładowaniaOdbiornik DC
Generator
silnikowy
Turbina
wiatrowa
Generator PV
Prostownik /
ładowarka
Akumulator InwerterProstownik /
ładowarka
Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem zmiennoprądowym
Odbiornik AC Inwerter
Regulator ładowania
Generator silnikowy
Turbina wiatrowa
Generator PV
Akumulator
Fotowoltaiczny system hybrydowy: Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego
• Generatory benzynowe
• Generatory diesla
• Generatory gazowe
• Generatory na biopaliwa
• Ogniwa paliwowe
• Generatory termoelektryczne
• Generatory termofotowoltaiczne
• Elektrochemiczne źródła energii
• Turbiny wiatrowe
• Mikroelektrownie wodne
Jako generatory pomocnicze można użyć:
Sposoby montażu paneli słonecznych
Układy stacjonarne (zafiksowane) – baterie słoneczne pozostają w niezmiennej pozycji przez cały rok. W niektórych przypadkach spotyka się możliwość sezonowej (lato – zima) zmiany kąta elewacji baterii.
Układy orientowane – baterie codziennie „podążają” za Słońcem. Ruch odbywa się w jednej lub dwóch osiach. Napęd stanowią najczęściej silniki elektryczne ale spotyka się również napędy wykorzystujące zjawiska fizyczne związane z „ciepłem” promieniowania słonecznego. W układach elektrycznych występują dwa sposoby sterowania:
- zegarowy – zmieniający położenie baterii niezależnie od chwilowych warunków oświetleniowych
- czujnikowy – reagujący na odchylenie strumienia promieniowania słonecznego od aktualnego położenia baterii - hybrydowy – inteligentne algorytmy zegarowo-czujnikowe
Stacjonarny montaż paneli PV na otwartej przestrzeni
h
d
b
d1
Reguła dla naszej szerokości geograficznej:
d = 3*b
W sezonie zimowym, w godzinach okołopołudniowych poprzednie rzędy nie powinny zacieniać rzędów następnych.
Systemy stacjonarne na budynkach
above sloped roof
(stand-off)
on flat roof,
tilted
in front of
facade
in facade
on flat roof,
layed
awning
Na dachu
typu
„szedy”
(h)
Nad
nachylonym
dachem (a)
Na
nach.
dachu
(b)
Nad płaskim
dachem (c)
Na płaskim
dachu (d)
Przed fasadą (e)
Na fasadzie (f)
W formie markizy (h)
Images: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
Temperatura pracy modułów PV
•Nagrzewanie się modułów
wystawionych na
promieniowanie słoneczne.
• Jeśli tylna powierzchnia
modułu jest izolowana
termicznie temperatura ogniwa
może wzrosnąć nawet o 60°C
powyżej temperatury otoczenia.
•Zaprezentowane wyniki
pokazują temperaturę modułów
zamontowanych bezpośrednio
na termoizolacyjnej fasadzie
(czerwone punkty) oraz na
wysięgnikach ze szczeliną
wentylacyjną.
60
20
40
-20
0
400 200 0 800 600 1000
Oświetlenie W/m2]
Wzro
st
tem
pe
ratu
ry
[0C
]
Z chłodzeniem
linear Regression: ÜT = 0,04 * l – 0,6
Bez chłodzenia
linear regression: ÜT = 0,06 * l + 2,7
Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Wpływ montażu na wzrost temperatury
Różnice temperatury pomiędzy modułami słonecznymi a otoczeniem dla różnych sposobów montażu oraz spowodowane nimi straty produkowanej energii elektrycznej.
Zintegrowana fasada (bez wentylacji).
Zintegrowany dach (bez wentylacji).
Zintegrowana fasada (słaba wentylacja).
Zintegrowana fasada (dobra wentylacja)
Montaż dachowy,(słaba wentylacja).
Montaż dachowy (dobra wentylacja).
Stelaż dachowy (b. dobra wentylacja).
Moduł referencyjny (zamontowany swobodnie).. 22K
0.0%
1.8%
2.1%
2.6%
3.6%
4.8%
5.4%
8.9%
28K
29K
32K
35K
39K
43K
55K
Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
LOKALIZACJA
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
STARE
NOWE
DANE METEO
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
MODUŁY PV
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
MOC SYSTEMU
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
SPOSÓB MONTAŻU
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
KĄTY POCHYLENIA I AZYMUTU
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
OPCJE ŚLEDZENIA (UKŁAD NADĄŻNY)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
PLIK Z OBRYSEM HORYZONTU
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
FORMAT DANYCH WYNIKOWYCH
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
STRAT OBLICZEŃ
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Moduły na południowej fasadzie
Zintegrowane z budynkiem Wolnostojące
Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
Instalacje pilotażowe – dane pomiarowe z działających instalacji
FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka)
708,3 kWh/kWp
Instalacje pilotażowe – dane pomiarowe z działających instalacji
FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka)