Wykład 2 Wprowadzenie do...

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


2. Jednofazowy falownik sieciowy z regulacją mocy

3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne

4. Publiczna sieć elektroenergetyczna

DC

AC

Magistrala

komunikacyjna


1

2 3

4



2. Jednofazowy falownik sieciowy

3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne


5. Wyłącznik (zdalnie sterowany)

DC

AC

Magistrala

komunikacyjna

1

2

1

2


1

2 3

4



2. Trójfazowy falownik sieciowy z regulacją mocy

3. Urządzenia sterujące / komunikacyjne


DC

AC

Magistrala

komunikacyjna

1

2

1

2

Autonomiczny system hybrydowy (DC)

1

2

3

4

6

5



2. Regulator ładowania


4. Autonomiczny falownik

5. Odbiorniki stałoprądowe


7 8

7. Generator pomocniczy

8. II Generator pomocniczy

9. Prostownik napięcia

9 9

Autonomiczny system hybrydowy (AC)

1

2

3

4

6

5



2. Falownik sieciowy

3. Falownik sieciowy /

ładowarka


5. Publiczna sieć elektroenerget.


7 8


8. II Generator pomocniczy

2

Hybrydowy (kogeneracyjny) system wyspowy

1

2

3

4

6 5



2. Falowniki wyspowe


4. Falownik sieciowy (solar)


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



2. Falowniki sieciowe

3. Falowniki wyspowe

4. Banki akumulatorów

5. Centrum dystrybucji energii

6. Odbiorniki energii


7

3

4

3

4

3

4

1

2

1

2

1

2

Zasada działania systemu wyspowego


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)

System typu Sunny Backup

Schemat elektrowni PV podpiętej do sieci

Systemy „czysto” fotowoltaiczne nie

gwarantują ciągłości zasilania odbiornika !!!

W układach o krytycznym charakterze stosuje się hybrydowe

systemy zasilania

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

Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

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

Układy koncentratorowe (systemy nadążne)

Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)

Układy koncentratorowe (systemy nadążne)

Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)

Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego

Problemy eksploatacyjne

Cienie

Brud

Śnieg

Moduły CIS przy częściowym zacienieniu

Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie

Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)

LOKALIZACJA



STARE

NOWE

DANE METEO



MODUŁY PV



MOC SYSTEMU



SPOSÓB MONTAŻU



KĄTY POCHYLENIA I AZYMUTU



OPCJE ŚLEDZENIA (UKŁAD NADĄŻNY)



PLIK Z OBRYSEM HORYZONTU



FORMAT DANYCH WYNIKOWYCH



STRAT OBLICZEŃ



Moduły na południowej fasadzie

Zintegrowane z budynkiem Wolnostojące



Instalacje pilotażowe– dane pomiarowe z działających instalacji

FASADA PV C3 AGH 1,92kWp

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)

Pobudka – to już koniec !!! Dziękuję za uwagę (niektórym)

Do zobaczenia na kolejnym wykładzie …. ?

Wykład 2 Wprowadzenie do...

Documents

Transcript of Wykład 2 Wprowadzenie do...