Systemy fotowoltaiczne stosowane w instalacjach prosumenckich rodzaje, komponenty, przegląd rozwiązań zagranicznych i krajowych

Transkrypt

1 Centrum Technologii Energetycznych Świdnica Systemy fotowoltaiczne stosowane w instalacjach prosumenckich rodzaje, komponenty, przegląd rozwiązań zagranicznych i krajowych Dr inż. Tadeusz Żdanowicz tadeusz.zdanowicz@pwr.edu.pl tel

2 Spis treści Zastosowanie systemów PV Typy i konfiguracja systemów fotowoltaicznych (PV) Zasoby energii słonecznej Koncepcje systemów PV (zarządzanie energią) Podstawowe elementy składowe systemów PV - moduły PV - falowniki - elementy montażowe - okablowanie, złącza - elementy zabezpieczające (nadprądowe, przeciwprzepięciowe, odgromowe) - akumulatory

3 Zastosowanie systemów PV prosument On-grid Małe rezyden. < 2 kw Crystalline modules Off-grid Średn. rezyden. 2 kw to 30 kw Thin film Backup Komercyjne 30 kw to 500 kw Przemysłowe To > 1 MW Concentrator modules > Każdy z segmentów rynku ma inne wymagania dotyczące produktów Źródło: SMA

4 Systemy fotowoltaiczne (PV) Systemy autonomiczne (off-grid) Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Generator fotowoltaiczny 2. Regulator ładowania 3. Bank akumulatorów 4. Autonomiczny falownik 5. Odbiorniki stałoprądowe 6. Odbiorniki zmiennoprądowe

5 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci (on-grid) 1 Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna

6 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci (on-grid) Źródło: J. Teneta, AGH

7 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci jednofazowej (on-grid) Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna 5. Wyłącznik (zdalnie sterowany) DC AC Magistrala komunikacyjna

8 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci trójfazowej (on-grid) Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Trójfazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące / komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna

9 Zasoby energii słonecznej Europa

10 Zasoby energii słonecznej Polska

11 OSZACOWANIE UZYSKU ENERGETYCZNEGO 1-kWp (c-si) systemu fotowoltaicznego w Polsce Miasto Roczna produkcja energii [kwh/kw] Min. Średnia Max. Roczne nasłonecznie (na 30 ) Różnica [kwh/kw] Białystok Bydgoszcz Gdańsk Katowice Kielce Koszalin Kraków Lublin Olsztyn Poznań Rzeszów Szczecin Warszawa Wrocław Zielona Góra Średnia z 60 lokalizacji

12 Zakłądając, że czteroosobowa rodzina rocznie zużywa około 3500 kwh energii elektrycznej to na pokrycie tej ilości energii rocznie potrzeba ~23-25 m 2 modułów PV (przy założeniu sprawności modułów ~14-15%)

13 Koncepcje systemów Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci jednofazowej; cała energia oddawana do sieci

14 Koncepcje systemów PV System PV dostarczający energię elektryczną bezpośrednio do sieci photovoltaic generaotor 2 house connection box 3 DC cabling 4 inverter 5 meters instalacja elektryczna budynku generator PV falownik energia oddana do sieci energia pobrana z sieci sieć energetyczna (Źródło: ISE-FhG, Freiburg, Niemcy)

15 Koncepcje systemów PV Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci jednofazowej; najpierw samokonsumpcja, nadwyżka energii oddawana do sieci

16 System PV dostarczający energię elektryczną pośrednio do sieci: Najpierw do instalacji elektrycznej budynku, a nadwyżkę do sieci Koncepcje systemów PV Example 1 solar meter 100 kwh 2 total consumption 1000 kwh 3 consumption meter 910 kwh 4 delivery meter 10 kwh instalacja elektryczna domu generator PV falownik licznik energii oddanej do sieci licznik energii pobranej z sieci sieć energetyczna (Źródło: ISE-FhG, Freiburg, Niemcy)

17 Koncepcje systemów PV Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci trójfazowej; cała energia do sieci

18 Koncepcje systemów PV Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci trójfazowej; najpierw samokonsumpcja, a nadwyżka energii oddawana do sieci

19 Koncepcje systemów PV Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci jednofazowej; najpierw samokonsumpcja, w drugiej kolejności ładowanie akumulatorów a nadwyżka energii oddawana do sieci

20 Koncepcje systemów PV Schemat blokowy systemu PV przyłączonego do sieci jednofazowej; najpierw samokonsumpcja, w drugiej kolejności ładowanie akumulatorów, energia nie jest oddajwana do sieci ale z możliwością poboru energii z sieci

21 Koncepcje systemów PV schemat blokowy systemu hybrydowego przyłączonego do sieci jednofazowej z akumulatorami, z generatorem PV, generatorem wiatrowym, spalinowym generatorem prądu (Diesel); najpierw samokonsumpcja, w drugiej kolejności ładowanie akumulatorów, nadwyżka energii do sieci

22 Power in W Centrum Technologii Energetycznych Świdnica listopada 2015 Koncepcje systemów PV Bez systemu magazynowania energia słoneczna konsumowana może być jedynie w czasie gdy system PV generuje Pora dnia PV produkcja Konsumpcja PV samoksumpcja Źródło: SMA

23 Koncepcje systemów PV inteligentny zintegrowany system z magazynowaniem energii dla nowych systemów PV (SMA) Wzrost wartości energii konsumowanej na miejscu 30 do 55% Źródło: SMA

24 Koncepcje systemów PV inteligentny elastyczny system z magazynowaniem energii dla już działających i nowych systemów PV (SMA) Wzrost wartości energii konsumowanej na miejscu 30 do 65% Źródło: SMA

25 Elementy systemów PV

26 Moduły fotowoltaiczne (PV) Popularne technologie komercyjne Płaskie: oparte o krzemowe ogniwa krystaliczne (85-90%) - monokrystaliczne - multikrystaliczne & quasi-mono Sprawności modułów 14 21% Płaskie cienkowarstwowe (10-15%) - telurek kadmu (CdTe) - diseleneki/siarczki miedziowo-indowe-galowe (CIGS) - krzemowe (msi, MJ-aSi) Sprawności modułów 7 14%

27 Moduły fotowoltaiczne (PV) Estetyka systemów: jedynie technologia Źródło: Wim Sinke: ECN, EU PTPV

28 Centrum Technologii Energetycznych Świdnica listopada 2015 Moduły fotowoltaiczne (PV) Estetyka: technologia i design! ECN s Black Beauty Źródło: Wim Sinke: ECN, EU PTPV

29 Falowniki

30 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci (on-grid) - konfiguracja generator connection box main DC switch main DC switch inverter inverter grid grid System PV z jednym centralnym falownikiem Generator PV z modułami połączonymi w szereg z falownikiem typu stringorientated Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

31 Systemy fotowoltaiczne (PV) Podłączone do sieci (on-grid) - konfiguracja inverter inverter inverter inverter grid grid Generator PV z modułami połączonymi równolegle z falownikiem typu stringorientated Generator PV z modułami połączonymi równolegle z falownikami typu moduleorientated Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

32 Centrum Technologii Energetycznych Świdnica listopada 2015 Planowanie Systemu fotowoltaicznego (PV) d = b x [sin( ) / sin ] h d 1 b b d d 1 h Szerokość modułu Odległość między sąsiadującymi rzędami Wolna przestrzeń między konstrukcjami wsporczymi Wysokość konstrukcji wsporczej Kąt pochylenia Kąt zacieniający d Definiowanie kątów pochylenia i odstępów pomiędzy rzędami modułów w przypadku wolnostojących generatorów PV Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

33 Planowanie System fotowoltaiczny (PV) tilt angle [ ] tilt angle [ ] east south west azimuth angle [ ] Energia promieniwania całkowita kwh/m 2 podczas letnio-wiosennej połowy roku (kwiecień - wrzesień) we Wroclawiu, jako funkcja pochylenia i kierunku (azymutu) east south west azimuth angle [ ] Energia promieniwania całkowita kwh/m 2 podczas jesienno-zimowej połowy roku (pażdz- marzec) we Wroclawiu, jako funkcja pochylenia i kierunku (azymutu) Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

34 Planowanie Systemu fotowoltaicznego (PV) NE E SE S SW W NW 21 Jun solar altitude [ ] 21 Apr 21 Mar 21 Feb 21 Dec time of day (CET) solar azimuth [ ] Krzywa położenia słońca (tzw. krzywa ekliptyczna) (Wroclaw) z zaznaczeniem obiektów, które będą powodowały zacienienie Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

35 Planowanie System fotowoltaiczny (PV) SE S SW azim. angle [ ] altitude angle [ ] Prosty analizator krzywych ekliptycznych. Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany

36 Planowanie systemu fotowoltaicznego (PV) System zacieniany częściowo przez komin System PV, w którym dwa fragmenty generatora PV zamontowane zostały pod różnymi kątami Photos: 1. Matthias Belz, Ralos Vertriebs GmbH, Erbach, Germany). 2. Seltmann, Fotovoltaik: Strom ohne Ende, Solarpraxis AG, Berlin, Germany

37 Systemy montażu Kształtowniki nośne Haki dachowe Zaciski oraz klamry mocujące Śruby z zaciskami Złącza (Źródło: IBC Solar, TopFix 200 )

38 Systemy montażu równomierne obciążenie na dużej powierzchni modułowa konstrukcja różne kąty nachylenia paneli dobra wentylacja szybka wymiana paneli kąt nachylenia paneli: (co 5 ) wstępnie zmontowane (Źródło: IBC Solar, TopFix 200 )

39 Systemy montażu Niskie obciążenie dachu instalacją - rozwiązanie dla dachów płaskich z niską rezerwą obciążenia granicznego Do instalacji na płaskim dachu bitumicznym lub pokrytym folią Dobra aerodynamika systemu Wysoka odporność na korozję dzięki zastosowaniu aluminium i stali nierdzewnej (Źródło: IBC-Solar)

40 Systemy montażu

41 Systemy montażu Mounting PV modules on roof - Unisole (Pride) Źródło: Unisole (Pride)

42 Systemy montażu a) c) b) d) Photos: DGS, Berlin, Germany; PHÖNIX SonnenStrom AG, Sulzemoos, Germany, Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Images: Conergy AG, Hamburg, Germany.

43 Systemy montażu Photos: DGS, Berlin, Germany; Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany;

44 Systemy montażu Systemy prowadzenia przewodów i systemy odgromowe

45

46