Moduły fotowoltaiczne w kamperach, przyczepach kempingowych i na jachtach.

Transkrypt

1

2

3 Moduły fotowoltaiczne w kamperach, przyczepach kempingowych i na jachtach. Moduły fotowoltaiczne (w skrócie moduły PV) są to urządzenia, w których zachodzi bezpośrednia konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zjawisko fotowoltaiczne zostało zaobserwowane w 1839 roku przez francuskiego fizyka Aleksandra Edmonda Becquerela. Dopiero w drugiej połowie XX wieku na skutek rozwoju technologii urządzeo półprzewodnikowych możliwe stało się zastosowanie procesów fotowoltaicznych w praktyce. Pierwsze efektywne ogniwa fotowoltaiczne zostały skonstruowane w 1954 w Laboratorium Bell-a. Od tego czasu obserwujemy wzrost zastosowao baterii fotowoltaicznych, a co najważniejsze stały spadek cen. Zaabsorbowane przez ogniwo promieniowanie słoneczne powoduje generowanie energii elektrycznej. Konwersja zachodzi w sposób czysty, niezawodny i, co najważniejsze, cichy. To powoduje, że ogniwa fotowoltaiczne są chętnie stosowane w turystyce karawaningowej. W powszechnym użytku są stosowane ogniwa wykonywane z: -krzemu monokrystalicznego o sprawności % -krzemu polikrystalicznego o sprawności 10-14% -krzemu amorficznego o sprawności 5-10% Same ogniwa fotowoltaiczne są zbyt kruche i nieodporne na warunki zewnętrzne by możliwe było ich praktyczne wykorzystanie bez dalszego przetworzenia. Nie mogą one istnied samodzielnie i dlatego łączy się je w większe jednostki funkcjonalne - moduły fotowoltaiczne. W języku potocznym funkcjonują również inne określenia - nie do kooca poprawne - na moduł fotowoltaiczny. Na ogół są to: bateria słoneczna, baterie słoneczne, panel słoneczny, panele słoneczne, solary, kolektory fotowoltaiczne. Moduł fotowoltaiczny definiowany jest jako urządzenie służące do przemiany światła słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Składa się on z pasemek zlutowanych ze sobą ogniw słonecznych, które są zalaminowane, pokryte szybą i oprawione w aluminiowe ramy. Dostępne komercyjnie moduły fotowoltaiczne mają moc od 5W do 230W i mogą byd dowolnie łączone w celu uzyskania żądanych parametrów. Moduły fotowoltaiczne są urządzeniami stałoprądowymi, generującymi napięcie pomiędzy 16 a 60Vdc (w zależności od modelu i producenta). Średnia wartośd natężenia promieniowania słonecznego poza atmosferą ziemską wynosi 1367W/m 2. Na skutek zjawisk związanych z odbiciem, rozpraszaniem i absorpcją w atmosferze (redukcja o około 30%) przyjęto, że natężenie promieniowania słonecznego padającego na ziemię w południe w słoneczny, bezchmurny dzieo wynosi około 1000 W/m 2. Całkowite promieniowanie składa się dwóch składowych: -promieniowania bezpośredniego, czyli tego, które dociera do Ziemi bezpośrednio ze Słooca, -promieniowania rozproszonego, które dociera ze wszystkich stron. Promieniowanie rozproszone to promieniowanie, którego nie możemy zogniskowad przy pomocy soczewki; np. docierające do nas przy pełnym zachmurzeniu.

4 W tabeli poniżej przedstawiono promieniowanie dla różnych warunków pogodowych. Czyste niebo W/m2 Lekkie zachmurzenie W/m2 Pełne zachmurzenie W/m2 Promieniowanie całkowite Promieniowanie rozproszone 10-20% 20-80% % Aby zapewnid największą skutecznośd konwersji energii słonecznej na energię elektryczną, należałoby doprowadzid do sytuacji, w której na panel fotowoltaiczny pada maksymalna ilośd promieniowana. Zachodzi to wówczas, gdy płaszczyzna modułu fotowoltaicznego jest prostopadła do osi Słooce Ziemia. Z uwagi na fakt, że w zależności od pory dnia zmienia się kąt padania promieni słonecznych w zasadzie panel powinien śledzid ruch Słooca na horyzoncie. Ponieważ takie rozwiązania są stosunkowo drogie, to nie znalazły powszechnego zastosowania. Na naszej półkuli i szerokości geograficznej przyjęto, że optymalnym kątem pochylenia baterii (bateria skierowana na południe) jest: -w okresie zimowym 60 o -w okresie wiosenno letnim 45 o Wielkośd kąta zależy oczywiście od szerokości geograficznej im bliżej równika się znajdujemy tym mniejszy będzie kąt pochylenia. Przy zastosowaniu modułów fotowoltaicznych w samochodach i przyczepach kempingowych oraz na jachtach, przyjęło się powszechnie montowanie tychże na dachu lub, w przypadku jachtów, na płaskiej powierzchni kadłuba. Mamy wówczas kąt pochylenia 0 o, czyli skutecznośd konwersji będzie największa w południe i przy podróżowaniu na południe Europy. Parametrem określającym sprawnośd systemu fotowoltaicznego jest współczynnik sprawności (ang. Performance Ratio - PR) Jest on zdefiniowany, jako stosunek energii wyprodukowanej do energii padającej na płaszczyznę pola fotowoltaicznego z uwzględnieniem sprawności modułów. PR=(E pv /E sg *STC)*100% Gdzie : PR-współczynnik sprawności E pv -energia wytworzona E sg -energia padająca STC- sprawnośd modułu w % Dla stacjonarnych systemów fotowoltaicznych współczynnik sprawności wynosi ok. 80% Dla systemów montowanych na kamperach, przyczepach i jachtach współczynnik będzie znacznie niższy. Spośród czynników, które wpływają na wartośd współczynnika mamy dwie grupy. Grupa 1 na którą nie mamy większego wpływu: -Rzeczywista moc wyjściowa modułów PV. Badania modułów wykazały, że rzeczywista moc modułów może się różnid od mocy nominalnej do 5 %.

5 -Rzeczywista temperatura powierzchni modułu PV. Charakterystyka I=f(U) (gdzie parametrem jest temperatura) pokazuje, że ze wzrostem temperatury obniża się wartośd napięcia mocy maksymalnej. W efekcie maleje moc modułu. Grupa 2 na którą mamy wpływ to: -Orientacja i nachylenie modułu PV. Poniższa tabela pokazuje jak kąt pochylenia modułu wpływa na ilośd energii padającej. Wyniki z tabeli są przybliżone i obowiązują dla naszej szerokości geograficznej. Kąt pochylenia modułu w stopniach Wykorzystana energia padająca w % Zacienienie i częściowe zacienienie modułu PV. Ze względu na fakt szeregowego łączenia pojedyoczych ogniw fotowoltaicznych w module nawet przy zacienieniu niewielkiego fragmentu modułu może znacząco obniżyd się wytwarzany prąd i w konsekwencji generowana energia. Dlatego też przy zastosowaniu modułów w kamperach i przyczepach musimy zdecydowad się na kompromis: Albo stawiamy nasz pojazd w miejscu zacienionym, godząc się na niższą produkcę energii, albo stawiamy pojazd w pełnym Słoocu i energię generujemy w stopniu maksymalnym. Tu od razu nasuwają się dwie uwagi praktyczne: 1.Korzystniej jest zastosować kilka modułów o niższej mocy połączonych równolegle niż jeden moduł o mocy wyższej. 2.W kamperach i przyczepach nie powinno się łączyć modułów szeregowo - zacienie jednego z nich ograniczy przepływ prądu również przez ten niezacieniony. -Straty po stronie stałoprądowej.

6 Źle wykonana instalacja przyłączenieniowa, szczególnie źle dobrane przekroje przewodów i luźne styki mogą byd przyczyną powstania spadków napięd uniemożliwiających ładowanie akumulatora i korzystanie z generowanej energii. Fakt ten wynika bezpośrednio z charakterystyki I=f(U) ) (patrz wyżej). Jeżeli założymy, że napięcie mocy maksymalnej dla danej temperatury wynosi 17 V, a napięcie ładowanie akumulatora 14V, to mamy zaledwie 3 V spadku napięcia na regulator ładowania. Dodatkowy spadek napięcia na przewodach i stykach może skutecznie wpłynąd na ładowanie akumulatora. Problem jest szczególnie istotny latem, gdy rośnie temperatura modułu. PMM- Punkt mocy maksymalnej dla określonej temperatury modułu. Aspekty stosowania modułów fotowoltaicznych w samochodach i przyczepach kempingowych oraz na jachtach: Z uwagi na fakt, że moduły PV są specyficznym źródłem energii przy projektowaniu i wykonaniu instalacji należy wziąd pod uwagę kilka czynników: 1.Moduł PV jest źródłem prądowym a nie napięciowym. Konsekwencją tego jest brak możliwości ograniczenia prądu przy pomocy bezpiecznika. Na szczęście moduły fotowoltaiczne są odporne na zwarcie. Popłynie przez nie prąd zwarciowy nieco wyższy od prądu nominalnego. Z drugiej jednak strony zwarcie może spowodowad miejscowe iskrzenie i niebezpieczeostwo pożaru. Zabezpieczeniem przed tym jest prawidłowe wykonanie instalacji elektrycznej. 2.Moduł PV jest takim źródłem energii, którego nie da się w prosty sposób wyłączyd. Nawet w warunkach bardzo słabego oświetlenia na zaciskach modułu pojawi się napięcie nominalne. Aby wyłączyd moduł, jako źródło energii, należałoby go całkowicie zasłonid. Na szczęście w instalacjach kamperowych i jachtowych korzystamy z napięcia 12 V. Typowe napięcia modułów dla tych aplikacji to V a więc napięcia zgodnie z obowiązującymi normami bezpieczne. Jest jednak istotna uwaga: jeżeli będziemy w nieumiejętny sposób majsterkowali z modułem o mocy np. 130W to w momencie przypadkowego zwarcia może popłynąd prąd do 8A. Modułowi nic się nie stanie, ale zwarcie przy takim prądzie może trochę wystraszyd. 3.Dobierając moc modułu fotowoltaicznego do swojego pojazdu należy wziąd pod uwagę szereg czynników: -Jak długie postoje planujemy, bez dostępu do energii zewnętrznej? -Jakie jest nasze dobowe zużycie energii? Czyli ile godzin pracuje oświetlenie (i o jakiej mocy)? Ile czasu będzie pracował TV, (jaka moc)? Itd. -Jaka jest pojemnośd naszego akumulatora pokładowego? -Czy lubimy się zatrzymywad w cieniu czy na miejscach nasłonecznionych?

7 -Czy modułu PV mają skutecznie pracowad również w zimie? 4.Miłym aspektem pracy modułów PV jest fakt, że przy prawidłowym podłączeniu do instalacji generują one prąd zawsze, gdy panele są oświetlone. A więc w czasie jazdy samochodem akumulator dodatkowy jest częściowo ładowany z alternatora a częściowo z modułu (odbywa się to automatycznie). Przy module 130 W ma to niebagatelne znaczenie, bo odciąża alternator. Dla przykładu 130 W całkowicie pokrywa zapotrzebowanie na energię pobieraną przez większośd lodówek. Sławomir Binder Moduły fotowoltaiczne można kupid i zamontowad w firmie Kamper-Serwis Sławomir Binder Tel