Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznej. Analiza kosztów

Transkrypt

1 Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznej Analiza kosztów

2 Główne składniki systemu fotowoltaicznego

3 1 m 2 instalacji fotowoltaicznej może dostarczyć rocznie 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.

4 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

5 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.

6 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.

7 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.

8 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.

9 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.

10 Jak określić ilość modułów? Z wielu metod doboru generatora PV najprostsza bazuje na wartości mocy nominalnej modułów, uwzględniając, wszelkie straty za pomocą odpowiednich współczynników: E id = P PV Z 1 -Z 2 -Z 3 - V Gdzie: E id - wydajność energetyczna systemu PV (kwh/dzień), pokrywająca dzienne zużycie energii elektrycznej, P PV - poszukiwana moc nominalna modułów [kw], Z 1 - średnia dzienna ilość godzin słonecznych w warunkach STC (h/dzień) (jest to współczynnik związany z położeniem Ziemi i miesiącem roku), Z 2 - współczynnik związany z odchyleniem od płaszczyzny poziomej, Z 3 - współczynnik związany z temperaturą modułu, V - Starty

11 Jakie straty? V = V 1 - V 2 - V 3 = 0,76 V 1 - 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 V 1 = 0,94. V 2 - 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 V 2 = 0,9. V 3 - 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 V 3 = 0,9.

12 Ostateczni wielkość generatora (moc zainstalowanych modułów) obliczamy ze wzoru:

13

14

15 Dobór przewodów elektrycznych Obliczenie przekroju przewodów elektrycznych z założeniem trzyprocentowych liniowych spadków napięcia.

16 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.

17

18

19 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

20 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.

21 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 javascript:void(window.open(' 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'))

22 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce ANALIZA KOSZTÓW Ceny modułów PV w zależności od mocy

23 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Struktura kosztów instalacji PV w zakresie mocy 1-100kW

24 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Porównanie kosztów montażu instalacji PV

25 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Struktura kosztów montażu instalacji PV w zakresie 1-100kW

26 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Ogólne koszty instalacji PV w zakresie 1-100kW

27 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Roczne koszty eksploatacyjne

28 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Struktura kosztów eksploatacyjnych instalacji PV w zakresie 1-100kW

29 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Koszty jednostkowe instalacji PV w zakresie 1-100kW

30 Instalacje fotowoltaiczne w Polsce - ANALIZA KOSZTÓW Podsumowanie