Koncepcja systemu fotowoltaicznego o mocy 594 kwp na działkach 166/2, 166/3, 166/4, 166/5 w miejscowości Nowy Staw, powiat malborski, woj.

Transkrypt

1 Koncepcja systemu fotowoltaicznego o mocy 594 kwp na działkach 166/2, 166/3, 166/4, 166/5 w miejscowości Nowy Staw, powiat malborski, woj. pomorskie 1

2 Spis treści 1 Cel opracowania Warunki lokalne oraz opis terenu inwestycji Warunki lokalne Opis terenu inwestycji Opis systemu fotowoltaicznego oraz opis proponowanych rozwiązań technicznych Opis doboru modułów i falowników Opis rozwiązań technicznych Konstrukcja wsporcza pod moduły PV System monitorowania pracy instalacji PV Monitoring terenu oraz jego ogrodzenie Instalacja odgromowa Analiza pracy instalacji fotowoltaicznej... Błąd! Nie zdefiniowano zakładki Produkcja energii elektrycznej elektrowni PV... Błąd! Nie zdefiniowano zakładki Analiza parametrów pracy instalacji fotowoltaicznej... Błąd! Nie zdefiniowano zakładki Analiza zacienienia... Błąd! Nie zdefiniowano zakładki. 6 Spis załączników... Błąd! Nie zdefiniowano zakładki. 2

3 1 Cel opracowania Celem niniejszego opracowania jest przedstawienie koncepcji systemu fotowoltaicznego zlokalizowanego na terenie działek 166/2, 166/3, 166/4 i 166/5 znajdujących się w miejscowości Nowy Staw, powiat malborski. Opracowanie zawiera analizę konfiguracji wybranych komponentów systemu PV (modułów fotowoltaicznych oraz falowników) oraz analizę jakościową oraz ilościową proponowanego rozwiązania. W celu przygotowania niniejszego opracowania posłużono się programem do profesjonalnego projektowania oraz symulacji pracy systemów fotowoltaicznych PVSyst 6.39 oraz bazą danych meteorologicznych PVGIS (bezpłatna baza danych udostępniania przez Komisję Europejską) 1. 1 re.jrc.ec.europa.eu/pvgis, dostęp:

4 2 Warunki lokalne oraz opis terenu inwestycji 2.1 Warunki lokalne Warunki nasłonecznienia w Polsce dla płaszczyzny horyzontalnej przedstawione zostały na rysunku 1. Średnie wartości nasłonecznienia na płaszczyznę horyzontalną, płaszczyznę 30 oraz średnie miesięczne temperatury dla miejscowości Nowy Staw, zostały pokazane na rysunku 2. Rys. 1 Napromieniowanie w Polsce w skali roku na płaszczyznę horyzontalną [źródło: JRD Komisja Europejska re.jrc.ec.europa.eu/pvgis, dostęp: ] 4

5 Rys. 2 Napromieniowanie w płaszczyźnie horyzontalnej, optymalnej (30 ) oraz średnie temperatury w miejscowości Nowy Staw [źródło: JRD Komisja Europejska re.jrc.ec.europa.eu/pvgis, dostęp: ], H h napromieniowanie w płaszczyźnie horyzontalnej, H(30) napromieniowanie w płaszczyźnie 30, T 24h średnia temperatura dobowa W warunkach polskich z poprawnie zaprojektowanej instalacji o mocy nominalnej 1kWp można uzyskać ok kWh energii elektrycznej. Wartości te są prawdziwe dla systemu zainstalowanego w najbardziej optymalny sposób moduły skierowane na południe, brak źródeł zacienienia a rozrzut tych wartości wynika z zależności od warunków lokalnych (lokalne warunki pogodowe, zanieczyszczenie powietrza, temperatura, wysokość nad poziomem morza) oraz od jakości i technologii wybranych komponentów. Jakiekolwiek odstępstwo od orientacji optymalnej (odchylenie modułów od kierunku południowego, obecność źródeł zacienienia w postaci drzew czy budynków, wpływ dalekiego horyzontu itp.) powoduje zmniejszenie ilości wyprodukowanej energii elektrycznej z 1kWp zainstalowanej mocy. W celu wykonania symulacji do programu symulacyjnego zaimportowano dane meteorologiczne dla miejscowości Nowy Staw. 5

6 2.2 Opis terenu inwestycji Teren inwestycji obejmuje działki numer 166/2, 166/3, 166/4, 166/5 w miejscowości Nowy Staw. Na terenie tych działek znajduje się już zabudowa użytkowa, zlokalizowana na podwyższeniu terenu, od strony południowo-zachodniej, co ogranicza teren możliwy do zagospodarowania pod instalację fotowoltaiczną. Obszar objęty inwestycją może ograniczyć również decyzja administracyjna w wydanych Warunkach Zabudowy (WZ) dla przedmiotowego terenu. W tym opracowaniu przyjęto ograniczenia terenu wydane w WZ dla poprzedniej inwestycji (zabudowa użytkowa), tj. pas 20m z zakazem zabudowy od drogi powiatowej (pd-zach część działki działka 166/2) oraz pas 6m od projektowanej drogi gminnej (pd-wsch część działki działki 166/2-5). Od strony południowo-zachodniej, po drugiej stronie drogi powiatowej, znajdują się drzewa, lecz ich wysokość nie ma i nie będzie miała wpływu na pracę instalacji PV (zacienienie). Większość terenu inwestycji to płaski teren z gruntem utwardzonym oraz utwardzony mechanicznie plac manewrowy wraz z drogą dojazdową. Na terenie inwestycji nie ma drzew, których wycinka wiązałaby się z pozyskaniem pozwolenia, znajdują się jednak krzewy (wschodni róg działki), i młode nasadzenia (przy ogrodzeniu zabudowy), które należy usunąć przed rozpoczęciem prac budowlanych lub w ciągu kilku lat po zrealizowaniu inwestycji tak, by cień przez nie rzucany nie wpływał na pracę elektrowni PV. Teren inwestycji pokazany został na zdjęciach 1 3 poniżej. 6

7 Zdj. 1 Zabudowa użytkowa z drzewami po drugiej stronie drogi powiatowej, kierunek zdjęcia:południe Zdj. 2 Utwardzony plac manewrowy, wschodnie naroże działki krzewy do usunięcia 7

8 Zdj. 3 Teren inwestycji 4. Opis systemu fotowoltaicznego oraz opis proponowanych rozwiązań technicznych W tym punkcie opisano najważniejsze komponenty systemu fotowoltaicznego t.j. moduły fotowoltaiczne (moduły firm JA Solar) oraz falowniki (firmy ABB) wraz z ich konfiguracją i parametrami technicznymi. Opisano również pozostałe elementy składowe elektrowni PV, t.j. konstrukcję wsporczą pod moduły fotowoltaiczne, system monitorowania pracy instalacji, monitoring terenu, jego ogrodzenie oraz instalację odgromową Opis doboru modułów i falowników W systemie fotowoltaicznym przewidziano zastosowanie modułów multikrystalicznych firmy JA Solar o mocy 270Wp każdy oraz falowników firmy ABB Pro TL-OUTD-SX i TRIO-20.0-TL-OUTD-S2X. Podstawowe parametry modułu przedstawiono w tabeli 1, a parametry falowników w tabelach 2 i 3. Wizualizacja komponentów zamieszczona została na rysunkach 1, 2 i 3. 8

9 Parametr Wartość Moc wyjściowa [ VA ] Wsp. mocy (regulowany) 1/ 0-0 (char. indukcyjny-pojemnościowy) Ilość faz 3 Napięcie wyjściowe [ V ] 230/400 Maksymalny prąd wyjściowy [ A ] 3 x 50,3 Sprawność maksymalna/ważona [%] 98,3/98,0 Ilość MPPT/ilość wejść na MPPT [ szt. ] 1/8 Napięcie pracy MPPT [ V ] Napięcie wejściowe maksymalne [ V ] 1100 Napięcie wejściowe minimalne [ V ] 580 Wymiary (szer/wys/gł) [ mm ] 520/740/300 Waga [ kg ] 66 Tab. 2 Podstawowe parametry falownika PRO-33.0-TL-OUTD-SX Parametr Wartość Moc wyjściowa [ VA ] Wsp. mocy (regulowany) 1/ 0,9-0,9 (char. indukcyjny-pojemnościowy) Ilość faz 3 Napięcie wyjściowe [ V ] 230/400 Maksymalny prąd wyjściowy [ A ] 3 x 33A Sprawność maksymalna/ważona [%] 98,2/98,0 Ilość MPPT/ilość wejść na MPPT [ szt. ] 2/4 Napięcie pracy MPPT [ V ] Napięcie wejściowe maksymalne [ V ] 1000 Napięcie wejściowe minimalne [ V ] 430 Wymiary (szer/wys/gł) [ mm ] 702/1061/292 Waga [ kg ] 70 Tab. 3 Podstawowe parametry falownika TRIO-20.0-TL-OUTD-S2X 9

10 Rys. 1 Falownik ABB PRO-33.0-TL-OUTD-SX Rys. 2 Falownik ABB TRIO-20.0-TL-OUTD-S2X System fotowoltaiczny składać się będzie z 2200 sztuk modułów podzielonych. Moduły będą podłączone do 15 falowników PRO-33.0-TL-OUTD-SX oraz 1 falownika TRIO-20.0-TL- OUTD-S2X w następującej konfiguracji: 15 falowników PRO-33.0-TL-OUTD-SX po 3 równolegle podłączone łańcuchy na wejście 1 oraz 3 równolegle podłączone łańcuchy na wejście 2, 1 falownik TRIO-20.0-TL-OUTD-S2X po 2 równolegle podłączone łańcuchy na wejście 1 oraz 2 równolegle podłączone łańcuchy na wejście 2. Rozmieszczenie modułów w terenie oraz rozmieszczenie poszczególnych łańcuchów modułów przyporządkowanych do falowników znajduje się w załącznikach 1-1 i 1-2 tego opracowania Opis rozwiązań technicznych Konstrukcja wsporcza pod moduły PV Sugerowany sposób montażu modułów fotowoltaicznych dla elektrowni PV to systemowa konstrukcja wolnostojąca. Na terenie inwestycji do gruntu należy wbić przy pomocy kafara stalowe, ocynkowane ceowniki o odpowiednim przekroju lub wykorzystać 10

11 konstrukcję wkręcaną, następnie do ceowników zamocować konstrukcję pośrednią stalową lub aluminiową, nadającą odpowiedni kąt nachylenia modułów. Do konstrukcji pośredniej należy zamontować profile aluminiowe lub stalowe, na których bezpośrednio układane będą moduły fotowoltaiczne (w liczbie i układzie jak w załącznikach). Należy pamiętać by w przypadku wykorzystania konstrukcji aluminiowo-stalowej zabezpieczyć należycie miejsce styku aluminium-stal poprzez wykonanie przekładek uniemożliwiających bezpośredni kontakt dwóch metali. W koncepcji przewidziano montaż modułów w układzie portretowym w dwóch rzędach jeden nad drugim. Odległość między początkiem jednego rzędu a początkiem następnego wynosi 8,5m. Taka odległość nie zapewnia 100% braku występowania zacienienia modułów w miesiącach zimowych, lecz z uwagi na mały obszar potencjalnej inwestycji, jest to kompromis między maksymalną mocą zlokalizowaną na danych działkach a wpływem zacienienia na pracę poszczególnych łańcuchów modułów. Bardziej szczegółowa analiza zacienienia przeprowadzona została w punkcie 5 tego opracowania. W przypadku konstrukcji palowanej lub wkręcanej należy upewnić się, że w gruncie nie znajdują się rzeczy uniemożliwiające ten sposób mocowania podkonstrukcji. W przypadku występowania dużych kamieni, gruzu lub innych przedmiotów niemożliwych do usunięcia w łatwy sposób, należy w odpowiednich miejscach wykonać fundament betonowy. Na rysunkach 4 7 przedstawiono przykładową wizualizację możliwych rozwiązań konstrukcyjnych. Rys. 4 Konstrukcja palowana Rys. 5 Konstrukcja wkręcana 11

12 Rys. 6 Palowanie Rys. 7 System wolnostojący System monitorowania pracy instalacji PV By ułatwić zarządzanie systemem fotowoltaicznym i usprawnić jego serwis należy wyposażyć go w system monitorujący jego pracę. W tym celu niezbędne jest zainstalowanie datalogera Solar-Log 2000 firmy Solare Datensystem GmbH wraz z niezbędnym okablowaniem. Solar-Log 2000 umożliwia podgląd w czasie rzeczywistym parametrów chwilowych falowników, takich jak generowany prąd i napięcie w poszczególnych łańcuchach (wejściach), ilość wyprodukowanej energii elektrycznej, moc chwilowa, częstotliwość i napięcie sieci zawodowej, do której synchronizują się falowniki itp. W celu umożliwienia głębszej analizy pracy systemu dataloger należy wyposażyć w stację pogodową, monitorującą parametry meteorologiczne takie jak prędkość wiatru, temperatura otoczenia, natężenie promieniowania słonecznego padającego w płaszczyźnie modułów, temperatura modułów (pomiar realizowany za pomocą ogniwa referencyjnego w czujniku natężenia promieniowania). Na rysunkach 8 11 przedstawiono elementy składowe systemu monitorującego pracę instalacji PV. 12

13 Rys. 8 Solar-Log 2000 Rys. 9 Czujnik natężenia promieniowania słonecznego z ogniwem referencyjnym Rys. 10 Czujnik prędkości wiatru Rys. 11 Czujnik temperatury otoczenia Dataloger należy połączyć z falownikami za pomocą skrętki UTP ekranowanej kategorii min. 5. System monitorujący należy podłączyć do sieci wewnętrznej zabudowań użytkowych zlokalizowanych w obrębie planowanej inwestycji. Połączenie to można zrealizować za pomocą skrętki UTP kat. 5 lub przez sieć Wi-Fi, znajdującą się w budynku użytkowym, pod warunkiem wykorzystania Solar-Loga 2000 z funkcją Wi-Fi i upewnienia się, że sygnał radiowy wewnętrznej sieci będzie dostępny w miejscu montażu datalogera. Dane zebrane przez system monitorujący mogą zostać poddane analizie na komputerze PC przy pomocy specjalnego oprogramowania dostarczanego przez producenta urządzenia (licencjonowany portal www z możliwością zarządzania danymi). Monitoring jest niezbędnym elementem systemu fotowoltaicznego, gdyż umożliwia kontrolę jego pracy, 13

14 wykrycie nieprawidłowości jego działania, jak i usterek elementów składowych jeszcze na etapie początkowym Monitoring terenu oraz jego ogrodzenie Elektrownia fotowoltaiczna jako inwestycja wysokonakładowa wymaga zapewnienia odpowiedniej ochrony przed dostępem do jej elementów składowych osób trzecich, które mogły by zakłócić jej pracę lub uszkodzić któryś z elementów. Konfiguracja łańcuchów modułów fotowoltaicznych w proponowana w punkcie 4.1 zakłada pracę instalacji przy napięciu stałym sięgającym nawet 1000V. Jest to napięcie zagrażające zdrowiu lub życiu człowieka, dlatego wstęp na teren elektrowni powinny mieć jedynie osoby wskazane przez właściciela instalacji, przeszkolone w jej obsłudze. Z tego powodu teren całej instalacji PV powinien być wygrodzony ogrodzeniem o wysokości minimum 1,8m wykonanym z siatki stalowej, sztywnej. W uzasadnionym przypadku można zastosować ogrodzenie z drutem kolczastym. Na teren inwestycji powinna prowadzić brama wjazdowa o szerokości minimum 3m. Proponuje się wykorzystanie istniejącej drogi dojazdowej na plac manewrowy w charakterze głównego wjazdu na teren inwestycji. W celu zabezpieczenia elementów instalacji fotowoltaicznej przed kradzieżą sugeruje się wyposażyć instalację w system całodobowego monitoringu wizyjnego (CCTV). System powinien składać się minimum z 8 kamer przemysłowych z możliwością rejestracji w podczerwieni Instalacja odgromowa W celu zabezpieczenia elektrowni fotowoltaicznej przed negatywnymi skutkami wyładowań atmosferycznych należy wyposażyć ją w system ochrony odgromowej w postaci zwodów pionowych izolowanych lub nieizolowanych (z zachowaniem odstępu izolacyjnego od przewodzącej konstrukcji wsporczej modułów) w postaci masztów ustawionych za każdym rzędem modułów. Rozmieszczenie zwodów oraz ich wysokość powinna zostać dobrana z uwzględnieniem zapewnienia odpowiedniej strefy ochronnej dla wszystkich elementów instalacji fotowoltaicznej. Zwody pionowe można również zaprojektować jako krótsze i gęściej rozmieszczone, zamontowane na konstrukcji wsporczej modułów PV. Na rysunkach 14

15 12 i 13 przedstawiono przykładowe wykonanie instalacji odgromowej dla instalacji fotowoltaicznej. Rys. 12 Zwody pionowe (maszty) za rzędami modułów Rys. 13 Zwody pionowe na konstrukcji wsporczej 15