SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22

Transkrypt

1 SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22 Wykład: ENERGETYKA SŁONECZNA - FOTOWOLTAIKA Prowadzący: dr inż. Marcin Michalski kontakt: energetyka.michalski@gmail.com energetyka.michalski

2 Wykład: ENERGETYKA SŁONECZNA - FOTOWOLTAIKA wtorek:

3 Wprowadzenie do fotowoltaiki 3

4 4 Wprowadzenie do fotowoltaiki Rys. Promieniowanie słoneczne całkowite w Polsce: od kwh/m2rok (średnia długoterminowa). Poszczególne sumy roczne energii promieniowania całkowitego mogą odbiegać od średniej: do 30%.

5 Wprowadzenie do fotowoltaiki 5

6 6 Wprowadzenie do fotowoltaiki Rys. Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi

7 7 Wprowadzenie do fotowoltaiki Rys. Średnie dzienne sumy promieniowania całkowitego. Poszczególne sumy miesięczne energii promieniowania całkowitego mogą odbiegać od średniej: do 50%.

8 8 Wprowadzenie do fotowoltaiki Słońce jako źródło energii: - potencjał promieniowania słonecznego w Polsce: ok kwh/m2rok - ok % tej energii przypada na miesiące ciepłe: od kwietnia do września (6 miesięcy w roku) - wartość energii słonecznej w warunkach polskich zawiera się w granicach 0 5,5 kwh/m2dzień; w ciągu miesiąca osiąga wartość 11,6 160,1 kwh/m2 - ilość godzin w roku, możliwych do praktycznego wykorzystania energii słonecznej wynosi ok h (usłonecznienie) - średnia moc promieniowania (wielkość przyjmowana do obliczeń): ok. 800 W/m2

9 9 Wprowadzenie do fotowoltaiki Optymalny kąt ustawienia paneli PV: 1. Instalacja on-grid 30-35ᵒ 2. Instalacja off-grid całoroczna 45-60ᵒ CZERWIEC Kąt, ᵒ Strata, % 1,83 1,87 2,86 3,24 3,75 4,53 CAŁY ROK Kąt, ᵒ Strata, % -0,32 0,07 0,67 1,21 1,59 2,39

10 10 Systemy fotowoltaiczne

11 Systemy fotowoltaiczne ogniwa PV I generacji 11

12 Systemy fotowoltaiczne ogniwa PV II generacji 12

13 Systemy fotowoltaiczne ogniwa PV III generacji 13

14 14 Systemy fotowoltaiczne Perowskity nowa technologia w fotowoltaice Perowskity to grupa nieorganicznych związków chemicznych. Nowa technologia zaproponowana przez Olgę Malinkiewicz charakteryzuje się szybkim czasem produkcji oraz nie wymaga zastosowania skomplikowanych urządzeń. Przeprowadzana jest w warunkach próżniowych niskotemperaturowych. Polega na naniesieniu sprayem cienkiej warstwy perowskitów na dowolny materiał np. folię. Aktualnie sprawność dochodzi do 20%, zaś w przyszłości może osiągnąć nawet 30%. Ogniwo perowskitowe. Foto: Olga Malinkiewicz.

15 Typy systemów fotowoltaicznych - mikroinstalacje (do 40 kw) - małe instalacje ( kw) oraz ( kw) - duże systemy 200 kw+ Sieć niskiego napięcia 230V: teoretycznie do 200kW, praktycznie do 100kW. Sieć średniego napięcia 15kV: teoretycznie do 10MW, praktycznie do 5MW. Sieć wysokiego napięcia 110kV: powyżej 5MW - Dobór ze względu na miejsce (dach lub grunt) - Dobór ze względu na inwerter mikroinwerter inwerter szeregowy inwerter centralny 15

16 16 Dobór, montaż, regulacja systemów fotowoltaicznych

17 17 FOTOWOLTAIKA A PRAWO W POLSCE

18 Zakłady energetyczne w Polsce Operatorzy systemów dystrybucyjnych (OSD) 18

19 Typy systemów fotowoltaicznych 19

20 USTAWA O ODNAWIALNYCH ŹRÓŁACH ENERGII ORAZ SPOSOBY ROZLICZANIA VATu Nowelizacja ustawy z dnia Prosument -Brak Taryf FiT - Net-metering - Umowa z OSD - Licznik dwukierunkowy 8% czy 23% podatku VAT?

21 21 Systemy fotowoltaiczne Potencjał promieniowania słonecznego w Polsce: ok kwh/m2rok Instalacja fotowoltaiczna - 1kWp (7m2) =>1000kWh/rok z 1m2 PV ok 150 kwh/rok Sprawność PV ok 15% Elektrownia klasyczna 1kW 8760 kwh/rok Prawie 9 razy więcej!!!

22 22.Eksploatacja i konserwacja systemów fotowoltaicznych

23 Mycie instalacji fotowoltaicznej Mycie zaleca się wykonać wiosną. W czasie mycia należy przestrzegać zasad BHP, zdając sobie sprawę z tego, że instalacja fotowoltaiczna jest pod napięciem. Mycie należy wykonać wtedy, gdy temperatura fotoogniw jest zbliżona do temperatury otoczenia. Zabronione jest mycie paneli urządzeniami wysokociśnieniowymi. Nie wolno również chodzić po panelach. 23

24 24 Mycie instalacji fotowoltaicznej Brak cyklicznego, minimum 1-2 razy w roku, czyszczenia całej instalacji może mieć istotny wpływ na zmniejszenie się produkcji energii.

25 Mycie instalacji fotowoltaicznej 25

26 Mycie instalacji fotowoltaicznej 26

27 27 Usuwanie śniegu 2-centymetrowa warstwa śniegu ogranicza natężenie promieniowania do około 20%, podczas gdy przez warstwę 10-centymetrową przechodzi już jedynie 3-4% fotonów.

28 28 Utylizacja paneli fotowoltaicznych Zużyte panele fotowoltaiczne, jeśli nie są odpowiednio zagospodarowane, mogą powodować zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi, jak kadm czy ołów. Żywotność paneli fotowoltaicznych to, w zależności od producenta, okres około 25 lat, choć według niektórych zapowiedzi może być on wydłużony do 40 lat. Teoretycznie, wszyscy producenci urządzeń fotowoltaicznych są zobowiązani do ich odbioru po okresie pracy.

29 Utylizacja paneli fotowoltaicznych 29

30 30.BADANIA TERMOWIZYJNE

31 Kamera termowizyjna, kamera termalna, termowizor: urządzenie do rejestracji i wizualizacji rozkładu temperatury na powierzchniach obiektów (odwzorowania obrazu termalnego obiektów); Kamera przetwarza promieniowanie podczerwone, emitowane lub odbite na sygnał elektryczny, a następnie na obraz oglądany na ekranie, tzw. termogram. Składa się z układu optycznego, detektora promieniowania podczerwonego (zwykle półprzewodnikowego, głównie z krzemu Si, tellurku kadmu i rtęci CdHgTe lub antymonku indu InSb) wraz z układem chłodzenia, elektronicznego toru wzmacniania, przetwarzania i wizualizacji (w kolorach lub w odcieniach szarości). Encyklopedia PWN

32 Wymagania przy wykonywaniu pomiarów termowizyjnych instalacji PV - Instalacja fotowoltaiczna musi być w normalnym trybie pracy (moduły PV obciążone) - Moduł fotowoltaiczny powinien być ustawiony prostopadle do padania promieni słonecznych Kamera termowizyjna powinna być trzymana w odległości ok. 2-3 m od ogniwa oraz pod kątem ok Natężenie promieniowania słonecznego na powierzchnię modułów nie mniejsze niż 400 W/m2 zalecane wyższe niż 600 W/m2 - Warunki pogodowe w tym natężenie promieniowania słonecznego powinny być stabilne (pogoda sucha, bezchmurna, niskie temperatury otoczenia) - Z zależności od typu modułu oraz systemu mocowania badanie można wykonać z przodu lub tyłu modułu (a także obu) w zależności, z której strony otrzymamy lepszy obraz - Oprócz badania samej powierzchni modułu powinno wykonać się badanie połączeń kabli, puszek połączeniowych, diod blokujących, inwertera, skrzynek elektrycznych - Wykonując badanie z przodu modułu należy zachować szczególną uwagę na rzucany przez operatora cień. Należy tak się ustawić, aby nie zacienić badanego modułu. - Badając moduł z przodu należy zwrócić uwagę na odbite promieniowanie od powierzchni modułu i w zależności od pozycji słońca przyjąć taki kąt i pozycję badania, aby zminimalizować wpływ odbitego od szyby promieniowania na wynika badania.

33 Hotspoty na fotoogniwach

34 Skutek długotrwałego hotspotu

35

36

37 Programy do obsługi zdjęć termowizyjnych

38 Badania na farmach fotowoltaicznych - drony

39 Błędy pomiarowe

42 42

43 Układ klasyczny SolarEdge

44 SolarEdge

45 45 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

46 SolarEdge Poznaj zalety 2014 SolarEdge

47 Zasady działania Inteligentne panele PV Każdy panel PV jest podłączany do optymalizatora mocy Optymalizatory są połączone szeregowo do falownika (dłuższy string) Monitoring pokazuje wydajność każdego panela pv osobno 2014 SolarEdge 2

48 Zasady działania Porównanie z zespołem wioślarzy - liczba uderzeń jest 35 na minutę obie łodzie płyną tak samo szybko Sterowanie na poziomie stringu Sterowanie na poziomie paneli 2014 SolarEdge 3

49 Zasady działania Nadmierny wysiłek spowodował, że tylni zawodnicy są zmęczeni i wpływają negatywnie na resztę zawodników zawody są przegrane AA! Sterowanie na poziomie stringu AA! Sterowanie na poziomie paneli 2014 SolarEdge 4

50 Zasady działania 2014 SolarEdge 5

51 Przegląd zalet Monitorowanie na poziomie paneli Zaleta: Transparentność systemu oraz efektywne serwisowanie. Dokładna wiadomość, ile każdy moduł produkuje energii. -> pewność zysku Monitoring Całkowite pokrycie dachu na tej samej powierzchni Zaleta: Na dachu można zainstalować system o większej mocy niezależnie od orientacji i nachylenia dachu. Rozwiązanie dla trudnych dachów z zacienieniem. -> optymalne wykorzystanie powierzchni dachu Design & Elastyczność 2014 SolarEdge 6

52 Przegląd zalet Zaleta: Wyjątkowe rozwiązanie bezpieczeństwa. Optymalizatory mocy umożliwiają automatyczne obniżenie napięcia DC modułów za każdym razem, gdy odłączone jest zasilanie AC, odłączony jest falownik lub gdy nastąpi awaria instalacji zapewniając bezpieczeństwo podczas konserwacji lub w przypadku pożaru. Bezpieczeństwo & Serwisowanie Zaleta: Zwiększoną wydajność systemu do 25% Optymalizatory mocy zapewniają śledzenie MPP oddzielnie dla każdego panela PV. Pozwala to na pracę przy optymalnym prądzie i napięciu. Zużycie mniejszej ilości kabli DC Zwiększona wydajność instalacji 2014 SolarEdge 7

53 Zalety - Monitoring Monitoring każdego modułu osobno: Bieżąca obserwacja mocy każdego panela PV Bezpłatny system przez minimum 25 lat Szybka analiza błędu lub defektu oraz po serwisowa gwarancja poprawnego działania Dostęp do monitoringu przez internet, ios i Android Dostęp monitoringu na kilku poziomach uprawnień dla inwestora oraz instalatora Zaleta: Obniżenie kosztów eksploatacyjnych Wzrost dostępności systemu oraz produkcji energii Pewność poprawnego działania instalacji 2014 SolarEdge 8

54 Zalety - Monitoring Dokładne monitorowanie zysku instalacji na każdy dzień Dzięki wizualizacji każdego modułu osobno można szybko i dokładnie rozpoznać zacienienie lub niesprawnie działający panel pv Ranek: system startuje Godzina 11:00: dokładnie Godzina 14:00: zacienienie widać cień (komin) przez chmury 2014 SolarEdge 9

55 Zalety - wykorzystanie powierzchni dachu Każdy dach może więcej: Częściowo zacienione powierzchnie także produkują energię - produkcja energii każdego panela może wynieść rocznie nawet 200 kwh więcej Jednorodny wygląd dachu maksymalne wykorzystanie powierzchni dachu Tradycyjna konfiguracja systemu 2014 SolarEdge 10

56 Zalety wykorzystanie powierzchni dachu Realizacja skomplikowanego dachu (zacienienie) Łatwy design instalacji nawet przez trudne warunki (zacienienie) 3 dodatkowe moduły na garażu są podłączone do 1 stringu Mniejsze zapotrzebowanie na kabel ze względu na tworzenie tylko jednego string Możliwość dodania paneli PV w trakcie użytkowania instalacji, nawet jeśli są to panele innego producenta. Quelle: Photon Magazin Quelle: Photon Magazin 2014 SolarEdge 11

57 Zalety - bezpieczeństwo SafeDC : wyłącza automatycznie po stronie DC, kiedy falownik nie pracuje Zapobieganie ryzyka porażenia prądem oraz pożaru Automatyczne wyłączenie falownika, kiedy temperatura jest zbyt wysoka Aktywne unikanie łuku elektrycznego Zaleta: Lepsze zabezpieczenie domu oraz instalacji fotowoltaicznej Większe bezpieczeństwo dla firm instalacyjnych i straży pożarnej Lepsze warunki pod względem ubezpieczenia instalacji 2014 SolarEdge 12

58 Zalety więcej energii MPP Tracking na poziomie paneli Zasada SolarEdge zespół wioślarzy : każdy moduł produkuje tyle energii, ile może W przypadku systemów tradycyjnych decyduje o mocy stringu zawsze najsłabszy element Mismatch 2014 SolarEdge 13

59

60

61 Zalety więcej energii Co to jest Mismatch? Mismatch może mieć rożne przyczyny: Częściowo zacienione panele: śnieg, lukarna, komin, zieleń, chmury, brud Rożnicę temperatury: temperatura na dachu może się szybko zmieniać (wiatr, zacienienie) Starzenie paneli: panele w jednym stringu starzeją w różnym tempie. To powoduje długoterminowo zmniejszenie zysku systemu Różne starzenie paneli 2014 SolarEdge 14

62 Zalety więcej energii Mismatch konsekwencje: Przykład zacienienia Tradycyjny falownik System SolarEdge Szary kolor pokazuje zacienienie, żółty kolor pokazuje zacienione panele albo dotyczące stringi SolarEdge 15

63 Zalety więcej energii PHOTON potwierdza zwiększoną wydajność systemu do 25% Rzeczywiście, we wszystkich testowanych sytuacjach, urządzenie spowodowało większy uzysk energii z naszej instalacji pilotażowej Dzięki swoim właściwościom wszystko działa tak jak działać powinno. (PHOTON Magazin, 10/2011) Z częściowym zacienieniem: - 30,6% większy uzysk (zacienienie poziome) - 9,7% większy uzysk (zacienienie pionowe) Brak częściowego zacienienia: - 1,7% większy uzysk 2014 SolarEdge 16

64 Zalety więcej energii System fotowoltaiczny Stern: doposażenie systemu technologią SolarEdge - 20% więcej energii SMA kompletnie zastąpione systemem SolarEdge 2014 SolarEdge 17

65 Zalety więcej energii Niezależne badanie National Renewable Energy 28,3 %, 21,9 % i 24,3 % straconej energii w systemach tradycyjnych przy lekkim, średnim i silnym zacienieniu system SolarEdge odzyska z powrotem Wyniki SolarEdge systemu są dużo lepsze od systemu z mikro inwerterem System z zastosowaniem falowników firmy SolarEdge dostarczony do testów zwiększył uzysk energii. W zestawieniu średniorocznym SolarEdge odzyskał 24,8% energii straconej w wyniku zacienienia, podczas gdy system z zastosowaniem mikroinwerterów tylko 23,2% Matt Dovan, PV Evolution Labs 2014 SolarEdge 18

66 PROJEKTOWANIE SOLAREDGE

67

68

69

70 NOWE ZASADY? Na skutek zmian w Instrukcjach Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej od 1 kwietnia mikroinstalacje o mocy powyżej 3 kwp muszą być przyłączane trójfazowo, natomiast systemy o mocy 3-10 kwp muszą mieć możliwość odłączenia od sieci przez operatora. Co więcej, instalacje fotowoltaiczne o mocy ponad 10 kwp muszą umożliwiać operatorom sieci sterowanie mocą czynną.