Proces projektowania, budowy i nadzoru nad pracą systemu PV

Transkrypt

1 Czyste energie Wykład 6 Proces projektowania, budowy i nadzoru nad pracą systemu PV dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2012

2 Proces projektowania systemu fotowoltaicznego

3 Projektowanie systemów fotowoltaicznych: Cel projektu/aplikacji Parametry elektryczne Lokalizacja Ograniczenia powierzchniowe Ograniczenia środowiskowe Ograniczenia finansowe Proces symulacji Weryfikacja wyników Budowa systemu Nadzór nad pracą systemu

4 Cel projektu Badawczy Demonstracyjny Użytkowy Komercyjny (zarobkowy) Prywatny Uniwersalny Indywidualny

5 Parametry elektryczne Maksymalizacja produkcji energii elektrycznej systemy zarobkowe Pokrycie konkretnych potrzeb odbiornika z zasilania fotowoltaicznego: Profil czasowo-mocowy odbiornika: napięcie autonomia chwilowe zapotrzebowanie na moc maksymalna potrzebna moc niezawodność zasilania

6 Kalkulator energii

7 Czasowy rozkład mocy

8 Lokalizacja Położenie geograficzne Dostępność energii słonecznej Optymalne kąty ustawienia baterii słonecznych Częściowe zacienienie przez obiekty znajdujące się w pobliżu: drzewa budynki Albedo wpływ odbicia od powierzchni płaskich przed instalacją (woda, trawnik, śnieg)

9 Ograniczenia powierzchniowe Powierzchnia dostępna na montaż instalacji: np. dach lub fasada budynku Parametry wytrzymałościowe: Duża powierzchnia baterii słonecznych to duże siły powstające przy wiejącym wietrze

10 Ograniczenia środowiskowe Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego w systemach hybrydowych Hałas Zanieczyszczenia powietrza (spaliny) Drgania Zagrożenie pożarowe

11 Ograniczenia finansowe: Budżet określony na wstępie projektu Instalacja podpięta do sieci powinna generować zyski na zakładanym poziomie Cel projektu powinien zostać osiągnięty za rozsądną cenę Liniowość kosztów instalacji PV możliwość rozbudowy etapami

12 Proces symulacji Reguły ogólne obliczenia ręczne Symulacje komputerowe Optymalizacja systemu iteracyjne dochodzenie do równowagi pomiędzy wskaźnikami jakości a kosztami

13 Komputerowe wspomaganie projektowania Specjalistyczne oprogramowanie darmowe (np. SunnyDesign by SMA) Specjalistyczne oprogramowanie komercyjne (np. PVSyst, Solar Design Studio) Otwarte środowiska obliczeniowe (np. Matlab) Bazy danych meteo (pomiary własne, Meteonorm, Helioclim)

14 Wskaźniki jakości Solar Fraction (Fsol) udział energii słonecznej w całkowitej ilości energii zużytej przez odbiornik docelowo 100% Performance ratio (Pr) współczynnik wydajności określający stosunek rzeczywiście wyprodukowanej energii elektrycznej do energii, którą mógłby wyprodukować ten sam system pracując z nominalną sprawnością (ŋstc) Final Yield (Yf) uzysk końcowy średnia dzienna ilość wyprodukowanej energii odniesiona do zainstalowanej mocy

15 Współczynnik jakości systemu PV Performance Ratio PR Źródło: T. Żdanowicz, prezentacja na konferencji RENEXPO Warszawa 2012 PR[%]=100 E REAL /E STC Współczynnik jakości systemu Performance Ratio można również zdefiniować jako: PR = PR Wartość znormalizowana dostarczanej energii [kwh/kw] POA Irradiation/P mstc [kwh/m 2 ]/[kw/m 2 ] 1 PM 1 GPOA STC STC P G M dt POA dt E E A GPOA P x 100 [%] P EN PR dla dobrego systemu to ~80%+

16 Annual performance ratio PR a dostępność energii z sytemu systemy autonomiczne % 50% 60% 70% 80% 90% 100% System availability Wynik z 17-u systemów PV zainstalowanych w latach we Włoszech (dane z lat 1992 do 2002) Source: IEA PVPS Task2

17 Weryfikacja wyników Przeprowadzenie symulacji na kilku różnych programach Porównanie wyników z ogólnie przyjętymi regułami (eliminacja błędów grubych ) Porównanie wyników z pomiarami w istniejących już instalacjach, pracujących możliwie blisko docelowej lokalizacji projektowanego systemu

18 Budowa systemu Wytrzymała konstrukcja nośna Odpowiednie chłodzenie baterii słonecznych Okablowanie odporne na UV i hermetyczne złącza Zabezpieczenia uziemienie, odgromniki i ochronniki przepięciowe Wentylacja akumulatorów System monitoringu elektrycznego i pogodowego

19 Nadzór nad pracą systemu Statystyczna analiza parametrów chwilowych Wykrywanie uszkodzeń: Pomiary elektryczne Pomiary termiczne

20 Przykład badań termograficznych Zdjęcia, wykresy i opisy pochodzą z pracy magisterskiej oraz prezentacji przygotowanej na jej obronę: Łukasz Głąb Termograficzne badania systemów fotowoltaicznych AGH 2010

21 BADANE SYSTEMY PV

22 SPRZĘT POMIAROWY I STANOWISKO BADAWCZE

23 Oprogramowanie do analizy wyników pomiarów:

24 KALIBRACJA KAMERY Emisyjność Odległość Temperatura otoczenia Temperatura atmosfery Wilgotność względna

25 ROZKŁAD TEMPERATUR W MODULE I SEGMENCIE

26 ROZKŁAD TEMPERATUR W SYSTEMACH WOLNOSTOJĄCYCH

27 Wykres temperatury dla linii horyzontalnej Wykres temperatury dla linii wertykalnej

28 WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY ROZWARTE

29 WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY ZWARTE

30 WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY OBCIĄŻONE

31 HOT - SPOT

32 HOT - SPOT Wykres temperatur z 16 kwietnia 2009 pojawienie się hot-spotu

33 HOT - SPOT Wykres temperatur z 21 kwietnia 2009 wpływ hot-spotu

34 HOT - SPOT Wykres temperatur z 13 maja 2009 usunięcie hot-spotu

35 EFEKT ŚCIANY

36 EFEKT ŚCIANY

37 EFEKT ŚCIANY Wykres średnich temperatur dla trzech modułów systemu wolnostojącego 1 z zasymulowanym efektem ściany Wykres średnich temperatur dla trzech modułów systemu wolnostojącego 2 z zasymulowanym efektem ściany

38 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

39 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

40 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

41 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

42 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

43 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

44 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

45 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

46 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

47 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO

48 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW SYMBOL FOTOOGNIWA LUB MODUŁU PV ANODA KATODA

49 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW

50 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU

51 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI

52 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

53 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT

54 CONERGY POWER PLUS 225 P WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI

55 CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

56 CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ POZIOMY SILNY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONE SĄ DWA SEGMENTY

57 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA

58 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA

59 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ

60 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ

61 Narzędzia analizy przestrzennej Google Earth

62 Narzędzia analizy przestrzennej Dokumentacja fotograficzna

63 Narzędzia analizy przestrzennej Aplikacje na telefony komórkowe (iphone)

64 Narzędzia analizy przestrzennej Specjalistyczne urządzenia

65 Narzędzia analizy przestrzennej Narzędzia geodezyjne dalmierze, poziomice, niwelatory np. Leica Disto D8

66 Obrys horyzontu

67 Widok trójwymiarowy

68 Analiza układu cieni

69 Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp

70 Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka) 708,3 kwh/kwp

71 Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka)

72 Dziękuję za uwagę!!!