Zaawansowane systemy fotowoltaiczne. Wpływ warunków pracy na efektywność systemów PV

Transkrypt

1 Zaawansowane systemy fotowoltaiczne Wykład 3 Wpływ warunków pracy na efektywność systemów PV dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2016 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

2 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Sposoby montażu paneli słonecznych Układy stacjonarne (zafiksowane) baterie słoneczne pozostają w niezmiennej pozycji przez cały rok. W niektórych przypadkach spotyka się możliwość sezonowej (lato zima) zmiany kąta elewacji baterii. Układy orientowane baterie codziennie podążają za Słońcem. Ruch odbywa się w jednej lub dwóch osiach. Napęd stanowią najczęściej silniki elektryczne ale spotyka się również napędy wykorzystujące zjawiska fizyczne związane z ciepłem promieniowania słonecznego. W układach elektrycznych występują dwa sposoby sterowania: - zegarowy zmieniający położenie baterii niezależnie od chwilowych warunków oświetleniowych - czujnikowy reagujący na odchylenie strumienia promieniowania słonecznego od aktualnego położenia baterii - hybrydowy inteligentne algorytmy zegarowo-czujnikowe

3 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

4 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Stacjonarny montaż paneli PV na otwartej przestrzeni W sezonie zimowym, w godzinach okołopołudniowych poprzednie rzędy nie powinny zacieniać rzędów następnych. h d 1 b Reguła dla naszej szerokości geograficznej: d d = 3*b

5 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Systemy stacjonarne na budynkach Nad above nachylonym sloped roof dachem (stand-off) (a) Na nach. dachu (b) Nad on płaskim flat roof, dachem tilted (c) Na on płaskim flat roof, dachu layed (d) Przed fasadą in front (e) of facade Na fasadzie (f) in facade Na dachu typu szedy (h) W formie markizy awning (h) Images: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany

6 Wzrost temperatury [ 0 C] J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Temperatura pracy modułów PV Nagrzewanie się modułów wystawionych na promieniowanie słoneczne. Jeśli tylna powierzchnia modułu jest izolowana termicznie temperatura ogniwa może wzrosnąć nawet o 60 C powyżej temperatury otoczenia. Zaprezentowane wyniki pokazują temperaturę modułów zamontowanych bezpośrednio na termoizolacyjnej fasadzie (czerwone punkty) oraz na wysięgnikach ze szczeliną wentylacyjną Z chłodzeniem linear Regression: ÜT = 0,04 * l 0,6 Bez chłodzenia linear regression: ÜT = 0,06 * l + 2, Oświetlenie W/m 2 ] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

7 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Wpływ montażu na wzrost temperatury Różnice temperatury pomiędzy modułami słonecznymi a otoczeniem dla różnych sposobów montażu oraz spowodowane nimi straty produkowanej energii elektrycznej. Zintegrowana fasada (bez wentylacji). Zintegrowany dach (bez wentylacji). Zintegrowana fasada (słaba wentylacja). Zintegrowana fasada (dobra wentylacja) Montaż dachowy,(słaba wentylacja). Montaż dachowy (dobra wentylacja). Stelaż dachowy (b. dobra wentylacja). Moduł referencyjny (zamontowany swobodnie).. 8.9% 5.4% 4.8% 3.6% 2.6% 2.1% 1.8% 0.0% 43K 39K 35K 32K 29K 28K 22K 55K Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany

8 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Wrażliwość temperaturowa modułów PV

9 Wrażliwość temperaturowa J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH modułów PV U oc : -143 mv/ o C I sc : +2.9 ma/ o C Moc:-0.48 %/ o C

10 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)

11 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)

12 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego

13 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Współczynnik kształtu Fill Factor (FF)

14 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Uoc=21.6V

15 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Impp=3,2A Umpp=17,3V Uoc=21.6V

16 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Impp=3,2A FF = Im Um Isc Uoc FF = 0, 743 Umpp=17,3V Uoc=21.6V J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

17 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Współczynnik kształtu Fill Factor (FF)

18 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) FF = Im Um Isc Uoc Isc=4,8A FF = 0, 575 Impp= 3,63A Umpp=18,1V Uoc=23,8V J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

19 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point (MPP) 3,12A 15,95V

20 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm 3,12A 15,95V

21 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=21,5W (-26%) 2,09A 10,3V

22 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=2,45W (-73%) 0,7A 3,5V

23 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point Tracking (MPPT) Źródło: LuqueA., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

24 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Maximum Power Point Tracking (MPPT) Schemat blokowy elektronicznego układu MPPT Źródło: A. DOLARA, R. FARANDA, S. LEVA: Energy Comparison of Seven MPPT Techniques for PV Systems, J. Electromagnetic Analysis & Applications, 2009, 3:

25 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH Rodzaje algorytmów MPPT Algorytm stałego napięcia (CV) Algorytm napięcia układu otwartego (OV) Algorytm prądu zwarciowego (SC) Algorytm zaburzenia i obserwacji (P&O)

26 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO

27 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW SYMBOL FOTOOGNIWA LUB MODUŁU PV ANODA KATODA

28 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

29 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU

30 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI

31 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

32 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT

33 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 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

34 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

35 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ POZIOMY SILNY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONE SĄ DWA SEGMENTY

36 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

37 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

38 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ

39 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ

40 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA NOCT

41 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

42 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

43 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

44 J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA Maksimum globalne Maksimum lokalne

45 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

46 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

47 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH

48 Dziękuję za uwagę!!! J. TENETA Wykłady "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH