Projektowanie systemów PV. Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki cz. 2 dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.

Transkrypt

1 Projektowanie systemów PV Wykład 2 Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki cz. 2 dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2012

2 WAŻNE!!! PLIKI Z WYKŁADAMI I INNE INFORMACJE DOSTĘPNE SĄ POD ADRESEM: home.agh.edu.pl/romus/oze/wyklady

3 Zalecana literatura Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (2nd Edition) Edited by: Luque, Antonio; Hegedus, Steven 2011 John Wiley & Sons Biblioteka Główna AGH Książki Elektroniczne KNOVEL LIBRARY

4 Zalety fotowoltaki Nie emituje zanieczyszczeń Nie wytwarza hałasu Nie generuje wibracji Nie ingeruje w środowisko i przestrzeń * Łatwo ją zintegrować z budynkami Gwarancja parametrów paneli PV na 25 lat

5 Fotowoltaika a ekologia System fotowoltaiczny * o mocy 1kWp zainstalowany w Polsce jest w stanie wyprodukować rocznie od 850 do 950 kwh energii elektrycznej * System stacjonarny w optymalnym ułożeniu i w warunkach czystego horyzontu Wielkości emisji zanieczyszczeń w roku 2011 w wyniku spalania paliw w Elektrowni Bełchatów dla bloków 1-12 Emisja całkowita przypadająca na produkcję energii elektrycznej brutto Emisja jednostkowa z produkcji energii elektrycznej Emisja jednostkowa z produkcji energii cieplnej Jednostki kg/mwh kg/mwh kg/gj SO 2 2,678 2,671 0,102 NO x 1,342 1,336 0,078 pył 0,049 0,049 0,002 CO 0,383 0,382 0,015 CO ,06

6 Autonomiczny system fotowoltaiczny Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Generator fotowoltaiczny 2. Regulator ładowania 3. Bank akumulatorów 4. Autonomiczny falownik 5. Odbiorniki stałoprądowe 6. Odbiorniki zmiennoprądowe

7 Sieciowe systemy fotowoltaiczne 1 Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna

8 Sieciowe systemy fotowoltaiczne Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna 5. Wyłącznik (zdalnie sterowany) DC AC Magistrala komunikacyjna

9 Sieciowe systemy fotowoltaiczne Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS Generator fotowoltaiczny 2. Trójfazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące / komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna

10 Autonomiczny system hybrydowy (DC) Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Generator fotowoltaiczny 2. Regulator ładowania 3. Bank akumulatorów 4. Autonomiczny falownik 5. Odbiorniki stałoprądowe 6. Odbiorniki zmiennoprądowe 7. Generator pomocniczy 8. II Generator pomocniczy 9. Prostownik napięcia

11 Autonomiczny system hybrydowy (AC) Generator fotowoltaiczny 2. Falownik sieciowy 3. Falownik sieciowy / ładowarka 4. Bank akumulatorów 5. Publiczna sieć elektroenerget. 6. Odbiorniki zmiennoprądowe Źródło: SMA TechnologyCompendium2 7. Generator pomocniczy 8. II Generator pomocniczy

12 Hybrydowy (kogeneracyjny) system wyspowy Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Bank akumulatorów 2. Falowniki wyspowe 3. Generator fotowoltaiczny 4. Falownik sieciowy (solar) 5. Generator pomocniczy 6. Hydrogenerator 7. Turbina wiatrowa 8. Falownik sieciowy (wind) 9. Generator na biogaz

13 Rozproszony system wyspowy Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Generator fotowoltaiczny 2. Falowniki sieciowe 3. Falowniki wyspowe 4. Banki akumulatorów 5. Centrum dystrybucji energii 6. Odbiorniki energii 7. Generator pomocniczy

14 Zasada działania systemu wyspowego Źródło: SMA TechnologyCompendium2 Dzień : energia z PV jest większa niż potrzeby odbiorników (ładowanie akumulatorów) Noc: energia z PV = 0 odbiorniki zasilane są z akumulatorów Dzień : energia z PV jest mniejsza niż potrzeby odbiorników (dodatkowe zasilanie z akumulatorów)

15 System typu Sunny Backup

16 Schemat elektrowni PV podpiętej do sieci

17 Systemy czysto fotowoltaiczne nie gwarantują ciągłości zasilania odbiornika!!!

18 W układach o krytycznym charakterze stosuje się hybrydowe systemy zasilania

19 Przykład hybrydowego systemu fotowoltaicznego z generatorem pomocniczym Generator PV Regulator ładowania Regulator napięcia Odbiornik DC Generator pomocniczy Akumulatory

20 Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem stałoprądowym Generator PV Regulator ładowania Odbiornik DC Turbina wiatrowa Prostownik / ładowarka Akumulator Inwerter Odbiornik AC Generator silnikowy Prostownik / ładowarka

21 Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem zmiennoprądowym Generator PV Inwerter Odbiornik AC Turbina wiatrowa Regulator ładowania Generator silnikowy Akumulator

22 Fotowoltaiczny system hybrydowy: Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego Jako generatory pomocnicze można użyć: Generatory benzynowe Generatory diesla Generatory gazowe Generatory na biopaliwa Ogniwa paliwowe Generatory termoelektryczne Generatory termofotowoltaiczne Elektrochemiczne źródła energii Turbiny wiatrowe Mikroelektrownie wodne

23 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

24 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

25 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

26 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

27 Wzrost temperatury [ 0 C] 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

28 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

29 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)

30 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)

31 Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego

32 Problemy eksploatacyjne Cienie Śnieg Brud

33 Moduły CIS przy częściowym zacienieniu

34 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)

38 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) LOKALIZACJA

39 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) DANE METEO STARE NOWE

40 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) MODUŁY PV

41 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) MOC SYSTEMU

42 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) SPOSÓB MONTAŻU

43 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) KĄTY POCHYLENIA I AZYMUTU

44 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) OPCJE ŚLEDZENIA (UKŁAD NADĄŻNY)

45 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) PLIK Z OBRYSEM HORYZONTU

46 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) FORMAT DANYCH WYNIKOWYCH

47 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) STRAT OBLICZEŃ

50 Szacowanie potencjału PV na przykładzie Sanktuarium MBNP w Jaworznie Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Moduły na południowej fasadzie Zintegrowane z budynkiem Wolnostojące