Zaawansowane systemy fotowoltaiczne Wykład 3 Warunki pracy systemów PV dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), e-mail: romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Robotyki AGH Kraków 2018 J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 1
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 2 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
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 3 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 4 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
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 5 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
Wzrost temperatury [ 0 C] J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 6 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. 60 40 20 0-20 Z chłodzeniem linear Regression: ÜT = 0,04 * l 0,6 Bez chłodzenia linear regression: ÜT = 0,06 * l + 2,7 0 200 400 600 800 1000 Oświetlenie W/m 2 ] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 7 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
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 8 Wrażliwość temperaturowa modułów PV
Wrażliwość temperaturowa J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 9 modułów PV U oc : -143 mv/ o C I sc : +2.9 ma/ o C Moc:-0.48 %/ o C
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 10 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 11 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 12 Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 13 Maximum Power Point (MPP) 3,12A 15,95V
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 14 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm 3,12A 15,95V
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 15 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=21,5W (-26%) 2,09A 10,3V
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 16 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=2,45W (-73%) 0,7A 3,5V
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 17 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Źródło: LuqueA., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 18 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: 152-162
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 19 Rodzaje algorytmów MPPT Algorytm stałego napięcia (CV) Algorytm napięcia układu otwartego (OV) Algorytm prądu zwarciowego (SC) Algorytm zaburzenia i obserwacji (P&O)
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 20 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 21 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW SYMBOL FOTOOGNIWA LUB MODUŁU PV ANODA KATODA
WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 22
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 23 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 24 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 25 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 26 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 27 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
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 28 CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 29 CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ POZIOMY SILNY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONE SĄ DWA SEGMENTY
WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 30
WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 31
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 32 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 33 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 34 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA NOCT
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 35
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 36
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 37
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 38 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA Maksimum globalne Maksimum lokalne
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 39
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 40
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 41
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 42 Problemy eksploatacyjne Cienie Brud Śnieg
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 43 Moduły CIS przy częściowym zacienieniu
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 44 Problemy eksploatacyjne starzenie się modułów PV
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 45 Problemy eksploatacyjne starzenie się akumulatorów źródło: Karty katalogowe Sonnenschein Dryfit A600
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 46 Bezpieczeństwo funkcjonowania instalacji PV Opracowanie własne na podstawie danych z : www.energynet.de, www.photovoltaik.eu, GDV_Solarstromanlagen_richtig_versichern_2012
Problemy eksploatacyjne rozwarstwienie się laminatu w module PV J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 47 Zdjęcia : http://www.homepower.com, http://www.schatzlab.org, M.A. Munoz : Early degradation of silicon PV modules and guaranty conditions
Problemy eksploatacyjne uszkodzenia mechaniczne J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 48
Problemy eksploatacyjne uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 49 Efekt bezpośredniego trafienia pioruna w panele fotowo Zdjęcia: http://surge-arrester.com, Fraunhofer ISE
Problemy eksploatacyjne uszkodzenia spowodowane podmuchami wiatru J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 50 Zdjęcia: www.australiansolarquotes.com.au, Chris Granda homeenergypros.lbl.gov, www.homepower.com
Pożary wywołane przez systemy PV Źródło : GDV_Solarstromanlagen_richtig_versichern_2012, E.Cwalina (ECO Technologies) Fotowoltaika z doświadczenia instalatora J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 51
Źródło : E.Cwalina (ECO Technologies) Fotowoltaika z doświadczenia instalatora J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 52 Przyczyny powstawania pożarów
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 53 Oddziaływanie wiatru na instalacje PV Źródło : STP Sachverständigen GmbH, E.Cwalina (ECO Technologies) Fotowoltaika z doświadczenia instalatora, www.australiansolarquotes.com.au, Chris Granda homeenergypros.lbl.gov, www.homepower.com
Uszkodzenie PV z powodu zbyt dużego obciążenia śniegiem J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 54 Źródło : GDV_Solarstromanlagen_richtig_versichern_2012, ENVARIS GmbH
J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 55 Wytrzymałość obciążeniowa modułów PV w zależności od sposobu montażu Źródło : www.solarworld.pl
Dziękuję za uwagę!!! J. TENETA "Zaawansowane systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 56