Energetyka słoneczna 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 1
J. TENETA "Energetyka słoneczna -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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 3 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej
J. TENETA "Energetyka słoneczna -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 "Energetyka słoneczna -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
Temperatura pracy modułów PV J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 6
Temperatura pracy modułów PV J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 7
Wzrost temperatury [ 0 C] J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 8 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 9 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 10 Wrażliwość temperaturowa modułów PV
Wrażliwość temperaturowa J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 11 modułów PV U oc : -143 mv/ o C I sc : +2.9 ma/ o C Moc:-0.48 %/ o C
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 12 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 13 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 14 Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 15 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF)
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 16 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Uoc=21.6V
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 17 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Impp=3,2A Umpp=17,3V Uoc=21.6V
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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 18
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 19 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF)
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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 20
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 21 Maximum Power Point (MPP) 3,12A 15,95V
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 22 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm 3,12A 15,95V
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 23 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=21,5W (-26%) 2,09A 10,3V
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 24 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=2,45W (-73%) 0,7A 3,5V
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 25 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Źródło: LuqueA., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 26 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 27 Rodzaje algorytmów MPPT Algorytm stałego napięcia (CV) Algorytm napięcia układu otwartego (OV) Algorytm prądu zwarciowego (SC) Algorytm zaburzenia i obserwacji (P&O)
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 28 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 29 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 30
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 31 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 32 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 33 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 34 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 35 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 36 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 37 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 38
WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 39
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 40 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 41 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 42 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA NOCT
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 43
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 44
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 45
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 46 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA Maksimum globalne Maksimum lokalne
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 47
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 48
EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 49
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 50 Problemy eksploatacyjne Cienie Brud Śnieg
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 51 Moduły CIS przy częściowym zacienieniu
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 52 Problemy eksploatacyjne starzenie się modułów PV
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 53 Problemy eksploatacyjne starzenie się akumulatorów źródło: Karty katalogowe Sonnenschein Dryfit A600
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 54 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 55 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 56
Problemy eksploatacyjne uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 57 Efekt bezpośredniego trafienia pioruna w panele fotowo Zdjęcia: http://surge-arrester.com, Fraunhofer ISE
Problemy eksploatacyjne uszkodzenia spowodowane podmuchami wiatru J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 58 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 59
Źródło : E.Cwalina (ECO Technologies) Fotowoltaika z doświadczenia instalatora J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 60 Przyczyny powstawania pożarów
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 61 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 "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 62 Źródło : GDV_Solarstromanlagen_richtig_versichern_2012, ENVARIS GmbH
J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 63 Wytrzymałość obciążeniowa modułów PV w zależności od sposobu montażu Źródło : www.solarworld.pl
Dziękuję za uwagę!!! J. TENETA "Energetyka słoneczna -systemy fotowoltaiczne" AGH 2018 64