POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 79 Electrcl Engneerng 04 Artur BUGAŁA* Grżyn FRYDRYCHOWICZ-JASTRZĘBSA* BILANS ENERGETYCZNY UŁADÓW NADĄŻNYCH W FOTOWOLTAICE DLA LOALNYCH WARUNÓW MIEJSICH- CZĘŚĆ I W prcy dokonno nlzy wpływu nsłonecznen rozumnego jko sum ntężen promenown słonecznego w dnym czse n dnej powerzchn n wrtość energ elektrycznej generownej przez moduł otowoltczny prcujący w kongurcj stcjonrnej ndążnej dwuosowej. Przedstwono sposó jego wyznczn n podstwe pomru gęstośc mocy promenown słonecznego pdjącego w cągu jednej sekundy n powerzchnę jednego m² z wykorzystnem czujnków mkroprocesorowych. Określono wpływ tempertury n wrtość prmetrów elektrycznych nlzownych modułów PV. SŁOWA LUCZOWE: nsłonecznene, lns energ, ukłd ndążny, gęstość mocy promenown. WSTĘP Przy relzcj ukłdu sterown dl jednostk ndążnej dwuosowej nleży uwzględnć roczną zmnę wysokośc kątowej Słońc nd horyzontem, zwązną z ruchem oegowym Zem orz zmnę wrtośc kąt zymutu n skutek ruchu orotowego. Deklncj słoneczn opsując kątowe położene Słońc względem płszczyzny równk, zostł określon n podstwe zleżnośc []: π 84 n δ sn[ ] 3,45 365 Długość dn dl nlzownej loklzcj opsno nstępująco []: δ π π φ cos[ tn tn ] D 80 80 7,5 π 80 Wysokość kątową Słońc dl kolejnych dn roku wyznczono n podstwe zleżnośc [3]: H rcsn[cos φ cos δ cos ω sn φ sn δ ] 3 * Poltechnk Poznńsk.
56 Artur Bugł, Grżyn Frydrychowcz-Jstrzęsk ąt godznowy określ kątowe odchylene zchodu lu wschodu Słońc od loklnego połudnk. Jest on równy zero dl godzny.00. W godznch pornnych zmn czsu o godznę w stosunku do godzny.00 skutkuje zmną kąt godznowego o -5. W godznch popołudnowych godznnej zmne czsu odpowd 5 zmn kąt ω. Azymut Słońc wyznczono n podstwe zleżnośc [3]: cos δ sn ω AS rcsn[ ] 4 cos H gdy tn δ cos ω 4 tn φ cos δ sn ω AS 80 rcsn[ ] 5 cos H gdy tn δ cos ω 5 tn φ ąt pdn promenown słonecznego n powerzchnę ognw jest to kąt zwrty mędzy prostą normlną do powerzchn kerunkem promenown ezpośrednego. Zleżność opsując kąt pdn promenown słonecznego n płszczyznę pod dowolnym kątem pochylen do podłoż zymutu opsno nstępująco [4]: cos Θ sn δ [sn φ cos β cos φ sn β cos A ] cos δ [cos φ cos β cos ω sn φ sn β cos A cos ω sn β sn A sn ω ] Zleżnośc mtemtyczne do 6 zmplementowno celem relzcj ukłdu sterown jednostk ndążnej dwuosowej. Wpływ dn roku, wysokośc kątowej Słońc orz loklzcj n prmetry prcy nlzownego ukłdu ndążnego, dl dn 5.04.04 roku dl mst Poznń przedstwono w tel. N podstwe wyznczonych wrtośc kątowych, n rysunku przedstwono w ukłdze polowym zmnę położen Słońc dl wyrnych dn.06.04 roku, 5.04.04 roku orz..04 roku. N podstwe wykonnych olczeń wzulzcj przedstwono, że kątow zmn położen Słońc wymusz koneczność stosown ukłdów ndążnych dwuosowych. 6
Blns energetyczny ukłdów ndążnych w otowoltce dl loklnych 57 Tel. Wrtośc kątów elewcj zymutu Słońc dl 5.04.04 roku godzn kąt elewcj kąt zymutu godzn kąt elewcj kąt zymutu [hh:mm:ss] [hh:mm:ss] 05:30:00 4.3 79.65 :00:00 47.4 8.8 06:00:00 8.86 85.53 :30:00 46.75 93.63 06:30:00 3.44 9.44 3:00:00 45.8 04.07 07:00:00 8.0 97.49 3:30:00 43.06 3.9 07:30:00.5 03.74 4:00:00 40. 3.04 08:00:00 6.89 0.3 4:30:00 36.87 3.47 08:30:00 3.09 7.6 5:00:00 33. 39.4 09:00:00 35.0 4.74 5:30:00 9.04 46.45 09:30:00 38.59 3.8 6:00:00 4.76 53. 0:00:00 4.7 4.6 6:30:00 0.3 59.6 0:30:00 44.5 5.09 7:00:00 5.78 65.74 :00:00 46. 6.5 7:30:00. 7.7 :30:00 47.8 7.9 8:00:00 6.66 77.6 Rys.. Doow zmn położen Słońc dl wyrnych dn roku [oprcowne włsne]
58 Artur Bugł, Grżyn Frydrychowcz-Jstrzęsk. WPŁYW TEMPERATURY NA PARAMETRY PRACY W przypdku nstlcj młych mocy, możlwość dooru mkronwerter do modułu jest ogrnczon, dltego zkres ten jest szerszy dl kątów pochylen modułów PV w zkrese 5-60 wynos 0,9-,8 [6]. W nlzownym przypdku stosunek mocy modułu do mocy lownk wynos 0,9. Przy dopsownu lownk do modułu PV nleży uwzględnć zmnę prmetrów prądowo-npęcowych wrz ze zmną tempertury. Perwszym z rozptrywnych prmetrów jest zmn npęc przy jednostkowej zmne tempertury. Temperturowy współczynnk npęc owodu otwrtego α = 0,35 %/ C, ntomst npęce owodu otwrtego wynos 35,94 V. W ten sposó zmn npęc n C: ΔU α U oc 7 Wrtość prmetru ΔU wynos 0,6 V/ C. Temperturowy współczynnk prądu zwrc β = 0,05 %/ C, ntomst prąd zwrc I sc = 7,6 A. Skutkuje to ztem zmną prądu n C: ΔI β I sc 8 Wrtość prmetru ΔI wynos 0,0038 A/ C. Wzrost tempertury modułu powyżej 5 C skutkuje wzrostem wrtośc prądu zwrc spdkem wrtośc npęc owodu otwrtego. Dl zncznej wrtośc tempertury równej 70 C, wrtość npęc owodu otwrtego określono n podstwe zleżnośc: Uoc 70 U oc ΔU ΔT 9 U oc 70 0 44 V Wrtość npęc w punkce mocy mksymlnej dl tempertury 70 C: U MPP 70 U MPP ΔU ΔT 0 U MPP 70 3 35 V Wrtość npęc owodu otwrtego dl tempertury -0 C: Uoc 0 U oc ΔU ΔT U oc 0 0 44 V Wrtość npęc w punkce mocy mksymlnej dl tempertury -0 C: U MPP 0 U MPP ΔU ΔT U MPP 0 3 35 V Wrtość prądu zwrc w temperturze 70 C: A 3 I sc 70
Blns energetyczny ukłdów ndążnych w otowoltce dl loklnych 59 3. DANE ŹRÓDŁOWE DO ANALIZY ENERGETYCZNEJ Typowe lt meteorologczne jk sttystyczne dne klmtyczne dl mst Poznń pochodzą z dnych Mnsterstw Inrstruktury Rozwoju. Zwerją one pełne dne oserwcyjne, 3-godznowe lu 8-termnowe w cyklu doowym, oprcowne n podstwe 30-letnch cyklów pomrowych [9]. W celu uzyskn dnych godznowych, posłużono sę unkcjm sklejnym 3-stopn. Newelke przerwy pomrowe nterpolowno unkcjm kucznym [7]. Funkcje sklejne są zeżne do unkcj, którą nterpolują, co wynk z twerdzen o łędze nterpolcj [8]: Jeżel unkcj ] [, C, gdze... n 0, ntomst unkcj s jest unkcją sklejną trzecego stopn nterpolującą unkcję w węzłch dl = 0,,,,n to dl kżdego z tego przedzłu: n '' ξ ξ m 5 s m 4 Zstosowno unkcję kuczną 3-stopn, której postć przedstwono jko welomn stopn co njwyżej trzecego. Funkcj jest unkcją kwdrtową, ntomst w kżdym z przedzłów [, + ] ędze co njwyżej unkcją lnową, wówczs: '' 5 gdze, dl = 0,,, n: '' 6 Cłkując dwukrotne unkcję otrzymno: 3 c 6 7 W celu wyznczen stłej cłkown nleży wykorzystć kt, że: 8 9 W ten sposó otrzymno: 3 c 6 6 c 0 Interpolując unkcj kuczn w przedzle [, + ]:
60 Artur Bugł, Grżyn Frydrychowcz-Jstrzęsk 6 3 [ ] 6 Do nlzy prcy systemu otowoltcznego wykorzystno dne pochodzące z nlzy weloletnch pomrów pochodzących ze stcj meteorologcznej dl mst Poznń w postc sum cłkowtego E TH, ezpośrednego E DH rozproszonego E SH ntężen promenown słonecznego n powerzchn pozomej. W tel zestwono równeż wrtośc średnej mesęcznej SMTTS, mnmlnej MINMTTS orz mksymlnej MAXMTTS tempertury termometru suchego. Tel. Dne dotyczące typowego roku meteorologcznego wyznczone n podstwe 30-letnch cągów pomrowych [9] mesąc SMTTS MINMTTS MAXMTTS E TH E DH E SH - C C C Wh/m /mes. 0. -0.5 9.8 63 688 94 -.8-4.6 3. 35757 9558 699 3.7-5. 7.9 7678 897 4750 4 8.3-4.0 0. 04355 33906 70449 5 3.0. 4.3 4356 55509 8805 6 6.8 5.5 33.7 4979 46375 0904 7 8.3 9. 9. 463 40695 00935 8 8.4 6.8 35. 650 33506 8304 9 3.5 4. 3.8 86 760 58860 0 7.0-5.3. 4555 940 363. -8.7 9.4 638 6609 977-0. -5.6.9 8375 630 6745 N podstwe pomrów włsnych wyznczono wrtość nsłonecznen n płszczyźne stcjonrnej ndążnej. N rysunku przedstwono rozkłd nsłonecznen w skl roku. Nsk pozom dl mesąc czerwc jest spowodowny krótkm okresem pomrowym ze względu n prce modernzcyjne stnowsk. W tel 3 dokonno przelczen wrtośc mesęcznego nsłonecznen dl płszczyzny horyzontlnej do ndążnej E TH->tr. n podstwe typowego roku meteorologcznego. Wyznczono współczynnk korekcyjne k dl poszczególnych mesęcy pomrowych.
Blns energetyczny ukłdów ndążnych w otowoltce dl loklnych 6 Tel 3. Dne nsłonecznen dl dnych mesęcy roku n podstwe włsnych pomrów gęstośc mocy promenown słonecznego k mesąc E hor. E. E tr. E TH E TH->tr. - - Wh/m /m-c,3 33557,4 3739,89 4300,3 63 350,5,9 50390,4 55879,4 6450,5 3577 43568,7,439 3 9573,6 0435, 3795,06 7678 0360,8,648 4 0039,5 779 65438 04355 7967,9,667 5 4390,3 68565 39943 4356 39373,9,368 6 94,5 300, 6568,8 4979 045,,440 7 60458,9 89578,3 3070,58 463 03957,3,374 8 45980,9 795,6 0054 650 60069,,50 9 66340,6 75636,6 7634,04 86 93903,9,5 0 8663,5 97073, 99709,3 4555 5433,3,58 3397 5945,63 7089,97 638 305445,0,89 3883 60,0 8387,68 8375 840,8 Rys.. Roczny rozkłd nsłonecznen n podstwe pomrów włsnych 4. PODSUMOWANIE Zróżncowny rozkłd nsłonecznen w skl roku jest przyczyną nerównomernej produkcj energ elektrycznej przez ukłdy otowoltczne nezleżne od ch kongurcj prcy. Njwększ wrtość zostł wyznczon, n podstwe pomrów gestośc mocy promenown słonecznego, dl mesąc mj lpc rys., co pokryw sę z wynkm dl typowego roku meteorologcznego TRM uzysknego n podstwe 30-letnch cągów pomrowych.
6 Artur Bugł, Grżyn Frydrychowcz-Jstrzęsk Njmnejszą wrtość nsłonecznen zrejestrowno dl mesąc grudn, któr dl płszczyzny stcjonrnej ndążnej wynos odpowedno 6,0 kwh/m orz 8,39 kwh/m. W sytucj slnego zchmurzen ne dorą prktyką jest ręczne ustwene płszczyzny modułów PV pod optymlnym, cłorocznym kątem elewcj zymutu. Umożlw to ogrnczene strt zwąznych ze sterownem dl mesęcy o nskm nsłonecznenu. Zysk energ rutto dl mesąc grudn, w sytucj cągłego śledzen położen Słońc, wynósł 6,3 %. Istotnym zgdnenem do rozptrzen, już n etpe projektowym, jest poprwny doór komponentów ukłdu np. modułu PV do zstosownego lownk. Wpływ to w stotny sposó n welkość produkownej energ elektrycznej. LITERATURA [] Chweduk D.: Modelowne nlz pozyskwn orz konwersj termcznej energ promenown słonecznego w udynku, prce IPPT,, 006, s. 4-6. [] http://otowoltk.corl.com.pl dostęp: 7..03r. [3] Chojnck J., Tenet J., Weckowsk L.: Development o PV systems nd reserch studes on photovoltcs t the AGH Unversty o Scence nd Technology n rkow, nd Europen Photovoltc Solr Energy Conerence, Conerence Proceedngs, 007, s. 3049 305. [4] Jstrzęsk G., Bugł A.: Comprson o the ecency o solr modules opertng wth two-s ollow-up system nd wth ed mount system, Przegląd Elektrotechnczny,, 04, s. 63-65. [6] Szymńsk B.: Instlcje otowoltczne, wydne II, 03. [7] Nrowsk P.G.: Metodyk wyznczn klmtycznych wrunków olczenowych dl nstlcj ogrzewczych z uwzględnenem dynmk ceplnej udynków, Poltechnk Wrszwsk, 00. [8] http://pluton.pol.luln.pl/ dostęp: 6.0.04r. [9] http://www.trnsport.gov.pl dostęp:..03r. ENERGY BALANCE FOR TRACING SYSTEMS IN PHOTOVOLTAICS FOR LOCAL URBAN CONDITIONS-PART I The pper presents n nlyss o the mpct o nsolton, s the sum o the ntensty o solr rdton t gven tme nd gven re, on energy generted y the solr module workng n ed congurton nd trckng. The wy o determnng the mount o energy, sng on the mesured power densty o solr rdton usng mcroprocessor sensor, ws showed. The eect o temperture on the electrcl prmeters o the nlyzed PV modules ws nlyzed.