Systemy fotowoltaiczne cz.2

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 1 Czyste energie Wykład 4 Systemy fotowoltaiczne cz.2 dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), e-mail: romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Robotyki AGH Kraków 2019

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 3 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 5 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Sevilla PV PLANT (płaskie lustra) photo: Ashley Cooper/ www.naturepl.com, http://www.abengoa.com

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 6 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 7 Układy koncentratorowe (systemy nadążne) MGIT Concentrated photovoltaic (CPV) HYBRID electrical + thermal Mumbai, India 2 x 11m 2 = 4,5kW e + 11kW t Sprawność łączna ok 72% (dane handlowe producenta) Źródło: https://mgitsolar.en.ecplaza.net 50MW instalacja CPV Tecate, Mexico Źródło: https://www.zdnet.com, photo: SolFocus

06.10.2018 07:38 06.10.2018 08:06 06.10.2018 08:26 06.10.2018 08:55 06.10.2018 09:16 06.10.2018 09:45 J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 8 06.10.2018 10:08 06.10.2018 10:31 06.10.2018 10:58 06.10.2018 11:23 06.10.2018 11:48 06.10.2018 12:15 06.10.2018 12:40 06.10.2018 13:03 06.10.2018 13:31 06.10.2018 13:55 06.10.2018 14:20 06.10.2018 14:43 06.10.2018 15:10 06.10.2018 15:38 06.10.2018 16:03 06.10.2018 16:30 06.10.2018 16:54 06.10.2018 17:21 06.10.2018 17:46 Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego 900 800 700 fixed Tracker 600 500 400 300 200 Tracker (czujnik) na parkingu przy C3 i południowa fasada C3 (elw. 60 o, azymut 20 o W) 100 0 Tracker rocznie produkuje ok 20% więcej energii elektrycznej niż optymalnie ustawiona instalacja stacjonarna (fixed) Tracker (zegar) na dachu i instalacja stacjonarna na dachu C3 (elw. 35 o, azymut 20 o W)

J. TENETA J. TENETA Wykłady Wykłady "Czyste "Czyste energie energie i ochrona i ochrona środowiska" AGH AGH 20192015 9 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 10

Temperatura pracy modułów PV J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 11

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. 60 40 Zaprezentowane wyniki pokazują temperaturę modułów zamontowanych bezpośrednio na termoizolacyjnej fasadzie (czerwone punkty) oraz na wysięgnikach ze szczeliną wentylacyjną. 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 Wysoka temperatura pracy Oświetlenie W/m 2 ] modułów PV to nie tylko spadek Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany mocy ale również zagrożenie uszkodzeniem modułów (powyżej 85 C) J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 12

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 13 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 14 Wrażliwość temperaturowa modułów PV

Wrażliwość temperaturowa modułów PV U oc : -143 mv/ o C I sc : +2.9 ma/ o C Moc: -0.48 %/ o C J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 15

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 16 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 17 Współczynnik kształtu Fill Factor (FF) Isc=3,45A Uoc=21.6V

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 18 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 19

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 20 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 21

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 22 Maximum Power Point (MPP) 3,12A 15,95V

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 23 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm 3,12A 15,95V

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 24 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=21,5W (-26%) 2,09A 10,3V

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 25 Maximum Power Point (MPP) R=U/I= 5,11 ohm P=2,45W (-73%) 0,7A 3,5V

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 26 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Źródło: Luque A., Hegedus S.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 27 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 28 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorytm stałego napięcia [Constant Voltage (CV)] -cykl pracy przetwornicy DC-DC 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 29 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorytm prądu zwarciowego [Short-Current (SC)] -cykl pracy przetwornicy DC-DC 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 30 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorytm napięcia układu otwartego [Open Voltage (OV)] -cykl pracy przetwornicy DC-DC 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 31 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorytm zaburzenia i obserwacji [Perturb and Observe (P&O)] -cykl pracy przetwornicy DC-DC 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 32 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 33 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 34

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 35 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 36 WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 37 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 38 MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 39 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 40 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 41 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 Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 42

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 43

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 44 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 45 MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 46 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA NOCT

EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 47

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 50 EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA Maksimum globalne Maksimum lokalne

Dziękuję za uwagę!!! J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019 54