Spotkanie branżowe Prosumenckie Mikroinstalacje Fotowoltaiczne Dr inż. Janusz Teneta Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej E-mail: romus@agh.edu.pl Kielce, 09.05.2014 r. Projekt Perspektywy RSI IV Etap współfinasowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Prosument Prosument to producent energii elektrycznej będący jednocześnie jej konsumentem. Z założenia produkuje on energię na własne potrzeby a jedynie nieskonsumowane nadwyżki energii odsprzedaje do publicznej sieci elektroenergetycznej. Określenie to dotyczy osób fizycznych nie prowadzących działalności gospodarczej. W polskim systemie prawnym dotyczącym OZE nie przewiduje się możliwości zarobkowania na instalacjach prosumenckich. Zyskiem prosumenta są jedynie niższe rachunki za energię pobieraną z sieci. J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 2
Mikroinstalacja OZE Ustawa Prawo Energetyczne Art. 3 pkt. 20b mikroinstalacja odnawialne źródło energii, o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kw, przyłączone do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej nie większej niż120 kw; J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 3
Odnawialne Źródło Energii Ustawa Prawo Energetyczne Art. 3 pkt. 20 odnawialne źródło energii - źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, aerotermalną, geotermalną, hydrotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu pochodzącego ze składowisk odpadów, a także biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątków roślinnych i zwierzęcych J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 4
Dostępność energii słonecznej w Europie J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 5
Rodzaje systemów PV Systemy wydzielone Syst. podłączone do sieci Zastosowania indywidualne Zastosowania przemysłowe Odległe miejsca zamieszkania Rozproszone Scentralizowane wewnętrzne zewnętrzne kalkulatory wagi elektroniczne zegarki narzędzia elektr. ładowarki fontanny latarki światła ogrodowe telekomunikacja sygnal. drogowa telematyka tablice ogłosz. światła nawigacyjne oświetlenie elektr. systemy domów słonecznych wiejskie źródła zasilania ładowanie akumulat. prywatne dachy pokazowe/ szkolne zintegrowane z fasadami elektrownie wspólnoty właścicieli bariery dźwiękochłonne telefony kom. numery domów wentylacja samochodowa ochrona katodowa zdalny nadzór górskie hotele i restauracje uzdatnianie wody nawadnianie lampy uliczne łodzie i jachty chłodnie medyczne szkoły J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 6
Moc zainstalowana w różnych typach systemów fotowoltaicznych Off-Grid ~ 1,9% (wyspowe, autonomiczne) Grid Connected ~ 98,1% (współpracujące z siecią) Źródło: IEA International Energy Agency, Trends in Photovoltaic Applications Report 1992-2011 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 7
Przykłady PV systemy mikromocowe źródło: różne informacje handlowe (DIY TRADE, DSnumbers, alibaba.com, www.wholesale.com ) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 8
Przykłady PV - komercyjne systemy autonomiczne (hybrydowe) Źródło : http://www.solari.it Źródło: BBC News J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 9
Przykłady PV - sygnalizacja drogowa, kolejowa i morska źródło: różne informacje handlowe (SEALITEUSA, ELTEC, www.solar-led-lights.cn, OkSolar, Affordable Solar) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 10
Przykłady PV - realizacja zasilania w miejscach bez dostępu do sieci Refuge de Tete Rousse 3100 n.p.m The Rappenecker Hof http://idw-online.de/pages/en/image8360 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 11
Przykłady PV Systemy oświetleniowe J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 12
Przykłady PV systemy oświetleniowe Ross Lovegrove Solar Trees in Vienna http://inhabitat.com Solar Powered Bus Shelter Unveiled in San Francisco http://inhabitat.com J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 The sustcainable city light concept http://www.design.philips.com 13
Przykłady PV - fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: Sugan Solar System Solutions, Źródło: http://www.treehugger.com/solartechnology Elementy budynków mieszkalnych wykonane z przepuszczających światło paneli fotowoltaicznych J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 14
Przykłady PV - fotowoltaika zainstalowna na dachach budynków mieszkalnych źródło: http://sinovoltaics.com BAPV (doinstalowana do dachu) BIPV (zintegrowana z dachem) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 15
Przykłady PV - fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: PV ezrack Panele fotowoltaiczne stanowiące część pokrycia dachowego J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 16
Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: www.scientificamerican.com źródło: SOLÉ Solar Power Tile Dachówki fotowoltaiczne J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 źródło: Stellar Energy Contrac 17
Przykłady PV - systemy zintegrowane z budynkami (BIPV) źródło: Fraunhofer ISE Elementy fasady budynku wykonane z paneli PV J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 18
Przykłady PV - Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: Fraunhofer ISE Pokrycia dachowe wykonane z baterii słonecznych J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 19
Przykłady PV -fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: SMA http://www.smapictures.com http://www.gipv.de/bipv_brochure.pdf J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 20
21 Przykłady PV - fotowoltaika doinstalowywana do budynków (BAPV) Fotowoltaiczny system zacienieniowy (markiza) AGH Budynek C-3 Eden Project, Cornwall, UK http://www.sharpmanufacturing.co.uk J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014
Przykłady PV - komercyjne elektrownie fotowoltaiczne Yuma County, Arizona USA Agua Caliente Solar Project 247MWp (397MWp) http://www.yumasun.com/ 1 MWp = ~ 2ha gruntu Hokuto-City, Japan 1,2MWp J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 22
Przykłady PV Wierzchosławice Pierwsza w Polsce farma fotowoltaiczna o mocy 1,0 MWp w Wierzchosławicach została uruchomiona w dniu 30.09.2011 r. Fot. Archiwum GEORYT Krzysztof Witkowski J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 23
Przykład BAPV w Jaworznie Sanktuarium Matki Bożej Nieustającej Pomocy 71,35kWp źródło: www.diecezjasosnowiec.pl Agnieszka Lorek kwiecień 2011 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 24
Przykład BAPV w Łodzi Wojewódzki Specjalistyczny Szpital im. dr Wł. Biegańskiego 220 kwp J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 25
EPIA PV MARKET REPORT 2012 POLSKA 29 instalacji 3,767 MW Dane URE J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 26
EPIA PV MARKET 2013 Nowe moce PV zainstalowane w roku 2013: Chiny 11,3 GW Japonia 6,9 GW USA 4,8 GW Niemcy 3,3 GW Włochy 1,1 GW UK 1,1 GW Rumunia 1,1 GW Indie 1,1 GW Grecja 1,0 GW Francja 613 MW Korea 442 MW Tajlandia 317 MW Belgia 215 MW Dania 200 MW J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 27
EPIA PV MARKET 2000-2013 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 28
EPIA PV MARKET 2000-2013 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 29
Rodzaje systemów PV system autonomiczny 1 6 2 4 5 3 1. Generator fotowoltaiczny 2. Regulator ładowania 3. Bank akumulatorów 4. Autonomiczny falownik 5. Odbiorniki stałoprądowe 6. Odbiorniki zmiennoprądowe J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 Źródło: SMA TechnologyCompendium2 30
Rodzaje systemów PV systemy sieciowe 1 Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS 2 3 4 1. Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 31
Rodzaje systemów PV 1 1 systemy sieciowe 1 Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS 2 2 2 3 4 1. Generator fotowoltaiczny 2. Jednofazowy falownik sieciowy 3. Urządzenia sterujące i komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna 5. Wyłącznik (zdalnie sterowany) DC AC Magistrala komunikacyjna J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 32
Rodzaje systemów PV systemy sieciowe 1 1 1 Źródło: SMA SYSTEM SOLUTIONS 2 2 2 3 4 1. Generator fotowoltaiczny 2. Trójfazowy falownik sieciowy z regulacją mocy 3. Urządzenia sterujące / komunikacyjne 4. Publiczna sieć elektroenergetyczna DC AC Magistrala komunikacyjna J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 33
Rodzaje systemów PV Autonomiczny system hybrydowy (DC) 1 7 8 6 9 9 4 2 5 3 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 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 34
Rodzaje systemów PV Autonomiczny system hybrydowy (AC) 1 7 8 5 2 2 6 3 4 Źródło: SMA TechnologyCompendium2 1. Generator fotowoltaiczny 2. Falownik sieciowy 3. Falownik sieciowy / ładowarka 4. Bank akumulatorów 5. Publiczna sieć elektroenerget. 6. Odbiorniki zmiennoprądowe 7. Generator pomocniczy 8. II Generator pomocniczy J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 35
Rodzaje systemów PV Rozproszony system wyspowy 1 1 1 1 6 2 2 2 2 7 5 3 3 3 3 4 4 4 4 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 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 36
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) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 37
System typu Sunny Backup Źródło: SMA materiały promocyjne J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 38
Sunny Backup Set S Źródło: Katalog SMA 2012 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 39
Sunny Backup Set M lub L Źródło: Katalog SMA 2012 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 40
Sposoby montażu modułów fotowoltaicznych 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 trzy 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 " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 41
Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej Źródło: PVSyst J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 42
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 Images: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 43
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 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 44
Wzrost temperatury [ 0 C] Temperatura pracy modułów PV Nagrzewanie się modułów wystawionych na działanie promieniowania słonecznego. 60 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(niebieskie punkty). 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 " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 45
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 " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 46
Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Image: http://www.flickr.com/photos/afloresm/2115198477, http://www.wip-munich.de/en/projects/195-sevillapv.html Sevilla PV PLANT (płaskie lustra) Nominalna moc PV 800kWp Szczytowa moc elektryczna 1.2MW J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 47
Układy koncentratorowe (systemy nadążne) Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 48
49 Porównanie pracy systemu stacjonarnego i nadążnego (AGH Kraków) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014
Elementy systemu fotowoltaicznego Moduł(y) fotowoltaiczne Stanowią generator energii elektrycznej Łączy się je w pola fotowoltaiczne Montowane są na konstrukcjach wsporczych zapewniających odpowiednie kąty ustawienia oraz wytrzymałość mechaniczną zdjęcie: Kyocera materiały handlowe J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 50
Rodzaje modułów PV krzem monoktystaliczny źródło : http://www.ecvv.com, http://ledprince.in/ledprince J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 51
Rodzaje modułów PV - krzem multiktystaliczny źródło : http://www.solars-china.com, http://www.sunlightelectric.com J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 52
Rodzaje modułów PV moduły cienkowarstwowe źródło : First Solar Agua Caliente Arizona USA http://www.made-in-china.com, http://www.brijfootcare.in/solar-technologies J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 53
Budowa barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego Źródło: K. Białecka, Fraunhofer ISE, Freiburg J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 54
Barwnikowy moduł fotowoltaiczny Źródło: K. Białecka, Fraunhofer ISE, Freiburg J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 55
Standard Test Conditions (STC) Natężenie promieniowania słonecznego: 1000 [W/m 2 ] Widmo promieniowania słonecznego: AM=1.5 Temperatura pracy modułu: 25 C Dla warunków STC podaje się następujące parametry modułu: moc znamionową sprawność napięcie układu otwartego (bez obciążenia) prąd zwarciowy modułu optymalny punkt pracy (napięcie i prąd, przy których uzyskuje się z modułu moc znamionową) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 56
Charakterystyka I/V modułu fotowoltaicznego STC Grafika: PVSyst J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 57
Normal (Nominal) Operating Cell Temperature NOCT Natężenie promieniowania słonecznego: 800 [W/m 2 ] Widmo promieniowania słonecznego: AM=1.5 Temperatura pracy modułu: 47-49 C temperatura jaką osiąga moduł przy oświetleniu 800W/m 2, przy temperaturze powietrza 20 C i wietrze wiejącym z prędkością 1 m/s. J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 58
Normal (Nominal) Operating Cell Temperature NOCT NOCT -28% Grafika: PVSyst J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 59
Czynniki obniżające sprawność modułu fotowoltaicznego Temperatura Zacienienie (nawet częściowe) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 60
Wrażliwość temperaturowa modułów PV U oc : -143 mv/ o C I sc : +2.9 ma/ o C Moc: -0.48 %/ o C Grafika: PVSyst J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 61
Wewnętrzna budowa modułu PV - krzem krystaliczny 60 ogniw TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 62
Efekt częściowego zacienienia przy 3 diodach bypass w module J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 63
Elementy systemu fotowoltaicznego Regulator ładowania (charge contoller) zdjęcia: Steca Elektronik GmbH Decyduje o rozpływie energii w autonomicznym systemie PV Nadzoruje proces ładowania/rozładowania akumulatora Wizualizuje stan pracy systemu Inne funkcje (wyłącznik zmierzchowy, włącznik generatora pomocniczego) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 64
Akumulator(y) Elementy systemu fotowoltaicznego Ma zgromadzić zapas energii niezbędny do zapewnienia wymaganej autonomii wydzielonego systemu PV Najczęściej wykorzystuje się kwasowo- ołowiowe akumulatory z elektrolitem w postaci żelu Magazyn energii buduje się poprzez szeregowo-równoległe łączenie akumulatorów o napięciu 2V, 6V lub 12V Pomieszczenie akumulatorowni wymaga wietrzenia zdjęcia: www.sonnenchein.org J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 65
Falownik (inverter) Elementy systemu fotowoltaicznego Zamienia napięcie stałe z modułów PV na napięcie przemienne o parametrach sieciowych Może posiadać izolację DC/AC (transformator) lub nie. Typy falowników: Wyspowy (off-grid) Współpracujący z siecią (on-grid) Jednofazowy Trójfazowy Zakres mocy falowników od 150W do 20kW Falowniki centralne o mocach od 100 do 500kW zdjęcia: SMA Solar Technology AG J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 66
Przewody i złącza Elementy systemu fotowoltaicznego Zdjęcia: MultiContact, PhoenixContact, IBC, Helukabel Mają zapewnić bezawaryjną pracę systemu przez ponad 20 lat. Muszą być odporne na zmienne warunki pogodowe. Muszą posiadać zabezpieczenia przed przypadkowym rozłączeniem Najpopularniejsze standardy złącz: MultiContact MC3 i MC4 PhoenixContact Sunclix Przewody solarne elastyczne (linka), odporne na działanie UV i wysokiego napięcia (min. 1000 V) Przykłady: IBC Flexisun, Helukabel Solarflex-X, MultiContact Flex-Sol J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 67
Konstrukcja wsporcza Elementy systemu fotowoltaicznego Stalowa lub aluminiowa konstrukcja łącząca moduły fotowoltaiczne z budynkiem (dach, fasada) lub podłożem ziemnym. Ma zapewnić odpowiednie kąty ustawienia modułów PV oraz odporność na podmuchy wiatru. Tak jak ramy modułów oraz wszystkie metalowe obudowy urządzeń użytych do budowy systemu PV konstrukcja wsporcza musi być uziemiona. Spotyka się najróżniejsze sposoby łącznia konstrukcji wsporczej z bryłą budynku lub podłożem (stawianie, przykręcanie, wbijanie montaż na betonowych fundamentach. Zdjęcia: inhabitat.com, Schletter Inc, www.ground-screw.com J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 68
Dane pomiarowe - fasada PV C3 AGH 1,92kWp Azymut 20 o W, pochylenie 60 o J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 69
Dane pomiarowe - fasada PV C3 AGH 1,92kWp 708,3 kwh/kwp J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 70
Dane pomiarowe - fasada PV C3 AGH FASADA PV C3 AGH 1,92kWp J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 71
Etapy inwestycji przy budowie PV Cel projektu/aplikacji Parametry elektryczne Lokalizacja Ograniczenia powierzchniowe Ograniczenia środowiskowe Ograniczenia finansowe Szacunki wstępne (wymiarowanie) Proces symulacji Weryfikacja wyników Budowa systemu Nadzór nad pracą systemu J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 72
Cel projektu (inwestycji) Badawczy Demonstracyjny Użytkowy Komercyjny (zarobkowy) Prywatny Uniwersalny Indywidualny J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 73
Parametry elektryczne Maksymalizacja produkcji energii elektrycznej systemy zarobkowe Pokrycie konkretnych potrzeb odbiornika z zasilania fotowoltaicznego: Profil czasowo-mocowy odbiornika: napięcie autonomia chwilowe zapotrzebowanie na moc maksymalna potrzebna moc niezawodność zasilania J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 74
Lokalizacja Położenie geograficzne Dostępność energii słonecznej Optymalne kąty ustawienia baterii słonecznych Częściowe zacienienie przez obiekty znajdujące się pobliżu: drzewa budynki Albedo wpływ odbicia od powierzchni płaskich przed instalacją (woda, trawnik, śnieg) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 75
Ograniczenia powierzchniowe Powierzchnia dostępna na montaż instalacji: np. dach lub fasada budynku Parametry wytrzymałościowe: Duża powierzchnia baterii słonecznych to duże siły powstające przy wiejącym wietrze J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 76
Ograniczenia środowiskowe Refleksy promieni słonecznych mogą być uciążliwe dla otoczenia Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego w systemach hybrydowych Hałas Zanieczyszczenia powietrza (spaliny) Drgania Zagrożenie pożarowe J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 77
Ograniczenia finansowe Budżet określony na wstępie projektu Instalacja podpięta do sieci powinna generować zyski na zakładanym poziomie Cel projektu powinien zostać osiągnięty za rozsądną cenę Liniowość kosztów instalacji PV możliwość rozbudowy etapami J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 78
Proces wymiarowania /projektowania Reguły ogólne obliczenia ręczne Symulacje komputerowe Optymalizacja systemu iteracyjne dochodzenie do równowagi pomiędzy wskaźnikami jakości a kosztami J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 79
Komputerowe wspomaganie projektowania Specjalistyczne oprogramowanie darmowe (np. SunnyDesign by SMA, PVGIS) Specjalistyczne oprogramowanie komercyjne (np. PVSyst, Solar Design Studio, PVSol, PolySun ) Otwarte środowiska obliczeniowe (np. Matlab) Bazy danych meteo (pomiary własne, SolarGIS, PV GIS, Meteonorm, Helioclim, NASA, Ministerstwo BTiGM) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 80
Wskaźniki jakości systemów PV Solar Fraction (Fsol) udział energii słonecznej w całkowitej ilości energii zużytej przez odbiornik docelowo 100% Performance ratio (Pr) współczynnik wydajności określający stosunek rzeczywiście wyprodukowanej energii elektrycznej do energii, którą mógłby wyprodukować ten sam system pracując z nominalną sprawnością (ŋstc) Final Yield (Yf) uzysk końcowy średnia dzienna ilość wyprodukowanej energii odniesiona do zainstalowanej mocy J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 81
Weryfikacja wyników symulacji Przeprowadzenie symulacji na kilku różnych programach i dla różnych danych pogodowych Porównanie wyników z ogólnie przyjętymi regułami (eliminacja błędów grubych ) Porównanie wyników z pomiarami w istniejących już instalacjach, pracujących możliwie blisko docelowej lokalizacji projektowanego systemu J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 82
Budowa systemu Wytrzymała konstrukcja nośna Odpowiednie chłodzenie baterii słonecznych Okablowanie odporne na UV i hermetyczne złącza Zabezpieczenia uziemienie, odgromniki i ochronniki przepięciowe, bezpieczniki (prąd cofający) Wentylacja akumulatorów System monitoringu elektrycznego i pogodowego J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 83
Dobre praktyki przy projektowaniu Wybór technologii modułów fotowoltaicznych: Technologia Sprawność Powierzchnia 1kWp [%] [m 2 ] Mono Si 20.1 5.0 Poly Si 18.6 5.4 CdTe 10.1 9.9 CIGS 12.2 8.2 HIT 17.3 5.8 Amorphous Si 7.5 13.3 Barwnikowy 11.1 9.0 J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 84
Dobre praktyki przy projektowaniu Właściwa konfiguracja modułów PV do falownika: Łączna moc modułów PV (STC) powinna wynosić od 110 do 125% mocy szczytowej falownika Jeżeli szeregi modułów łączymy równolegle to muszą one mieć identyczną strukturę elektryczną (typ i ilość modułów) oraz pracować w identycznych warunkach nasłonecznienia (kąty pochylenia, azymut) Wypadkowe napięcie układu otwartego na szeregu modułów nie może przekroczyć maksymalnego napięcia dopuszczanego na wejściu przez falownik przy najniższej spodziewanej temperaturze pracy systemu Wypadkowe napięcie punktu mocy maksymalnej na szeregu modułów nie może być niższe niż minimalne napięcie, dla którego falownik jest w stanie zaimplementować procedurę MPPT przy najwyższej spodziewanej temperaturze pracy systemu J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 85
Dobre praktyki przy projektowaniu Właściwa konfiguracja modułów PV do falownika źródło: materiały reklamowe falownik SMA STP 17000TL J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 86
Dobre praktyki przy projektowaniu Właściwy dobór kąta pochylenia modułów PV: Dla systemów podpiętych do sieci należy wybierać optymalny kąt całoroczny (ok. 35 o ). Dla systemów wydzielonych należy wybierać kąt optymalny dla sezonu zimowego (50 o -60 o ). Dodatkowo taki kąt pomoże w samooczyszczaniu modułów z zalegającego śniegu. J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 87
Dobre praktyki przy projektowaniu Obliczanie pojemności akumulatora w systemie autonomicznym: Gdzie: C A E U C = A * E U * 0,8 - pojemność akumulatora [Ah] - wymagana autonomia systemu [dni] - energia jaką potrzebuje odbiornik w ciągu doby [Wh] - znamionowe napięcie systemu [V] J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 88
Najczęściej popełniane błędy Niewłaściwy dobór regulatora ładowania do typu zastosowanych akumulatorów Błędnie określona autonomia systemu Stosowanie akumulatorów z ciekłym elektrolitem Brak odpowiedniego chłodzenia modułów PV Złe określenie w projekcie minimalnej i maksymalnej temperatury pracy systemu PV Złe kąty montażu modułów PV Zbyt duże zagęszczenie w przypadku wielorzędowej instalacji PV na gruncie Pionowy montaż modułów PV przy spodziewanym zacienieniu o charakterze horyzontalnym Zła konfiguracja stringów PV podłączanych do falownika Brak zabezpieczeń antyprzepięciowych J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 89
Nadzór nad pracą systemu Statystyczna analiza parametrów chwilowych Wykrywanie uszkodzeń: Pomiary elektryczne Pomiary termiczne J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 90
Optymalizacja prosumenckiej mikroinstalacji PV Zwiększenie natychmiastowego zużycia energii wyprodukowanej w instalacji PV przez domowe odbiorniki energii elektrycznej. Optymalizacja taka ma sens gdy energia z PV jest tańsza od energii z sieci. Analiza przeprowadzona w oparciu o niemiecki model gospodarstwa domowego składającego się z 4 osób i zużywającego rocznie ok 5000kWh energii. J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 91
Optymalizacja prosumenckiej mikroinstalacji PV Współczynnik natychmiastowego wykorzystania energii (WNWE) WNWE = Energia wyprodukowana Przez system PV [kwh] Energia z systemu PV zużyta przez odbiorniki domowe (bez oddawania do sieci) J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 92
Optymalizacja prosumenckiej mikroinstalacji PV Współczynnik niezależności energetycznej (WNE) WNE = Energia z systemu PV zużyta przez odbiorniki domowe (bez oddawania do sieci) Całkowite zapotrzebowanie na energię w gospodarstwie domowym J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 93
Pojemność akumulatorów/ Roczne potrzeby energetyczne domu [Wh/kWh] Współczynnik natychmiastowego wykorzystania energii Moc systemu PV/ Roczne potrzeby energetyczne domu [Wp/kWh] Źródło: SMA Smart Home planning guidelines J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 94
Pojemność akumulatorów/ Roczne potrzeby energetyczne domu [Wh/kWh] Współczynnik niezależności energetycznej Moc systemu PV/ Roczne potrzeby energetyczne domu [Wp/kWh] Źródło: SMA Smart Home planning guidelines J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 95
Efekt zastosowania akumulatora w systemie domowym Bez akumulatora Z akumulatorem Źródło: SMA Smart Home planning guidelines J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 96
Schemat instalacji z aktywnym zarządzaniem energią Źródło: SMA Smart Home planning guidelines J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 97
Ustawa PE - kategorie instalacji OZE wg mocy Mikroinstalacje < 40kW Instalacje prosumenckie lub zarobkowe Prosument bez działalności gospodarczej Prosument bez koncesji Dla prosumenta dyskryminująca taryfa FiT Rozliczenia z OSE Dodatkowe dochody rozliczane w formularzu PIT Przy działalności gospodarczej warunki jak dla pozostałych kategorii Małe instalacje od 40 do 200kW Kategoria jedynie na potrzeby uprawnień certyfikowanych instalatorów Działalność gospodarcza Koncesja Zielone certyfikaty Duże instalacje powyżej 200kW Działalność gospodarcza Koncesja Zielone certyfikaty J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 98
Mały trójpak energetyczny (nowelizacja PE) Art. 7 ust. 8 pkt 3 Za przyłączenie źródeł współpracujących z siecią oraz sieci przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się przesyłaniem lub dystrybucją paliw gazowych lub energii pobiera się opłatę ustaloną na podstawie rzeczywistych nakładów poniesionych na realizację przyłączenia, z wyłączeniem: a) odnawialnych źródeł energii o mocy elektrycznej zainstalowanej nie wyższej niż 5 MW oraz jednostek kogeneracji o mocy elektrycznej zainstalowanej poniżej 1 MW, za których przyłączenie pobiera się połowę opłaty ustalonej na podstawie rzeczywistych nakładów, b) mikroinstalacji, za której przyłączenie do sieci dystrybucyjnej elektroenergetycznej nie pobiera się opłaty. źródło: strona internetowa Sejmu RP J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 99
Mały trójpak energetyczny (nowelizacja PE) Art. 7 ust. 8d wyjaśnienia 8d 4. W przypadku gdy podmiot ubiegający się o przyłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej jest przyłączony do sieci jako odbiorca końcowy, a moc zainstalowana mikroinstalacji, o przyłączenie której ubiega się ten podmiot, nie jest większa niż określona w wydanych warunkach przyłączenia, przyłączenie do sieci odbywa się na podstawie zgłoszenia przyłączenia mikroinstalacji, złożonego w przedsiębiorstwie energetycznym, do sieci którego ma być ona przyłączona, po zainstalowaniu odpowiednich układów zabezpieczających i układu pomiarowo-rozliczeniowego. W innym przypadku przyłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej odbywa się na podstawie umowy o przyłączenie do sieci. Koszt instalacji układu zabezpieczającego i układu pomiarowo-rozliczeniowego ponosi operator systemu dystrybucyjnego elektroenergetycznego. 8d 5. Zgłoszenie, o którym mowa w ust. 8d 4, zawiera w szczególności: źródło: strona internetowa Sejmu RP 1) oznaczenie podmiotu ubiegającego się o przyłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej oraz określenie rodzaju i mocy mikroinstalacji; 2) informacje niezbędne do zapewnienia spełnienia przez mikroinstalację wymagań technicznych i eksploatacyjnych, o których mowa w art. 7a. 8d 6. Do zgłoszenia, o którym mowa w ust. 8d 4, podmiot ubiegający się o przyłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej jest obowiązany dołączyć oświadczenie następującej treści: Świadomy odpowiedzialności karnej za złożenie fałszywego oświadczenia wynikającej z art. 233 6 ustawy z dnia 6 czerwca 1997 r. Kodeks karny oświadczam, że posiadam tytuł prawny do nieruchomości na której jest planowana inwestycja oraz do mikroinstalacji określonej w zgłoszeniu.. Klauzula ta zastępuję pouczenie organu o odpowiedzialności karnej za składanie fałszywych zeznań. J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 100
Mały trójpak energetyczny (nowelizacja PE) Art. 7 ust. 8d wyjaśnienia 8d 7. Przedsiębiorstwo energetyczne zajmujące się dystrybucją energii elektrycznej potwierdza złożenie zgłoszenia, o którym mowa w ust. 8d 4, odnotowując datę jego złożenia. 8d 8. Przedsiębiorstwo energetyczne zajmujące się przesyłaniem lub dystrybucją energii elektrycznej jest obowiązane określić w warunkach przyłączenia przewidywany harmonogram przyłączania odnawialnego źródła energii, uwzględniający poszczególne etapy rozbudowy sieci, a także zestawienie planowanych prac. 8d 9. Przyłączane mikroinstalacje muszą spełniać wymagania techniczne i eksploatacyjne określone w art. 7a ust. 1. Szczegółowe warunki przyłączenia, wymagania techniczne oraz warunki współpracy mikroinstalacji z systemem elektroenergetycznym określają przepisy wydane na podstawie art. 9 ust. 3., źródło: strona internetowa Sejmu RP J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 101
Mały trójpak energetyczny (nowelizacja PE) Art. 7 ust. 9 W przypadku gdy przedsiębiorstwo energetyczne odmówi przyłączenia do sieci z powodu braku warunków ekonomicznych, o których mowa w ust. 1, za przyłączenie do sieci przedsiębiorstwo to może ustalić opłatę w wysokości uzgodnionej z podmiotem ubiegającym się o przyłączenie do sieci w umowie o przyłączenie do sieci; przepisów ust. 8 pkt 1 i 2 oraz pkt 3 lit. a nie stosuje się. źródło: strona internetowa Sejmu RP J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 102
Mały trójpak energetyczny (nowelizacja PE) Art. 9u. Wytwarzanie energii elektrycznej w mikroinstalacji przez osobę fizyczną niebędącą przedsiębiorcą w rozumieniu ustawy o swobodzie działalności gospodarczej, a także sprzedaż tej energii przez tę osobę, nie jest działalnością gospodarczą w rozumieniu tej ustawy. Art. 9v. Energię elektryczną wytworzoną w mikroinstalacji przyłączonej do sieci dystrybucyjnej znajdującej się na terenie obejmującym obszar działania sprzedawcy z urzędu i oferowaną do sprzedaży przez osobę, o której mowa w art. 9u, jest obowiązany zakupić ten sprzedawca. Zakup tej energii odbywa się po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej w poprzednim roku kalendarzowym, o której mowa w art. 23 ust. 2 pkt 18 lit. b. (czyli 80% z 181,55 PLN/MWh = 14,52 gr/kwh ) źródło: strona internetowa Sejmu RP J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 103
Możliwości wykorzystania energii słonecznej J.Teneta " Prosumenckie mikroinstalacje PV" Kielce 09.05.2014 104