Czyste Energie Wykład 2 Rodzaje i konfiguracje systemów fotowoltaicznych dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), e-mail: romus@agh.edu.pl Wydział EAIiE Katedra Automatyki AGH Kraków 2011
Zastosowania fotowoltaiki Systemy wydzielone Syst. podłączone do sieci Zastosowania indywidualne Zastosowania przemysłowe Odległe miejsca zamieszkania Rozproszone Scentralizowane wewnętrzne zewnętrzne telekomunikacja kalkulatory wagi elektroniczne zegarki narzędzia elektr. ładowarki fontanny latarki światła ogrodowe sygnal. drogowa telematyka tablice ogłosz. światła nawigacyjne ochrona katodowa 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 zdalny nadzór automaty handlowe górskie hotele i restauracje uzdatnianie wody nawadnianie lampy uliczne łodzie i jachty chłodnie medyczne szkoły
Systemy mikromocowe
Komercyjne systemy autonomiczne (hybrydowe) http://www.solari.it
Sygnalizacja drogowa, kolejowa i morska
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
Systemy oświetleniowe Ross Lovegrove Solar Trees in Vienna Solar Powered Bus Shelter Unveiled in San Francisco The sustainable city light concept http://www.design.philips.com
Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) Elementy fasady budynku wykonane z baterii słonecznych
Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) Pokrycia dachowe wykonane z baterii słonecznych
Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV)
Fotowoltaika doinstalowywana do budynków (BAPV) Fotowoltaiczny system zacienieniowy (markiza) AGH Budynek C-3 źródło: SMA ttp://www.smapictures.com
Komercyjne elektrownie fotowoltaiczne Sarnia, Ontario Canada 94MWp http://www.firstsolar.com/en/utility.php Hokuto-City, Japan 1,2MWp
Układy koncentratorowe Sevilla PV PLANT (płaskie lustra)
Układy koncentratorowe Hokuto-City Japan (soczewki Fresnela)
System fotowoltaiczny off-grid (stand alone) ODB ODB 1. Bateria słoneczna 2. Akumulator 3. Kontroler ładowania 4. Falownik 5. Odbiornik prądu zmiennego 6. Odbiornik prądu stałego
Odbiornik DC zasilany bezpośrednio z baterii słonecznych ODB Zalety: prostota układowa, niski koszt Wady: odbiornik stałoprądowy zasilany jest tylko w sprzyjających warunkach oświetleniowych
Odbiornik AC zasilany bezpośrednio z baterii słonecznych ODB Zalety: prostota układowa Wady: odbiornik zasilany jest tylko w sprzyjających warunkach oświetlenia, a falownik powinien mieć układ dopasowania mocy chwilowej
System autonomiczny ODB Zalety: zapewnia zasilanie odbiornika nawet przy całkowitym braku oświetlenia (noc). Wady: spory koszt, konieczność kontroli stanu akumulatora Autonomia czas przez który odbiornik może być zasilany tylko z akumulatora
Wyspa napięciowa ODB ODB Zalety: potrafi dostarczyć w miarę stabilne zasilanie różnego typu odbiornikom (np. w domku letniskowym) Wady: wysoki koszt uzyskanej energii zawsze wyższy od energii sieciowej
Elektrownia fotowoltaiczna podpięta do sieci publicznej Zalety: najprostszy układ konfiguracyjny, cała wyprodukowana energia oddawana jest do sieci Wady: w Polsce brak uzasadnienia ekonomicznego
Schemat elektrowni PV podpiętej do sieci
Instalacja PV pracująca w Krakowie Suma całoroczna 2007 1382kWh= 720kWh/kWp/rok Suma całoroczna 2008 1334kWh= 695kWh/kWp/rok Suma całoroczna 2009 1381kWh= 720kWh/kWp/rok
Energia [kwh/dzień] Instalacja PV 2kWp 12.000 Produkcja energii elektryczej z markizy 10.000 8.000 Średnio 3,78kWh/dzień 6.000 4.000 2.000 0.000 Dzień Suma całoroczna 1382kWh= 720kWh/kWp/rok
Instalacja PV (2kWp) pracująca w Krakowie
Systemy czysto fotowoltaiczne nie gwarantują ciągłości zasilania odbiornika!!!
W układach o krytycznym charakterze stosuje się hybrydowe systemy zasilania
Przykład hybrydowego systemu fotowoltaicznego z generatorem pomocniczym Generator PV Regulator ładowania Regulator napięcia Odbiornik DC Generator pomocniczy Akumulatory
Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem stałoprądowym Generator PV Regulator ładowania Odbiornik DC Turbina wiatrowa Prostownik / ładowarka Akumulator Inwerter Odbiornik AC Generator silnikowy Prostownik / ładowarka
Koncepcja systemu hybrydowego z połączeniem zmiennoprądowym Generator PV Inwerter Odbiornik AC Turbina wiatrowa Regulator ładowania Generator silnikowy Akumulator
Ciekawe obszary aplikacji PV Systemy zasilania awaryjnego np. Sunny Backup firmy SMA
Fotowoltaiczny system hybrydowy: Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego Najważniejsze kryteria przy wyborze generatora pomocniczego: Zakres mocy Przechowywanie energii (zapas paliwa) Koszty Wymagania obsługowe Możliwość zdalnego uruchamiania Możliwość sterowania podczas pracy Sprawność Wpływ na środowisko Paliwo (typ, dostępność, cena)
Jako generatory pomocnicze można użyć: Fotowoltaiczny system hybrydowy: Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego Generatory benzynowe Generatory diesla Generatory gazowe Generatory na biopaliwa Ogniwa paliwowe Generatory termoelektryczne Generatory termofotowoltaiczne Elektrochemiczne źródła energii Turbiny wiatrowe Mikroelektrownie wodne
Wskaźniki jakości pracy systemów fotowoltaicznych 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