Proces projektowania, budowy i nadzoru nad pracą systemu PV

Czyste energie Wykład 6 Proces projektowania, budowy i nadzoru nad pracą systemu PV dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), e-mail: romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2012

Proces projektowania systemu fotowoltaicznego

Projektowanie systemów fotowoltaicznych: Cel projektu/aplikacji Parametry elektryczne Lokalizacja Ograniczenia powierzchniowe Ograniczenia środowiskowe Ograniczenia finansowe Proces symulacji Weryfikacja wyników Budowa systemu Nadzór nad pracą systemu

Cel projektu Badawczy Demonstracyjny Użytkowy Komercyjny (zarobkowy) Prywatny Uniwersalny Indywidualny

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

Kalkulator energii

Czasowy rozkład mocy

Lokalizacja Położenie geograficzne Dostępność energii słonecznej Optymalne kąty ustawienia baterii słonecznych Częściowe zacienienie przez obiekty znajdujące się w pobliżu: drzewa budynki Albedo wpływ odbicia od powierzchni płaskich przed instalacją (woda, trawnik, śnieg)

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

Ograniczenia środowiskowe Wybór odpowiedniego generatora pomocniczego w systemach hybrydowych Hałas Zanieczyszczenia powietrza (spaliny) Drgania Zagrożenie pożarowe

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

Proces symulacji Reguły ogólne obliczenia ręczne Symulacje komputerowe Optymalizacja systemu iteracyjne dochodzenie do równowagi pomiędzy wskaźnikami jakości a kosztami

Komputerowe wspomaganie projektowania Specjalistyczne oprogramowanie darmowe (np. SunnyDesign by SMA) Specjalistyczne oprogramowanie komercyjne (np. PVSyst, Solar Design Studio) Otwarte środowiska obliczeniowe (np. Matlab) Bazy danych meteo (pomiary własne, Meteonorm, Helioclim)

Wskaźniki jakości 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

Współczynnik jakości systemu PV Performance Ratio PR Źródło: T. Żdanowicz, prezentacja na konferencji RENEXPO Warszawa 2012 PR[%]=100 E REAL /E STC Współczynnik jakości systemu Performance Ratio można również zdefiniować jako: PR = PR Wartość znormalizowana dostarczanej energii [kwh/kw] POA Irradiation/P mstc [kwh/m 2 ]/[kw/m 2 ] 1 PM 1 GPOA STC STC P G M dt POA dt E E A GPOA P x 100 [%] P EN PR dla dobrego systemu to ~80%+

Annual performance ratio PR a dostępność energii z sytemu systemy autonomiczne 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% System availability Wynik z 17-u systemów PV zainstalowanych w latach 1983-2000 we Włoszech (dane z lat 1992 do 2002) Source: IEA PVPS Task2

Weryfikacja wyników Przeprowadzenie symulacji na kilku różnych programach Porównanie wyników z ogólnie przyjętymi regułami (eliminacja błędów grubych ) Porównanie wyników z pomiarami w istniejących już instalacjach, pracujących możliwie blisko docelowej lokalizacji projektowanego systemu

Budowa systemu Wytrzymała konstrukcja nośna Odpowiednie chłodzenie baterii słonecznych Okablowanie odporne na UV i hermetyczne złącza Zabezpieczenia uziemienie, odgromniki i ochronniki przepięciowe Wentylacja akumulatorów System monitoringu elektrycznego i pogodowego

Nadzór nad pracą systemu Statystyczna analiza parametrów chwilowych Wykrywanie uszkodzeń: Pomiary elektryczne Pomiary termiczne

Przykład badań termograficznych Zdjęcia, wykresy i opisy pochodzą z pracy magisterskiej oraz prezentacji przygotowanej na jej obronę: Łukasz Głąb Termograficzne badania systemów fotowoltaicznych AGH 2010

BADANE SYSTEMY PV

SPRZĘT POMIAROWY I STANOWISKO BADAWCZE

Oprogramowanie do analizy wyników pomiarów:

KALIBRACJA KAMERY Emisyjność Odległość Temperatura otoczenia Temperatura atmosfery Wilgotność względna

ROZKŁAD TEMPERATUR W MODULE I SEGMENCIE

ROZKŁAD TEMPERATUR W SYSTEMACH WOLNOSTOJĄCYCH

Wykres temperatury dla linii horyzontalnej Wykres temperatury dla linii wertykalnej

WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY ROZWARTE

WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY ZWARTE

WPŁYW OBCIĄŻENIA MODUŁY OBCIĄŻONE

HOT - SPOT

HOT - SPOT Wykres temperatur z 16 kwietnia 2009 pojawienie się hot-spotu

HOT - SPOT Wykres temperatur z 21 kwietnia 2009 wpływ hot-spotu

HOT - SPOT Wykres temperatur z 13 maja 2009 usunięcie hot-spotu

EFEKT ŚCIANY

EFEKT ŚCIANY Wykres średnich temperatur dla trzech modułów systemu wolnostojącego 1 z zasymulowanym efektem ściany Wykres średnich temperatur dla trzech modułów systemu wolnostojącego 2 z zasymulowanym efektem ściany

EFEKT CZĘŚCIOWEGO ZACIENIENIA

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW ELEMENTARNE FOTOOGNIWO

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW SYMBOL FOTOOGNIWA LUB MODUŁU PV ANODA KATODA

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW DIODA BYPASS POZWALA PRĄDOWI OMINĄĆ ZACIENIONY FRAGMENT MODUŁU

WEWNĘTRZNA BUDOWA MODUŁU PV KRZEM KRYSTALICZNY 60 OGNIW TRZY DIODY DZIELĄ MODUŁ NA TRZY SEGMENTY CZYLI SUBSTRINGI

MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA CIEŃ ZACIENIONY JEST TYLKO JEDEN SEGMENT

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

CONERGY POWER PLUS 225 P MODUŁ Z KRZMU KRYSTALICZNEGO NIETYPOWE POŁĄCZENIE WEWNĘTRZNE MONTAŻ PIONOWY BARDZO SILNY WPŁYW ZACIENIENIA ZACIENIONE SĄ WSZYSTKIE TRZY SEGMENTY CIEŃ

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

MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ PIONOWY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA SPADEK MOCY PROPORCJONALNY DO ZACIENIONEJ POWIERZCHNI MODUŁU CIEŃ

MODUŁ CIENKOWARSTWOWY MONTAŻ POZIOMY OGRANICZONY WPŁYW ZACIENIENIA JEŚLI ZASTOSOWANO DIODY BYPASS CIEŃ

Narzędzia analizy przestrzennej Google Earth

Narzędzia analizy przestrzennej Dokumentacja fotograficzna

Narzędzia analizy przestrzennej Aplikacje na telefony komórkowe (iphone)

Narzędzia analizy przestrzennej Specjalistyczne urządzenia

Narzędzia analizy przestrzennej Narzędzia geodezyjne dalmierze, poziomice, niwelatory np. Leica Disto D8

Obrys horyzontu

Widok trójwymiarowy

Analiza układu cieni

Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp

Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka) 708,3 kwh/kwp

Instalacje pilotażowe dane pomiarowe z działających instalacji FASADA PV C3 AGH 1,92kWp (statystyka)

Dziękuję za uwagę!!!