135608615 dimensionarea unei instalatii fotovoltaice autonome

5/23/2018 135608615 Dimensionarea Unei Instalatii Fotovoltaice Autonome - slidepdf....

http:///reader/full/135608615-dimensionarea-unei-instalatii-fotovoltaice-auton

DIMENSION RE UNEI INST L TIIFOTOVOLT ICE UTONOME

Buzau Madalina Mihaela

Dumitrascu Mirela Mihaela



Cuprins

1.Sisteme fotovoltaice(PV) autonome1.1.Structura unui sistem fotovoltaic autonom

1.1.1Estimare consumului orar

1.1.21.2 Bateriile

1.2.1 Alegerea tipului de baterie

1.2.2 Tipuri de baterii

1.2.3 Durata de viata a bateriilor

1.2.4 Dimensionarea bateriilor1.2.5 Probleme des intalnite

1.3 Regulatorul de sarcina

1.4 Dimensionarea panourilor solare

1.5 Invertorul

1.6 Dimensionarea cablurilor

1.7 Beneficiile si dezavantajele energiei solare



1.Sisteme fotovoltaice(PV) autonome

1.1.Structura unui sistem fotovoltaic autonom

Un sistem fotovoltaic autonom este constituit din urmatoarele componente

principale:

Panourile fotovoltaice

Invertorul

Regulatorul de sarcina Bateriile de stocare

Consumatorii electrici



Invertoarele utilizate in cazul sistemelor PV autonome(care au rolul de a converti

curentul continuu in curent alternativ) difera esential de invertoarele utilizate

pentru sistemele fotovoltaice conectate la retea.Exista sisteme in care curentul

continuu este utilizat direct,fara baterii;tensiunile sistemului(tensiunea la baterie)

sau tensiunea sarcinii in cazul sistemului PV fara baterie este :12 V c.c.,24 V c.c

sau 48 V c.c.

1.1.1Estimare consumului orar



1.2 Bateriile

-cele mai vulnerabile parti ale sistemului

-inmagazineaza energie-E=U*I*h

-O baterie de 12 V 100Ah inmagazineaza pana la 1200Wh.Aceasta baterie este

suficienta pentru a alimenta un bec de 100W pentru 120 de ore

1.2.1 Alegerea tipului de baterie

Se face in functie de :



-cost

-durata de viata

-gradul de dificultate al intretinerii

1.2.2 Tipuri de baterii

1.2.3 Durata de viata a bateriilor

Efectele temperaturii asupra duratei de viata a bateriilor

Desi capacitatea bateriei la temperaturi mari este mai mare,durata de viata a ei este

scurtata,la fiecare 10 Cdupa 25-ea este injumatatita.

Gradul de descarcare al bateriilor(DOD) si durata de viata

Pentru o utilizare cat mai indelungata ,nu trebuie sa le descarcam prea mult(maxim 20%).

Plumb NiCd NiMH Li-ion

Energie/greutate 30-40 40-60 30-80 160 Wh/kg

Energie/marime 60-75 50-150 140-300 270 Wh/L

Putere/greutate 180 150 250-1000 1800 W/Kg

Eficienta incarcare-

descarcare

70%-

92%

70%-

90%

66% 99.90%

Auto-descarcare 3%-20%

10% 30% 5%-10% luna

Durata de viata(nr. de

cicluri)

500-

800

2000 500-1000 ~1200 cicluri

Tensiunea/pe celula

nominala

2.105 1.2 1.2 3.6-3.7 Volti



1.2.4 Dimensionarea bateriilor

Selectarea gradului de descarcare........80%

Selectarea numarului de zile(pentru care bateria inmagazineaza

energie).........4

MarimeaBateriei=Numarul de zile x Sarcina x 100 / DOD = 4x492x100/80=2460Wh

Alegerea tensiunii bateriei............................12V

CapacitateaBateriei=MarimeaBateriei/Tensiunea bateriei=2460/12=205Ah

Selectarea tipului de baterie.....................110Ah 12V

Prin urmare avem nevoie de.2 baterii puse in paralel (220Ah@12V)

1.2.5 Probleme des intalnite

-Stratificarea electrolitului

-Celule au sarcini diferite

-Pierderea de electrolit



1.3 Regulatorul de sarcina

Se pot distinge cateva tipuri de regulatoare de incarcare pentru sistemele PV :

Regulatoare seriale

Prin utilizarea unui astfel de regulator,conexiunea dintre un generator solar si o

unitate de stocare a energiei este intrerupta atunci cand limita de incarcare este

atinsa.Se pot folosi pentru deconectare atat relee cat si tranzistoare bipolare sau

MOFSET.Principiul de reglare seriala provine din tehnologia clasica de incarcare

si este utilizata si in dispozitivele de incarcare conectate la retea.

Atunci cand tensiunea scade sub pragul descarcarii severe,sarcina este deconectata

de la baterie pentru ca aceasta sa fie protejata.

Regulatoare unt(scurt-circuit)

Atunci cand se valorifica proprietatile specifice ale celulelor solare,se poate aplicaun principiu de reglare care sa evite dezavantajele reglarii seriale.Astfel,in circuitul

de mai jos,generatorul solar este pur si simplu scurtcircuitat printr-un comutator

electronic,atunci cand bateria este complet incarcata.Totusi,aceasta pierdere un

afecteaza balanta energetica a sistemului fotovoltaic,deoarece apare doar atunci

cand bateria este incarcata complet si energia solara nu mai este necesara oricum.



Spre deosebire de majoritatea regulatoarelor seriale,aceasta procedura functioneaza

sigur chiar si atunci cand capacitatea bateriei este complet epuizata(tensiune mai

mica de 9V),deoarece comutatorul de scurt-circuit un trebuie activat decat dupa

reincarcarea bateriei.Este necesara o dioda de blocare pentru a preveni

scurtcircuitarea bateriei.In timpul noptii aceasta va servi si impotriva descarcarii

prin generatorul solar.

Regulatoare PWM

Aceste regulatoare utilizeaza o tehnica de comutare de mare frecventa.Regulatorul

comuta rapid(deschis/inchis) dispozitivul de control.Cand bateriile sunt descarcate

atunci unitatea este complet pornita.Pe masura ce bateria se apropie de starea de

incarcare completa unitatea va incepe sa porneasca si sa opreasca dispozitivul de

control in proportie cu nivelul de incarcare necesar.Cand bateria este complet

incarcata,curentul catre baterie va fi zero.In sistemele PV,regulatorul PWM este

montat in serie cu modulele fotovoltaice.La sistemele hibride cu turbina eoliana

si/sau micro/hidro,aceasta tehnica utilizeaza o sarcina unt(de intrerupere)ce

absoarbe o mare parte din energia provenita de la generator pentru a redirectiona

eventualul exces de energie catre baterii(permanent trebuie sa existe o sarcina pegenerator,pentru a preveni supra-viteza turbinei).



Protectia la suprasarcina

Un circuit este suprasolicitat atunci cand curentul din acel circuit este mai mare

decat cel nominal(pe care-l poate suporta in conditii de siguranta).Aceasta poate

produce supra-incalzirea si poate deveni chiar un pericol de incendiu.Suprasarcinapoate fi cauzata de o defectiune(scurt-circuit) al cablajului,sau de un aparat ce

functioneaza defectuos(ex:o pompa de apa inghetata).Anumite regulatoare de

incarcare au incorporata protectia la suprasarcina,care se reseteaza de regula prin

apasarea unui buton.

Regulatoare moderne de incarcare

Ultima generatie de regulatoare solare de incarcare impune standarde noi in

tehnologia fotovoltaica.Un astfel de regulator este echipat cu un circuit integrat(ASIC) creat special pentru utilizari in tehnologia fotovoltaica.Principalele

functiuni ale acestuia sunt:compensare interna a temperaturii;algoritm de incarcare

cu auto-invatare;determinarea starii de incarcare;protectie dinamica la

suprasarcina;adaptare automata a tensiunii;diagnosticarea stariii de

functionare;indicarea starii de incarcare;protectie la supra-descarcare.Programul

sau se regleaza dupa capacitatea si vechimea bateriei.Starea de incarcare este baza

tuturor functiilor de control si reglare.Elementele de afisare dau informatii despre

starea de incarcare,avarii si despre dispozitivele de baza.

1.4 Dimensionarea panourilor solare

EnergiaZilnicaPotentiala(Wh)=H x baterie x PR x Pmaxim

Pmaxim=EnergiaZilnicaPotentiala(Wh)

HxbateriexPR

unde:

H=radiatia in kWh/zi

baterie=randamentul bateriei;de obicei 0.8

PR(performance ratio)=Randamentul total0.8

Pmaxim=puterea panoului solar atunci cand iradiatia este maxima



Date radiatie(site)

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php#

Photovoltaic Geographical Information System

Incident global irradiation for the chosen locationLocation: 4426'39" North, 264'4" East, Elevation: 0 m a.s.l.,

Optimal inclination angle is: 35 degreesAnnual irradiation deficit due to shadowing (horizontal): 0.0 %

Month Hh Hopt H(90) Iopt T24h NDD

Jan 1330 2170 2200 64 -1.3 580Feb 2030 2930 2660 56 1.8 420

Mar 3140 3870 2940 43 6.0 331

Apr 4480 4870 2960 28 11.8 114

May 5650 5560 2790 15 17.7 16

Jun 5980 5630 2550 11 21.5 1

Jul 6090 5880 2760 12 23.5 0

Aug 5540 5860 3260 25 23.0 5

Sep 4260 5230 3730 41 17.5 80

Oct 2880 4190 3700 55 12.3 280

Nov 1500 2330 2280 61 6.3 462

Dec 1090 1790 1840 65 0.2 598

Year 3670 4200 2810 35 11.7 2887

Hh: Irradiation on horizontal plane (Wh/m2)\

Hopt: Irradiation on optimally inclined plane (Wh/m2) H(90): Irradiation on plane at angle: 90deg.

(Wh/m2) Iopt: Optimal inclination (deg.)T24h: 24 hour average of temperature (C)

NDD: Number of heating degree-days (-)



1.5 Invertorul

O componenta foarte importanta a acestor sisteme o reprezinta invertorul. Invertorul

conectarea mai multorpanouri solarein baterii, sisteme electrice si / sau alimentari cu

unei retele. Cea mai importanta sarcina a invertorului este aceea de a transforma curent

alternativ.

Majoritatea invertoarelor au un rating de eficienta in jur de 90 la suta. Noile

descoperiri in cadrul tehnologiei invertoarelor ar putea reduce costurile si ar putea

creste eficienta pana in jurul a 98 la suta. Trecand la capitolul costuri, din pacate

invertoarele nu sunt tocmai ieftine. Preturile acestora sunt stabilite in functie de

capacitate ( cata energie pot pompa ), asadar tineti minte acest lucru atunci candva decideti sa cumparati unul. Una dintre problemele invertoarele ar fi aceea ca

este posibil sa interfereze cu radiourile sau telefoanele mobile.

Printre facilitatile pe care le pot avea invertoarele se numara: protectie la scurt-

circuit pe intrare si iesire, protectie la suprasarcina si supraincalzire, protectie la

supravoltare si subvoltare, afisarea puterii consumate si a tensiunii bateriei etc.

Invertoarele au ca si caracteristica principalaputerea nominala, care reprezinta

consumul maxim admis la iesirea de 230 V. O alta caracteristica importanta a unui

invertor este forma undei de iesire. Astfel, exista invertoare cu unda sinusoidala

pura sau cu unda sinusoidala modificata. Invertoarele cu unda sinusoidala

modificata sunt mai accesibile ca pret, dar nu se preteaza la echipamente electrice

sau electronice care folosesc motoare alimentate direct la 230 V, pentru care se

utilizeaza invertoare cu unda sinusoidala pura. Modul de conectare al unui

invertor intr-un sistem solar este exemplificat prin figura urmatoare :



Probabilitatea pierderii de sarcina (Loss of load Probability LOLP)



1.6 Dimensionarea cablurilor

Aria sectiunii(mm) Curentul maxim(A) Curentul redus(A) Rezistenta m/metru

0.5 4.25 3.0 37

0.75 6.4 3.5 25

1.0 8.5 5.0 191.5 12.75 8.0 13

2.0 17.0 10.0 9

2.5 21.0 12.5 7.5

3.0 25.5 15.5 6

4.0 28.5 17.0 4.5

6.0 41.5 25.0 3

Caderea de tensiune=Rezistenta x Curent x Lungime in metri(cablu)

nu trebuie sa depaseasca 5% ,in curentul continuu

un trebuie sa depaseasca 1% ,in curentul alternativ

Exista totusi o metoda mai simpla pentru a calcula caderile de tensiune . Caderea de

tensiune (Uc) pentru o pereche de conductoare este de data de relatia:

Uc=0.04xLxI

unde: L=lungimea cablurilor in metrii

I=intensitatea curentului in amperi

A=aria sectiunii in mmIn general pentru o eficienta cat mai buna si o pierdere de energie cat mai mica

caderea de tensiune ar trebui sa fie mai mica de 5 % decat tensiunea sistemului. Sa

presupunem ca tensiunea sistemului este de 12V, lungimea cablurilor =10A iar

intensitatea curentului este de 10A.

Aria minima a sectiunii conductorului este de:

A=0.04x50mx10A = 33 mm .Acesta este un cablu costisitor!

0,6V(5%12V)

Daca acelasi cablu este dimensionat pentru o tensiune mai mare (24V) curentul esteinjumatatit pentru aceeasi putere ,caderea de tensiune permisa va fi acum de 1.2V.

A=0.04x50mx5A =8.3 mm .O patrime din cablul anterior!

1.2V

Cu cat puterea si/sau distanta ce trebuiesc transmise,se maresc ,avem nevoie de o

tensiune mai mare pentru a minimiza caderile de tensiune si marimea cablurilor.



1.7 Beneficiile si dezavantajele energiei solare

AVANTAJE

Energia solara este o resursa regenerabila in adevaratul sens al cuvantului. Nu va

disparea decat daca soarele va inceta sa arda, caz in care nu va mai exista deloc

viata pe planeta noastra.Panourile solare nu produc nicio poluare in timpul

functionarii, spre deosebire de reactoarele nucleare si instalatiile termice. In timp ce

primele cauzeaza probleme legate de evacuarea deseurilor nucleare, cele din urma

produc fum daunator si cenusa.Productia de energie solara de catre panourile solare

sau prin alte mijloace ce utilizeaza energia solara este lipsita de zgomot, spre

deosebire de alte metode.Montarea panourilor solare este facila si eficienta din

punct de vedere al costurilor. Mai mult, acestea devin utile in situatiile in care

retelele locale nu functioneaza, cum ar fi in spatiu, spre exemplu.Spre deosebire de

rezervele de ulei si carbune, energia solara este disponibila in toate zonele planetei,

nefiind concentrata intr-o singura parte. Prin urmare, recoltarea energiei solare

poate fi realizata aproape in orice loc.Unitatile generatoare de energie solare sunt

compacte si flexibile ca proiectare, ceea ce inseamna ca pot fi instalate aproape in

orice tip de spatiu, fara a va face griji ca trebuie sa construiti locatii speciale.Initial,

panourile solare costa mult, dar generarea gratuita de energie, de-a lungul anilor,

duce la un cost global extrem de eficient. In plus, panourile solare presupun mai

putina mentenanta si monitorizare.

DEZAVANTAJE

Costurile initiale pentru componente sunt ridicate. Acest lucru face ca instalarea

unui panou pentru captarea energiei solare sa coste destul de mult.Celulele solare

functioneaza doar in timpul zilei, iar eficienta lor este redusa pe parcursul zilelor

mohorate si innorate. Din acest motiv, sistemul trebuie sa fie dezvoltat si eficient,

beneficiind si de un sistem de stocare a energiei.Poluarea poate cauza efecte adverseasupra eficientei panourilor solare. Eficienta poate fi redusa, celulele solare fiind

nepotrivite pentru anumite zone.Desi aproape orice locatie primeste lumina soarelui,

nu orice locatie este fezabila pentru panourile solare.Crearea unor instalatii mari

pentru energia solara este costisitoare si dificila din punct de vedere al gasirii

locatiei.Energia solara nu este o energie concentrata precum combustibilii fosili.



Prin urmare, utilizarea ei in cazul automobilelor sau altor forme mecanizate este

dificila, daca luam in considerare rezultatul energetic.Decizia alegerii unui astfel de

sistem depinde de necesitatile si posibilitatile fiecarei persoane in parte, de locatia in

care va aflati si mai ales de banii de care dispuneti. Este o investitie folositoare, dar

si costisitoare .



Bibliografie:

Fizica si tehnologia celulelor solare si sistemelor fotovoltaice(seria monografica-

Nanotehnologiile si provocarile dezvoltarii durabile)-Laurentiu FARA (coordonator

si editor),Mihai Razvan MITROI(editor),Corneliu CINCU,Vladimir IANCU,SilvianFARA,Catalin ZAHARIA,Dumitru FINTA,Dragos COMANECI,Mihai

IANCU,Editura Academiei Oamenilor de Stiinta din Romania

Electricity from Sunlight-An Introduction to Photovoltaics-Paul A. Lynn,Editura

WILEY

Off-grid solar panels systems,short course-Centre for Alternative Technology,

Wales,UK

135608615 dimensionarea unei instalatii fotovoltaice autonome

Documents