1

SISTEME FOTOVOLTAICE Cum functioneaza panourile fotovoltaice? Pentru a avea energie electrica de la soare, aveti nevoie de un panoul solar ce are o celula solara sau mai multe celule. Celula solara absoarbe o parte din particulele de lumina ce cad pe aceasta, numite si fotoni. Fiecare foton contine o cantitate mica de energie. Atunci cand un foton este absorbit, acesta elibereaza un electron din materialul celului solare. Deoarece fiecare parte a celulei solare este conectata la un cablu, un curent va trece prin acesta. Celula va produce electricitate ce poate fi folosita instantaneu sau inmagazinata in acumulatori.

1. Lumina (fotoni) 2. Suprafata frontala 3. Strat negativ 4. Strat izolator 5. Strat pozitiv 6. Suprafata posterioara

Energia electrica este produsa atat timp cat panoul este expus la lumina. Materialele din care sunt fabricate celulele solare sunt semiconductoare si au o durata de viata de cel putin 20 de ani. Randamentul panourilor solare va scadea in timp. Ritmul de scadere in timp al randamentului este garantat de fiecare producator de panouri solare. Uzura panourilor este data de mediul inconjurator si modalitatea de montaj a acestora. Celule solare

2

Celulele solare sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, amorfe, film subtire, CIS (copper indium diselenide) si CdTe (cadmium telluride), CIGS, etc. Diferenta intre aceste celule consta in structura si modul cum sunt aranjati atomii. Acest lucru va da si un aspect specific fiecarei celule solare. Diferenta cea mai mare consta totusi in eficienta. Eficienta celulei se masoara in procentul de energie luminoasa transformata in energie electrica. Celulele solare monocristaline si policristaline au aproape aceasi eficienta fiind si cea mai mare din multitudinea de celule solare comerciale existente pe piata.

Panourile Solare Panourile solare sunt alcatuite din celule solare. Deoarece o celula fotovoltaica nu produce suficienta energie ca sa poata fi folosita eficient, este nevoie ca mai multe celule, acestea fiind legate in serie paralel, formand astfel un panou fotovoltaic. Panourile solare fotovoltaice sunt produse in diferite dimensiuni avand puteri variate. Cele mai folosite panouri in gama rezidentiala sunt cele de 50 si 75 W, iar pentru centrale fotovoltaice de puteri mari, panouri solare de 220W. Suprafata unui panou solar cristalin de 50W este de aproximativ 0,5 m2. Panourile solare se pot conecta si ele la randul lor in serie paralel formand sisteme de puteri mai mari. Un sistem solar ce va fi contectat la un singur charger trebuie sa aiba panouri solare de acelasi tip, acelasi producator, aceasi orientare si

3

inclinare si sa nu fie umbrit partial. Daca acest lucru nu este posibil, se vor folosi mai multe chargere. Panourile solare disponibile comercial au o eficienta cuprinsa intre 5 15%. Acest lucru inseamna ca 5-15% din energia luminoasa va fi transformata in energie electrica. Laboratoare din toata lumea dezvolta tehnologii de panouri solare cu randament mult mai mare (aproape 30%). Dezavantajul acestor panouri solare cu eficienta foarte mare este costul de productie ridicat. Acest lucru a dus la dezvoltarea panourilor thin film (film subtire) ce au un randament mai scazut, dar costul lor este mic.

Radiatia Solara Soarele emite in mod continuu cantitati uriase de energie. O parte din aceasta radiatie ajunge pe Pamant. Cantitatea de energie ce ajunge pe Pamant intr-o zi este mai mare decat intregul consum al Pamantului pe durata unui an intreg. Totusi, nu toata energie Soarelui ajunge pe solul Pamantului. O parte este absorbita de atmosfera sau reflectata inapoi in spatiu. Intensitatea luminii ce ajunge pe Pamant variaza in functie de perioada zilei, locatia si conditiile meteorologice. Radiatia solara ce ajunge pe Pamant se masoara in Wh/m2 pe zi sau KWh/m2 pe an. Pentru a simplifica calculele si a avea o baza comuna de calcul, s-a decis ca standard o putere de 1000Wh/m2 timp de o ora pentru o zi insorita. Aceasta putere se

4

regaseste intr-o zi de vara pe o suprafata de un metru patrat unde Soarele este perpendicular pe aceasta.

Radiatia solara ce cade pe sol variaza atat cu perioada zilei, dar poate varia considerabil in functie de locatie, mai ales in zone de munte. Iradiatia

5

solara variaza intre 1000KWh/m2 pe an in tarile din Europa de Nord si 2000 2500 KWh/m2 pe an in zonele cu desert. Aceste variatii intre locatii sunt date de diferentele de latitudine si conditiile meteorologice. Orientarea Raza luminoasa parcurge o linie dreapta de la Soare spre Pamant. La intrarea in atmosfera Pamantului, o parte din lumina se imprastie iar o parte ajuge la sol intr-o linie dreapta. O alta parte a luminii este absorbita de atmosfera. Lumina ce s-a imprastiat in atmosfera este ceea ce noi numim lumina difuza sau radiatie difuza. Raza de lumina ce ajunge pe suprafata solului fara sa fie imprastiala este denumita radiatie directa. Radiatia solara directa este cea mai cunoscuta si simtita in mod direct de catre oameni. Un panou solar produce energie electrica chiar si cand nu exista radiatie directa. Asadar, chiar daca este innorat afara, un sistem solar va produce energie electrica. Totusi, cele mai bune conditii de obtinere a energiei electrice sunt in zilele insorite, iar panoul indreptat direct spre Soare. Daca nu se opteaza pentru siteme de orientare automata in functie de soare, se va face un compromis in asezarea panourilor. Pentru zonele ce se afla in emisfera nodica, panourile se vor orienta spre sud iar pentru cele din emisfera sudica, se vor orienta spre nord. O mica deviatie de la orientare oprima nu va avea un efect simnificativ in productia de energie electrica anuala Unghiul de inclinare Soarele traverseaza cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare daca sunt orientare perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, cand intensitatea luminoasa este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperis pe un cadru metalic avand o

6

pozitie fixa neputand sa urmareasca Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal si panoul solar este numit unghi de inclinare.

Deoarece Pamantul se roteste in jurul Soarelui exista variatii si in functie de anotimpuri. Soarele nu va ajunge in acelasi unghi solul ca iarna si vara. Pozita panourilor pe timp de vara este mai orizontala decat pe timp de iarna. Acesta pozitie ar dezavantaja productia de energie pe timpul iernii, asa ca se va face un compromis intre cele doua situatii. Pentru fiecare latitudine exista un unghi de inclinatie optim. Numai in zonele foarte apropiate de Ecuator, panourile pot avea un unghi de inclinatie aproape de zero. 1. Radiatia solara pe timp de iarna 2. Radiati solara pe timp de vara Unghiul optim pe timp de vara si de iarna

Deviatii de 5 grade de la unghiul optim au un efect minor asupra productiei de energie electrica. Diferentele datorate conditiilor meteorologie au un efect mai important asupra sistemului fotovoltaic. Pentru sistemele independente, unghiul de inclinare se poate alege in functie de necesarul de energie electrica dintr-o anumita luna. Sunt recomandate a fi folosite numai branduri, cunoscute, chiar daca sunt un pic mai scumpe. Sistemele fotovoltaice sunt destinate producerii energiei electrice casnice si industriale prin conversia luminii (energiei solare) in energie electrica.

7

Sistemele fotovoltaice pot fi utilizate ca sisteme autonome pentru alimentarea cu energie electrica a unor consumatori aflati la distanta mare de sistemul national de alimentare cu energie electrica sau conectati la SEN (Sistemul Energetic National). Durata normala de viata a unui sistem fotovoltaic, pentru o putere de iesire mai mare de 80 % din valoarea initiala, este de 25 de ani, iar perioada de garantia de 5 ani de la livrare. In componenta unui sistem fotovoltaic conectat la SEN intra un generator fotovoltaic format dintr-un numar bine determinat de panouri, unul sau mai multe invertoare de retea si un contor pentru masurarea energiei electrice produse. Sistemele fotovoltaice de retea produc energie electrica pe durata zilei si o injecteaza in SEN pentru a fi utilizata de consumatorii diurni. Cele cu puteri instalate de ordinul MWp se mai numesc si parcuri fotovoltaice sau ferme fotovoltaice.

( Wp se refera la puterea totala instalata. La 4 bucati panouri voltaice de 130Wp fiecare ,puterea totala este de 4x130=520Wp instalat. Aceasta este performanta maxima ,puterea pe o ora la varf. Daca sunt panouri de puteri mai mici sau mai mari se face calculul per total,chiar si hibrid daca este de ex ,eolian+solar= Pinstalata totala/Performanta maxima. Wp este W_instalat si Wh este puterea in wati pentru o ora(castigati sau consumati). KWh/KWp se refera la puterea in KWh total pe an ,ce poate produce 1KWp instalat de panouri,pe un loc anume,mai insorit sau nu. La 1KWp instalat de panouri, puterea la iesire variaza in functie de multi factori,poate fi maxima sau mai mica. La sfarsitul zilei se face media,sau lunar ,anual. Cel mai vandut model de pe piata Romaneasca este Kyocera si cel mai bun in aplicatie este modelul KD135 ,are 135Wp si este policristalin. Eficienta mare .)

8

In cazul in care proprietarul unui sistem fotovoltaic de retea este si consumator, racordarea la SEN se face de regula pe un cablu de record separat de racordul de consum. Masurarea energiei injectate in sistemul national se face cu un contor separat, iar utilizatorul incaseaza la sfirsitul lunii balanta rezultata din scaderea energiei electrice consumate din cea livrata. Sistemele fotovoltaice independente pot fi realizate in topologie magistrala de curent alternativ (AC Bus) sau magistrala de curent continuu (DC Bus). Sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent continuu sunt utilizate pentru puteri nominale mici (pina la ordinul kilowatilor) in timp ce sistemele de tip magistrala de curent alternativ nu au limita in ceea ce priveste puterea maxima. Diferenta principala dintre sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent alternativ si cele de tip magistrala de curent continuu consta in modul in care este transformata energia de current continuu generata de panourile fotovoltaice in energie de curent alternativ necesara pentru alimentarea consumatorilor. Sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent alternativ au o eficienta si un randament mult mai mare decit al sistemelor de tip magistrala de curent continuu pentru ca energia panourilor este transformata direct in energie de curent alternativ iar invertoarele de retea sunt prevazute cu algoritm de determinare si urmarire a punctului de putere maxima. Un sistem fotovoltaic de tip magistrala de curent alternativ are in compunere un generator fotovoltaic, unul sau mai multe invertoare de retea, unul sau mai multe invertoare de baterii, o baterie de acumulatori pentru stocarea energiei electrice, si optional un grup electrogen ca sursa de rezerva. Invertoarele de retea pentru aceste sisteme transforma energia de current continuu generata de panourile fotovoltaice in energie de

9

current alternativ si o injecteaza direct in reteaua electrica a imobilului. Surplusul de energie generat in timpul zilei este stocat in acumulatori pentru a asigura necesarul de energie pe timpul noptii cu ajutorul invertoarelor de baterii. Invertoarele de baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent alternativ sunt bidirectionale si realizeaza, pe linga conversia energiei de curent continuu stocata in acumulatori in energie de curent alternativ ori de cite ori consumul este mai mare decit puterea generata de panourile fotovoltaice, si controlul tensiunii si al curentului de incarcare al bateriilor. Un sistem fotovoltaic de tip magistrala de curent continuu are in compunere un generator fotovoltaic, unul sau mai multe controlere de incarcare baterii, unul sau mai multe invertoare de baterii, o baterie de acumulatori pentru stocarea energiei electrice, si optional un grup electrogen ca sursa de rezerva. In aceste sisteme, energia de curent continuu generata de panourile fotovoltaice este mai intai stabilizata in tensiune cu ajutorul controlerelor de incarcare si stocata in baterii de acumulatori. Invertoarele de baterii pentru sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent continuu nu sunt bidirectionale, ele asigura doar conversia energiei de curent continuu de la bornele acumulatorilor in energie de curent alternativ pentru alimentarea consumatorilor. Alegerea corecta a componentelor unui sistem fotovoltaic, dimensionarea generatorului fotovoltaic si a bateriei de acumulatori este un proces laborios in care proiectantul trebuie sa tina cont de parametrii tehnici ai panourilor fotovoltaice, temperatura celulelor fotovoltaice, coeficientii de variatie cu temperatura ai puterii de iesire si ai tensiunii la puterea maxima, nivelul iradiantei solare, plaja si valoarea maxima a tensiunii de intrare a invertoarelor de retea, curentul de incarcare maxim al controlerelor de

10

incarcare si al invertoarelor de baterii, tipul retelei, locul de montaj, curba de consum, etc.Parametrii Tehnici Principali La Sistem Fotovoltaic 600 W

Puterea Nominala Generator Fotovoltaic Tensiune nominala generator fotovoltaic Putere nominala invertor (functionare continua) Tensiune nominala de iesire invertor Curent maxim incarcator solar Capacitate maxima baterie de acumulatori Energie Medie Anuala Energie medie lunara Energie Medie Zilnica Pret Sistem Fotovoltaic 600 W

600 W 24 V 500 VA 230 V / 50 Hz 35 A 4,8 kWh 727 kWh 60,6 kWh 2 kWh In jur de 3000 Euro-Functie de brand

SISTEM HIBRID EOLIAN-SOLAR Sistemele hibride sunt sisteme ce combina mai multe tipuri de generatoare de energie electrica. Cele mai folosite sisteme ce realizeaza un ansamblu hibrid sunt sistemele solare, sistemele eoliene si generatoarele diesel. Majoritatea sistemelor hibride sunt sisteme off-grid, adica nu sunt conectate la retea, avand acumulatori in alcatuirea lor. Aceste sisteme sunt folosite in zone izolate unde conectarea la reteaua electrica este imposibila sau foarte scumpa. Sistemele hibride au capacitate limitata din cauza generatoarelor de energie electrica instalate si a capacitatii acumulatorilor. Dimensiunea sistemului de acumulatori poate sa fie foarte mare, pana la 100.000Ah, numai ca pretul este destul de mare. Din acest motiv se doreste o eficentizare a productiei si a consumului de energie electrica. Utilizatorii unui sistem off-grid trebuie sa invete sa foloseasca eficient sistemul de energie electrica in intervalul acestor limitari.

11

Un sistem hibrid eolian-solar cuprinde urmatoarele componente principale: turbina eoliana, controller eolian, panouri fotovoltaice, controller/charger solar, acumulatori, invertor. Panouri fotovoltaice: transform radiaia solar n energie electric. Turbina eoliana: transforma energia mecanica a vantului in energie electrica. Controller hibrid: comand acumulatorii, i ncarc i descarc n siguran. Acumulatori: inmagazineaza energie produsa pentru a fi consumata ulterior. Invertor: transforma curentul continuu de la panouri n curent alternativ Consumatori: aparatele electrice din cldire alimentate la invertor (CA) sau la acumulatori (CC).

n multe locaii, viteza vntului este mic vara, iar soarele are cea mai mare putere. n schimb vntul este mult mai puternic iarna, cnd soarele are o mai mic putere. Deoarece perioadele de maxim eficien pentru

12

cele dou sisteme sunt complementare, un sistem hibrid poate produce energie mai mult atunci cnd avei nevoie de ea.

Sisteme Complexe HIBRIDE ECOVOLTSistemul cu panouri fotovoltaice, prezentat mai jos a fost instalat in doua locatii, diferite din sudul tarii. Ambele sunt identice structural si de aceea am ales sa le prezentam in aceeasi pagina. Primul a fost implementat in Bucuresti, iar al doilea langa Campina. Energia electrica produsa fiind destinata exclusiv consumului casnic. Sistemul dispune de o retea fotovoltaica cu o putere de 2960W, care alimenteaza un toti consumatorii (frigider, becuri, tv, cafetiera, pompe de irigat, boiler electric, etc) din locuinta in limita puterii livrate de invertorul Outback VFX3048E de 3KVA, iar productia de energie electrica estimata pe durata unui an este urmatoarea:

Energie electrica produsa fotovoltaic - puterea fotovoltaica = 2960W Unghi expunere Luna Unghi de expunere mobil intre 22 si 65 grade Ian Feb Mar Apr Mai Iun 373 Iul 406 Aug Sep 407 350 Oct 302 9,8 Noi Dec 172 131 5,7 4,2 35 grade Media anuala 294 9,7

Productie pe 161 203 298 333 387 Luna (kWh) Productie pe zi (kWh) Total productie anuala (kWh) 5,2 7,2 9,6 11

12,5 12,4 13,1 13,1 11,7 3524 KWh/an

Sistemul furnizeaza o cantitate de energie electrica maxima de aproximativ 13KWh/zi in perioada de vara, la o putere instantanee de 3KVA in sistem monofazic la 230V/50Hz. Sistemul este complet automatizat si programabil, permitand comutarea automata pe grup electrogenerator, retea sau bateria de acumulatori cu o viteza mai mare de 16ms. A. Structura tehnica

- Panouri fotovoltaice monocristaline - Acumulatori Intact - Germania 300cicli la DOD 80% - Platforma cu unda sinusoidala pura programabil - Regulator Outback programabil tehnologie MPPT

- 185W/24V - 16 buc. - 12V/200Ah 8 buc. - 3000VA /48V 1 buc. - 80A/48V 1 buc.

B. Sistemul din Bucuresti - zona Lacul Straulesti

13

Sistemul a fost instalat pe malul lacului Straulesti pe un suport reglabil cu orientare Sud.

Sistemul dispune de un suport metalic care permite reglarea unghiului de expunere in mod manual pentru a maximiza productia de energie. In acest mod se obtine maximum de energie electrica si mentinerea arhitecturii din locatia constructiei.

14

15

Aria fotovolatica este grupata in module rezultand din etapa de proiectare, necesitatea implementarii a unui string. Cablarea celor 16 panouri fotovoltaice a fost realizata cu ajutorul unor cabluri speciale rezistente la razele ultaviolete si la temperaturi de pana la 120 oC. In cazul in cazul utilizarii unor cabluri obisnuite in locul acestui tip de cablu (intalnit in literatura de specialitate si sub numele de "cablu solar"), exista riscul apartiei unor pierderi semnificative de energie intr-un interval de timp scurt. Exista si posibilitatea deteriorarii invelisului acestui tip de cablu inducand aparitia unor posibile scurgeri de curent la masa sau scurt circuit.

16

Dupa finalizarea instalarii sistemului s-a realizat testul de acceptanta si verificare tehnica de incadrare in parametrii.

17

C. Sistemul din Campina - zona Provita de SusSistemul a fost instalat in Provita de Sus pe un suport reglabil cu orientare Sud. Structural este identic cu precedentul sistem.

Sistemul dispune de un suport metalic care permite reglarea unghiului de expunere in mod manual pentru a maximiza productia de energie. In acest mod se obtine maximum de energie electrica si mentinerea arhitecturii din locatia constructiei.

18

Aria fotovolatica este grupata in module rezultand din etapa de proiectare, necesitatea implementarii a unui string. Cablarea celor 16 panouri fotovoltaice a fost realizata cu ajutorul unor cabluri speciale rezistente la razele ultaviolete si la temperaturi de pana la 120 oC. In cazul in cazul utilizarii unor cabluri obisnuite in locul acestui tip de cablu (intalnit in literatura de specialitate si sub numele de "cablu solar"), exista riscul apartiei unor pierderi semnificative de energie intr-un interval de timp scurt. Exista si posibilitatea deteriorarii invelisului acestui tip de cablu inducand aparitia unor posibile scurgeri de curent la masa sau scurt circuit.

19

20

Dupa finalizarea instalarii sistemului s-a realizat testul de acceptanta si verificare tehnica de incadrare in parametrii.