Proiectarea Unei Centrale Fotovoltaice de 50kw

proiectarea unei centrale fotovoltaice de 50 kW

CUPRINS

Cap. 1 – STADIUL ACTUAL IN DOMENIUL CONVERSIEI FOTOVOLTAICE

1.1. ASPECTE GENERALE

1.2. EMISIILE DE NOXE ÎN PRODUCȚIA DE ENERGIE

1.3. SURSELE REGENERABILE DE ENERGIE ÎN ROMÂNIA

1.4. POTENȚIALUL SURSELOR REGENERABILE IN ROMÂNIA

1.5. CONVERSIA FOTOVOLTAICĂ A ENERGIEI SOLARE

1.5.1. Potențialul radiațiilor solare

1.5.2. Influența fenomenelor atmosferice asupra radiației solare

1.5.3. Modele de predeterminare a intensității radiației solare

1.5.3.1. Valoarea medie lunară a radiației globale orare

1.5.3.2. Radiația orară globală, directă și difuză în condiții de

cer senin

1.5.3.3. Radiația solară pe suprafețe inclinate

1.5.3.4. Instrumente de măsurare a radiației solare

1.5.3.5. Radiația directă difuză și globală

1.5.3.6. Durata de strălucire a Soarelui

1.5.4. Condițiile standard de măsură

1.5.5. Conversia fotovoltaică

1.6. PRINCIPALELE REALIZĂRI LA NIVEL INTERNAȚIONAL

Cap. 2 – NORME EUROPENE ȘI POLITICI DE DEZVOLTARE

A SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE

2.1 STANDARDE INTERNAȚIONALE

2.2 POLITICI DE DEZVOLTARE A SURSELOR REGENERABILE

DE ENERGIE

2.3. ACȚIUNI CHEIE DE IMPLEMENTARE A POLITICII

ÎN DOMENIUL ENERGIEI FOTOVOLTAICE

Cap. 3 – ALEGEREA SOLUȚIEI DE REALIZARE A

CENTRALEI FOTOVOLTAICE DE 50 KW

3.1. CONTROLUL PRINCIPAL SI MONITORIZARE (MCM)

3.2. LOCAȚIA DE AMPLASARE A CENTRALEI

3.3. COMPONENTELE INSTALAȚIEI

Cap. 4 – PROIECTAREA SCHEMEI ELECTRICE DE ANSAMBLU

Cap. 5 – ACHIZIȚIA DE DATE DE LA CENTRALA FOTOVOLTAICĂ

5.1. ACHIZIȚIA DE DATE CU DATALOGGER DL100

5.2. PROGRAMUL DE ACHIZIȚIE SP-ONLINE

5.3. PROGRAMUL DE SIMULARE HOMER

5.3.1. Centrala fotovoltaică

5.3.2. Caracteristici ale convertorului

5.3.3. Resursele solare

5.3.4. Rezultatele oferite de HOMER

Cap. 6 – CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

Cap. 1

STADIUL ACTUAL IN DOMENIUL

CONVERSIEI FOTOVOLTAICE

1.1. ASPECTE GENERALE

Necesarul de energie pe cap de locuitor a crescut dramatic de la 2.000 kcal pe zi în epoca primitivă la 230.000 kcal pe zi în țările industrializate (Negro E., 2007). Evoluția estimată a consumului de energie în perioada imediat următoare ridică 3 probleme:

Vor putea actualele surse de energie să acopere nevoile omenirii?

Producția de energie, fiind una dintre marile surse de poluare, va afecta în mod ireversibil mediul?

Sunt soluții alternative de producere a energiei care pot să asigure dezvoltarea durabilă a omenirii?

Un scenariu propus de Consiliul Mondial al Energiei prevede o creștere de 50% a consumului primar de energie până în anul 2020. Această creștere va fi mai accentuată ăn țările în curs de dezvoltare (85%), în momentul de față ele consumând numai 30% din producția globală. Sursele primare de energie vor fi aproximativ tot cele din prezent, deși folosirea energiei nucleare este vehement combătută de opinia publică din țările civilizate. Consumul de gaz natural va înregistra o creștere de la 13,3% la 19,8% pe plan mondial (în Europa de la 6,5 la 17,6%).

Se estimează că rezervele mondiale de combustibili clasici vor fi epuizate într-un interval de timp dramatic de scurt: 50 de ani petrolul, 56 de ani gazul natural, 196 de ani cărbunele. În această perspectivă, omenirea mai are timp pentru dezvoltarea și implementarea unor soluții alternative, dar trebuie o acțiune mai hotărâtă

Energia nucleară a necesitat aproape 30 de ani de cercetări și 20 de ani de implementare ca să asigure astăzi mai puțin de 10 % din energia primară produsă la nivel mondial. Ciclul de cercetare-implementare este destul de lung in domeniul energetic, întinzându-se pe mai multe generații. Aceste previziuni dramatice trebuie sa impună dezvoltarea bazei energetice folosind surse alternative, cel puțin in producția de energie electrică.

Schimbările climatice îngrijorează ecologiștii și, ca urmare directă, politicienii lumii sunt preocupați de luarea unor măsuri concertate, la nivel internațional, care să diminueze emisiile poluante, în condițiile în care consumul energetic va crește la nivel global. Conferința de la Kyoto s-a soldat cu protocolul deja cunoscut, în care părțile semnatare se obligă să ia măsuri directe pentru reducerea poluării, mai ales cea datorată producerii de energie. In articolul 2 al protocolului, se asumă obligația de a „(…) promova, cerceta, dezvolta și a crește utilizarea formelor noi și regenerabile de energie (…)" ca o măsură luată pentru promovarea tehnologiilor care diminuează emisiile de bioxid de carbon si care au un impact favorabil asupra mediului.

In momentul de față, sunt 2,6 miliarde de locuitori ai Terrei care nu au acces la energia electrică, deci la suportul esențial al civilizației moderne: lumină, apă curentă, comunicație, radio, televiziune, îngrijire medicală superioară. Această situație cunoscută de organizațiile internaționale, precum și spectrul epuizării resurselor clasice, petrol, cărbune, la care se adaugă grija de a nu mai agresa mediul, au condus la finanțarea destul de serioasă a cercetărilor în domeniul surselor regenerabile, sub toate formele de manifestare ale acestora.

1.2. EMISIILE DE NOXE ÎN PRODUCȚIA DE ENERGIE

Bioxidul de carbon rezultat în urma procesului de producere a energiei va fi în continuare o problemă pentru civilizație. Numai Europa contribuie cu aproximativ 27% la emisiile de CO2 ale omenirii.

Tehnologiile actuale de producere a energiei determină cea mai mare parte a poluării atmosferei și, datorită cantității mari de bioxid de carbon, sunt acuzate de accentuarea efectului de seră. De aici pornește ideea că prețul real al energiei este, de fapt, mult mai mare decât cel plătit de consumatori, datorita așa-numitelor costuri externe.

Aceste costuri sunt suportate de întreaga societate, deși marii consumatori sunt primii beneficiari ai producției de energie electrică.

Într-o analiză mai atentă, țările sărace plătesc costuri externe pentru factorii poluanți din țările mari consumatoare și producătoare de energie.

În România, producția de energie electrică este realizată cu tehnologii în mare parte vechi, puternic poluante. In Tab. 1.1 sunt date estimările emisiilor specifice de noxe pe kWh pentru cele 47 de termocentrale ale RENEL si, spre comparație, emisiile specifice în Danemarca (surse RENEL, estimări pentru 2007).

Tab. 1.1. Cifre medii ale emisiilor specifice de noxe

la producerea energiei.

În România, în anul 2006, producția de energie electrică a RENEL a fost de 62TWh, din care 19,6 TWh au fost producția din cărbune, iar 13,3 TWh din hidrocarburi.

Tehnologiile de producere a energiei de care dispune România sunt departe de etalonul european în acest domeniu.

În acest sens, trebuie să fie întreprinse măsuri care să determine alinierea la standardele europene, dar toate aceste măsuri necesită finanțări importante.

Una dintre soluțiile viitorului, în contextul legiferării existenței producătorilor independenți de energie, este generarea de electricitate din surse regenerabile de energie.

1.3. SURSELE REGENERABILE DE ENERGIE ÎN ROMÂNIA

Sistemele de conversie a surselor regenerabile de energie au o serie de calități care le fac foarte atractive pentru producerea de energie electrică și/sau termică în zone încă neelectrificate și chiar pentru energetica mare, în sensul că sistemele de conversie a regenerabilelor de mari dimensiuni, legate la rețea, pot avea o pondere importantă în balanța energetică. Sursele regenerabile de energie au două calități esențiale care le înscriu în strategia globală a dezvoltării durabile: au emisii zero și nu depind de o infrastructură de aprovizionare, adică se autogenerează. Biomasa este totuși o excepție între cele 5 surse regenerate de energie recunoscute ca atare: energia solară, energia vântului, energia hidraulică, biomasa și energia geotermală.

Sursele regenerabile de energie sunt cele mai curate surse de energie din punct de vedere ecologic. Tehnologiile în aceste domenii nu au ajuns încă la o maturitate tehnologică deplină. Energia hidraulică, în schimb, este exploatată pe scară largă, inclusiv în România, dar s-a ajuns la o oarecare saturație, în sensul că, cel puțin în România, s-a atins nivelul tehnic exploatabil. În condițiile în care hidrocentralele produc o schimbare a mediului în zonele în care se află, cu impact nefavorabil asupra ecosistemelor locale, extinderea acestei tehnologii de conversie a energiei regenerabile se va face cu mai multă precauție. În acest context, concluzia este ca energiile regenerabile constituie o alternativă viabilă de luat în seamă pentru viitorul.

Alegerea unui anumit tip de generator de energie, care folosește conversia surselor regenerabile, nu este totdeauna și o opțiune neapărat economică. De aceea, a apărut în mod natural ideea sistemelor hibride care combină avantajele a două sau ale mai multor surse regenerabile într-o soluție unitară, adaptată mai bine condițiilor si resurselor locale, în vederea realizării unui procentaj cât mai bun de acoperire a necesităților consumatorilor. Potențialul de surse regenerabile depinde de zona geografică și diferă în funcție de latitudine (energia solară), de situarea în zonele litorale sau în interiorul continentului (energia vântului), de caracteristicile de relief (energia hidraulică și geotermală).

Conversiile fotovoltaică și eoliană sunt în acest moment considerate ca eventuale soluții pentru rezolvarea problemei energiei în zone izolate, ele putând fi aplicate atât ca sisteme în sine, cât și ca sisteme hibride. Caracterul aparent aleatoriu al vântului si al energiei solare a creat dificultăți în conceperea unor soluții economice și a unui management optim al proceselor energetice în sistemele hibride. Colective de cercetare din Europa au elaborat câteva metodologii de proiectare a sistemelor hibride și de conducere optimă a proceselor energetice din sistem, dar acestea sunt în curs de experimentare

Cotele obligatorii stabilite prin HG 958/2005 – valori procentuale anuale din consumul național brut de energie electrică, calculate progresiv pentru atingerea țintei naționale din 2010

1.4. POTENȚIALUL SURSELOR REGENERABILE

IN ROMÂNIA

În România, toate cele 5 forme ale energiilor regenerabile sunt prezente în proporție suficient de mare pentru a prezenta un interes de exploatare energetice.

Potențialul tehnic exploatabil pentru aplicații de conversie a energiei solare este considerabil (peste 40 000 TJ/an), având în vedere că radiația medie variază între 1100 si 1300 kWh/m2 pe an. Zona cea mai favorabilă pentru aceste aplicații este coasta Marii Negre, cu o perioadă de însoleiere în jur de 2300 ore/an. În prezent se valorifică în țara noastră mai puțin de 140 TJ/an.

Harta potențialului eolian al tării evidențiază mai multe zone favorabile în care viteza medie a vântului este de peste 6 m/s, inclusiv platoul continental al Mării Negre (off-shore). Potențialul eolian tehnic exploatabil se ridică la peste 100 000 TJ/an.

Biomasa a fost și este sursa regenerabilă predominantă în România. În prezent, contribuția biomasei ca sursă primară de energie este de 40.000 TJ/an. Se acoperă astfel 2,7% din consumul primar de energie si 10,6 % din necesarul pentru încălzire. Biomasa reprezintă 95% din aportul total al surselor regenerabile actual exploatate. În principal, biomasa se valorifică sub forme tradiționale: lemn de foc si mangal.

România are al treilea potențial geotermal din Europa (cca 5.300 TJ/an), cu ape de joasă temperatura (55÷105 °C). În prezent, 60 de puțuri furnizează energie termică la nivelul de 1100 TJ/an, care este distribuită prin sisteme de încălzire centralizată.

În ceea ce privește microhidrocentralele, potențialul tehnic realist exploatabil este de 1.100 MW cu o producție de 3.600 GWh/an. La nivelul anului 1999, se produceau cca 1.440 TJ/an, reprezentând cca 0,7% din producția totală de energie electrică. La nivelul anului 2010, în condițiile unei promovări susținute, producția de enerIA

În România, toate cele 5 forme ale energiilor regenerabile sunt prezente în proporție suficient de mare pentru a prezenta un interes de exploatare energetice.

Potențialul tehnic exploatabil pentru aplicații de conversie a energiei solare este considerabil (peste 40 000 TJ/an), având în vedere că radiația medie variază între 1100 si 1300 kWh/m2 pe an. Zona cea mai favorabilă pentru aceste aplicații este coasta Marii Negre, cu o perioadă de însoleiere în jur de 2300 ore/an. În prezent se valorifică în țara noastră mai puțin de 140 TJ/an.

Harta potențialului eolian al tării evidențiază mai multe zone favorabile în care viteza medie a vântului este de peste 6 m/s, inclusiv platoul continental al Mării Negre (off-shore). Potențialul eolian tehnic exploatabil se ridică la peste 100 000 TJ/an.

Biomasa a fost și este sursa regenerabilă predominantă în România. În prezent, contribuția biomasei ca sursă primară de energie este de 40.000 TJ/an. Se acoperă astfel 2,7% din consumul primar de energie si 10,6 % din necesarul pentru încălzire. Biomasa reprezintă 95% din aportul total al surselor regenerabile actual exploatate. În principal, biomasa se valorifică sub forme tradiționale: lemn de foc si mangal.

România are al treilea potențial geotermal din Europa (cca 5.300 TJ/an), cu ape de joasă temperatura (55÷105 °C). În prezent, 60 de puțuri furnizează energie termică la nivelul de 1100 TJ/an, care este distribuită prin sisteme de încălzire centralizată.

În ceea ce privește microhidrocentralele, potențialul tehnic realist exploatabil este de 1.100 MW cu o producție de 3.600 GWh/an. La nivelul anului 1999, se produceau cca 1.440 TJ/an, reprezentând cca 0,7% din producția totală de energie electrică. La nivelul anului 2010, în condițiile unei promovări susținute, producția de energie din surse regenerabile ar putea fi după următoarea structură (surse ICEMENERG):

energia termosolară activă:

– pentru apa calda menajeră 15000 TJ/an (6,65%)

– pentru încălzire-uscare 15000 TJ/an (6,65%)

energie termosolară pasivă:

pentru încălzire 50000 TJ/an (22,16%)

pentru iluminat diurn 2520 TJ/an (1,12%)

microhidrocentrale 13000 TJ/an (5,76%)

energia eoliana 18000 TJ/an (7,98%)

biomasa 106800 TJ/an (47,34%)

energia geotermala 5290 TJ/an (2,34%)

Total 225610 TJ/an (100,00%)

CONVERSIA FOTOVOLTAICĂ A ENERGIEI SOLARE

1.5.1. Potențialul radiațiilor solare

Din cantitatea de energie transmisă de Soare către Pământ, aproximativ 45% este reflectată în cosmos, iar restul este efectiv utilizabilă. Din totalul de 1,71x1017W primiți de Pământ de la Soare, puterea maximă a radiației solare aflate în domeniul spectrului vizibil nu depășește 1000 W/m2. Soarele emite un spectru continuu de radiație, în care sunt prezente radiații de toate lungimile de undă. Radiațiile caracterizate de lungimi de undă diferite, transportă cantități diferite de energie în aceeași unitate de timp. Energia solară luată în considerare pentru a caracteriza potențialul energiei solare în diferite locuri de pe pământ, este dată de constanta solară care reprezintă energia solară ce cade normal pe 1m2 de suprafață externă atmosferei terestre, în timpul de o secundă.

Radiația solară ajunsă pe suprafața Pământului are două componente: radiația directă și radiația difuză. Radiația directă reprezintă radiația solară primită de suprafața pământului fără modificarea direcției. Radiația difuză este radiația solară imprăștiată de particulele ce se află în atmosferă. Suma celor două tipuri de radiație constituie radiația totală sau globală.

In diferite zone ale globului însorirea variază în acord cu: declinația soarelui, expunerea zilnică față de soare, nebulozitate, etc.

1.5.2. Influența fenomenelor atmosferice asupra radiației solare

Atmosfera modifică intensitatea, distribuția spectrală și distribuția spațială a radiației solare prin două mecanisme: absorbție și difuzie. Radiația absorbită este în general transformată în caldură, iar radiația difuzată este retrimisă în toate direcțiile în atmosferă.

Factorii meteorologici care au o influență mare asupra radiației solare la suprafața Pământului sunt:

transparența atmosferei

nebulozitatea

felul norilor și poziția acestora

În vederea obținerii unor legături între radiația solară la suprafața Pământului și factorii meteorologici, se cercetează următoarele caracteristici:

durata efectivă de strălucire a Soarelui,

numărul mediu al zilelor însorite și distribuția densității zilnice,

valori lunare și anotimpuale ale intensității solare radiante.

Nebulozitatea și felul norilor diminuează în unele zile cu până la 90% din cantitatea de radiații ce ajunge pe Pământ. În funcție de nebulozitate și grosimea stratului de nori, s-au efectuat măsurători ale densității puterii radiante solare globale, la diverse ore din zi, pentru două tipuri de cer: senin (cu nebulozitatea 0-3) și acoperit (cu nebulozitatea 8-10).

În calculele de dimensionare a instalațiilor care utilizează energia solară ca sursă termică se cere cunoașterea următoarelor date meteorologice:

valorile radiației solare globale primite pe o suprafață orizontală sau sub un unghi oarecare, în decurs de o zi, o lună, un anotimp;

distribuția densității radiației solare;

durata de strălucire a Soarelui;

numărul mediu al zilelor cu cer senin;

parametrii aerului exterior: temperatura, umiditate relativă, presiunea barometrică;

intensitatea și frecvența vântului;

precipitații atmosferice.

Toți acești parametri sunt înregistrați în fiecare zi, continuu și la intervale orare fixe. Ele constituie o bază de date pe suportul căreia se fac studii statistice, rezultatele fiind centralizate sub formă de tabele sau hărți.

1.5.3. Modele de predeterminare a intensității radiației solare

Cum nu intotdeauna sunt disponibile date despre potențialul energiei solare în diferite locații, s-a incercat să se stabilească relații între valoarea radiației solare și parametrii meteorologici (numarul de ore de insorire, acoperirea cu nori a cerului, precipitații, etc.).

Prima incercare pentru estimarea radiației solare a fost facută de Angstrom care a sugerat existenta unei relații liniare între acest tip de parametrii:

(1.1)

unde:

Hg – reprezintă valoarea medie lunară a radiației globale zilnice pe o suprafață orizontală pentru o anumita locație, kJ/m2 zi

Hc – valoarea medie lunară a radiației globale zilnice pe o suprafață orizontală la aceeași locație, intr-o zi senina, kJ/m2 zi

S – valoarea medie lunară a orelor zilnice de însorire la locația corespunzătoare, ore

Smax – valoarea medie lunară a numărului maxim posibil de ore de însorire pe zi la locația respectivă, ore.

Datorită dificultăților în definirea cu exactitate a unei zile senine, Page a sugerat ca Hc din ecuația 1 sa fie înlocuit cu Ho, unde Ho reprezintă valoarea medie lunară a radiației zilnice extraterestre care ar cădea pe o suprafață orizontală la locația considerată.

(1.2)

Valoarea Ho reprezintă media valorilor pentru fiecare zi din lună. Ho se obține prin integrarea pe o zi, conform relației:

(1.3)

In această relație t este :

(1.4)

unde t este exprimat in ore, iar in radiani.

Deci ecuația 1.3 devine:

(1.5)

unde Isc reprezintă constanta solară, W/m2

n – numărul zilei din an

– latitudinea

– declinația

– unghiul orar

s – unghi orar corespunzator răsăritului, respectiv apusului, pe o suprafață

orizontală.

Calculul lui Ho a fost simplificat de Klein care a determinat ziua particulară din fiecare lună în care radiația solară extraterestră este aproximativ egală cu valoarea medie lunară.

1.5.3.1. Valoarea medie lunară a radiației globale orare

Un număr de studii au avut ca obiect obținerea de relații pentru prezicerea variației zilnice a valorii medii lunare a radiației globale orare pentru o locație. Collares-Pereira și Rabl au dezvoltat relația:

(1.6)

unde :

Ig – valoarea medie lunară a radiației globale orare pe o suprafață orizontală

Io – valoarea medie lunară a radiației globale orare extraterestre pe o suprafață

orizontală

1.5.3.2. Radiația orară globală, directă și difuză în condiții de cer senin

S-a dezvoltat o metodă de estimare a radiației solare orare globale și difuze ce cade pe o suprafață orizontală. Ecuația are la baza un model exponențial în care radiația directă scade cu creșterea distanței traversate prin atmosferă. Radiația globală Ig ce atinge o suprafață orizontală pe pământ este dată de relația:

(1.7)

unde Ig reprezintă radiația orară globală

Ib – radiația orară directă

Id – radiația orară difuză

(1.8)

unde Ibn reprezintă radiația directă în direcția razelor de soare

z – unghiul de incidență pe o suprafață orizontală (zenitul)

Astfel:

(1.9)

Intr-un alt model se postulează că:

(1.10)

unde A, B, C reprezinta constante care se determină experimental.

Aceste constante se modifică pe parcursul anului datorită modificărilor sezoniere a conținutului de vapori de apă și de praf din atmosferă și datorită modificării distanței soare-pământ.

1.5.3.3. Radiația solară pe suprafețe inclinate

Cele mai multe convertoare solare (colectori termici plați, module fotovoltaice) pentru a avea o buna eficiență, se montează în poziție înclinată față de orizontală. De aceea este necesar să se poata calcula fluxul radiației solare pe aceste suprafețe. Acest flux este suma radiației directe și difuze ce cade direct pe suprafață plus radiația reflectată pe suprafață de la mediul înconjurător.

Calculul intensității radiației solare într-un punct geografic dat necesită cunoașterea parametrilor unghiulari ai Soarelui în mișcarea sa aparentă pe bolta cerească. Pentru descrierea mișcării aparente a Soarelui față de un punct de pe suprafața globului terestru se utilizează sistemul de coordonate orizontale. Se pot defini principalii parametri unghiulari:

latitudinea locului ( φ) adică distanța unghiulară dintre verticala locului și planul ecuatorial, măsurată pe cercul meridian, care conține în planul său axa polilor și direcția nord-sud iar planul ecuatorial fiind perpendicular pe axa de rotație a Pământului

declinația solară (δ) adică unghiul pe care îl face direcția razei solare în locul considerat cu planul ecuatorial al bolții cerești. Declinația solară nu depinde de latitudinea sau longitudinea locului, ci de zilele și lunile anului.

înălțimea Soarelui (h) reprezintă unghiul direcției razelor lui cu planul orizontal. Depinde de latitudinea locului Φ , declinația Soarelui δ și unghiul orar.

unghiul de azimut solar (Az) este unghiul definit ca unghiul format de planul meridian al locului cu planul vertical ce trece prin Soare și axa Pământului. Azimutul solar se măsoară de la direcția nord și se calculează în funcție de înălțimea Soarelui h , declinația Soarelui δ și unghiul orar AH.

Raportul dintre cantitatea de radiație directă ce cade pe o suprafață și radiația directă pe o suprafață orizontală se numește factor de înclinare pentru radiația directă și se noteaza cu rb.

Pentru cazul unei suprafețe cu fața spre sud:

(1.11)

în timp ce pe o suprafață orizontală:

(1.12)

Deci:

(1.13)

unde reprezintă unghiul de înclinare a suprafeței înclinate.

Factorul de înclinare pentru radiația difuză rd depinde de distribuția radiației difuze pe cer și pe suprafața de cer văzută de suprafața înclinată.

(2.14)

unde reprezintă reflectivitatea.

Fluxul ce cade pe o suprafață înclinată în orice clipă este dat de relația: (1.15)

1.5.3.4. Instrumente de măsurare a radiației solare

Fluxul de radiație solară se măsoară de obicei cu ajutorul unui piranometru sau pireliometru. Piranometrul este instrumentul care măsoară fie radiația globală, fie radiația difuză ce cade pe o suprafață semisferică. Senzorul este de tip termocuplu.

Pireliometrul are senzorul amplasat la baza unui tub, astfel încât, cu acest instrument se poate măsura numai radiația directă.

La măsurătorile de radiație solară mai pot fi utilizați senzori ce constau dintr-o celulă fotovoltaică. Măsuratorile se realizează în condiții standard în plan orizontal.

Diferențele privind măsurătorile utilizând senzori diferiți au stabilit valori comparabile în limitele impuse de condițiile de calibrare și de precizia sistemului de măsurare.

1.5.3.5. Radiația directă difuză și globală

Factorii de influență cei mai importanți asupra nivelului radiației solare la sol sunt reprezentați de:

transparența atmosferei

nebulozitatea

felul norilor, grosimea și poziția acestora

Cantitatea de radiație care ajunge la nivelul solului poate fi diminuată în cazuri excepționale cu până la 90% pentru o anumită nebulozitate.

Norii și atmosfera preiau o parte din fluxul radiației solare și-l difuzează spre sol sub forma de radiație difuză .Suma dintre radiația difuză și cea directă reprezintă radiația globală. Datorită influenței condițiilor atmosferice în special nebulozitatea și stratul de nori se obține pentru fluxul radiației globale o distribuție anuală uniformă pentru valorile lor extreme.

In Fig. 1.2 sunt prezentate valorile medii zilnice ale radiație solare mediate pe lună rezultate în urma măsurătorilor efectuate în perioada 1992-2000 în zona Agigea.

Diferențele constatate de la lună la lună sunt în concordanță cu aspectele teoretice:

Fig.1.2.

durata de strălucire geometrică a soarelui este mai mică în lunile de iarnă

climatul de iarnă cu cerul mai mult acoperit, cu ceață și cu un nivel al umiditatii mai ridicat

unghiul de incidență al radiației are o variație sezonieră ( 22 decembrie incidența este 68o

1.5.3.6. Durata de strălucire a Soarelui

Pentru sistemele care utilizează unități de stocare a energiei utilizând baterii de acumulatoare sau boilere de stocare a apei-pentru aplicațiile solar-termice este important de apreciat nivelul la care trebuie dimensionată unitatea de stocare și sistemele de conversie în vederea asigurării necesarului energetic pentru perioadele in care conditiile meteo conferă o funcționare deficitară a echipamentelor de conversie .

Durata de strălucire a Soarelui denumită și durata de insolație reprezintă elementul de caracterizare globală a gradului de însorire a unui punct geografic prestabilit. Măsuratorile efectuate la Agigea au scos in evidență următoarele:

Fig.1.3

Fig.1.3 exprimă durata efectivă de strălucire a Soarelui în ore precum și durata relativă respectiv fracția de insolație care reprezintă raportul dintre durata efectivă și durata posibilă, stabilită prin durata ,,zilei luminoase”.

In zona litorală unde urmează amplasarea sistemului, durata efectivă de insolație este de ordinul a 2300-2500 ore/an de strălucire efectivă .

Fig 1.4

Prezintă interes stabirirea pe baza înregistrărilor făcute estimarea numărului maxim zile în care nivelul energiei solare este sub 0,1kWh/zi valoare care nefiind utlizabilă determină un consum energetic exclusiv din unitatea de stocare sau utilizarea unor surse auxiliare de energie.

Variantele de utilizare a energiei solare se referă la modalitățile de conversie a acestui tip de energie în alte forme energetice

– conversia fototermicã – care prezintã o mare importanțã în aplicațiile industriale (încãlzirea clãdirilor, prepararea apei calde de consum, uscarea materialelor, distilarea apei etc.). în cazul conversiei fototermice, adicã a termoconversiei directe a energiei solare, se obține cãldura înmagazinatã în apă, abur, aer cald, alte medii (lichide, gazoase sau solide). Cãldura astfel obținutã poate fi folositã direct sau convertitã în alte forme, poate fi folositã prin transformãri termochimice sau poate fi stocatã în diverse medii solide sau lichide.

– conversia fotomecanicã – care prezintã importanțã deocamdatã în energetica spațialã, unde conversia bazatã pe presiunea luminii dã naștere la motorul tip "velã solarã", necesar zborurilor navelor cosmice. Conversia fotomecanicã se referã la echiparea navelor cosmice destinate cãlãtoriilor lungi, interplanetare, cu așazisele "pânze solare", la care, datoritã interacției între fotoni și mari suprafețe reflectante, desfãșurate dupã ce nava a ajuns în "vidul cosmic", se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacție.

– conversia fotochimicã – care poate prin douã moduri sã utilizeze Soarele într-o reacție chimicã, fie direct prin excitații luminoase a moleculelor unui corp, fie indirect prin intermediul plantelor (fotosintezã) sau a transformãrii produselor de dejecție a animalelor.

– conversia fotoelectricã – cu mari aplicații atât în energetica solarã terestrã, cât și în energetica spațialã. Conversia fotoelectricã directã se poate realiza folosind proprietãțile materialelor semiconductoare din care se confecționeazã celulele fotovoltaice.

1.5.4. CONDIȚIILE STANDARD DE MĂSURĂ

Datorită variațiilor mari ale radiației solare si condițiilor mediului ambiant, s-au definit condiții de testare si calificare ale dispozitivelor de conversie a energiei solare, acceptate ca norme de către producători și utilizatori de sisteme de conversie a energiei soarelui în energie electrică și/sau termică. Comitetul Electrotehnic Internațional (CEI), în speță grupul de lucru TC 82, se ocupă de standardizarea în acest domeniu, implicând în această activitate specialiști cu bogată experiență practică în conversia energiei solare.

Condițiile standard de testare – STC pentru conversia fotovoltaică sunt:

temperatura celulei: 25±2° C;

radiația solară: 1.000 W/m2;

spectrul AM 1,5.

Condițiile standard, STC, care se aplică în laborator, constituie baza de evaluare si de comparație a diferitelor componente folosite în conversia fotovoltaică. Aceste condiții sunt însă destul de diferite de condițiile reale de funcționare a acestor dispozitive. De aceea, au fost definite metode de testare in condiții normale de operare -NOCT- care sunt la rândul lor standard, dar sunt mult mai aproape de ceea ce se întâmplă în condiții normale de exploatare:

unghiul de înclinare perpendicular pe direcția soarelui;

radiația solară: 800 W/m2;

temperatura ambiantă 20° C;

viteza vântului 1 m/s.

1.5.5.CONVERSIA FOTOVOLTAICĂ

Conversia radiației solare în energie electrică prin efectul fotovoltaic se realizează în celule fotovoltaice. Acest fenomen a preocupat lumea științifică începând cu anul 1839 când Antoine Becquerel a descoperit posibilitatea generării unui curent electric în circuit, sub acțiunea luminii.

In secolul trecut Frenkel (1935) și Landau (1936) au dat explicații asupra fenomenului. In principiu o celulă fotovoltaică este o joncțiune p-n formată din două straturi din materiale semiconductoare având purtători de sarcină majoritari de tipuri diferite și doi electrozi de contact cu care se realizează conectarea acestui ansamblu într-un circuit electric exterior. Cei doi electrozi trebuie să asigure contacte ohmice, să aibă o rezistență electrică mică și sa ocupe o arie relativ mică pe suprafața fotosensibilă a celulei.

Fig 1.5

In figura 1.5 se prezintă modul de realizare a unei celule solare pe bază de siliciu monocristalin. Cele mai importante caracteristici ale unui fotoelement sunt:

caracteristica curent- tensiune;

caracteristica de iluminare;

caracteristica spectrala

Caracteristica UF – I – exprimă dependența curentului I care circulă prin rezistența exterioară RS funcție de tensiunea UF de la bornele celulei fotovoltaice, pentru diferite valori ale rezistenței de sarcină și pentru o iluminare constanta a celulei. Aceasta dependență este descrisă de relația 1.16. Curba respectivă are aspectul prezentat in figura 1.6

1.16

I0 –intensitatea curentului de saturație la polarizare inversă a joncțiunii

UT –tensiunea termica echivalentă temperaturii de funcționare a joncțiunii

Daca rezistența de sarcină este zero (RS=0), rezultă UF =0 și obținem Isc=IS. Prin urmare punctul de intersecție cu axa ordonatelor va da valoarea fotocurentului IS (sau a curentului de scurtcircuit).

Cand,I=0, UF =UFCD. Deci în acest caz tensiunea de mers în gol corespunde în grafic cu punctul de intersecție a caracteristicii cu axa tensiunilor.

Fig.1.6

Pe baza caracteristicii I – U a unei celule fotovoltaice se poate determina puterea maximă, Pmax, debitată de celulă pentru o iluminare dată. Puterea electrică debitată de un fotoelement pe o rezistență de sarcină R este:

(1.17)

Valoarea maximă a puterii debitate se obține într-un punct al caracteristicii pentru care :

și este reprezentată de aria dreptunghiului din figura 1.6

Pentru o anumită valoare a rezistenței R, celula fotovoltaică debitează pe aceasta o putere maximă, și corespunzător rezultă un randament maxim de transformare a energiei luminoase în energie electrică.

Caracteristicile de lumină ale unui fotoelement exprimă dependența tensiunii electromotoare, UF, a curentului de scurtcircuit, ISC, și a curentului de sarcină,I, de iluminarea, E, a suprafeței celulei fotovoltaice (sau de fluxul luminos F )

Fig.1.7

In figura 1.7 este prezentată caracteristica de lumină a unui fotoelement ridicată pentru curentul de scurtcircuit. Panta porțiunii liniare a caracteristicii de lumină in regim de scurtcircuit caracterizează sensibilitatea fotoelementului. Sensibilitatea integrală a celulei fotovoltaice se definește ca raportul dintre curentul de scurtcircuit și fluxul radiației incidente pe suprafața de lucru a celulei.

Caracteristica spectrală a celulelor fotovoltaice este o caracteristică a materialului din care sunt realizate și descrie dependența sensibilității spectrale a celulei de lungimea de undă a radiației incidente. Teoretic această dependență ar trebui să fie liniară și curba S = f(λ) să treacă prin originea axelor. In realitate sensibilitatea spectrală se micșorează atât în domeniul lungimilor de undă mici cât și în domeniul lungimilor de undă mari.

1.6. PRINCIPALELE REALIZĂRI LA NIVEL INTERNAȚIONAL

Centrale electrice fotovoltaice de mari dimensiuni

Conform site-ului www.pvresources.com, în topul centralelor cu cea mai mare putere instalată sunt centralele din Germania, SUA, Italia, Olanda, Spania, Japonia etc

Simboluri:

BIPV – Building Integrated Photovoltaic System (Sistem integrat în clădiri)

CONC – Concentrating Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic concentrat)

CSC – Coloured Solar Cells (Celule solare colorate)

DI – Diesel fuel as additional source of energy in hybrid systems (Motorină, ca sursă suplimentară de energie în sistemele hibride)

DIST – Distributed Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic ditribuit)

GC – Grid-connected Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic conectat la rețea)

FI – Facade-integrated System (Sistem integrat în fațadă)

FLEX – Flexible Solar Cells (Celule solare flexibile)

FM – Facade-mounted System (Sistem montat pe fațadă)

HY – Hybrid Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic hibrid)

NB – Noise Barrier (Bariera sunetului)

RI – Roof-integrated Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic integrat în acoperiș)

RM – Roof-mounted Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic montat pe acoperiș)

SA – Standalone Photovoltaic System (Sistem fotovoltaic independent)

SV – "Shadow-Voltaic" System (Sistem „umbră-fotovoltaică)

TRAC – Tracking System (Sistem de urmărire)

TRAN – Transparent Modules (Module transparente)

WI – Wind as additional source of energy in hybrid systems (Vânt, ca sursă suplimentară de energie în sistemele hibride)

Principale caracteristici ale celor mai mari centrale PV cuplate la rețea

Centrala electrică fotovoltaică din Borna (Germania)

Caracteristici tehnice:

Centrală electrică solară, cu putere instalată de 5 MWp

31.250 celule din siliciu policristalin, din seria Serie SK 160-C

Circuitul de intrare în 3 linii de 1.67 MWp fiecare, cu configurația de 3 invertoare

Patru invertoare în configurația sistemului master-slave-slave-slave

Transformatoare joasă-medie tensiune (tens. medie 15-20 kV)

Debitare în rețeaua electrică a localității Borna

Suporturi de aluminiu încastrate în fundație din beton armat

Paratrăsnete active și pasive într-o rețea de 400 m2

Unghi optim de 28.5 grade

Sistem de monitorizare SIEMENS

Centrala electrică Leipziger

Caracteristici tehnice:

Centrală electrică solară, cu putere instalată de 5 MWp

33,500 celule din siliciu policristalin, din seria SHELL SP150 LC

Circuitul de intrare în 3 linii de 1.25 MWp fiecare cu o configurație cu 4 invertoare

Configurație cu trei invertoare în sistemul master-slave-slave

Transformatoare joasă-medie tensiune (medie tens. – 20kV)

Debitează energie în rețeaua Eviam Mitteldeutsche Energie AG

Tehnologie SPACEHOUSE bazată pe utilizarea lemnului de rubinia pentru suportul panourilor

Paratrăsnete active și pasive într-o rețea de 400 m2

Unghi optim de 30 grade

Sistem de monitorizare SIEMENS

Figura 1.10 -Vedere a unei centrale fotovoltaice

Tabel 1.3 -Performanțele centralei Leipziger

GEOSOL a construit centrala de 5MWp pe un vârf al unui deal apărut în urma a 40 de ani de exploatare a lignitului din sudul orașului

TUCSON – SUA – A doua centrală ca putere instalată din lume la ora actuală

Sistemul de energie solară localizat la Stația de Generare Springerville (SGSSS), a fost prevăzut să fie construit în mai multe faze și la sfărșit să totalizeze o capacitate de 8.000 kW AC. Sistemul trebuia să prevadă construcția a 64 de sisteme de clădiri, cu valoarea nominală de 125 kWAC. Sistemul final va cuprinde 88 de acri. Modulele sunt fixate orientate spre sud, cu o înclinare de 34 de grade față de orizontală.

Tabel 1.4-Caracteristici

Toate transformatoarele SGSSS umplute cu ulei folosesc ulei derivat din semnințe, biodegradabil și non-bioacumulant, EnviroTemp. Deoarece este un ulei vegetal poate fi diferențiat de uleiurile minerale, iar transformatoarele ating un randament de 99.2%.

În construcția centralei s-a ținut cont de conservarea mediului și s-a monitorizat cu grijă reintroducerea vegetației locale specifice (ierburi). Acestea ating o înălțime de 8 inci iar panourile solare încep de la această înălțime. Acest lucru previne ca șopârlele și alte animale de mici dimensiuni ce populau zona să nu folosească modulele PV ca adăpost.

Figura 1.11-Vedere a centralei

Panourile solare sunt construite pe bază de siliciu cristalin de tip 300 DG/50 și sunt produse de RWE Schott. Fiecare unitate folosește 450 de module pentru STC DC cu o putere debitată de 135 kW și randament de 10%.

Mai există și zone cu module de tip 2,688+ Cad-Tel First Solar FS-50 pentru STC DC cu putere debitată de 134.4+ kWși randament de 5.5%, module de tip 3000 a-Si BP Solarex MST-43, pentru STC DC cu putere debitată de 129 kW.

Fiecare grup de 4 zone de module PV este conectat în paralel la fiecare din cele 11 transformatoare ridicătoare de 500 kVA 480 V /34,500 V. Fiecare transformator are o putere de 500 kVA și poate susține o putere de 650 kVA, pentru intervale scurte. Aceste tramsformatoare sunt conectate în formă de margaretă la o linie subterană de distribuție de 34.5 kV care face legătura cu rețeaua aeriană de 34.5 kV care alimentează cu energie pompele de apă de pe câmpiile Springerville.

Sistemul operează conectat la internet. Toate operațiunile pot fi realizate prin telecomandă.

Olanda – sistem de PV integrate în clădiri în zona Amersfoort

Informații generale:

Localizare: , Olanda

Ore cu soare (medie anuală): 1 477 h/an, 4,05 h/zi

Tipul proiectului: Majoritatea clădiri de locuințe, unele clădiri publice (centru sportive, o școală, o grădiniță)

Tipul aplicației: Sistem fotovoltaic integrat în clădiri

Perioada construcției: între 1997 și 1999

Figura 1.12

Acest proiect face parte dintr-un proiect mai mare de dezvoltare , început în 1991. Aproape 12 300 m2 de panouri solare, cu o capacitate totală de 1.3 MWp, au fost înglobate în acoperișuri ascuțite, plate, triunghiulare, curbate și integrate pentru uzul clădirilor, de la săli de sport și case de copii până la zone rezidențiale și băi publice. Acest lucru a necesitat binențeles un nivel ridicat de creativitate pentru a permite utilizarea panourilor standard în această varietate de forme. Panourile au fost produse de mai mulți fabricanți, printre care Shell Solar, BP Solar, Ecotec și Colt, iar invertoarele (convertoarele) de Mastervolt, NKF și SMA.

Printre concluziile proiectului se numără și aceea că este posibilă producerea energiei la nivel casnic, mai ales dacă este inclusă de la început în planurile de urbanizare. Implementarea acestor panouri la scară largă a redus costurile și a oferit câștigul de experiență în legarea unor asemenea sisteme la rețea. Cel mai important scop al proiectului a fost să obțină acceptarea socială a panourilor solare atât din zona casnică cât și industrială.

Figura 1.13

Au fost trase o serie de concluzii:

Garantarea performanțelor trebuie să fie parte din contractul cu producătorul panourilor solare (mai mult decât prețul pe kWp, prețul este direct legat de kWh);

Un concept modular (în acest caz “o casă – un convertor”) scade prețurile (număr mare de unități standard flexibile, costuri pentru cablaj: prețuri mai reduse la conectarea la un nod de rețea, și un cost mai redus la componente);

Încercările s-au dovedit necesare datorită tehnicilor inovatoare ale celulelor voltaice (pe măsură ce această tehnologie va deveni mai folosită, și componentele vor fi testate, aceste teste pot să dispară);

Designul panourilor trebuie studiat atent înainte de începerea montării (acesta va rămâne un element important în controlul calității).

Figura 1.14

Din punct de vedere organizațional s-a remarcat că proiectul este construit mai eficient dacă este realizat de constructor și nu de compania de electricitate. Comunicarea este esențială în toate fazele proiectului.

Acest proiect a crescut acceptabilitatea sistemelor propuse, nu numai de publicul larg, dar și de profesioniști, ca arhitecți proiectanți, constructori, antreprenori.

Caracteristicile sistemului

Putere: 1 323 kWp pentru 500 case, sistemele de monitorizare fiind pentru 44 case cu 2.57 kW putere instalată

Tipul de integrare în clădire: înglobare în acoperiș

Tipul de tehnologie: celule cu cristale policristaline

Puterea panoului: 95 W, producător: Shell Solar

Convertor: central 2500 W (unul la fiecare casă), producător: Mastervolt

În configurația aleasă, pierderile sunt estimate la 16% (cu unghi de atac de 70 de grade).

Costurile proiectului

Bugetul inițial (pentru 1.0 MW): 8,6 milioane € (datorită entuziasmului arhitecților care au dorit să ia parte la proiect acesta a devenit de 1.3 MW).

Sistemul PV final: 7 441 542 €

Sistemul de monitorizare 152 016 €

Echipamentul de interfață cu rețeaua: 99 378 €

Materiaelele de construcție pentru clădiri: 451 965 €

Instalarea: 306 302 €

Manegementul proiectului 776 418 €

Costuri totale ale proiectului: 9 227 621€

Performanțe

Conceptul: o casă – un convertor s-a dovedit un succes. Convertorul flexibil Sunmaster 2500 a fost folosit în peste 400 de sisteme. Eficiența convertorului, măsurată la o încărcare de 10% a fost de 88%, iar eficiența proiectată a fost de 91%. Ca randament, casele cu acoperiș ascuțit au avut performanțe mult mai slabe decât cele cu acoperișul plat. Din punct de vedere energetic aceste acoperișuri ar fi trebuit evitate, ținând cont și de faptul că ar fi trebuit să existe o eroare de mai puțin de 5% față de puterea proiectată. Dacă sunt puse cât mai vertical insă, crește posibilitatea de a fi observate de publicul larg dar și de specialiști. Sistemul de monitorizare va da informații despre performanțele sistemului.

Figura 1.19

Electricitatea produsă: 1681 kWh de la 1 Jan. 2000 până la 31 Dec. 2000

Procentul de utilizare a sistemului: 100 %

Incidente sau defecte: 0

Echipa proiectului: REMU, Ecofys și Novem s-au ocupat cu managementul proiectului. Producătorii de panouri solare: Shell Solar, BP Solar, BRAAS, Colt.

Cap. 2

NORME EUROPENE ȘI POLITICI DE DEZVOLTARE A SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE

2.1 STANDARDE INTERNAȚIONALE

Standardul internațional CEI 904-1

DISPOZITIVE FOTOVOLTAICE

Partea I: Proceduri de măsurare pentru caracteristicile

curent-tensiune ale dispozitivelor fotovoltaice

Introducere:

Deciziile formale sau convențiile IEC pe probleme tehnice, pregătite de Comitetul Tehnic in care toate comitetele naționale sunt reprezentate.

Au forma recomandărilor pentru uz internațional si sunt acceptate de Comitetele Naționale in acest sens.

Pentru a promova unificarea internațională, IEC își exprimă dorința ca toate comitetele naționale să adopte textul recomandării IEC pentru regulile lor naționale in limitele permise de condițiile naționale. Orice divergenta intre recomandările IEC si regulile naționale corespondente sa fie, pe cat posibil, indicate clar.

Prefața:

Acest standard a fost întocmit de către Comitetul Tehnic IEC Nr 82: Sisteme solare fotovoltaice de energie.

1. Scopul:

Acest standard descrie procedurile de măsurare pentru trasarea caracteristicilor curent-tensiune ale dispozitivelor fotovoltaice realizate din siliciu cristalin, în condiții de lumină solară naturală sau simulată. Aceste proceduri sunt aplicabile unei singure celule solare, unui subansamblu de celule solare sau unui panou solar.

Notă: 1. Termenul “specimen” este folosit în locul oricăruia dintre aceste dispozitive;

2. Aceste proceduri se limitează la dispozitive liniare.

2. Necesități generale pentru măsurări

Măsurătorile de iradiații vor fi făcute utilizând un dispozitiv de referință calibrat.

Dispozitivul de referință va avea în principiu același răspuns spectral relativ ca al specimenului și va fi selectat și calibrat în concordanță cu publicațiile IEC

Temperaturile dispozitivului de referință și al specimenului vor fi măsurate cu o acuratețe de ±1ºC. Dacă temperatura dispozitivului de referință diferă cu mai mult de 2 ºC de temperatura la care a fost calibrat, valorile calibrate vor fi ajustate la temperatura de măsurare.

Suprafața activă a specimenului va fi coplanară în limita a ±5º cu suprafața activă a dispozitivului de referință. Nu se va folosi nici un colimator.

Tensiunea și curentul se vor măsura cu o acuratețe de ±0,5% utilizându-se conexiuni independente de la terminalele specimenului.

Curenții de scurt-circuit se vor măsura la tensiune zero, utilizându-se o variabilă „bias” ( de preferat electronică ) pentru a evita căderile de tensiune de-a lungul rezistențelor externe.

Voltmetrele vor avea o rezistență internă de cel puțin 20kΩ/V.

Calibrarea tuturor instrumentelor vor fi certificate sa fie în aria de acuratețe în momentul măsurării.

Acuratețea procedurii de corecție a iradiației și temperaturii va fi verificată periodic prin măsurarea performanțelor unui specimen la anumite nivele compararea rezultatelor cu datele corespunzătoare extrapolate.

Măsurători la lumina solară naturală

Măsurătorile la lumina naturală a soarelui se vor face numai când radiația luminoasă totală (soare + cer) nu fluctuează cu mai mult de ±1% pe parcursul măsurătorilor. Când măsurătorile se fac cu referire la condiții standard de testare radiația luminoasă va fi cel puțin 800 W/m2.

Procedura de testare este:

Se așează dispozitivul de referință cât mai aproape posibil și coplanar cu specimenul. Ambele vor fi perpendiculare pe direcția razelor solare ±10º.

Se înregistrează caracteristica curent-tensiune și temperatura specimenului în același timp cu înregistrarea curentului de scurt-circuit și a temperaturii dispozitivului de referință. Dacă nu se poate controla temperatura se va proteja specimenul și/sau dispozitivul de soare și vânt până ce temperatura devine uniformă cu temperatura aerului. Faceți măsurătorile imediat după îndepărtarea protecției.

Notă: In cele mai multe cazuri inerția termică a specimenului sau a dispozitivului va limita creșterea temperaturii timp de câteva secunde la mai puțin de 2ºC iar temperatura va rămânea aproape uniformă.

Se corectează caracteristica curent-tensiune în funcție de condițiile de radiație luminoasă și temperatură în concordanță cu publicațiile IEC.

Măsurători în regim stabilizat de lumină solară simulată

Procedura de testare este:

Se urcă dispozitivul de referință cu partea activă în planul de testare astfel încât normala dispozitivului să fie paralelă, cu eroare de ±5º, cu axa razelor solare.

Se setează radiația luminoasă pe planul de testare astfel încât dispozitivul de referință sa producă curentul calibrat de scurt-circuit la nivelul dorit.

Îndepărtați dispozitivul de referință și puneți specimenul ca la punctul 4.1 din acest standard.

Dacă razele de incidență sunt uniforme și cad pe o suprafață destul de largă specimenul se poate pune lângă dispozitivul de referință.

4.4 Fără a schimba setările simulatorului înregistrați caracteristica curent-tensiune și temperatura specimenului. Unde se face greu controlul temperaturii se va proteja specimenul și/sau dispozitivul de razele simulatorului până ce temperatura devine aceeași cu temperatura aerului cu marja de eroare de ±2ºC. Faceți măsurătorile imediat după îndepărtarea protecției.

4.5 Dacă temperatura specimenului nu este cea dorită se va corecta caracteristica curent-tensiune măsurată pentru temperatura dorită utilizând proceduri în concordanță cu publicațiile IEC.

Măsurători la lumină solară simulată în pulsuri

Procedura de testare este:

Se montează specimenul cât mai aproape posibil de referință cu partea activă în planul de testare. Normala la specimen și la referință trebuie să fie paralele în marja de eroare de ±5º.

Setați radiația la planul de testare astfel încât dispozitivul de referință să producă curentul calibrat de scurt-circuit la nivelul dorit.

Notă: La unele simulatoare de puls, pulsul este triggerat de o celulă fotovoltaică separată atunci când radiația atinge un nivel setat anterior pentru un dispozitiv de referință.

Se înregistrează caracteristica curent-tensiune și temperatura specimenului (sau temperatura ambientală, dacă este aceeași). Intervalele de timp între punctele citite trebuie să fie suficient de mari pentru a exista siguranța că timpul de răspuns al specimenului și rata de colectare a datelor nu introduc erori.

5.4 Se corectează caracteristica curent-tensiune pentru temperatura și radiația dorite în concordanță cu publicațiile IEC.

Raport de test

Atunci când este nevoie de un raport de test, raportul trebuie să conțină:

o descriere și identificare a specimenului (celulă solară, subansamblu de celule solare sau modul);

test de mediu înconjurător (lumină solară naturală sau simulată și o scurtă descriere și clasificare a simulatorului);

nivelul radiației;

temperatura specimenului și a dispozitivului de referință;

descrierea și identificarea dispozitivului de referință primar și/sau secundar (celulă sau modul fotovoltaic);

datele de calibrare (unde și când a fost calibrat, valoare de calibrare);

deviațiile de al procedura standard de testare;

rezultatele testului.

Standardul internațional CEI 904-3

DISPOZITIVE FOTOVOLTAICE

Partea III: Principii de măsurare pentru dispozitive fotovoltaice

terestre cu date de referință de radiație spectrală

Introducere:

Deciziile formale sau convențiile IEC pe probleme tehnice, pregătite de Comitetul Tehnic in care toate comitetele naționale sunt reprezentate.

Au forma recomandărilor pentru uz internațional si sunt acceptate de Comitetele Naționale in acest sens.

Pentru a promova unificarea internațională, IEC își exprimă dorința ca toate comitetele naționale sa adopte textul recomandării IEC pentru regulile lor naționale in limitele permise de condițiile naționale. Orice divergenta intre recomandările IEC si regulile naționale corespondente sa fie, pe cat posibil, indicate clar.

Prefața:

Acest standard a fost întocmit de către Comitetul Tehnic IEC Nr 82: Sisteme solare fotovoltaice de energie.

1. Scopul:

Acest standard se aplica la următoarele dispozitive fotovoltaice pentru aplicații terestre:

celule solare singulare sau fără protecție

subansamble de celule solare

module plate

Acest standard este aplicabil celulelor solare destinate operării în lumina solară concentrata, modulelor care includ concentratoare, precum si colectoarelor hibride care pe lângă generarea electricității, transforma căldura in fluide pentru uz in sistemele termale.

Acest standard descrie principiile măsurării si specifica distribuția radiației spectrale de referință.

Caracteristicile curent-tensiune si parametrii derivați sunt explicați.

2. Obiect:

Acest standard specifica principiile măsurării pentru determinarea performantei electrice a dispozitivelor solare fotovoltaice terestre definite in “scop”. Aceste principii acoperă testarea atât in lumina solară naturală, cat si in lumina simulata.

3. Principiile măsurării:

In practica actuala performanta fotovoltaica a unei celule solare sau cel al unui modul este determinata de expunerea sa, la o temperatura cunoscută, la lumina solară stabilă, naturală sau artificiala si urmărindu-i caracteristica curent-tensiune in timp ce se măsoară magnitudinea radiației incidente. Performanta măsurată este apoi corectată la Condiții Standard de Test (STC) sau la alte condiții dorite de iradiație sau temperatura. Producția de putere corectată la voltajul nominal si STC este cunoscută sub numele de putere nominală.

Din moment ce o celula solară are un răspuns dependent de lungimea de unda, importanta sa este afectată in mod deosebit de distribuția spectrală a radiației incidente, care în lumina solară naturală variază odată cu locația, vremea, timpul zilei, anotimp si un simulator variază odată cu tipul si condițiile sale.

Daca iradiația e măsurată cu un radiometru de tip pila termoelectrica care nu este selectiv spectrală, eficiența conversiei măsurate poate varia cu câteva procente datorită schimbărilor de distribuție spectrală.

Principiile date în acest standard sunt proiectate pentru a reduce asemenea discrepanțe, unind rata de performanță la o referință de distribuție spectrală a radiației terestre solare.

Aceasta se realizează prin măsurarea iradiației cu un dispozitiv de referință care are același răspuns spectral ca si specimenul de test si a fost calibrat în termeni de curent de scurtcircuit pe unitate de iradianta (AW-1 m2) cu distribuția spectrală de referință.

Dispozitivul de referință ia în calcul automat variațiile distribuției spectrale. Din această cauză, locația si condițiile meteo nu sunt critice când dispozitivul de referință este folosit pentru măsurarea performanțelor în aer liber. Tipul de simulator nu este critic pentru măsurări interioare. Cu atat mai mult, din moment ce constantele de timp atat ale dispozitivelor de referință cât si ale specimenelor de teste sunt similare, fluctuațiile în intensitatea solară pot fi acceptate cu condiția ca ele sa nu aibă loc în timpul unei măsurări.

Dacă performanța unei celule sau a unui modul e legată la o sursă de distribuție de iradiație spectrală cunoscută, este posibil pentru un utilizator, folosind răspunsul spectral al celulelor, să aproximeze în limite rezonabile performanța sa când e expusă la lumina oricărei alte surse de distribuție de iradiație spectrală cunoscută.

Distribuția iradiației spectrale de referința solară:

Distribuția iradiației spectrale de referință solară pentru scopurile acestui standard este dată în tabelul 2.1 si figura 2.2. Aceasta e o distribuție totală (directa si difuza) a luminii solare, corespunzând unei iradiații de 1000Wm-2 la AM1.5 pe o suprafața plana înclinată la 37° pe orizontala cu gradul de reflecție de 0.2 în următoarele condiții meteorologice:

– apa conținută în atmosfera: 1.42cm

– ozon conținut în atmosfera: 0.34 cm

– tulburări: 0.27la 0.5 µm.

Figura 2.1

Caracteristicile curent – tensiune:

Un exemplu al curbei I-V măsurate la luminozitate si temperatură fixă așa cum arată în figura 2. Curentul este schițat dea-lungul ordonatei, si tensiunea dea-lungul abscisei.

Caracteristicile electrice ce pot fi derivate din curba I-V sunt:

a) curentul de scurt circuit (Isc): Punctul A

Valoarea curentului unde curba I-V intersectează axa curentului la V = 0;

b) tensiunea circuitului deschis (Voc): Punctul B

Valoarea tensiunii unde curba I-V intersectează axa tensiunii la I = 0;

c) puterea maxima (Pmax): Punctul C

Puterea la punctul maxim a curbei I-V unde rezultanta curentului si tensiunii este maxima

d)Sarcina curentului (IL): Punctul D

Curentul măsurat la o încărcare specificată a tensiunii, VL

Figura 2.2: Caracteristica curbei I-V

Standardul Internațional CEI 1277

Comitetul Electrotehnic Internațional (IEC) este o organizație internațională care este alcătuită din toate comitetele electrotehnice naționale. Obiectivul acestei comisii este acela de a promova cooperarea internațională privind standardizarea în domeniul electric si electronic. In conformitate cu aceste lucruri, IEC publica standardele internaționale.

Standardul internațional IEC 1277 a fost stabilit de comitetul tehnic 82: Sisteme de conversie fotovoltaica a energiei solare.

Introducere:

Sistemele fotovoltaice sunt constituite din elemente si din subsisteme folosite pentru a transforma radiația solară incidentă direct în energie electrică.

Parametrii electrici de intrare într-un subsistem trebuie sa fie compatibili cu parametrii electrici de ieșire a unui subsistem precedent.

Toate subsistemele pot fi definite de expresia power conditioner (PC), care poate fi furnizată de o singura unitate.

Două sau mai multe elemente funcționale pot fi încorporate într-o unitate fizică. Când aceasta se întâmplă, caracteristicile de intrare și de ieșire ale unității combinate se înlocuiesc cu caracteristicile elementelor individuale.

Elementele principale ale sistemului pot funcționa în paralel cu alte surse de putere auxiliară care sunt conectate la interfața potrivită.

In concepția particulară a sistemelor fotovoltaice, anumite elemente funcționale pot absenta.

Cu toate acestea, parametrii de putere dați pentru interfața de curent alternativ si pentru interfața utilizată, sunt identici în teorie si în practica, calitatea generatorului de putere PV fiind asigurată de invertor.

Pentru sistemele autonome cu sarcina de curent alternativ, interfața de c.a. poate să lipsească, depinzând de sarcina de curent alternativ.

De vreme ce codurile electrice pot varia de la un organism la altul, este necesar să se respecte cerințele locale particulare.

2.2 POLITICI DE DEZVOLTARE A SURSELOR

REGENERABILE DE ENERGIE

Documentul de bază prin care se trasează strategia în domeniul surselor regenerabile este: Cartea Alba pentru o Strategie Comunitară și un Plan de Acțiune "Energie pentru viitor: sursele regenerabile"

Sursele regenerabile de energie sunt în prezent inegal utilizate în Uniunea Europeană. Cu toate că există din belșug, sursele de energie neconvențională aduc un aport decepționant de doar 6% de energie la nevoile UE, dar acest procent este prevăzut să crească în viitor. Este necesar un efort comun al comunității și al membrilor acesteia. Dacă Comunitatea Europeană nu reușește să producă necesarul de energie din energii regenerabile, va fi din ce în ce mai greu să se atingă nivelele angajamentelor luate atât de UE cât și de organizațiile internaționale cu privire la protecția mediului.

Energiile regenerabile sunt prezente în orice țară și deci scad dependența de importuri a țărilor, precum și nevoia de securizare a furnizării de energie electrică. Dezvoltarea producției în domeniul energiilor regenerabile este o sursă de locuri de muncă, mai ales în cadrul întreprinderilor mici și mijlocii care sunt baza fabricilor din Comunitatea Europeană și care formează majoritatea sectoarelor din producția de energie neconvențională. Dezvoltarea acestor tipuri de energie poate fi importantă în sensul atingerii unui nivel de coeziune cu Comunitatea Europeană.

Creșterea consumului de energie electrică în țările din lumea a treia din Asia, America Latină și Africa, care, în cazul unei creșteri importante poate fi compensată prin devotarea sectorului de producție a energiilor regenerabile, oferă oportunități importante pentru industria Uniunii Europene. Caracterul modular al majorității tipurilor de energie regenerabilă, permite implementarea gradată, care este mai ușor de finanțat și permite creșteri rapide ale performanțelor acolo unde este necesar. În sfârșit, publicul larg este în favoarea dezvoltării energiilor regenerabile în favoarea oricărei altui tip de energie, în general pe motive ecologice.

Situația actuală

După conferința de la , schimbările climatice sunt din nou în atenția dezbaterilor internaționale. Uniunea Europeană a recunoscut necesitatea urgentă de abordare a problemelor climatice. S-a stabilit de asemenea un procent de 15% de reducere a emisiilor ce produc efect de seră pentru țările puternic industrializate până în 2010. Pentru a facilita atingerea acestui obiectiv de către țările membre ale UE, aceasta a stabilit în comunicatul referitor la aportul producției de energie la schimbările climatice o serie de măsuri, printre care și aceea a rolului predominant al energiilor regenerabile.

Evaluare preliminară a costurilor și beneficiilor

Pentru a putea evalua posibilitatea de atingere a obiectivelor Comunității Europene trebuie estimate costurile. La fel de importantă este și evaluarea beneficiilor. Dublarea producției de energiei regenerabile până în 2010 va avea cel mai mare impact asupra emisiilor de CO2, securității de producție și locurilor de muncă. Necesarul total de capital pentru atingerea obiectivelor pentru perioada 1997-2010 este de 165 miliarde €. Mai important este faptul că investițiile nete sunt estimate la 95 miliarde € (au fost calculate scăzând din investițiile totale pe cele care ar fi fost necesare dacă energia corespunzătoare energiei regenerabile ar fi fost produsă prin metode clasice). Trebuie subliniat că sunt evitate cheltuieli importante pentru combustibil.

Dacă considerăm că există deja investiții în energii regenerabile, investițiile nete ce trebuie adăugate pentru ca planul să aibă un efect maxim sunt în valoare de 74 miliarde de €. Dublarea acțiunilor din domeniul energiilor regenerabile, ar putea necesita creșterea cu 30% a investițiilor, dar ar produce între 500.000 și 900.000 noi slujbe, ar economisi 3 miliarde de € în fiecare an (începând din 2010), reprezentând costurile combustibilului, și un total de 21 de miliarde în perioada 1997-2010, ar reduce cantitatea de combustibil importat cu 17.4% precum și emisiile de CO2 cu 402 milioane de tone până în 2010.

Reducerea acestei cantități de CO2 reprezintă o contribuție esențială la reducerile de CO2 necesare pentru combaterea efectului de seră. Din rapoartele Comisiei Europene cu privire la combaterea efectului de seră de la Kyoto, s-a estimat că se poate realiza o reducere a nivelului de CO2 emisă în atmosferă cu 800 milioane de tone, cu ajutorul a 15-35 miliarde € pe an.. Aceasta corespunde unei reduceri de 250 milioane de tone de CO2 până în 2010, precum și scăderea cu o treime a emisiilor de CO2 preconizate.

Obiectivele majore ale politicii Uniunii Europene în domeniul energiei sunt: siguranta alimentării cu energie; sisteme de energie competitive; protecția mediului. Creșterea dependenței Uniunii Europene de sursele externe de energie, combaterea schimbărilor climatice și liberalizarea piețelor de energie, au accentuat importanța siguranței alimentării cu energie, așa cum se reflectă și în Cartea Verde "Spre o strategie europeană pentru siguranța în alimentarea cu energie". Acest document consideră că sursele regenerabile de energie pot contribui semnificativ la creșterea resurselor interne de energie, și definește sursele noi și regenerabile de energie drept o prioritate politică. Utilizarea surselor regenerabile răspunde astfel atât limitării dependenței Europei de sursele de energie externe, cât și respectării obligațiilor de mediu asumate prin Protocolul de la Kyoto, ratificat la 5 martie 2002 de către Uniunea Europeana. Programul de acțiuni „Energie inteligenta pentru Europa” promovează în perioada 2003-2006, implementarea strategiei din Cartea Verde. În cadrul acestui program, un loc distinct îl are programul ALTENER, cu un buget propus de 86 milioane € , ce urmărește dezvoltarea utilizării surselor regenerabile. Încă din decembrie 1997, Cartea Alba pentru o Strategie Comunitară și un Plan de Acțiune "Energie pentru viitor: sursele regenerabile" a definit strategia în domeniu, și a lansat "Campania de demarare" a investițiilor. Obiectivul strategic propus de Cartea Alba este dublarea până în 2010 a contribuției surselor regenerabile la totalul consumului de energie din țările Uniunii Europene, și anume de la 6% la 12%. Obiectivele "Campaniei de demarare(Take off" au fost realizarea în perioada 1999-2003 a: 1 milion de sisteme voltaice; 15 milioane m2 colectoare solare; 10000 MW turbine eoliene; 10000 MWt in instalații de co-generare cu biomasa; 1 milion de gospodării încălzite cu biomasa; 1000 MW instalații cu biogaz; 5 milioane tone Bio-combustibili lichizi; 100 de comunități alimentate 100% din surse regenerabile. Cel mai important act legislativ în domeniu este Directiva 2001/77/EC din 27 septembrie 2001 privind Promovarea energiei electrice produsă din surse regenerabile, pe piața unică de energie. Alături de atingerea, până în anul 2010, a cotei de 12% privind contribuția surselor regenerabile la totalul consumului de energie, un alt obiectiv al Directivei este creșterea contribuției surselor regenerabile de la 14% la 22% din consumul brut de energie electrică, de asemenea până în anul 2010. Directiva impune statelor membre o serie de măsuri de încurajare a producției de energie electrică din surse regenerabile și crearea de facilități pentru agenții economici ce valorifică astfel de surse. Principalele prevederi ale Directivei sunt:

stabilirea unei cote-țintă pentru fiecare țară privind consumul de energie electrică produsă din regenerabile;

introducerea unor scheme financiare de suport;

simplificarea procedurilor administrative pentru proiectele valorificând sursele regenerabile;

acces garantat și prioritar la rețelele de transport și distribuție;

garantarea originii energiei electrice produse din regenerabile.

Comisia Europeană va monitoriza implementarea Directivei.

Tabel 2.2-Valori de referință pentru energia electrică obținută din surse regenerabile (anul 1997, respectiv anul 2010)

Nota:

1)SRE – Surse regenerabile de energie

2)România: inclusiv energia electrică produsă în centrale hidro

Schemele suport pentru sursele regenerabile, deja introduse în multe țări, se pot rezuma în esență la doua modele de bază:

Prețul energiei produse din surse regenerabile este stabilit administrativ, iar cantitatea energiei debitate este stabilită de piața energiei;

Cantitatea de energie produsă sau consumată din surse regenerabile (energie verde) este stabilită administrativ iar prețul certificatelor de energie verde este stabilit de piața energiei.

Cea de a doua schemă, este numită și comerț cu Certificate Verzi. Certificatele Verzi sunt emise pentru producători, pentru fiecare unitate de energie produsă din surse regenerabile de către o instalație eligibilă și sunt denominate în unități de energie (de exemplu 1 MWh). Certificatele de origine emise la nivel național vor fi recunoscute mutual pe piața europeană de electricitate. Procedurile principale pentru promovarea pe piață a comerțului cu Certificate Verzi, sunt:

Acreditarea producătorilor eligibili;

Emiterea de certificate;

Controlul calității (verificare și audit);

Mecanisme pentru transferul și comercializarea certificatelor.

Pentru implementarea acestor proceduri sunt necesare instituții responsabile pentru control, implementare și funcționare. În anul 2010, cifra de afaceri cu comerțul din Certificate Verzi în Europa se estimează la 20 miliarde €. Scheme suport pentru utilizarea surselor regenerabile de energie au fost legiferate nu numai în țările Uniunii Europene dar și în unele țări candidate la aderare. Alte scheme suplimentare de suport a finanțării proiectelor cu surse regenerabile derivă din procedurile stabilite prin Protocolul de la Kyoto: Comerțul cu emisiile de gaze cu efect de seră și Implementarea Asociată, care permite contribuția unei alte țări la investiția proiectului, în schimbul cotei corespunzătoare de emisii reduse. Politica de promovare a surselor regenerabile a dat roade evidente în ultimii ani. De exemplu, suprafața de captatoare solar-termale în Europa în anul 2000 a fost de 10,9 milioane m2, în comparație cu 3,5 milioane m2 în 1990. Germania este pe locul întâi, cu 3,3 milioane m2. Dar exemplul de succes cel mai relevant privind efectele politicii de dezvoltare a surselor regenerabile este energia eoliană care este tehnologia cu rata de dezvoltare cea mai ridicată în energetica de astăzi.

Cifra de afaceri privind aplicațiile eoliene in Uniunea Europeană a fost în anul 2002 de 5,8 miliarde de euro. Creșterea în 2002 a puterii instalate a fost de 5871 MW, cu 31 % mai mult decât in anul 2001, capacitatea totală a sistemelor eoliene ajungând la 23056 MW. Europa își întărește poziția de lider mondial în domeniul energiei eoliene. Piața mondială a energiei eoliene ar putea valora 25 de miliarde de euro anual, până în anul 2010. Energia produsă astfel echivalează cu cea obținută prin arderea a 20 de milioane de tone de cărbune într-un sistem convențional de producere a energiei electrice. În țările europene mai puțin convinse inițial de necesitatea dezvoltării surselor regenerabile și-au însușit strategia europeană. Astfel în Franța, guvernul a stabilit planificarea multianuală a investitor în producția de energie electrică, cu următoarea structură pentru producția din surse regenerabile:

Tabel 2.3

Sursa: Ordonanța guvernamentală din 7 martie 2003

România s-a obligat să adopte acquis-ul comunitar în sectorul energiei, inclusiv în domeniul surselor regenerabile de energie. În România însă, singurele surse regenerabile de energie electrică sunt constituite practic numai de centralele hidroenergetice de mare putere. Documentele europene scot deja în evidență întârzierile existente: "În ceea ce privește eficiența energiei și sursele regenerabile, nu s-a realizat un progres substanțial. România nu alocă resursele necesare pentru îmbunătățirea eficienței energiei și promovarea surselor regenerabile." Hotărârea de Guvern 443 din 10 aprilie 2003 privind promovarea producției de energie electrică din surse regenerabile de energie, a făcut primii pași pentru constituirea cadrului legislativ și de reglementare pentru promovarea pe piața energiei a energiei produse din surse regenerabile.

Estimări detaliate ale locurilor de muncă oferite au fost făcute în cadrul studiului TERES II, folosind modelul SAFIRE de penetrare, dezvoltat în cadrul programului JOULE II. Modelul estimează un număr de 500.000 de slujbe create în mod direct de sectorul energiilor regenerabile și indirect în sectoarele direct legate de acesta. Aceste cifre permit pierderile de locuri de muncă în alte sectoare de producție a energiei electrice. Studiile pe sectoare realizate de industrie oferă cifre mult mai mari. Asociația Europeană a Energiei Eoliene estimează că numărul locurilor de muncă create de acest sector până în 2010 va fi între 190.000 și 320.000, dacă va fi instalată o putere eoliană de 40GW. Asociația Europeană a Industriei Fotovoltaice estimează că o putere instalată de 3 GW va crea aproximativ 100.000 de noi locuri de muncă în acest sector. Asociația Europeană a Energiei Produsă din Biomasă consideră că cifrele prezentate în studiul TERES II au fost subestimate, și că numărul de locuri de muncă în acest domeniu va crește cu 1.000.000 de locuri de muncă până în 2010, dacă potențialul acestui tip de energie este exploatat la maximum. Federația Europeană a Energiei Solare estimează crearea a 250.000 de locuri de muncă în domeniul captării energiei solare, până în 2010. Cu toate că nu se pot trage concluzii clare cu privire la numărul total de locuri de muncă, provenite din investițiile în energii regenerabile, se poate totuși spune că o orientare către aceste tipuri de energie va produce un număr mare de noi locuri de muncă.

Direcții strategice

Cu toate că tehnologia energiilor regenerabile a atins un anumit nivel de maturitate, sunt încă multe obstacole în cale penetrării ei pe piața energiei electrice. Pentru a asigura o demarare reală a măsurilor pentru introducerea exploatării energiilor regenerabile, pe scară largă, pentru dublarea contribuției energetice a surselor regenerabile, până în 2010, precum și pentru asigurarea unei apropieri coordonate de Comunitatea Europeană, Comisia Europeană propune o campanie de promovare a acestora. Aceasta ar trebui să se desfășoare de-a lungul a câțiva ani, și ar necesita o colaborare strânsă între statele membre ale UE și Comisie. Scopurile campaniei propuse sunt acelea de a promova implementarea pe scară largă a energiilor regenerabile, și de a trimite semnale clare de folosire mai intensă a acestor surse de energie. În cadrul pregătirii pentru campanie, Comisia Europeană va cataloga și analiza toate activitățile și programele Uniunii Europene și a statelor membre, care ar putea oferi ajutor pentru campanie. Concluziile acestui studiu vor fi raportate Consiliului și Parlamentului European. Apoi se vor trasa liniile directoare, împreună cu statele membre.

Este evident rolul important al statelor membre ale UE în această acțiune de promovare pe scară largă a energiei regenerabile. Scopul Comisiei va fi acela de a stabili cadrul de desfășurare al programului, de a oferi asistență tehnico-financiară unde este nevoie, și de coordonare a acțiunilor. Pentru un asemenea efort depus pentru a reuși, este importantă implicarea tuturor părților interesate pentru promovarea energiei regenerabile în funcție de situația din fiecare țară în parte. Implicarea într-o asemenea acțiune înseamnă negocierea angajamentelor și a acordurilor voluntare unde este necesar.

Mulți participanți pot fi activi în campania de promovare a energiei regenerabile, inclusiv:

Regiunile de implementare a programelor;

Municipalitățile și serviciile publice de distribuție;

Industriile de petrol și automobile;

Arhitecții și societățile de proiectare ale orașelor și țărilor;

Autoritățile care se ocupă cu intermedierile;

Asociațiile industriale și utilitare;

Asociațiile de fermieri;

Industria și asociațiile forestiere.

În perioada de pregătire pentru campanie se for redacta propuneri pentru implicarea și contribuția lor.

2.3. Acțiuni cheie de implementare a politicii în domeniul

energiei fotovoltaice

Un milion de sisteme fotovoltaice

Sistemele fotovoltaice (PV) sunt o tehnologie înaltă cu posibilități ridicate de export pe o piață foarte competitivă în care există o concurență acerbă cu Japonia și SUA. Există o industrie fotovoltaică foarte dezvoltată în Europa, care trebuie susținută pentru a demara dezvoltarea exportului dar și a pieței domestice. În afară de marile companii europene de petrol și a altor companii mari, sunt active multe societăți de tip IMM. Unul dintre scopuri este ca numărul lor să crească și deci și numărul locurilor de muncă.

O campanie ambițioasă și foarte vizibilă este necesară pentru a crea o bază a pieței suficient de mare pentru a reuși scăderea substanțială a prețurilor astfel încât campania va cuprinde un număr de 500.000 de acoperișuri și fațade cu panouri solare, în UE, pentru piața domestică de desfacere și pentru export, un număr de 500.000 de sisteme fotovoltaice pentru sate, cu scopul de a începe descentralizarea electrificării în țările în curs de dezvoltare. Capacitatea standard a fiecărui sistem fotovoltaic (sistemele integrate în clădiri ca și cele destinate satelor) este de 1kW, și, de exemplu, capacitatea totală ce va fi instalată în această campanie până în 2010 este de 1GW.

O mare parte din piața de sisteme PV va fi dedicată aplicațiilor pe clădiri, mai ales în Europa unde rețeaua de electricitate este omniprezentă. O campanie de 500.000 de acoperișuri și fațade fotovoltaice a UE vor reprezenta în baza acordului de generatoare de 1kW, o capacitate totală de 500 MW și vor reprezenta o cincime din implementarea centralelor cu putere instalată totală de 3GW. Este o campanie foarte importantă pentru viitorul sistemelor fotovoltaice, chiar dacă influențează doar 2% din cele 30 de milioane de case și clădiri nelocuite, care vor fi probabil construite până în 2010. Această estimare se face fără a lua în considerare potențialul celulelor fotovoltaice de a putea fi integrate în clădiri deja construite.

Rațiunile acestui scop într-o piață solară globală este reprezentat de consistența cu scopurile corespondente ale Japoniei și SUA. Programul pentru implementarea primelor 1000 de acoperișuri cu panouri solare din Germania, de la începutul anilor 1990 s-a dovedit un succes pentru introducerea pe piață a sistemelor PV, din punct de vedere al calității și reducerii costurilor. Japonia a implementat în 1997 un program de 10.000 de acoperișuri, o treime din program fiind finanțată din fonduri publice. Costurile totale ale introducerii programului celor 500.000 de acoperișuri și fațade sunt de aproximativ 1.5 miliarde de € (presupunând generatoare de 1kW la un preț mediu de 3€/W, pentru o perioadă de 13 ani). Aceasta înseamnă o instalare, în medie, a 40.000 de sisteme pe an. 40.000 de € pot fi obținuți din fonduri publice. Cantitățile echivalente vor fi folosite pentru exporturi. Cu toate că nu există un regulament de promovare a sistemelor voltaice în UE, există un sistem dezvoltat de finanțări și de facilități fiscale pentru sistemele PV implementate deja. Cea mai importantă este subvenția de 50% a investițiilor în anumite regiuni ale Germaniei, Grecia și alte țări membre ale UE, susținerea tarifului pentru energia fotovoltaică în unele orașe din Germania și deprecierea rapidă a acestui tarif în Olanda. Un suport mai mic de o treime din investiții suportate din bani publici, care este aplicat în Japonia în prezent, ar facilita deschiderea pieței în acest domeniu.

Această campanie ar trebui să înglobeze acțiuni specifice ca:

Promovarea energiei fotovoltaice în școli și alte clădiri publice. Aceste acțiuni nu au doar un efect educațional, de a crește nivelul de cunoștințe și de înțelegere de la vârste cât mai fragede și receptive, dar este și un scop tehnic, ce constă în minimizarea nevoii de capacitate de stocare, ceea ce în majoritatea cazurilor este un beneficiu financiar;

Stimulentele pentru introducerea energiei fotovoltaice în turism, sport, activități de recreere, care oferă un potențial important mai ales cererii crescute de energie în vârfurile de sezon, în turismul de masă și datorită faptului că o mare parte din stațiunile turistice sunt izolate și/sau montane, ceea ce este de obicei scump de aprovizionat cu energie.

În 1995 erau instalate 6.5 milioane m2 de celule solare în UE, cu o rată de creștere de 15% față de anii precedenți. Rata de instalare anuală este de 1.000.000 de m2 concentrată în trei țări ale UE: Austria, Germania și Grecia. O rată de creștere de 25% ar putea fi atinsă dacă alte 12 țări din UE ar urma chiar și parțial exemplul acesta. La o rată de creștere anuală de 20%, capacitatea totală instalată în 2010 ar fi de 100 milioane de m2, luând în considerare toți factorii relevanți, ceea ce ar reprezenta o contribuție importantă la dezvoltarea sistemului energiilor regenerabile. Folosirea unor zone extinse de panouri solare, cu o gamă largă de aplicații, printre care sisteme de încălzire a locuințelor – cel mai rațional mod de folosire a energiei termice solare – ar stimula o creștere puternică a producției de captatori solari.

Tabel 2.4 Costurile și beneficiile estimate ale strategiei globale

a scenariului pentru 2010

Luând în considerare importantele beneficii ale energiilor regenerabile cu privire la numărul locurilor de muncă create, reducerea importului de combustibil, creșterea securității distribuției energie, dezvoltarea locală și regională, precum și creșterea exporturilor, ca și beneficiile ecologice importante, se poate concluziona că strategia și planul de acțiune al Comunității Europene cu privire la energiile regenerabile, prezentate în Cartea Albă, sunt foarte importante pentru Uniunea Europeană, la începutul secolului 21.

Cap. 3

ALEGEREA SOLUȚIEI DE REALIZARE A

CENTRALEI FOTOVOLTAICE DE 50 KW

3.1. Controlul principal si monitorizare (MCM)

Controlul principal si monitorizarea subsistemului reprezintă cel mai înalt nivel de control al sistemului fotovoltaic. El dirijează funcționarea generală a sistemului fotovoltaic si interacțiunea dintre toate subsistemele. Controlul principal de asemenea poate interveni între comanda principală si sarcină.

Pentru ușurință în construcție si operare, anumite sau toate funcțiile controlului principal si de monitorizare pot fi incluse în alte subsisteme.

Controlul principal si monitorizarea pot asigura operarea automată sau manuală a sistemului.

Funcția de monitorizare a subsistemului poate include colectarea de semnale de date, procesare, înregistrare, transmisia si prezentarea de date, care sunt necesare.

Aceasta funcție poate monitoriza:

câmpul modulelor

polarizare de curent continuu

interfața curent continuu

subsistemul de stocare

interfața de curent alternativ

sarcina(sarcinile)

invertorul

alimentarea auxiliară

interfața cu rețeaua publică de distribuție de electricitate

condițiile mediului înconjurător

Funcția de control a subsistemului folosește date colectate pentru a asigura funcționarea corectă a sistemului.

Comanda poate conține următoarele funcții , printre altele :

comanda de stocare

orientarea modulelor

sistemul de pornire

comanda de transport de curent continuu

pornirea si controlul sarcinii invertorului

alte funcții suportate

securitate

protecție la incendii

pornirea si comanda alimentării auxiliare

comanda interfeței cu rețeaua de distribuție de electricitate

pornirea si comanda de accesorii

Intr-un sistem fotovoltaic particular, anumite subsisteme ce au fost prezentate mai sus pot lipsi, iar alte componente ale subsistemului pot exista sub o forma simpla sau multipla.

Ansamblul de control si monitorizare poate constitui un subsistem alcătuit din circuite elector-mecanice, electronice și/sau logice.

Subsistemul fotovoltaic:

Subsistemul fotovoltaic este constituit dintr-un ansamblu de elemente mecanice si electrice integrate, capabile sa producă un curent continuu direct de la radiația solară incidentă.

Subsistemul fotovoltaic poate conține următoarele elemente:

module

subcâmpuri ale modulelor

câmp fotovoltaic

cablu electric

fundație

suport

dispozitiv de protecție

legare la pământ

Subsistemul fotovoltaic poate fi realizat pornind de la cerințele funcționale si performanțele dorite, pornind de la o evaluare economica si tehnica (condiții de operare, date meteorologice, performanța modulelor, caracteristicile sarcinii si cerințele de securitate).

Subsistemul poate fi proiectat să satisfacă o medie sau un vârf din producția anuală a sistemului. Trebuie notat ca orientarea subsistemului fotovoltaic poate influența cantitatea de energie transformată de sistem, sunt necesare calcule de realizare a sistemului pentru a determina orientarea corectă a câmpurilor modulelor. Câmpurile modulelor pot fi fixate sau se pot ajusta pas cu pas continuu. Înclinarea optima este determinata de mai mulți factori, ca de exemplu: amplasarea, distribuția luminii solare, profilul sarcinii dea-lungul anului si alte condiții particulare corespunzătoare amplasării.

Parametri:

condiții de intrare : – radiație solară

– iradiere

– condiții de ieșire : – putere

– curent

– tensiune

– energie

Alte elemente de luat în considerare:

condițiile mediului înconjurător

securitatea amplasării

caracteristicile mecanice generale

interacțiunea cu subsistemul de control principal

aparate de măsură (senzori)

securitatea personalului

Polarizare de curent continuu:

Acesta asigura protecția elementelor electrice în curent continuu si transformă tensiunea subsistemului în tensiune utilizabilă de curent continuu. In general conține toate funcțiile auxiliare (surse de alimentare interne, amplificatoare de erori, dispozitive de auto-protecție) necesare la o bună funcționare.

Acesta poate fi testat independent de sistemul fotovoltaic, caracteristicile sale tehnice depind de cerințele sistemului în care va fi instalat.

Parametri:

Următorii parametri trebuie sa fie specificați:

condițiile de intrare: – tensiunea si curentul nominal

– limita tensiunii si a curentului

– caracteristici dinamice

– condițiile de ieșire: – tensiune si curent

– toleranța la tensiunea de ieșire

– limitarea curentului

– caracteristicile sarcinilor

Alte elemente ce pot fi luate în considerare:

randament polarizare de curent continuu

interacțiunea cu subsistemul de control principal

condițiile mediului înconjurător

caracteristici mecanice generale

cerințe de securitate

perturbații radioelectrice

aparate de măsură

nivelul de zgomot

Interfața de curent continuu:

Interfața de curent continuu include funcțiile necesare pentru a aplica tensiunea de curent continuu a sistemului fotovoltaic la sarcina de curent continuu. Poate de asemenea sa fie conectat la o sursă de alimentare auxiliară.

Componente:

Interfața poate include unul sau mai multe elemente din cele de mai jos:

întrerupătoare si siguranțe

convertizor de tensiune de curent continuu

conexiune de alimentare de curent continuu auxiliară

filtre

dispozitive de protecție ca : – legare la pământ

– protecție la fulgere

– regulator de tensiune

– izolație intre intrare si ieșire

Parametri:

Următorii parametri vor fi specificați:

– condiții de intrare : – tensiunea si curentul nominal

– limita de tensiune si curent

– caracteristici dinamice

– condiții de ieșire : – tensiune si curent

– toleranta la tensiunea de ieșire

– limitarea curentului

– caracteristicile sarcinilor

– randamentul interfeței

Alte elemente ce pot fi luate in considerare:

interacțiunea cu subsistemul de control principal

condițiile mediului înconjurător

caracteristici mecanice generale

cerințe de securitate

perturbații radioelectrice

aparate de măsură

nivelul de zgomot

Subsistemul de stocare:

Subsistemul de stocare asigură conservarea energiei electrice pentru utilizarea cerută. Acest subsistem poate include si dispozitive de control, cum ar fi regulator de sarcina, de tensiune, de curent de ieșire, aparate de măsură.

Echipament de protecție:

protecția subsistemului

protecția sarcinii

protecție peste/sub curent si peste/sub tensiune

protecție personal

protecția mediului înconjurător

Caracteristicile principale ale subsistemului de stocare pot include, următoarele:

tipul de stocare

capacitatea de stocare

adâncimea maxima a descărcării

condițiile mediului înconjurător

ciclurile de utilizare

pierderile interne de energie(in funcție de timp)

energia specifică (raportul între capacitatea de stocare si greutatea componentelor de stocare)

dependența de temperatură

Parametri:

Următorii parametri vor fi specificați:

– condiții de intrare : – tensiunea nominală si limita tensiunii

– curentul la sarcina maximă

– condiții de ieșire : – plaja tensiunii

– curentul maxim de descărcare

– randamentul energetic

– auto-descărcare

– condiții ciclice

Alte elemente ce pot fi luate in considerare:

cerințe de securitate

interacțiune cu subsistemul de comanda principala

întreținere

caracteristici mecanice generale

aparate de măsură

Invertorul:

Invertorul transformă curentul de ieșire de la polarizare de curent continuu si de la baterie în curent alternativ utilizabil.

Invertorul mai poate include un regulator de tensiune, surse interne de putere, amplificatoare de erori, dispozitive de auto-protecție.

Echipamente de protecție:

unitate de protecție

protecția sarcinii

izolație intre intrare si ieșire

protecție la supratensiune si la supracurent

Invertorul poate controla unul sau mai mulți parametri:

frecvența

nivelul de tensiune

pornirea si oprirea

sincronizare

putere reactivă

caracteristica curentului de ieșire

Invertorul poate fi specificat si testat independent de sistemul fotovoltaic, caracteristicile sale tehnice depind de cerințele sistemului, în care va fi utilizat invertorul. De exemplu, parametrii săi pot diferi intre un sistem autonom si un sistem legat la o rețea de servicii publice.

Parametri: – condiții de intrare: – tensiune si curent nominal

– plajele tensiunii si curentului

– caracteristicile dinamice ale tensiunii de intrare

– condiții de ieșire: – numărul de faze

– tensiune si curent

– frecvența de ieșire si distorsiuni armonice

– toleranța tensiunii si a frecventei

– limitarea curentului

– caracteristicile sarcinilor

– factorul de putere (PF)

– randamentul invertorului

Alte elemente ce pot fi luate in considerare:

pierderea in vid

interacțiunea cu subsistemul de comandă principală

condițiile mediului înconjurător

caracteristici mecanice generale

cerințe de securitate

perturbații radioelectrice

aparate de măsură

producerea de zgomot

Interfața de curent alternativ:

Interfața de curent alternativ include funcțiile necesare pentru a converti tensiunea de curent alternativ a sistemului fotovoltaic la sarcina de curent alternativ.

De asemenea poate fi conectat la o sursă de alimentare auxiliară de curent alternativ.

Componente:

Subsistemul de curent alternativ poate conține unul sau mai multe din elementele următoare:

– întrerupătoare si siguranțe

– convertizor de tensiune de curent alternativ

– filtre

– dispozitive de protecție: – legare la pământ

– protecție la fulgere

– regulator de tensiune

– dispozitive de securitate

– izolație intre intrare si ieșire

Parametri:

Următorii parametri trebuie să fie specificați:

condiții de intrare: – numărul de faze

– tensiune si curent nominal

– limita de tensiune si curent

– frecvența

– limita frecventei

– factorul de putere (PF)

– caracteristici dinamice

– condiții de ieșire: – numărul de faze

– plajele de tensiune si curent

– frecventa si distorsiunile armonice

– toleranța la tensiune si la frecventa

– limitarea curentului

– caracteristicile sarcinilor

– factorul de putere

– echilibrul fazelor

Alte elemente ce pot fi luate in considerare:

interacțiunea cu subsistemul de comanda principala

condițiile mediului înconjurător

caracteristicile mecanice generale

cerințe de securitate

randamentul interfeței

perturbații radioelectrice

aparate de măsură

Interfața cu rețeaua publică de distribuție de electricitate:

Interfața interconectează invertorul d.c./a.c. cu rețeaua publica de distribuție de electricitate. El permite sistemului fotovoltaic sa funcționeze in paralel cu rețeaua.

Componente:

Interfața de curent alternativ cu rețeaua poate sa fie constituita din unul sau mai multe elemente:

întrerupătoare si siguranțe

convertizor de tensiune de curent alternativ

filtre

dispozitive de protecție: – legare la pământ

– protecție la fulgere

– regulatoare de tensiune

– relee

– transformator de izolație

– sisteme de cuplare si de decuplare

Parametri:

Următorii parametri pot fi specificați:

condiții de intrare: – numărul de faze

– tensiunea si curentul nominal

– plajele de tensiune si curent

– frecvența

– plaja frecvenței

– factorul de putere

– caracteristici dinamice

– condiții de ieșire: – numărul de faze

– plaja de tensiune si curent

– frecvența si distorsiunile armonice

– toleranța la tensiune si la frecvența

– limitarea curentului

– caracteristicile sarcinilor

– factorul de putere

– echilibrul fazelor

Alte elemente ce pot fi luate in considerare:

interacțiunea cu subsistemul de comanda principala

condițiile mediului înconjurător

cerințe de securitate

randamentul interfeței

perturbațiile radioelectrice

aparate de măsură

caracteristici mecanice generale

3.2. LOCAȚIA DE AMPLASARE A CENTRALEI

Din punct de vedere economic, varianta alimentării electrice solare a unui consumator se dovedește a fi rentabilă în acest moment pentru locuri izolate, pentru care racordarea la rețeaua energetică este fie prohibitivă, fie imposibilă. Cele mai adecvate zone din țară, din acest punct de vedere, precum și din motivul protecției mediului înconjurător, sunt Delta Dunării, zona de coastă a Mării Negre, zona alpină.

Am ales ca locatie pentru centrala fotovoltaica de 50 de kW cu debitare in retea localitatea Agigea.

3.3. COMPONENTELE INSTALAȚIEI

Pentru realizarea instalației fotovltaice propuse sunt necesare 168 module ASE-250 cu următoarele caracteristici tehnice:

Figura 3.1. Module ASE-250

Tabelul 3.1. Caracteristici tehnice pentru modulele ASE-250

Pentru transformarea energiei de cc furnizată de convertoarele fotovoltaice, centrala dispune de 14 invertoare DC/AC, cu sincronizare automată și algoritm de urmărire a transferului maxim de putere (MPPT). Invertoarele de tip SunProfi sunt printre cele mai avansate și eficiente comercializate pe piața mondială.

Randamentul acestora este 92-94% în regimul de funcționare 10-100% din regimul nominal. Invertoarele au algorimi proprii de autodiagnoză și comunicație cu un sistem central de monitorizare a parametrilor proprii.

Aceste invertoare sunt special proiectate pentru centrale fotovoltaice cu conectare la rețea, având capacitatea de sincronizare automată la parametrii rețelei electrice. (figura 3.2)

Figura 3.2 – Interfața cu rețeaua

Centrala va avea nevoie, obligatoriu, și de achiziție de date. S-a optat pentru un logger de tip DL 100, care are rol de monitorizare a sistemului de invertoare, achiziția de date despre parametrii instantanei ai rețelei și asigură și legătura cu un PC. (figura 3.3). Este un DataLogger proiectat special pentru lucrul împreună cu invertoarele de tip SunProfi.

Figura 3.3 – Data Logger Sun Power DL100

Cap. 4

PROIECTAREA SCHEMEI ELECTRICE DE ANSAMBLU

Centrala fotovoltaică este împărțită în mai multe subsisteme, atât pentru o mai bună administrare a spațiului disponibil cât și pentru obținerea tensiunii și a puterii optime pentru conectarea la invertoarele SP2800, prin care se face legătura la rețeaua electrică

Un subsistem realizat din module ASE-250 este alcătuit din 12 module fotovoltaice și anume câte 4 module legate în serie iar cele 3 serii legate în paralel (Figura 4.1).

Figura 4.1. Conectarea modulelor ASE250 la cutiile de conexiuni

La un total de 168 de module fotovoltaice avem deci 14 astfel de subsisteme. Cele 12 module ale unui subsistem sunt așezate pe 2 rânduri. Dacă 2 subsisteme sunt înseriate la rând, cel de-al treilea este înseriat printr-o clemă de șir ajutătoare montată în cutia de conexiuni aferentă subsistemului respectiv (o cutie de conexiuni este echipată cu 7 cleme de șir montate pe o șină Ω (figura 4.2)).

La alegerea conductoarelor s-a ținut cont în primul rând de valoarea curentului care le străbate dar și de aspectul economic al investiției.

Pentru tronsonul cu module ASE-250:

4 module înseriate = 5,15 A cablu solar cu secțiunea de 4 mm2 identic cu cel folosit de firma producătoare a modulelor fotovoltaice;

3 serii de câte 4 module, puse în paralel 3 x 5,15 = 15,45 A

– densitatea de curent pentru conductoare de cupru este : ,

unde:

– I – intensitatea curentului electric : [ A ];

– S – aria secțiunii conductorului electric: [ mm2 ]

Pentru conductor din cupru cu izolație din PVC :

se alege conductor cu secțiunea S > 5,15 mm2

Alegem conductor de cupru tip Myf 6 cu secțiunea: S = 6 mm2, conductor multifilar flexibil cu izolație din PVC.

Legăturile în paralel sunt realizare prin ștraparea a câte 3 cleme de șir din cutiile de conexiuni (3 pentru polaritate (+), 3 pentru polaritate (-)) pentru a se asigura un curent nominal de funcționare de 15,15 A. Cele 4 module legate în serie asigură tensiunea necesară funcționării invertorului, obținând o tensiune în gol de:

,

tensiune ce este mai mare decât limita inferioară de tensiune a invertorului. (Vpmin =196 V). Toate cele 12 de module furnizează o putere de vârf de:

Intreg ansamblul de module ASE-250 poate furniza o putere maxima de:

Figura 4.2. Cutie de conexiuni KBP151512

Alegerea tipului de conductor electric folosit la partea de alternativ a centralei:

puterea de ieșire a invertoarelor este: P = 2800 W;

tensiunea: U = 380 Vac

intensitatea curentului alternativ generat:

se alege conductor cu secțiunea S>14,1 mm2

Alegem conductor trifazat de cupru tip Cyy4x16 cu secțiunea: S = 16 mm2, conductor masiv cu izolație din PVC.

Pentru protecția centralei la scurtcircuit se folosesc siguranțe automate după cum urmează:

pe partea de curent continuu (de la module până la invertoare): 14 siguranțe tip „LG BKN 2P” (figura 4.3) cu In=16 A deoarece curentul furnizat de module este de maxim 15,4 A, valoare care practic nu poate fi depășită în mod normal, deci doar în caz de defect;

pe partea de alternativ (după invertoare):

– 14 siguranțe tip „LG BKN 2P” cu In = 16 A la ieșirea din invertoare, deoarece curentul furnizat de invertoare este de maxim 15,4 A (exact valoarea intensității curentului continuu dinaintea invertorului;

– 1 siguranță tripolară tip Siemens cu In = 63 A care desparte centrala fotovoltaică de rețeaua electrică națională pentru posibilitatea de decuplare automată a centralei de la rețea în caz de defect. Valoarea siguranței s-a stabilit în funcție de valoarea intensității curentului ce străbate conductorul trifazat de legătură dintre centrala fotovoltaică și rețea (I = 42,54 Aac).

Figura 4.3. – Siguranță bipolară automată LG

La realizarea schemei electrice s-au folosit 3 tipuri de cutii de conexiuni:

14 cutii tip KBP151512 pentru primele 13 subsisteme de module ASE-250 (figura);

Conductoarele de la module la cutii sunt speciale, cu 2 tipuri de izolație, cu proprietatea de a fi rezistent la ultravioletele din atmosferă („solar cable”) identic cu conductoarele folosite de constructorul de module fotovoltaice pentru aceste tipuri de module, deci este un tip de conductor de exterior.

Conductoarele dintre cutiile de conexiuni sunt de tip MYF-6 de 6 mm2 cu izolație simplă tip PVC nerezistent un timp îndelungat la expunerile solare, se introduc prin furtun riflat de Φ20 sau Φ50, în funcție de câte conductoare s-au introdus.

Figura 4.5. Schema electrică generală a centralei

Cap. 5

ACHIZIȚIA DE DATE DE LA CENTRALA FOTOVOLTAICĂ

5.1. Achiziția de date cu DataLogger DL100

Sistemul de invertoare se conectează la un logger de tip DL 100, care are rol de monitorizare a sistemului de invertoare, dar asigură și legătura cu un PC. Pentru supravegherea permanentă a sistemului, s-au proiectat și realizat monitorizarea de la distanță pe suport GSM.

Figura 5.1. Schema de principiu pentru achiziția de date

Sun Profi SP-BUS

Toate invertoarele Sun Profi fără LCD integrat sunt echipate cu o interfață pentru achiziția datelor via bus de date. Această interfață a fost denumită SP-BUS (Sun Profi-BUS).

Prin SP-BUS se pot achiziționa următoarele date de la invertoare:

– date de funcționare (e.g. puterea rețelei și energia, tensiunea sistemului fotovoltaic)

– informații de stare (e.g. modul rețelei, starea sistemului de urmărire a PPM)

– diagnostic (e.g. tensiunile de funcționare, temperaturi interne, date ale sistemului PV)

– coduri de eroare

SP-BUS poate funcționa cu până la 126 de dispozitive Sun Profi și un DL100 la o lungime maximă a bus-ului de 1 km.

Tabelul 5.1. Terminalul SP-BUS de la invertor este un conector

tip SUB-D de 9 pini cu următoarele semnale:

Pinii 3 și 4 (RxD și TxD) funcționează doar la nivele TTL (i.e. 0… 5 V) deci nu trebuie conectat la portul serial al PC-ul unde nivelele sunt ±12V.

Interfața SP-BUS permite două moduri de funcționare:

1) Conectarea unui singur Sun Profi pe o distanță scurtă la DL100 (single mode)
Se poate conecta DL10/100 cu un cablu standard 1:1 de maxim 3 m la un singur Sun Profi. DL100 va fi alimentat direct de la Sun Profi. A se reține că Sun Profi poate alimenta DL100 doar la o radiație solară suficientă. Alimentarea continuă poate fi realizată prin conectarea unei surse suplimentare.

2) Conectarea mai multor Sun Profi pe BUS (modul RS485)

Unul sau mai multe invertoare pot fi conectate pe o distanță mare (până la 1km, depinzând de condițiile locale) prin modul RS485. Astfel se pot achiziționa datele de la 126 invertoare.
Pentru acest mod este necesar să se configureze manual DL100.

Achiziția de date via SP-BUS / Data protocol:

Datele pot fi achiziționare de la SP-BUS cu un protocol specific și are următoarele caracteristici:

– rata de transfer 9600 Baud

– adresare până la 126 de invertoare (adresele 1…226)

– adresă universală 0, validă pentru toate invertoarele

– siguranță ridicată a transmisei datorită metodei sumei de control și a repetării automate a transmisiei.

În Tabelul 5.2 se pot vedea toate mărimile ce pot fi monitorizate de către DL100. Programul
SP-Online furnizat cu DL100 poate fi folosit pentru:

Tabel 5.2. Măsurătorile posibile cu DL100

Notă: SP – invertor Sun Profi

5.2. Programul de achiziție SP-Online

Acest program este o interfață grafică pentru accesarea datalogger-ului DL100 și analizarea datelor furnizate de acesta.

Programul permite setarea parametrilor conexiunii seriale sau a celei prin modem, a ceasului intern, a invertoarelor conectate pe BUS (adresa de accesare, subsistem din care face parte, faza).

În fereastra principală se afișează structura sistemului și starea fiecărui invertor în parte. Tot aici se afișează și puterea și energia totală sau a unui subsistem particular.

Figura 5.2. Fereastra principală a programului SP-Online

Programul are multe ferestre ce prezintă detalii despre sistem pe baza datelor recepționate de la invertoare. Aceste ferestre permit un diagnostic rapid al întregii centrale fotovoltaice, existând posibilitatea de vizualizare a datelor pentru tot sistemul sau doar pentru o parte a acestuia care poate fi un subsistem, invertor sau fază.

DL100 înregistrează două linii de date: tensiunea PV a unui invertorului selectat și puterea totală a sistemului. SP-Online păstrează toate datele înregistrate într-o bază de date. Pentru a adăuga date noi de la DL100 trebuie doar apăsat butonul „Logged Data” și selectat apoi intervalul de timp.

Figura 5.3. Vizualizarea evoluției în timp a puterii

Figura 5.4. Urmărirea PPM și diagnoză

5.3. Programul de simulare HOMER

Acest program permite proiectarea sistemelor de energie regenerabilă, in cazul acesta pentru proiectarea centralei fotovoltaice de 50 de KW cu debitare in rețea.

Sistemul este alcătuit din centrala fotovoltaică, un convertor legat la rețea.

Schema este cea de mai jos.

5.3.1.Centrala fotovoltaică

Caracteristicile sistemului:

Puterea sistemului fotovoltaic : 50 kW

Capitalul investit : 200000 $

Costul pentru inlocuirea sistemului : 200000$

Costul intretinerii pe un an de zile : 1000 $

Garanția sistemului : 20 ani

5.3.2. Caracteristici ale convertorului

Datele convertorului:

Puterea : 50 kW

Costul convertorului : 30000 $

Costul inlocuirii convertorului : 30000 $

Costul intretinerii : 40 $

Garantia : 15 ani.

5.3.3. Resursele solare

Pentru condițiile in care vom amplasa centrala fotovoltaică la coordonatele următoare: 44o 25’ latitudine nordică și 25o 28’ longitudine estică, cu ajutorul programului conectat la internet vom obține resursele solare pe perioada unui an de zile:

5.3.4. Rezultatele oferite de HOMER

1. Costul, intreținerea si costul total al sistemului

2. Energia data de panourile fotovoltaice pe durata unui an de zile

3. Energia înregistrată la ieșirea sistemului fotovoltaic:

Concluzii:

cu ajutorul programului Homer putem realiza orice fel de sistem de energie regenerabilă, acesta oferindu-ne detalii despre costurile care intră in alcătuirea proiectului.

de asemenea acest program ne ofera date si grafice estimative in funcție de zona in care dorim sa efectuam un proiect, astfel scutind timp si bani care puteau fi alocatii unor cercetari in acest scop.

Cap. 6

CONCLUZII

Schimbările climatice îngrijorează ecologiștii și, ca urmare directă, politicienii lumii sunt preocupați de luarea unor măsuri concertate, la nivel internațional, care să diminueze emisiile poluante, în condițiile în care consumul energetic va crește la nivel global.

Conferința de la Kyoto s-a soldat cu protocolul deja cunoscut, în care părțile semnatare se obligă să ia măsuri directe pentru reducerea poluării, mai ales cea datorată producerii de energie. In articolul 2 al protocolului, se asumă obligația de a „(…) promova, cerceta, dezvolta și a crește utilizarea formelor noi și regenerabile de energie (…)" ca o măsură luată pentru promovarea tehnologiilor care diminuează emisiile de bioxid de carbon si care au un impact favorabil asupra mediului.

In momentul de față, sunt 2,6 miliarde de locuitori ai Terrei care nu au acces la energia electrică, deci la suportul esențial al civilizației moderne: lumină, apă curentă, comunicație, radio, televiziune, îngrijire medicală superioară. Această situație cunoscută de organizațiile internaționale, precum și spectrul epuizării resurselor clasice, petrol, cărbune, la care se adaugă grija de a nu mai agresa mediul, au condus la finanțarea destul de serioasă a cercetărilor în domeniul surselor regenerabile, sub toate formele de manifestare ale acestora.

Tehnologiile actuale de producere a energiei determină cea mai mare parte a poluării atmosferei și, datorită cantității mari de bioxid de carbon, sunt acuzate de accentuarea efectului de seră.

De aici pornește ideea că prețul real al energiei este, de fapt, mult mai mare decât cel plătit de consumatori, datorita așa-numitelor costuri externe.

Aceste costuri sunt suportate de întreaga societate, deși marii consumatori sunt primii beneficiari ai producției de energie electrică.

Sistemele de conversie a surselor regenerabile de energie au o serie de calități care le fac foarte atractive pentru producerea de energie electrică și/sau termică în zone încă neelectrificate și chiar pentru energetica mare, în sensul că sistemele de conversie a regenerabilelor de mari dimensiuni, legate la rețea, pot avea o pondere importantă în balanța energetică.

Sursele regenerabile de energie au două calități esențiale care le înscriu în strategia globală a dezvoltării durabile: au emisii zero și nu depind de o infrastructură de aprovizionare, adică se autogenerează. Biomasa este totuși o excepție între cele 5 surse regenerate de energie recunoscute ca atare:

 energia solară,

 energia vântului,

 energia hidraulică,

 biomasa

 energia geotermală.

Sursele regenerabile de energie sunt cele mai curate surse de energie din punct de vedere ecologic.

Tehnologiile în aceste domenii nu au ajuns încă la o maturitate tehnologică deplină.

Energia hidraulică, în schimb, este exploatată pe scară largă, inclusiv în România, dar s-a ajuns la o oarecare saturație, în sensul că, cel puțin în România, s-a atins nivelul tehnic exploatabil.

În condițiile în care hidrocentralele produc o schimbare a mediului în zonele în care se află, cu impact nefavorabil asupra ecosistemelor locale, extinderea acestei tehnologii de conversie a energiei regenerabile se va face cu mai multă precauție.

În acest context, concluzia este ca energiile regenerabile constituie o alternativă viabilă de luat în seamă pentru viitor.

Conversiile fotovoltaică și eoliană sunt în acest moment considerate ca eventuale soluții pentru rezolvarea problemei energiei în zone izolate, ele putând fi aplicate atât ca sisteme în sine, cât și ca sisteme hibride.

Caracterul aparent aleatoriu al vântului si al energiei solare a creat dificultăți în conceperea unor soluții economice și a unui management optim al proceselor energetice în sistemele hibride. Colective de cercetare din Europa au elaborat câteva metodologii de proiectare a sistemelor hibride și de conducere optimă a proceselor energetice din sistem, dar acestea sunt în curs de experimentare.

Din cantitatea de energie transmisă de Soare către Pământ, aproximativ 45% este reflectată în cosmos, iar restul este efectiv utilizabilă. Din totalul de 1,71x1017W primiți de Pământ de la Soare, puterea maximă a radiației solare aflate în domeniul spectrului vizibil nu depășește 1000 W/m2. Soarele emite un spectru continuu de radiație, în care sunt prezente radiații de toate lungimile de undă. Radiațiile caracterizate de lungimi de undă diferite, transportă cantități diferite de energie în aceeași unitate de timp. Energia solară luată în considerare pentru a caracteriza potențialul energiei solare în diferite locuri de pe pământ, este dată de constanta solară care reprezintă energia solară ce cade normal pe 1m2 de suprafață externă atmosferei terestre, în timpul de o secundă.

Față de cele expuse mai sus, referitoare la avantajele covârșitoare ale utilizării conversiei fotovoltaice, proiectul își propune drept scop proiectarea unei centrale fotovoltaice având o putere de 50 kW.

În capitolul 1 – STADIUL ACTUAL IN DOMENIUL CONVERSIEI FOTOVOLTAICE se realizează o trecere în revistă a aspectelor generale legate de folosirea conversiei fotovoltaice, se realizează un scurt studiu al emisiilor de noxe în producția de energie, se prezintă date specifice pentru țara noastră în ceea ce privește sursele regenerabile de energie în România dar și în ceea ce privește potențialul surselor regenerabile în România, capitolul încheindu-se cu prezentare sistematizată și bine documentată a procesului de conversie fotovoltaică a energiei solare și cu principalele realizări în domeniul conversiei fotovoltaice la nivel internațional.

Capitolul 2 – NORME EUROPENE ȘI POLITICI DE DEZVOLTARE A SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE este dedicat prezentării unor standarde internaționale, a politicilor de dezvoltare a surselor regenerabile de energie și a acțiunilor cheie de implementare a acestor politici în domeniul energiei fotovoltaice.

În Capitolul 3 – ALEGEREA SOLUȚIEI DE REALIZARE A CENTRALEI FOTOVOLTAICE DE 50 KW sunt prezentate inițial date despre „Controlul principal si monitorizare (MCM)”, care reprezintă cel mai înalt nivel de control al sistemului fotovoltaic iar apoi sunt prezentate detaliat toate componentele centralei: „Subsistemul fotovoltaic”, „Polarizare de curent continuu”, „Interfața de curent continuu”, „Subsistemul de stocare”, „Invertorul”, „Interfața de curent alternative”, „Interfața cu rețeaua publică de distribuție de electricitate”.

Din punct de vedere economic, varianta alimentării electrice solare a unui consumator se dovedește a fi rentabilă în acest moment pentru locuri izolate, pentru care racordarea la rețeaua energetică este fie prohibitivă, fie imposibilă. Cele mai adecvate zone din țară, din acest punct de vedere, precum și din motivul protecției mediului înconjurător, sunt Delta Dunării, zona de coastă a Mării Negre, zona alpină.

S-a ales ca locatie pentru centrala fotovoltaica de 50 de kW cu debitare in retea localitatea Agigea.

În continuare sunt prezentate tipurile alese pentru realizarea desideratului dorit, impus prin tema de proiectare.

Capitolul 4 – PROIECTAREA SCHEMEI ELECTRICE DE ANSAMBLU prezintă efectiv etapa de proiectare și calculele efectuate. Sunt prezentate de asemenea toate schemele de montaj, inclusiv schema generala a centralei fotovoltaice.

În Capitolul 5 – ACHIZIȚIA DE DATE DE LA CENTRALA FOTOVOLTAICĂ sunt arătate modalitățile în care se realizează achiziția de date și se detaliază Programul de achiziție SP-Online folosit.

În finalul acestui capitol este explicat Programul de simulare HOMER. Acest program permite proiectarea sistemelor de energie regenerabilă, in cazul acesta pentru proiectarea centralei fotovoltaice de 50 de KW cu debitare in rețea.

Ca o concluzie, luând în considerare importantele beneficii ale energiilor regenerabile cu privire la numărul locurilor de muncă create, reducerea importului de combustibil, creșterea securității distribuției energie, dezvoltarea locală și regională, precum și creșterea exporturilor, ca și beneficiile ecologice importante, se poate concluziona că strategia și planul de acțiune al Comunității Europene cu privire la energiile regenerabile, prezentate în Cartea Albă, sunt foarte importante pentru Uniunea Europeană, la începutul secolului 21, iar rezultatul acestui proiect poate fi considerat ca o reușită.

BIBLIOGRAFIE

[1] Ambros T., , ș.a., “Surse regenerabile de energie”, Editura “TEHNICA-INFO”, Chișinău, 1999;

[2] Alsema E., Nieuwlaar E., “Energy Viability of Photovoltaic Systems”, Depatament of Science, Technology and Society, Utrecht University, Padualaan 14, NL-3584 CH Utrecht, The Netherlands, 2000;

[3] Atanasiu B.C., “Contribuții privind tehnici și metode noi în producerea și utilizarea surselor de energie neconvenționale”, București, 2000

[4] Atanasiu B. C. ș.a., “Small power photovoltaic systems for outdoor lighting and lighting buoys”, NATO – ASI, , (2001).

[5] Cârlea F., “Surse regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Masa rotundă “Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Camera de Comerț a României și a Municipiului București, mai 2003

[6] Dunea, A., “ Contribuții privind monitorizarea și optimizarea sistemelor fotovoltaice“, 2002

[7] Farkas, S., ș.a., „An Optimal Sizing Model and Simulations Method of a Photovoltaic system for a Family House in Rural Area”, “EUROSUN 2004”, Freiburg, Germany, 21 – 25 June 2004.

[8] Ispas F, “Sisteme de caracterizare a modulelor fotovoltaice în vederea evaluării performanțelor”, Proiect disertație, Târgoviște 2004

[9] Marinescu D., Vasile N., „Surse regenerabile de energie”, Chiminformdata, București, 2004;

[10] Stan F., Virjoghe E., Husu A.G., “Elemente fundamentale de inginerie electrică”, Editura Bibliotheca, Târgoviște, 2004;

[11] Stan F., Virjoghe E. Marcel I., Husu A.G., Vladescu C., “Tratat de inginerie electrică”, Editura Bibliotheca, Târgoviște, 2005;

[12] Tănăsescu F.T. ș. a., “Conversia enegiei. Tehnici neconvenționale”, Editura TEHNICĂ, București, 1986;

[13] Vasile, N., “Actori pe piață în domeniul surselor regenerabile de energie”, Masa rotundă “Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Camera de Comerț a României și a Municipiului București, mai 2003;

[14] Vasile, N., „Surse regenerabile de energie în zona Dunării”, București, 2003;

[15] http://www.irf.com Sandia National Laboratories;

[16] http://www.sponline.com;

[15] http:www.solaria.ro;

BIBLIOGRAFIE

[1] Ambros T., , ș.a., “Surse regenerabile de energie”, Editura “TEHNICA-INFO”, Chișinău, 1999;

[2] Alsema E., Nieuwlaar E., “Energy Viability of Photovoltaic Systems”, Depatament of Science, Technology and Society, Utrecht University, Padualaan 14, NL-3584 CH Utrecht, The Netherlands, 2000;

[3] Atanasiu B.C., “Contribuții privind tehnici și metode noi în producerea și utilizarea surselor de energie neconvenționale”, București, 2000

[4] Atanasiu B. C. ș.a., “Small power photovoltaic systems for outdoor lighting and lighting buoys”, NATO – ASI, , (2001).

[5] Cârlea F., “Surse regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Masa rotundă “Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Camera de Comerț a României și a Municipiului București, mai 2003

[6] Dunea, A., “ Contribuții privind monitorizarea și optimizarea sistemelor fotovoltaice“, 2002

[7] Farkas, S., ș.a., „An Optimal Sizing Model and Simulations Method of a Photovoltaic system for a Family House in Rural Area”, “EUROSUN 2004”, Freiburg, Germany, 21 – 25 June 2004.

[8] Ispas F, “Sisteme de caracterizare a modulelor fotovoltaice în vederea evaluării performanțelor”, Proiect disertație, Târgoviște 2004

[9] Marinescu D., Vasile N., „Surse regenerabile de energie”, Chiminformdata, București, 2004;

[10] Stan F., Virjoghe E., Husu A.G., “Elemente fundamentale de inginerie electrică”, Editura Bibliotheca, Târgoviște, 2004;

[11] Stan F., Virjoghe E. Marcel I., Husu A.G., Vladescu C., “Tratat de inginerie electrică”, Editura Bibliotheca, Târgoviște, 2005;

[12] Tănăsescu F.T. ș. a., “Conversia enegiei. Tehnici neconvenționale”, Editura TEHNICĂ, București, 1986;

[13] Vasile, N., “Actori pe piață în domeniul surselor regenerabile de energie”, Masa rotundă “Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate”, Camera de Comerț a României și a Municipiului București, mai 2003;

[14] Vasile, N., „Surse regenerabile de energie în zona Dunării”, București, 2003;

[15] http://www.irf.com Sandia National Laboratories;

[16] http://www.sponline.com;

[15] http:www.solaria.ro;