Proiectarea Unui Sistem Hibrid Solar Eolian Diesel Pentru Alimentarea cu Energie Electrica a Unui Consumator Rezidential Izolat
Proiectarea unui sistem hibrid solar-eolian-Diesel
pentru alimentarea cu energie electrica a
unui consumator rezidențial izolat
CUPRINS
CAPITOLUL I : RESURSE REGENERABILE SI CONSUMATORI IZOLAȚII
Resursa Solara
Efectul fotovoltaic
Tipuri de panouri fotovoltaice
Potențialul solar
Resursa Eoliană
Principiul conversiei energiei eoliene
in energie electrica
Tipuri de sisteme aerogeneratoare
Potențial eolian:hărți de profil
CAPITOLUL II : SISTEME HIBRIDE PENTRU ALIMENTAREA CONSUMATORILOR IZOLATII
Aspecte generale
Tipuri de sisteme hibride
Componența sistemelor hibride
CAPITOLUL III : ETAPELE PROIECTARI SISTEMELOR HIBRIDE PENTRU
ALIMENTAREA CONSUMATORILOR IZOLATI
Probleme specific privind amplasarea si cablarea
componentelor sistemului hibrid
3.1.1. Specificul amplasari sistemului fotovoltaic
3.1.2. Specificul amplasari sistemului aerogenerator
3.1.3. Problematica grupului diesel si a
depozitului de combustibil
3.1.4. Amplasarea invertorului si a bateriilor
3.1.5. Cablarea sistemului aerogenerator
Stabilirea etapelor teoretice de proiectare pentru un
sistem hibrid solar-eolian-diesel
CAPITOLUL IV : CALUCULUL DE PROIECTAREA A SISTEMULUI HIBRID SOLAR-EOLIAN-DIESEL PENTRU ELECTRIFICAREA UNUI CONSUMATOR IZOLAT
Caracteristicile resursei solare si eoliene in amplasament
Necesarul de energie electrica in amplasament
Calculul de proiectare al sistemului hibrid
Calculul investiției inițiale
CAPITOLUL V : CONCLUZII
CAPITOLUL VI : BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL VII : ANEXE
CAPITOLUL I RESURSE REGENERABILE SI CONSUMATORII IZOLATII
1.1.1 Efectul fotovoltaic
Efectul de apariție a unei tensiuni electromotoare, sub acțiunea energiei solare, denumit efect fotovoltaic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel, în anul 1839. Denumirea acestui efect provine din grecescul phos, care înseamnă lumină și din numele fizicianului Allesandro Volta, realizatorul primei baterii electrice din lume. Efectul fotovoltaic este datorat eliberării de sarcini electrice negative (electroni) și pozitive (goluri), într-un material solid, atunci când suprafața acestuia interacționează cu lumina. Datorită polarizării electrice a materialului respectiv, care se produce sub acțiunea luminii, apare o tensiune electromotoare, care poate genera curent electric într-un circuit închis. Dispozitivele care funcționează pe baza acestui fenomen, sunt denumite celule fotovoltaice, sau celule electrice solare. Pentru a permite furnizarea unei puteri elctrice rezonabile, celulele fotovoltaice nu funcționează individual ci legate în serie într-un mumăr mai mare, alcătuind panouri fotovoltaice, sau panouri electrice solare (a nu se confunda cu panourile solare pentru producerea energiei termice, denumite și colectori solari sau panouri solare termice). Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe materiale semiconductoare, dar peste 95% din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai răspândit în scoarța terestră, reprezentând cca. 25% din aceasta, deci este disponibil în cantități suficiente, fiind astfel și ieftin. În plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul ambiant.
În figura 1.1 este prezentată structura energetică a materialelor semiconductoare, deci si-a siliciului.
Fig. 1.1. Structura energetică a materialeor semiconductoare [19]
Analizarea acestei scheme energetice este utilă în vederea înțelegerii condițiilor în care semiconductorii pot deveni materiale conductoare de curent electric. În situații normale, electronii ocupă în jurul nucleelor atomilor materialului respectiv, diferite nivelele energetice denumite și straturi sau benzi energetice. Aceste nivele energetice accesibile pentru electroni, sunt separate de benzi energetice interzise, reprezentând adevărate “bariere energetice” pentru electroni. Nivelul energetic cel mai ridicat dintre cele ocupate de electroni, este denumit și bandă energetică de valență, sau mai simplu bandă de valență. Următorul nivel energetic accesibil electronilor, dar neocupat de aceștia, este denumit bandă energetică de conduție, sau mai simplu bandă de conducție. Este evident că pentru materiale diferite, nivelele energetice ale benzii de valență și ale benzii de conducție sunt diferite. Diferența de potențial energetic ΔE, dintre banda de conducție și banda de valență, reprezentând și valoarea “barierei energetice” dintre cele două straturi, este diferența dintre nivelurile energetice Ec al benzii de conducție și Ev al benzii de valență ΔE=Ec-Ev. În cazul siliciului monocristalin, valoarea acestei bariere energetice este ΔE≈1eV, iar în cazul siliciului amorf poate să ajungă la ΔE≈1,7eV. Aceste valori ale barierei energetice, reprezintă cuante de energie care trebuie să fie transmise electronilor de pe stratul de valență pentru ca aceștia să devină liberi, adică pentru a putea trece pe banda de conducție. Prin supunerea materialelor semiconductoare de tipul siliciului la radiația solară, fotonii, sau cuantele de lumină cum mai sunt numiți aceștia, sunt capabili să transmită electronilor de pe banda de valență, energia necesară pentru a depăși “bariera energetică” și a trece pe banda de conducție. Acest fenomen se produce în celulele fotovoltaice. În vederea fabricării celulelor fotovoltaice, Si este impurificat (dopat) cu diferite elemente chimice, pentru obținerea unui surplus de sarcini electrice negative (electroni) sau pozitive (goluri). Se obțin astfel straturi de siliciu semiconductoare de tip n, respectiv de tip p, în funcție de tipul sarcinilor electrice care predomină. Prin alăturarea a două asemenea straturi de material semiconductor, caracterizate prin predominanța diferită a sarcinilor electrice, în zona de contact, se obține o așa numită joncțiune de tip p-n de tipul celei reprezentate schematic în figura 1.2.
Fig. 1.2. Joncțiune p-n
Sub acțiunea diferenței de potențial electric, manifestată în zona de contact, electronii excedentari din stratul n, prezintă tendința de migrație în stratul p, deficitar în electroni. Analog, golurile excedentare din stratul p, prezintă tendința de a migra în stratul n, deficitar în sarcină electrică pozitivă. Această tendință de deplasare a sarcinilor electrice este reprezentată în figura 1.3
Fig. 1.3. Tendința de migrare a sarcinilor electrice între straturile joncțiunii p-n
Amploarea migrației sarcinilor electrice între cele două straturi ale joncțiunii p-n este limitată de nivelul energetic al purtătorilor celor două tipuri de sarcini electrice. Astfel, cu toate că nu se va realiza o reechilibrare la nivelul sarcinilor electrice în toată profunzimea celor două straturi, o zonă superficială din stratul p va fi ocupată de sarcini electrice negative (electroni), iar o zonă superficială din stratul n, va fi ocupată de sarcini electrice pozitive (goluri). Ca efect, se va produce o redistribuire a sarcinilor electrice în zona joncțiunii p-n, de tipul celei reprezentate în figura 1.4.
Fig. 1.4.. Apariția unei diferențe de potențial electric în zona joncțiunii p-n
Se observă că efectul acestei redistribuiri este reprezentat de apariția unei diferențe de potențial locale, la nivelul joncțiunii. Această diferență internă de potențial reprezintă o barieră care împiedică o eventuală deplasare ulterioară a sarcinilor electrice negative din stratul n spre stratul p și a celor pozitive din stratul p spre stratul n. Sarcinile electrice libere din cele două straturi sunt respinse din zona joncțiunii spre suprafețele acestor straturi, opuse joncțiunii p-n. Este cunoscut faptul că lumina prezintă un caracter dual, având atât caracteristici de undă, conform teoriei ondulatorii a luminii, cât și caracteristici corpusculare, conform teoriei corpusculare, sau fotonice a luminii. Din punctul de vedere al efectului fotovoltaic este mai util ca lumina să fie considerată ca având caracter corpuscular. Dacă joncțiunea p-n este supusă radiației solare, fotonii având un nivel energetic suficient de ridicat (cu atât mai ridicat cu cât radiația solară prezintă o intensitate mai mare), sunt capabili să transfere suficientă energie electronilor aflați pe straturile de valență ale atomilor, pentru a treace pe straturile de conducție și să devină electroni liberi. Sub acțiunea diferenței interne de potențial, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, electronii liberi care se formează în stratul n, sunt respinși spre suprafața stratului n al joncțiunii, iar electronii liberi care se formează în stratul p, sunt atrași spre zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odată ajunși în stratul n, sunt respinși spre suprafața acestui strat. Fiecare electron liber, în momentul trecerii sale pe stratul de conducție, lasă în urmă un gol (sarcină electrică pozitivă) în structura atomului pe care l-a părăsit, astfel că sub acțiunea radiației solare nu apar doar electroni liberi ci perechi de sarcini electrice negative (electroni) și pozitive (goluri). Sub acțiunea diferenței interne de potențial, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, golurile care se formează în stratul p sunt respinse spre periferia stratului p al joncțiunii, iar golurile care se formează în stratul n, sunt atrase spre zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odată ajunși în stratul p, sunt respinși spre suprafața acestui strat. În urma deplasării sarcinilor electrice în cele două straturi și în zona joncțiunii p-n, conform mecanismului prezentat, se produce o polarizare electrică la nivelul suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n, așa cum se observă în figura 1.5.
Fig. 1.5. Polarizarea suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n
Dacă suprafețele exterioare ale joncțiunii p-n sunt acoperite cu câte un strat metalic, reprezentând fiecare câte un electrod, între aceștia se va manifesta o diferență de potențial, care într-un circuit închis va produce manifestarea unui curent electric.
Fig. 1.6. Elementele constructive ale unei celule fotovoltaice [18]
Diferența de potențial și curentul electric se pot menține la un nivel constant atâta tip cât se manifestă radiația solară. Este evident că variația intensității radiației solare va produce și variații ale diferenței de potențial, dar mai ales ale intensității curentului electric așa cumse va arăta ulterior. Joncțiunea p-n, împreună cu cei doi electrozi, alcătuiește o celulă fotovoltaică sau o celulă elctrică solară având construcția de tipul celei reprezentate în figura 1.6.
Grosimea totală a unei celule fotovoltaice este ce cca. 0,3mm, iar grosimea stratului n, este de cca. 0,002mm. Uzual, deasupra electrodului negativ al celulei fotovoltaice, se amplaseaza un strat antireflexie, cu rolul de a împiedica reflexia radiației solare incidente pe suprafața celulei electrice solare, astfel încât o cantitate cât mai mare de energie să fie transferată electronilor de valență din cele două straturi semiconductoare. Celulele fotovoltaice au dimensiuni uzulale de 10x10cm și mai recent de 15x15cm. Primele celule fotovoltaice, au fost utilizate în 1958, pe satelitul Vanguard I, prezentat în figura 1.7. Eficiența de conversie a energiei radiației solare în electricitate era de 10%, iar puterea totală a acelor celule fotovoltaice a fost de cca. 0,1W. Până în 2005, puterea totală instalată pe planetă a panourilor fotovoltaice, depășea 1.000.000.000W=1GW.
Fig. 1.7. Primele panouri solare, montate pe Vanguard I [2]
Eficiența celulelor fotovoltaice depinde de doi factori:
Intensitatea radiației solare incidente pe suprafața celulei;
Eficiența procesului de conversie a energiei radiației solare în energie electrică. În prezent, construcțiile de celule fotovoltaice au eficiențe în jurul valorii de 15%, ceea ce reprezintă o valoare destul de scăzută. Din acest motiv, panourile fotovoltaice sunt amplasate preponderent în zone caracterizate prin radiație solară intensă. Cu toate acestea, țări ca Germania sau Austria repre ce cca. 0,3mm, iar grosimea stratului n, este de cca. 0,002mm. Uzual, deasupra electrodului negativ al celulei fotovoltaice, se amplaseaza un strat antireflexie, cu rolul de a împiedica reflexia radiației solare incidente pe suprafața celulei electrice solare, astfel încât o cantitate cât mai mare de energie să fie transferată electronilor de valență din cele două straturi semiconductoare. Celulele fotovoltaice au dimensiuni uzulale de 10x10cm și mai recent de 15x15cm. Primele celule fotovoltaice, au fost utilizate în 1958, pe satelitul Vanguard I, prezentat în figura 1.7. Eficiența de conversie a energiei radiației solare în electricitate era de 10%, iar puterea totală a acelor celule fotovoltaice a fost de cca. 0,1W. Până în 2005, puterea totală instalată pe planetă a panourilor fotovoltaice, depășea 1.000.000.000W=1GW.
Fig. 1.7. Primele panouri solare, montate pe Vanguard I [2]
Eficiența celulelor fotovoltaice depinde de doi factori:
Intensitatea radiației solare incidente pe suprafața celulei;
Eficiența procesului de conversie a energiei radiației solare în energie electrică. În prezent, construcțiile de celule fotovoltaice au eficiențe în jurul valorii de 15%, ceea ce reprezintă o valoare destul de scăzută. Din acest motiv, panourile fotovoltaice sunt amplasate preponderent în zone caracterizate prin radiație solară intensă. Cu toate acestea, țări ca Germania sau Austria reprezintă exemple de utilizare pe scară largă a acestei tehnologii, cu toate că nu sunt favorizate din punct de vedere al intensității radiației solare.[1]
Pentru a avea energie electrica de la soare, aveți nevoie de un panoul solar ce are o celula solara sau mai multe celule. Celula solara absoarbe o parte din particulele de lumina ce cad pe aceasta, numite si fotoni. Fiecare foton conține o cantitate mica de energie. Atunci când un foton este absorbit, acesta eliberează un electron din materialul celulei solare. Deoarece fiecare parte a celulei solare este conectata la un cablu, un curent va trece prin acesta. Celula va produce electricitate ce poate fi folosita instantaneu sau înmagazinată in acumulatori.
•Energia electrica este produsa atât timp cat panoul este expus la lumina. Materialele din care
sunt fabricate celulele solare sunt semiconductoare si au o durata de viața de cel puțin 20 de ani . Randamentul panourilor solare va scădea in timp. Ritmul de scădere in timp al randamentului este garantat de fiecare producător de panouri solare. Uzura panourilor este data de mediul înconjurător si modalitatea de montaj a acestora.[2]
1.1.2 Tipuri de panouri fotovoltaice
Celulele solare sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, amorfe, film subțire, CIS(copper indium diselenide) si CdTe (cadmium telluride), CIGS, etc. Diferența intre aceste celule consta in structura si modul cum sunt aranjați atomii. Acest lucru va da si un aspect specific fiecărei celule solare. Diferența cea mai mare consta totuși in eficienta. Eficienta celulei se măsoară in procentul de energie luminoasa transformata in energie electrica. Celulele solare monocristaline si policristaline au aproape aceeași eficienta fiind si cea mai mare din multitudinea de celule solare comerciale existente pe piață.
In ultimul timp, celulele solare CIS si CdTe au început sa fie disponibile pe piață in cantități reprezentative.
Eficienta celulelor solare
•Monocristaline: 15-18 %
•Policristaline: 13-15 %
•Amorfe: 5-8 %
•Cadmium telluride: 6-9 %
Celulele solare, cunoscute și sub denumirea de celule fotovoltaice, sunt compuse dintr-un material semiconductor (siliciu) care reține particulele luminii solare, producând energie electrică. Acestea pot fi monocristaline, policristaline, amorfe, microcristaline sau cu strat subțire.
Din gama panourilor solare electrice se disting celulele monocristaline, policristaline, amorfe și cu strat subțire.
Fig. 1.8. Panou fotovoltaic cu celule monocristaline[2]
Celule solare monocristaline
Sunt folosite în panourile fotovoltaice sunt ușor de recunoscut datorită aspectului extern colorat și uniform, această proprietate indicând consistența unui siliciu de înaltă puritate și calitate. Din acest motiv, panourile solare monocristaline sunt cele mai eficiente. De asemenea, aceste panouri produc cel mai mult curent din radiația solară și pot fi amplasate pe porțiuni mai restrânse.
În plus, panourile solare monocristaline produc de patru ori cantitatea de energie electrică față de alte tipuri de panouri, sunt cele mai durabile și majoritatea producătorilor oferă garanții de peste 25 de ani pentru aceste produse.
Fig. 1.9. Panou solar cu celule policristaline[2]
Celule solare policristaline
Tind să aibă mai puțină rezistență la căldură decât panourile solare monocristaline, prin urmare sunt mai puțin eficiente la temperaturi crescute.
În același timp, sunt mai ieftine decât cele monocristaline, procesul de producție fiind mai simplu și mai puțin costisitor. Acest lucru, pe de altă parte, implică și o eficiență mai scăzută a acestui tip de panouri.
Fig. 1.10.Acoperiș din celule fotovoltaice cu strat subțire[2]
Celule solare cu strat subțire
Sunt la rândul lor clasificate în funcție de materialul fotovoltaic care este depus pe substrat: siliciu amorf, telurură de cadmiu, seleniură de cupru indiu galiu și celule fotovoltaice organice.
Prototipurile de module cu strat subțire au atins performanțe între 7 și 13%. Panourile cu celule cu strat subțire sunt mai ieftine decât cele cu celule solare cristaline. Aspectul lor omogen le conferă un design plăcut, sunt flexibile, iar performanța lor nu este afectată de temperaturile ridicate sau de umbră. Sunt ideale pentru suprafețele mai largi, mai întinse.
Fig. 1.11.Panou Solar hibrid, cu strat amorf [2]
Panouri solare hibride
Dețin un modul care are un strat subțire de peliculă solară amorfă în spatele celulelor monocristaline, iar stratul suplimentar amorf extrage mai multă energie de la lumina soarelui, în special în condiții de lumină slabă.
Un avantaj al acestei tehnologii este că pierderile care apar de obicei din cauza lipsei de uniformitate a structurilor cristaline prezente pe suprafața celulei, sunt semnificativ reduse. Totuși, aceste panouri nu sunt recomandate suprafețelor mari de acoperiș și se vând la prețuri mai mari decât panourile fotovoltaice.[3]
Panourile Solare
Panourile solare sunt alcătuite din celule solare. Deoarece o celula fotovoltaica nu produce suficienta energie ca sa poată fi folosita eficient, este nevoie ca mai multe celule, acestea fiind legate in serie – paralel, formând astfel un panou fotovoltaic.
Panourile solare fotovoltaice sunt produse in diferite dimensiuni având puteri variate. Cele mai folosite panouri in gama rezidențială sunt cele de 50 si 75 W, iar pentru centrale fotovoltaice de puteri mari, panouri solare de 220W. Suprafața unui panou solar cristalin de 50W este de aproximativ 0,5 m2.
Panourile solare se pot conecta si ele la rândul lor in serie – paralel formând sisteme de puteri mai mari.
Un sistem solar ce va fi conectat la un singur charger trebuie sa aibă panouri solare de același tip, același producător, aceeași orientare si inclinare si sa nu fie umbrit parțial. Daca acest lucru nu este posibil, se vor folosi mai multe chargere.
Panourile solare disponibile comercial au o eficienta cuprinsa intre 5 – 15%. Acest lucru înseamnă ca 5-15% din energia luminoasa va fi transformata in energie electrica.
Laboratoare din toata lumea dezvolta tehnologii de panouri solare cu randament mult mai mare (aproape 30%). Dezavantajul acestor panouri solare cu eficienta foarte mare este costul de producție ridicat. Acest lucru a dus la dezvoltarea panourilor thin film (film subțire) ce au un randament mai scăzut, dar costul lor este mic.[2]
1.1.3 Potentialul solar
Soarele emite in mod continuu cantități uriașe de energie. O parte din aceasta radiație ajunge pe Pământ. Cantitatea de energie ce ajunge pe Pamant intr-o zi este mai mare decat intregul consum al Pamantului pe durata unui an intreg. Totusi, nu toata energie Soarelui ajunge pe solul Pamantului. O parte este absorbita de atmosfera sau reflectata inapoi in spatiu.
Intensitatea luminii ce ajunge pe Pamant variaza in functie de perioada zilei, locatia si conditiile meteorologice. Radiatia solara ce ajunge pe Pamant se masoara in Wh/m2 pe zi sau KWh/m2 pe an. Pentru a simplifica calculele si a avea o baza comuna de calcul, s-a decis ca standard o putere de 1000Wh/m2 timp de o ora pentru o zi insorita. Aceasta putere se regaseste intr-o zi de vara pe o suprafata de un metru patrat unde Soarele este perpendicular pe aceasta.
Radiatia solara ce cade pe sol variaza atat cu perioada zilei, dar poate varia considerabil in functie de locatie, mai ales in zone de munte. Iradiatia solara variaza intre 1000KWh/m2 pe an in tarile din Europa de Nord si 2000 – 2500 KWh/m2 pe an in zonele cu desert. Aceste variatii intre locatii sunt date de diferentele de latitudine si conditiile meteorologice.
Fig1.12Harta anuala a sumei radiatiei solare in ROMANIA primite de panourile voltaice[2]
Orientarea
Raza luminoasa parcurge o linie dreapta de la Soare spre Pamant. La intrarea in atmosfera Pamantului, o parte din lumina se imprastie iar o parte ajuge la sol intr-o linie dreapta. O alta parte a luminii este absorbita de atmosfera. Lumina ce s-a imprastiat in atmosfera este ceea ce noi numim lumina difuza sau radiatie difuza. Raza de lumina ce ajunge pe suprafata solului fara sa fie imprastiala este denumita radiatie directa. Radiatia solara directa este cea mai cunoscuta si simtita in mod direct de catre oameni relatata in figura1.13.
1. direct
2. absorbtie
3. reflexie
4. indirect
Fig. 1.13.Reflexia si dispersia razei solare la intrarea in atmosfera .[2]
Numai o mica parte a radiatie solare ajunge cu adevarat pe solul Pamantului. Un panou solar produce energie electrica chiar si cand nu exista radiatie directa. Asadar, chiar daca este innorat afara, un sistem solar va produce energie electrica. Totusi, cele mai bune conditii de obtinere a energiei electrice sunt in zilele insorite, iar panoul indreptat direct spre Soare. Daca nu se opteaza pentru siteme de orientare automata in functie de soare, se va face un compromis in asezarea panourilor. Pentru zonele ce se afla in emisfera nodica, panourile se vor orienta spre sud iar pentru cele din emisfera sudica, se vor orienta spre nord. O mica deviatie de la orientare oprima nu va avea un efect simnificativ in productia de energie electrica anuala.
Fig. 1.14. Moduri de amplasare a panourilor fotovoltaice. [2]
Unghiul de inclinare
Soarele traverseaza cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare daca sunt orientare perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, cand intensitatea luminoasa este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperis pe un cadru metalic avand o pozitie fixa neputand sa urmareasca Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal si panoul solar este numit unghi de inclinare.
Deoarece Pamantul se roteste in jurul Soarelui exista variatii si in functie de anotimpuri. Soarele nu va ajunge in acelasi unghi solul ca iarna si vara. Pozita panourilor pe timp de vara este mai „orizontala” decat pe timp de iarna. Acesta pozitie ar dezavantaja productia de energie pe timpul iernii, asa ca se va face un compromis intre cele doua situatii. Pentru fiecare latitudine exista un unghi de inclinatie optim. Numai in zonele foarte apropiate de Ecuator, panourile pot avea un unghi de inclinatie aproape de zero.
Deviatii de 5 grade de la unghiul optim au un efect minor asupra productiei de energie electrica.Diferentele datorate conditiilor meteorologie au un efect mai important asupra sistemului fotovoltaic. Pentru sistemele independente, unghiul de inclinare se poate alege in functie de necesarul de energie electrica dintr-o anumita luna.[2]
1.2 RESURSA EOLIANA
1.2.1 PRINCIPIUL CONVERSIEI ENERGIEI EOLIENE IN ENERGIEI ELECTRICE
Energia eoliană, sau energia vântului, poate fi considerată o formă de energie solară, deoarece vântul este produs în principal de încălzirea neuniformă a atmosferei terestre, de către Soare. Alți factori care contribuie la producerea vântului sunt neregularitățile scoarței terestre și mișcarea de rotație a Pământului în jurul axei proprii.
Conversia energiei eoliene în energie mecanică și apoi în energie electrică, poate fi realizată cu ajutorul turbinelor eoliene. Într-o manieră simplificată, se poate spune că principiul de funcționare al turbinelor eoliene este cel al unui ventilator inversat. În loc să producă vânt cu ajutorul energiei electrice, așa cum se întâmplă în ventilator, turbina eoliană utilizează vântul pentru a produce energie electrică. Astfel, vântul antrenează în rotație paletele, care sunt fixate pe arborele turbinei. Energia mecanică obținută prin rotația arborelui, este convertită în energie electrică de către un generator de curent electric.[4]
În figura 1.15, sunt prezentate principalele părți componente ale unei turbine eoliene.
Fig 1.15 Principalele părți componente ale unei turbine eoliene [17]
Energia eoliană a fost folosită de om pe parcursul a mii de ani. De peste 3000 de ani, morile de vânt sunt folosite pentru măcinat sau pomparea apei. Și astăzi, în secolul informaticii, al energiei nucleare și electricității, mii de mori de vânt sunt folosite pe diferite continente pentru pomparea apei și a petrolului, pentru irigare, producerea energiei mecanice în scopul acționării mecanismelor de mică putere.
Electricitatea poate fi obținută folosind diferite metode, dar absolut toate necesită combustibil în cele mai multe cazuri de origine fosilă: cărbune, gaz natural, petrol sau uranium 235 și plutoniu 239 la centralele termonucleare. Prin ardere sau în rezultatul fisiunii nucleare, energia primară în-globată în combustibil se transformă în energie termică. Proiectată în mod special pentru fiecare tip de combustibil, turbina antrenează generatorul care produce electricitate. În acest context, electrici-tatea produsă de vânt nu se deosebește de cea produsă din combustibil fosil sau nuclear. Vântul, în calitate de combustibil manifestă un avantaj esențial: este fără plată și nu poluează mediul ambiant.[5]
În prezent, expresia „utilizarea energiei eoliene” semnifică, în primul rând, energia electrică nonpoluantă produsă la o scară semnificativă de „morile de vânt” moderne numite turbine eoliene, termen prin care se încearcă accentuarea similarității cu turbinele cu abur sau cu gaz, folosite pentru producerea electricității și totodată, pentru a face o distincție între vechea și noua lor destinație.
Încercări de a obține energie electrică din vânt energia vântului datează peste o sută de ani, începând cu sfârșitul secolului al XIX-lea. O adevărată înflorire a acestei tehnologii se atestă, însă, abia după criza petrolului din anul 1973. Creșterea bruscă a prețului la petrol a impus guvernele ță-rilor dezvoltate să aloce substanțiale surse financiare pentru programe de cercetare, dezvoltare și demonstrare. Pe parcursul a 20 de ani, la nivel mondial, s-a creat o nouă tehnologie, o nouă indus-trie și de facto, o nouă piață de desfacere: piața Sistemelor de Conversie a Energiei Eoliene (SCEE) – Wind Energy Convertion Systems (WECS).
Dacă în anul 1973 principalul stimulent de dezvoltare a SCEE 1-a constituit prețul petrolu-lui, astăzi s-a adăugat un al doilea stimulent: tendința omenirii să producă energie electrică „curată" sau „verde" fără sau cu mici emisii de oxid de carbon. Anul 1993 a fost marcat ca începutul unui avânt în domeniul conversiei energiei eoliene caracterizat printr-o creștere anuală de peste 20% a capacităților de putere instalată. Astfel, în 1999 capacitatea mondială a crescut cu 4.033 MW, ceea ce a constituit un record pentru filiera eoliană și ceea ce este foarte semnificativ, pentru prima dată a depășit capacitatea de putere nucleară instalată în lume în același an. În perioada 1996-2006, capaci-tatea mondială a crescut de peste 12 ori, atingând cifra de 73.904 MW în 2006. Liderul incontestabil este Uniunea Europeană, urmată de SUA și India. O astfel de dezvoltare spectaculoasă nu cunoaște nici un alt sector din industria mondială, preconizându-se ca în anul 2010 puterea instalată să ajungă la 160.000 MW. [5]
1.2.2 TIPURI DE SISTEME AEROGENERATOARE
Turbinele eoliene pot fi clasificate în patru grupe mari, în funcție de puterea dezvoltată la vi-teza de calcul a vântului, care este cuprinsă între 11 și 15 m/s. Microturbinele acoperă puterile cu-prinse între 0,05 și 3,0 kW. Turbinele de putere mică au puteri cuprinse între 3 și 30 kW, iar de putere medie – 30 – 1.000 kW. Atât microturbinele, cât și turbinele de putere mică sunt proiectate pentru a funcționa în regim autonom și alimentează cu energie electrică consumatorii dispersați teri-torial și neconectați la rețelele electrice publice. În acest scop, turbinele sunt dotate cu acumulatoare de energie electrică și dispozitive de condiționare a energiei: regulatoare și convertoare de frecven-ță. În a patra grupă sunt incluse turbinele cu puterea mai mare de 1.000 kW, numite turbine de mare putere sau turbine multimegawatt. Tendința actuală este majorarea puterii per unitate, majoritatea absolută a turbinelor funcționează în paralel cu rețeaua electrică publică, dându-se prioritate turbi-nelor cu puterea mai mare de 1 MW.
Pe parcursul anilor au fost propuse și patentate sute de scheme constructive ale turbinelor e-oliene, însă doar câteva zeci au fost testate, din care doar câteva au penetrat piața turbinelor eoliene. Majoritatea absolută a turbinelor comercializate sunt cu axă orizontală. Axa de rotație a tur-binei coincide cu direcția vântului și este paralelă cu suprafața solului. [5]
Figura 1.16 Turbine eoliene cu axa de rotație orizontală și un singur rotor: a) – cu o pală;
b) – cu două pale; c) – cu trei pale; d) – cu mai multe pale.[7]
În figura 1.16 sunt prezentate tipuri constructive de turbine cu axa de rotație orizontală, cu un singur rotor și numere diferite de pale.
Figura 1.17 Turbine eoliene cu axa de rotație orizontală: e) – cu trei rotoare; f) – cu două rotoare ce se rotesc în direcții diferite; g) – cu rotor în fața turnului și giruetă (up-wind); h) – cu rotor în spatele turnului cu autoreglare (down-wind). [7]
În figura 1.17 sunt prezentate diverse tipuri constructive de turbine cu axa de rotație orizonta-lă, cu mai multe rotoare (e și f) și cu un singur rotor și dispozitive de autoreglare pe direcția vân-tului.
În cazul turbinelor cu axă verticală, direcția vântului este perpendiculară pe axa de rotație și, respectiv, perpendiculară pe suprafața solului. [5]
Figura 1.18. Turbine eoliene cu axa de rotație orizontală: i) – Savonius; j) – Darrieus; k) – Evence; l) – combinată Darrieus – Savonius. [7]
Deși turbinele cu axa verticală au pierdut competiția, inginerii revin iarăși și iarăși la această schemă constructivă, cauza principală fiind următoarele două avantaje indiscutabile:
♦ Generatorul, multiplicatorul și alte componente funcționale pot fi amplasate pe suprafața solului, nu sunt necesare gondola și turnul masiv.
♦ Turbina nu necesită un mecanism special de urmărire a direcției vântului.
Din nefericire, dezavantajele acestor turbine prevalează în comparație cu avantajele:
– Viteza vântului în stratul limitrof cu suprafața solului este mică. Astfel, se fac economii la construcția turnului, dar pierdem în puterea dezvoltată de turbină.
– Factorul de conversie a energiei vântului în energie mecanică este mai mic.
– Unele tipuri, ca de exemplu turbina Darrieus sau Evence, nu asigură demararea. Este nece-sar un motor auxiliar care pornește turbina sau o turbină mică tip Savonius.
– Turbinele de mare putere necesită cabluri de suport, care măresc considerabil suprafața o-cupată a terenului.
O caracteristică esențială a turbinelor cu axă orizontală constituie numărul de pale. Ele pot fi cu una, două, trei sau mai multe pale (vezi fig. II.5, a-d). Cu cât turbina are mai multe pale, cu atât este mai mare aria solidă a suprafeței baleiate (măturată) de rotor. În teoria turbinelor eoliene nu-mărul de pale este considerat cu factorul de soliditate, care reprezintă raportul dintre aria tuturor pa-lelor și aria baleiată de rotor. Este evident că turbinele cu 1-3 pale au un factor de soliditate mai mic decât turbinele cu 12 sau 18 pale. Cu cât este mai mare factorul de soliditate (rotor cu multe pale), cu atât este mai mică viteza de rotație a turbinei, iar cuplul dezvoltat va fi mai mare și invers. Din a-ceastă cauză, turbinele cu puține pale sunt utilizate pentru generarea energiei electrice, iar cele cu pale multe, pentru pomparea apei, acționarea ferăstraielor, concasoarelor, valțurilor de măcinat etc, altfel spus, a mașinilor, care necesită viteze mici de rotație și cupluri mari la pornire. [5]
1.2.3 POTENTIALUL EOLIAN : HARTI DE PROFIL
In cadrul strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie, potentialul eolian declarat este de 14.000 MW, reprezentand putere instalata , ce poate furniza o cantitate de energie de aproximativ 23.000 GWh/an. Aceste valori reprezinta o estimare a potentialului teoretic, si trebuie nuantate in functie de posibilitatile de exploatare tehnica si economica. Referitor la potentialul eolian teoretic, ceea ce intereseaza insa prognozele de dezvoltare energetica este potentialul de valorificare practica in aplicatii eoliene, potential care este mult mai mic decat cel teoretic, depinzand de posibilitatile de folosire a terenului si de conditiile pe piata energiei. De aceea potentialul eolian valorificabil economic poate fi apreciat numai pe termen mediu, pe baza datelor tehnologice si economice cunoscute astazi si considerate si ele valabile pe termen mediu.
Pentru evaluarea potentialului valorificabil al tarii noastre cea macroeconomica, de tip sus -jos, pornind de la urmatoarele premise macroeconomice:
– Conditiile de potential eolian tehnic (viteza vantului) in Romania care sunt apropiate
de media conditiilor eoliene in ansamblul teritoriului Europei;
– Politica energetica si piata energiei in Romania vor fi integrate in politica europeana si piata europeana a energiei si in concluzie indicatorii de corelare macroeconomica a potentialul eolian valorificabil pe termen mediu si lung (2030-2050) trebuie sa fie apropiati de indicatorii medii europeni.
Drept indicatori macroecomici s-au considerat:
– Puterea instalata (sau energia produsa) in instalatii eoliene in corelatie cu PIB pe
cap de locuitor – indicatorul Peol/PIB/loc sau Eeol/PIB/loc
– Energia electrica produsa in instalatii eoliene in corelatie cu consumul brut de ă energie electrica- indicatorul (cota) Eeol/ Eel
Zonarea resurselor de vant. Harta eoliana a Romaniei
S-a considerat necesara si oportuna abordarea unor activitati de reevaluare a potentialului eolian al Romaniei, prin utilizarea unor mijloace si instrumente adecvate (aparatura de masura, softuri adecvate etc.) pornind de la datele de vant masurate la 22 statii apartinand ANM. La statiile meteorologice masurarea celor doi parametri ai vantului, directia si viteza,seefectueaza, conform recomandarilor OMM(Organizatia Meteorologica Mondiala), la inaltimea de 10 m deasupra solului.
Din pacate,recomandarile UE in domeniu, precum si practica actuala , a dovedit insa ca viteza de la care este rentabila eploatarea vantului ca resursa energetica trebuie sa se refere la viteza vantului de la inaltimea rotorului turbinelor centralelor eoliene, situat in prezent de obicei la inaltimi mari (50, 70, 80, 90 m deasupra solului) Ca urmare, a fost elaborata Harta eoliana a Romaniei care cuprinde vitezele medii anuale calculate la inaltimea de 50 m deasupra solului Distributia pe teritoriul Romaniei a vitezei medii a vintului scoate in evidenta ca principala zona cu potential energetic eolian aceea a varfurilor montane unde viteza vantului poate depasi 8 m/s. A doua zona cu potential eolian ce poate fi utilizat in mod rentabil o constituie Litoralul Marii Negre, Delta Dunarii si nordul Dobrogei unde viteza medie anuala a vantului se situeaza in jurul a 6 m/s. Fata de alte zone exploatarea energetica a potentialui eolian din aceasta zona este favorizata si de turbulenta mai mica a vantulu
Cea de a treia zona cu potential considerabil o constituie Podisul Barladului unde viteza medie a vantului este de circa 4-5 m/s. Viteze fa vorabile ale vantului mai sunt semnalate si in alte areale mai restranse din vestul tarii, in Banat si pe pantele occidentale ale Dealurilor Vestice[6]
Fig 1.20 Harta eoliana a Romaniei [7]
În România, cu excepția zonelor montane, unde condițiile meteorologice dificile fac greoaie instalarea și întreținerea agregatelor eoliene, viteze egale sau superioare nivelului de 4 m/s se regăsesc în Podișul Central Moldovenesc și în Dobrogea. Litoralul prezintă și el potențial energetic deoarece în această parte a țării viteza medie anuală a vântului întrece pragul de 4 m/s. În zona litoralului, pe termen scurt și mediu, potențialul energetic eolian amenajabil este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500 GWh/an[7]
Valorificarea potențialului eolian din Dobrogea s-a dezvoltat exponențial în ultimii ani prin punerea în exploatarea a unor parcuri eoliene de mare capacitate racordate la rețeaua naționala de transport a energiei electrice. Cele 92 de parcuri eoliene din județul Constanța aflate în exploatare sau în fazele de avizare și construcții pot genera peste 5000 MW în rețeaua elctrică națională în condiții de exploatare simultană. Puterea proiectelor de energie eoliană variază între un MW si 600 MW (proiectul Cogealac – Fântânele, cel mai mare proiect eolian terestru din Europa). Posibilitatea de a produce o cantitate foarte mare de energie alternativă coroborat cu energia produsă de alte proiecte similare din județul Tulcea și a cantității mari de energie nugleară injectată de către cele doua reactoare ale CEN Cernavoda, crează o presiune uriașă asupra rețelei de transport a Transelectrica. Acesta este motivul pentru care spațiul dobrogean face parte din proiectele de dezvoltare a infrastructurii de transport electric prin rețele de 400 MW (fig1.21).
Fig 1.21 – Harta parcurilor eoliene din Judetul Constanta[8]
Pentru evaluarea potențialului și a pretabilității unei investiții în domeniul energiei regenerabile, selectarea arealelor se face având în vedere un set larg de criterii sau restricții, fie tehnice, economice, fie de mediu. Conform MECMA (Ministerului Economiei, Comerțului și Mediului de Afaceri), principalele criterii de selecție sunt:
Condițiile concrete din teren (morfologia terenului, rugozitatea, obstacole, natura terenului
Apropierea de așezări umane
Rezervații naturale, zone istorice, turistice, arheologice
Repere speciale: zone interzise, aeroporturi civile/militare, obiective de telecomunicații speciale, etc.
Existența și starea cailor de acces
Condițiile de folosire a terenului: regim juridic, concesionare/cumpărare
Posibilitatea de conectare la rețeaua electrică: distanță, nivel de putere, etc.
Existența unui consumator în zonă
Potențiali autoproducatori în zonă
Posibilitatea unui parteneriat public/privat
Indicatori tehnico-economici de performanță favorabili abordării investiției în amplasamentul selectat.
În vederea reglementarii amplasării parcurilor eoliene pe teritoriul României, în cadrul Constituției există două ordine care abordează aceasta tematică, ce se materializează în baza Legii energiei electrice; acestea sunt:
Legea 13 din 9 ianuarie 2007 (Legea 13/2007) Legea Energiei Electrice
Ordinul 4 din 9 martie 2007 (Ordinul 4/2007) pentu aprobarea Normei tehnice privind delimitarea zonelor de protecție și siguranță aferente capacităților energetice, revizia I
Ordinul 49 din 29 noiembrie 2007 (Ordinul 49/2007) pentu modificarea și completarea Normei tehnice privind delimitarea zonelor de protecție și de siguranță aferente capacităților energetice, revizia I, aprobată prin Ordinul președintelui Autorității Naționale de reglementare în Domeniul Energiei nr. 4/2007. [8]
CAPITOLUL II SISTEME HIBRIDE PENTRU ALIMENTAREA CONSUMATORILOR IZOLATII
2.1 ASPECTE GENERALE
Acest tip de sisteme este foarte potrivit pentru alimentarea cu energie electrică a micilor consumatori din zonele izolate sau sensibile ecologic. Sunt de asemenea utile și în zonele conectate la rețeaua electrică, pentru reducerea poluării și protejarea mediului.
Aplicații posibile: gospodării sau școli izolate, cabane turistice, rezidențe de vacanță,
telecomunicații, semnalizări de navigație, platforme maritime, conducte de gaz sau petroliere, stații de cercetări izolate, etc.
Proiectare la comandă , conform profilului sarcinii cerut de utilizator, costurilor de investiție șipotențialului de energii regenerabile al zonei de amplasament. Concepția de proiectareurmărește:
1.- modularitatea , ceea ce permite reconfigurarea și întreținerea ușoară a sistemului;
2.- o singură unitate de stocare la care sunt conectate toate sursele;
3.- administrarea inteligentă a consumurilor prin divizarea pe prioritați stabilite de utilizator;
4.- control automat al sistemului incluzind controlul bateriilor, al surselor și consumatorilor,
protecții la scurtcircuit și supratensiuni, alarme și diagnoză sistem.
Opțional pot fi adaugate stații meteo și funcții de stocare, monitorizare și transmisie la distanțăîn timp real a datelor din proces și meterologice.[2]
Fig 2.1 Schema de principiu a unui sistem fotovoltaic-eolian-diesel [2]
Stocarea energiei.
Cel mai important la orice energie alternativă: recoltezi energie atunci când ți-o oferă natura gratis, și o stochezi pentru momentul în care este îți este necesară. Sistemul independent care nu se leagă la rețeaua națională trebuie să stocheze energia electrică în acumulatori. Dacă firmele mari de energie electrică vor accepta preluarea energiei electrice în exces produse de clienți și contorizarea ei în compensare ca în alte țări europene, nu mai sunt necesari acumulatorii și sistemul se schimbă.
Specificul locului.
Alegi sursa de energie pe care o ofera natura în locul în care va fi și utilizată. Specificul loculuiva impune panouri fotovoltaice, generator eolian sau micro hidrogenerator, în anumite proporții.Se impun măsurători, nu neapărat făcute cu aparatură de mare performanță, fiindca oricumnatura lucrează în plaje mari de valori. Aceste măsurători trebuie să fie necostisitoare, simple, și să reflecte, cu o aproximație de 10-30% realitatea (viteza vîntului și înălțimea la care curentulde aer este laminar, însorirea în zona respectivă, – toate acestea se vor aprecia ca medie sezonieră, pe un an întreg).
Întotdeauna sistem hibrid.
Natura oferă sursele de energie (vânt, soare, căderi de apă) după legi proprii, și aleatoare. Trebuie folosite cât mai multe surse gratuite de energie, și de aceea sistemul trebuie sa fie hibrid, cu surse diverse, la care se adaugă și surse convenționale (grup electrogen). În zonele extra-urbane unde rețeaua electrică lasă de dorit (tensiune mică la
capetele de "linie", întreruperi frecvente ale alimentării cu electricitate) se poate configura un
sistem care să ofere tensiune electrică constantă și continuă și în care rețeaua de electricitate
națională devine o componentă a acestui sistem hibrid.[2]
Siguranță.
Sistemul se configureaza cu preponderență din sursa de energie primara cea mai disponibila. Se adaugă următoarea sursă și se încheie de regulă cu o sursă convențională (ex: grup electrogen). Trebuie să avem planul A, planul B, C, D, E… Dacă nu e vânt, e soare. Daca nu e nici soare, pornește grupul electrogen. Și așa mai departe. Trebuie să avem în vedere zilele de iarnă grea,cu căderi abundente de zăpadă și temperaturi foarte scăzute cind necesarul de energie creste , sau perioadele fără vânt în care nu ne putem baza pe generatorul eolian . Întotdeauna omul are nevoie de mai multă siguranță și confort înperioadele în care natura este parcă mai agresivă.[2]
2.2 TIPURI DE SISTEME HIBRIDE
Sistemul hibrid de produs energie electrica este acel sistem de producere a energiei mecanice ,electrice sau/si termice sau alt tip ,care foloseste ca resursa primara de energie, mai multe forme de resurse energetice ,ca de exemplu ,energia solara,energia eoliana,combustibili care produc biogaz ,energia chimica,energia hidraulica a apei etc .
Alegerea tipului de resursa energetica primara depinde de mai multi factorii:
Prezenta si disponibilitatea cit mai mult timp a resursei naturale la indemina consumatorului de energie in cantitati mari , daca se poate nelimitate ,sa fie resursa energetica regenerabila .
Costul de conversie a resursei naturale in energie utila consumatorului sa fie cit mai mic.
Instalatia de captare si conversie a energiei primare sa fie cit mai simpla si sigura in functionare;costurile cu functionarea ,intretinerea,exploatarea si reparatiile sa fie cit mai mici; iar durata de viata a instalatiei unde se face conversia sa fie cit mai lunga.
Influenta conversiei sa fie cit mai mica asupra poluari mediului inconjurator iar emisiile poluante sa fie nule.
Eficienta energetica a captari si transformari resursei primare de energie in energie utila sa fie cit mai mare
Și această categorie ar putea fi aprofundată pe două cauzuri diferite:
Cazul cabanelor, fermelor izolate care folosesc două sau mai multe surse de energie
(solara, eoliana, hidro cu accumulare pe baterii și cu suport de siguranță pe un generator diesel).
Ansambluri hibride interconectate prin reteaua energetica
Sistem hibrid hidro-eolian-solar
În figura este prezentat un ansamblu hidro+eolian+solar care debitează atât în curent continuu cât și în curent alternativ, din motive de randament. O serie de consumatori cum ar fi elementele de ilumuminat și de încălzit pot fi conectate direct pe curentul continuu obținut din energia solară și eoliană. Preocuparea pentru acest gen de ansambluri microenergetice hibride este foarte veche (în România ICPE din 1970-1980), iar realizările sunt la nivel comercial și producție de serie.
Fig 2.2 micro ansambluri energetice hibride izolate [10]
Cazul unor rețele mici (pe insule) care se bazează, în principal pe generare diesel, dar care au fost îmbunătățite prin interconectari cu surse eoliene și hidro[3].
Structura energetica hibrida hidro-eoliana. modelare si tuning pe statie pilot
Sisteme hibride diesel- eolian- hidro cu pompaj .
Fig 2.3 mini ansambluri energetice hibride pe insule [10]
Chiar dacă țelul e mult mai ambițios decât ne mărginește tema în derulare și forțele alocate, prin modelare matematică, sperăm să lămurim corect și problema structurilor hibride hidro-eoliene în contextul global al sistemului energetic național.[10]
In aceste cazuri sursa principala de producere a energiei electrice este generatorul diesel dar acesta porneste doar in cazul lipsei vintului si in lipsa apei din lacul de acumulare.
Ca si principiu de functionare este bazat pe producerea energiei electrice cu ajutorul turbinelor eoliene care furnizeaza energie electrica tot timpul cit bate vintul energie care este trimisa spre consumatori iar excedentul de energie este utilizat pentru pomparea apei din lacul de acumulare din aval in lacul din amonte.Atunci cind nu beneficiem de aportul vintului pentru pornirea generatorului eolian se deverseaza apa din lacul din amonte pornind turbina hidro care va produce la rindul ei energie electrica necesara consumatorilor.Fiecare sistem de conversie are propriul regulator de incarcare automata si propriul invertor.Grupul electrogen este prevazut cu posibilitatea de alimentare cu biocombustibil
Fig 2.4 Ansambluri energetice hidro-eoliene mari interconectate prin sistemul
energetic național [10]
Ansambluri hibride independente de sistemul national
Sistem hibrid fotovoltaic-electrolitic
Alta schema de sistem hibrid este sistemul de producere a energiei electrice cu ajutorul celulelor fotovoltaice care produce energia electrica care este folosita atit pentru consumatorii normali cit si pentru producerea hidrogenului prin electroliza apei.De asemenea,se stie de existenta celulelor de combustibil care, folosind hidrogenul ,produc energie electrica. Combinind aceste doua surse-sistem ,celule fotovoltaice si celulele de combustibil pe baza de hidrogen,s-a conceput sistemul hibrid care poate da energie electrica in orice conditii.
Acest hibrid intre celulele fotovoltaice si celule de combustibil cu hidrogen este cel mai performant ,usor de intretinut ,nu necesita costuri de functionare ,intretinere sau reparatie si are o durata de viata mare .Sistemul este total nepoluant din toate punctele de vedere nu produce nici emisii sau zgomot .Sistemul hibrid prezentat mai jos nu are piese in miscare ,este silentios si nu produce uzura mecanica a pieselor componente.
Celulele de combustibil pot fi inlocuite cu alte surse de producere a energiei electrice ca biomasa sau energia valurilor sau grupuri electrogene.[13]
Fig 2.5 Schema bloc a unui sistem hibrid [13]
Sistem hibrid eolian-solar
Componentele instalatiei sunt:
Componente specifice pentru conversia energiei solare in energie electrica;
Panouri solare echipate cu celule fotovoltaice
Legatura in cablu electric intre panoul echipat cu celule fotovoltaice si centrul de distributie a puterii produse.
Componente specifice pentru conversia energiei eoliene in energie electrica;
Turbina eoliana,
Generator electric,
Redresorul,
Legatura in cablu electric intre generatorul electric si centrul de distributiei a puterii produse
Restul de componente ambelor instalatii,respectiv;
Bateria de acumulatorii pentru stocarea energiei electrice produse excedentar,
Centrul de comanda ,regulator automat de incarcare a acumulatorilor,
Invertorul,
Legaturile electrice intre componente.
Un sistem de o astfel de configuratie este dependent mai putin de existenta unei anume resurse de energie primare ;cind nu bate vintul si este soare se produce energie electrica cu ajutorul celulelor fotovoltaice iar daca situatia se inverseaza si bate vintul dar ceru este acoperit de nori se produce energie electrica cu ajutorul turbinelor eoliene.[13]
Fig 2.6 Schema de principiu a sistemului hibrid folosind ca energii primare energia eoliana si energia solara. [13]
Sistem hibrid care utilizeaza energia vintului si surse de energie subterane .
In locuri izolate care beneficiaza de vinturi la suprafata si are in relief pesteri subterane ,s-au conceput diferite sisteme de producere a enegiei electrice.S-a proiectat instalatii care foloseste energia electrica furnizata de o turbina eoliana ,a unor compresoare care pompeaza aerul in intreriorul pesteri in perioada cind bate vintul .
In momentul cind este nevoie de energie electrica si vintul nu bate ,se produce energie electrica cu ajutorul unor turbine cu gaz care functioneaza cu aerul stocat in pestera. Un preincalzitor si un recuperator de caldura incalzesc aerul stocat in pestera ,aer care introdus intro turbina de gaz antreneaza un generator electric care va genera energie electrica.
Fig 2.7 Sistem hibrid ce utilizeaza aerul comprimat intro pestera si energia eoliana. [13]
Sistem hibrid generator de energie cu ajutorul energiei eoliene si biomasa
In functie de natura deseurilor acestea se pot arde direct sau prin reactie anaeroba(in lipsa aerului)se produce biogaz cu o mare putere calorica .
Fig 2.8 Schema instalatiei de producere a biogazului. . [13]
Reactia anaeroba din interiorul instalatiei ,in prezenta microorganismelor asupra deseurilor menajere sau a dejectiilor animale produce un gaz care contine metan si este combustibil,cu o putere calorifica variabila in functie de continutul de metan ,butan si etan.
Gazul rezultat este condus spre o instalatie de turbine cu gaze care il convertesc in energie electrica.Pentru siguranta impotriva exploziilor ,consumatorul de biogaz va trebui amplasat la o distanta minima de 50 m de instalatia de producere a biogazului.Turbina cu gaze va functiona doar atunci cind viteza vintului va fi insuficienta pentru antrenarea turbinei eoliene iar in timpul nefunctionalitatii turbinei cu gaze combustibilul va fi stocat in rezervoare.[13]
2.3 COMPONENTA SISTEMULUI HIBRID
Sistemele hibride sunt sisteme ce combina mai multe tipuri de generatoare de energie electrica. Cele mai folosite sisteme ce realizeaza un ansamblu hibrid sunt sistemele solare, sistemele eoliene si generatoarele diesel.
– Majoritatea sistemelor hibride sunt sisteme off-grid, adica nu sunt conectate la retea, avandacumulatori in alcatuirea lor. Aceste sisteme sunt folosite in zone izolate unde conectarea la reteaua electrica este imposibila sau foarte scumpa. Sistemele hibride au capacitate limitata din cauza generatoarelor de energie electrica instalate si a capacitatii acumulatorilor. Dimensiunea sistemului de acumulatori poate sa fie foarte mare, pana la 100.000Ah, numai ca pretul este destul de mare. Din acest motiv se doreste o eficentizare a productiei si a consumului de energie electrica. Utilizatorii unui sistem off-grid trebuie sa invete sa foloseasca eficient sistemul de energie electrica in intervalul acestor limitari. Un sistem hibrid eolian-solar cuprinde urmatoarele componente principale: turbina eoliana, controller eolian, panouri fotovoltaice, controller/charger solar, acumulatori, invertor.
– Panouri fotovoltaice: transformă radiația solară în energie electrică. Un număr de panouri fotovoltaice conectate în serie sau în paralel care produc energie în curent continuu.
– Turbina eoliana: transforma energia mecanica a vantului in energie electrica. Aceasta este instalată în vârful unui stâlp.
– Controller hibrid: comandă acumulatorii, îi încarcă și descarcă în siguranță.
– Acumulatori: inmagazineaza energie produsa pentru a fi consumata ulterior. Poate fi o singură baterie sau mai multe conectate împreună. Alegerea capacității acumulatorii este o decizie foarte importantă deoarece aceștia trebuie să asigure furnizarea constantă de electricitate
– Invertor: transforma curentul continuu de la panouri în curent alternativ
– Consumatori: aparatele electrice din clădire alimentate la invertor (CA) sau la acumulatori (CC).
În multe locații, viteza vântului este mică vara, iar soarele are cea mai mare putere. În schimb vântul este mult mai puternic iarna, când soarele are o mai mică putere. Deoarece perioadele de maximă eficiență pentru cele două sisteme sunt complementare, un sistem hibrid poate produce energie mai multă
ELEMENTE COMPONENTE
– Panouri fotovoltatice/ Turbina eoliana/ Grup electrogen
Configuratia unui sistem solar hibrid este descrisa in schema electrica alaturata. Acest sistem semicomplex, este dezvoltat prin adaugarea unui generator diesel,care are rolul de a compensa lipsa energiei electrice in situatii critice, neprevazute
si reincarcarea bateriei in conditii de supraconsum.
Sunt folosite baterii acumulatori pentru stocarea energiei electrice.[2]
Alimentarea consumatorilor se face in curent continu (DC) sau alternativ (AC).
Aceasta configuratie descrie foarte bine un sistem energetic autonom care poate fi folosit pentru cabane, case de vacanta si sisteme ecologice.
PROBLEME POTENTIALE
Zona eoliana
– generator eolian cu magneti permanenti: putere nominala 1.5 kW, turatie, tensiune, curent
– controller de turatie la rotor eolian inclus
– tip de franare/reconectare in caz de furtuna/vant normal (semnal generat de anemometru, semnal generat de tensiune borne)
– corelare generator/convertizor CA/CC + charge controller
Zona solara
– adaugare dioda blocare panou PV
– charge controller
– proiectare si realizare tracker solar, constructie electrica si mecanica simpla, eficienta si robusta, sistem blocare vant
– tip de motor rotativ
• Un sistem hibrid eolian-solar-diesel cuprinde următoarele componente principale: turbina eoliana, controller eolian, panouri fotovoltaice,grup electrogen, controller/charger solar, acumulatori, invertor.
Panouri fotovoltaice: transformă radiația solară în energie electrică;
Turbina eoliana: transforma energia mecanica a vântului in energie electrica;
Grup electrogen: transforma combustibili conventionali in energie electrica;
Controller hibrid: comandă acumulatorii, îi încarcă și descarcă în siguranță;
Acumulatori: inmagazineaza energie produsa pentru a fi consumata ulterior;
Invertor: transforma curentul continuu de la panouri în curent alternativ;
Consumatori:aparatele electrice din clădire alimentate la invertor (CA) sau la acumulatori.(CC).
În multe locații, viteza vântului este mică vara, iar soarele are cea mai mare putere. În schimb
vântul este mult mai puternic iarna, când soarele are o mai mică putere. Deoarece perioadele de maximă eficiență pentru cele două sisteme sunt complementare, un sistem hibrid poate produce energie mai multă atunci când aveți nevoie de ea.[9]
CAP III ETAPELE PROIECTARI SISTEMELOR HIBRIDE PENTRU ALIMENTAREA UNUI CONSUMATOR IZOLAT 3.1 PROBLEME SPECIFICE PRIVIND AMPLASAREA SI CABLAREA COMPONENTELOR SISTEMULUI . Acest tip de sisteme este foarte potrivit pentru alimentarea cu energie electrică a micilor consumatori din zonele izolate sau sensibile ecologic. Sunt de asemenea utile și în zonele conectate la rețeaua electrică, pentru reducerea poluării și protejarea mediului.
Concepția de proiectare urmărește:
1.- modularitatea , ceea ce permite reconfigurarea și întreținerea ușoară a sistemului;
2.- o singură unitate de stocare la care sunt conectate toate sursele;
3.- administrarea inteligentă a consumurilor prin divizarea pe prioritați stabilite de utilizator;
4.- control automat al sistemului incluzind controlul bateriilor, al surselor și consumatorilor, protecții la scurtcircuit și supratensiuni, alarme și diagnoză sistem.
Opțional pot fi ad ugate stații meteo și funcții de stocare, monitorizare și transmisie la distanță în timp real a datelor din proces și meterologice.
3.1.1 Specificul amplasari sistemului fotovoltaic Un panou solar produce energie electrica chiar si cand nu exista radiatie directa. Asadar, chiar daca este innorat afara, un sistem solar va produce energie electrica. Totusi, cele mai buneconditii de obtinere a energiei electrice sunt in zilele insorite, iar panoul indreptat direct spre Soare. Daca nu se opteaza pentru siteme de orientare automata in functie de soare, se va face un compromis in asezarea panourilor. Pentru zonele ce se afla in emisfera nodica, panourile se vor orienta spre sud iar pentru cele din emisfera sudica, se vor orienta spre nord.O mica deviatie de la orientare oprima nu va avea un efect simnificativ in productia de energie electrica anuala.
Unghiul de inclinare a panourilor solare ;
Soarele traverseaza cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare daca sunt orientare perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, cand intensitatea luminoasa este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperis pe un cadru metalic avand o pozitie fixa neputand sa urmareasca Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal si panoul solar este numit unghi de inclinare.Deoarece Pamantul se roteste in jurul Soarelui exista variatii si in functie de anotimpuri. Soarele nu va ajunge in acelasi unghi solul ca iarna si vara. Pozita panourilor pe timp de vara este mai „orizontala” decat pe timp de iarna. Acesta pozitie ar dezavantaja productia de energie pe timpul iernii, asa ca se va face un compromis intre cele doua situatii. Pentru fiecare latitudine exista un unghi de inclinatie optim. Numai in zonele foarte apropiate de Ecuator, panourile pot avea un unghi de inclinatie aproape de zero. Orientarea sistemului fotovoltaic va afecta performanțele acestuia, producere de EE va fi maximă dacă razele soarelui cad perpendicular pe panourile solare. Traiectoria soarelui însă nu este la fel tot anul pe bolta cerească: vara soarele are o traiectorie mai înaltă iar iarna o traiectorie mai joasă (fig. 4.7.).
Fig. 3.1. : Orientarea SFV[20]
În cazul în care se utilizează un echipament de urmărire automată a soarelui pe cer PFV dotate cu astfel de sistem pot produce o cantitate în EE cu până la 40 % mai mare decât cele fără urmărire […]. Deviatii de 5 grade de la unghiul optim au un efect minor asupra productiei de energie electrica. Diferentele datorate conditiilor meteorologie au un efect mai important asupra sistemului fotovoltaic. Pentru sistemele independente, unghiul de inclinare se poate alege in functie de necesarul de energie electrica dintr-o anumita luna.[2] Modul în care este proiectată o instalație poate influența durata de viață a acesteia. Procesul de proiectare trebuie să fie atent analizat și trebuie să ia în considerare toate aspectele, cu scopul de a obține cele mai bune caracteristici bazate pe resursele disponibile și luând în calcul eventualele pierderi din sistem pentru maximizarea profitabilității. Acest obiectiv poate fi atins în diferite moduri, dar alegerea celor mai bune componente (un invertor de calitate poate crește producția cu 2% utilizând aceleași materiale) precum și alegerea tehnicii adecvate de instalare sunt cruciale. Necesarul pentru procesul de instalare trebuie stabilit în mod clar și trebuie să fie suficient de descriptiv pentru a atinge gradul dorit de profitabilitate a sistemului. De asemenea, planul de întreținere trebuie întocmit din faza de proiectare, chiar dacă va fi revizuit ulterior și adaptat la cerințele specifice ale sistemului. Umbrirea produce un impact puternic asupra performanței unui sistem fotovoltaic. Chiar și un grad mic de umbrire pe o parte dintr-o matrice poate avea un impact semnificativ asupra producției de energie generate de întreaga matrice. Din acest motiv umbrirea se consideră un element de performanță a sistemului, element ce trebuie abordat în mod specific în faza de proiectare a sistemului.[14]
Fig 3.2 Amplasarea obstacolelor care trebuie luate în considerare [14]
Fig 3.3 Diagrama radiației solare și calculul pierderilor generate de umbrire Acoperiș[15]
Opțiuni de amplasare:
Fig 3.4 Diagrama radiației solare și calculul pierderilor generate de umbrire Acoperiș B [15]
Proiectarea corectă a unui sistem fotovoltaic implică alegerea amplasamentului și componentelor adecvate (panouri fotovoltaice, invertor și alte echipamente, evitarea pierderilor de energie electrică acolo unde este posibil, precum și minimizarea pierderilor inevitabile după caz). Acest document nu se referă la principiile generale pentru proiectarea unui sistem fotovoltaic, dar va introduce unele aspecte utile pentru proiectantul sistemului, și de asemenea pentru alte părți interesate care doresc să înțeleagă caracteristicile importante de proiectare ale unui sistem fotovoltaic.
· Componentele unei instalații PV și alegerea tehnologiei
Proiectantul trebuie să țină seama de eficiența și prețul mediu pe Wp din diferite tehnologii ce utilizează celulele fotovoltaice, și, de asemenea, de toți parametrii electrici, de instalare și de costurile de întreținere implicate după finalizare. Proiectantul ar trebui să facă mai multe variante de realizare a instalației PV, astfel încât viitorul beneficiar să poată decide ce soluție este potrivită pentru el. Este posibil ca un calcul din care rezultă prețul cel mai scăzut la achiziție să nu reprezinte cea mai bună variantă în timp, din punct de vedere fiabilitate sistem, durată de viață a componentelor, costuri de întreținere, etc.
Șir cu aceeași putere
Modulele fotovoltaice sunt conectate în serie formând un șir. Mai multe șiruri cu aceleași caracteristici de funcționare sunt conectate în paralel formând o matrice sau generator de sine stătător, pentru a genera tensiunea necesară la ieșire.
Fig 3.5 Conectarea panourilor fotovoltaice in paralel intro celula [14]
Conexiunile prin cablu
Toate cablurile aferente fiecărui șir de celule fotovoltaice vor fi interconectate la un dispozitiv de control “ String control”. Echipamentul de protecție corespunzător trebuie să fie ales în așa fel încât să asigure atât funcționarea optimă a instalației cât întrerupătoarele etc.[14]
Dimensionarea cablurilor și a șirurilor
Pentru respectarea normativelor tehnice specifice instalațiilor fotovoltaice, dimensionarea instalației trebuie să ia in considerare pe lângă parametrii geografici (longitudine,amplasament) și alți doi factori principali:
cădere de tensiune în acord cu reglementările din legislația națională privind furnizarea energiei electrice ;
capacitatea de transport, datorită efectului termic măsurat prin doi param etrii:
Temperatura de scurt-circuit;
Temperatura de operare rezultată din configurația instalației proiectate și expunerea la factorii exteriori.
Controlul temperaturii în instalație
O creștere a temperaturii in matrice instalației atrage scădere a performanței acesteia(de exemplu pierdere de 0,5% pentru fiecare 1 ° C intr-un modul de cristalin). Din acest motiv trebuie asigurată o suprafață suficientă de ventilare în spatele panourilor fotovoltaice (de obicei, o distanță liberă de minima de 25 mm). Pentru construirea sistemelor integrate în clădiri, aceasta este, de obicei abordată prin asigurarea unui spațiu de aer ventilat în spatele modulelor. Pe un acoperiș convențional inclinat, se montează șipci pentru crearea spațiului de aerisire si ventilare a matricei PV.
Ventilarea invertorului
Invertoarele disipă căldură și trebuie asigurate condiții corespunzătoare de amplasare pentru o ventilare suficientă. Trebuiesc respectate strict instrucțiunile producătorului. Nerespectarea acestor parametrii de funcționare pot influența performanța instalației, mai ales daca se ajunge la temperatura maxima de operare.
Din acest motiv se recomanda punerea in apropierea invertorului a unei atenționări vizibile de genul – nu blocați spațiul de ventilare invertor !
· În cazul sistemelor izolate, proiectantul trebuie sa calculeze necesarul de energie electrica pentru funcționarea instalației după care calculul producției de energie electrică estimate a fi furnizată sistemului (luând în considerare energia solară disponibilă, pierderile cauzate de orientarea in teren, inclinare si umbrire etc.) [14]
3.1.2 Specificul amplasari sistemului aerogenerator
Dacă măsurătorile făcute arată că în zona dvs. se justifică utilizarea unui astfel de aparat, veți aprecia numărul de ore zilnice în care viteza vantului este cea nominală necesară. Generatoarele eoliene pornesc la cca. 3,5 m/s (12,6 km/h) și funcționează optim la viteze de peste 8 m/s(28,8 km/h). Prin urmare, daca la înălțimea curentului laminar de aer (adesea 20-35 metri) apreciem o medie de 10 ore zilnic cu vânt de peste 8 m/s, un generator eolian de 500 W va produce o energie de 500 W x 10 ore = 5 kWh. Este bine să știți că nu se montează generatoare eoliene mici în condiții de siguranță pe terenuri de sub 4000 metri pătrați, fiindcă aria de siguranță în jurul acestuia și suprafața de ancorare cresc cu înălțimea catargului. Ridicarea unui catarg de 20 de metri și posibilitatea coborârii lui anuale pentru revizii sunt acțiuni care trebuie tratate cu deosebită seriozitate și este necesară o cale de acces a utilajelor (tractor, jeep, macara, etc.) care să facă aceste operații. Prețurile pe piață ale acestor generatoare eoliene sunt într-o plajă medie de 1,2-6 euro/watt.
Turbinele eoliene au doua destinatii majore: includerea intr-o centrala eoliana sau furnizarea de energie locuintelor izolate. In cazul din urma turbinele eoliene sunt folosite impreuna cu panourile solare si baterii pentru a furniza constant electricitate in zilele inorate sau senine fara vant. La eficienta unei turbine contribuie dimensiunea palelor si tipul convertorului din miscare axiala in electricitate. Puterea generata de o turbina eoliana este direct proportionala cu densitatea aerului, aria acoperita de o miscarea completa a paletelor rotorului si patratul vitezei vantului. Vantul care trece prin palele elicei este incetinit si imprastiat. In aceste conditii eficienta maxima obtinuta de o turbina eoliana este de 59%, valoare peste care vantul se intoarce in palele turbinei. Majoritatea turbinelor eoliene moderne sunt de tipul Horizontal-axis wind turbines (HAWT), adica axa de rotatie e rotorului este orizontala, acesta fiind plasat in varful turnului, cu palele elicei pozitionate la un unghi pozitiv, la o distanta sigura de turn, in fata vantului. Exista si turbine eoliene cu palele in spatele vantului, dar din motive de fiabilitate nu sunt folosite decat in cazuri speciale.[2]
Turbinele eoliene existente la ora actuală pe piață funcționează la randament maxim în condiții de vânt laminar constant. Aceasta implică o orientare adecvată pentru amplasarea turbinei de vânt în cadrul SH, fig.
Fig. 3.6 Amplasarea corecta a turbinei eoliene [20]
Pentru o funcționare îndelungată la performanțe ridicate și cu minim de mentenanță a AE trebuie avute în vedere următoarele reguli:
Regula nr 1;
Se evită amplasarea AE în zonă de turbulență (fig.3.7), astfel un obstacol cu înălțimea H produce o regiune de curgere turbulentă de (10÷20) x H pe orizontală de 2H pe verticală (fig. 3.7).
Fig. 3.7 Zona de turbulență a unui obstacol de înălțime H [20]
Regula nr 2;
Vârful paletelor turbinei eoliene trebuie să se găsească cu cel puțin 6,096 m (respectiv 20 picioare) deasupra oricărui obstacol (fig 3.8):
Fig.3.8 Așezarea turbinelor eoliene in funcție de obstacolele pe care le întâlnim[20]
Pentru a face o delimitare între zona de turbulență și zona de curgere laminară se poate proceda, în teren, la următorul experiment (fig. 4.13.): se umple un balon cu heliu și se leagă cu o coardă de nailon de care se atașează fire de lâna de 10÷20 cm din 30 în 30 de cm, se mai atașează o coardă de nailon pentru ancorare în poziția verticală a firului principal (coardă de măsură)
Fig. 3.9 Determinarea zonei de curgere laminară si a zonei de curgere turbulentă [20]
Se observă că, în zona de curgere laminară a aerului, firele de lână vor sta în poziția „drapel” pe când în zona de curgere turbulentă acestea vor avea o mișcare haotică. Astfel se determină zona de demarcație între zona de curgere laminară si curgere turbulentă, putându-se aproxima astfel înălțimea turnului turbinei eoliene pentru a respecta regulile 1 și 2.
Regula nr 3;
În general înălțimea turnului se alege cât mai mare posibil, cu cât turnul este mai înalt cu atâta caracteristica vântului este mai bună (fig. 4.16.).
Regula nr 4;
Pentru o amplasare cât mai eficientă a turbinei eoliene trebuie să se țină seama și de relief, în funcție de configurația acestuia putându-se îmbunătăți randamentul turbinei eoliene, astfel există doua efecte de teren pe care-l putem folosi în avantajul nostru:
a) Efectul de tunel :
Fig.3.10. Efectul de tunel [20]
Apare între 2 obstacole, dealuri sau clădiri aflate în calea vântului. În această zonă, aerul se comprimă și viteza lui crește semnificativ fără ca să apară turbulență. De exemplu în câmp deschis fără obstacole, dacă viteza vântului este de 6 m/s prin efectul de tunel ea poate crește până la 9m/s. Dacă însă zona dintre obstacole (zona tunel) are o rugozitate a terenului mare, este posibil să existe multe turbulențe iar aerul să-și piardă caracterul laminar, ceea ce face amplasarea turbinei eoliene ineficientă în acest caz [20].
b) Efectul de deal:
Datorită faptului că deseori este avantajos ca AE să aibă o cât mai mare libertate de mișcare în azimut, de obicei se alege amplasarea acestora pe culmile dealurilor sau a munților. S-a observat însă că pe pantele dinspre vânt a dealurilor, datorită presiunii aerului care lovesc aceasta pantă, viteza de curgere a vântului este semnificativ mai mare decât partea de sub vânt a dealului (fig. 4.16.). Aceasta datorită faptului că odată trecut de obstacol, presiunea aerului scade prin revenirea la condițiile normale de curgere; în plus, în partea de sub vânt apar turbulențe care duc la funcționarea necorespunzătoare a turbinei eoliene.
Fig 3.11 Densitatea de putere în procente în cazul efectului de deal [20]
Regula nr 5;
Un alt factor care trebuie luat în considerare la amplasarea AE este siguranța celor care trăiesc in apropierea acestora [16]. În condiții de furtună pot cădea la pământ bucăți din turbină sau se poate întâmpla sa cedeze chiar turnul turbinei sub presiunea aerului. Astfel este de evitat amplasarea AE pe acoperișurile caselor. Este de preferat să se delimiteze un spațiu de siguranță în jurul AE nici prea mic dar nici prea mare, un AE amplasată prea departe putând duce la creșterea pierderilor pe cablu.
3.1.3 Problematica grupului diesel si a depozitului de combustibil
Este bine să fie prevăzut cu o instalație de pornire automată, ca să compenseze pierderile din sistem. De regulă se fabrică astfel de generatoare la puteri de peste 5-6 kW și cu motoare diesel sau pe benzină. Acesta se amplasează într-o incintă proprie, termo și fono izolată, ferit de intemperii, cu un rezervor propriu de combustibil .
Standarde de securitate pentru motoare diesel
Incinta și instalarea grupului (fundație/postament, rezervor, tubulatura de aspirație a aerului, evacuarea/exhaustarea gazelor arse), trebuie să respecte și standardele de securitate ale țării unde se face montajul .
Sunt două moduri de instalare pentru grupurile generatoare staționare:
a. Instalare în interior ; b. Instalare în exterior .
Notă:Instrucțiunile de instalare care urmează sunt necesare pentru instalarea corectă , cu excepția unor prevederi mai riguroase cerute de standarde specifice (ale pompierilor, ale consiliilor locale, standarde anti-nucleare, etc.) în vigoare pentru țara în care se instalează grupul.
Instalarea in exterior
Grupurile care se instalează în exterior (cu excepția celor care sunt montate în containere speciale sau dulapuri), trebuie protejate adecvat împotriva efectelor climei, prafului, etc., și nu trebuie instalate sub nici un motiv fără protecție împotriva ploii sau în bătaia directă a razelor solare, ceea ce ar putea supraîncălzi anormal unitatea.
Pentru instalări temporare, grupurile pot fi puse pe pământ neted. Pentru instalări care se prevăd a fi permanente, se recomandă o fundație de ciment, cu dimensiunile bine stabilite.
Instalarea in interior
Pentru ca grupurile generatoare să fie instalate corect într-o încăpere închisă, trebuie respectate următoarele reguli:
1.Camerele să fie suficient de mari pentru a permite accesul ușor la părțile componente ale grupului, atât pentru pentru operațiile normale întreținere cît și pentru eventualele reparatii;
2. Accesul la cameră să permită transportul întregului grup utilizînd dispozitive obișnuite de transport și manipulare, disponibile la locul respectiv;
3. Deschiderile să fie suficient de mari pentru a permite aerisirea normală;
4. Posibilitatea de a monta tubulaturi de exhaustare cât mai scurte, cu un număr minim de coturi;
5. Posibilitatea de a monta grupul în centrul camerei (conform Figurii 3 sau 4) , pentru acces imediat în timpul operațiilor de întreținere și în conformitate cu măsurile de siguranță;
6. Montarea panoului de control (pentru grupul cu control automat) să se facă într-un loc de unde operatorul să poată avea o vedere de ansamblu asupra tuturor controalelor.
Factorii principali care trebuie luați în considerare în legătură cu cele arătate mai sus sînt:
-fundațiile
-sistemul de exhaustare/evacuare
-sistemul de alimentare cu combustibil
-cablajele electrice
-împământarea
-încălzirea
Fundatiile
Fundațiile trebuie să fie din beton armat, pentru diferite tipuri de grupuri.
Când se toarnă o fundație trebuie avute în vedere mai multe lucruri:
-Pământul pe care se așează fundația trebuie să fie formată prin procese naturale, nu prin procese aluvionare sau de acumulare.
-Din rațiuni de siguranță, încărcarea fundației nu trebuie să depășească 2,5 kgs/cm².
-Dacă solul nu este suficient de compact, fundația trebuie așezată pe stâlpi.
-Dacă, din motive de instalare, setul trebuie neapărat să fie ridicat pe blocuri de beton, un tehnician specializat trebuie să verifice stabilitatea construcției.
-Blocurile de beton trebuie realizate dintr-o singură turnare.
-Blocurile de beton nu trebuie să atingă pereți falși, pereți exteriori, sau compartimentări, pentru a evita transmiterea vibrațiilor și zgomotului la alte părți ale clădirii.
-Pentru a asigura aceast lucru, înainte de a turna betonul, pereții și baza (după ce se asigură că adîncimea este adecvată pentru fundația respectivă) se vor căptuși cu un strat gros de spumă stirenică (pentru condiții grele) de 5-10 cm, de plută sau alt material similar.
-Din rațiuni de igienă și aspect, fundația trebuie instalată cu circa 10 cm. deasupra nivelului solului și acoperită cu dale .
-Grupurile trebuie plasate pe postament după ce acestea s-a întărit fundația. -Apoi, grupul trebuie echilibrat și poziționat cu acuratețe, înșurubînd bolțurile de reglaj, verificând și verticalitatea ansamblului, și umplând găurile cu mortar de ciment. Se asigură că nu există găuri sau bule de aer. Grupul nu trebuie atins până la întărirea completă a cimentului.
Sistemul de exaustare a gazelor
Contrapresiunea aplicată sistemului de exhaustare influențează considerabil puterea livrată de motor și încărcarea (sarcina) sa termică. Contrapresiunea excesivă (măsurată la partea de ieșire a cotului eșapare a motoarelor cu inducție și pe ieșirea spre turbină pentru motoarele turbo) descrește puterea, crește temperatura gazelor evacuate, produce fum, crește consumul de combustibil, supraîncălzește lichidul de răcire, cu deteriorarea ulterioară a lubrifiantului și generarea de consecințe la alte părți ale motorului.
Limitele recomandate pentru grupuri (pentru o putere maximă livrată în condiții de funcționare completă), sînt de:
-150 mbar(1500mm H2O) pentru motoarele cu inducție
-50 mbar (500mm H2O)pentru motoarele turbo
Se pot respecta aceste limite cu o dimensionare adecvată a șevii de evacuare a gazelor.
Gazele exaustate
Tubulatura de evacuare a gazelor constă de obicei în tuburi de oțel fără sudură (UNI 1293) sau, în cazuri speciale, în tuburi de eternită. Sistemul trebuie să scoată gazele în exterior, unde să nu producă daune sau să conducă la reclamații și trebuie să se termine cu un capac de protecție la intrarea apei sau alt mecanism similar. La trecerea prin pereți tuburile trebui izolate,pentru a reduce dispersia căldurii prin pereți .Tubulatura trebuie să fie cât mai scurtă cu putință și cu cât mai puține coturi. Când coturile nu pot fi evitate, trebuie ca acestea să fie cît mai largi (în medie de 2,5 până la 3 ori diametrul tubulaturii). Pentru a calcula lungimea totală a unei tubulaturi, factor determinant pentru contrapresiunea de evacuare, coturile trebuie luate în considerare cu lungimea lor liniară, așa cum se arată în Fig.6 pentru tuburi cu diverse diametre. Tabelul ilustrează mai multe soluții de curburi, indicînd și lungimea liniară corespunzătoare. Soluțiile diferite de cele care aplică cele mai largi coturi (2,5 x d) nu sînt la fel de eficiente, și de aceea trebuie evitate pe cît posibil, iar în caz contrar, calculate corect. Diametrul minim recomandat pentru fiecare tip de motor la o anumită lungime a tubulaturii se indică în tabele de specialitate . În orice caz, diametrul tubulaturii nu trebuie să fie mai mic decât diametrul țevii (cotului) de eșapare al motorului. Când diametrul tubulaturii este mai mare, trebuie montată o reducție, cu o conicitate de mai puțin de 300 pentru a preveni scugerile excesive de sarcină.Diferitele segmente ale tubulaturii trebuie montate etanș, de preferat prin flanșe. În punctul cel mai de jos al tubulaturii se poate monta un robinet de purjare, pentru eliminarea condensului. Între ieșirea de eșapare a motorului (sau evacuarea turbosuflantei pentru motoarele turbo) și intrarea în tubulatură se recomandă fixarea unui racord flexibil, care să atenueze vibrațiile cauzate de motor și expansiunea tubulaturii. Utilizarea racordului implică, de asemenea, separarea cu brățări a tubulaturii de evacuare de grupul generator; tuburile trebuie fixate de pereți prin brățări adecvate care vor susține toată greutatea tubulaturii externe pînă la motor, fără a afecta elementele componente ale acestuia (cotul de eșapare sau turbosuflanta) și pentru a permite alte extinderi ale tubulaturii. În alungirile mai mari ale tubulaturii trebuie inserate cuple de extindere care constau în elemente flexibile etanșe. La execuția schiței pentru tubulatura de evacuare, aceasta nu trebuie planificată a fi apropiată de filtrele de aer pentru a nu fi absorbit aer fierbinte. Dacă nu este posibil, tubulatura se va izola. Nu se recomandă să se monteze ieșirile de la mai multe motoare pe aceeași tubulatură de exhaustare
Atenuatorul de zgomot
Atenuatorul de zgomot se montează de obicei pe prelungirea tubulaturii de evacuare a gazelor din camera motorului Diesel. Când este posibil, se poate instala și în afara camerei. Atenuatorul reduce zgomotul cu 15 – 20 decibeli. Poziția atenuatorului poate cauza rezonanță datorită variației presiunii gazelor, zgomot care poate fi estompat prin varierea distanței atenuatprului față de motor, de-alungul tubulaturii. De exemplu, pentru o tubulatură cu lungimea de 10 m poziția optimă este la mijlocul acesteia. În circumstanțe speciale, cum ar fi în spitale, zone rezidențiale, etc, unde nivelul zgomotului trebuie să fie mai redus, trebuie folosite atenuatoare speciale, care reduc nivelul sonor cu 25-30 decibeli, sau, dacă este posibil, camere insonorizate. În orice caz, valorile contrapresiunii atenuatorului pot varia foarte mult, în funcție de tipul construcției, dimensiuni, și caracteristicile de atenuare. Aceste valori se pot obține de la producători.
Ventilarea
Ventilarea camerei în care se montează grupul are o importanță deosebită pentru funcționarea corespunzătoare a grupului în timp.
Ventilarea trebuie să asigure:
-disiparea căldurii degajate de grup în timpul funcționării prin radiație și convecție;
-să asigure debitul necesar de absorbție a aerului pentru combustie;
-să evacueze căldura transferată la sistemul de răcire prin radiator, menținând astfel pentru buna funcționare a grupului limite de temperatură adecvate pentru absorbția aerului de răcire.Nu este permis ca aerul fierbinte care iese din radiator să intre în cameră, de aceea trebuie verificată etanșeitatea ventilatorului de extracție.În acest fel, aerul din cameră este schimbat continuu, și deschiderile pot fi de mărimi convenabile pentru ca aerul să fie suficient pentru răcire și combustie.Aerul proaspăt necesar va trebui să intre în cameră prin deschiderile aflate pe cât posibil în partea inferioară a încăperii, pe peretele opus radiatorului, astfel încât aerul să răcească întregul grup înainte de a fi absorbit de ventilator.Se va asigura ca aerul perimat să nu se adune într-o zonă a încăperii, lucru care se întîmplă frecvent atunci cînd în încăpere există mai multe grupuri în funcțiune. În acest caz, pe cît posibil, fiecare grup va trebui să dispună de propria deschidere pentru aer.Conductele de aer necesare au secțiunile minime de intrare și ieșire date în tabele. Ca măsură de securitate, camerele care conțin seturi sau instalații a căror funcționare este continuă și care se derulează în locuri cu temperatură ambientală ridicată, vor fi dotate cu ventilatoare suplimentare, a căror capacitate este indicată în tabel. Acest ventilator de extracție va fi amplasat pe cât posibil în partea superioară a încăperii, pe aceeași parte cu radiatorul.[12]
Circuitul de combustibil
Grupurile generatoare standard sunt echipate cu circuite de alimentare cu combustibil complete, între motor și rezervorul de combustibil aflat în șasiu. Racordurile flexibile fac legătura între rezervor și motor, permițând o funcționare continuă de 6 ore.
Pentru o funcționare mai îndelungată și pentru a îndeplini anumite cerințe, este necesar să se folosească un rezervor special, montat separat, care să aibă capacitatea necesară. De aceea, grupul trebuie conectat și la noul rezervor, prin racorduri flexibile și conexiuni cu brățări.
Conexiunile uzuale cuprind:
-alimentarea cu combustibil a pompei de injecție a motorului;
-supraplinul de la pompa de injecție;
-surplusul de la drena injectoarelor.
Referitor la materiale, conductele trebuie să fie fără suduri, din oțel, fier sau cupru moale, cu dimensiunile diametrelor indicate în documentația motorului. În general pot fi folosite următoarele dimensiuni:
10 x 8 mm pentru alimentarea cu combustibil
6 x8 mm pentru supraplinul pompei de injecție și surplusul de la drena injectoarelor
Aceste dimensiuni sunt valabile pentru tubulaturi mai mici de5 m.Pentru tubulaturi mai lungi,diametrele vor fi proporțional mai mari.
În funcție de tipul de motor, racordurile flexibile care trebuie instalate pentru a izola părțile fixe ale instalației în care a intrat și noul rezervor de potențialele vibrații ale motorului, pot include următoarele:
bucăți de cauciuc de lungime adecvată, întărite cu captușeală de protecție, și rezistente la ulei, pentru conexiunile care includ un terminal de susținere din cauciuc cu flanșe și prindere cu coliere pentru racorduri;
racorduri flexibile de joasă presiune, potrivite pentru ulei, protejate prin împletitură metalică, fixate la capete cu îmbinări speciale de etanșare filetate;
Nu trebuie utilizate niciodată racorduri din rășini sintetice.
Trebuie acordată o atenție deosebită următoarelor aspecte privind circuitului:
fixarea de brățări distanțate corespunzător pentru a preîntîmpina rezonanța datorată vibrațiilor și îndoirea datorită propriei greutăți, în special în cazul unui circuit de cupru;
instalarea a cît mai puține îmbinări posibile, însă care să prevină în mod eficient infiltrările de aer, lucru care apare frecvent în porțiunile cu vid (intrare alimentare combustibil);
intrarea în conducta de alimentare sub nivelul combustibilului la o distanță de fund de 20 – 30 mm pentru a preveni dezactivarea circuitului datorită infiltrărilor cu aer.
De asemenea, aceste extensii trebuie realizate la distanță una de alta (30 cm), astfel încît preaplinul de combustibil să nu afecteze în mod negativ livrarea prin impurități de ulei de la fundul rezervorului sau prin infiltrări cu aer.
curățirea minuțioasă a tuturor tuburilor utilizate;
lipsa variațiilor mari în tronsonul de conductă și folosirea unor îmbinări cu diametru larg la coturi;
Notă: Este important ca rezervoarele aparținînd grupurilor cu control automat să fie amplasate deasupra pompei de alimentare pentru a se asigura o pornire corespunzătoare.
Conexiuni electrice
Grupurile sînt deja pre-setate pentru conexiunile la utilizator. La stabilirea conexiunilor se vor respecta specificațiile relevante menționate în schemele furnizate o dată cu unitatea.
Grupurile de control manual
Toate cablurile de legare la utilizator vor fi conectate la terminalele din panou; accesul se va putea realiza îndepărtînd carcasa inferioară a panoului.Cablurile care intră în panou trebuie să treacă printr-o flanșă specială din pînză cauciucată.
Grupurile de control automat
Cablurile care ies din generator, de la rețeaua externă și de la utilizatori sînt conectate la tablourile terminale corespunzătoare din interiorul panoului de control.
Cablurile electrice ale grupului sînt legate la grup direct în tabloul de terminale.
Conexiunile sistemelor auxiliare dintre grup și tablou sînt asigurate printr-un cablu cu mai multe conductoare și poli de conectare multipli furnizați o dată cu grupul
Bateriile de pornire grup electrogen
Bateriile de pornire, livrate separat, trebuie conectate conform schemei oferite o dată cu grupul; Cablul de pornire a motorului se conectează la borna pozitivă iar cablul de legare la masă se conectează la borna negativa .
Dimensiunea cablurilor
Pentru a asigura o funcționare în condiții de securitate, pentru conexiunile electrice trebuie utilizate cabluri de cupru; aceste cabluri trebuie să poată suporta tensiuni de lucru de pînă la 1000 V și tensiuni de testare de pînă la 3000 V, cu armări mecanice în funcție de tipul utilizării respective. Aceste secțiuni sînt date pentru o temperatură ambientală de 300C; pentru valori mai mari de temperatură, se vor aplica următorii coeficienți de creștere:
pînă la 350C: 5%
pînă la 400C: 11%
pînă la 450C: 17%
Trebuie avut în vedere că utilizarea unor secțiuni care sînt mai mici decît cele recomandate va cauza căderi mari de tensiune și supraîncălzirea cu avarierea cablului, în timp ce valorile mai mari decît cele recomandate vor produce dificultăți în conectarea lor la tablourile cu terminale.
Planul de pozare a cablurilor
Grupul de cabluri implicate în conexiunea unitate-rețea, pentru unitățile cu control manual, și cele implicate în conexiunea unitate-panou-rețea, pentru unitățile cu control automat, trebuie instalate corect într-un tub adecvat sau canal protejat.
Impamintarea
Părțile metalice ale unității cu care oamenii pot intra în contact și care, datorită unei izolări necorespunzătoare sau a altor cauze, ar putea uneori să fie sub tensiune, trebuie conectate la placă de pămînt. Grupurile (la bază) și panourile sînt prevăzute cu un terminal special de împămîntare. Aceste terminale sînt conectate la placa de pămînt printr-un conductor de cupru neizolat, cu secțiunea de cel puțin 16 mm2 sau de unul de fier placat cu zinc de 50 mm2. Rezistența conductorului de mai sus, inclusiv rezistența de contact a conexiunilor, trebuie să nu depășească 0,15 Ohm.
Incalzirea
În ceea ce privește grupurile cu control automat, încăperea în care acestea sînt instalate trebuie încălzite în timpul iernii astfel încît temperatura ambientală să se mențină peste 10 – 150C, pentru a asigura pornirea rapidă a motoarelor.
În general, aceste grupuri cuprind corpuri de încălzire electrice controlate prin termostat, de 750 – 1500 Watt, în funcție de tipul grupului; acestea mențin temperatura apei în fundația motorului la nivele care permit pornirea imediată și preluarea sarcinii fără a genera probleme la motor. [12]
3.1.4 Amplasarea invertorului si a bateriilor
Sunt în general acumulatori cu descărcare adâncă (nu auto!), care permit încărcarea și descărcarea lor succesivă până la 80%. Sunt de mai multe tipuri constructive (cu acid, cu gel sau cu substrat de sticlă) iar durata lor de viață poate fi între 6 și 15 ani. Se montează de obicei în incinte bine aerisite, cu temperatură constantă, închise sub cheie și semnalizate cu înscrisuri de avertizare la pericole electrice. Întreținerea lor este periodică (la cele cu lichid) sau unele necesită doar supraveghere conform indicațiilor fabricantului. Acumulatorii se leagă serie-paralel ca să formeze grupele de voltaj proiectate. Caracteristicile lor cele mai importante sunt tensiunea (2V, 12 V) și capacitatea de stocare, în amperi-oră (Ah). Prețurile acestor acumulatori sunt aproximativ duble față de acumulatorii auto. In functie de capacitatea unei baterii de acumulatorii ,greutatea fiecarui difera ; de exemplu o baterie de 75Ah are 28 de kg ,iar una de 185 Ah are 65 de kg .Ca urmare metodele de transport si manevrare pentru instalarea lor sunt diferite ; astfel cele usoare se pot monta si manevra manual pe cind cele mai grele necesita pentru transport ,manevre,montaj dispozitive mecanizate ,ca ridicatoare hidraulice sau dispozitive de ridicat. Bateria sau setul de baterii se vor monta pe un postament de lemn ,special confectionat , cu dimensiunile bazei egale cu ale suprafetei de asezare a setului de baterii . Inainte de confectionarea suportului ,componentele din lemn vor fi tratate prin vopsire cu vopsea antiacida sau se fierb in ulei de in.
Bateriile care se folosesc pentru stocarea energiei electrice intrun sistem electroenergetic se deosebesc de bateriile pentru pornirea motorului auto. Deosebirea consta in felul de dimensionare si modalitatea constuctiva. Pentru ca bateria auto este dimensionata sa furnizeze cutenti mari ( de ordinul sute de A) intr-o perioada scurta de timp ( 4-5 s) ,cit dureaza antrenarea electromotorului pentru pornirea motorului auto. Pentru ca bateria folosita pentru stocarea energiei electrice produsa din surse regenerabile ( soare , vint, biomasa ,etc) trebuie sa livreze curentii de valori relative mici,de ordinul 10-20 de A (functiie de puterea instantanee consumata de consumator), pe perioade lungi de timp ( ore,zile) dimensionarea se face in acest scop .Placile sunt mai subtiri decit in cazul bateriilor auto de aceeasi capacitate .In schimb ,ciclurile de incarcare descarcare la care trebuie sa reziste aceste baterii este de ordinul sutelor sau chiar miilor. [13] Invertoarele cu sistemul de încărcare a bateriilorInvertorul este componenta din sistem care transforma curentul continuu produs de generatorul electric in curent alternativ ,curent cu care se alimenteaza de obicei consumatorii de acest gen.El se monteaza de regula in casa ,intr-un loc ferit, aerisit si ventilat. Recomandari de montare ;
De o parte si alta a invertorului sa se lase minimul 15 cm liber pentru a putea absorbi aer rece pentru vetilatie si pentru al putea evacua fara obstacole dupa ce se incalzeste in interiorul carcasei convertorului ;
Lungimea legaturilor electrice este recomandat sa nu fie mai mare de 1,5 m intre invertor si bornele bateriei si de minimul de 1,5 m intre invertor si primul consumator (cel mai apropiat de invertor ).
Un invertor in functie de puterea nominala are si greutate diferita ; monterea se va face fie manual fie folosind dispozitive speciale de manevrat . Prinderea carcasei invertorului se face in pozitia indicata de producator cu cele 4 suruburi care se gasesc in chitul de montaj.
Invertoarele mai simple și mai ieftine sunt cu undă de formă dreptunghiulară. Pentru alimentarea aparatelor care nu conțin motoare electrice, pretențiile nu sunt foarte mari. Dar motoarele electrice (ale frigiderului, mașinii de spălat, ale pompelor de recirculare a agentului termic, etc.) necesită invertoare cu undă sinusoidală, mai scumpe.
Invertoarele performante indeplinesc unele cerinte :
Forma tensiuni altrnative ,la iesirea din invertor este sinusoidala ; distorsiunile acceptate ale armonicilor de grad superior sa fie sub 3% din valoarea amplitudini armonici de baza;
Marimea amplitudini armonicilor de ordin superior este mica sau chia nula ; astfel ,forma undei tensiuni este sinusoidala ;
Perturbatiile introduse in aparatura de receptie ,alimentata de invertor ( radio , tv) sunt mici sau chiar nule ;
Au eficienta mare ,peste 92% ;
Indicarea modului de operare si a starii sunt facute cu LED-uri;
Sunt prevazute cu indicator sau alarma pentru << tensiune minima pe baterie>>;
Este posibila selectarea valori tensiuni si a frecventei de iesire ;
Este posibila controlul si comenzi digitale ,inclusiv urmarirea pe ecran,monitor.[13]
Această componentă împreună cu microcomputerul care asigură funcționarea optimă a instalației constituie "inima și creierul" instalației. Aici se monitorizează modul de funcționare al instalației și parametri acesteia. Este o piesă destul de scumpă a instalației (1.000-3.000 euro) și e bine să fie de foarte bună calitate fiindcă de ea depinde viața celorlalte componente ale sistemului. Invertoarele de bună calitate se pot lega între ele prin intermediul unui modem specializat, care să asigure sincronizarea lor corectă. Se pot obține astfel puteri instalate de până la 30 kW, cu o baterie de invertoare în paralel. Invertoarele asigură protecția automată la suprasarcină și au și funcția de comutare automată între rețeaua electrică națională și sistemul propriu al casei. Ele protejează aparatura din casă de șocurile de curent posibile din rețeaua națională și asigură funcționarea continuă a instalațiilor electrice vitale ale casei.[2]
Reguli de montaj obligatorii a invertorului ;
Locul de montaj al invertorului trbuie sa fie bine ventilat ,racoros dar temperatura sa nu coboare sub 0 ͦͦC,loc uscat,ferit de praf ,ploaie,ninsoare,inghet; sa nu se depoziteze in apropiere materiale inflamabile sau materiale care pot genera producerea de gaze ,deci trebuie sa fie montat cit mai departe de depozitul de combustibil si de generatorul diesel;
Perntru ca in perioada de incarcare a bateriilor se poate degaja hidrogen si oxigen este bine ca invertorul sa nu fie montat deasupra locului de montare a bateriilor ;astfel se reduce riscul de producere a unei explozii;
Sa nu se umble cu foc, sau flacara deschisa ,sa nu se fumeze in zona din apropierea invertorului si bateriilor;
Sa se lege la priza de impamintare carcasa invertorului pentru evitarea electrocutari si aparitiei supratensiunilor, legatura intre priza de impamintare si carcasa invertorului trebuie sa fie cit mai scurta cu sectiunea mimima de 16 mm patrati ;
Lungimea conductoarelor de legatura intre barele (borna) bateriei si invertor trebuie sa fie cit mai scurta posibil ,cu sectiunea care sa evite caderi de tensiune mai marii de 3%.
Cablarea între Combiner și panoul de comutație (invertor/controler)
Între combiner și controler sau panoul de comutație al SCAP există, de obicei, o distanță apreciabilă și conform reglementărilor NEC conductoarele trebuie să fie cele listate cu protecție la ultraviolete tabelul 13 și trebuie să fie trase în conducte electrice. Se pot utiliza, de asemenea, cabluri de tip USE – 2, USE 2/ RHW – 2 sau THHN. Dacă notarea cablului se face cu 2 grupe de litere atunci cablul are proprietățile de la ambele tipuri notate [16].
Cablarea între BA și INV Conform specificațiilor NEC această cablare se face cu un singur conductor izolat și un conductor electric pentru protecție mecanică, conductoarele uzuale utilizate sunt: #1/0 ÷ #4/0 (53 ÷ 107 mm2) [16] de obicei de tip: RHW și THW atât în variantă rigidă cât și flexibilă. Conductoarele electrice utilizate pot fi rigide
3.1.5 Cablarea sistemului aerogenerator
Modelarea întregului sistem de turbină eoliană echipată cu generator cu inducție cu dublă alimentare presupune modelarea individuală a componentelor acestuia: generatorul, sistemul de transmisie, rotorul turbinei, convertorul de putere și frecvență, sistemul de control automat și în plus viteza vântului și rețeaua electrică .
Modelul aerodinamic prezentat în lucrare demonstrează faptul că eficiența turbinei este puternic influențată de variația unghiului de înclinație a palelor. Variații mici a unghiului de înclinație a palelor produc efecte majore asupra puterii turbine
Configurația tipică a unui generator cu inducție cu dublă alimentare este prezentată în figura 3.4. Statorul este conectat direct la rețea, ceea ce se traduce prin faptul că acesta lucrează sincron cu frecvența rețelei, iar rotorul este conectat la rețea prin intermediul unui convertor de putere „back-to-back”, curentul prin rotor fiind reglat prin variația cuplului electromagnetic și excitația mașinii.
Fig 3.12 Turbina eoliană echipată cu generator de tip DFIG [15]
Cablarea SAE presupune efectuarea legăturii electrice de la generatorul eolian, aflat pe un pilon de o anumită înălțime și la o anumită distanță de consumator, la echipamentul electronic de control SCAP. Astfel, o importanță deosebită în cablare o constituie atât înălțimea stâlpului turbinei eoliene cât și distanța față de SCAP. Cele 2 distanțe însumate vor da lungimea totală a cablului (fig. 4.19.). Cu cât distanța este mai mare cu atâta vor fi necesare cabluri de secțiune și lungimi mai mari, deci mai scumpe.
Fig. 3.13 Exemplificare privind lungimea totală a cablului pentru SAE[20]
În plus, dacă se utilizează cabluri subterane pentru distanțe de sute de metri costurile pot fi prohibitive. Ca regulă generală este de evitat folosirea cablurilor subterane la distanțe peste 100 m și a celor aeriene la distanțe mai mari de 200m [16]. În general, furnizorul / constructorul de AE dă cataloage pentru fiecare tip de AE în parte care, de obicei, conțin atât modul de cablare cât și distanțele admisibile pentru anumite secțiuni ale conductoarelor de exemplu: pentru AE Bergley XL 1 secțiunile recomandate de cabluri în funcție de distanța la care se poziționează (lungimea plus înălțimea turnului) sunt, tabelul din anexa
În acest moment sunt obținute toate datele specifice proiectarării SH de alimentare cu EE a unui consumator izolat și se poate trece la implementarea acestuia. Convertorul de putere joacă un rol important, reglajul său influențând comportamentul generatorului atât în regim normal de funcționare cât și în regim de defect. El este alcătuit din convertorul de pe partea generatorului RSC, ce asigură reglajul de putere activă și reactivă și convertorul de pe partea rețelei GSC, ce menține constantă tensiunea pe puntea de curent continuu și reglează fluxul de putere reactivă cu rețeaua.[10]
Pe durata unui scurtcircuit în rețeaua de alimentare, turbinele eoliene prevăzute cu generator de tip DFIG trebuie să facă față unei mari provocări impuse de codurile stricte de rețea, și anume fenomenului de trecere prin defect, așa numit-ul Fault Ride Through (FRT) iar acest lucru implică măsuri specifice de control și protecție, cum ar fi: circuit de protecție pasiv amplasat pe rotor, circuit de protecție activ amplasat pe rotor, circuit dc-chopper sau circuit de protecție amplasat pe stator.
3.2 STABILIREA ETAPELOR DE PROIECTARE TEORETICE PENTRU UN SISTEM SOLAR-EOLIAN-DIESEL.
Energia electrica produsă de un Sistem Hibrid depinde, în mare măsură, de variația în timp a resurselor regenerabile (eoliene și/sau solare în cazul nostru). Un sistem hibrid de succes este un sistem la care corelarea între cele două energii (produse și cerute) se face cât mai apropiat, fără a se forța limitele componentelor sale, astfel în cât, pe termen lung, să se mențină un grad ridicat de fiabilitate și disponibilitate de energie electrica a sistemului.
Pentru proiectarea unui SH de producere a EE se propune, în această lucrare, un model matematic derivat din experiența acumulată de SANDIA Laboratories, aparținând de compania Lokeed Martin din SUA și care furnizează soluții tehnologice de top în diferite domenii, printre care și cel energetic [16].
1) Evaluarea sarcinii [16]
Pentru fiecare consumator din inventarul gospodăriei se vor calcula:
Puterea necesară:
[W]
În care:
Bcons = Număr de bucăți din inventarul consumatorului (bec, radio, tv, frigider etc.) [bucăți];
Iabs = Curentul absorbit de fiecare componentă a consumatorului [A];
UnC = Tensiunea nominală a consumatorului [V];
Sarcina zilnică în Ah pentru fiecare componentă:
[Ah/zi]
unde:
Pnec = Puterea necesară [W];
Cuz = Ciclul de utilizare zilnică pentru fiecare componentă a consumatorului [h/zi] = numărul de ore în care componenta din cadrul consumatorului (bec, radio, tv, frigider etc.) va fi utilizată în fiecare zi (formatul este zecimal, adică 1oră și 15 minute se va scrie 1,25);
Cuz = Ciclul de utilizare săptămânală pentru fiecare componentă a consumatorului [h/săpt] = numărul de ore în care componenta din cadrul consumatorului (bec, radio, tv, frigider etc.) va fi utilizată în fiecare săptămână;
∆Pconv = Factorul de pierderi în convertoare – în mod normal se va trece randamentul invertorului luat din cartea tehnică, dar dacă nu se dispune de aceste date se vor trece următoarele valori implicite: pentru convertor c.c./c.c.= 0,9 iar pentru invertor c.c./c.a. = 0,85;
UnSH = Tensiunea nominală de c.c. a SH [V].
Puterea totală a consumatorului:
Ptot = Σ Pnec [W]
Reprezintă suma tuturor puterilor necesare calculate pentru fiecare consumator din inventarul gospodăriei.
Sarcina totală pe care SH trebuie să o acopere:
Stot = Σ SAh [Ah/zi]
Reprezintă suma tuturor sarcinilor în Ah calculate pentru fiecare consumator din inventarul gospodăriei.Calculul sarcinii se face atât în c.c. (dacă există) cât și în c.a. ținând seama de pierderile în cabluri (∆Pcabl) și de eficiența bateriei de acumulatori (ηBA). Pierderile în cabluri și în aparatajul de comutație pot varia între 0,95 – 0,99, ideal ar fi ca acestea să nu depășească 3%, adică să fie mai mari de 0,97. Ca și valoare implicită se recomandă pentru pierderi în cabluri în cazul sistemelor hibride 0,98. Factorul de eficiență a bateriei de acumulatori se ia din cartea tehnică a BA, presupunând tensiune de lucru constantă. Dacă nu se dispune de aceste date se consideră valoarea implicită de 0,9. Astfel:
Pentru sarcina de c.c. și c.a. curentul maxim calculat este:
Icalc = (Stot c.c.[W] + Stot c.a.[W]) / UNsh[V] [A]
Sarcina maximă corectată este:
Scorectat = Stot[Ah/zi] / ∆Pcabl / ηBA [Ah/zi]
2) Preliminarea Bateriei de Acumulatori și Sistemul Fotovoltaic
În această etapă se face un calcul preliminar pe baza căruia se va alege tipul BA și panourilor fotovoltaice, aceste date trecându-se în tabele informative (exemplu Tabelul 4.4 si tabelul 4.6) .[16]
Curentul de proiect:
IPr = Scorectat[Ah/zi] / Nhi/zi[h/zi] [A] unde:
Nhi/zi = Numărul mediu de ore cu insolație de 1000w/m2 [ore/zi]; Seconsideră că: 1kWh/m2 = 316,96BTU/ft2 = 3,6 W/m2
Capacitatea cerută a BA:
CBA = Scorectat[Ah/zi] x ZS / Dmax /KToBA [Ah] unde :
ZS = Numărul zilelor de stocare, reprezentând numărul zilelor consecutive în care este necesară utilizarea exclusiv a energiei stocate în baterii, RR fiind cu totul indisponibilă; Dmax = Descărcarea maximă admisibilă a BA.
În cazul SH se utilizează BA cu ciclu adânc de descărcare, dacă nu se dispune de cartea tehnică a bateriei se iau următoarele valori implicite, (tabelul 4.3.):
KToBA = Factorul de influență a temperaturii asupra BA, reprezintă un coeficient de corecție care ține seama de scăderea capacității BA o dată cu scăderea temperaturii (atunci când este foarte rece).
De obicei, acest coeficient se trece în cartea tehnică a BA. Pentru BA Pb – Acid capacitatea scade aproximativ cu 1% la fiecare 1o C sub minus 20oC, iar ca valoare implicită se ia 0,9.
Numărul de BA în paralel:
NBA|| = CBA[Ah] / CBaselect[Ah] [buc] unde :
CBAselect = Capacitatea BA selectate din catalog pentru SH; datele BA se trec într-un table informativ de tipul celui din tabelul 4.4:
Tabelul 3.1 Datele de interes pentru BA selectată din catalog
Numărul de BA în serie va fi:
NBAserie = UnSH[V] / UNba[V]
Numărul total de BA necesare acoperirii sarcinii va fi:
NBAtot = NBAserie x NBA||
Capacitatea obținută a BA:
Kobt = NBA|| x CBaselect[Ah] [Ah]
Capacitatea totală utilizabilă:
Ktot ut = Kobt[ah] / Dmax [Ah]
Curentul debitat de sistemul fotovoltaic
ISFV = IPr / KToFV [A] unde:
KToFV = Factorul de influență a temperaturii asupra SFV, reprezintă un coeficient de corecție care ține seama de diferența curentului obținut din panoul FV fața de curentul de catalog, datorită degradării în timp, acumulării de praf și în general datorită condițiilor de operare; dacă nu se dispune de cartea tehnică a panoului fotovoltaic, se iau următoarele valori implicite, tabelul 4.5:
Tabelul 3.2 Valori implicite pentru CToFV în funcție de tipul modulului FV
Datele SFV se trec într-un tabel informativ de tipul celui de mai jos.
Tabelul 3.3 Datele de interes pentru din catalog
3) Predeterminarea sistemului hibrid
În această fază se calculează un indicator al SH numit rata SFV/ sarcină în funcție de care proiectul va fi de SH sau sistem pur fotovoltaic. Astfel se calculează:
Sarcina zilnică:
Sziln = Scorectat[Ah/zi] x UnSH[V] [Wh/zi]
Sarcina anuală în kWh :
San = (Sziln[Wh/zi] x 365) /1000 = Sziln[Wh/zi] x 0,365 [kWh/an]
Puterea calculată a SFV:
PSFV[W] = ISFV[A] x UNsh[V] [W]
Rata SFV/sarcină:
RSFV/S = PSFV[W] / Sziln[W] [-]
Pe baza acestui calcul și a graficului de tipul celui reprezentat în fig. 4.5. se decide astfel: dacă pentru consumatorul ales valorile se află deasupra ariei de demarcație (cu negru) este necesar de proiectat un SH, iar dacă valorile se află sub zona respectivă este suficient un sistem pur fotovoltaic sau pur eolian (dacă RR este foarte bună), iar dacă aceste valori cad în interiorul ariei de demarcație decizia se va lua în funcție de costurile totale nete precum și de bugetul disponibil.
Fig. 3.14 Graficul indicator pentru sistemul ce urmează a fi proiectat (exemplu) [16]
4) Dimensionarea efectivă a sistemului hibrid
Dacă în urma graficului din figura 4.5 rezultă necesitatea unui SH, se trece la calculul efectiv al sistemului.
a) Elemente preliminare privind BATERIEI DE ACUMULATORI:
Capacitatea totală a BA necesare sistemului hibrid:
CBASH = Scorectat[Ah/zi] x ZS[zile] / Dmax / KToBA [Ah]
Timpul de descărcare a BA:
TdBA = CBASH[Ah] / Icalc[A] [h]
Curentul maxim de descărcare al BA:
Imax d = CBASH[Ah] / TîBA[h] [A] unde :
TîBA = Timpul de încărcare al BA se ia ca valoare implicită de 5 ore; Se face observația că dacă TdBA ≤ 5 ore acest lucru duce de obicei la distrugerea foarte rapidă a acumulatorilor, în acest caz este recomandabil a se mări numărul zilelor de stocare ZS și refacerea calculului.
5) Dimensionarea GRUPULUI DIESEL:
Puterea nominală de încărcare a GD:
PnîGD = Imax î[A] x UNsh[V] [W]
Puterea GD:
PGD = PnîGD[W] / Eî / Kalt [W] unde :
Kalt = Coeficientul de influență al altitudinii asupra puterii motorului: se știe că puterea motoarelor cu combustie internă scade o dată cu creșterea altitudinii datorită rarefierii aerului. În cazul GD aceasta se reflectă în scăderea EE produse. Dacă nu există disponibilă nici o informație se iau următoarele valori implicite: 3% pentru motoare pe motorină, gazolină și propan și 5% pentru motoare pe gaz natural/GPL la fiecare creștere cu 1000ft = 304m în altitudine ; de exemplu, un GD pe motorină aflat la o altitudine de 300m peste nivelul mării are un Calt = 0,97 (3%), iar la 1000m se poate considera Kalt = 0,91 (9%).[16]
Rata SFV/sarcină: acest indicator defalcă puterea produsă de către SFV și de către GD utilizând un grafic (fig. 4.6.). Forma curbei se modifică în funcție de caracteristica climaterică a locului de amplasare a SH. Astfel, pentru o climă cu perioade lungi de vreme aspră panta curbei va scădea ușor, indicând un sistem fotovoltaic mai mic pentru o rată SFV/sarcină dată.
Fig. 3.15 Defalcarea sarcinii acoperite de SFV și GD [16]
Calculul puterii necesare GD pentru acoperirea sarcinii:
PnecGD = PGD + Ptot [W]
Alegerea GD din catalog se face astfel încât :
PGDcatalog ≥ PnecGD
În acest moment se cunoaște tipul și puterea GD necesar SH.
Se mai calculează:
Energia anuală furnizată de GD (teoretică de calcul):
EGD = (1 – SFV) x San[kWh] [kWh] unde :
SFV = sarcina acoperită de sistemul fotovoltaic, în procente ( în calcule se trec valorile sub formă zecimală);
San = sarcina anuală calculată cu relația ;
Numărul de ore de funcționare teoretică a GD :
NfctGD = EGD[kWh] x 1000 / PnîGD[kW] [h]
Numărul de intervenții de tip service pe an (se rotunjește la număr întreg):
Nr.service = NfctGD / ISU [-] unde :
ISU = Intervalul de schimb de ulei, care reprezintă numărul de ore de funcționare a GD între două schimburi de ulei.
Dacă nu sunt disponibile date de catalog se pot lua valorile implicite din tabelul 4.7. :
6) Dimensionarea subsistemului fotovoltaic (SFV):
Puterea SFV:
PSFV = RSFV/S x Sziln [W]
Numărul de module FV în paralel:
NFV|| = PSFV/ UnSFV /InSFV unde :
UnFV = Tensiunea nominală a modulului fotovoltaic ales din catalog [V];
InSFV = Curentul nominal al modulului fotovoltaic ales din catalog [A].
Numărul de module FV în serie:
NFVserie = UnSH / UnFV
Numărul total de module fotovoltaice necesare:
NFV nec = NFV|| x NFvserie
În acest moment se cunoaște numărul de module fotovoltaice în serie, în paralel precum și numărul total de module fotovoltaice care vor intra în alcătuirea SH.
7) Definitivarea SSE cu BA:
Numărul de BA în paralel:
NBA|| = CBASH / CBaselect unde : CBAselect = capacitatea BA selectată din catalog [Ah];
Numărul de BA în serie:
NBAserie = UnSH / UnBA
Numărul total de BA necesare SH:
NBA nec = NBA|| x NBaserie
În acest moment se cunoaște numărul total de BA necesare SH precum și dispunerea lor serie și paralel.
Se mai calculează:
Capacitatea totală a BA din cadrul sistemului hibrid:
CtotSH = NBA|| x CBaselect[Ah] [Ah]
Capacitatea efectiv utilizabilă totală:
Kef.ut = KtotSH x Dmax.adm [Ah] unde :
Dmax.adm = Descărcarea maximă admisibilă a BA, luată din datele de catalog;
8) Dimensionarea controlerului din SCAP:
Curentul nominal al controlerului trebuie să fie mai mare decât curentul de scurtcircuit al SFV:
IscSFV = NFV|| x IscPFV [A]
9) Dimensionarea invertorului:
Invertoarele SH de alimentare cu EE a consumatorilor izolați trebuie să îndeplinească două condiții de bază [153]:
1. Puterea în funcționare continuă a invertorului trebuie să fie mai mare sau egală cu suma puterilor absorbite de către toți consumatorii pe care SH îi alimentează;
Pinv ˃ Σ Pnec [W]
2. Puterea maximă a invertorului trebuie să fie mai mare decât puterea la curentul de pornire maxim al consumatorilor pe care SH îi alimentează (Pmaxp).
Pinv ˃ Pmaxp [W]
10) Dimensionarea încărcătorului pentru BA:
Dimensionarea încărcătorului se face ținând seama de
Tensiunea nominală a SH (c.c.);
Curentul maxim de încărcare admisibil pentru BA.
11) Dimensionarea SAE:
Dimensionarea SAE se face în funcție de:
Potențialul eolian al zonei în care sistemul hibrid va fi amplasat;
Datele tehnice de catalog ale SAE disponibile;
Sarcina zilnică necesară la CEEI exprimată în [kWh]
Pt inceput estimam doar energia electrică posibila de produs din energie eoliană. Calculul producerii de energie electrică dintr-o turbină eoliană pentru o anumită zonă geografică este foarte greoi de estimat cu exactitate. Totuși se poate face un calcul estimativ în funcție de diametrul rotorului și de viteza medie a energiei vântului din zona unde se doreste amplasarea generatorului eolian.
Viteza medie a energiei se determină experimental cu ajutorul anemometrelor cu sumator electric și a unui soft specializat, durata măsurătorilor este de minim 2 ani, rezultând un șir de date de tipul celor prezentate in tabelului 4.6.
Tabelul 3.4 Măsurarea vitezei vântului cu anemometru cu sumator electric.
Viteza teoretica a vintului se determina cu relatia :
Iar pentru un an de zile folosim relatia :
Știind viteza medie energetică se poate face un calcul estimativ de energie electrică posibil de produs lunar utilizând relația:
unde :
D rot = diametrul rotorului turbinei eoliene.
= viteza medie energetică.
Conform formulei de mai sus se poate calcula pentru o lună energia produsă utilizând tabelul 3.5
Tabelul 3.5 Energia electrică posibil de produs de turbina eoliană într-o lună
Etapa de simulare și analiza economică
Pentru parcurgerea acestei etape se recomandă utilizarea de programe software specializate, cele mai utilizate fiind HOMER și RETScreen®.[16]
CAPITOLUL IV : CALUCULUL DE PROIECTAREA A SISTEMULUI HIBRID SOLAR-EOLIAN-DIESEL PENTRU ELECTRIFICAREA UNUI CONSUMATOR IZOLAT –STUDIU DE CAZ
Se doreste realizarea a unui SHESD pentru un consumator rezidențial de tip casa de locuit ce se regaseste in judetul Bihor , localitatea Beznea de tipul celei care se regaseste la Anexa 1.
Caracteristicile resursei solare si eoliene in amplasament
Consumatorul are urmatoarele caracteristici ale resursei regenerabile:
Numărul de ore de insolație cu iradianța solară 1000W/m2=3
Resursa eoliană: viteza medie a vântului 3,5m/s
4.6 Necesarul de energie electrica in amplasament
Consumatorul are următoarea componență a sarcinii:
Tabelul 4.1. Componența sarcinii
Tensiunea nominală se consideră 220V c.a. iar pentru SH se consideră 48V c.c. ca fiind tensiunea optimă în c.c.
Proiectarea SH urmează etapele de la Capitolul III astfel:
4.7 Evaluarea sarcinii
Puterea necesara pentru fiecare consummator.
= x x [W]
=17×0,041×230=160,31
=1×0,8x 230=184
=1x3x230=690
=2x6x230=2760
=5×0,4×230=460
=3×0,113x 230 =77,97
Sarcina zilnica pt fiecare component.
= x x : : []
= 160,31 x 8 x 7/7 : 0,8 :48 =33,39
= 184 x 10 x 7/7 : 0,8 : 48 = 47,91
= 690 x 0,5 x 7/7 : 0,8 : 48 = 8,98
=2760 x 1 x x1/7 : 0,8 :48 = 10,26
= 460 x 10 x 7/7 : 0,8 : 48 = 119,79
=77,97 x 6 x 7/7 : 0,8 : 48 = 12,18
Puterea totala a consumatorului:
= [W]
=
Sarcina totala pe care SH trebuie sa o acopere :
= Ʃ [Ah/zi]
=231,51
Pt sarcina de cc si ca curentul maxim calculate este:
= +/ [A]
= 0 + 4332,28 : 48 = 90,25
Sarcina maxima corectata este :
= / /
= 232: 0,98 :0,9 =263,31
Preliminarea bateriei de acumulatori :
Curentul de proiect:
= / [A]
=263,31 : 2 = 131,65
Capacitatea ceruta a bateriei:
= x ZS / / [Ah]
= 263,31 x 2 : 0,8 : 0,9 = 725,86
Numarul de baterii in parallel:
= /
=725,86 : 249 = 2,9 se va lua (3)
Numarul de baterii in serie :
= /
= 48 / 12 = 4
Numarul total de baterii necesare acoperirii sarcini va fi :
= x
= 4 x 3 =12
Capacitatea obtinuta a bateriei:
= x [Ah]
= 3 x 725,86 = 2117,58
Capacitatea totala utilizabila :
=/ [Ah]
= 2117,58 : 0,8 = 2721,97
Curentul debitat de sistemul fotovoltaic :
= / [A]
= 131,65 / 0,9 = 146,28
Sa luat = 0,9 corespunzator modul FV – cristalin.
4.8 Calculul de proiectare al sistemului hibrid
Sarcina zilnica :
= x [Wh /zi]
= 263,31 x 48 = 12638,88
Sarcina anuala in kWh :
= ( x 365 ) /1000 = 4613,19
Puterea calculata a SFV :
= x [W]
= 146,28 x 48 = 7021,44
Rata SFV / sarcina :
= / [-]
= 7012,44 : 12638,88 = 0,55
Fig 4.1 Graficul indicator pentru sistemul ce urmeaza a fi proiectat [16]
4.9 Dimensionarea efectiva a sistemului hybrid
Elemente preliminare privind bateria de acumulatori (BA) .
Capacitatea totala a bateria de acumulatori necesare sistemului hybrid :
= x / / [Ah]
= 263,31 x 2 : 0,8 : 0,9 = 731,41
Timpul de descarcare a bateriei de acumulatori :
= / [h]
= 731,41 : 90,25 = 8,10
Curentul maxim de descarcare a bateriei de acumulator:
= / [A] unde = 5 h
= 731,41 : 5 =146,28
Dimensionarea generatorului diesel (GD).
Puterea nominala de incarcare a grupului diesel :
= x [W]
= 731,41 X 48 = 35107,68
Puterea grupului diesel:
= / / [W]
unde = coeficientul de influenta a altitudinii iar in cazul nostru = 0,91 corespunzator altitudini de 1000 m .
= 35107,68 : 146,28 : 0,91 = 263,73
Fig. 4.2 Defalcarea sarcinii acoperite de SFV și GD [16]
Calculul puterii necesare a grupului diesel pentru acoperirea sarcini :
= + [W]
= 263,73 + =4596,01
Alegerea grupului generator din catalog se face astfel incit :
Energia anuala furnizata de grupul diesel (teoretica):
= (1- ) x [kWh]
= (1- 0,81 ) x 4613,19 =876,50
Numarul de ore de functionare a grupului diesel ( teoretic):
= x 1000 / [h]
= 876,50 x 1000 : 35107,68 =24,96
Numarul de interventii tip service pe an :
= / ISU [-] ( unde ISU este intervalul de schimb de ulei )
=24 : 400 =0,06
Dimensionarea sistemului fotovoltaic (SFV) :
Puterea subsistemului fotovoltaic :
= x [W]
= 0,55 x 12638,88 = 3286,10
Numarul de module fotovoltaice in paralel :
= / /
=3286,10 : 32,1 : 7,71=13,2 ( se va lua 14)
Numarul de module fotovoltaice in serie :
= /
= 48 : 32,1 = 1,49 (se va lua 2)
Numarul total de celule fotovoltaice necesar :
= x
= 14 x 2 = 28
Definitivarea subsistemului electric (SSE) cu baterii de acumuatorii (BA)
Numarul de baterii de acumulatorii in paralel :
= /
= 731,41 : 249 =2,93 ( se va lua 3)
Numarul de baterii in serie :
= /
= 48 : 12 = 4
Numarul de baterii necesar pentru sistemul hibrid :
= x
= 3 x 4 = 12
Capacitatea totala a bateriilor de acumulator din cadrul sistemului hibrid :
= x [Ah]
= 3 x 249 = 498
Capacitatea efectiv utilizabila totala :
= x [Ah]
= 5443,95 x 0,8 = 4355,16
Dimensionarea controlerului sin SCAP:
= x [A]
= 18 X 8,2 =147,6
Sa ales controlerul fabricat de COLEMAN AIR – model CLASIC C150-SMA cu datele tehnice din Anexa 8
Dimensionarea invertorului :
> Ʃ [W]
>
>
> 4332
Sa ales un invertor model Yk-PSW 24500 E cu = 5Kwa > cu datele tehnice din Anexa 7.
Dimensionarea incarcatorului pentru bateriile de acumulatorii :
= 48 V
= 131,65
Sa ales un incarcator BlueSolar MPPT 150/70 – 70 Amperi cu datele de catalog de la Anexa 9 la pretul de 820$
Dimensionarea sistemului aerogenerator (SAE) :
Ca si sistem aerogenerator sa optat pentru un generator Whisper 200 generator care se preteaza la viteze medii a vintului de 6m/s care are diametrul rotorului de 2,7 m si produce 158 kWh /luna la o viteza a vintului de 5,4 m/s.Datele tehnice se regasesc in Anexa 2.
4.5 Calculul investiției inițiale
Investiția inițială constă în totalitatea cheltuielilor necesare pentru componentele sistemul hibrid, sintetizate în tabelul de mai jos.
Tabelul 4.2. Total investiție inițială
CAPITOLUL V : CONCLUZII
CAPITOLUL VI : BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL VII : ANEXE
Anexa 1 Tipul casei de locuit (P+M) si schita casei:
Anexa 2 Generatorul eolian whisper 200:
Tabelul 7.1 Specificatii tehnice a generatorului eolian
Anexa 3 Panoul fotovoltaic ales pentru aplicatie:
Tabelul 7.2 Specificatii tehnice a panourilor fotovoltaice
Anexa 5 Generator diesel ales AGT 6901 DSEA Generator :
Producator: Agt Model: 6901 DSEA
Tabelul 7.3 Specificatii tehnice a generatorului diesel
Anexa 6 Datele tehnice ale acumulatorilor alesi :.
Tabelul 7.4 Specificatii tehnice a bateriei de acumulatori
Anexa 7 Caracteristicile tehnice ale invertorului ales:
Anexa 8 Datele tehnice ale controlerului ales:
Anexa 9 Datele tehnice ale incarcatorului ales:
Fig.7.1.Amplasarea generala a sistemului hibrid
Anexa 4 Schema monofilara a instalatiei proiectate
Tabelul 7.5 Tipuri de conductoare utilizate la cablarea SFV [16]
Tabelul 7.6 Proprietățile conductoarelor utilizate la cablarea SFV[16]
Fig. 7.4 Panou de interconexiune – Combiner [16]
Tabelul 7.7 Conversia din sistemul AWG în metric [16]
AWG – American wire gauge (Ecartamentul american a conductoarelor)
Tabelul 7.8 Conductoare utilizate pentru cablarea SFV [16]
Tabelul 7.9 Intervale de mentenanță pentru GD utilizate pentru SH [16]
Tabelul 7.10 Conductoare utilizate pentru cablarea SFV [16]
Tabelul 7.11 Lungimile maxime admisibile ale cablurilor in funcție de amperaj [16]
Tabelul 7.12 Valori implicite pentru Dmax în funcție de tipul BA[16]
Tabelul 7.13 Secțiuni minime admisibile pentru BERGLEY XL-1 [16]
CAPITOLUL VI : BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL VII : ANEXE
Anexa 1 Tipul casei de locuit (P+M) si schita casei:
Anexa 2 Generatorul eolian whisper 200:
Tabelul 7.1 Specificatii tehnice a generatorului eolian
Anexa 3 Panoul fotovoltaic ales pentru aplicatie:
Tabelul 7.2 Specificatii tehnice a panourilor fotovoltaice
Anexa 5 Generator diesel ales AGT 6901 DSEA Generator :
Producator: Agt Model: 6901 DSEA
Tabelul 7.3 Specificatii tehnice a generatorului diesel
Anexa 6 Datele tehnice ale acumulatorilor alesi :.
Tabelul 7.4 Specificatii tehnice a bateriei de acumulatori
Anexa 7 Caracteristicile tehnice ale invertorului ales:
Anexa 8 Datele tehnice ale controlerului ales:
Anexa 9 Datele tehnice ale incarcatorului ales:
Fig.7.1.Amplasarea generala a sistemului hibrid
Anexa 4 Schema monofilara a instalatiei proiectate
Tabelul 7.5 Tipuri de conductoare utilizate la cablarea SFV [16]
Tabelul 7.6 Proprietățile conductoarelor utilizate la cablarea SFV[16]
Fig. 7.4 Panou de interconexiune – Combiner [16]
Tabelul 7.7 Conversia din sistemul AWG în metric [16]
AWG – American wire gauge (Ecartamentul american a conductoarelor)
Tabelul 7.8 Conductoare utilizate pentru cablarea SFV [16]
Tabelul 7.9 Intervale de mentenanță pentru GD utilizate pentru SH [16]
Tabelul 7.10 Conductoare utilizate pentru cablarea SFV [16]
Tabelul 7.11 Lungimile maxime admisibile ale cablurilor in funcție de amperaj [16]
Tabelul 7.12 Valori implicite pentru Dmax în funcție de tipul BA[16]
Tabelul 7.13 Secțiuni minime admisibile pentru BERGLEY XL-1 [16]
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiectarea Unui Sistem Hibrid Solar Eolian Diesel Pentru Alimentarea cu Energie Electrica a Unui Consumator Rezidential Izolat (ID: 163257)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.