Fig. 1.1. Harta solară a României pentru înclinare optimă a modulelor fotovoltaice [6] Conversia energiei solare în energie fotoelectrică [3] Fig…. [311469]

CUPRINS

LISTA FIGURILOR

Fig. 1.1. Harta solară a României pentru înclinare optimă a modulelor fotovoltaice [6]

Conversia energiei solare în energie fotoelectrică [3]

Fig. 1.2. Conversia energiei solare în energie fotoelectrică [3]

Harta solară a României pentru înclinare optimă a modulelor fotovoltaice [6]

Fig. 1.3. Harta solară a României pentru înclinare optimă a modulelor fotovoltaice [6]

Fig.1.4.Distribuția spectrală a intensității radiației solare (W/m2/nm)

Fig. 2.1. Celula fotovoltaică

Fig. 2.2. Caracteristicile celulei fotovoltaice

Fig. 2.3. Panouri fotovoltaice

Fig. 2.4. Descrierea unui panou fotovoltaic

Fig. 2.5. Unghiul de înclinare a captatorilor solari față de orizont

Fig. 2.6. Unghiul azimutului (orientarea față de direcția Sud)

Fig. 2.7. Influența combinată a unghiului de înclinare și a [anonimizat] a energiei solare disponibile

Fig. 2.8. Pierderi care apar la conversia energiei solare în energie termică

Fig. 2.9. Element de fixare pe acoperiș

Fig.2.10. Baterie cu ciclu adanc

Fig.2.11. Modul de funcționare a unui încărcător solar

Fig.2.12.Modul de conectare a unui invertor

Fig. 2.13. Producerea energiei electrice prin conversie fotovoltaică

Fig.2.14. Convertor unidirecțional pentru sisteme fotovoltaice

Fig.2.15. Convertizor bidirecțional de încărcare și descărcare a acumulatorului

Fig.2.16. Egalizator de putere

Fig.2.17. Schema electrică a convertorului

Fig. 2.18. Circuite echivalente pentru convertor în stările pornit și oprit

Fig.2.19.Deconectoare de rețea

Fig. 3.1. Instalația de alimentare cu energie electrică a casei de vacanță

Fig. 3.2. Sistem Geografic de Informare PV (SGIPV) – în zona orașului Reșița

Fig.3.3. Reprezentări grafice ale iradierii solare lunare în zona Reșița

Fig.3.4. Schiță de orizont cu calea soarelui pentru solstițiul de iarnă și de vară

Fig.3.5.Schița casei de vacanță

Fig.4.1.Configurator sistem fotovoltaic

Fig. 4.2.Configurator sistem folovoltaic selectare consumator masina de spalat

Fig.4.3. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator boiler electric

Fig 4.4. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator tablet/telefon

Fig.4.5 Configurator sistem folovoltaic selectare consumator cuptor cu microunde

Fig.4.6. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator televiyor Led A++

Fig.4.7. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator calculator

Fig.4.8. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator sistem audio

Fig.4.9. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator veioză

Fig.4.10. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator pompă sumersibilă

Fig.4.11. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator frigider A+

Fig.4.12. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator bec led

Fig.4.13.Tipul de sistem fotovoltaic

Fig.4.14.Selectarea tipului de sistem fotovoltaic

Fig.4.15. Kit solar fotovoltaic

Fig4.16.Sistem solar fotovoltaic

Fig.4.17.Panouri fotovoltaice

Fig.4.18.Baterie

Fig.4.19.Invertor

Fig.4.20.Caracteristici Invertor

LISTA TABELELOR

Tab. 1.1. Componența spectrală a constantei solare

Tab. 2.1. Performanțele diferitelor tipuri de celule fotovoltaice

Tab. 2.2. Specificatiile tehnice ale încărcătorului solar

Tab. 2.3. Specificatiile tehnice ale invertorului

Tab. 3.1. Estimările iradierii solare lunare în zona Reșița

Tab.3.2. Centralizarea necesarului pentru dimensionarea instalatiei fotovoltaice a [anonimizat]enirea se confruntă cu o criza energetică majoră, având ca rezultat reconsiderarea surselor primare de energie în special a celei solare ca fiind posibilă și rentabilă. Energia solară are o serie de calități remarcabile fiind o formă de energie primară gratuită care se găsește în cantități nelimitate. Aceasta are și o serie de dezavantaje, fiind influențată de condițiile meteorologice și de amplasare geografică care nu pot fi modificate. Utilizarea energiei solare prin intermediul celulelor fotovoltaice este folosită pentru obținerea directă a energiei electrice.

Principalul obiectiv al acestei lucrări l-a constituit cercetarea sistemelor care utilizează surse regenerabile de producere a energiei electrice cu panouri fotovoltaice, pentru o casă de vacanță. S-a urmărit să se stabilească soluțiile optime, minimizând consumul de energie primară, în condițiile asigurării necesarului de energie. S-a conceput și studiat în principal sisteme care să folosească o eficiență maximă a procesului de conversie fotovoltaică a energiei.

Proiectul și-a propus de asemenea să promoveze soluții optime ale instalațiilor care utilizează energia solară ca sursă regenerabilă de energie.

Obiectivele realizate în această lucrare sunt următoarele:

noțiuni privind energia solară;

prezentarea instalației fotovoltaice;

dimensionarea instalației fotovoltaice a casei de vacanță;

d. alegerea instalației fotovoltaice pentru casa de vacanță;

În această abordare, lucrarea este structurată pe 4 capitole, concluzii generale și bibliografie.

Primul capitol este reprezentat de introducerea în cadrul general al importanței conversiei energiei fotovoltaice pentru obținerea directă a energiei electrice, și a obiectivelor realizate prin intermediul acestei lucrări.

În capitolul 2 se prezint instalația fotovoltaică referitor la elementele componente ale unei instalații fotovoltaice .

Capitolul 3 prezintă câteva aspecte ale alegerea instalației fotovoltaice pentru casa de vacanță dimensionării instalației fotovoltaice a casei de vacanță , în cadrul căruia intră prezentarea casei de vacanță și dimensionarea instalațiilor de iluminat și priză.

Capitolul 4 al lucrării reprezintă alegerea instalației fotovoltaice pentru casa de vacanță. În acest capitol se prezintă configurarea sistemului fotovoltaic pentru asigurarea energiei electrice a unei case de vacanță.

În încheiere sunt prezentate concluzii generale care se desprind din această lucrare.

Bibliografia conține 15 referințe.

Capitolul 1. Noțiuni privind energia solară

1.1. Generalități.

Energia solară reprezintă o potențială sursă de energie, utilizată fie pentru înlocuirea definitivă a unor surse convenționale de energie, cum ar fi: carbune, petrol, gaze naturale etc, fie utilizarea ei ca alternativă la utilizarea convențională a surselor de energie, mai ales în timpul verii, doua folosindu-se în momentul de față cea mai răspândită utilizare din întreaga lume. Poate cel mai evident avantaj, în vederea utilizării acestuia, pe care este, acela de a nu produce poluarea mediului înconjurător, deci este o sursă de energie curată;

Un alt avantaj al energiei solare este faptul că sursa de energie pe care se bazează întreaga tehnologie este gratuită. Utilizarea energiei solare apare din timpurile istoriei ca prezentă în viața oamenilor sub diferite forme: armă, curiozitate, folosință efectivă, astfel că în secolul al III-lea î.H., matematicianul grec Arhimede (287 – 212 î.H.) a apărat cetatea Siracuza Sicilia) de atacuri, cu ajutorul unor oglinziuriașe care orientează fasciculele de lumină focalizate spre navele inamice, incendiind-le.

În 1767 apare și termenul de energie termo-solar, când omul de știință elevețian Horace de Saussure a inventat "cutia fierbinte", în realitate celălalt colector solare și în 1830astrologul Sir John Hershel utilizează "cutia fierbinte" pentru a găsi în timpul unei expediții în sudul Africii în anul 1891 când sunt patentați primul sistem comercial de încălzire a apei de către ClarenceKemp.

Dintre toate sursele de energie care intră în categoria surselor ecologice și regenerabile cum ar fi: energia eoliană, energia geotermală, energiamareelor; energia solară se remarcă prin instalațiile simple și cu costuri reduse ale acestora la nivelurile de temperatură de aproximativ 100 ° C, temperaturile utilizate pentru încălzirea apei cu peste 40 grade peste temperatura mediului, instalațiile utilizate la încălzirea apei menajere sau a clădirilor. Deaceea, este deosebit de atractivă ideea utilizării energiei solare în scopul creșterii locuințelor și se pare că aceasta va fi una dintre cele mai mari dimensiuni de utilizare a energiei solare în următorul secol. Tehnologia de construcții pentru instalațiile de încălzire a clădirilor este un lucru bun în multe țări precum Japonia, S.U.A., Australia, Israel, Rusia, Franța, Canada și Germania.

Potențialul de utilizare a energiei solare în Romania, este relativ important, așa cum se observă în figura 1.1, care reprezintă harta ale radiației solare globale. Există zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge până la 1450…1600kWh/m2/an, în zona Litoralului Mării Negre și Dobrogea ca și în majoritatea zonelor sudice. În majoritatea regiunilor țării, fluxul energetic solar anual, depășește 1250…1350kWh/m2/an.

Fig. 1.1. Harta intesității radiației solare în Europa și România

Capacitatea maximă pentru extragerea puterii pentru panouri fotovoltaice este realizată prin metode dinamice și statice. În metodele dinamice punctul de putere maximă (MPP) este atins prin urmărirea mișcării soarelui. Această premisă nu este potrivită în cazul conversiei fotovoltaice cu module de capacitate mică și medie din motivul energiei consumate și a costului mare. Metoda statică [11], folosită pentru modulele de mică capacitate, depistează punctul de putere maximă utilizând convertore de putere cu frecvențe înalte prin intermediul cărora se ajustează în mod continuu punctul de funcționare maxim.

Literatura de specialitate descrie câteva modalități de urmărire a punctului de putere maximă pentru un modul fotovoltaic. Metoda cea mai utilizată în abordările de stabilire a punctului de putere maximă este metoda “perturbă și observă” (P&O). Această metodă modifică în continuu nivelul de operare a panoului solar prin observarea efectelor la puterea emisă de panoul solar și mărirea respectiv scăderea tensiunii de funcționare a panoului fotovoltaic [11]. Metoda are la bază minimizarea erorilor dintre tensiunea dată de panoul fotovoltaic și o tensiune de referință variabilă sau fixă [13].

1.2. Categorii de surse de energie regenerabila

Sursele regenerabile de energie pot fi grupate în cinci categorii: solare, eoliene, acvatice, geotermale și biomasa.

Categoria ,,surse acvatice” cuprinde energia obținută din râuri și oceane. Toate aceste surse de energie, afară de cele geotermale, există datorită energiei Soarelui. Biomasa se compune din substanțe vegetale, care au absorbit o parte din energia solară în urma fotosintezei. Râurile se alimentează din ploi, acestea din urmă apar din cauza evaporărilor produse la suprafața oceanelor și a lacurilor, sub influența căldurii solare. Vântul se formează în urma încălzirii neuni forme a suprafeței Pământului de către Soare. Energia geotermală este energia căldurii subterane.

1.3. Moduri de generare a energiei solare

Există două moduri de generare a energiei solare, una este conversia lumină – căldură – electricitate, cealaltă este convertirea optică – electrică direct, astfel:

Metoda de conversie a energiei termice și electrice prin utilizarea radiației solare generate de energia termică – se efectuează de obicei prin colectorul solar, va absorbi căldura în agentul frigorific frigorific și apoi va conduce generarea de energie a turbinei. Ultimul proces este procesul de transfer de căldură în lumină; ultimul proces este procesul de conversie de la căldură la electricitate, așa cum este cazul producerii energiei termice obișnuite. Dezavantajul producerii energiei termice solare este că eficiența este scăzută și costul este ridicat, stația de alimentare de 5 până la 10 ori o centrală termică solară de 1000MW trebuie să

investească 20-25 miliarde de dolari SUA, o investiție medie de 1kW de 2.000 -2.500 dolari americani. Prin urmare, în prezent, numai aplicarea la scară mică la ocazii speciale și utilizarea pe scară largă în economie este foarte rentabilă, nu poate concura cu centrale termice obișnuite sau cu centrale nucleare.

Metoda de conversie directă prin lumină în electrică – este utilizarea efectului fotoelectric, radiația solară poate fi transformată direct în energie electrică, conversia optică – electrică a dispozitivului de bază este celula solare. Celulele solare sunt un dispozitiv care transformă energia solară direct în energie electrică datorită efectului fotovoltaic. Este o fotodiodă semiconductoare. Când soarele strălucește pe fotodiodă, fotodioda transformă energia solară în energie electrică.

1.4. Tipuri de conversie a energiei solare

Transformarea directă a energiei radiante solare în energie electrică are loc prin intermediul unor fenomene care se produc în structura cristalină a unor corpuri solide, ca urmare a absorbției fotonilor care compun radiația incidentă.

Aceste fenomene constituie efectul fotoelectric, care poate fi clasificat astfel:

efectul fotoelectric extern – se manifestă la unele metale și constă în extragerea de electroni de conducție din metalul expus radiației solare;

efectul fotoelectric intern – constă în generarea de purtători de sarcină liberi (electroni și goluri) în interiorul unor materiale semiconductoare.

Pentru producerea unor cantități semnificative de energie electrică prezintă interes numai efectul fotoelectric intern. Dispozitivele realizate pentru utilizarea acestui fenomen se numesc celulesolare (fotoelectrice, fotovoltaice).

Conversia fotovoltaică reprezintă transformarea directă a radiației solare în energie electrică prin intermediul celulelor solare[2].

Helio-electricitatea se referă la conversia directă a energiei solare în energie electrică. Pentru aceasta, se utilizează module fotoelectrice compuse din celule solare sau fotoelemente [3].

Fig. 1.2. Conversia energiei solare în energie fotoelectrică [3]

Producția de energie fotoelectrică depinde de expunerea la Soare a locației și de temperatură, deci de amplasare geografică, de anotimp și de ora zilei: producția are un maxim la amiază (ora solară), cu cer senin. Valoarea maximă înregistrată în acest moment are valoarea de aproximativ 1000 W/m² (valoare de referință) [4].

1.5. Distribuția spectrală a luminii solare. Iradierea solară

Radiația solară este influențată de modificarea permanentă a următorilor parametrii importanți [5]: înălțimea soarelui pe cer (unghiul pe care îl formează direcția razelor soarelui cu planul orizontal), unghiul de înclinare a axei Pământului, modificarea distanței Pământ – Soare (aproximativ 149 milioane km pe o traiectorie eliptică, ușor excentrică.), latitudinea geografică.

Fig. 1.3. Harta solară a României pentru înclinare optimă a modulelor fotovoltaice [6]

În figura 1.3. se poate observa ca cea mai bună zonă pentru instalații solare este situată în partea de sud a României, cu o radiație cuprinsă între 1450 si 1750 kwh/m2 an [5].

Distribuția spectrală a radiației solare se exprimă prin intensitatea radiației, Iλ, în funcție de lungimea de undă. Mărimea Iλ (W/m2·μ) se poate exprima prin relația:

(1.1)

în care:

c – este viteza luminii, iar w(λ) – reprezintă energia înmagazinată în unitatea de volum a spațiului prin care se propagă unda electromagnetică, corespunzătoare lungimii de undă λ.

Distribuția spectrală a radiației solare este reprezentată grafic în figura 1.4., unde intensitatea maximă a radiației se regăsește în domeniul vizibil, pentru λ = 480 nm (culoarea albastră). În același timp se poate observa cum intensitatea radiației solare este mai scăzută la nivelul mării (zona marcată cu verde) decât la intrarea în atmosfera terestră (suprafața marcată cu albastru), ca urmare a proceselor de absorbție și reflexie ce au loc în urma trecerii prin atmosferă.

Intensitatea radiației solare (W/m2/nm)

Intensitatea radiației la intrarea în atmosferă

5775 K, Distribuția spectrală specifică unui corp negru

Intensitatea radiației la nivelul mării

Benzi de absorbție a radiației

Lungimea de undă (nm)

Fig. 1.4. Distribuția spectrală a intensității radiației solare (W/m2/nm)

Suprafața cuprinsă între curba distribuției spectrale și axa absciselor reprezintă, numeric, mărimea constantei solare, ce poate fi determinată cu relația:

(1.2)

Ponderea domeniilor de lungimi de undă din spectrul solar în formarea constantei solare, este dată în tabelul 1.1.

Tab. 1.1. Componența spectrală a constantei solare

Semnificațiile celor două caracteristici ale radiației solare sunt importante în ceea ce privește procedeele de conversie ale acesteia.

Din analiza distribuției spectrale a radiației solare (figura 1.4) se constată că intensitatea maximă a radiației se regăsește în domeniul vizibil, radiația luminoasă fiind, astfel, singurul tip de radiație ce poate fi utilizat în procesul de conversie fotoelectrică. În același timp pentru conversia termică a radiației solare este de dorit o valoarea cât mai ridicată, pe o perioadă de timp cât mai îndelungată, a constantei solare.

1.6. Concluzii

Utilizarea energiei solare oferă o serie de avantaje, ca resursă inepuizabilă, nepoluantă și disponibilă practic pe suprafețe foarte întinse ale globului terestru. Cu toate acestea, extinderea valorificării energiei solare întâmpină unele dificultăți, datorită nebulozității intermitente (schimbarea anotimpului și alternanța zi/noapte), oscolații în intensitatea acestei surse, dificultăți în captarea și stocarea energiei solare.

Capitolul 2. Prezentarea instalației fotovoltaice

2.1. Generalitați

Instalatiile Fotovoltaicele au fost descoperite de fizicianul francez Edmond Becquerel în anul 1830. El a făcut niște experimente cu ceea ce este cunoscut sub numele de "baterii umede" și a aflat că de tensiunea pe plăcile sale a crescut atunci când acestea au fost expuse la lumina soarelui. Deși descoperirea lui nu a fost inovatoare în domeniul fotovoltaic, acesta a pus bazele moderne pentru fotografie. O descoperire în domeniul fotovoltaic nu a venit până in anul 1950, atunci când materiale semiconductoare au devenit un domeniu popular de interes pentru ingineria electrică [1].

Generarea energiei electrice prin efectul fotovoltaic este o tehnologie destul de nouă. Prețurile pe kW au scăzut puternic în ultimii 5 ani, dar sunt totuși semnificativ mai mari decât cele ale energiei rezultate din combustibili convenționali. Uniunea Europeană deține o treime (puterea instalata fiind de aproximativ 100MWp) din energia fotovoltaică generată și folosită la nivel mondial. Industria europeană și-a consolidat poziția în domeniul încorporării panourilor solare în clădiri. Europa este de asemenea prima în ceea ce privește nivelul de dezvoltare a energiei fotovoltaice în țările în curs de dezvoltare.

2.2. Elementele componente ale unei instalați fotovoltaice

2.2.1 Celula fotovoltaică

2.2.1.1. Definiție

Celula fotovoltaică – reprezintă un dispozitiv electronic, realizat din materiale semiconductoare, care generează perechi de electroni și goluri libere prin absorbția luminii, purtătorii de sarcină fiind separați spațial datorită unei bariere de potențial formată de discontinuitățile interne care antrenează electronii în sens opus golurilor. Prin separarea purtătorilor de sarcină rezultă o tensiune la bornele celulei și un curent printr-o rezistență de sarcină, astfel încât celula fotoelectrică funcționează ca un generator electric (a se vedea figura 2.1.) [2].

Fig. 2.1. Celula fotovoltaică

Cantitatea de radiații care ajunge pe pământ este, variabilă, depinzând atât de variațiile regulate cauzate de mișcarea aparentă a Soarelui (zile și ani) cât și de variații aleatoare determinate de compoziția generală a atmosferei precum și de condițiile climatice (prezența norilor) [2].

Ecuația caracteristicii curent-tensiune a unei celule fotovoltaice este [2]:

(1.3)

unde:

– intensitatea curentului de saturație, [A];

– tensiunea termică corespunzătoare temperaturii de funcționare a joncțiunii ;

e – sarcina electronului, [C];

– constanta lui Boltzmann;

T – temperatura absolută, ;

U – tensiunea fotoelectrică (care se stabilește la bornele celulei, polarizând-o în sens direct) [V].

Randamentul unei celule fotovoltaice se determină ca raportul dintre puterea generată de celulă la ieșire la o temperatură specificată și puterea radiației solare [2].

(1.4)

unde:

S – aria suprafeței celulei sau modulului, [m2];

E – radiația globală incidentă pe suprafața celulei sau modulului, [W/m2].

Caracteristicile celulei fotovoltaice [2] pentru diferite valori ale radiației solare sunt prezentate în figura 2.2.

a) variația radiației solare b) variația temperaturii

Fig. 2.2. Caracteristicile celulei fotovoltaice

2.2.1.2 Clasificarea celulelor fotovoltaice

În funcție de natura cristalină a materialului semiconductor utilizat la fabricare, se disting trei tipuri de celule fotovoltaice:

monocristaline;

policristaline;

amorfe.

Monocristalele – se obțin sub formă de baghetă sau vergea, prin turnarea siliciului pur. Aceste baghete se taie ulterior în plăci foarte subțiri care se utilizează la fabricația celulelor fotovoltaice. Acest proces tehnologic asigură cel mai ridicat nivel de eficiență a conversiei fotoelectrice, dar este și cel mai costisitor.

Policristalele – se obțin în urma unui proces de producție mai puțin ieftin, constând din turnarea siliciului lichid în blocuri, care ulterior sunt tăiate în plăci subțiri. În procesul de solidificare, se formează cristale de diferite dimensiuni și forme, iar la marginea acestor cristale apar și unele defecte de structură. Ca urmare a acestor defecte, celulele fotovoltaice fabricate prin această metodă sunt mai puțin eficiente.

Structura amorfă – se ob ține prin depunerea unui film extrem de subțire de siliciu pe o suprafață de sticlă, sau pe un substrat realizat dintr-un alt material. În acest caz, solidificarea atomilor nu se realizează într-o structură cristalină ci sub forma unei rețele atomice cu dispunere neregulată, denumită structură amorfă. În această rețea atomică apar și numeroase defecte, care diminuează performanțele electrice ale materialului. Grosimea stratului amorf de siliciu, obținut prin această metodă este mai mică de1µm. Pentru comparație grosimea unui fir de păr uman este de 50…100µm. Costurile de fabricație ale silicului amorf sunt foarte reduse, datortă cantității extrem de reduse de material utilizat, dar eficiența celulelor fotovoltaice care utilizează siliciu amorf este mult mai redusă decât a celor care utilizează structuri cristaline de material. Datorită costului redus, celulele fotovoltaice cu siliciu amorf se utilizează preponderent la fabricarea echipamentelor cu putere redusă, cum sunt ceasurile sau, calculatoare de buzunar.

În tabelul alăturat sunt prezentate performanțele celor trei tipuri de celule fotovoltaice din punct de vedere al conversiei energiei radiației solare în energie electrică.

Tab. 2.1 Performanțele diferitelor tipuri de celule fotovoltaice

2.2.2.Panourile fotovoltaice

2.2.2.1. Generalitați

Panourile fotovoltaice furnizează energie electrică de la lumina soarelui. Ele sunt de obicei realizate din felii de siliciu numite celule, sticlă, un suport polimer, și de rama de aluminiu.

Panourile fotovoltaice pot varia în tip, dimensiune, formă, și culoare. În cele mai multe cazuri, "dimensiunea" unui modul fotovoltaic se referă la puterea nominală a panoului sau potențialul de generare de electricitate.

Panourile fotovoltaice au diferite nivele de tensiune. În general cele cu 12 sau 24 de volți, sunt preferate pentru ieșirea sistemelor de rețea cu baterii. Alte panouri solare vin în tensiuni nominale mai puțin comune, cum ar fi 18, 42, și chiar și 60 volți. Aceste module sunt de obicei folosite în aplicații rețea-legată pentru a se adapta la rețeaua-invertoare conectată. Panourile fotovoltaice pot fi utilizate singure sau combinate în rețele de cabluri.

2.2.2.2. Constructia unui panou fotovoltaic

Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici, cum ar fi tensiunea de mers în gol, sau curentul de scurtcircuit.

Tensiunea de ieșire a unei singure celule solare cristaline este în jur de 0,5V la un curent direct proporțional cu suprafața celulei (aproximativ 7A la o suprafața de aproximativ 39 cm2). De obicei, în fiecare panou solar, sunt înseriate între 30 – 36 de celule (plus la minus), pentru a obține o tensiune nominală de ieșire de 12V (17V tensiune de vârf). Panourile solare pot fi conectate în serie sau în paralel, obținându-se astfel matrici solare.

Fig. 2.3. Panouri fotovoltaice

Pentru a îndeplini condițiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se asamblează în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce asigură:

protecție transparentă împotriva radiațiilor și intemperiilor

legături electrice robuste

protecția celulelor solare rigide de acțiuni mecanice

protecția celulelor solare și a legăturilor electrice de umiditate

asigurarea unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

protecția împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

posibilitatea manipulării și montării ușoare

Fig. 2.4. Descrierea unui panou fotovoltaic

Se cunosc diferite variante de construcție a modelelor existente de panouri solare. În continuare descriem construcția modelului cel mai răspândit în momentul de față:

un ecran protector (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) pe fața expusă la soare

un strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în care se fixează celulele solare

celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor

caserarea feței posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la intemperii ( fluorura de poliviniliden sau tedlar ) și poliester

priză de conectare prevăzută cu diodă de protecție, respectiv diodă de scurtcircuitare și racord

ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare și montare, pentru fixare și rigidizarea legăturii

2.2.2.3. Pozițiionarea panourilor fotovoltaice

Transformarea, sau conversia energiei solare în energie termică, este realizată în captatori solari, având funcționarea bazată pe diverse principii constructive.

Indiferent de tipul captatorilor solari, pentru ca randamentul conversiei energiei solare în energie termică să fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor spre Soare, să fie cât mai corectă.

Poziția captatorilor solari este definită prin două unghiuri și anume, unghiul de înclinare față de orizontală, prezentat în figura 2.5 și notat cu α, respectiv unghiul azimutului, reprezentând orientarea față de direcția sudului, prezentat în figura 2.6.

Fig. 2.5. Unghiul de înclinare a captatorilor solari față de orizontală

Fig. 2.6. Unghiul azimutului (orientarea față de direcția Sud)

Figura 2.7. prezintă într-un mod sintetic, influența combinată a celor doi parametrii care definesc orientarea captatorilor solari, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile. Diagrama a fost trasată pentru Germania, dar concluziile care se pot obține cu ajutorul acesteia pot fi extrapolate pentru majoritatea țărilor din Europa, inclusiv pentru România.

Fig. 2.7. Influența combinată a unghiului de înclinare și a unghiului azimutului, asupra gradului de captare a energiei solare disponibile

Analizând figura 2.7, se observă că unghiul de înclinare optim, care permite captarea optimă a radiației solare, este de cca. 15…55°, iar abaterea de la direcția Sud, poate să se situeze între ±40° fără a fi afectată capacitatea de captare a energiei solare. Pentru unghiuri de înclinare de 5…65°, radiația solară poate fi recuperată în proporție de 90…95%. Valorile prea reduse ale unghiului de înclinare nu sunt recomandate deoarece favorizează murdărirea suprafeței captatorilor, ceea ce atrage după sine înrăutăț irea performan țelor optice ale captatorilor. Pentru abateri de la direcția Sud, de ±60°, la anumite valori ale unghiului de înclinare, se poate recupera de asemenea 90…95% din radiația solară. Chiar și colectorii montați vertical, cu o abatere de până la ±20° față de direcția Sud, pot recupera 80% din radiația solară, ceea ce sugerează posibilitatea montării acestora pe fațadele clădirilor. Pe exemplul din diagramă se observă că în cazul unui unghi de înclinare de 30° și a unei abateri de la direcția Sud de 45°, care corespunde direcției SV, gradul de captare a radiației solare este de 95%.

Ca o consecință a celor menționate, se poate spune că orientarea captatorilor solari față de orizontală și față de Sud, nu este o problemă atât de sensibilă, cum ar putea să pară la prima vedere.

A – radiația difuză;

B – radiația directă;

C – convecție datorată vântului, ploilor și zăpezii;

D – pierderi prin convecție;

E – pierderi prin conducție;

F – radiația suprafeței absorbante;

G – radiația panoului din sticlă;

H – fluxul termic util;

K – radiație reflectată

Fig. 2.8. Pierderi care apar la conversia energiei solare în energie termică

Mult mai importantă, din punct de vedere a capacității de captare a energiei solare, este tehnologia utilizată pentru o construcția colectorilor solari, deoarece în mod inevitabil, conversia energiei solare în energie termică se realizează cu unele pierderi, acestea fiind evidențiate în figura 2.8.

Evoluțiile tehnologice ale colectorilor solari, de la captatorul plan reprezentat în figură, până la cele mai moderne construcții existente la ora actuală, au avut ca scop creșterea capacității de absorbție a radiației solare și reducerea într-o proporție cât mai mare a diverselor tipuri de pierderi.

2.2.2.4. Sisteme de montaj

Montarea sistemelor de panouri solare include dispozitive de aplicare permanentă a matricei fie pe un acoperiș, un pol, sau la sol. Aceste sisteme sunt de obicei făcute din aluminiu și sunt selectate pe baza modelului specific și numărul de module în matrice, precum și de configurația dorită. Panouri solare funcționează cel mai bine la temperaturi mai scăzute, iar montarea corecta a modulelor permite răcirea fluxului de aer din jurul lor. Pentru toate locațiile, vântul de încărcare este un factor de instalare, și este extrem de important pentru proiectare.

Fig. 2.9. Elemente de fixare pe acoperiș

2.2.3. Bateri de stocare a energiei electrice

Baterii de stocarea a energiei electrice pentru sisteme de energie regenerabilă vin în mai multe nivele de tensiuni, dar cele mai frecvente sunt cele de 6 și de 12 volți. Cele mai utilizate tipuri de baterii în sistemele regenerabile sunt:

Baterii acide cu plumb;

Baterii sigilate cu absorbție de sticlă;

Baterii cu electrolit stabilizat (sigilate cu celule in gel).

Fig. 2.10. Baterie cu ciclu adânc

Bateriile acide cu plumb sunt cele mai rentabile. Ele necesită întreținere, care implică controlul tensiunii, și adăugând ocazional acid. În plus, bateriile pe bază de hidrogen, trebuie să fie depozitate într-o incintă ventilată. Din cauza problemelor de întreținere, unii oameni prefera baterii sigilate, care nu necesită întreținere. Din moment ce acestea sunt sigilate, ele nu au nevoie de aerisirea gazelor.

Bateriile sigilate cu absorbție de sticlă costă mai mult și sunt mai sensibile la supraîncărcare decât cele acide cu plumb.

Bateriile sigilate cu celule in gel sunt similare cu absorbție de sticlă în car acestea sunt, de asemenea sigilate și, prin urmare, nu necesită întreținere, dar tind să fie cele mai scumpe dintre cele trei tipuri existente.

Durata de viață utilă pentru toate tipurile de baterii se măsoară, nu în unități de timp ci direct in numărul de cicluri de încărcare posibile: bateriile mai au scurgeri de fiecare dată când sunt utilizate, deci se obțin mai puține cicluri de încărcare. Bateriile sigilate nu tind să dureze atât timp cât bateriile acide. Bine întreținute bateriile acide pot avea o durata de funcționare de zece ani, iar bateriile sigilate au durata de aproape cinci ani.

2.2.4. Încărcătorul solar

Încărcătorul solar se montează în circuitul sistemului solar, între panoul solar fotovoltaic și baterie. Încărcătorul solar asigură o încărcare eficientă a bateriei, pe care o și protejează împotriva descărcării profunde și scurtcircuitelor, protejând în acelasi timp și panoul solar împotriva unui eventual scurtcircuit.

Încărcarea bateriei este realizată prin metoda PWM (Pulse Width Modulation), Modulare a Duratei de Impuls. Bateria este încărcată folosind un tren continuu de impulsuri de curent electric, impulsuri a căror durată este modificată automat de încărcator în funcție de gradul de încărcare a bateriei.

Pe lângă stabilizarea perfectă PWM, cu compensare termică integrată, controller-ul oferă funcții deosebite de afișare, programare și siguranță. Starea de încărcare a bateriei este afișată sub forma unui grafic cu bare. Starea de sarcină este de asemenea afișată : suprasarcină, scurtcircuit. Funcția de protecție împotriva descărcării profunde poate fi setată în 3 moduri diferite : controlat de tensiune, controlat SOC sau adaptiv (logica fuzzy).

Modul de funcționare a unui încărcător solar este exemplificat prin figura de mai jos.

Fig. 2.11. Modul de funcționare a unui încărcător solar

Caracteristici:

încarcator multi-pas cu inchidere automata (3 pasi)

led indicator de stare

protecție la scurtcircuit

protecție la inversarea polarității

protecție la suprasarcină

ventilator cu control automat al turației

În tabelul 2.2 sunt prezentate specificațiile tehnice încărcătorului solar:

Tab. 2.2. Specificatiile tehnice ale încărcătorului solar

2.2.5. Invertorul de tensiune

Invertorul este utilizat într-un sistem solar pentru a obține o tensiune utilă de 230 V, folosind ca sursă de alimentare bateria, încărcată în prealabil de panoul solar, prin intermediul încarcătorului solar. Tensiunea de 12 V a bateriei este convertită în 230 V de către acest aparat. Printre facilitațile pe care le pot avea invertoarele se numară:

protecție la scurtcircuit pe intrare și ieșire, protecție la suprasarcină și supraîncălzire

protecție la supravoltare și subvoltare, afișarea puterii consumate și a tensiunii bateriei. Invertoarele au ca și caracteristică principală puterea nominală, care reprezintă consumul maxim admis la ieșirea de 230 V forma undei de ieșire.

Există invertoare cu undă sinusoidală pură sau cu undă sinusoidală modificată. Invertoarele cu undă sinusoidală modificată sunt mai accesibile ca preț, dar nu se pretează la echipamente electrice sau electronice care folosesc motoare alimentate direct la 230 V, pentru care se utilizează invertoare cu unda sinusoidală pură. Modul de conectare al unui invertor într-un sistem solar este exemplificat prin figura urmatoare.

Fig. 2.12. Modul de conectare a unui invertor

În tabelul 2.3 sunt prezentate specificațiile tehnice ale invertorului.

Tab. 2.3. Specificatiile tehnice ale invertorului

2.2.6. Echipamentele electronice. Modelarea convertorului

Energia electrică generată de fotovoltaice, este produsă direct, cu ajutorul celulelor semiconductoare de siliciu, prin intermediul energiei radiației solare. Optimizarea conversiei energetice este asigurată de convertoarele statice de putere.

În figura 2.13. este reprezentată schema bloc pentru o astfel de modalitate de conversie a energiei [10].

Fig. 2.13. Producerea energiei electrice prin conversie fotovoltaică

Pentru panouri fotovoltaice tensiunea de ieșire este de 100 V, aceasta fiind variabilă în funcție de sarcina celulei respectiv în funcție de poziția soarelui. Rezultă că tensiunea trebuie să fie amplificată prin intermediul unui invertor-transformator conform figurii 2.13, până în jurul valorii de 800 V. Stocarea energiei se face prin mai multe metode, în cazul figurii 2.14 folosindu-se baterii Pb-acid care, din motive economice și tehnice sunt alese la tensiunea de 120 V. Conectarea modulului fotovoltaic la rețea se face cu ajutorul unui sistem bidirecțional prin care se asigură un ciclu optim al încărcării și al descărcării bateriei [12].

Fig. 2.14. Convertor unidirecțional pentru sisteme fotovoltaice

Fig. 2.15. Convertizor bidirecțional de încărcare și descărcare a acumulatorului

Fig. 2.16. Egalizator de putere

Din motivul că sarcinile pe părțile de -800 V respectiv +800 V, ale sistemului, pot sa fie diferite, aceasta având consecințe defavorabile pentru funcționarea sistemului, se utilizează un egalizator de putere. În figura 2.14., este prezentat un astfel de circuit, realizat dintr-un transformator de izolare care transferă sarcina între sisteme și două invertoare monofazate cu tranzistoare IGBT. Aceste invertoare sunt proiectate pentru a funcționa la frecvența de 50 kHz, asigurând un gabarit redus al sistemului [12].

Fig. 2.17. Schema electrică a convertorului

În figura 2.17. este reprezentat circuitul electric al unui convertor. Prin varierea ciclului D, comutatorul este utilizat pentru modularea transferului de energie de la sursă către sarcină. Relația de legătură dintre tensiunea de ieșire și de intrare a convertorului de energie este dată de ecuația 1.5:

(1.5)

Dependența dintre starea activă și câștigul de tensiune a convertorului, nu este liniară. Câștigul de tensiune, scade respectiv crește prin descreșterea respectiv creșterea stării active a convertorului. Astfel, crescând sau scăzând starea activă a convertorului rezultă deplasarea punctului de funcționare a panoului solar, pe caracteristica curent-tensiune, către dreapta sau către stânga.

Circuitul echivalent a convertorului în stările pornit și oprit ale comutatorului este prezentat în figura 2.17.

stare pornit

b) stare oprit

Fig. 2.18. Circuite echivalente pentru convertor în stările pornit și oprit

Starea pornit este exprimată de relațiile 1.6:

(1.6)

Starea oprit este exprimată de relațiile 1.7:

(1.7)

Dacă se presupune că acest convertor funcționează în regimul conducție continuă, modelul uzual este exprimat prin ecuațiile următoare:

(1.8)

2.2.7. Deconectoare de rețea

Deconectoare de rețea de curent continuu și alternativ ale unui sistem fotovoltaic sunt întrerupătoare manuale care sunt capabile de tăiere a puterii la și din invertor. Unele invertoare au deconectoare de rețea cu întrerupătoare integrate în structura lor. Alte sisteme utilizează un panou de putere integrat care să sprijine invertorul sau invertoarele asociate acestora pentru deconectare într-o anumită ordine. În alte cazuri, va trebui să cumpere separat deconectoare de rețea corespunzătoare, pentru a lucra cu un invertor.

Deconectoarele de rețea sunt utilizate de personalul de serviciu sau de persoane autorizate (pompieri/poliție/lucrători din domeniul electric) pentru a opri de puterea surselor de energie regenerabilă de a ajunge la invertor. (Nu uitați că în cele mai multe invertoare există condensatori care pot deține o tensiune mortală de până la câteva minute după oprirea curentului.

Consultați manualul invertorului pentru timpii de acces în condiții de siguranță). Deconectarea împiedică curentul produs de la a merge dincolo de punctul de deconectare de la o rețea de energie electrică sau de la componentele deteriorate. Proprietarii de case sau personalul autorizat poate folosi deconectarea pentru deenergizarea unui sistem de întreținere sau de service.

Fig. 2.19. Deconectoare de rețea

2.2.8. Alte componente

Cabluri, conectori, conducte și alte componente din această categorie includ tot ceea ce ai nevoie pentru a conecta toate echipamentele împreună în condiții de siguranță. Ca și în majoritatea tehnologiilor de specialitate, există mai multe părți și instrumente implicate în instalarea corectă a unui sistem fotovoltaic eficient și în siguranță. Este responsabilitatea instalatorului de a avea o cunoaștere aprofundată a acestora, a normelor și reglementărilor referitoare la instalațiile electrice solare (NEC Secțiunea 690).

Obținerea cunoștințelor necesare pentru proiectarea și instalarea unui sistem eficient nu doar asigură că sistemul fotovoltaic va satisface nevoile în mod eficient, dar, de asemenea, ține casa în condiții de siguranță și ajută la promovarea acceptării energiei regenerabile ca sursă de energie principală.

2.3. Concluzii

Energia solară ne face independenți de sursele convenționale de energie, care sunt într-o continuă scădere și ale căror prețuri sunt într-o continuă creștere. În România ne bucurăm de o intensitate a radiaților solare pe m2 cu 50 % mai mică decât cea existentă în deșertul Sahara. Sistemul de conversie solară prezentat în context are avantajul de a proteja și mediul natural existent sub panourile solare deoarece prin rotația sa permite creșterea plantelor sub acesta întreținerea nu necesită metode speciale, se curăță ușor și este indicat ca după o perioadă de un an partea mecanică să fie curățată și unsă printre tările Europei.

România beneficiază de o insololție peste medie în perioada de vară, comparabilă cu a Greciei, țară în care tehnologia solară este puternic dezvoltată.

Capitolul 3. Dimensionarea instalației fotovoltaice a casei de vacanță

3.1. Generalități

Una din cele mai comune aplicări a energiei alternative este alimentarea cu energie electrică a unei case de vacanță, aflată într-o zonă fără acces la rețeaua publică. Pentru această aplicație se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovolatice. Folosirea lor combinată este întodeauna posibilă.

Sistemele fotovoltaice pot fi realizate in zone izolate acolo unde reteaua nationala de electricitate este la mare distanta sau costul instalarii este foarte mare. Sistemele fotovoltaice de tip magistrală de curent continuu sunt utilizate pentru puteri mici (pâna la 1-2 kilowați) în timp ce sistemele de tip magistrală de curent alternativ nu sunt limitate din privița puterii instalate.

3.2. Prezentarea casei de vacanță

Una din cele mai comune aplicări a energiei alternative este alimentarea cu energie electrică a unei case de vacanță sau cabană, aflată într-o zonă fără acces la rețeaua publică. Pentru această aplicație se poate opta pentru alimentare folosind panouri fotovolatice. Folosirea lor combinată este întodeauna posibilă.

Sistemele fotovoltaice pot fi realizate in zone izolate acolo unde reteaua nationala de electricitate este la mare distanta sau costul instalarii este foarte mare. Sistemele fotovoltaice de tip magistrală de curent continuu sunt utilizate pentru puteri mici (pâna la 1-2 kilowați) în timp ce sistemele de tip magistrală de curent alternativ nu sunt limitate din privița puterii instalate.

Fig. 3.1. Instalația de alimentare cu energie electrică a casei de vacanță

În figura 3.1 este demonstrat un sistem care produce energie electrică datorită panourilor fotovoltaice. Este important ca fiecare sistem care folosește energia alternativă, să fie proiectat într-un mod foarte riguros. De această proiectare și optimizare va depinde de eficiența și prețul lui de cost. Pentru a determina prețul de cost al unui echipament este necesar să determinăm care sunt consumatorii care vor folosii această energie și care este intervalul de timp în care ei funcționează.

3.2.1. Locația casei de vacanță

3.2.1.1. Zona geografică

Fără datele climatice, nu se poate face calculul necesarului și consumului de energie. Pentru a afla energia solară disponibilă în zona orașului Reșița se folosește aplicația online de pe site-ul http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

Fig. 3.2. Sistem Geografic de Informare PV (SGIPV) – în zona orașului Reșița

3.2.1.2. Iradierea solară lunară

Estimările medii lunare Sistem Geografic de Informare PV (SGIPV -Photovoltaic Geographical Information System) pe termen lung:

Localizare: 45 ° 19'7 "Nord, 21 ° 52'33" est, Altitudine: 210 m altitudine,

Baza de date de radiație solară folosite: PVGIS-CMSAF

Puterea nominală a sistemului fotovoltaic: 2,4 kW (siliciu)

Pierderile estimate datorate temperaturii: 8% (valoare generică pentru zonele fără informații de temperatură sau pentru modulele fotovoltaice cu o dependenta de temperatura necunoscută)

Estimarea pierderii datorate efecte de reflexie unghiulară: 2,9%

Alte pierderi (cabluri, invertoare etc.): 14,0%

Pierderi combinate ale sistemelor fotovoltaice: 23,2%

Tab. 3.1. Estimările iradierii solare lunare în zona Reșița

E d – Producția medie zilnică de energie electrică din sistemul dat (kWh) 
E m – Producția medie lunară de energie electrică din sistemul dat (kWh) 
H d – Suma zilnică medie a radiației globale pe metru pătrat primită de modulele sistemului dat (kWh / m 2 ) 
H m – Suma medie a iradierii globale pe metru pătrat primită de modulele sistemului dat (kWh / m 2 )

Fig. 3.4. Schiță de orizont cu calea soarelui pentru solstițiul de iarnă și de vară

3.2.1.3. Descrierea casei de vacanță

Casa de vacanță se compune dintr-un singur nivel avînd o suprafața de 45,5m2 care are in componența sa 4 (patru) încaperii după cum urmează in figura nr.3.5.

Fig.3.5. schița casei de vacanță

In figura 3.5 semnificația cifrelor sunt urmatoarele :

încaperea numerotată cu cifra numarul 1 are destinația de hol;

încaperea numarotată cu cifra numarul 2 are destinația de bucătarie ;

încaperea numarotată cu cifra numarul 3 are destinația de camera ;

încaperea numerotată cu cifra numarul 4 are destinația de baie ;

Aceeste încaperi au următoarele suprafete dupa cum urmează :

holul casei de vacantă are o suprafața de 9 m2;

bucataria casei de vacantă are o suprafața de 12 m2;

camera casei de vacanță are o suprafața de 15,50 m2;

baia casei de vacanță are o suprafața de 7 m2 ;

3.3 Dimensionarea instalației de iluminat a casei de vacanță .

Pentru dimensionarea instalației de iluminat a casei de vacantă se consideră că in fiecare încapere sunt necesare surse de iluminat dupa cum urmează :

Hol-ul casei de vacantă este prevăzut cu un corp de iluminat format din 3 (trei ) becuri economice avînd o putere de 20 W fiecare .

Pentru a stabili puterea sursei de iluminat din hol-ul casei de vacanță vom folosi urmatoarea formulă :

(1.9)

PCIH=3 buc. 20w

PCIH=60w

unde : PCIH – putere corp de iluminat hol

NBH – număr becuri hol

PBH -putere bec hol

Bucătăria casei de vacantă este prevazut cu un corp de iluminat format din 4 (patru ) becuri economice avand o putere de 20 W fiecare .

Pentru a stabili puterea sursei de iluminat din bucătăria casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.10)

P NIB=4buc. 20w

P NIB=80w

unde: PCIH – putere corp de iluminat bucătărie

NBH – numar becuri bucătărie

PBH -putere bec bucătărie

Camera casei de vacanță este prevazută cu un corp de iluminat format din 5 (cinci) becuri economice avand o putere de 20 W fiecare .

Pentru a stabili puterea sursei de iluminat din camera casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.11)

P CIC=5buc 20w

P CIC=100w

unde: PCIC – putere corp de iluminat cameră

NBC – numar becuri cameră

PBC -putere bec cameră

Baia casei de vacanță este prevazut cu un corp de iluminat format din 2 (doua ) becuri economice avand o putere de 20 W fiecare .

Pentru a stabili puterea sursei de iluminat din baia casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.12)

P NIB*=2 buc.20w

P NIB*=40w

unde: PNIB* – putere corp de iluminat baie

NBB* – numar becuri baie

PBB* -putere bec baie

3.4. Dimensionarea instalației de prize a casei de vacanță .

Holul casei de vacanță este prevazut cu o priză folosită pentru veioză care are o putere de 30W

P IPH= 30W

unde: PIPH -putere instalatie prize hol

Bucătăria casei de vacanță este prevazuta cu 3(trei )prize dupa cum urmează :

-priza numărul 1 este prevazută pentru cuptorul cu microunde care are o putere de 2800w

-priza numărul 2 este prevazută pentru frigider care are o putere de 65w

-priza numărul 3 este prevazută pentru cofetieră care are o putere de 850w

Pentru a stabili puterea instalației de prize din bucătăria casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.13)

PIPB=2800W+65W+850W

PIPB=3715w

unde: PIPB –putere instalație priza bucătărie

PIPB1 –putere instalație priză bucătărie nr. 1

PIPB2 –putere instalație priză bucătărie nr. 2

PIPB3 –putere instalație priză bucătărie nr. 3

Camera casei de vacanță este prevăzută cu un numar de 4 (patru )prize dupa cum urmează :

– priza numărul 1 este prevazută pentru televizor care are o putere de 40w

-priza numărul 2 este prevzută pentru calaculator care are o putere de 400w

-priza numărul 3 este prevazută pentru tablată\telefon care are o putere de 40w

-priza numărul 4 este prevazută pentru sistem audio care are o putere de 60w

Pentru a stabili puterea instalației de prize din camera casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.14)

PIPC=40W+400W+40W+60W

P IPB=540w

unde: PIPC –putere instalație priza cameră

PIPC1 –putere instalție priza camera nr. 1

PIPC2 –putere instalție priza camera nr. 2

PIPC3 –putere instalție priza camera nr. 3

PIPC4 –putere instalție priza camera nr. 4

Baia casei de vacanță este prevazută cu 2 (doua) prize dupa cum urmează :

-priza numarul 1 este prevazuta pentru masina de spălat care are o o putere de 3600W

-priza numarul 2 este prevazuta pentru boiler electric care are o putere de 2500w

Pentru a stabili puterea instalației de prize din baia casei de vacanță vom folosi urmatoarea formula :

(1.15)

P IPB*=3600W+3500W

P IPB*=7100w

unde: PIPB* –putere instalație prize baie

PIPB*1 –putere instalție priza baie nr. 1

PIPB*2 –putere instalție priza baie nr. 2

În tabelul 3.2 puterea totală a consumatorilor din casa de vacanță este de 11665 w

Tab. 3.2 Centralizarea necesarului pentru dimensionarea instalatiei fotovoltaice a casei de vacanta

3.5. Concluzii

Cererea de putere electrică pentru progresele tehnologice este foarte mare în societatea de astăzi în continuă creștere. Pentru a satisface aceste nevoi de energie se folosesc generatoare de putere, care folosesc combustibili convenționali. Odată cu folosirea combustibililor fosili apare poluarea mediului înconjurător. Aceștia emit în atmosferă gaze cu efect de seră, care conduc la încălzirea globală, având un impact negativ asupra atmosferei și a organismelor vii, cu alte cuvinte dăunează grav mediului. O modalitate foarte bună de a rezolva problema poluării mediului este folosirea celulelor fotovoltaicelor. Energia solară este o energie verde, curată, având de partea ei sprijinul multor oameni. Singurul dezavantaj al conversiei fotovoltaice în energie electrică este neîndeplinirea cerințelor de putere din punct de vedere fizic și economic, care nu sunt suficiente pentru cerințele actuale

Capitolul 4. Alegerea instalației fotovoltaice pentru casa de vacanță

4.1 Generalități

Instalatiile solare fotovoltaice sunt de doua tipuri dupa cum urmeaza

-Sistem de tip insular este folosit pentru locatii ai care nu au acces la reteaua nationala de distributie a energiei electrice . Aceste sisteme sunt de dimensiuni medii si mici avand in vedere energia produsa de catre panouri care este stocata in baterii care trece prin invertor si ajunge la consumatorii finali.

-Sistem cu conectare la reteaua nationala. In acest caz panourile fotovoltaice,în condiții de a produce produce, asigura consumul de energie electric , iar in caz negatic in care nu produc, exemplu noaptea, necesarul de energie electric este luat din retea , pana in momentul cand panourile incep din nou sa produca. Totodată mai exista si posibilitatea in care panourile solare vor produce mai multă energie decat necesar, energia este livrata în sistemul national.

4.2 Configurarea sistemului fotovoltaic

Se folosește site-ul “shop.ecosolaris.ro “[15] cu ajutorul caruia se configurează sistemul fotovoltaic si vom allege kit-ul solar fotovoltaic pe baza consumatoriilor exemplu figura 4.1 .

Fig.4.1. Configurator sistem fotovoltaic

In urma alegeri aparatelor electrocasnice si in urma dimensionarii sistemului de iluminat din capitolul 3, in acest program autorul a introdus urmatoarele date conform figurilor : 4.2; 4.3; 4.4; 4.5; 4.6; 4.7; 4.8; 4.9; 4.10; 4.11; 4.12 etc

Fig.4.2. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator masina de spalat

In figura 4.2., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit masină de spălat, la care programul indica o putere de 3600w si energia electrica de 0,72 KWh.

Fig. 4.3. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator boiler electric

In figura 4.3., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit boiler electric , la care programul indica o putere de 3500w si energia electrica de 0,7 KWh.

Fig. 4.4. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator tablet/telefon

In figura 4.4., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit , tabeletăa/telefon, la care programul indica o putere de 40w si energia electrica de 0,008 KWh.

Fig.4.5. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator cuptor cu microunde

In figura 4.5., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit cuptor cu microunde la care programul indica o putere de 2800w si energia electrica de 0,56 KWh.

Fig.4.6. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator televizor LED A++

In figura 4.6., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit Televizor (Led A++) , la care programul indica o putere de 40w si energia electrica de 0,008 KWh.

Fig.4.7. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator calculator

In figura 4.7., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit calculator , la care programul indica o putere de 400w si energia electrica de 0,08 KWh.

Fig.4.8. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator sistem audio

In figura 4.8., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit sistem audio , la care programul indica o putere de 60w si energia electrica de 0,012 KWh.

Fig.4.9. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator veioză

In figura 4.9., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit veioză, la care programul indica o putere de 30w si energia electrica de 0,006 KWh.

Fig.4.10. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator pompă sumersibilă

In figura 4.10. este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit pompă sumersibilă, consumator echivalent cu aparatul electrocasnic respectiv cafetieră prezentat in capitolul 3, la care programul indica o putere de 850w si energia electrica de 0,17 KWh.

Fig 4.11. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator frigiderA+

In figura 4.11., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit frigider , la care programul indica o putere de 65w si energia electrica de 0,013 KWh.

Fig.4.12. Configurator sistem folovoltaic selectare consumator bec led

In figura 4.12., este prezentat consumatorul care a fost selectat denumit bec led , la care programul indica o putere de 20w si energia electrica de 0,004 KWh.

Avand in vedere aceste aspecte puterea consumatorilor fiind de 11665 rezultă o energie electrica de 2325KWh.

In continuare in figura 4.13. este prezentat tipul de sisteme fotovoltaice pentru a selecta sisteme fotovoltaice OffGrid sau sisteme fotovoltaice On Grid.

Fig.4.13. Tipul de sistem fotovoltaic

Pentru casa de vacanta prezentată in capitolul 3 se aleg sisteme fotovoltaice off-grid intrucat in zona casei de vacanta nu exista acces la reteaua de energie electrica publica, conform figura4.14.

Fig. 4.14. Selectarea tipului de sistem fotovoltaic

4.3. Alegerea sistemului fotovoltaic

In urma configurarii sistemului fotovoltaic acesta indica indica un kit solar fotovoltaic avand caracteristiciile 2,5kw/24v 12,5 kwh/zi, conform figura 4.15.

Fig. 4.15. (kit solar fotovoltaic)

In figura 4.16. avem urmatoarele caracteristici despre Sistemul fotovoltaic off-grid 2500w cu stocare in baterii Trojan “deep cycle”6V 200Ah după cum urmează :

-productie medie zilnica este 12,5KW

-productie medie lunara este 375KW

-productie medie anuala este 4500KW

Sistemul contine :

– 10 bucăți panouri fotovoltaice de tip policristalin, marca  Benq, cu puterea 265W fiecare.

– Invertor  de tip hibrid MPP SOLAR PIP 2024MS

– 4 bucăți  Baterii marca Trojan T-105 6V avand capacitatea 185Ah fiecare

– Set pentru fixare PV complet pentru acoperis inclinat

– Set cablu solar 10m

Fig.4.16. (sistem solar fotovoltaic )

4.3.1  Panouri fotovoltaice

Fig.4.17. Panouri fotovoltaice

Panouriile fotovoltaice folosite se prezinta in figura 4.17. Aceste panouri fotovoltaice sunt de tip Benq 265W policristalin si au urmatoarele caracterisici :

-se compun din modul solar polististalin

-dimensiunea unui modul este de 1639 x 983 x 40 mm

– greutatea este de 18.5 kg

-eficientaeset de 16.3%

-celule solare sunt 60 buc

– putere este de 265 Wp

– tensiune nominala este de 31.2 V

– curent nominal este de 8.36 A

-tensiune circuit deschis este de 37.7V

-curent scurtcircuit este de 8.89 A

-rezistenta mecanica este de pana la 5400Pa la compresiune de sarcina

4.3.2 Bateria instalației fotovoltaice

Fig. 4.18. Baterie

Bateria folosita este prezentata in fig.4.18. Acesta baterie este marca: Trojan tipul : T-125 Plus 185A C5 si are urmatoarele caracteristici :

-tensiunea bateriei este de 6V

-capacitatea bateriei este de 185 Ah

dimensiuniile bateriei sunt lungime de 260mm, latimea de 181mm, inaltimea de 283mm

grutatea bateriei este de 28kg

4.3.3 Invertor  instalației fotovoltaice

Fig.4.19. Invertor

Invertorul folosit este prezentat in figura 4.19 , Invertorul folosit este de tip Hibrid MPP SOLAR PIP 2024MS si are urmatoarele caracteristici conform figura 4.20.

Fig. 4.20 caracteristici invertor

4.4. Concluzii

În prezent, în acest domeniu există timp și banii investiți în cercetare și în dezvoltare, și va dura foarte puțin până când energia solară va deveni o modalitate eficientă de furnizare a energiei electrice. Aceasta este o indicație pentru un viitor de succes în acest domeniu. Deși există și alte surse alternative de energie regenerabilă, celulele fotovoltaice sunt cele mai curate și mai ecologice. Astăzi se poate vedea poluarea mediului înconjurător, iar obținerea, și posibilitatea de utilizare a celulelor fotovoltaice reprezintă un pas mare în recuperarea mediului

Concluzii generale

Având în vedere avantajele integrării în casele de vacanță, din ce în ce mai multe țări văd în sistemele fotovoltaice distribuite o sursă de energie cu un potențial larg pentru viitor. Creșterea numărului de generatoare bazate pe surse regenerabile de energie va determina o scădere în importanță a rețelei de transport mutând accentul pe rețeaua de distribuție, iar funcțiile de bază ale rețelei de distribuție se vor schimba.

Analizînd sistemul fotovoltaic de producere a energiei electrice putem spune că:

cu ajutorul instalației fotovoltaice se asigură mai bune condiții climatice. Testele întreprinse de specialiști au demonstrat ca o instalație de energie fotovoltaică cu o putere de 3 kw economisește aproximativ 800 kg de CO2 pe an – adică, cam câtă cantitate de CO2 emană o mașină ce parcurge o distanță de 10 000 km

este totalmente nepoluantă. Toate componentele instalațiilor sunt reciclabile: suprafața de sticlă, modulele , ramele de silicon și aluminiu, toate sunt refolosibile și reciclabile

este ideală pentru propria locuință. O instalație de energie fotovoltaică este din toate punctele de vedere un mod de îmbogățire a unei locuințe, crește valoarea imobiliară a acesteia, are o durată de viață  deosebit de îndelungată și nu în ultimul rând crește considerabil calitatea vieții

durata de viață nelimitată, cel puțin teoretic, constituie un alt avantaj major al acestor panouri solare.

creșterea utilizării energiei electrice din surse regenerabile presupune existența a trei elemente fundamentale: mecanisme de susținere financiară, un cadru adecvat și stabil de reglementare, dar și soluții tehnologice pentru asigurarea unui management eficient al producției și distribuției.

Bibliografie

Boyle, G., Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford, Oxford University Press, 1996

***Bratu, C., Sisteme descentralizate de producere a energiei, Curs 3, site

***http://retele.elth.ucv.ro/index.php?path=Bratu+Cristian%2FSisteme+des centralizate/

***http://www.em.ucv.ro/eLEE/RO/realisations/EnergiesRenouvelables/Filie reSolaire/solaire.htm

***http://em.ucv.ro/elee/ro/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereSolair e/Introduction/introduction.htm

***Bălan, M., Particularitățile energiei solare, Note de curs, Curs 2, site www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_1.pdf

***http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eu_opt/pvgis_solar_optimum_RO. png

***http://www.altestore.com/howto/Solar-Power-Residential-Mobile-V/Components-for-your-Solar-Panel-Photovoltaic-System/a82/

http://www.ecodirect.com/Steca-Solarix-4401-PWM-Charge-Controller-40-amp-p/steca-solarix-4401.htm

http://www.tecnolia.ro/es/etatrack-active-1500-15m2-24kwp-with-pole/

http://em.ucv.ro/elee/RO/realisations/EnergiesRenouvelables/Enjeux/Prod uctionElectricite/1_cours.htm

Knopt, H., Analysis, Simulation, and Evaluation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Methods for Solar Powered Vehicle, Master Thesis, Portland State University, 1999

http://www.vlab.pub.ro/research/DCnet/CONSORTIUM/Sinteza.pdf

Castaner, L., Silvestre, S., Modelling Photovoltaic Systems Using Pspice, John Wiley & Sons, LTd, 2002

https://shop.ecosolaris.ro/configurator-sistem-fotovoltaic