Calea Mărășești, Nr. 157 , Bacău, 600115, Tel.Fax 40 234 580170 [626305]

MINISTERUL EDUCAȚIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ȘI
SPORTULUI
UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” din BACĂU
FACULTATEA de INGINERIE
Calea Mărășești, Nr. 157 , Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234 580170
http://inginerie.ub.ro , [anonimizat]

LUCRARE DE DISERTAȚI E

Îndrumător: conf. univ. ing. dr. ec. Cătălin Drob

Absolvent: [anonimizat]. Cosmin Constantin Bucur

Bacău , 2019

1

Analiza implementării unui sistem fotovoltaic cu
orientare biaxială

Îndrumător: conf. univ. ing. dr. ec. Cătălin Drob

Absolvent: [anonimizat]. Cosmin Constantin Bucur

Bacău , 2019 MINISTERUL EDUCAȚIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ȘI
SPORTULUI
UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” din BACĂU
FACULTATEA de INGINERIE
Calea Mărășești, Nr. 157 , Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234 580170
http://inginerie.ub.ro , [anonimizat]

2

Cuprins

1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 5
2. Generalități ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 7
2.1. Evoluția pe plan european a surselor regenerabile ………………………….. ………………. 7
2.2. Potențialul fotovoltaic ………………………….. ………………………….. ……………………….. 8
3. Com ponența unui sistem fotovoltaic ………………………….. ………………………….. …………. 11
3.1. Moldule fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ……………………….. 11
3.2. Invertor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 15
3.3. Sisteme de susținere și orientare a panourilor fotovoltaice ………………………….. ….. 17
3.4. Cabluri și elemente auxiliare ………………………….. ………………………….. …………….. 21
3.5. Protecții ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 23
3.6. Contorul inteligent și monitorizarea instalației ………………………….. …………………. 24
4. Analiza unui sistem fotovoltaic ………………………….. ………………………….. ……………….. 27
4.1. Analiza performanțelor sistemului ………………………….. ………………………….. ……… 27
4.2. Analiza financiară a sistemului fotovoltaic ………………………….. ………………………. 35
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 41
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 44

3 Lista figurilor

Figura 2.1 Ponderea surselor regenerabile în consumul final de energie 7
Figura 2.2 Potențialul energiei fotovoltaice în Europ a 8
Figura 2.3 Potențialul energiei fotovoltaice în România 9
Figura 3.1 Principalele componente ale unui modul solar fotovoltaic 12
Figura 3.2 Garanție de performanță Altius Fotovoltaic 13
Figura 3.3 Compararea celor mai importanți producători de pa nouri fotovoltaice –
perioade de garanție pentru produs și performanță 14
Figura 3.4 Invertor fotovoltaic Fronius International GmbH 15
Figura 3.5 Grafic MPPT pentru un modul fotovoltaic 16
Figura 3.6 Orientarea modulelor fotovoltaice în funcție de pozi ția soarelui 18
Figura 3.7 Beneficiul utilizării sistemului de orientare cu două axe 19
Figura 3.8 Sistem de orientare cu două axe 19
Figura 3.9 Cutie de joncțiune Sunlont cu conectori MC4 22
Figura 3.10 Protecții împotriva descărcărilor atmosferice 23
Figura 3.11 Smart Meter Fronius 24
Figura 3.12 Monitorizarea în timp real a energiei produse de sistemul fotovoltaic 25
Figura 3.13 Distribuția energiei produse de sistemul fotovoltaic 26
Figura 4.1 Structură susținere panouri fotovoltaice cu orienta re biaxială 28
Figura 4.2 Validarea limitelor electrice ale invertorului 28
Figura 4.3 Fronius Solar Configurator 29
Figura 4.4 Raport Fronius Solar Configurator 29
Figura 4.5 Coeficienți de temperatură module fotovoltaice 30
Figura 4.6 Caracteristici electrice module fotovoltaice 31
Figura 4.7 Caracteristici tehnice invertoare Fronius Symo 32
Figura 4.8 Grafic comparativ a producției de energie 34
Figura 4.9 Distribuția investiției inițiale 36
Figura 4.10 Pierderile de energie datorate de degradar ea modulelor fotovoltaice 39
Figura 4.11 Evoluția venitului anual datorită creșterii prețului energiei 39
Figura 4.12 Reprezentarea grafică a valorii adaugate nete 40
Figura 4.13 Evoluția financiară a sistemelor comparate 42

4 Lista tabelelor

Tabelul 3 .1 Caracteristici electrice cablu solar 21
Tabelul 4.1 Componentele sistemelor fotovoltaice 27
Tabelul 4.2 Date meteorologice 33
Tabelul 4.3 Prezentare generală componente (valori anuale) 33
Tabelul 4.4 Prezentarea sistemelor (valori anuale) 34
Tabelu l 4.5 Producția lunară a sistemelor fotovoltaice 34
Tabelul 4.6 Condi ții generale ale raportului financiar 35
Tabelul 4.7 Costurile sistemului 35
Tabelul 4.8 Estimarea producției de energie și a venitului generat de sistemul fix 37
Tabelul 4.9 Venituri din produc ța de energie 37
Tabelul 4.10 Estimarea producției de energie și a venitului generat de sistemul mobil 38
Tabelul 4.11 Valoarea actualizat ă netă 40

5
1. Introducere

Schimbările climatice și epuizarea resurselorcde combustibili folosili au con dus la
accentuarea interesului pentru surse de energie regenerabilă.
Sursele regenerabile de energie (energia eoliană, energia solară, energia hidroelectrică,
energia oceanelor, energia geotermală, biomasa și biocombustibilii) constituie alternative la
combustibilii fosili care contribuie la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, la
diversificarea ofertei de energie și la reducerea dependenței de piețele volatile și lipsite de
fiabilitate ale combustibililor fosili, în special de petrol și gaze [1].
Sistemele fotovoltaice se comportă într -un mod extraordinar și util: reacționează la
lumină transformând o parte în energie electrică. Mai mult, această conversie este unică,
deoarece [2]:
– Nu au părți în mișcare (în sens mecanic) care să se uzeze;
– Nu conț in lichide sau gaze (cu excepția sistemelor hibride) care se pot scurge, precum
au unele sisteme solare termice;
– Nu consumă combustibil în timpul funcționarii;
– Au un timp de răspuns rapid, atingând puterea maximă aproape instantaneu ;
– Pot funcționa într -un interval larg de temperatură ;
– Nu produc poluare în timpul producerii de energie electric ă;
– Necesită o întreținere redusă dacă sunt fabricate și instalate corespunzător ;
– Pot fi făcute din siliciu, al doilea cel mai abundent element din scoarța pământului ;
– Sunt sisteme modulare care permit o gamă largă de aplicații cum ar fi:
o Sisteme mici pentru locații izolate și utilizare rezidențială ;
o Sisteme medii pentru afaceri și cartiere rezidențiale ;
o Sisteme mari precum parcurile fotovoltaice care se pot întinde pe suprafețe de
kilometri pătrați.
– Dispun de capacități largi de manipulare a puterii ;
– Au un raport ridicat de putere -greutate care le face potrivite pentru instalarea pe
acoperișuri .
Când tehnologia fotovoltaică a început pentru prima oară, a fost utilizată pentru a furniza
electricitate sateliților. Potrivit APPA (Asociația Spaniolă a Producătorilor de Energie

6 Regenerabilă), dezvoltarea panourilor fotovoltaice s -a accelerat în anii 1950 și a devenit
acum o alternativă la utilizarea combustibililor fosili.
Utilizarea energiei solare crește dramatic, deoarece oamenii caută modalități de reducere
a costurilor energiei, reducând utilizarea combustibililor fosili și îmbunătățind eficiența
energetică a locuinței. În 2008, în S.U.A., au existat mai mult de 524.000 d e expedieri de
componente fotovoltaice și componente ale sistemului solar; comparativ cu puțin peste
21.000 de expedieri în 1999, potrivit Administrației SUA pentru informații energetice.

7

2. Generalități

2.1. Evoluția pe plan europea n a surselor regenerabile

Energia din surse regenerabile în UE a crescut puternic în ultimii ani. Mai concret,
ponderea energiei din surse regenerabile în consumul final brut de energie a ajuns la o
valoare aproape dublă în ultimii ani, de la aproximativ 8,5% în 2004 până la 17,0% în 2016
[3].
UE încearcă să atingă o pondere de 20 % din consumul său brut final de energie din surse
regenerab ile până în 2020, acest obiectiv este distribuit între statele membre ale UE, fiind
elaborate planuri naționale de ac țiune menite să pună bazele pentru dezvoltarea surselor
regenerabile de energie în fiecare dintre statele membre. Figura 2.1 prezintă date cu privire la
ponderea reprezentată de sursele regenerabile de energie în consumul final brut de energie și
obiective le care au fo st stabilite pentru anul 2020 [3 ].

Figura 2.1. Ponderea surselor regenerabile în consumul final de energie [3 ]

8 2.2. Potențialul fotovoltaic

Soarele este cea mai importantă sursă de energie pentru Pământ. Energia solară este emisă
sub formă de radiații și este disponibilă în cantități imense, practic inepuizabile. Radiațiile
solare pot fi captate și transformate în alte forme de energie: electrică sau termică [4].
Timp de peste două decenii, Uniunea Europeană s -a aflat în fruntea implementării g lobale
a energiei regenerabile. Adoptarea unor obiective pe termen lung și măsuri de susținere a
politicilor a dus la o creștere puternică a utilizării energiei regenerabile în regiune, de la o
cotă de 9% din consumul final brut de ener gie în 2005 la 16,7% în 2015 [5 ].
Analizând Figura 2.2, Europa nu este candidatul evident pentru a fi lider în generarea
energiei solare fotovoltaice. Totuși, întreaga Uniune Europeană produce mai multă energie
electrică cu ajutorul sistemelor fo tovoltaice decât restul lumii [6].

Figura 2.2. Potențialul en ergiei fotovoltaice în Europa [7 ]

9 România ocupă locul 10 între statele membre ale Uniunii Europene după ponderea
energiei obținute din surse regenerabile în consumul final brut, în 2016, arată datele
prezentate de Oficiul Europ ean de Statistică (Eurostat) [8 ].
Potențialul solar al României este răspândit aproape pe întreg teritoriul țării. România
beneficiază de aproximativ 210 zile însorite pe an. Regiunea de sud -est a României, vestul,
centrul dar și estul țării sunt cel e mai bune locuri pentru a amplasa un parc fotovoltaic [9 ],
după cum se poate observa în Figura 2.3.

Figura 2.3. Potențialul energiei fotovoltaice în R omânia [7 ]

Pornind de la datele disponibile s -a intocmit harta cu distributia in teritori u a radiatiei
solare in Romania . Harta cuprinde distributia fluxurilor medii anuale ale energiei solare
incidente pe suprafata orizontala pe teritoriul Romaniei (figura 2.3) .

10 Sunt evidentiate 5 zone, diferentiate prin valorile fluxurilor medii anuale ale energiei
solar e incidente. Se constata ca aproape jumatate din suprafata tarii beneficiaza de un flux de
energie mediu anual de 1275 kWh/kWp .
Harta solara a fost realizata prin utilizarea si prelucrarea datelor furnizate de catre: ANM
precum si NASA, JRC, Meteotest. Dat ele au fost comparate si au fost excluse cele care
aveau o abatere mai mare decat 5% de la valorile medii. Datele sunt exprimate in
kWh/m2/an sau kWh/kWp, in plan orizontal, aceasta valoare fiind cea uzuala folosita in
aplicatiile energetice atat pentru cele solare fotovoltaice cat si termice [36].

11

3. Componența unui sistem fotovoltaic

3.1. Moldule fotovoltaice

Efectul fotovoltaic este acel proces fizic prin intermediul căruia o celulă fotovoltaică din
componența unui modul fotovoltaic transformă lum ina soarelui în electricitate [10 ].
Conversia directă a radiației solare în electricitate – cunoscută sub denumirea de conversie
fotovoltaică – reprezintă unul dintre cel mai sustenabil proces de obținere a energiei electrice,
fără a împovăra mediul înconjurător.
Celulele fotovoltaice pot fi clasificate în: ce lule cristaline (monocristaline sau
policristaline) și celule amorfe [11 ]. Cele de tip cristalin sunt cele mai răspândite datorită
eficienței conversiei cât și din punct de vedere economic.
Celulele solare de generația a treia sunt fabricate dint -o varieta te de materiale noi în afară
de siliciu, cernelurile solare utilizând tehnologii convenționale de tipărire tipografică,
coloranți solizi și materiale plastice conductive. Unele celule solare noi utilizează lentile de
plastic sau oglinzi pentru a concentra lumina soarelui pe o bucată foarte mică de material
fotovoltaic de înaltă eficiență. Materialul fotovoltaic este mai scump, dar pentru că este
nevoie atât de puțin, aceste sisteme devin rentabile pentru utilizarea in aplicații industriale.
Cu toate acestea , deoarece lentilele trebuie îndreptate spre soare, utilizarea colectoarelor de
concentrare este limitată la cele mai însorite părți ale țării.
Un sistem fotovoltaic utilizează module solare, fiecare cuprinzând un număr de celule
solare, care generează ene rgie electrică. Instalațiile fotovoltaice pot fi montate pe sol, montate
pe acoperiș sau montate pe fațade de cladiri . Structura de montaj poate fi fix ă sau se poate
utiliza un dispozitiv de urmărire solar pentru a urma soarele pe cer.
Tehnologia modulelor fotovoltaice avansează rapid, cu o eficientă mai mare și prețuri mai
mici, ceea ce duce la o creștere uriașă a cererii. Cu toate acestea, în ciuda progreselor masive
în tehnologie, construcția de panouri solare nu s -a schimbat foarte mult de -a lungul anil or.
Cele mai multe panouri fotovoltaice sunt încă alcătuite dintr -o serie de celule cristaline de

12 siliciu prinse între o sticlă frontală și o foaie de spate din plastic polimer, susțin ute într -un
cadru de aluminiu [12 ].
Odată instalate, panourile solare su nt supuse unor condiții severe în cursul celor peste 25
de ani de funcționare. Variațiile extreme ale temperaturii, umidității, vântului și radiației UV
pot pune o presiune enormă asupra panoului fotovoltaic. Majoritatea panourilor sunt
concepute pentru a rezista la vremea extremă dar, din nefericire, există cazuri în care
modulele fotovoltaice prezintă defecte cum ar fi infiltrarea apei în panou, microfracturi ale
celulelor și degradarea potențială indusă (PID), aceastea fiind motivele pentru care
producăt orii de module fotovoltaice trebuie să folosească numai compone nte de cea mai bună
calitate [12 ].
Panourile solare fotovoltaice sunt produse folosind cele șase componente principale
prezentate în Figura 3.1 și asamblate în instalații avansate de producție cu precizie mare .
Aceste componente sunt:
– Celule solare fotovoltaice;
– Sticlă securizat ă cu o grosime între 3 si 4 mm;
– Incapsulant – două straturi de folie EVA (etilen -acetat de vinil);
– Folie de spate din polimer (backsheet);
– Cutie de joncțiune .

Figura 3 .1. Principalele componente ale u nui modul solar fotovoltaic [12 ]

13 Determinarea calității unui panou fotovoltaic este dificilă deoarece acestea pot fi evaluate
numai folosind echipamente specializate care evidențiază mici defecte, dar acest lucru se
poate schumba odată ce panourile sunt instalalte afară și afectate de vreme pe o periaoda de
câțiva ani. Radiația UV a soarelui și temperaturile mari de vară creează condiții extreme
pentru orice panou solar montat pe acoperiș și poate dura 5 ani sau mai mult pâ nă la apariția
oricăror probleme de calitate. Acesta este motivul pentru care perioada de garanție a
producătorului, istoricul de service și reputația sunt esențiale pentru selectarea unui modul
fotovoltaic de calitate.
Perioada standard de garanție pentru panourile solare vândute în întreaga lume este de 10
ani pentru produs, cunoscută și sub numele de garanție a producătorului, și o garanție de
performanță de 25 de ani ( Figura 3.2 ).

Figura 3.2. Garantie de performanta Altius Fotovoltaic [34]

Garanția p rodusului este garanția producătorului care protejează clientul împotriva
defectelor de fabricație, cât și prin defecțiunile componentelor sau materialelor. Aceasta
înseamnă că producătorul trebuie să înlocuiască, fie să ofere o rambursare pentru panourile
care se defectează pe perioada garanției produsului. În general, producătorii de module
fotovoltaice trebuie să furnizeze o garanție minimă de 10 ani pe produs, dar un număr din ce
în ce mai mare de producători premium oferă garanții de 12, 15 sau chiar 2 5 ani (Figura 3.3 ).
Garanția de performanță, denumită și garanția de putere, asigură faptul că panoul solar
produce o putere minimă după o anumită perioadă de timp. Standardul comun este de 80 –
83% putere de ieșire păstrată după 25 de ani, însă unuii produc ători de vârf cum ar fi

14 Sunpower și LG, garantează o producție de 86 – 92% pentru majoritatea modulelor după 25
de ani de utilizare. Există, de asemenea, un număr din ce în ce mai mare de producători care
oferă acum 30 de ani de garanție modulelor sticlă – sticlă și bifaciale [13 ].

Figura 3.3 . Compararea celor mai importanți producători de panouri fotovoltaice –
perioade de garanț ie pentru produs și performanță [13]

15 3.2. Invertor

Un invertor este acel element dintr -un sistem fotovoltai c care transformă curentul
continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ, care poate fi debitat în rețeaua
națională sau poate fi folosit de un utilizator independent pentru suplinirea nevoilor de
energie electrică. De asemenea, invertorul are și funcția de a maximiza cantitatea de energie
generată de sistemul fotovoltaic.
După modul de utilizare al acestora, invertoarele se pot clasifica în trei categorii:
– invertoare on -grid (conectate la rețeaua electrică natioanala);
– invertoare off -grid (independente, cu stocare de energie în acumulatori);
– invertoare hibrid (conectate la rețea dar cu posibilitatea stocării energiei
suplimentare în acumulatori).
Invertoarele on -grid (figura 3.4 ) sunt cele mai des întâlnite în practică. Aceste sunt
concepute pentru a se sincroniza cu rețeaua electrică naț ională și permit injectarea în rețea a
surplusului de energie produs de sistemul fotovoltaic.

Figura 3.4 . Invertor fotovoltaic Fronius International GmbH [ 14]

Tehnologii le invertoarelor au avansat semnificativ, astfel încât, pe lângă convertirea
curentului continuu în curent alternativ, ele oferta o serie de alte capabilități și servicii pentru
a se asigura că intertorul poate funcționa la nivel optim de performanță [15 ], cum ar fi funcția
MPPT (maximum point power tracking), funcția de anti -insularizare sau sincronizarea cu
rețeaua.
Urmărirea punctului maxim a puterii (MPPT) este o tehnică frecvent utilizată în
sistemele fotovoltaice pentru a maximiza generarea d e energi e în toate condițiile [16 ]. Când o

16 sursă de energie electrică este conectată la o sarcină, punctul de funcționare se stabilește la
intersecția caracteristicilor curent -tensiune (curbă I-V) ale celor două ( figura 3.5 ). Acest
punct de modifică în permanentă, deoarece luminozitatea soarelui sau sarcina se modifică
permanent.

Figura 3.5 . Grafic MPPT pentru un modul fotovoltaic [17]

O altă funcție a invertorului o reprezintă sincronizarea cu rețeaua electrică națională.
Această funcție reprezintă acțiunea de ajustare / potrivire, între anumite limite, a amplitudinii
tensiunii, defazajului și frecvenței unei resurse distribuite cu o porțiune a sistemului
electroenergetic / instalației electroenergetice pregătitoare conectării în paralel a
dispozitivelor resurs elor distribuite.
Monitorizarea variabilelor rețelei, implementată în invertor, este o activitate necesară
pentru interfațarea surselor de energie regenerabilă cu rețeaua electrică. Algoritmii de
monitorizare ai rețelei trebuie să detecteze rapid și precis starea acesteia pentru a îndeplini
cerințele de răspuns de precizie și timp cerute de codurile de rețea.
Una dintre cerințele impuse de operatorii de distribuție o constituie echiparea invertorului
cu protecție la anti -insularizare. Fenomenul de insulariz are are loc atunci când rețeaua este
deconectată iar invertorul continuă să f uncționeze cu sarcină locală [18 ]. Designul
invertoarelor FV este influențat de cerințele de conectare la rețea a acestor categorii de surse
regenerabile de energie. În momentul d e față, în multe țări, în special pentru sisteme FV
rezidențiale, este necesar că insularizarea să fie detectată rapid iar invertorul să fie imediat
deconectat de la rețea în scopul de a evita orice problemă de siguranță personală [18].

17
3.3. Sisteme de susține re și orientare a panourilor fotovoltaice

Sistemele de sustinere a modulelor fotovoltaice sunt utilizate pentru a fixa panourile
solare pe suprafețe cum ar fi acoperișurile, fațadele clădirilor sau pe sol. Aceste sisteme de
montaj permit, în general, fixarea panourilor solare pe acoperișuri sau ca parte a structurii
clădirii (denumit e BIPV) [37].
Celulele solare au cel mai bun randament atunci când suprafața lor este perpendiculară pe
razele soarelui, care se schimbă continuu pe parcursul zilei și sezonu lui. Este o practică
obișnuită de a înclina u n modul F V fix (fără dispozitiv de urmărire solar) la același unghi ca
și latitudinea locației pentru a maximiza randamentul energetic anual al modulului.
Sistemele fotovoltaice montate pe sol sunt, de obicei, c entrale electrice fotovoltaice de
mari dimensiuni. Exista doua timpuri de sisteme de sistinere a panourilor solare montate pe
sol:
– Suporții standard pentru sol folosesc cadre metalice introduse în sol pentru a ține
panourile solare într -un unghi fix. Unele sisteme standard de panouri solare montate
pe sol pot fi reglate manual de câteva ori pe an pentru a ține cont de schimbările
sezoniere ale soarelui.
– Sistemele solare montate pe sol susțin mai multe pano uri solare pe un singur stalp și
ridică panourile ma i sus de la sol decât o montare standard la sol. Aceste sisteme
cuprind adesea sisteme de urmărire, care înclină automat panourile solare pentru a
capta cantitatea maximă de soare.
În vederea maximizării cantității de radiație solară captată de sistemele f otovoltaice, se
utilizează cu precădere sisteme de orientare (tracker). În funcție de numărul axelor de
mișcare, sistemele de orientare se împart în două mari categorii: sisteme monoaxiale și
sisteme biaxiale. Deși aspectul economic al realizării și implem entării sistemelor biaxiale
reprezintă un dezavantaj, câștigul energetic este considerabil în raport cu câștigul energetic al
sistemelor monoaxiale. Avantajul, din punct de vedere energetic, al sistemelor biaxiale a
sporit interesul pentru cercetarea și in ovarea acestor tipuri de sisteme de orientare, respectiv
implementarea și optimizarea acestora.
Natura a făcut -o mai întâi: n umeroase plante, cum ar fi floarea -soarelui, de exemplu, se
orientează spre soare în cursul unei zile. Este un principiu simplu, da r excep țional , care poate
fi aplicat perfect optimizării eficienței sistemelor de energie solară. Motivul: Modulele

18 fotovoltaice care urmează calea soarelui captează o cantitate mai mare de energie și, prin
urmare, produc mult mai multă putere decât module le dintr -o instalație fixă.
Deși factorul de eficiență al modulelor fotovoltaice a fost îmbunătățit considerabil în
ultimii ani, pl afonul fizic a fost atins în mare parte . Un salt adevărat în eficiența sistemelor
poate fi realizat numai prin sistemele de o rientare inteligentă. Numai atunci se poate genera
mai multă energie indiferent de modulele folosite [20].
Acest lucru este cel mai bine demonstrat cu un exemplu. Operatorul de parcuri solar e
spaniol Picanda Solar a comparat randamentele sistemelor sale fo tovoltaice de ani de zile.
Rezultatele au arătat că instalațiile cu module fixe au produs aproximativ 1.500 kWh / kWp –
module identice care au folosit sistemul de orientare DEGER 5000NT au obținut 2.200 kWh /
kWp. Aceasta este o îmbunătățire a randamentul ui de 46% [20].
Sistemele de urmăr ire dup ă o singură axă deplasează panourile solare de -a lungul zilei
pentru a urma soarele pe măsură ce se deplasează pe cer. Sistemel e de urmărire cu două axe
vor ajusta, in plus , pe baza variațiilor sezoniere în poziția soarelui.

Figura 3.6 . Orientarea modulelor fotovoltaice în funcție de poziția soarelui [19 ]

Principala motivație pentru utilizarea unui sistem de orientare este creșterea
randamentului sistemului fotovoltaic. Conform literaturii de specialitate, siste mele care
utilizează orientarea monoaxiala pot avea o creșterea a randamentului între 10% și 25%
(Abbaraju, 2018), în timp ce sistemele care utilizează orientarea biaxiala pot prezența creșteri
mai mari de 40% (DEGER, 2018) față de sistemele fixe, după cu m este exemplificat în
figura 3.7. Acest aspect este important în cazul în care se dorește maximizarea randamentului
energetic cu un număr li mitat de module fotovoltaice [19 ].

19
Figura 3.7 . Beneficiul utilizării sistem ului de orientare cu două axe [20 ]

Sistemele de orientare controlate inteligent sunt rentabile indiferent de locație, nivel de
performanță al modulului sau preț. Suma totală investită pentru a obține un anumit randament
energetic este întotdeauna mult mai mare cu sistemele fix decât cu sistem ele de orientare.
Acestea sunt cu 20 -30% mai economice atunci când includeți costul de execuție, module,
invertoare, substructuri și fundații, cheltuieli legate de sistem și de funcționare. Și cu cât
modulele sunt mai puternice, cu atât sistemul de orienta re afectează pozitiv mai mult
randamentul acestora . În plus, DEGER oferă un profil de încărcare considerabil mai
echilibrat și, prin urmare, o alimentare mai constantă și un cost mai mic pentru invertoare.
Aceasta accelerează "rentabilitatea investiției" ș i scurtează în mod substanțial perioada de
amortizare [20].

Figura 3.8. Sistem de orientare cu două axe [20 ]

20 Modulele fotovoltaice sunt montate pe o structură din oțel galvanizat și aluminiu ( figura
3.8). Dimensiunea structurii este variabilă, depinzând de mărimea sistemului și
caracteristicile locației (tipul solului, altitudine, viteza vântului, încărcarea cu zăpadă).
Sistemele de urmărire solare sunt sisteme flexibile de asamblare și sunt potrivite pentru
toate tipurile de module și invertoare disponib ile în comerț. Costurile de întreținere
neglijabile și construcția robustă cu materiale de înaltă calitate asigură o durată lungă de
funcționare .
Consumul redus de energie este, de asemenea, un factor în nivelul ridicat al eficienței
sistemelor. De exemplu , un sistem DEGER D100 cu axă dublă nu utilizează nici măcar 0,5%
din energia suplimentară pe care o produce [20]
Mecanismul principal al sistemului de urmărire solară constă în dispozitivul de urmărire,
algoritmul de urmărire, unitatea de comandă, sistemu l de poziționare, mecanismul de
acționare și dispozitivele de detectare. Algoritmul de urmărire determină unghiurile care sunt
utilizate pentru a determina poziția dispozitivului de urmărire a energiei solare. Există două
tipuri de algoritmi – algoritmi as tronomici și algoritmi de intensitate a luminii în timp real.
Algoritmul astronomic este un algoritm pur matematic bazat pe referințe astronomice.
Algoritmul de intensitate a luminii în timp real se bazează pe citirea intensității luminii în
timp real. Uni tatea de comandă efectuează algoritmul de urmărire și gestionează sistemul de
poziționare și mecanismul de acționare . Sistemul de poziționare operează dispozitivul de
urmărire spre fața soarelui la unghiurile calculate. Sistemul de poziționare poate fi ele ctric
sau hidraulic. Mecanismul de conducere este responsabil pentru deplasarea dispozitivului de
urmărire în poziția determinată de sistemul de poziționare.
Dispozitivele de detectare sunt grupuri de senzori și măsurători care măsoară condițiile
ambiental e, intensitatea luminii în cazul algoritmilor de intensitate a luminii în timp real și
unghiul de înclinare al dispozitivului de urmărire (cu ajutorul unui inclinometru sau a unei
combinații de întrerupătoare de limitare) [38].

21 3.4. Cabluri și elemente a uxiliare

Cablul solar este este un cablu de interconectare utilizat în cadrul sistemelor de generare a
energiei fotovoltaice. Cablurile sunt proiectate pentru a fi rezistente la radiații UV, putând fi
utilizate într -un interval de temperatură mare și sunt , în ge neral, amplasate în exterior [21 ].
Secțiunea transversală a cablurilor trebuie să fie proporțională astfel încât pierderile
suferite în funcționarea nominală să nu depășească 1%. Cablurile ce conectează șirurile de
module fotovoltaice au de obicei o secțiune transversală de 4 până la 10 mm2 [21].

Tabelul 3.1. Caracte ristici electrice cablu solar [22 ]

Caracteristicile principale ale cablului fotovoltaic sunt [23 ]:
– Întârzierea propagării focului conform cu IEC 60332 -1-2;
– Rezis tent la apă / UV conform cu EN 50618 anexă E’
– Rezistent la ozon conform cu EN 50396;
– Rezistență bună la abraziune și tăiere;
– Fără halogen conform cu IEC 60754 -1 (cantitatea de gaze acide cu halogeni);
– Corozivitat ea gazelor de ardere conform cu IEC 60754 -2 (gradul de aciditate).
Modulele fotovoltaice sunt echipate c u cutie de joncțiune (Figura 3.9 ) formată din două
cabluri solare și cu prize de conectare (conectori MC4) pentru o conectare ușoară.

22
Figura 3.9 . Cuti e de joncțiune Sunlont cu conectori MC4 [24]

Conectorii MC4, componente aparent mirore în cadrul unui sistem fotovoltaic, pot
avea un impact ridicat. Fiabilitatea remarcabilă și rezistența redusă la contact garantează:
– Cost redus de service;
– Reducerea timpilor de întrerupere;
– Eliminarea riscurilor de incendiu și hotspot;
– Pierderi scăzute de putere;
– Durata de viață mai mare de 25 ani .

23 3.5. Protec ții

O componentă esențială care trebuie luată în calcul în sistemele fotovoltaice este protecția
împotriva supratensiunii. Deteriorarea componentelor expuse la vânt, praf și ploaie este
dificil de evitat, totuși un potențial mai mare de deteriorare îl reprezintă descărcările electrice
din atmosfera care pot afecta panourile fotovoltaice sau celelalte componente ale sistemului
[25].
Indiferent de tensiunea sistemului, este nece sară împământarea tuturor sistemelor
fotovoltaice. Realizarea leg ăturilor de echipoten țializare și împământarea echipamentelor
limitează tensiunea impusă unui sistem prin trăsnet, supratensiuni și contact nei ntenționat cu
linii de înaltă tensiune . De asemenea, limitează tensiunea la pământ care poate apărea pe
componentele metalice care nu poartă curent, variind de la rame și șine până la conducte și
carcase.

Figura 3.10. Protecții împotriva descărcărilor atmosferice

În cazul în care trei sau mai multe șiruri de module fotovoltaice sunt conectate în paralel,
aceastea se vor echipa individual cu siguranțe pentru a proteja conectorii și modulele
împotriva defecțiunilor cauzate de supracurent și ajută la minimizarea riscurilor. De

24 asemenea, sigur anțele vor izola șirurile defecte astfel încât restul sistemului să poată
continua gener area de energie electrică [26].
Trebuie reținut faptul că tensiunea și curentul modulului fotovoltaic se modifică în funcție
de temperatura și de cantitatea de soare la care este expus. Expunerea depinde de nivelul de
iradiere, de înclinare și de efectul de umbrire al copacilor, clădirilor sau norilor . Aceste valori
sunt incluse in fisa tehnica a producatorului modulelor fotovoltaice [27].

3.6. Contor ul inteligent și monito rizarea instalației

În cadrul acestui subcapitol voi lua drept referință contorul și sistemul de monitorizare
oferit de Fronius Internațional GmbH [2 8] deoarece acestea vor fi folosite în cadrul
sistemului analizat în cadrul capitolului următor .

Figura 3.11. Smart Meter Fronius [29 ]

Fronius Smart Meter (figura 3.11) este un contor bidirecțional care optimizează consumul
propriu și înregistrează curba de consum a gospodăriei. Mulțumită măsurătorilor foarte
precise și a comunicării rapide prin interfața M odbus RTU, controlul dinamic al alimentării
este mai rapid și mai precis când sunt impuse limitări ale injectiei de energie în rețeaua
națională. Împreună cu Fronius Solar.web, Fronius Smart Meter oferă o imagine clară a
consumului de energie a locuinței. În soluția de stocare Fronius Energy Package, bazată pe
invertorul Symo Hybrid, Fronius Smart Meter oferă o gestionare perfect coordonată a

25 diferitelor fluxuri de energie și optimizează mana gementul general al energiei [29 ]. Acest
dispozitiv este conectat la invertor și permite vizualizarea performanței sistemului fotovoltaic
în sistemul de monitorizare Fronius Solar.web.
Contorul de energie măsoară tensiunea, frecvența, curentul, puterea reactivă și aparentă,
energia și orele de funcționare cu o precizie d e 2%. De asemenea, permite controlul energiei
vândute înapoi în rețea și stabilirea limitelor de energie dacă este necesar [30 ].
Sunt disponibile două opțiuni principale pentru contorul bidirecțional de la Fronius:
versiunea de 50 kA -3 (pentru aplicații co merciale) și versiunea 63A (pentru sisteme
rezidențiale) care este, de asemenea, împărțită în două posibilități (monofazată sau trifazată).
Monitorizarea continuă a instalației este un factor important în menținerea rentabilității
sistemului fotovoltaic pe termen lung și exploatarea întregului său potențial în orice moment.
Monitorizarea cuprinde două funcții importante: înregistrarea și vizualizarea tuturor datelor
relevante și o funcție d e raportarea a defecțiunilor [31 ].
În Figura 3. 12 se poate observa u n exemplu de monitorizare a unui sistem fotovoltaic. În
acel moment, producția de energie a modulelor era de 35,3 kW. Din aceasta, 19,4 kW era
utilizată pentru a alimenta consumatorii iar diferența de 15,9 kW a fost vândută în rețeaua
națională.

Figura 3.12. Monitorizarea în timp real a energiei produse de sistemul fotovoltaic [ 32]

26 În figura 3.1 3 se observă distribuția zilnică a energiei. În partea superioară a graficului
este prezentată energia injectată în rețea (cu verde) iar în partea inferioară c antitatea de
energie consumată din rețeaua electrică națională (cu roșu). De asemenea, în cadrul portalului
de monitorizare a sistemului se poate trece prețul energiei din contractul cu furnizorul. Astfel,
în acest caz, veniturile generate de sistemul foto voltaic sunt de 1.400 euro în cadrul lunii
Iunie 2019. Un alt aspect afișat de sistemul de monitorizare de la Fronius îl reprezintă
emisiile de dioxid de carbon. Pentru sistemul prezentat, emisiile de gaze s -a redus cu
aproximativ 46 tone datorită producer ii de energie electrică „verde”.

Figura 3.1 3. Distribuția energiei produse de sistemul fotovoltaic [3 2]

27

4. Analiza unui sistem fotovoltaic

4.1. Analiza performanțelor sistemului

Acest capitol se bazează pe rapoarte generate de programul Poly sun oferit de Vela Solaris
AG. Polysun este o platformă software folosită pentru planificarea, proiectarea și
optimizarea sistemelor energetice rezidențiale, comerciale și industriale [33].
Pentru o analiză mai completă, sistemul fotovoltaic cu orientare biaxiala (mobil) a fost
comparat cu un sistem fix. În cadrul ambelor sisteme au fost folosite module fotovoltaice
fabricate în România de Altius Fotovoltaic SRL și invertoare produse în Austria de Fronius
Internațional GmbH.

Sistem cu orientare biaxial ă Sistem fix
216 Module Fotovoltaice 300W 216 Module Fotovoltaice 300W
4 Invertoare Fronius Symo 15.0 -3-M 3 Invertoare Fronius Symo 20.0 -3-M
Structur ă panouri cu orientare biaxial ă Structur ă panouri fix ă
Cablu și elemente de conectic ă Cabluri și elemente de conectic ă
Tablou electric și protec ții Tablou electric și protec ții
Tabelul 4 .1. Componentele sistemelor fotovoltaice

Una dintre diferențele celor două sisteme este la alegerea invertoarelor. În cazul
sistemului mobil, structura poate susține un numă r de 54 de module fotovoltaice după cum se
poate vedea în figura 4.1. De aceea, am ales invertorul Symo de 15 kW. În cadrul sistemului
fix, nu există restricții cu privire la numărul panourilor montate pe structură. În consecință,
am ales invertorul Symo d e 20 kW, cel mai mare din gama Fronius Symo.

28

Figura 4.1. Structură susținere panouri fotovoltaice cu orientare biaxială

În cadrul aplicației Polysun se alege invertorul dorit și modulele fotovoltaice care se vor
conecta la acesta. În figura 4.2 se poate vedea interfața care oferă confirmarea alegerii corecte
a numărului de module și împărțirea acestora pe șiruri.

Figura 4.2. Validarea limitelor electrice ale invertorului

29 Principalele aspecte care trebuie urmărite sunt: încadrarea în limita maximă de tensiune a
MPPT -ului ( 800 V), limita maximă de tensiune a invertorului (1000 V), limita maximă a
curentului (49,5A) dar și limitele inferioare ale acestora.
De asemenea, verificarea împărțirii panourilor în șiruri pentru legarea la invertor se poate
face ș i pe site -ul producătorului Fronius Internațional. În figura 4.3. este prezentată interfața
oferită de Fronius.

Figura 4.3. Fronius Solar Configurator [35]

După alegerea producătorului și a tipului de modul fotovoltaic, se completează datele
privind te mperaturile maxime exterioare ale locației, se alege invertorul și propunerea de
împărțire a panourilor .

Figura 4.4. Raport Fronius Solar Configurator [35]

30 În figura 4.4 se regăsește raportul generat de configuratorul Fronius. După cum se poate
observa, la fel ca în raportul oferit de softul Polysun, împărțirea modulelor fotovoltaice se
faceîn șiruri a câte 18 panouri, două pentru primul MPPT și unul pentru cel de -al doilea, este
una corectă și respectă specificațiile tehnice ale invertorului.
Pentru a p uteacalcula producția de energie a sistemului, datele meteorologice ale locației
trebuie luate în calcul. Pe lângă informațiile cu privire la iradiere, temperatura mediului
exterior influențează dimensionarea șirurilor de module fotovoltaice. Trebuie menți onat că
performanța modulelor scade odată cu creșterea temperaturii. De aceea se recomandă evitarea
dimensionării șirurilor de panouri în extremele limitelor de tensiune ale invertorului .

Figura 4.5. Coeficienți de temperatură module fotovoltaice [34]

Atât softul Polysun, cât și configuratorul oferit de Fronius se bazează pe coeficienții din
figura 4.5. În figura 4.6. sunt caracteristicile electrice ale modulelor fotovoltaice din fișa
tehnică a acestora .
Coeficientul de temperatură afectează performanța panourilor fotovoltaice. Panourile
fotovoltaice sunt realizate din siliciu cristalin, de aceea cu cât temperatura este mai mare, cu
atât performanța este mai mică. Aceasta este o proprietate intrinsecă a siliciului.
În panourile fotovoltaice, puterea sca de deoarece tensiunea celulei scade. Acest lucru se
întâmplă chiar dacă crește curentul produs. De fapt, această creștere nu compensează
scăderea tensiunii. De aceea avem o scădere generală a puterii.

31
Figura 4. 6. Caracteristici electrice module fotovolta ice [34]

Astfel, cu ajutorul informațiilor de mai sus se poate calcula numărul maxim de module ce
pot fi înseriate într -un șir astfel încât să se încadreze în cerințele invertorului. Acest calcul
este prezentat în relațiile de mai jos:

În cadrul figurii 4.7 sunt prezentate ca ractetisticile tehnice ale invertorului la care vom
raporta rezultatele din relațiile anterioare. Invertorul folosit în cadrul sistemului fotovoltaic
este Fronius Symo 15.0 -3-M.

32
Figura 4.7. Caracteristici tehnice invertoare Fronius Symo [28]

În relația 1 este prezentat calculul pentru tensiunea de circuit deschis (V OC) a modulului
fotovoltaic pe timpul iernii, la o temperatură de -30˚C. Valorile trecute în fișa tehnică a
panoului sunt în condiții standard de testare, adică la +25˚C. De aceea, în cadrul f ormulei,
coeficientul de temperatură a fost înmulțit cu 55 (diferența de temperatură de la +25˚C la –
30˚C). Astfel, se observă că tensiunea V OC a modulului fotovoltaic crește cu 7,7 V la o
temperatură de -30˚C ajungând la o valoare de 47,5 V. Din specific ațiile tehnice ale
invertorului cunoaștem că acesta suportă o tensiune maximă de 1000 V, rezultând un număr
maxim de 21 de module fotovoltaice ce pot fi înseriate într -un șir.
În relația 2 este prezentat calculul pentru tensiunea de circuit deschis (V OC) a modulului
fotovoltaic pe timpul verii, la o temperatură de +70˚C. În cadrul formulei, coeficientul de
temperatură a fost înmulțit cu 45 (diferența de temperatură de la +25˚C la +70˚C). Astfel,
tensiunea V OC a modulului scade cu 6,3 V la o temperatură de + 70 ˚C, ajungând la o valoare
de 33,5 V. Din fișa tehnică cunoaștem că tensiunea minimă necesară invertorului pentru a
funcționa este de 200 V, rezultând un minim de 6 module fotovoltaice ce trebuie înseriate
într-un șir.
Pe baza celor două calcule putem c oncluziona că într -un șir conectat la invertoarele
Fronius Symo sunt necesare între 6 și 21 module fotovoltaice Altius de 300W. În cadrul
sistemului analizat, un număr de 18 module au fost înseriate, ceea ce se încadrează în
afirmația anterioară.
În cadrul tabelului 4.2, valoarea iradierii globale se încadrează în valorile superioare
înregistrate în România, după cum se poate observa în Figura 2.3 a capitolului secund.

33 Temperatura exterioară medie anuală 11,5˚ C
Iradierea globală, suma anuală 1,364 kWh/m2
Iradierea difuză, suma anuală 622 kWh/m2
Tabelul 4.2. Date meteorologice
În cadrul tabelului 4.3, sunt prezentate informațiile generale din raportul generat de softul
Polysun. Modulele Altius au fost împărțite în câte 3 șiruri a câte 18 panouri pe fiec are
invertor Fronius Symo 15.0 -3-M, câte două șiruri pentru MPPT 1 și câte un șir pe MPPT 2.
Sistemul fotovoltaic cu orientare biaxială generează un total de 132 MWh anual curent
continuu. După conversia în curent alternativ, producția anuală a sistemului este de 128
MWh. Acesta suma se traduce într -un randament anual al sistemului de 1.921 kWh/kWp.
Astfel, dacă ne raportăm la figura 2.3 din capitolul 2, observăm un suplus de aproximativ
40% datorat utilizării sistemului de orientare.

Produc ător module fotovoltaice Altius Fotovoltaic SRL
Model module fotovoltaice AFM -60-300
Putere modul fotovoltaic 300 W
Num ăr total module 216
Total putere nominal ă (CC) 64,8 kW
Produc ător invertoare Fronius International GmbH
Model invertoare Symo 15.0 -3-M
Num ăr faze invertor 3
Num ăr total invertoare 4
Num ăr MPPT 2
Num ăr total module pe invertor 54
Șiruri module MPPT 1 2
Module pe sir MPPT 1 18
Șiruri module MPPT 2 1
Module pe sir MPPT 2 18
Total putere nominal ă (CA) 59,98 kVA
Product ie energie CC [Qpv] 132.353,8 kWh
Produc ție energie CA [Qinv] 128.396,6 kWh
Randament anual 1.981 kWh/kWp
Total energie aparent ă 128.397 kVAh
Tabelul 4.3. Prezentare generală componente (valori anuale)

34 Dacă raportăm sistemul mobil la cel fix (tabelul 4.4), rata procentuală de perfomanță a
celor două este aproape aceeași, diferența făcându -se la cantitatea de energie produsă.
Surplusul de 40 % din producția sistemului mobil se datorează modificării periodice a
poziției modulelor fotovoltaice.

Rata de performanță a sistemulu i mobil 88 %
Rata de performanță a sistemului fix 87,9 %
Producția de energie CA a sistemului mobil 128.396,6 kWh
Producția de energie CA a sistemului fix 92.599,6 kWh
Tabelul 4.4. Prezentarea sistemelor (valori anuale)

În cadrul tabelului 4.5 este pr ezentată estimarea producției lunare pentru cele două
sisteme, estimare realizată cu softul Polysun .

Total Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Nov Dec
Producție sistem mobil [CA]
kWh 128397 7502 7772 10170 11787 13488 13403 15280 13488 11749 10720 7062 5976
Producție sistem fix [CA]
kWh 92600 5526 6065 7767 8831 9475 9013 10276 9530 8472 7866 5365 4413
Tabel 4.5. Producția lunară a sistemelor fotovoltaice

În figura 4. 8 sunt prezentate grafic producțiile lunare ale cele două sisteme. Se poate
observa surplusul de energie produs datorită utilizării sistemului de urmărire biaxiala.

Figura 4. 8 Grafic comparativ a producției de energie

35 4.2. Analiza financiară a sistemului fotovoltaic

Un avantaj al programului Polysun îl reprezintă posibilitatea estim ării rentabilității
investiției într -un sistem fotovoltaic luând în calcul creșterea prețului energiei electrice,
degradarea modulelor sau rata inflației (tabelul 4.6).
Durata de viață a sistemului se va considera a fi de 20 de ani, având în vedere că peri oada
de garanție a componentelor se încadrează în intervalul 10 – 25 de ani. De asemenea, se ia în
calcul o creștere a prețului energiei electrice de 2 %/an și o degradare a modulelor
fotovoltaice de 0,5%/an (conform garanției de performanță oferită de pro ducător).

Perioada de timp luata in considerare 20 ani
Cresterea pretului en ergiei 2 %/an
Costul schimbarilor tehnologice 0,50 %/an
Inflatie 2 %/an
Degradarea panourilor fotovoltaice 0,50 %/an
Pret energie 0,06 EUR/kWh
Tabel 4.6. Condi ții generale ale raportului financiar

Având în vedere progresele tehnologice din domeniul producerii celulelor fotovoltaice,
astăzi panourile au un randament ridicat și un preț/watt mai scăzut. Astfel, în rândul
producătorilor de top de module fotovoltaice întâlnim p rețuri în intervalul 0,22 – 0,30
euro/watt. De asemenea, prețul invertoarelor se situază în intervalul 0,10 – 0,15 euro/watt iar
cel al structurii de susținere a modulelor între 0,10 – 0,20 euro/watt, la structură depinzând în
principal de materialul din c are este confecționată aceasta. În cadrul tabelului 4.7 sunt
estimate costurile sistemului fotovoltaic, valorile exacte putând fi dificil de estimat în lipsa
unui proiect tehnic complet asupra locației și soluției alese.

Cost echipamente 39.368 EUR
Cost proiectare 2.500 EUR
Cost montaj 8.300 EUR
Cost mentenanta 500 EUR/an
Total 50.168 EUR
Tabel 4.7. Costurile sistemului

36 Procentual, observăm că echipamentele (module, invertor, structura etc.) reprezintă
aproximativ 78% din costurile totale , în timp ce cheltuielile cu montajul și serviciile de
proiectare reprezintă 17 %, respectiv 5 %, așa cum sunt prezentate în figura 4.9.

Investiția într -un sistem de orientare cu doau axe este cu 15 – 20 % mai ridicată față de
investiția într -un sistem f otovoltaic clasic. Acest cost mai ridicat aduce un beneficiu
important, o creșterea a producției de energie de până la 45 %. De asemenea, sistemul biaxial
de orientare nu consumă nici măcar 0,5 % din energia suplimentară generată [20]. Consumul
de energie poate fi reglat prin setarea unui interval de timp mai mare pentru modificarea
poziției modulelor. Acest lucru este întâlnit în special în cadrul sistemelor pasive de control
care poziționează modulele fotovoltaice pe baza traiectoriilor solare calculate a nterior
(control cu buclă deschisă).
În cadrul tabelului 4.8, se estimează producția de energie și venitul generat de aceasta în
cadrul unui sistem fotovoltaic clasic (fix). În cadrul celor 20 de ani de funcționare, sistemul
generează un venit total în va loare de 136.664 euro.
În cadrul acestor calcule, se poate observa impactul major pe care îl are creșterea prețului
energiei în venitul generat de sistemul fotovoltaic. Așadar, este de așteptat că în viitor
consumatorii industriali și comerciali să ia în c onsiderare din ce în ce mai mult investițiile în
sisteme de producere a energiei regenerabile.

78% 5% 17%
Echipamente
Proiectare
Montaj
Figura 4.9. Distribuția investiției inițiale

37 An Produc ție
energie
[kWh] Cost
energie
[EUR] Cost
mentenanță
[EUR] Venit
produc ție
energie
[EUR]
1 98,599 0.060 300 5,916
2 98,106 0.061 300 6,004
3 97,615 0.062 300 6,094
4 97,127 0.064 300 6,184
5 96,642 0.065 300 6,276
6 96,159 0.066 300 6,370
7 95,678 0.068 300 6,465
8 95,199 0.069 300 6,561
9 94,723 0.070 300 6,659
10 94,250 0.072 300 6,758
11 93,779 0.073 300 6,859
12 93,310 0.075 300 6,961
13 92,843 0.076 300 7,065
14 92,379 0.078 300 7,170
15 91,917 0.079 300 7,277
16 91,457 0.081 300 7,385
17 91,000 0.082 300 7,495
18 90,545 0.084 300 7,607
19 90,092 0.086 300 7,720
20 89,642 0.087 300 7,835
Total 1,881,062 – 6,000 136,664
Tabelu l 4.8. Estimarea producției de energie și a venitului generat de sistemul fix

Pe baza rapoartelor din softul Polysun, în cadrul tabelului 4.9 sunt trecute producția de
energie din primul an al sistemului fotovoltaic cu orientare biaxial ă și venitul genera t
din vânzarea acesteia.

Energia produs ă 128.396,6 kWh/an la t 0
Venituri din vânzarea energiei 7.704 EUR /an la t 0
Creșterea prețului energiei 2 %
Tabel 4.9. Venituri din produc ția de energie
Având aceste informații și luând în calcul gradul de deg radare al modulelor fotovoltaice,
putem calcula venitul generat de sistemul mobil, calcul prezentat în tabelul 4.10.

38 An Produc ție
energie
[kWh] Cost
energie
[EUR] Cost
mentenan ță
[EUR] Venit
produc ție
energie
[EUR] Amortizare
t0 – – – – -50168
1 128,39 8 0.060 500 7,704 -42,964
2 127,756 0.061 500 7,819 -35,646
3 127,117 0.062 500 7,935 -28,210
4 126,481 0.064 500 8,053 -20,657
5 125,849 0.065 500 8,173 -12,984
6 125,220 0.066 500 8,295 -5,188
7 124,594 0.068 500 8,419 2,730
8 123,971 0.069 500 8,544 10,774
9 123,351 0.070 500 8,671 18,946
10 122,734 0.072 500 8,801 27,247
11 122,120 0.073 500 8,932 35,679
12 121,510 0.075 500 9,065 44,243
13 120,902 0.076 500 9,200 52,943
14 120,298 0.078 500 9,337 61,780
15 119,696 0.079 500 9,476 70,757
16 119,098 0.081 500 9,617 79,874
17 118,502 0.082 500 9,761 89,135
18 117,910 0.084 500 9,906 98,541
19 117,320 0.086 500 10,054 108,095
20 116,733 0.087 500 10,204 117,798
Total 2,449,557 – 10,000 177,966 117,798
Tabelul 4.10 . Estimarea producției de energie și a venitului generat de sistemul mobil

În cadrul tabelului 4.10 put em observa un venit total generat de sistemul fotovoltaic de
aproximativ 180.000 euro, ceea ce înseamnă de mai bine de trei ori suma investită. De
asemenea, această sumă este cu 30% mai mare față de veniturile generate de un sistem
fotovoltaic de aceeași putere dar cu structura fixă.
Un alt aspect important în stabilirea rentabilității unei investiții îl reprezintă timpul de
amortizare a acesteia. Conform tabelului 4.10, inves tiția se amortizează după 7 ani de
funcționare a sistemului, generând un profit considerabil.

39 Venitul generat de producția de energie este influențat de rata de degradare a modulelor
fotovoltaice. Modificările cantității de energie generate de sistem su nt prezentate în cadrul
figurii 4.10.
Figura 4. 10. Pierderile de energie datorate degrad ării modulelor fotovoltaice

Creșterea prețului energiei are un impact major în stabilirea profitabilității acestei
investiții. În figura 4.11 este prezentată evoluți a venitului generat din vânzarea energiei în cei
20 de ani de funcționare ai sistemului.

Figura 4.10 . Evoluția venitului anual datorită creșterii prețului energiei
750080008500900095001000010500
1234567891011121314151617181920
Venit anual [EUR]

40 Un alt indicator folosit pentru a evalua profitabilitatea investiției este VAN (valoarea
actualizat ă netă), dat de formulă:
∑

(3)
unde:
 I0 este investiția la t=0 ;
 CFt este fluxul de numerar la timpul t ;
 i este rata de actualizare, care se presupune a fi 4% .
Perioada de timp pentru VAN este de 2 0 de ani.
În tabelul 4.11 sunt prezentate valorile obținute pentru indicatorul VAN iar în figura 4.12
evoluția în cei 20 de ani.

Valoarea actualizat ă netă (VAN) 95.736,25 EUR

Analiza sensibilității VAN
Valoarea superioar ă +1.00% 81.429,91 EUR
Valoarea inferioar ă -1.00% 112.307,44 EUR
Tabel 4.11. Valoarea actualizat ă netă

Figura 4.11. Reprezentarea grafică a valorii actualizate nete

41

Concluzii

Lucrarea de față are ca obiectiv general: analiza implementării unui sistem fotovoltaic cu
orientare biaxiala.
În realizarea acestei lucrări au fost comparate două tipuri de sisteme fotovoltaice: unul
clasic (cu structura fixă) și unul cu sistem de orientare cu două axe. În componența acestor
sisteme au fost folosite module aparținând celui mai mare producător din România iar
celelalte componente aparțin unora dintre cei mai cunoscuți producători mondiali.
Această lucrare a prezentat o soluție tehnică pe baza căreia se poate implementa un astfel
de sistem. Pe baza rapoartelor generate de softul de simulare a sistemelor fotovoltaice
Polysun s -a remarcat, în principal, aportul de aproximativ 40% de energie electrică produsă
de panourile fotovoltaice datorită utilizării sistemului de orientare. După calculul
rentabilității, un venit suplimentar de 3 0% a reieșit din surplusul de producție. Acesta nu a
fost proporțional cu energia produsă în principal datorită costurilor de mentenanță mai
ridicate și a investiției inițiale mai mari.
Un aspect important evidențiat de această lucrare îl reprezintă perioa da scurtă de
amortizare a investiției. Având o durată de viață de 20 de ani, sistemul fotovoltaic se
amortizează în aproximativ 7 ani, un rol important fiind deținut de creșterea continuă a
prețului energiei electrice. Din acest motiv, dar și prin acțiunil e Uniunii Europene de a
promova sursele regenerabile de producere a energiei, se prevede o creștere semnificativă a
cantității de energie produsă cu ajutorul sistemelor fotovoltaice în România.
În figura 4.13 se observă surplusul generat de sistemul de ori entare cu două axe. După cei
7 ani în care se amortizează investiția, sistemul începe să genereze profit. După cei 20 de ani
de funcționare, sistemul generează un profit de două ori mai mare decât investiția inițială.
Acesta poate să mai crească având în v edere că modulele fotovoltaice au o garanție de 25 de
ani iar pentru invertor se poate achiziționa o garanție extinsă de până la 20 de ani. Astfel,
putem presupune că durata de viață a sistemului poate fi mai mare. De asemenea, progresul
tehnologic din ace st domeniu este considerabil, ceea ce reprezintă o scădere a costurilor

42 sistemelor și creșterea eficienței acestora, deci o cantitate mai mare de energie produsă pe o
suprafață mai mică și la costuri reduse.

Figura 4. 13. Evoluția financiară a sistemelor comparate

Un dezavantaj al sistemelor cu orientare după soare îl reprezintă suprafața mare ocupată.
Acest lucru se datorează înălțimii ridicare a structurii. Pentru cazul de față, cele 54 module
așezate pe o structura au fost împărțite în 4 șiruri a câte 12 module amplasate portret și un șir
de 6 module așezate landscape. Astfel, doar panourile însumează o înălțime de 8 metri la care
se adaugă aproximativ 1,5 metri distanță față de sol. Această înălțime reprezintă un
dezavantaj deoarece este nevoie să se a sigure o distanță mare între două structuri alăturate
pentru a preveni apariția fenomenului de umbrire.
Un alt dezavantaj al acestui sistem îl reprezintă dificultățile întâmpinate la montarea
structurii și a modulelor fotovoltaice pe aceasta. Aceste proces e se realizează doar cu ajutorul
unor utilaje de ridicare și de lucru la înălțime. De aceea este necesară, în principal, o macara
datorită gabaritului ridicat al structurii.
Datorită dezavantajelor prezentate anterior, în practică se vor prefera sistemele clasice
deoarece implică un cost mai scăzut de mentenanță, riscul mai scăzut de defecte datorită
lipsei elementelor în mișcare, a timpului și costului de montaj mai reduse dar și datorită
dorinței de a instala un sistem cât mai mare pe o suprafață redusă.
Proiectele inovatoare în sistemele de urmărire a soarelui au permis dezvoltarea în prezent
a multor sisteme solare termice și fotovoltaice pentru o varietate de aplicații în comparație cu -60000-40000-20000020000400006000080000100000120000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Sistem fix Sistem mobil

43 panourile fixe tradiționale. Sistemele fotovoltaice care urmăresc sc himbările în traiectoria
soarelui pe parcursul zilei colectează o cantitate mult mai mare de energie solară și, prin
urmare, generează o putere de ieșire semnificativ mai mare.
În concluzie, un sistem fotovoltaic cu orientare cu două axe aduce un surplus d e energie
de aproximativ 40% față de un sistem clasic, are un timp de amortizare a investiției redus
(doar 7 ani) și se pretează, în special, în locațiile unde spațiul nu reprezintă o problemă.

44
Bibliografie

[1] ***http://www.e uroparl.europa.eu/
[2] ***https://www.nrel.gov/docs/legosti/old/1448.pdf
[3] ***https://ec.europa.eu/eurostat/
[4] ***https://restartenergy.ro/energie -solara/potentialul -energetic -solar -al-romaniei/
[5] ***https://www.irena.org/publications/2018/Feb/Renewa ble-energy -prospects -for-the-EU
[6] ***https://britishbusinessenergy.co.uk/world -solar -map/
[7] ***https://solargis.com
[8] ***http://www.solar -magazin.ro/solare/romania -pe-locul -10-in-uniunea -europeana -la-
consumul -de-energie -regenerabila.html
[9] ***https ://restartenergy.ro/energie -solara/potentialul -energetic -solar -al-romaniei/
[10] ***https://www.naturenergy.ro/efectul -fotovoltaic -160221.htm#.XQY8WcTVLIU
[11] ***https://ro.wikipedia.org/wiki/Celulă_solară
[12] ***https://www.cleanenergyreviews.info/blog/ solar -panel -components -construction
[13] ***https://www.cleanenergyreviews.info/blog/best -quality -solar -panels -manufacturers
[14]***https://www.fronius.com/en/photovoltaics/products/commercial/inverters/fronius –
symo -ul/fronius -symo -15-0-3-208
[15] ***https ://www.solarpowerworldonline.com/2013/04/how -do-solar -inverters -work/
[16] ***https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_point_tracking
[17] ***https://eu.mouser.com/applications/solar -panel -power -tracking/
[18] ***https://en.wikipedia.org/wiki/Islanding
[19] ***https://www.gses.com.au/technical -articles/tracking -systems -yield/
[20] ***http://www.degerenergie.de/en/degertracker -dual-axis.html
[21] ***https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cable
[22] ***https://www.elandcables.com/electrical -cable -and-accessor ies/cables -by-type/solar –
cable
[23] ***https://lappromania.lappgroup.com/produse/catalogul/cabluri -de-forta -si-
comanda/aplicatii -speciale/fotovoltaic/h1z2z2 -k.html
[24] ***http://en.sunlont.com/procenter/30
[25] *** https://www.raycap.com/necessary -protecti on-pv-systems/
[26] *** http://www.cooperindustries.com/content/public/en/bussmann/electrical.html

45 [27] *** http://www1.cooperbussmann.com/pdf/1b416a65 -f5ac-4730 -ab77 -9e2faa147945.pdf
[28] *** https://www.fronius.com/en/photovoltaics
[29] *** https://www.froni us.com/en/photovoltaics/products/home/system –
monitoring/hardware/fronius -smart -meter/fronius -smart -meter -63a-3
[30] *** https://instylesolar.com/blog/2018/11/12/fronius -smart -meter/
[31] *** https://www.fronius.com/en/photovoltaics/products/home/solutions/fr onius –
software -solutions/system -monitoring/system -monitoring
[32] *** https://www.solarweb.com/PvSystems/PvSystem?pvSystemId=ff2ad483 -1254 -464b –
a594 -2a4c61241a92
[33] *** https://www.velasolaris.com/
[34] *** https://altius -solar.com/products/
[35] *** https: //fronius.solarconfigurator.de/solar.configurator/quick
[36] *** http://add -energy.ro/potentialul -tehnic -si-economic -solar -amenajabil -pe-teritoriul –
romaniei/
[37] *** https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_mounting_system
[38]***https://www.researchgat e.net/publication/312067334_SOLAR_TRACKING_SYSTE
M-_A_REVIEW