Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV [601167]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV
Cuprins

1. Stadiul actual al cercet ării în domeniul sistemelor fotovoltaice utilizate p entru asigurarea
independen ței energetice a cl ădirilor reziden țiale ………………………………………….. ……………………………. 2
1.1 Date generale despre radia ția solar ă ………………………………………….. ………………………………………. 2
1.2 Poten țialul energetic în România ………………………………………….. ………………………………………….. 5
1.3 Cadrul legislativ al României privind producere a energiei din surse regenerabile ……………………… 6
1.4 Tipuri de module fotovoltaice pentru integrare în mediul construit …………………………………………. 7
1.5 Variante de integrare a sistemelor fotovoltaice în mediul construit …………………………………………. 9
1.6 Exemple de cl ădiri independente din punct de vedere energetic ………………………………………….. .. 15
2. Modelare matematic ă a radia ției disponibile și captate ………………………………………….. …………….. 19
2.1 Modelarea radia ției solare disponibile ………………………………………….. …………………………………. 19
2.2 Modelarea radia ției solare captat ă ………………………………………….. ………………………………………. 22
2.3 Modelarea umbririi reciproce a modulelor fotovo ltaice ………………………………………….. ………….. 24
3. Simulare numeric ă pe baza rezultatelor ob ținute din modelarea matematic ă a radia ției solare ……… 26
3.1 Descrierea loca ției de implementare ………………………………………….. ……………………………………. 26
3.2 Simularea numeric ă a radia ției disponibile ………………………………………….. …………………………… 27
3.3 Alegerea modulelor fotovoltaice ………………………………………….. ………………………………………… 43
3.4 Calculul energiei electrice produs ă în func ție de suprafe țele disponibile ………………………………… 45
4. Testare experimental ă a modelului matematic pentru un studiu de caz: sis tem PV fix instalat pe
terasa laboratorului L7 din cadrul ICDT …………………………………………… ………………………………………. 49
5. Concluzii ………………………………………….. …………………………………………… ……………………………. 55
List ă bibliografic ă ………………………………………….. …………………………………………… ………………………. 56

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

2
1. Stadiul actual al cercet ării în domeniul sistemelor fotovoltaice utilizate
pentru asigurarea independen ței energetice a cl ădirilor reziden țiale
1.1 Date generale despre radia ția solar ă
În viitorul apropiat, se va produce tranzi ția de la sursele de energie conven ționale (care
sunt limitate, costisitoare pe m ăsura epuiz ării stocurilor și considera ți factorii majori de poluare)
la sursele regenerabile de energie, care are la baz ă principii de durabilitate și pot îndeplini
dualitatea ”energie curat ă-mediu verde”. [6]
Energia solar ă reprezint ă energia electromagnetic ă transmis ă de soare generat ăprin
fuziune nuclear ă. Ea st ă la baza întregii vie ți de pe p ământ și reprezint ă aproximativ 420 trilioane
kWh. Aceast ă cantitate de energie generat ă de soare este de câteva mii de ori mai mare decât
cantitatea total ă de energie utilizat ă de to ți oamenii. [12]
Pământul prime ște în permanen ță mai mult ă energie de la soare în doar o or ă decât
folose ște popula ția lumii într-un an. Fluxul total de energie solar ă interceptat ă de pe p ământ într-
o zi este de 4,2 × 10 18 Wh sau 1,5 × 10 22 jouli. Aceasta ar fi echivalent ă cu arderea a 360
miliarde de tone de petrol pe zi sau 15 miliarde de tone pe or ă. Necesarul de energie al întregii
planete este de circa 16 TWh, care în 2020 va ajung e la o valoare de 20 TWh. [26]
Constanta solar ă reprezint ă fluxul de energie termic ă unitar ă primit ă de la Soare,
măsurat ă în straturile superioare ale atmosferei terestre, perpendicular pe direc ția razelor solare.
Valoarea general acceptat ă pentru constanta solar ă este de aproximativ 1350 W/m ², reprezentând
o valoare medie anual ă, m ăsurat ă cu ajutorul sateli ților de cercetare știin țific ă. [26]
Radia ția solar ă care ajunge la suprafa ța p ământului este par țial captat ă de aceasta prin
masa termic ă (oceane) iar o parte este reflectat ă. O parte din radia ția reflectat ă este trimis ă în
cosmos iar radia ția termic ă provenit ă din c ăldura emanat ă de p ământ este reținut ă partial de
atmosfer ă. Acest fenomen permite stocarea energiei solare la suprafa ța p ământului oferind astfel
un climat propice vie ții și poart ă denumirea de efect de ser ă. [8]
Radia ția global ă ajuns ă de la Soare, pe o suprafa ță orizontal ă la nivelul solului într-o zi
senin ă, reprezint ă suma dintre radia ția direct ă și radia ția difuz ă. Radia ția solar ă direct ă depinde
de orientarea suprafe ței receptoare.Radia ția solar ă difuz ă poate fi considerat ă aceea și, indiferent
de orientarea suprafe ței receptoare, chiar dac ă în realitate exist ă mici diferen țe. Radia ția solar ă

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

3
poate fi transformat ă în energie electric ă prin conversie fotovoltaic ă, energie termic ă, energie
chimic ă și biologic. [23]

Fig 1.1 Distribu ția radia ției solare [23]

Radia ția solar ă este influen țat ă de modificarea permanent ă a câtorva parametri
importan ți, cum sunt:
– În ălțimea Soarelui pe cer (unghiul format de direc ția razelor soarelui cu planul
orizontal);
– Unghiul de înclinare a axei P ământului fata de planul orbitei pe care se misca in jurul
Soarelui;
– Modificarea distan ței P ământ – Soare (aproximativ 149 milioane km pe o trai ectorie
eliptic ă, u șor excentric ă.);
– Latitudinea geografic ă. [8]
În figura 1.2este reprezentat ă varia ția densit ății radia ției solare în func ție de în ălțimea
Soarelui, adic ă unghiul format de direc ția razelor solare cu planul orizontal, pentru difer ite
situa ții atmosferice. [23]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

4

Fig1.2 Varia ția radia ției solare în func ție de direc ția razelor solare, pentru diferite situa ții atmosferice [22]
Principalele componente ale radia ției solare care ajung pe Pamânt și participarea fiec ărei
componente în radia ția global ă, din punct de vedere energetic, sunt:
– radia ție ultraviolet ă în propor ție de 3%
– radia ție vizibil ă în propor ție de 42%
– radia ție infraro șie în propor ție de 55% [7]

Fig. 1.3 Lungimile de und ă din spectrul vizibil[ 7]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

5
Fiec ărei componente a radia ției, îi corespunde câte un domeniu bine definit al lungimilor
de und ă:
– radia ție ultraviolet ă 0,28 – 0,38 µm
– radia ție vizibil ă 0,38 – 0,78 µm
– radia ția infraro șie 0,78 – 2,50 µm [7]

1.2 Poten țialul energetic în România
România a început s ă atrag ă investitori și în domeniul producerii de energie termic ă și
electric ă din energie solar ă, aceasta fiind nu numai nepoluant ă, ci și, practic,inepuizabil ă, pe
termen mediu și lung. Potrivit Strategiei Energetice Nationale, p oten țialul solar al României
poate genera 1,2 TWh anual de electricitate, adic ă 2,5% din consumulna țional actual. Zonele
Dobrogea și Câmpia de Sud sunt cele mai potrivite zone pentru astfel de investi ții. Printre cele
mai mari parcuri solare se afl ă și Parcul Solar Gura Ialomitei, din jude țul Ialomi ța cu o capacitate
de 10 megawa ți. În privin ța radia ției solare, ecartul lunar alvalorilor de pe teritor iul României
atinge valori maxime în luna iulie (5,38 kWh/ m2/zi ) șivalori minime în luna decembrie (1,18
kWh/ m2/zi).România se gase ște într-o zon ă geografic ă cu acoperire solar ăbun ă, având 210 zile
însorite pe an și un flux anual de energie solar ă cuprins între 1450 kWh/m 2/an si 1600
kWh/m 2/an. Din aceast ă cantitate de energie se pot capta în totalitate cu tehnic ă
necesar ă.Poten țialul de utilizare a energiei solare în România, es te relativ important. [20]
Pornind de la datele disponibile în literatura de s pecialitate s-a întocmit harta cu
distribu ția în teritoriu a radia ției solare în România:

Zona radia ției
solare Energia solar ă
disponibil ă anual
(kWh/m 2/an)
I >1350
II 1300-1350
III 1250-1300
IV 1200-1250
V <1200
Fig 1.4 Harta distribu ției solare în România [12]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

6
Exist ă zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge pan ă la 1450-1600kWh/m 2/an, în
zona Litoralului M ării Negre si Dobrogea ca și în majoritatea zonelor sudice.Fiecare metru p ătrat
de captatori din România produce aproximativ 260Wh/ m 2 energie electric ă. [12]

1.3 Cadrul legislativ al României privind producere a energiei din surse regenerabile
Dezvoltarea surselor de energie regenerabil ă este unul din scopurile principale alepoliticii
Uniunii Europene cât și a României, care reflect ă beneficiile pe care sursele de energie
curat ă,durabil ă și sigur ă le vor aduce genera țiilor actuale și viitoare. [16]
În prezent, în statele Uniunii Europene func ționeaz ă diferite scheme pentru sursele de
energie regenerabil ă. Aceste scheme na ționalesunt diferite de la stat la stat datorit ă urm ătoarelor
aspecte: securitatea livr ării, reducereaemisiilor și a tehnologiilor diferite. Cele mai utilizate
scheme la momentul actual în ță rilemembre UE sunt:
• Tariful special: Acesta presupune garantarea unui p re ț premium pentru energia verde la
produc ător și obligarea transportatorilor s ă cumpere acest produs. Pre țul este garantat
pentru o perioad ă lung ă (de obicei 7 ani) pentru a încuraja investi țiile în noi centrale care
utilizeaz ă energia regenerabil ă. Tarifele speciale sunt m ăsuri aplicate pe partea de livrare
care introduce energia electric ă verde pe pia ță . Acest sistem exist ă în majoritatea statelor
membre ale UE.În România, tariful este cu 10-15% ma i redus decât pre țul pl ătit de
consumator.
• Certificatele verzi: Un certificat verde este emis când se produce electricitate dintr-o
surs ă regenerabil ă. Electricitatea produs ă din surse regenerabile este vândut ă la pre țul
conven țional pie ței. Pentru a acoperi costurile suplimentare ale pro ducerii de electricitate
verde și pentru a asigura c ă este generat ă în cantit ăți suficiente, to ți consumatorii sunt
obliga ți s ă cumpere un anumit num ăr de certificate verzi de la produc ătorii de
electricitate din surse regenerabile în func ție de un procent fix din totalul electricit ății
consumate/produse. În România, produc ătorii de energie electric ă din sisteme
fotovoltaice beneficiaz ă de 6 certificate verzi pentru fiecare megawatth pr odus și
livrat.Îns ă, din anul 2014, conform HG 994/2013 privind aproba rea m ăsurilor de reducere
a num ărului de certificate verzi în situa țiile prev ăzute la art. 6 alin. (2) lit. a), c) și f) din

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

7
Legea nr. 220/2008 acestea sunt în num ăr de 3 certificate pentru fiecare megawatth
produs și livrat. [17]
• Sprijin pentru investitori: Acest aspect presupune subven ții financiare directe pentru
construirea de noi capacit ăți de producere a energiei din surse regenerabile. A ceasta este
o m ăsur ă care stimuleaz ă oferta și care poate fi u șor modelat ă astfel încât s ă încurajeze
formele particulare de utilizare a energiilor regen erabile în concordan ță cu politica
na țional ă și regional ă. [16]
În România, legea pentru stabilirea sistemului de p romovare a producerii energiei din
surse regenerabile este Legea nr. 220 din 27.10.200 8, care a suferit diferite amendamente de-a
lungul anilor. Conform acestei legi, cotele anuale obligatorii de energie electric ă produs ă din
surse regenerabile de energie care beneficiaz ă de sistemul de promovare prin certificate verzi în
perioada 2010-2020 sunt urm ătoarele: 2010-8,3%, 2011-10%, 2012-12%, 2013-14%, 2 014-15%,
2015-16%, 2016-17%, 2017-18%, 2018-19%, 2019-19,5%, 2020-20%. De asemenea, nivelul
obiectivului na țional privind ponderea energiei produse din surse r egenerabile în consumul final
brut de energie al anului 2020 este de 24%. [16]
Pentru perioada 2008-2025, valoarea de tranzac ționare a certificatelor verzi pe pia ță se
încadreaz ă între o valoare minim ă de 27 euro/certificat și o valoare maxim ă de 59 euro/certificat.
Începând cu anul 2011, valorile de tranzac ționare se indexeaz ă anual de ANRE conform
indicelui mediu de infla ție înregistrat în luna decembrie a anului precedent , calculat la nivelul
Uniunii Europene. [16]

1.4 Tipuri de module fotovoltaice pentru integrare în mediul construit
Fotovoltaicele permit generarea energiei electrice din lumina soarelui. Aceasta energie
electric ă poate fi apoi vândut ă în re țea sau utilizat ă la fa ța locului. În Europa, aplica țiile cu cea
mai mare cre ștere sunt reprezentate de sistemele conectate la re țea, datorit ă gradului extins de
acoperire a re țelei, a flexibilit ății sistemelor conectate la re țea și a costurilor generale reduse
implicate de sistem.[14]
Produc ția de energie a unui sistem fotovoltaic depinde de mai mul ți factori printre care se
num ără amplasarea, orientarea și înclina ția sistemului, precum și condi țiile de temperatur ă și de
umbrire. O proiectare bun ă trebuie s ă ia în considerare to ți ace ști factori.Introducerea sistemelor

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

8
fotovoltaice în mediile urbane are efecte vizuale s urprinz ătoare și pozitive, mai ales când sunt
integrate în structura cl ădirilor.Integrarea de module fotovoltaice în cl ădire ca element
arhitectural (acoperi șuri, acoperi șuri din sticl ă, fa țade, copertine, jaluzele solare), ca urmare a
variet ății de modele, culori și transparen țe a panourilor fotovoltaice, fac fiecare cl ădire unic ă,
permi țând arhitec ților s ă eviden țieze sau s ă ascund ă utilizarea de fotovoltaice. Fotovoltaicele au
multe posibilit ăți în lucr ările de restaurare, chiar și în cl ădirile de patrimoniu. [4]
De și deosebit de sub țire (aproximativ 0,3 mm), celula PV este compus ă din mai multe
straturi realizate din componente diferite. Stratul superior este realizat din sticl ă sau un alt
material protector în raport cu factorii de mediu. Sub acesta estedispus înc ă un strat, antireflexiv,
care împiedic ă reflexia luminii de suprafa ța vitrat ă. Dou ă straturi conductoare din siliciu (cel
mai performant material semiconductor) sau alte ele mente, precum galiul, germaniul sau
substan țe organice, au rol în generarea curentului electric în celula fotovoltaic ă. [14]
O celul ă individual ă PV produce 1-2 W de curent electric. Pentru ca efi cien ța unui sistem
fotovoltaic s ă creasc ă se impune ansamblarea mai multor unit ăți în module care închid
semiconductorii într-un înveli ș etan ș de ap ă, prev ăzut cu fire electrice, necesare conect ării la
restul sistemului. De asemenea, pentru o eficien ță și mai mare, aceste module se pot interconecta
pentru a forma re țele de celule în sistem PV. Aceste re țele pot furniza pân ă la 100 kW de curent
electric. [18]
Cele mai des folosite tehnologii bazate pe celule f otovoltaice sunt mono-cristaline,
policristaline și film sub țire.Celulele fotovoltaice cristalinesunt formate di ntr-un semiconductor
în dou ă straturi cu o re țea metalic ă ce preia energia electric ă generat ă. Având în vedere c ă
voltajul generat de o singur ă celul ă este redus, celulele sunt interconectate în interi orul unui strat
protector de sticl ă și plastic (transparent sau opac) pentru a crea modu le. Modulele cu celule
cristaline sunt cele mai des întâlnite pe pia ță ; acestea sunt foarte eficiente și au o durat ă lung ă de
via ță . [3]

Fig 1.5 Celul ă mono-cristalin ă respectiv policristalin ă [18] În general aceste module au
nuan țe de albastru, dar pot fi
disponibile și în alte culori,
prin modificarea grosimii
stratului anti-reflexie al celulei.
[18]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

9
Celulele mono-cristaline sunt de obicei albastru în chis, în timp ce celulele policristaline
au o compozi ție mai pu țin regulat ă.Modulele cu film sub țiresunt create prin depunerea unui strat
sub țire de semiconductor peste o suprafa ță omogen ă neted ă (sticl ă, metal sau chiar și plastic
flexibil). Procesul de depunere confer ă modulelor cu film sub țire un aspect negru mat. [14]

Fig 1.6 Film sub țire [18] Chiar dac ă modulele cu film sub țire au o eficien ță mai
redus ă decât celulele cristaline, produc ția acestora necesit ă
mai pu țin material semiconductor ducând la un pre ț mai
redus pe metru p ătrat. Produsele bazate pe tehnologia cu
film sub țire se pot utiliza pentru fa țadele cl ădirilor
industriale, pentru acoperi șuri sau pentru solu ții unde este
necesar s ă fie acoperit ă o suprafa ță mare. [4]
Celulele fotovoltaice de prima genera ție au fost cele monocristaline(c-Si), cele de-a dou a
genera ție: celule cu siliciu amorf (a-Si), celule policris taline (poly-Si), celule CdTe, celule din
aliaj Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat. Apoi au urmat ce le din a treia genera ție: celule solare
nanocristal, celule fotoelectrochimice (PEC), celul e polimer iar cele de ultima genera ție sunt
celule hibrid (cristale anorganice ce con țin matrice de polimeri). [18]
1.5 Variante de integrare a sistemelor fotovoltaice în mediul construit

Instala țiile fotovoltaice pot fi montate pe sol ( și uneori integrate cu agricultura și
pășunat), pe acoperi ș sau integrate în pere ții unei cl ădiri. Obstacolul principal privind utilizarea
sporit ă a sistemelor fotovoltaice este costul lor ridicat ini țial. [4]
La cele montate pe sol exist ă trei modalit ăți: supor ți cu pozi ție fix ă, supor ți cu pozi ție
variabil ă monoaxial ă și supor ți cu pozi ție variabil ă biaxial ă. [18]

Fig 1.7 Modul fotovoltaic fix [18] Sistemul fotovoltaic fix este sistemul cel mai
răspândit, din aceast ă categorie g ăsindu-se
stâlpi din lemn, aluminiu sau o țel zincat.
Ace ști supor ți trebuie s ă reziste 20-25 ani,
astfel trebuie ales materialul și calitatea
acestuia care s ă fac ăfa ță . În ultimul timp se
lucreaz ă cu suport integral din o țel zincat.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

10
Din punct de vedere al exploat ării, acest sistem cu module fotovoltaice fixe este cel mai robust,
neavând p ărți în mi șcare, între ținerea și repara țiile sunt reduse la un minim. Dezavantajul lui
const ă în orele mai pu ține în care razele solare cad perpendicular pe foto celule. Avantajul const ă
în investi ția redus ă fa ță de celelalte sisteme de pozi ționare. [18]
Sistemele fotovoltaice pe supor ți monoaxiali urm ăresc soarele de la est pân ă la vest. Aceasta se
poate realiza rigid, astfel încât modululeste încli nat în fiecare or ă cu un anumit num ăr de grade,
sau cu ajutorul unui senzor care caut ă pozi ția optim ă. Sistemul care consum ă cel mai pu țin curent
pentru orientare este cel rigid. [18]

Fig 1.8 Modul fotovoltaic pe support bi-axial[18]
Panourile fotovoltaice pe supor ți biaxiali
urm ăresc soarele de la r ăsărit pân ă la apus,
urm ărind traiectoria acestuia. Aceasta
se realizeaz ă cu ajutorul unor senzori care
caut ă punctul cel mai luminos. Prin aceast ă
variabilitate se m ăre ște considerabil timpul în
care razele solare cad cu unghi favorabil pe
panourile solare, ceea ce aduce un plus de
energie electric ă de aproximativ 30 – 40%.
Sistemul necesit ă personal de exploatare
specializat, lucr ări de între ținere și repara ții specializate, fiind mult mai sensibil decât sist emul
rigid.[4]
O metod ă foarte bun ă de folosire a modulelor fotovoltaice este instalar ea acestora pe
acoperi șul cl ădirilor. Aceast ă ini țiativ ăa venit din preocuparea arhitec ților în ceea ce prive ște
diminuarea costului surselor noi de energie, impunâ nd astfel constructorilor s ă stimuleze
integrarea lor în cl ădiri ca elemente constructive sau decorativ-func ționale. Integrarea sistemelor
fotovoltaice în cl ădiri ofer ă totodat ă, pe lâng ă costurile avantajoase, un concept atractiv pentru
zonele dens populate.Aceste sisteme integrate în a coperi ș (BIPV = Building Integration of
Photovoltaic Systems) se raporteaz ă direct la componentele cl ădirii și au rolul de a produce în
acela și timp și servicii energetice complexe. Sistemul reu șește s ă combine cu u șurin ță celulele
fotovoltaice cu materialele clasice utilizate pentr u acoperi șuri precum pl ăcile din ardezie, țiglele
metalice sau șindrilele bituminoase. [2]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

11

Fig.1.9 Modul fotovoltaic integrat în acoperi ș [14] Acoperi șurile în pant ă reprezint ă un loc
ideal de integrare, unde modulele pot fi u șor
montate folosind sistemul de cadre.
Sistemele fotovoltaice practic pot fi
încorporate în construc ția acoperi șului ca
„țigle/ șindrile” fotovoltaice, în locul
țiglelor/ șindrilelor obi șnuite. [14]
Țiglele sunt prev ăzute cu ni ște orificii laterale care folosesc la fixarea modul elor
fotovoltaice, iar leg ătura pe șarpant ăse face prin sisteme de îmbinare tip clem ă elastic ă, în func ție
de gradul de înclina ție al acoperi șului, f ără a p ătrunde precipita țiile de ap ă sau de z ăpad ă.Pentru
montarea modulelor fotovoltaice, sistemele foloses c structurile deja existente,cum ar fi
acoperi șurile sau fa țadele sau panourile ce se monteaz ă pe suporturi de sine st ătătoare, montate
în exterior. Aceste sisteme pot fi de mici capacit ăți, a șa numitele sisteme distribuite, în general
montate pe acoperi ș și care au putere de ie șire de câ țiva kW, sau pot fi sisteme de capacit ăți mari
cu puteri de ie șire de ordinul megawa ților. [14]
De și cele mai cunoscute modalit ăți de montare a unui sistem fotovoltaic sunt cele pe
acoperi șul unei cl ădiri sau direct pe p ământ, exist ă și o tehnologie mai nou ă care se refer ă la
integrarea panourilor fotovoltaice în fa țadele cl ădirilor.[2]
Fotovoltaicele integrate în cl ădiri prezint ă o serie de avantaje fa ță de cele obi șnuite, care
se monteaz ă pe structuri metalice, unul din aceste avantaje fi ind cel de ordin financiar. Prin
folosirea acestui tip de materiale fotovoltaice la construc ția cl ădirii se va reduce costul ini țial
estimat pentru lucr ări, precum și cel al manoperei, deoarece nu va mai fi nevoie de acele echipe
de muncitori pentru a construi efectiv partea de cl ădire care este acoperit ă cu BIPV. [14]

Fig 1.10 Modul integrat în fa țad ă [14] Astfel, fotovoltaicele integrate în cl ădiri, a șa-
numitele BIPV, sunt de fapt materiale
fotovoltaice care sunt folosite de c ătre
dezvoltatori și arhitec ți pentru a înlocui anumite
părți din exteriorul cl ădirii, cum ar fi acoperi șul,
luminatoarele sau fa țadele. Aceast ă tehnologie
este folosit ă din ce în ce mai des la cl ădirile
nou-construite, dar și în cazul cl ădirilor aflate în

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

12
proces de renovare, ca surs ă principal ă sau suplimentar ă de energie electric ă, de obicei lucr ările
făcând parte dintr-un proces mai amplu de cre ștere a eficien ței energetice a cl ădirii
respective.Unsistem fotovoltaic este alc ătuit din module solare, cabluri, invertor, contor și cutie
de comand ă. Modulele solare genereaz ă curent continuu, care este convertit în curent alt ernativ.
Cea mai mare parte din radia ție este utilizat ă pentru a genera energie la nivelul cl ădirii
respective, surplusul fiind folosit pentru utilizar ea sistemului în sine, respectiv stocarea în bateri i.
[14]

Fig 1.11 Modul integrat în fa țad ă CIS Tower [14] De men ționat este faptul c ăsistemul
fotovoltaic poate func ționa al ături de cel
clasic, prin racordarea cl ădirii respective la
re țeaua public ă de electricitate.Observarea
modalit ăților de exploatare a celulelor din
modulele fotovoltaice în anotimpurile cu
temperaturi extreme eviden țiaz ă
caracteristicile acestor sisteme
inovative.Astfel, vara vitrajeletrebuie s ă fie
dotate cu
un fel de “scut interior” care s ă protejeze cl ădirea de lumina puternic ă. Acest lucru se poate
realiza prin folosirea jaluzelelor de tip rulou sau prin aplicarea unui înveli ș special protectiv pe
toata suprafa ța sticlei. S-au gasit noi posibilitati de proiectar e a fa țadelor, cum ar fi cel utilizat ca
suport pentru publicitatea “outdoor”. Elementele pr opuse în acest sens sunt disponibile atât în
varianta transparent ă, cât și colorat ă, nuan țele modificându-se în func ție de cerin țe, prin
realizarea unor filtre speciale. [14]
Datorit ă acestor tehnologii, peretele cortin ă areun aspect general omogen. Tot în acest
sens, din punct de vedere tehnic, s-a reusit aplica rea unor imprimate care includ diferite imagini
și texte, cantitatea de energie pierdut ă dup ă inser ția acestora fiind minim ă.[14]
Izolarea termic ă, umbrirea sau generarea de energie sunt func ții noi atribuite fa țadei și
acoperi șului unei cl ădiri moderne. O inova ție în acest domeniu o reprezint ă pere ții cortin ă, o
necesitate în îndeplinirea cerin țelor de optimizare a nivelului de confort interior. Structurile de
fa țad ă cortin ă constituie o metod ă de anvelopare a cl ădirilor cu un strat exterior, cu rol protector.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

13
În unele cazuri, aceste elemente sunt considerate c a fiind structuri speciale de placare, deoarece
sunt folosite atât în scop estetic, cât și pentru a favoriza cre șterea performan țelor imobilului. [14]
Totu și, cu toate c ă sistemele fotovoltaice reprezint ă un mare avantaj, oamenii sunt de
obicei reticen ți în privin ța instal ării acestora pe cl ădiri deoarece se consider ă c ă acestea stric ă
arhitectura. Aceasta este o impresie eronat ă fiindc ă la aceast ă problem ă exist ă diferite solu ții care
deriv ă tocmai din proprieta țile diferitelor tipuri de moduri fotovoltaice, prin tre care exist ă si cele
care se pot folosi drept elemente de construc ție. [18]
Ultima inven ție din domeniul panourilor fotovoltaice const ă în panourile fotovoltaice
vizibil transparente (transparen ță 70%). Acestea sunt produse din polimeri și au fost inventate de
un grup de cercet ători de la Universitatea California din Los Angeles . Aceste panouri au o
eficien ță de conversie

Fig. 1.12 Celul ă fotovoltaic ă transparent ă [18]
între 8% si 10% și, având în vedere proprieta țile enun țate anterior, cum ar fi transparen ța și
costul mic de fabrica ție, se deduce ca ar putea fi folosite intens in dom eniul construc țiilor unde ar
putea înlocui geamul tradi țional în curând. [2]
În concluzie instalarea panourilor fotovoltaice pe construc ții nu reprezint ă un sacrifiu
economic sau un compromis estetic, ci, din contr ă, o surs ă de energie gratuit ă si ecologic ă si, în
unele cazuri, chiar o solu ție estetic ă; și, având in vedere progresele uria șe ale stiin ței in domeniu,
într-un viitor apropriat aceasta tehnologie ar pute a fi la îndemana oricui. [14]
Dup ă cum se poate vedea în graficul de mai jos, din anu l 2009 produc ția de energie
electric ă din solar ă produs ă la nivel global cu ajutorul panourilor fotovoltaic e a înregistrat valori

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

14
cresc ătoare pornind de la valoarea de 7,2 GW și ajungând în anul 2014 la valoarea de 50 GW.
[21]

Fig. 1.13 Energia produs ă cu ajutorul modulelor fotovoltaice în perioada 200 9-2014 [21]
O dat ă cu cre șterea produc ției de energie, pre țul în $ pe watt al modulelor PV a avut o
evolu ție negativ ă pornind de la 6$ în anul 1990 și ajungând la 0,7 $ în anul 2015. Acest lucru se
poate vedea în graficul de mai jos: [21]

Fig. 1.14Pre țul în $ pe watt al modulelor PV în perioada 1990-20 15 [21]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

15
1.6 Exemple de cl ădiri independente din punct de vedere energetic
Un prim exemplu de cl ădire independent ă din punct de vedere energetic este Azilul de
Bătrâni din Zal ău. Sistemul de panouri fotovoltaice poate produce o cantitate de energie electric ă
direct propor țional ă cu puterea total ă a acestor panouri, dar și cu perioada din an încare acestea
se afl ă în exploatare.Sistemul dispune de o re țea fotovoltaic ă cu o putere de 12,24KWp, care
injecteaz ă direct în re țea energia produs ă, iar produc ția de energie electric ă estimat ă pe durata
unui an este urm ătoarea: [10]
Tab 1.1 Energie electric ă produs ă de un sistem fotovoltaiccu puterea instalat ă de 12240W [10]
Unghi
expunere Unghi fix de expunere – 35 grade 35
grade
Luna Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Noi Dec Media
anuala
Produc ție pe
Lun ă (kWh) 513 642 1170 1400 1550 1460 1540 1530 1210 1030 638 430 1090
Produc ție pe zi
(kWh) 17 23 37,9 46,6 49,9 48,5 49,5 49,2 40,2 33,4 21 14 35,9
Total
produc ție
anual ă (kWh) 13100 KWh/an
Sistemul furnizeaz ăo cantitate de energie electric ă de aproximativ 50KWh/zi în perioada
de var ă, la o putere instantanee de 10 KW în sistem monofa zic. Sistemul alimenteaz ă to ți
consumatorii la 230V/50Hz în limita celor dou ă invertoare cu puterea de 5000W fiecare
conectate în paralel (configura ție 1+1). [10]
Fig. 1.15 Module fotovoltaice instalate pe acoperi șul azilului de b ătrâni din Zal ău[10]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

16
Sistemul este format din:
– Module fotovoltaice monocristaline Viessmann 255 W/60 celule, 48 buc.
– Invertor de injec ție programabil Conext RL –Schneider 5000W /230Vac, 2 buc.
Sistemul dispune de un suport metalic din aluminiu care permite reglarea modului de prindere a
modulelor fabricat de liderul german K2 Systems. In acest mod se obtine o durata foarte mare de
viata a sistemului si mentinerea arhitecturii din l ocatia constructiei. [10]

Fig. 1.16 Panourile fotovoltaice instalate pe acope ri șul cl ădirii, respectiv cele 2 invertoare [10 ]
Suprafa ța fotovoltaic ăeste grupat ă în module rezultând din etapa de proiectare,
necesitatea implement ării a unui string. Cablarea celor 48 panouri fotovo ltaice a fost realizat ă cu
ajutorul unor cabluri speciale rezistente la razele ultaviolete și la temperaturi de pân ă la 120 oC.
În cazul utiliz ării unor cabluri obi șnuite în locul acestui tip de cablu (întâlnit în li teratura de
specialitate și sub numele de "cablu solar"), exist ă riscul apariției unor pierderi semnificative de
energie într-un interval de timp scurt. Exist ă și posibilitatea deterior ării înveli șului acestui tip de
cablu inducând apari ția unor posibile scurgeri de curent la mas ă sau scurt circuit. Cablul utilizat
în cadrul acestui sistem a fost furnizat de Radox.. Dup ă finalizarea instal ării sistemului s-a
realizat testul de acceptan ță și verificare tehnic ă de încadrare în parametrii.Suprafa ța util ă este
aproximativ 500 m 2, ceea ce înseamn ă 26,6 kWh/m 2. În cazul în care casa e bine izolat ă, are un
consum de aproximativ de 150 kWh/m 2/an are un aport de aproximativ de 18%.[10]
Un alt exemplu de cl ădire independent ă din punct de vedere energetic este cel realizat
pentru o persoan ă fizic ă din Craiova, jud. Dolj.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

17

Sistemul fotovoltaic este unul off-grid, asigurând în totalitate necesarul de energie
electric ă. Casa are aproximativ 250 m2, suprafa ța sistemului fotovoltaic asigur ă un consum de 48
kWh/m 2/an.Lucrarea a fost realizat ă în anul 2012. [15]
Cel de-al treilea exemplu este o re ședin ță din SUA, care are un sistem fotovoltaic montat
pe acoperi ș de 15,7 kW legat la re țea, on-grid. Acesta este format din 48 de module Su nPower
327 watt/modul și dou ă invertoare de 7000 W. Locuin ța are aproximativ 400 m 2, la un consum
de aproximativ 150 kWh/m 2/an. [23]
Fig. 1.17 Montare module fotovoltaice [15] Pe acoperi șul locuin ței s-a instalat un
sistem fotovoltaic cu o putere de 5.2
KW. Acest sistem este format din 22
module a câte 60 de celule
fotovoltaice.

Fig. 1.18 Montare module fotovoltaice [15]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

18

Fig. 1.19 Module SunPower montate pe acoperi șul casei [23]
În prezent, aceste module fotovoltaice sunt de cea mai înalt ă performan ță disponibile
pentru cl ădirile reziden țiale, au eficien ță /modul de 20,1%, iar pe celul ă de 22,5%. Produc ția de
energie estimat ă este de 19.800 kWh/an. Lucrarea a fost efectuat ă în luna mai a anului 2013. [19]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

19
2. Modelare matematic ă a radia ției disponibile și captate

2.1 Modelarea radia ției solare disponibile
Radia ția solar ă direct ă este reprezentat ă de un fascicul de raze paralele cu axa P ământ-
Soare. Dac ă se consider ă bolta cereasc ă un strat uniform care emite radia ție difuz ă, iar aceasta va
fi captat ă de un plan orizontal va avea o valoare maxim ă, iar radia ția difuz ă captat ă de un plan
oarecare va depinde de procentul din bolta cereasc ă pe care aceasta o subîntinde. [1]

Fig 2.1 Radia ția direct ă [24]
Exist ă mai multe metode de estimare a radia ției solare directe la suprafa ța P ământului, în
lucrare se va folosi o metod ă dezvoltat ă în Centrul de cercetare Sisteme de Energii Regener abile
și Reciclare al Universit ății Transilvania din Bra șov prin care, radia ția solar ă direct ă, în premisa
cerului senin, se calculeaz ă cu rela ția: [5]
B = B 0 · exp( −
. . ·
) [W/m 2] (1)
în care,
Bₒ reprezint ă radia ția solar ă extraterestr ă (înainte de intrarea în atmosfera P ământului) și se
calculeaz ă cu rela ția:
B ₒ=1367·[1+0.0334·cos(0.9856 N-2.72)] [W/m²] (2)
unde: N = num ărulzilei din an.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

20
TL: factorul de turbiditate al loca ției de implementare se determin ă folosind expresia: [5]
T L = – ln · (
) · (0,9 + 9,4 · sin α) (3)
Tabel 2.1 Valorile ale Factorului de Turbiditate Li nke [5]
Propriet ăți atmosferice Factorul de Turbiditate Linke
Atmosfer ă (teoretic) absolut pur ă 1
Aer arctic extrem de curat și rece 2
Aer curat și cald 3
Aer umed și cald 4-6
Atmosfer ă poluat ă 8

Modelarea factorului de turbiditate T L pentru zona Bra șov s-a bazat pe datele statistice
înregistrate de sta ția meteorologic ă Delta-T a Universit ății Transilvania din Bra șov pe parcursul
anilor 2006, 2007, 2008, 2009. Valorile ob ținute se reg ăsesc în tabelul 2.2: [5]
Tabel 2.2 Valori TL calculate pe baza valorilor m ăsurate ale radia ției directe (B) în Bra șov [5]
luna Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Noi Dec
TL 2.8 2.9 3 3 3 3.2 3.2 3.2 3 2.9 2.8 2.8

α: unghiul altitudinal (unghiul eleva ției razei solare) este unghiul care se formeaz ă între
direc ția razelor solare și planul orizontal al locului și se determin ă cu rela ția:

Fig. 2.2Varia țiaeleva ției solare maxime în func ție
de latitudine [15]

α = sin -1 (cos δ · cos ω · cos φ + sin δ · sin φ) (4)

φ: este latitudinea loca ției de implementare

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

21
ω, δ: suntdou ă unghiuri care caracterizeaz ă orientarea razelor solare în planul ecuatorial
al P ământului;acestea se reg ăsesc în sistemul de referin ță global (sau ecuatorial) XYZO (Fig
2.1). [5]

Fig. 2.3 Sistemul de referin ță global [5]
ω: unghiul orar care descrie mi șcarea P ământului în jurul propriei axe. Unghiul orar se
încadreaz ă în intervalul -180 ̊ și +180 ̊ și este descris de urm ătoarea rela ție: [5]
ω = 15° · (12 – ts) (5)
unde: ts= timpul solar.
δ: unghiul de declina ție care reprezint ă unghiul dintre planul Ecuatorului și linia P ământ – Soare.
Rela ția de calcul a unghiului δ este:
δ = 23,45° · sin °·()
 (6)

Energia solar ă disponibil ă la suprafa țaPamântului în condi ții de cer senin se calculeaz ă cu
rela ția: [5]
E= ∑ 
 [kWh/m 2/an] (7)

Radia ția solar ă în condi ții de cer real se noteaz ă cu Br, iar formula sa de calcul este: [5]
Br = B · F CC [kWh/m 2/an]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

22
Fcc = factorul de traversare a stratului de nori .
Acest factor estimeaz ă pierderile de energie solar ă înregistrate de radia ția solar ă direct ă în
urma travers ării stratului de nori. Factorul de traversare a nor ilor este definit ca raport mediu
lunar între energía radia ției directe de sub nori E(B UC ), unde UC = under clouds, și energía
radia ției directe de deasupra stratului de nori E(B AC ), unde AC = above clouds, înregistrate la
nivelul suprafe ței terestre. Acesta are urm ătoarea ecua ție: [5]
F CC = ( )
(  ) = ! "#
!  "# (8)

unde: E(B UC ) = energía radia ției directe de sub nori
E(B AC ) = energía radia ției directe de deasupra stratului de nori
În zona Bra șov, valorile radia ției directe au fost înregistrate în baza de date a sta ției
meteorologice Delta-T, pe perioada anilor 2006-2009 iar valorile medii lunare pentru energiile
E(B UC ) și E(B AC ) se reg ăsesc în tabelul de mai jos: [5]
Tabel 2.3 Valorilemediilunarepentrufactorul F CC în zona Bra șov [5]
luna Ian feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Noi De c
Fcc 0.30 0.30 0.35 0.35 0.35 0.41 0.45 0.38 0.35 0. 35 0.35 0.25
Valoarea medie anual ă F CC BV = 0.35

Energia solar ă real ă disponibil ă se noteaz ă cu Er și se calculeaz ă astfel: [5]
E r =∑$
 [kWh/mp/an] (9)

2.2 Modelarea radia ției solare captat ă
Energia solar ă captat ă de un panou fotovoltaic în condi ții de cer senin se calculeaz ă cu
urm ătoarea rela ție: [5]
E*= ∑%∗
 [kWh/m 2/an] (10)
unde:B* =radia ția solar ă captat ă de panoul fotovoltaic.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

23
B* se calculeaz ă folosind urm ătoarea rela ție:
B*=B·cos ν[kWh/m 2/an] (11)

unde : ν = unghiul de inciden ță .
Acesta se calculeaz ă folosind urm ătoarea rela ție:
ν= arccos (cos β · cos β* · cos( γ – γ*) + sin β · sin β*)
unde, γ și β: este unghiul solar de eleva ție și respectiv unghiul diurn în sistem pseudo-ecuatori al
(fig. 2.5) iar γ* și β* este unghiul de eleva ție și respectiv unghiul diurn al modulului fotovoltaic.

Fig. 2.4 Sistemul de referin ță local[5]
Unghiul de eleva ție γ se calculeaz ă cu rela ția: [5]
γ=arctg ( '( )·'( *·'( +
)·'( +
'( )·'( *·'( +
)·
+ ) (12)
Unghiul β se calculeaz ă cu rela ția: [5]
β= sgn ω·arccos ( '()·'( *·'(+
)·
+
'( , ) (13)
Radia țiasolar ăcaptat ăîncondi țiireale (B r*) depinde de factorul de traversare al norilor și de
radia țiasolar ăcaptat ă (B*) de un modul fotovoltaic. [5]
B r*=F CC ·B* [kWh/m 2/an] (14)
Energiasolară captat ă (Er*) de un modul fotovoltaic se calculeaz ă folosind rela ția: [5]
E r* = ∑-∗
 [kWh/mp/an] (15)

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

24
2.3 Modelarea umbririi reciproce a modulelor fotovo ltaice

Umbrirea reprezint ă reducerea radia ției solare incidente aunei suprafe țe, datorit ă unuia
din urm ătorii factori: alte cl ădiri, elemente topografice (coline, arbori), proemi nen țe, alte
elemente ale acelea și cl ădiri, pozi ția elementului vitrat fa ță de suprafa ța exterioar ă a peretului
exterior. [14]
Pentru modelareamatematic ă a umbririi reciproce care poate apare în cazul amp las ării
mai multor șiruri de module fotovoltaice pe o suprafa ță plan ă (fig. 2.5) :

Fig. 2.5Modelul de calcul al lungimii umbrei unui m odul PV
Lungimea da umbrei unui modul fotovoltaic având l ățimea b și instalat la un unghi de
eleva ție γ fa ță de planul orizontal, se calculeaz ă cu rela ția:
d = a + c [m] (16)
în care
a: proiec ția în planul orizontal a l ățimii modulului PV se calculeaz ă cu rela ția:
a = b · cos γ [m] (17)
c: lungimea zonei umbrite din spatele modulului PV se calculeaz ă cu rela ția:
c = .
#/0 [m] (18)

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

25
în care:
α: unghiul solar de eleva ție calculat cu rela ția 4
h: în ălțimea la care se ridic ă modulul PV care se calculeaz ă cu rela ția
h = b · sin γ[m] (19)
Înlocuind în rela ția y expresia ob ținut ă prin rela ția z se ob ține
c = b ·
γ
12 α[m] (20)
Înlocuind în rela ția x proiec ția în planul orizontal a l ățimii modulului PV cu rela ția w și
lungimea zonei umbrite din spatele modulului PV cu rela ția v se ob ține rela ția de calcul a
lungimii distan ței dintre doua șiruri de module PV:
d = a + c = b · cos γ + b ·
γ
12 α = b · (cos γ +
γ
12 α ) [m]

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

26
3. Simulare numeric ă pe baza rezultatelor ob ținute din modelarea
matematic ă a radia ției solare

3.1 Descrierea loca ției de implementare
Simul ările numerice se realizeaz ă pentru loca ția de implementare a laboratorului L7 din
cadrul Institutului de Cercetare și Dezvoltare al Universit ății Transilvania din Bra șov, care se
găse ște la periferia ora șului Bra șov în partea de vest, nord-vest.
Loca ția este definit ă prin urm ătoarele coordonatele geografice:

Latitudine: 45°40'08.9" N

Longitudine: 25°32'57.8" E
În ălțimea fa ță de nivelul m ării la care se situeaz ă municipiul Bra șov este de aproximativ
600 m.

Fig. 3.1 Institutul de Cercetare și Dezvoltare Transilvania Bra șov-laborator L7

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

27
3.2 Simularea numeric ă a radia ției disponibile
Pe baza rela țiilor din capitolul 2 s-au calculat unghiurile: α (unghiul eleva ției razei
solare), ω (unghiul orar), δ (unghiul de declina ție) pe baza c ărora au rezultat: B (radia ția solar ă
direct ă), respectiv B 0 (radia ția solar ă extraterestr ă).
Simul ările numerice se realizeaz ă pentru un an întreg, iar în tabelele de mai jos su nt
prezentate valorile ob ținute pentru patru zile reprezentative din an, resp ectiv: echinoc țiul de
prim ăvar ă (20.03.2014), solsti țiul de var ă (21.06.2014), echinoc țiul de toamn ă (23.09.2014) și
solsti țiul de iarn ă (22.12.2014).
Simul ări numerice pentru suprafe țe verticale orientate spre EST:
Tabel 3.1 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de prim ăvar ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de prim ăvar ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.2.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.2 b)pentru radia ția
solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea captat ă
în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.
a) b)
Fig. 3.2

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

28
Valorile ob ținute la solsti țiul de var ă sunt eviden țiate în tabelul 3.2:
Tabel 3.2 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de var ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de var ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.3.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.3 b)pentru radia ția
solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea captat ă
în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.
a)
b)
Fig. 3.3

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

29
Valorile ob ținute la echinoc țiul de toamn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.3:
Tabel 3.3 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de toamn ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de toamn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.4.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.4 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.4

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

30
Valorile ob ținute la solsti țiul de iarn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.4:
Tabel 3.4 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de iarn ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de iarn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.5.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.5 b)pentru radia ția
solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea captat ă
în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.5

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

31
Simul ări numerice pentru suprafe țe verticale orientate spre SUD:
Valorile ob ținute la echinoc țiul de prim ăvar ă sunt eviden țiate în tabelul 3.5:
Tabel 3.5 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de prim ăvar ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de prim ăvar ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.6.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.6 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)

b)
Fig. 3.6

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

32
Valorile ob ținute la solsti țiul de var ă sunt eviden țiate în tabelul 3.6:

Tabel 3.6 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de var ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de var ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.7.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.7 b)pentru radia ția
solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea captat ă
în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.7

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

33
Valorile ob ținute la echinoc țiul de toamn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.7:
Tabel 3.7 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de toamn ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de toamn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.8.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.8 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.8

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

34
Valorile ob ținute la solsti țiul de iarn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.8:
Tabel 3.8 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de iarn ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de iarn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.9.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.9 b)pentru radia ția
solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea captat ă
în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.9

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

35
Simul ări numerice pentru suprafe țe verticale orientate spre VEST:
Tabel 3.9 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de prim ăvar ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de prim ăvar ă sunt reprezentate grafic în fig.
3.10.a) pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.10
b)pentru radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real
(B r) și cea captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)

b)

Fig. 3.10

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

36
Valorile ob ținute la solsti țiul de var ă sunt eviden țiate în tabelul 3.10:
Tabel 3.10 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de var ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de var ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.11.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.11 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.
a) b)
Fig. 3.11

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

37
Valorile ob ținute la echinoc țiul de toamn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.11:
Tabel 3.11 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de toamn ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de toamn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.12.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.12 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.12

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

38
Valorile ob ținute la solsti țiul de iarn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.12:
Tabel 3.12 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de iarn ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de iarn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.13.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.13 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.
a)
b)
Fig. 3.13

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

39
Simul ări numerice pentru suprafe țe ORIZONTALE.
Valorile radia ției solare la unghiul γ*= 0 pe acoperi ș, pentru echinoc țiul de prim ăvar ă,
sunt ilustrate în tabelul de mai jos:
Tabel 3.13 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de prim ăvar ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de prim ăvar ă sunt reprezentate grafic în fig.
3.14.a) pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.14
b)pentru radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real
(B r) și cea captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.14

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

40
Valorile ob ținute la solsti țiul de var ă sunt eviden țiate în tabelul 3.14:
Tabel 3.14 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de var ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de var ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.15.a) pentru
unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.15 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.15

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

41
Valorile ob ținute la echinoc țiul de toamn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.15:
Tabel 3.15 Simulare numeric ă pentru echinoc țiul de toamn ă

Rezultatele ob ținute pentru echinoc țiul de toamn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.16.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.16 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)
b)
Fig. 3.16

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

42
Valorile ob ținute la solsti țiul de iarn ă sunt eviden țiate în tabelul 3.16:
Tabel 3.16 Simulare numeric ă pentru solsti țiul de iarn ă

Rezultatele ob ținute pentru solsti țiul de iarn ă sunt reprezentate grafic în fig. 3.17.a)
pentru unghiurile: orar, de eleva ție și azimutal în func ție de timpul solar. șiîn figura 3.17 b)pentru
radia ția solar ă: direct ă (B), captat ă de modulul fotovoltaic (B*), în condi ții de cer real (B r) și cea
captat ă în condi ții reale (B r*) în func ție de timpul solar.

a)

b)
Fig. 3.17

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

43
3.3 Alegerea modulelor fotovoltaice
Pentru implementare pe suprafe țele opace ale fa țadelor și pe terasa cl ădirii au fost alese
module fotovoltaice cu puterea de 435 W de la firma Sunpower (Fig. 3.18), care în momentul de
fa ță ocup ă primul loc în ceea ce prive ște eficien ța modulelor fotovoltaice.Principalul motiv
pentru care s-a optat pentru acest modul este încad rarea în dimensiunile elementelor de fa țad ă ale
cl ădirii.

Fig. 3.18 Modul fotovoltaic Sunpower [26]
Datele tehnice ale modulelor fotovoltaice se reg ăsesc în tabelul 3.17:
Tabel nr. 3.17 Datele tehnice ale modulului fotovol taic Sunpower [26]
Caracteristicile modulului Valori
Eficien ță modul 20,1 %
Eficien ță celul ă 22,4%
Putere maxim ă Pmax (+/ -5%) 435 W
Curentul la puterea maxim ă Imp [A] 5.97 A
Tensiunea la puterea maxim ă Vmp [V] 72,9 V
Curentul de scurt circuit Isc [A] 6,43 A
Tensiunea de mers în gol Voc [V] 85,6 V
Coeficientul Temperatur ă pentru Pmax [%/°C] -0,38%/ 0C
Coeficientul Temperatur ă pentru Voc [%/°C] -235 ,5mV/ 0C
Coeficientul Temperatur ă pentru Isc [%/°C] 3,5A/ 0C
Tensiune Maxim ă Sistem [V] 1000V
Dimensiuni [mm] 1046×2067 x29,5
Greutate [kg] 28,6 kg

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

44
Pentru implementare pe suprafa țele vitrate ale fa țadelor aufost alese module fotovoltaice
semitransparente Ganghang (Fig. 3.19) cu un grad d e transparen ță de 60%, a c ăror eficien ță este
de 9%.

Fig. 3.19 Modul fotovoltaic Ganghang [26]
Datele tehnice ale acestuia sunt prezentate în tabe lul 3.18
Tabel 3.18 Datele tehnice ale modulului Ganghang [26]
Putere maxim ă 105 W
Tensiunea de mers în gol Voc [V] 28.4 v
Dimensiunea modulului 2000x3000mm
Grosimea sticlei 3.2mm,4mm,5mm,6mm,8mm,10mm,12mm
Tipul celulelor Monocristaline și policristaline
Culoarea celulelor Negru, albastru, portocaliu, ro șu
Dimensiunea celulelor 12 – 15 cm
Forma modulului Dreptunghiular, p ătrat
Transparen ța modulelor 60%
Eficien ța modulelor 9%

Asigurarea necesarului de en

3.4 Calculul energiei electrice produs
Am luat în considerare diferite moduri de amplasare ale modulelor fotovoltaice pe terasa
acoperi șului, astfel:
– Mod 1: amplasarea orizontal
cu latura estic ă a terasei,
În urma calculelor reiese
totalul de 450 m 2disponibili.
Aranjarea modulelor
fiecare, cu zon ă de acces între ele
Fig. 3.20 Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Est
– Mod 2: amplasarea orizontal
paralele cu latura sudic ă
În urma calculelor reiese c
totalul de 450 m 2 disponibili.Aranj
con ținând56 de module iar ultimul având 42
Asigurarea necesarului de en ergie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV
45
Calculul energiei electrice produs ă în func ție de suprafe țele disponibile
Am luat în considerare diferite moduri de amplasare ale modulelor fotovoltaice pe terasa
orizontal ă (unghi de eleva ție PV = 90° ) dispunere în 1
ă a terasei,
În urma calculelor reiese că suprafa ța ocupat ă de sistemul fotovoltaic este de 299

se face pe 12 șiruri lipite dou ă câte dou ă, a câte 13
între ele de un metru.

Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Est
Mod 2: amplasarea orizontal ă (unghi de eleva ție PV = 90 ° ) dispunere în 7 rânduri
paralele cu latura sudic ă a terasei .
În urma calculelor reiese c ă suprafa ța ocupat ă de sistemul fotovoltaic este de 308
disponibili.Aranj area sistemului se face pe trei rânduri, primele do u
de module iar ultimul având 42 module.
diri de birouri prin sisteme PV
țele disponibile
Am luat în considerare diferite moduri de amplasare ale modulelor fotovoltaice pe terasa
) dispunere în 1 2 șiruri paralele
sistemul fotovoltaic este de 299 m2 din
ă, a câte 13 de module

Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Est
) dispunere în 7 rânduri
sistemul fotovoltaic este de 308 m2 din
area sistemului se face pe trei rânduri, primele do u ă

Asigurarea necesarului de en

Fig. 3.21Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Sud
Dintre cele dou ă variante prezentate, cea optim
de sistemul fotovoltaic este mai mare în compara
modulelor fotovoltaice, am calculat cu ajutorul ung hiurilor de eleva
energiei captate, evitând umbrirea reciproc
tabelul 3.19 este prezentat totalul energiei captate pe suprafe
de eleva ție ale PV-urilor.
Tabel 3.19 Totalul energiei captate în func
Unghi
de eleva ție Suprafa
disponibil ă
fotovoltaic 450
(m 2)
00 308
50 308
10 0 252
15 0 224
20 0 224
25 0 224
Asigurarea necesarului de en ergie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV
46 Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Sud
ă variante prezentate, cea optim ă este a doua deoarece suprafa
de sistemul fotovoltaic este mai mare în compara ție cu prima. Pentru eficientizarea suprafe
modulelor fotovoltaice, am calculat cu ajutorul ung hiurilor de eleva ție a
energiei captate, evitând umbrirea reciproc ă. Am ales unghiul de eleva ție al soarelui
este prezentat totalul energiei captate pe suprafe țele disponibile în func
Totalul energiei captate în func ție de unghiurile de eleva ț
Suprafa ța
disponibil ă sistem
fotovoltaic 450
) Energie solar ă
specific ă
captat ă(kWh/m 2/an) Energie
solar ăca ptat ă
(MWh/an)
308 1095 337 ,260
308 1129 347 ,732
252 1157 291 ,546
224 1178 263 ,872
224 1193 267 ,232
224 1201 269 ,024
diri de birouri prin sisteme PV

Amplasarea rândurilor cu module fotovoltaice perpen dicular pe Sud
este a doua deoarece suprafa ța ocupat ă
ie cu prima. Pentru eficientizarea suprafe ței
ție a le PV-urilor, totalul
ție al soarelui α = 20 0. În
ele disponibile în func ție de unghiuri
ie de unghiurile de eleva ție ale PV -urilor
ptat ă
Wh/an) Energie electric ă
produs ă(MWh/an)
70,82
73,02
61,22
55,41
56,11
56,49

Asigurarea necesarului de en

Unghi
de eleva ție Suprafa
disponibil ă
fotovoltaic 450
(m 2)
30 0 224
35 0 224
38 0 224
În urma calculelor reiese c
umbririi reciproce, suprafa ța de
eleva ție.
Maximul energiei captate de
50(Fig. 3.21) astfel pe suprafa
energia electric ă obtenabil ă annual este de
Fig. 3.22 Amplasarea modulelor fotovoltaice la un unghi de 5
În tabelul de mai jos sunt
Sud, Vest și acoperi ș).

Asigurarea necesarului de en ergie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV
47 Suprafa ța
disponibil ă sistem
fotovoltaic 450
) Energie solar ă
specific ă captat ă
(kWh/m 2/an) Energie solar ă
captat ă
(MWh/an)
224 1201 269 ,024
224 1194 267 ,456
224 1186 265 ,664
În urma calculelor reiese c ă la instalarea înclinat ă a modulelor fotovoltaice, din cauza
de module PV care se poate instala scade la cre
Maximul energiei captate de sistem se ob ține la un unghi de eleva
(Fig. 3.21) astfel pe suprafa ța de 308 m2 cu o eficien ță a modulelor
ă annual este de 58,69 MWh.
Amplasarea modulelor fotovoltaice la un unghi de 5
În tabelul de mai jos sunt prezentate suprafe țele disponibile în func ț
diri de birouri prin sisteme PV
Energie solar ă
Wh/an) Energie electric ă
produs ă
(MWh/an)
56,48
56,16
55,78
a modulelor fotovoltaice, din cauza
la cre șterea unghiului de
eleva ție a modulelor PV de
fotovoltaice de 18,5%

Amplasarea modulelor fotovoltaice la un unghi de 5 0.
ele disponibile în func ție de orientare (Est,

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

48
Tabel 3.20 Valorile ob ținute ale energiei electrice în func ție de suprafe țe și eficien ța PV
DENUMIRE Acoperi ș Fa țad ă Est Fa țad ă Sud Fa țad ă Vest Total
Suprafa ță disponibil ă total ă
(m 2) 450 63 282 140 935
Suprafa ță opac ă (m 2) 450 50.4 157 88.4 745.8
Suprafa ță vitrat ă (m 2) – 12.60 125 51.6 189.2
Suprafa ță PV (m 2) 308 40.40 10.00 142.00 123.00 82.00 36.00 741.4
Egr (kWh/m 2/an) 1129 544 544 712 712 544 544
Eficien ță module PV 20.1% 20.1% 9% 20.1% 9% 20.1% 9%
Pierderi in retea DC 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5%
Eficien ță invertor 98% 98% 98% 98% 98% 98% 98%
Pierderi in retea AC 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5%
Energie electric ă (MWh/an) 61.50 3.89 0.43 17.97 6.97 7.93 1.56 100.25
Energie specifica kWh/mp/an 45.56 2.88 0.32 13.31 5.16 5.87 1.15 74.26
Conform tabelului, pe suprafa ța total ă disponibil ă de 935 m 2se propune instalarea unui
sistem fotovoltaic cu o suprafa ță total ă de 741 m 2pe terasa și fa țadele laboratorului L7 din cadrul
ICDT a c ărui produc ție estimat ă de energie electric ă este 100.25 MWh/an care ar putea acoperi
un necesar anual de energie electric ă de 74.26 kWh/mp/an (considerând suprafa ța util ă total ă a
laboratorului de 1350 m 2).
Valorile au fost determinate considerând cl ădirea ca fiind neumbrit ă de alte cl ădiri
învecinate. Pentru evaluarea acestui effect este ne cesar un studiu de umbrire pentru un an de zile.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

49
4. Testare experimental ă a modelului matematic pentru un studiu de caz:
sistem PV fix instalat pe terasa laboratorului L7 d in cadrul ICDT
Testarea experimental ă s-a realizat în data de 21.01.2015 pe sistemul fot ovoltaic instalate
pe terasa laboratorului L7. Acest sistem este unul fix,instalat la un unghi de 41 0 fa ță de
orizontal ă.

Fig. 4.1 Module PV instalate fix la un unghi de 41 0pe terasa L7
Tabel nr. 4.1 Caracteristicile modulului fotovoltai c LDK – 250P – 20 [27]
Caracteristicile modulului Valori
Eficien ță modul 15,32%
Putere maxim ă Pmax 250W
Curentul la puterea maxim ă Imp [A] 8,27A
Tensiunea la puterea maxim ă Vmp [V] 30,3V
Curentul de scurtcircuit Isc [A] 8,86A
Tensiunea de mers în gol Voc [V] 37,7V
Coeficientul Temperatur ă pentru Pmax [%/°C] -0,45%/ 0C
Coeficientul Temperatur ă pentru Voc [%/°C] -0,33mV/ 0C
Coeficientul Temperatur ă pentru Isc [%/°C] 0,06/0C
Tensiune Maxim ă Sistem [V] 1000V,600V
Dimensiuni [mm] 1642x994x40
Greutate [kg] 19 kg

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

50
Fiecare modul fotovoltaiceste prev ăzut cu optimizator de putere, model SolarEdge 300.

Fig. 4.2Optimizator model SolarEdge 300
Tabel nr. 4.2 Caracteristicileoptimizatorului Sola rEdge300 [30]
Caracteristicile optimizatorului Valori
Putere maxim ă Pmax 300W
Eficien ță maxim ă 99%
Eficien ță ponderat ă 98,8%
Categorie de supratensiune II
Curentul maxim de intrare 10A
Tensiunea maxim ă de intrare 48V
Cu ajutorul optimizatorului se m ăsoar ă tensiunea și intensitatea curentului electric
continuu produs de fiecare modul fotovoltaic și implicit puterea acestora (Tabel 4.3)
Energia electric ă produs ă de modulele fotovoltaice este preluat ă de un invertor SolarEdge
de 5000W, care transform ă curentul continuu produs de sistemul fotovoltaic î n curent alternativ
și îl introduce în re țeaua electric ă a laboratorului L7.

Fig. 4.3 Invertor model SolarEdge5000[23] Putere nominal ă de ie șire 5000W
Putere maxim ă de ie șire 5450 @ 240V
Curentul continuu de ie șire 21 @ 240V
Putere maxim ă 6750W
Tensiune maxim ă de intrare 500V
Tensiunea nominal ă de intrare 325 @ 208V
Curent maxim de intrare 16,5 @ 208V
Eficien ța maxim ă 98,3%
Eficien ța nominal ă 97,5 @ 208V %
98 @ 240V %

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

51

Tabel nr. 4.3 Valorile tensiunii și intensitatea curentului m ăsurate a modulelor PV

Radia ția solar ă este m ăsurat ă cu sta ția Solys 2, instalat ă pe terasa laboratorului L7 (fig.
4.4) și care înregistreaz ă în fiecare minut intensitatea radia ției solare directe (Bm), difuze în plan
orizontal (Dhm) și globale în plan orizontal (Ghm).

Fig. 4.4 Sta ția de monitorizare a radia ției solare Solys 2

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

52
Datele măsurate în data de 21.01.2015 sunt prezentate în tab elul nr. 4.4:
Tabel nr. 4.4 Valorile radia ției m ăsurate din or ă în or ă la data de 21.01.2015
Data Ora Bm Ghm Dhm
1/21/2015 4 1.39 0 0
1/21/2015 5 1.29 0 0
1/21/2015 6 1.49 0 0
1/21/2015 7 1.49 0 0
1/21/2015 8 1.68 5.50 5.55
1/21/2015 9 3.77 97.41 96.32
1/21/2015 10 381.2 226.31 115
1/21/2015 11 535.3 330.63 125.7
1/21/2015 12 423.1 336.7 153.2
1/21/2015 13 427.6 333.9 148.5
1/21/2015 14 438.8 322.86 155.3
1/21/2015 15 472 251.09 114.7
1/21/2015 16 246.3 97.74 56.81
1/21/2015 17 1.39 6.99 6.97
1/21/2015 18 1.19 0 0
1/21/2015 19 1.29 0 0
1/21/2015 20 1.39 0 0
Pe baza valorilor m ăsurate ale intensit ății radia ției solare m ăsurate în data de 21.01.2015
sunt reprezentate grafic în figura 4.6 unde: Bm – r adia ția direct ă, Ghm- radia ție global în plan
orizontal iar Dhm – radia ție difuz ă în plan orizontal.

Fig. 4.5 Reprezentarea grafic ă a intensit ății radia ției măsurate la data de 21.01.2015 0100 200 300 400 500 600
4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 radiația măsurată (W/m 2)
timp solar (ore) Bm
Ghm
Dhm

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

53
Pe baza valorilor m ăsurate, se calculeaz ă: radia ția direct ă, global ă și difuz ă în planul
modulelor fotovoltaice instalate fix pe terasa L7 l a un unghi de eleva ție de 41°. Valorile ob ținute
sunt prezentate în tabelul 4.5 și reprezentate grafic în figura 4.7.
Tabel nr. 4.5 Valorile intensit ății radia ției la data de 21.01.2015
Data Ora B* D* G*
1/21/2015 4 0 0 0
1/21/2015 5 0.11 0 0
1/21/2015 6 0.37 0 0
1/21/2015 7 0.61
0
1/21/2015 8 0.97 2.33 3.30
1/21/2015 9 2.71 40.52 43.23
1/21/2015 10 317.98 48.37 366.36
1/21/2015 11 486.17 52.88 539.05
1/21/2015 12 423.1 64.44 487.54
1/21/2015 13 388.36 62.47 450.83
1/21/2015 14 366.03 65.33 431.36
1/21/2015 15 339.68 48.25 387.93
1/21/2015 16 141.68 23.89 165.58
1/21/2015 17 0.57 2.93 3.51
1/21/2015 18 0.29 0 0
1/21/2015 19 0.11 0 0
1/21/2015 20 0 0 0

Fig. 4.6 Reprezentarea grafic ă a intensit ății radia ției solare în planul modulului instalat
pe terasa L7 la un unghi de eleva ție de 41° la data de 21.01.2015 0100 200 300 400 500 600
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 radiația solară (W/m 2)
timp solar (ore) B*
D*
G*

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

54
În figura 4.7 sunt prezentate comparativ curbele de varia ție ale puterii curentului electric
produs de modulul PV monitorizat Pms și a puterilor calculate pe baza modelului matematic
prezentat în capitolul 2 în dou ă situa ții: prin considerarea intensit ății radia ției solare directe și
difuze în plan orizontal calculate conform modelulu i de calcul rezultând Pc și prin considerarea
intensit ății radia ției solare directe și difuze în plan orizontal m ăsurate cu ajutorul sta ției Solys 2
rezultând Pcm. Curba de varia ție a puterii Pcm calculate pe baza intensit ății radia ției solare
directe și difuze în plan orizontal m ăsurate de sta ția Solys 2 aproximeaz ă destul de bine curba de
varia ție a puterii m ăsurate Pms ceea ce valideaz ă modelul matematic și simul ările numerice
effectuate pe baza lui. Diferen ța dintre cele dou ă grafice men ționate mai sus și curba de varia ție a
puterii Pc calculate pe baza intensit ății radia ției solare directe și difuze în plan orizontal calculate
conform modelului de calcul este cauzat ă de faptul c ă în modelul matematic au fost luate în
calcul valorile medii lunare al factorilor T L, F CC și C D. Pentru validarea acestor valori este
necesar ă monitorizarea sistemului PV pe o perioad ă mai lung ă de timp, cel pu țin pe durata unei
luni de zile pentru validarea valorilor medii lunar e ale acestor factori pentru acea lun ă.

Fig. 4.7 Reprezentarea grafic ă a curbelor de varia ție ale puterii curentului electric
produs de modulul PV

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

55
5. Concluzii
– Maturitatea tehnologic ă atins ă la nivelul modulelor fotovoltaice integrate în div erse
elemente din compozi ția anvelopei construc ției atât opace (pere ți, terase acoperi ș) cât și
în transparente (ferestre, fa țad ă cortin ă) și scăderea semnificativ ă a pre țului modulelor
vine în sprijinul implement ării sistemelor PV al ături de sistemul de stimulare bazat pe
certificate verzi chiar dac ă num ărul acestoraa fost redus de la 6 la 3pe MWh produs;
– Din studiile de caz g ăsite în literatur ă, sistemele fotovoltaice instalate pe cl ădire asigur ă
între 10-30% din necesarul consumului de energie al cl ădirii;
– Prin modelare matematic ă s-au ob ținut rela țiile de calcul pentru radia ția solar ă
disponibil ă și captat ă pe suprafe țele orizontale și verticale ținând cont și de umbrire;
– Prin simul ările numerice efectuate pe baza modelelor matematic e într-un studiu de caz
referitor la laboratorul L7 din cadrul ICDT au rezu ltat urm ătoarele valori ale energiei
solare disponibile: 1095 kWh/m 2/anpentru suprafe țe orizontale, 1129 kWh/m 2/anpentru
un unghi de eleva ție de 5°(care asigur ă cantitatea maxim ă de energie ce se poate ob ține
de pe suprafa ța disponbil ă a acoperi șului), 544 kWh/m 2/anpentru suprafe țe verticale
orientate spre Est sau spre Vest, 712 kWh/m 2/an pentru suprafa ța vertical ă spre Sud;
– Prin amplasarea a 308 m 2 de module PV pe terasa de 450 m 2 a laboratorului L7,
cantitatea maxim ă de energie electric ă care se poate ob ține este de 61,5 MWh/an;
– Prin amplasarea a 265 m 2 de module PVpe fa țada sudic ă în suprafa ța de 282 m 2,
cantitatea maxim ă de energie electric ă care se poate ob ține este de 24,94 MWh/an;
– Prin amplasarea a 118 m 2 de module PVpe fa țada vestic ă în suprafa ța de 140 m 2,
cantitatea maxim ă de energie electric ă care se poate ob ține este de 9,49 MWh/an;
– Prin amplasarea a 50 m 2 de module PV pe fa țadaestic ă în suprafa ța de 63 m 2, cantitatea
maxim ă de energie electric ă care se poate ob ține este de 4,32 MWh/an;
– În totalitate, sistemul PV instalat pe acoperi ș și fa țade poate asigura un necesar de
100,25 MWh/ancare raportat la suprafa ța util ă a laboratorului reprezint ă 74,26 kWh/m 2/an;
– Prin testarea experimental ă s-a verificat modelul matematic pentru ziua de 21. 01.2015 pentru
validarea complet ă este necesar ă testarea experimental ă pe cel pu țin un an de zile.

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

56
List ă bibliografic ă

1. Bent, S., Renewable Energy: its physics, engineering, use, en vironmental impacts, economy and
planning aspects, Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2004
2. Caamaño-MartínE., Moralejo-Vázquez, F.J., Martín- Chivelet, N., Olivieri, F., Neila-Gonzalez,
F.J., Energy saving potential of semi-transparent photovo ltaic elements for building integration ,
Energy, 76(2014), pg. 572-583.
3. Gevorkian, Peter , Alternative energy systems in building design , New York; Chicago; San Francisco:
McGraw-Hill, 2010
4. Sabonnadiere,Jean-Claude, Renewable energies , London; Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2009
5. Vătășescu, M., Moldovan, M., Burduhos B., Sisteme Articulate pentru Orientare Solar ă, Editura
Universit ății Transilvania din Bra șov, România, 2011
6. Vi șa, I., Du ță , A., Sustainable Energy , Transilvania University of Bra șov, 2008
7. Zamfira, S., Optica tehnic ă, Ed. Universit ății Transilvania din Bra șov, 2004
8. http://www.academia.edu/1644465/Energia_solara_-_ma terial_de_fond
9. http://bajafresh.wikispaces.com/Extra+solar+radiati on
10. http://customer.lpelectric.ro/doc/zalau2/zalau_12KW _fotovoltaic_on_grid_azil_de_batrani.html
11. http://ebay.com/itm/sunpower-E20-435w-PV-solar-pane ls-/111590706017
12. http://www.ecoenergo.ro/harta_solara_a_romaniei.htm l
13. http://ecotech-romania.ro/despre-noi/
14. http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_power_sta tion
15. http://energie-verde.ro/exemple-de-aplicatii/164-in stalatii-si-parcuri-fotovoltaice
16. http://energie-verde.ro/legislatie/12-lege-nr-220-d in-27-10-2008
17. http://gov.ro/ro/guvernul/procesul-legislativ/note- de-fundamentare/nota-de-fundamentare-hg-nr-
994-11-12-2013&page=4
18. http://panousolar.wgz.ro/menu/notiuni-de-baza
19. http://pvcert.gr/assets/media/PDF/Publications/Info rmational%20Material/Installing%20PV-
Practical%20guide/68.pdf
20. http://ro-bul-ret.eu/images/stories/results/ret/ui- 8.pdf
21. http://solarcellcentral.com/markets_page.html
22. http://www.sharp-solar.com/en/solutions/purpose/ind ex.html#residential
23. http://www.solar-energy-solutions.com/about/portfol io-gallery/resi/mohler-residence/
24. https://www.flickr.com/photos/27406695@N06/26538393 16/

Asigurarea necesarului de energie electric ă al unei cl ădiri de birouri prin sisteme PV

57
25. www.energymatters.com.au/images/sunpower/spwr_435wh _com_en_a4.pdf
26. http://ghenergy.en.alibaba.com/product/545219611213 284358/Transparent_Solar_Photovoltaic_
Panel.html
27. www.ldksolar.com/uploadfiles/down/LDK_DS_250P-20_pr ofesional_EN_V3_120817.pdf
28. www.natgeo.ro
29. http://www.solaredge.com/files/pdfs/products/invert ers/se-single-phase-inverter-
datasheet.pdf
30. www.solaredge.us./files/pdfs/products/power-optimiz ers/se-p-series-add-on-power-optimizer-
datasheet.pdf