Bateria de Acumulatori Si Sistemul de Protectie

Cuprins

Cap.I. Prezentarea lucrarii

Cap. II. Tehnologia folosita

II.1. Radiatiile solare

II.1.1. Generalitati

II.1.2. Studiu de fezabilitate

II.1.3. Dependenta iradiatiei si caracteristica de temperatura

II.2. Orientarea

II.3. Unghiul de înclinatie

Cap.III. Celula fotovoltaica

III.1. Descriere

III.1.1. Tipuri de celule fotovoltaice

III.1.2. Conditii speciale

III.2. Principiul de functionare

III.3. Caracteristici tehnice

III.3.1. Generalitati

III.3.2. Prescurtari utilizate

III.3.3. Prezenterea caracteristicilor

III.3.4. Diagrama coeficientului de absorbtie

III.4. Tipuri, scheme, diagrame si conditii de conectare a celulelor

III.4.1. Schema de conectare si schema echivalenta a celulei

III.4.2. Schema echivalenta simplificata

III.4.3. Schema echivalenta extinsa

III.4.4. Diagrama curent – tensiune a celulei

III.4.5. Determinarea curentului de scurtcircuit

III.4.6. Valoarea tensiunii în circuit

III.4.7. Punctul de maxima putere

III.4.8. Eficienta maxima

III.4.9. Conectarea în serie si în paralel a doua celule identice

Cap. IV. Descrierea echipamentelor

IV.1. Generalitati

IV.2. Prezentarea panourilor fotovoltaice

IV.2.1. Descrierea panourilor fotovoltaice

IV.2.2. Proprietatile panourilor fotovoltaice

IV.2.3. Principiul de functionare

IV.2.4. Tipuri de celule utilizate

IV.2.5. Panouri fotovoltaice pentru sisteme autonome

IV.2.6. Graficul de eficienta a unui panou pentru perioada unui an calendaristic

IV.3. Alegerea panoului fotovoltaic

IV.4. Convertoare de curent c.c.-c.a.

IV.4.1. Invertoare

IV.5. Convertoare c.c. – c.c.

IV.5.1. Prezentarea convertoarelor

IV.5.2. Functionarea convertorului MPPT

IV.5.3. Caracteristici esentiale

IV.5.4. Diferente între controlere

Cap. V. Bateria de acumulatori si sistemul de protectie

V.1. Bateria de acumulatori

V.2. Sistemul de protectie

Cap. VI. Generatorul de rezerva

VI.1. Descriere

VI.2. Caracteristicile generatorului

VI.3. Alegere

Cap. VII. Formarea sistemului

VII.1. Partea tehnica

VII.1.1. Studiul zonal de fezabilitate

VII.1.2. Calculul consumatorilor

VII.1.3. Prezentarea sistemului

VII.2. Partea economica

Cap. VIII. Concluzii

Cap. IX. Bibliografie

Cap. X. Anexe

X.1. Anexa 1

X.2. Anexa 2

Cap.I. Prezentarea lucrarii

Acest proiect contine un sistem de producere a energiei electrice pentru o locuinta izolata. Pentru ca acest sistem sa poata fi realizat este necesar sa aleg mijloace performante si durabile. De aceea am ales cele mai noi tehnologii prezente pe piata.

Energia electrica este un produs obtinut în mod indirect prin transformarea dintr-o alta forma de energie. Sub acest aspect una din formele de energie este denumita „Energie verde” [1].

Fig.1. Sigla energiei verde [1].

Este denumita astfel deoarece sursele de energie folosite sunt surse regenerabile si nepoluante. Pentru acest motiv aceasta energie devine tot mai des disponibila spre utilizare si atrage tot mai multi adepti. Prin alegerea acestor surse se poate sustine dezvolterea unor energii curate în scopul reducerii impactului asupra mediului si bineînteles poate creste independenta energetica.

Mai mult,atunci când aceste tehnologii pot sa vina în ajutorul consumatorului fie el si unul individual, prin reducerea/înlocuirea facturilor pentru diferite utilitati, devine o investitie cel putin rentabila. În cazul consumatorilor casnici, aceasta investitie se adreseaza acelor consumatori care pot cumpanii pe un termen mai lung si care vor sa înceapa o constructie într-o zona nedotata cu retele de utilitati, în deosebi retele de electricitate si de apa potabila [1].

Fig.2. Echipamentele deservite de energia solara.[12].

Energia fotovoltaica reprezinta o solutie viabila pentru locuintele care nu beneficiaza în prezent de racordarea la reteaua nationala de electricitate. În viitor, printr-o legislatie corespunzatoare aceste sisteme pot deveni rentabile si pentru consumatorii conectati la reteaua nationala prin eliminarea necesitatii folosirii unor acumulatori, si livrarii energiei electrice direct în reteaua nationala [1].

Utilizarea energiei alternative-solare pentru producerea energiei elecrtrice în scopul asigurarii si utilizarii într-o locuinta este posibila atunci când se iau în calcul elementele de producere, distributie si utilizare în conditii de siguranta tehnica si siguranta administrativa a echipamentelor folosite [1].

Un astfel de sistem trebuie sa contina urmatoarele echipamente:

Sistemul de panouri fotovoltaice;

Regulatorul de tensiune;

Invertorul de curent/tensiune c.c.-c.a.;

Generatorul de rezerva;

Un sistem de baterii pentru stocare;

Modemul pentru transmiterea de date;

Panoul pentru monitorizarea si controlul functionarii sistemului;

Instalatia electrica a consumatorilor casnici;

Racorduri electrice între echipamentele componente.

Fig.3. Schema bloc de principiu [1].

Cap. II. Tehnologia folosita

Descrierea tehnologiei

Tehnologia producerii energiei electrice din energie solara se bazeaza pe fenomenul fotovoltaic al radiatiei solare si captarea acesteia de catre panouri fotovoltaice [1].

II.1. Radiatiile solare

II.1.1. Generalitati

Radiatia solara este prezentata ca o cantitate mare de energie care este emisa de soare în fiecare moment si ajunge pe Pamânt într-o cantitate mai mica dar suficienta pentru captarea si transformarea ei în energie electrica. Astfel cantitatea de energie solara emisa într-o zi pote fi echivalata ca fiind mai mare decât cantitatea de energie consumata pe parcursul unui an întreg, cu toate ca o parte din energie este absorbita de atmosfera si o alta parte este reflectata înapoi în spatiu. Intensitatea luminoasa perceputa variaza în functie de locatie, perioada zilei si conditiile meteo [1].

Fig.4. Transpunerea energiei solare [14]

Prin standarde s-a stabilit ca puterea radiatiei solare (masurabile) etalon este de 1000kWh/m2 timp de o ora pentru o zi însorita, cu o incidenta perpendiculara a unghiului de cadere [20].

Pentru a se putea calcula si determina anumite rezultate estimative s-a apelat la configurarea unei harti care are parametrii diferiti oscilând de la 1000kWh/m2 (Europa de Nord) pâna la 2000-2500kW/m2 (desert). [4].

II.1.2. Studiu de fezabilitate

Prin studiul de fezabilitate urmaresc sa determin pozitia României pe harta iradiatiei solare Europene.

O configuratie a hartii Europei arata perceperea nivelului radiatiilor solare estimate pe scara descrisa în harta si graficul ce urmeaza:

Fig.5. Pozitia României pe harta Europei d.p.d.v. al radiatiilor solare [4].

Fig.6. Cantitatii de radiatii solare masurate pentru tarile din Europa [4].

O analiza a acestor doua imagini poate confirma faptul ca ne putem baza pe o cantitate de energie solara care sa poata fi calculata prin prisma procedurii standardizate de tip – STC (Standard Test Conditions). Ne situam în zona de peste 1000kwh/m2. În aceasta analiza voi folosi harta României si voi determina cantitatea de energie pentru zona Brasov cu ajutorul programului “PVWatts Calculator” [1].

Fig.7. Intensitatea cantitatii de energie solara estimatata la nivel national [3].

Întrucât pentru zona Brasov programul „PVWATTS” nu elaboreaza un calcul, am ales zonele de comparatie Timisoara, Cluj, Bucuresti, fiind zone posibile de comparatie pentru Brasov. La acelasi nivel portocaliu este Cluj si Bucuresti, iar Timisoara pe acelasi meridian.

În urma consultarii acestei hartii si a programului „PVWATTS” informatiile rezultate si necesare vor fi prezentate în tabelele care urmeaza:

PVWatts: Monthly PV Performance Data

Requested Location: Timisoara

City: Timisoara

State: ROM

Lat (deg N): 45.77

Long (deg E): 21.25

Elev (m): 88

Array Type: Fixed (open rack)

Array Tilt (deg): 45.8

Array Azimuth (deg): 180

DC Rating (kW): 4

DC to AC Derate Factor: 0.77

Average Cost of Electricity Purchased from Utility ($/kWh): 2.12

Cost of Electricity Generated by System ($/kWh): 0.27

Month AC System Output(kWh) Solar Radiation (kWh/m^2/day) Plane of Array Irradiance (W/m^2) DC array Output (kWh) Value ($)

1 182.7086 2.03123 62.96814 207.5128 387.34

2 256.0873 3.072367 86.02629 285.5586 542.91

3 387.4196 4.208501 130.4635 428.3074 821.33

4 405.7203 4.714258 141.4277 448.2305 860.13

5 473.5174 5.463283 169.3618 522.7411 1,003.86

6 475.5837 5.871238 176.1371 525.7789 1,008.24

7 520.444 6.273169 194.4682 572.8179 1,103.34

8 501.2998 5.989797 185.6837 549.8626 1,062.76

9 418.9323 5.035676 151.0703 461.5088 888.14

10 390.8336 4.39792 136.3355 429.0633 828.57

11 212.5406 2.465471 73.96413 239.4831 450.59

12 153.1764 1.737399 53.85938 176.8254 324.73

Fig.8. Tabel cu date referitoare la localitatea Timisoara [18].

PVWatts: Monthly PV Performance Data

Requested Location: cluj

City: Cluj-Napoca

State: ROM

Lat (deg N): 46.78

Long (deg E): 23.57

Elev (m): 413

Array Type: Fixed (open rack)

Array Tilt (deg): 46.8

Array Azimuth (deg): 180

DC Rating (kW): 4

DC to AC Derate Factor: 0.77

Average Cost of Electricity Purchased from Utility ($/kWh): 2.12

Cost of Electricity Generated by System ($/kWh): 0.27

Month AC System Output(kWh) Solar Radiation (kWh/m^2/day) Plane of Array Irradiance (W/m^2) DC array Output (kWh) Value ($)

1 228.9126 2.49607 77.37818 257.0633 485.29

2 248.7729 3.009189 84.2573 279.4358 527.4

3 406.1553 4.3228 134.0068 448.6483 861.05

4 447.471 5.132943 153.9883 492.9908 948.64

5 501.0477 5.740019 177.9406 552.52 1,062.22

6 473.253 5.684418 170.5325 524.2251 1,003.30

7 494.5343 5.862728 181.7446 545.9384 1,048.41

8 514.6552 6.090447 188.8038 563.5422 1,091.07

9 437.9219 5.149856 154.4957 480.1006 928.39

10 307.1516 3.416776 105.9201 341.8163 651.16

11 205.4634 2.380809 71.42426 231.9874 435.58

12 145.4942 1.621376 50.26267 165.7039 308.45

Fig.9. Tabel cu date referitoare la localitatea Cluj-Napoca [18].

PVWatts: Monthly PV Performance Data

Requested Location: Bucuresti

City: Bucharest

State: ROM

Lat (deg N): 44.5

Long (deg E): 26.13

Elev (m): 91

Array Type: Fixed (open rack)

Array Tilt (deg): 44.4

Array Azimuth (deg): 180

DC Rating (kW): 4

DC to AC Derate Factor: 0.77

Average Cost of Electricity Purchased from Utility ($/kWh): 2.12

Cost of Electricity Generated by System ($/kWh): 0.27

Month AC System Output(kWh) Solar Radiation (kWh/m^2/day) Plane of Array Irradiance (W/m^2) DC array Output (kWh) Value ($)

1 177.4129 1.907386 59.12898 201.5109 376.12

2 301.4355 3.4778 97.3784 332.4068 639.04

3 395.6955 4.27867 132.6388 438.1157 838.87

4 418.2227 4.866585 145.9975 462.1658 886.63

5 486.0078 5.689659 176.3794 535.8624 1,030.34

6 479.6638 5.889914 176.6974 529.6924 1,016.89

7 507.9303 6.166969 191.176 559.3524 1,076.81

8 506.4402 6.090097 188.793 555.178 1,073.65

9 418.7358 5.009408 150.2822 460.4783 887.72

10 326.8868 3.708586 114.9661 362.2629 693

11 191.9922 2.18056 65.41679 217.6105 407.02

12 171.5607 1.848602 57.30665 195.956 363.71

Fig.10.Tabel cu date referitoare la localitatea Bucuresti [18].

II.1.3. Dependenta iradiatiei si caracteristica de temperatura

Rezultatul captarii energiei solare transformata în energie electrica este prezentat cu ajutorul caracteristicilor de temperatura si iradiatiilor. Aceste diagrame arata ca modulele sunt doar partial încarcate în timpul functionarii pe parcursul unei zile. Iradiatiile variaza mai mult decât temperatura. Variatiile iradiatiilor afecteaza cel mai mult curentul din celula, ceea ce arata ca acest curent este dependent de radiatii, dependenta fiind chiar direct proportionala.

În aceste conditii o celula solara se poate supraîncalzi astfel încât materialul celulei poate fi distrus, generând fenomenul de „punct fierbinte”, deoarece curentul revers este mai mare decât curentul nominal la trecerea prin celula solara. Acest fenomen reduce puterea celulei. At091.07

9 437.9219 5.149856 154.4957 480.1006 928.39

10 307.1516 3.416776 105.9201 341.8163 651.16

11 205.4634 2.380809 71.42426 231.9874 435.58

12 145.4942 1.621376 50.26267 165.7039 308.45

Fig.9. Tabel cu date referitoare la localitatea Cluj-Napoca [18].

PVWatts: Monthly PV Performance Data

Requested Location: Bucuresti

City: Bucharest

State: ROM

Lat (deg N): 44.5

Long (deg E): 26.13

Elev (m): 91

Array Type: Fixed (open rack)

Array Tilt (deg): 44.4

Array Azimuth (deg): 180

DC Rating (kW): 4

DC to AC Derate Factor: 0.77

Average Cost of Electricity Purchased from Utility ($/kWh): 2.12

Cost of Electricity Generated by System ($/kWh): 0.27

Month AC System Output(kWh) Solar Radiation (kWh/m^2/day) Plane of Array Irradiance (W/m^2) DC array Output (kWh) Value ($)

1 177.4129 1.907386 59.12898 201.5109 376.12

2 301.4355 3.4778 97.3784 332.4068 639.04

3 395.6955 4.27867 132.6388 438.1157 838.87

4 418.2227 4.866585 145.9975 462.1658 886.63

5 486.0078 5.689659 176.3794 535.8624 1,030.34

6 479.6638 5.889914 176.6974 529.6924 1,016.89

7 507.9303 6.166969 191.176 559.3524 1,076.81

8 506.4402 6.090097 188.793 555.178 1,073.65

9 418.7358 5.009408 150.2822 460.4783 887.72

10 326.8868 3.708586 114.9661 362.2629 693

11 191.9922 2.18056 65.41679 217.6105 407.02

12 171.5607 1.848602 57.30665 195.956 363.71

Fig.10.Tabel cu date referitoare la localitatea Bucuresti [18].

II.1.3. Dependenta iradiatiei si caracteristica de temperatura

Rezultatul captarii energiei solare transformata în energie electrica este prezentat cu ajutorul caracteristicilor de temperatura si iradiatiilor. Aceste diagrame arata ca modulele sunt doar partial încarcate în timpul functionarii pe parcursul unei zile. Iradiatiile variaza mai mult decât temperatura. Variatiile iradiatiilor afecteaza cel mai mult curentul din celula, ceea ce arata ca acest curent este dependent de radiatii, dependenta fiind chiar direct proportionala.

În aceste conditii o celula solara se poate supraîncalzi astfel încât materialul celulei poate fi distrus, generând fenomenul de „punct fierbinte”, deoarece curentul revers este mai mare decât curentul nominal la trecerea prin celula solara. Acest fenomen reduce puterea celulei. Atâta timp cât nicio fâsie de conductie nu este distrusa celula poate functiona în continuare. Cu toate acestea probabilitatea ca modulul celulei sa se deterioreze creste de fiecare data când celula este deteriorata. Variatia valorilor iradiatiilor solare este dependenta de factorii naturali, în functie de prezenta lor între sursa si receptor. Acestea sunt aratate în graficul urmator prin dependenta dintre curent si tensiune în contextul iradiatiei solare.

Fig.11. Dependenta caracteristicilor I-U fata de iradiatiile solare [15] .

II.2. Orientarea

Raza de soare parcurge o orientare liniara spre Pamânt, dar în drumul ei, razei de soare îi este diminuata intensitatea luminoasa prin faptul ca este absorbita în atmosfera iar ce ramâne ajunge pe Pamânt. De altfel, partea care se împrastie în atmosfera este considerata lumina difuza provenita din radiatia difuza, iar partea de lumina ce ajunge pe Pamânt este considerata lumina directa. Astfel putem explica în felul urmator evenimentele parcurse de o raza de soare:

1. Direct

2.Absorbtie

3. Reflexie

4. Indirect

Fig.12. Descompunerea razei solare si modul de perceptie a acesteia [20].

Cu toate ca raza soarelui este uneori eclipsata de nori, panourile solare tot pot produce energie. Ideal ar fi ca panourile solare sa produca energie cât mai mult timp. Datorita acestui fapt s-au construit sisteme „Sun-track”, iar acolo unde nu s-a optat pentru acestea, panourile au fost orientate în directia caderii razei solare. În zonele emisferei nordice au fost orientate spre Sud, iar în zonele emisferei sudice spre Nord [20].

II.3. Unghiul de înclinatie

Reprezinta unghiul format între planul orizontal al Pamântului si suprafata panoului. Parametrii acestui unghi de înclinatie s-au stabilit printr-un compromis care sa reglementeze diferentele dintre anotimpuri si de asemenea diferentele dintre orele zilei. Astfel putem explica felul în care se prezinta acest unghi de înclinatie:

Unghiul optim pe timp de iarna si vara

1. Radiatie solara pe timp de iarna

2. Radiatie solara pe timp de vara

Fig.13. Unghiul optim de cadere al razei solare [20].

În functie de latitudine se poate stabilii valoarea optima a unghiului de incidenta, ceea ce arata ca valoarea lui tinde spe zero în zona Ecuatorului. Pentru toleranta stabilirii unghiului se admite o valoare de cinci grade radiane. Pentru sistemele independente unghiul se poate stabilii în functie de nevoile de energie raportate la o anumita luna din an [20].

Cap.III. Celula fotovoltaica

III.1. Descriere

Elementul de baza al acestui sistem este celula fotovoltaica. Ea este produsul unei tehnologii care s-a dezvoltat pe baza dezvoltarii electronicii de putere, lucru petrecut în ultimul deceniu. Datorita dezvoltarii microtehnologiilor electrice s-au putut realiza combinatii de elemente electrotehnice care în final au facut posibila si crearea celulelor fotovoltaice. Celula fotovoltaica este formata din doua sau mai multe straturi de material semiconductor în principiu, straturi cu o grosime de pâna la 0.2mm, iar pentru a realiza jonctiuni “p” si “n” aceste straturi se dopeaza cu anumite elemente chimice. Acestea functioneaza pe principiul agitatiei termice având ca rezultat agitarea electronilor care vor produce curent electric. Celulele fotovoltaice sunt clasificate dupa rezultatul combinatiilor realizate la constructia lor. Astfel avem urmatoarele tipuri: policristaline, multicristaline, amorfe, film subtire si cadmium-telluride. Unele dintre ele au cunoscut succesul fiind primele tipuri utilizate în industrie, celelalte înca nu, fiind înca în proces de performare în laboratoare. Prin combinarea acestor celule în serie si paralel se vor obtine panourile fotovoltaice ulterioare ca produs finit, care vor fi ansamblate pe diferiti suporti metalici si acoperite cu panouri de sticla. Aceasta sticla este aplicata sub diferite forme care sa contribuie la atingerea de performante ale panoului final [20].

Fig.14. Componeta, simbolul si caracteristica electrica a unei celule fotovoltaice.[5].

Fig.15. Componenta jonctiunilor celulei fotovoltaice. [5].

III.1.1. Tipuri de celule fotovoltaice

Descriere, avantaje, dezavantaje si piata cucerita de celule solare utilizate în constructia panourilor fotovoltaice.

lor.

tovoltaice monocristaline au cel mai bun randament (eficienta) de conversie a luminii în energie electrica si cel

Tip celula solara utilizat Siliciu Monocristalin

Randament 10 – 15 %

Descriere Siliciu monocristalin – cristal unic si continu fara aproape niciun defect

Avantaje Foarte stabil

Experienta îndelungata

Dezavantaje Proces lung si complicat de productie

Parte din piata mondiala 42%

Tip celula solara utilizat Siliciu Multicristalin

Randament 9– 13 %

Descriere Siliciu multicristalin – granule multiple de cristal monocristalin turnat în lingou

Avantaje Fabricare rapida

Experienta buna

Dezavantaje Proces lung si complicat de productie

Parte din piata mondial 42%

Tip celula solara utilizat Siliciu EFG (Edge-defined Film-fed Growth)

Randament 10 – 13 %

Descriere Siliciu cristalin – crescut în blocuri dar si în straturi subtiri

Avantaje Fabricare rapida si economica

Experienta buna

Dezavantaje Suprafata celulei neregulata si poate cauza probleme în procesul de fabricare

Parte din piata mondiala 3%

Tip celula solara utilizat Siliciu Amorf

Randament 4 – 6 %

Descriere

Siliciu amorf

Avantaje Fabricare in tehnologie dezvoltata pentru consumatori

Dezavantaje Randament foarte scazut

Parte din piata mondiala 12%

Tip celula solara utilizat CIS, CdTe

Randament 7 – 10 %

Descriere Cupru Iridium Deselenit (CIS) sau Cadmiu telurit (CdTe)

Avantaje Fabricare rapida

Dezavantaje Tehnologie relativ noua si inca neperformanta

Parte din piata mondiala 1%

Fig.16.Tipuri si caracteristici comerciale ale celulelor care alcatuiesc un panou [5].

III.1.2. Conditii speciale

În practica de zi cu zi, performanta unui modul sau a unui alt aparat fotovoltaic este determinata de expunerea la conditii stiute. Caracteristicile modulului oferite de producator sunt de obicei determinate sub conditii speciale, de exemplu conditii nominale si conditii standard [7].

Conditii nominale Conditii standard

Iradiatii: G_(a,ref)=800 W/m^2 Iradiatii: G_(a,0)=1000 W/m^2

Temperatura ambientala: T_(a,ref)=20° C Temperatura celulei: T_0^C=25° C

Viteza vântului: 1 m/s

III.2. Principiul de functionare

Principiul de functionare a celulei solare cu semiconductori: Fotonii incidentali elibereaza electroni si goluri, care se vor separa în câmpul electric al zonei de sarcina spatiala a jonctiunii p-n. [5].

Semiconductoarele în principiu sunt construite ca niste fotodiode cu suprafata mare, care însa nu se utilizeaza ca detectoare de radiatii ci ca sursa de curent. Semiconductoarele, prin absorbtie de energie (caldura sau lumina) elibereaza purtatori de sarcina (electroni si goluri). Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru ca din acesti purtatori sa creeze un curent electric, pentru a putea fi dirijati în directii diferite. Acest câmp electric intern apare în dreptul unei jonctiuni p-n. Pentru ca intensitatea fluxului luminos scade exponential cu adâncimea, aceasta jonctiune este necesar sa fie cât mai aproape de suprafata materialului pentru a fi patrunsa cât mai adânc. Aceasta jonctiune se creeaza prin impurificarea controlata. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifica „n” un strat sub?ire de suprafata si „p” stratul gros de dedesubt în urma caruia apare jonctiunea. Sub actiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în jonctiune, din care electronii vor fi accelerati spre interior, iar golurile spre suprafata. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în jonctiune rezultând o disipare de caldura, restul curentului putând fi utilizat de un consumator,sau încarcat într-un acumulator, sau prin intermediul unui invertor livrat în reteaua publica. Tensiunea electromotare maxima la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.

Structura celulelor solare se realizeaza în asa mod încât sa absoarba cât mai multa lumina si sa apara cât mai multe sarcini în jonctiune. Pentru aceasta electrodul de suprafata trebuie sa fie transparent, contactele la acest strat sa fie pe cât posibil de subtiri. Pe suprafata se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micsora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albastruie a celulelor solare care fara aceasta ar avea o culoare gri-argintie.

La celulele solare moderne se obtine din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafata încalzita se depun în urma unei reactii chimice componente extrase dintr-o faza gazoasa) un strat antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de unda la un coeficient de refractie de 2,0). Se mai utilizeaza straturi reflectorizante din SiO2 si TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD.

Grosimea stratului influenteaza culoarea celulei (culoarea de interferenta). Grosimea stratului trebuie sa fie cât se poate de uniforma, deoarece abateri de câtiva nanometrii maresc gradul de reflexie. Celulele îsi datoreaza culoarea albastra realizarii unei grosimi ce corespunde lungimii de unda a culorii rosii, culorea cea mai bine absorbita de siliciu. În principiu în acest mod se pot realiza celule rosii, galbene, sau verzi la cerinte arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu si a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are si un rol de a reduce viteza de recombinare superficiala.[5]

III.3. Caracteristici tehnice

III.3.1. Generalitati

Parametrii tehnici ai celulelor solare sunt dati pentru conditii standard STC, (Standard Test Conditions):

Intensitate luminoasa de 1000 kW/m2 în zona panoului,

Temperatura celulei solare constant 25 °C,

Spectrul luminii AM 1,5 global; DIN EN 61215, IEC 1215, DIN EN 60904, IEC 904.

AM 1,5 global indica slabirea luminii solare la suprafata pamântului în functie de latitudine, datorita parcurgerii unei mase mai mari de aer proportional cu latitudinea (în acest caz se considera latitudinea de 50°). Aceasta corespunde conditiilor de vara din Europa Centrala din nordul Italiei pâna în centrul Suediei. În iarna conditiile corespund unor valori de AM 4 pâna la AM 6. Absorbtia atmosferica si spectrul luminii ce cade pe panou sunt în proces de deplasare continua.

Este de remarcat faptul ca în realitate îndeosebi vara la prânz, temperatura celulelor solare (în functie de pozitie, conditii de vânt etc.) poate atinge 30 pâna la 60 °C ceea ce are ca urmare o scadere a randamentului.

Din acest motiv se ia în calcul un alt parametru, PNOCT care indica puterea la temperatura de functionare normala (25 °C).

III.3.2. Prescurtari utilizate

SC: Short Circuit – scurtcircuit

OC: Open Circuit – mers în gol

MPP: Maximum Power Point – punctul de putere maxima

PR: Performance Ratio Qualitätsfaktor – Factor de performanta, indica portiunea în care panoul furnizeaza curentul la valori nominale.

PNOCT: puterea la temperatura de functionare normala.

III.3.3. Prezenterea caracteristicilor

Tensiunea de mers în gol U_OC (V_OC)

Curentul de scurtcircuit I_SC

Tensiunea în punctul optim de functionare U_MPP (V_MPP)

Curentul în punctul de putere maxima I_MPP

Puterea maxima estimata P_MPP

Factor de umplere FF FF=P_MPP/(U_OC·I_SC ) [1]

Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei „k”

Randamentul celulei solare ? [%] la o suprafa?a iluminata A si intensitate luminoasa P_opt ?=P_MPP/(A·P_opt ) [2]

Celulele solare pot ceda o putere între 36 si 300 W/ m². Incluse în module, puterea pe suprafata va fi mai scazuta pentru ca între celule si marginea modulului este o distanta.

Randamentul este raportul dintre puterea debitata de panou si puterea continuta în lumina incidenta totala. Semiconductoarele cu zona interzisa stabila utilizeaza doar o parte a luminii solare. Randamentul teoretic maxim ce poate fi atins în acest caz este de 33 %, pe când randamentul teoretic maxim la sistemele cu mai multe benzi interzise care reactioneaza la toate lungimile de unda a luminii solare este de 85 %.

Material Randament(AM1,5) Durata de via?a Costuri

Siliciu amorf 5-10 % < 20 J ani

Siliciu policristalin 10-15 % 25-30 ani 5 EUR/W

Siliciu monocristalin 15-20 % 25-30 ani 10 EUR/W

Arseniura de galiu (monostrat) 15-20 %

Arseniura de galiu (doua straturi) 20 %

Arseniura de galiu (trei straturi) 25 % (30% la AM0) >20 ani 20-100 EUR/W

Fig.17. Prezinta materiale si caracteristicile conventionale ale acestora.[5].

Randamentul celulelor solare comerciale este de cca 20 %, iar modulele construite cu acestea ating un randament de cca 17 %. Recordul pentru celulele fabricate în conditii de laborator este de 24,7 % (University of New South Wales, Australia), din care s-au confectionat panouri cu un randament de 22 % [2].

Fig.18. Eficienta acestor panouri în functie de tehnologie [2].

Randamentul acestor celule solare si module este în functie de dependenta de tehnologia (material) folosita. Materialele diferite si combinatiile lor produc o rata a randamentului diferita. Randamentul teoretic maxim care poate fi atins este de aproximativ 42 % pentru materialele cunoscute în prezent.

Din experienta putem spune ca materialele utilizate în laborator au o eficienta cu cel putin 30% mai mare decat cele utilizate în productia industriala. În general dureaza între 5-10 ani testele pentru ca un material testat în laborator sa ajunga pe piata comerciala.Îmbatrânirea panourilor conduce la scaderea randamentului cu cca 10 % în 25 ani. Fabricantii dau garantii pe cel putin 80 % din puterea maxima în 20 ani. În spatiu constanta solara este mai mare decât iluminarea globala pe Pamânt. Totodata celulele solare îmbatrânesc mai repede. Panourile pentru sateliti ating momentan un randament de 25 % la o durata de viata de 15 ani.[5]

III.3.4. Diagrama coeficientului de absorbtie

Graficul diagramei în functie de materialele utilizate si descrierea în legenda a materialelor reprezentate.

Fig.19.Valoarea lungimii de unda a materialelor folosite [5].

III.4. Tipuri, scheme, diagrame si conditii de conectare a celulelor

Interconectarea celulelor solare se realizeaza în doua moduri: serie si paralel, rezultatul lor se regaseste în tensiunea si puterea de iesire [1].

III.4.1. Schema de conectare si schema echivalenta a celulei

Fig.20. Schema de conectare si schema echivalenta a unei celule solare [5].

Semnul conventional pentru o celula solara se indica asemanator unei diode sau fotodiode prin intermediul unei sageti în sensul curentului pentru conectare. Caracteristica unei celule solare se deosebeste totusi de cea a unei fotodiode ideale. Pentru a modela aceste diferente, exista mai multe scheme echivalente.

III.4.2. Schema echivalenta simplificata

Schema echivalenta este compusa dintr-o sursa de curent legata în paralel cu o dioda ideala.

Aceasta sursa produce un curent dependent de intensitatea luminii si este modelat de fotocurentul I_Ph. La valoare curentului total contribuie si curentul prin dioda I_D.

I= I_Ph- I_D=I_Ph-I_S [e^(U_D/(n·U_T ))-1]. [3]

Fig.21. Model de celulula solara cu o dioda [5].

Schema extinsa tine cont de parametrii reali ai elementelor componente care apar în procesul de fabricatie. Prin aceasta se încearca modelarea cât mai exacta din punct de vedere electric a celulei solare.Fata de schema echivalenta simplificata la cea extinsa cu o dioda, schema se întregeste cu o rezistenta legata în paralel si una legata în serie, la care:

Rezistenta în paralel Rp ia în considerare defectele de cristal, impurificari neomogene si defecte de material prin care apar curenti de pierdere care traverseaza jonctiunea „p-n”. La celule solare bine construite aceasta rezistenta este relativ mare.

Cu rezistenta în serie Rs se iau în considerare efectele în urma carora creste rezistenta totala a elementelor componente. Acestea sunt în principal rezistenta semiconductorului, rezistenta contactelor si a legaturilor. La celulele solare aceasta rezistenta trebuie sa fie cât se poate de mica.

Formula pentru curentul total în acest model este o functie recursiva si arata astfel:

I=I_ph-I_d-U_p/R_p =I_ph-I_S [e^((U+R_s·I)/(n·U_T ))-1] – (U+R_s·I)/R_p [4]

III.4.3. Schema echivalenta extinsa

Fig.22. Prezinta model cu doua diode cu sursa cu limitare de tensiune la efectul de avalansa la tensiune inversa [5].

Fata de cea anterioara, aceastei scheme i se mai adauga o dioda cu alti parametrii pentru a evidentia functionarea în regim de tensiune inversa. Formulele pentru aceasta schema contin referiri la conductivitatea gb, tensiunea de strapungere Ub si coeficientul exponential de avalansa nb si arata astfel:

I= I_ph-I_b-I_S1 [e^((U+R_s·I)/(n_1·U_T ))-1]-I_S2 [e^((U+R_s·I)/(n_2·U_T ))-1]-(U+R_s·I)/R_p [5]

I_b= g_(b )·(U+R_s·I)·(1-(U+R_s·I)/U_b )^(-n_b ) [6]

[2]

III.4.4. Diagrama curent – tensiune a celulei

Fig.23. Diagrama curent – tensiune a celulei fotovoltaice [2] .

În reprezentarea de mai sus este folosita o conventie a semnelor care considera curentul generat de celula cu valoare pozitiva atunci când soarele straluceste si o tensiune pozitiva este aplicata pe terminalul celulei.

O celula solara reala poate fi caracterizata prin urmatorii parametrii fundamentali:

III.4.5. Determinarea curentului de scurtcircuit

Este cea mai mare valoare a unui curent generat de o celula. Este produsa sub conditii de scurt circuit: U = 0

III.4.6. Valoarea tensiunii în circuit

Corespunde scaderii tensiunii pe parcursul diodei atunci când este traversata de fotocurent Iph (si anume ID=Iph) atunci când curentul generator este I=0. Reflecta valoarea tensiunii celulei noaptea si poate fi exprimat matematic ca fiind:

V_oc=(mkT_c)/e ln??(I_ph/I_0 )= V_t ln?(I_ph/I_0 ) ? unde: [7]

V_t – tensiunea termala

T_c – temperatura absoluta a celulei [2]

III.4.7. Punctul de maxima putere

Este punctul de operare A (Vmax, Imax) la care puterea disipata în încarcatura rezistiva este maxima: Pmax = Imax * Vmax.

III.4.8. Eficienta maxima

Este radiatia dintre puterea maxima si puterea razei incidente.

Fig.24. prezinta influenta radiatiei ambientale asupra celulei fotovoltaice – a);

si a temperaturii asupra caracteristicilor celulei – b) [2]

Trebuie bine precizat ca eficienta sau randamentul se refera la cantitatea de energie electrica obtinuta pe metru patrat si nu la eficienta economica sau de exploatare .

III.4.9. Conectarea în serie si în paralel a doua celule identice

Fig.25. Caracteristiciele de curent-tensiune pentru doua diode conectate: a) serie; b) paralel [2].

Cap.IV. Descrierea echipamentelor

IV.1. Generalitati

Sistemele independente fotovoltaice au în componenta panouri solare, convertoare, invertoare, si sarcina.

Aceste sisteme sunt utilizate de regula în zone fara energie electrica. Energia produsa de panourile solare este stocata în baterii, iar de acolo este furnizata cu ajutorul unui invertor (convertor c.c.-c.a.), utilizatorilor pentru aplicatii în mediul rural fara energie electrica [1].

Fig.26. Conceptul modelului ”off-grid” [8].

IV.2. Prezentarea panourilor fotovoltaice

[8] [7]

Fig.27. Panouri PV

IV.2.1. Descrierea panourilor fotovoltaice

Asa cum am precizat anterior , celulele fotovoltatice sunt interconectate pentru a forma module si sunt asezate între doua straturi (unul transparent si altul protector) pentru a forma un panou solar. Puterea electrica a acestor panouri variaza între 5W si 200W si uneori si pâna la 300W. Sistemul fotovoltaic este constituit dintr-o arie de panouri si alte componente specifice acestui sistem care sunt ansamblate în vederea obtinerii de energie electrica [5].

Foarte multe celule solare compuse din diverse materiale au fost dezvoltate în ultimii ani. Marea majoritate a celulelor sunt fabricate din siliciu. Celulele sunt clasificate ca si cristaline sau „thin film”. Celulele cristaline sunt „felii taiate” din lingouri sau „piesa turnata” de cristale din siliciu, iar celulele thin-film contin straturi foarte subtiri din material ieftin (sticla, inox sau plastic) [12].

IV.2.2. Proprietatile panourilor fotovoltaice

Genereaza putere activa „P”;

Poate genera putere reactiva „Q”;

Când genereaza putere activa „P”, Q+ =0 si Q- =0.;

Modul de control al tensiunii sa fie specificat;

Puterea reactiva sa fie setata la 0,344P;[11].

IV.2.3. Principiul de functionare

Actiunea fotonilor conduce la aparitia unor cupluri electron-gol în jonctiune, din care electronii vor fi accelerati spre interior, iar golurile spre suprafata. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în jonctiune rezultând o disipare de caldura, restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încarcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat direct la consumator. Tensiunea electromotare maxima la bornele unei celule solare de siliciu cristalin este de 0,5 V. Celulele solare se realizeaza în asa mod încât sa absoarba cât mai multa lumina si sa apara cât mai multe sarcini in jonctiune, iar la suprafata se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micsora gradul de reflexie a luminii solare [5].

IV.2.4. Tipuri de celule utilizate

Putem face urmatoarele observatii pentru modulele cunoscute:

aproape toate celulele sunt fabricate din siliciu;

cea mai comuna tehnologie este cristalina;

„thin cells” este o tehnologie cu mare potential [8]

IV.2.5. Panouri fotovoltaice pentru sisteme autonome

Panourile fotovoltaice policristaline sunt cele mai raspândite si cele mai utilizate ca urmare a pretului mai scazut si a performantelor similare panourilor fotovoltaice monocristaline. Ele sunt realizate într-o diversitate mare de puteri de iesire si au eficienta pe unitatea de suprafata mai scazuta cu câteva procente decât a panourilor fotovoltaice monocristaline. Celulele din siliciu policristalin sunt alcatuite din atomi de siliciu care nu sunt orientati uniform si formeaza mai multe cristale spre deosebire de cele din siliciu monocristalin unde siliciul cristalizeaza uniform într-o structura cristalina unica. Ca urmare a acestui fapt, celulele de siliciu policristalin au suprafata si culoarea neuniforme.

Tehnologia de fabricatie a panourilor fotovoltaice policristaline a fost îmbunatatita continuu astfel încât eficienta acestora este astazi aproximativ egala cu cea a panourilor fotovoltaice monocristaline standard. Garantia pentru o putere de iesire mai mare de 80% din valoarea puterii initiale este minimum 25 de ani.

Panourile solare fotovoltaice destinate acestor aplicatii contin în general 72 celule, dar cel mai important parametru care trebuie sa-l îndeplineasca este tensiunea pentru punctul de maxima putere care este situat în jur la 35Vcc – 36Vcc, iar tensiunea de mers în gol se regaseste în jurul valorii de 42Vcc – 45Vcc.

Aceste valori sunt mai ridicate decât cele oferite de panourile solare destinate utilizarii în retele si sunt necesare pentru operarea cu ajutorul regulatoarelor de încarcare, special destinate sistemelor care utilizeaza baterii de acumulatori pentru stocarea energiei produse. Aceste panouri pot fi utilizate si în sistem cu conectare la retea, fiind perfect compatibile cu acele aplicatii, dar nu si invers. De aceea este necesara abordarea problemei în mod individual si ca urmare si sistemul cu energie alternativa autonom utilizeaza baterii de acumulatori pentru a stoca energia electrica produsa. Bateriile de acumulatori functioneaza cu tensiunea de încarcare foarte apropiata de 28,8V iar tensiunea de mentinere a acumulatorilor în jurul valorii de 27,6V. În acest caz datorita faptului ca panourile fotovoltaice destinate aplicatiilor cu injectie în reteaua nationala (on-grid) au tensiunea de lucru în sarcina maxima la o valoare apropiata de 24Vcc – 29Vcc, va fi imposibil sa încarcam bateria de acumulatori. Tensiunea este prea mica [8].

IV.2.6. Graficul de eficienta a unui panou pentru perioada unui an calendaristic

Energie produsa (DC) 1. TG 326 kWh Energie produsa (DC)2. TG 330 kWh

Fig.28.Eficienta energetica a unui panou pe durata unui an [8].

IV.3. Alegerea panoului fotovoltaic

Doresc un panou cu putere mare pe metru patrat. Daca voi folosi baterii cu ciclu profund în viitor ele pot fi descarcate aproape complet. În general aceste baterii vor avea nevoie de mai mult de 16 V pentru încarcare. Cele cu acid nu vor lua mai mult de 15V. Vor mai fi pierderi de tensiune pe regulatorul de încarcare ( folosit pentru a prevenii asupra încarcarea bateriei care o poate distruge în timp) si pe cablurile de alimentare. Va mai fi o pierdere si datorita caldurii. În timpul verii , panourile se pot încalzii pana la 50°C iar tensiunea va scadea cu 15-25% pentru fiecare 25°C. Un panou care genereaza 17V va fi suficient. Panourile multicristaline sunt formate din mai multe celule conectate în serie, iar fiecare celula va produce 0,5V. Deci am nevoie de un panou cu cel putin 36 celule [8].

36 x 0.5V = 18V [8]

Isc este curentul de scurt circuit iar Voc este tensiunea produsa de panou fara sarcina ( în gol). Pmax este puterea maxima, iar tensiunea (Vpmax) si curentul (Ipmax) sunt valori obtinute la putere maxima [11].

Ex:Tip/model: SPP280-24

Specificatiile sunt: greutatea=24kg, marimea modulului =1956x992x50mm, marimea sticlei=1950x986mm, Isc = 8.76A, Voc = 44.25V, Pmax = 280 W, Pmax= 36V, Ipmax =7.89A, cu o norma de 1000 W/m2 (numita iluminare solara) la 25°C.

Panoul va genera la 49°C, o putere maxima (Pmax) de 280W si un curent de (Ipmax) 7.89A, iar tensiunea va fi de 24V.

Pentru un sistem 5kW voi face un calcul pentru necesarul de panouri:

Npan=Psis/Ppan; unde:Npan= numarul de panouri solare; Psis=puterea sistemului, Ppan=puterea panoului. [9]

Npan=5000/280=17.85;

Npan=18 buc.

IV.4. Convertoare de curent c.c.-c.a.

IV.4.1. Invertoare

[13] Fig.29. Modele de invertoare [17]

Convertoarele folosite în sistemele de conversie a curentului continuu în curent alternativ sunt invertoarele care vor avea ca rezultat producerea undei sinusoidale pentru a putea fi utilizate la orice fel de aplicatie ( rezistiva, inductiva, rezistiv-inductiva, capacitiva) [4].

IV.4.1.1. Clasificarea invertoarelor

Clasificarea invertoarelor se poate face dupa:

1. Dupa numarul de faze:

invertoare monofazate,

invertoare trifazate.

2. Dupa natura undei comutate:

invertoare de tensiune,

invertoare de curent.

3. Dupa forma undei de iesire:

cu unda dreptunghiulara/ cvasidreptunghiulara,

cu unda modulata: în amplitudine si în latime (durata),

cu unda sinusoidala.[3]

IV.4.1.2. Principiile conversiei c.c.-c.a.

Convertoarele statice care realizeaza conversia c.c.-c.a. se numesc invertoare. Marimile specifice conversiei continuu-alternativ (inversiei) sunt ponderea armonicii fundamentale, reziduul deformant dat de armonicile superioare si factorul de distorsiune care pot cuantifica distorsiunea armonica a tensiunii sau curentului la iesirea invertorului. În functie de natura receptorului se pot utiliza filtre de tensiune, respectiv filtre de curent pentru îmbunatatirea formelor de unda generate de invertor.

Pentru întelegerea conversiei c.c.-c.a. se considera cea mai simpla schema de invertor cu ajutorul careia pot fi implementate diferite tehnici de conversie continuu-alternativ, asa dupa cum rezulta din Fig.30 [3].

Fig.30. Schema echivalenta si semnalele unui invertor monofazat [3].

Structura din Fig.30 contine doua surse de c.c. Ud1 si Ud2 având tensiunile egale (Ud1=Ud2=Ud) si doua elemente de comutatie controlabile T1 si T2. Pentru simplificare se va considera cazul sarcinii pur rezistive R.

IV.4.1.3. Invertorul monofazat de tensiune

În general, un invertor este de tensiune, daca la intrarea lui tensiunea este constanta. Cea mai utilizata schema de invertor monofazat de tensiune este schema în punte data în Fig.31:

Fig. 31. Invertorul monofazat în punte [3].

Functionarea invertorului are la baza comanda alternativa a perechilor de tiristoare T1, T2 (alternanta pozitiva a tensiunii de sarcina uL) cu T3, T4 (alternanta negativa a tensiunii de sarcina uL) [3].

IV.4.1.4. Analiza puterii unui invertor

Analiza puterii unui invertor se face în scopul introducerii unui invertor într-un sistem de functionare la parametrii prevazuti în sistem. Pentru aceasta trebuie luati în calcul:

Modul de functionare în functie de factorul de puterere;

Puterea activa nominala;

Puterera reactiva(Q): -minima;-maxima (care trebuie sa fie QM=Qm=0);

Cos?=+/-0,95;

Daca invertorul functioneaza la o putere reactiva mai mica (Q),

Q-înmagazinata trebuie sa fie mai mica decât Q minim;

Invertoarele care functioneaza în paralel trebuie sa aibe aceeasi parametrii [11].

IV.4.1.5. Invertorul monofazat de curent

În general, un invertor este de curent, daca la intrarea lui curentul Id este constant. Cea mai utilizata schema de invertor monofazat de curent este schema în punte data în Fig.32. Functionarea invertorului are la baza conductia tiristoarelor T1 , T2 pentru alternanta pozitiva a tensiunii de sarcina uL si a tiristoarelor T3 , T4 pentru alternanta negativa a aceleeasi tensiuni. Curentul de sarcina iL are forma data în Fig.33, alternând între valorile + Id si – Id. În general aceste invertoare se utilizeaza la puteri mari (102 kW), fapt pentru care sunt realizate cu tiristoare [3].

Fig. 32. Schema invertorului de curent [3]

Fig.33. Forma de unda a curentului de sarcina al invertorului de curent [3].

Pentru comutatia tiristoarelor se introduc suplimentar circuite de comutatie cu condensatoare, care asigura procesul de comutatie fortata. Invertoarele folosite în sistemele de alimentare cu energie sunt cele de tipul PWM. Acestea se realizeaza dupa principiul de conversiei continu-alternativ [3].

IV.4.1.6. Principiul de alegere a invertorului

Invertoarele de baterii sunt unidirectionale si asigura conversia energiei de curent continuu de la bornele acumulatorilor în energie de curent alternativ pentru alimentarea consumatorilor.

Invertoarele de baterii bidirectionale care sunt utilizate în sistemele fotovoltaice de tip magistrala de curent alternativ si asigura, atât conversia energiei de curent continuu stocata în acumulatorii de energie, cât si controlul tensiunii si al curentului de încarcare al bateriilor. Ele sunt recomandate pentru sistemele monofazate si trifazate cu puteri mai mari de 2 kilowati.

Exista trei categorii mari de invertoare off grid sau de baterii, invertoarele de baterii clasice, invertoare de baterii cu încarcator încorporat si invertoare de baterii cu sincronizare la reteaua electrica. Cele mai simple sunt invertoarele clasice care sunt destinate alimentarii unor consumatori de curent alternativ de la o baterie de acumulatori si în functie de forma tensiunii si curentului de iesire pot fi cu unda pura sau cu unda modificata. Odata cu dezvoltarea sectorului energiei alternative au aparut invertoarele de baterii cu incarcator încorporat având o eficienta îmbunatatita si functii noi precum încarcarea bateriei de acumulatori, pornirea automata a unui generator, functie de bypass, etc. Cele mai performate invertoare de baterii sunt prevazute cu algoritm de sincronizare cu reteaua electrica si pot fi utilizate atât pentru a genera energie în retea cât si pentru a functiona ca sisteme de alimentare independente.[8].

Alegerea corecta a invertoarelor de baterii se face în functie de tensiunea bateriei de acumulatori, tensiunea si puterea maxima a consumatorilor, tipul acestora, regimul de lucru.

IV.5. Convertoare c.c. – c.c.

IV.5.1. Prezentarea convertoarelor

Cele mai moderne dispozitive MPPT au un randament de conversie apropiat de 92-97%, ceea ce este un beneficiu evident.

Un (regulator) controler MPPT sau în traducere, "controler cu urmarirea punctului de putere maxima" este un convertor c.c.- c.a. care optimizeaza perfect transferul de energie între aria de panouri solare fotovoltatice si bateria de acumulatori, reteaua nationala sau pompele solare de curent continuu. (Se mai regasesc în literatura denumite si "Power Tracker" dar nu trebuie confundate cu dispozitivele denumite "PANEL Tracker" destinate urmaririi deplasarii relative a soarelui pe cer). Cu ajutorul acestui dispozitiv se obtine o crestere tipica între 20% si 45% a cantitatii de energie transferata în perioada de iarna si între 10% – 15% în perioada de vara. Câstigul energetic depinde de conditiile meteo , temperatura, starea de încarcare a acumulatorilor si alti factori. [8]

În primul rând vom elimina confuzia creata de termenul "tracking" (urmarire). Prezentare si descriere a dispozitivului Panel Tracking.

[16] [16]

Fig. 34.Dispozitiv Panel Tracking

„Panel tracking”- acesta este un dispozitiv mecanic care permite panoului solar sa urmareasca curba descrisa de miscarea soarelui pe cer. Acest dispozitiv permite obtinerea unei puteri maxime a panoului fotovoltaic, în permanenta, a unui unghi optim de incidenta a razelor solare, pe suprafata panoului. În general se accepta ca energia produsa zilnic, suplimentar prin aceasta metoda este cu 15% mai mare în perioada de iarna, iar vara se apropie de 30% [8].

IV.5.2. Functionarea convertorului MPPT

Sa consideram ca bateria este descarcata si tensiunea masurabila este la aproximativ 22,5Volti, iar panoul solar de 280W este la putere maxima. Un controler solar MPPT analizeaza tensiunea furnizata împreuna cu acel curent si declanseaza conversia. În urma acestui proces de conversie, acumulatorul va primii o valoare de 7,7 amperi la o tensiune maxima de 36V. Deci vom avea cei 280W disponibili.

Fig.35. Curentul si tensiunea panoului extrase cu ajuttorul MPPT-ului.[20]

Anterior v-am prezentat o imagine extrasa din programul de analiza a productiei de energie electrica a unui panou fotovoltaic. Linia verde arata ca exista o valoare maxima în partea din dreapta sus. Acela este punctul de productie maxima. Controlerul solar MPPT determina acel punct si executa conversia tensiunii si a curentului de la panoul solar în tensiune si curent necesar la un moment dat acumulatorului pentru încarcare.

Fig .36. Arata puterea maxima scoasa de MPPT la iradiere maxima. [2]

Prin aceste caracteristici se arata ca MPPT-ul raspunde instantaneu la realizarea extragerii sarcinii maxime de putere din panourile fotovoltaice.

Un controler MPPT determina precis punctul de putere maxima care este diferit în aproape toate situatiile fata de STC (Standard Test Conditions). În conditii de temperatura foarte scazuta un panou solar este capabil sa ofere mai multa putere, pentru ca în masura în care temperatura merge în jos puterea întodeauna creste. Fara un dispozitiv MPPT nu se poate beneficia de aceasta putere suplimentara. În perioada de vara lucrurile sunt exact invers, temperatura creste si puterea scade.

Fig.37. Caracteristica curent – tensiune [I-U] si putere – tensiune[P-U] [2].

Figura arata ca nepotriviriea dintre linia de încarcare si caracteristicile celulei solare, puterea disipata de celula solara nu este mereu exrasa la maxim.

MPPT asigura control tehnic pentru a ajusta valoarea tensiunii unui panou astfel încât sa fie atinsa puterea maxima. [2]

Cele mai moderne dispozitive MPPT au un randament de conversie apropiat de 92-97%, ceea ce este un beneficiu evident [8].

IV.5.3. Caracteristici esentiale

Controllerul MPPT are urmatoarele caracteristici esentiale:

Panourile solare functioneaza mai bine la temperaturi scazute,( fara MPPT se pierde puterea electrica generata suplimentar. Temperaturile scazute se regasesc în perioada de iarna când numarul de ore cu soare este mic si este necesara toata energia pentru a reîncarca acumulatorii).

Cu cât este mai scazuta tensiunea pe acumulatori cu atât mai mult un controler MPPT introduce un curent mai mare [11].

IV.5.4. Diferente între controlere

Controlerele digitale sunt controlate prin microprocesor si produc performanta de care este nevoie. Iar la controlere liniare (non digital) performanta lor reala este imposibil de determinat în mod corect si de aceea, eficienta lor este extrem de redusa si este posibil sa piarda complet gasirea punctului de maxim blocând complet încarcarea bateriei de acumulatori. Acest lucru s-a întâmplat în momentul în care s-a simulat trecerea unui nor sporadic deasupra unui panou solar. Controlerul liniar încerca sa determine urmatorul punct de maxim în momentul în care a scazut iradierea solara pierzând analiza imediat ce soarele a revenit si blocând încarcarea. Practic la variatii de intensitate luminoasa poate devenii mai slab decat un controler conventional. Algoritmul de cautare liniar, este net inferior si functioneaza cu sincope în comparatie cu unul digital. Prin aceste explicatii am aratat ca totusi este nevoie si de un dispozitiv MPPT în schema de functionare rentabila a acestui sistem, desii invertorul este unul evoluat si a preluat o serie de functii suplimentare.[8].

Cap.V. Bateria de acumulatori si sistemul de protectie

V.1. Bateria de acumulatori

Bateria de acumulatori este un echipament electric format din mai multi acumulatori cu rolul de stocare a energiei electrice pentru o perioada de timp limitata de capacitatea bateriei în scopul utilizarii acesteia ulterior. Aceasta baterie se formeaza prin conectarea în serie si/sau paralel a mai multor acumulatori în functie de tensiunea si curentul cerut spre utilizare. Pentru a alege bateria de care avem nevoie la acest sistem trebuie sa luam în considerare capacitatea ei de stocare si de raspuns la cerinta de asigurare a energiei necesare într-o perioda de timp previzibila. Acesti acumulatori au fabricatii diferite în functie de scopul utilizarii lor, si anume mai multi amperi pe perioada scurta de timp sau mai putini amperi pe o perioada mai lunga de timp. Tot odata se tine cont si de numarul de descarcari necesare. Astfel acumulatori pot fi solicitati la un procent mai mare sau mai mic de descarcare 80%-20%. Stim ca energia se noteaza cu W si se masoara în kWh dedusa cu formula W=P*h.

Pentru a putea alege capacitatea bateriei de acumulatori vom alege tipul de acumulatori, tensiunea si curentul de care avem nevoie. Pentru bateria noastra mai trebuie sa tinem cont si de alte caracteristici cum ar fi capacitatea nominala, capacitatea de reîncarcare, capacitatea de descarcare, tensiunea de încarcare, tensiunea de stocare, durata de viata, numarul de cicluri de descarcare la un anumit procent, si daca este cazul de dimensiunile geometrice. În ultima perioada de timp criteriile de performanta ale acumulatorilor au putut fi îmbunatatite atât prin combinatii noi de substante active componente cât si prin asistarea lor cu dispozitive electronice menite sa gestioneze încarcatura electrica a acumulatorului. [8]

Calculul capacitatii bateriei de acumulatori se face în functie de timpul necesar pentru a acoperii functionarea sistemului cu enegie din baterie.

Întrucât aceasta baterie de acumulatori are rolul de a fi tampon în sistemul de producere a energiei si de a asigura nevoia de energie atunci când aceasta nu provine dintr-o sursa consacrata ca primordiala si/sau secundara, putem face un calcul estimativ în timp pentru necesarul de energie.

Cunoastem puterea de care avem nevoie în limitele minime necesare si o raportam la tipul pe care îl estimam pentru folosirea bateriei.

Astfel în sistem de avarie am apelat doar la instalatiile de stricta nevoie si anume iluminatul, telecomunicatiile stricte si câteva prize indispsabile. În urma acestui calcul vom avea nevoie de

Ptot=(telecomunicatii)50W+(iluminat)100W+[frigider((300w/12)=]25W) [10]

pe ora timp de 3 zile, deci

Ptot=12600W. (Folosind o tensiune de 24V va rezulta 525A)

i=12600/24=525[A] [11]

Din acest calcul rezulta ca vom forma o baterie de acumulatori care sa asigure necesarul de curent. Am ales acumulatori ”LFP-BMS 12,8/200” 3 perechi de câte 2 bucati:

U=12×2=24[V], iar [13]

I=200×3=600[A] [14]

Baterii pot fi achizitionate de la „Victron energy” care poate fi asistate de „BSM 12/200 pentru 12,8 volt” [9].

V.2. Sistemul de protectie

Sistemul de protectie este compus din doua module în acelasi dispozitiv, unul pentru protectia si gestionarea bateriei de acumulatori necesara sistemului de energie solara si unul necesar sistemului de întretinere si protectie a acumulatorului de pornire a generatorului. Ambele protectii pot fi facute de catre „BSM 12/200 pentru 12,8 volt” sau de catre „Multi Plus 8000VA-5kW”, alegerea se poate face tinând cont de fisa tehnica a bateriilor sau de dispozitia financiara a investitorului.

Cap.VI. Generatorul de rezerva

VI.1. Descriere

Generatorul de rezerva l-am introdus în schema ca o masura necesara cauzata de caderea tensiunii accidentala sistemului fotovoltaic. El are rolul de a alimenta cu energie electrica locuinta pâna la remedierea defectului. De asemena acumulatorul pentru pornirea generatorului este sub controlul invertorului sau BMS-ului pentru a fi administrata întretinerea lui în perioada în care generatorul nu lucreaza. Dar daca situatia o impune generatorul poate fi deconctat de la invertor si cuplat la instalatia consumatorului, doar prin creerea posibilitatii de manevrare a cuplarii manuale a unui steker între doua prize.

VI.2. Caracteristicile generatorului

Caracteristicile sunt specificate în fisa tehnica la pagina 54.

VI.3. Alegere

Generator Honda EU30iS

Am ales un generator fabricat de Honda datorita tehnologiei lor inovatoare în producerea energiei de o calitate ridicata, pentru aparate electrice / electronice pretentioase si datorita zgomotului redus degajat de generator.

Inginerii Honda au dezvoltat o tehnologie revolutionara pentru generatoare-invertoare. Acest proces debiteaza puterea generatorului în forma sinusoidala pura, o filtreaza cu un microprocesor care ofera energie ultra filtrata creînd o unda sinusoidala egala sau mai buna decât unda sinusoidala din retea [19].

Fig. 38. Forma de unda a curentului debitat de generator.[19]

Cap.VII. Formarea sistemului

Formarea sistemului se realizeaza tinând cont atât de precizarile deja dezbatute anterior referitoare la locatie si echipamente cât si de disponibilitatile financiare.

VII.1. Partea tehnica

VII.1.1. Studiul zonal de fezabilitate

Realizarea unui asemenea proiect începe cu studii asupra locatiei, pe care le-am realizat cu ajutorul programului „PVWATTS”, si din care am aflat coordonatele locatiei, nivelul de radiatii solare de pe harta României, (este de specificat faptul ca la disponibilitatile programului am facut un artificiu de echivalare a zonei pe baza radiatiei obtinute pentru 3 regiuni pe care le acepta programul si pe care le prezint în cele ce urmeaza). Ca urmare ma includ în S.T.C. cu 1550kwp, si pot merge mai departe cu estimarile pentru sistemul dorit.

VII.1.2. Calculul consumatorilor

VII.1.2.1. Lista consumatorilor

Lista consumatorilor casnici prezentata în functie de puterile consumabile si de timpul de actiune.

Lista consumatorilor L1

Nr.crt Denumirea consumatorului P[W] Timpul de functionare zilnic [min/zi]

1 Instalatia de ilumunat 800 300

2 Instalatia antiefractie 20 1440

3 TV+satelit 300 300

4 PC-uri 2 buc. 1000 240

5 Cuptor cu microunde 2000 20

6 Cafetiera 500 10

7 Frigider 800 20

8 Centrala termica 4000 90

9 Hidrofor 1000 30

Total W/min 6720 2420

Lista consumatorilor L2

1 Masina de spalat rufe 2200 60

2 Masina de spalat vase 2200 180

3 Aspirator 1600 90

4 Mixer de bucatarie 500 60

5 Cuptor electric 2000 60

6 Hidrofor 1000 60

7 Lucrari cu scule de mâna ele. 1500 240

Total W/min 11000 750

Liata consumatorilor L3

1 Instalatia de iluminat 800 300

2 Instalatia antiefractie 20 1440

3 TV+satelit 300 300

4 PC-uri 2 buc. 1000 240

5 Cuptor cu microunde 2000 20

6 Cafetiera 500 10

7 Hidrofor 100 60

8 Frigider 800 20

9 Centrala termica 4000 90

Total W/min 5820 2450

Fig.39. Tabelul cu cosumatorii casnici ai acestei locuinte.

Aceasta lista este structurata în trei categorii de consumatori si anume:

L1 consumatorii zilnici de luni pâna sâmbata

L2 cosumatorii ocazionali de sâmbata

L3 consumatorii speciali de duminica

VII.1.2.2. Repartizarea consumului estimat

Rezultatele zilnice, în functie de cosumatorii aratati anterior, prezentate pe urmatoarele perioade de timp:

saptamânala;

lunara;

anuala.

Aceste rezultate se includ într-un context normal al consumului si sunt prezentate in anexa 1.

VII.1.3. Prezentarea sistemului

VII.1.3.1. Prezentarea echipamentului necesar în sistem:

Panouri solare tip SSP280-24;

Convertor c.c.-c.a. tip MPPT model 150/35;

Invertor tip MultiPlus model 24/5000/150;

Baterii pentru stocare tip LFP-BMS model 12,8/200;

Baterie pentru generator tip LFP-BMS model 12,8/60;

Dispozitiv de gestionare a bateriilor tip BMS 12/200;

Generator de rezerva tip Honda model EU30iS;

Modem de comunicatie tip T.V.G.R.model 2;

Dispozitiv de monitorizare tip Color Contro model CX;

Elemente auxiliare descrise în anexe.

VII.1.3.2. Configurarea schematica a sistemului.

Fig.40.Schema bloc a sistemului PV propus.

Notatii:

Panouri fotovoltaice;

Convertor MPPT;

Invertor de curent;

Baterie de acumulatori;

Generator de curent;

Conductoare de conectare;

Dispozitiv de gestionare a bateriilor;

Tablou de distributie catre consumatori;

Panou de control si afisaj;

Modem;

Antena.

VII.1.3.3. Descrierea functionarii sistemului PV realizat.

Sistemul se alimenteaza cu energie solara prin intermediul panourilor fotovoltaice. Aceste panouri fotovoltaice absorb energia solara si datorita agitatiei termice din celule produc energie electrica prin fenomenul fotovoltaic. Energia electrica este transferata prin conductoarele electrice de legatura regulatorului MPPT care are rolul de a urmarii punctul maxim de putere, si de a asigura corelarea nevoilor cerute de sarcina cu posibilitatile create de panouri prin exploatarea la maxim a energiei solare captate.

Invertorul care este conectat la controlerul MPPT, la generatorul de rezerva, la BMS-ul de gestionare a bateriilor, la modemul de telecomunicatii, la panoul de afisare si la tabloul de distributie, are rolul cel mai important de a asigura corelarea întregului sistem, de a informa modul de functionare al sistemului si de a interveni in conditii de siguranta la avariile ce pot aparea.

Functiile lui sunt:

Asigurarea procesului tehnologic de a transforma forma curentului continuu într-o forma sinisoidala de curent alternativ pentru nevoile cosumatorilor pe care îi deserveste.

Comutarea sarcinii de la o sursa care intra în avarie la cealalta sursa care este în asteptare.

De a nu face sesizabila comutatia între cele doua surse datorita functiei de UPS.

De a gestiona eficient capacitatea bateriei de acumulatori în timp util.

Gestionarea celei de a doua baterii, cea de pornire a generatorului pe perioada când generatorul este inactiv.

De a transmite informatiile procesului de lucru panoului de afisaj.

De a transmite informatiile catre modemul de telecomunicatii.

Altfel spus el preia energia electrica de la MPPT, o transforma in forma sinusoidala si o distribuie la bornele tabloului de distributie al consumatorului. În functie de consumul cerut de consumatori el gestioneaza cantitatea de energie primita, urmând ca tot ce este în plus sa fie directionat spre celelalte echipamente care sunt în asteptare (acumulatorele), daca au nevoi de energie. Daca aceste echipamente sunt la pragul de saturatie, invertorul va stii si va genera curent pâna când valoarea curentui de sarcina ajunge la zero. În situatia în care se face comutatia de pe o sursa pe cealalta sursa, acest dispozitiv va face o trecere rapida în mai putin de 20 de milisecunde, fapt ce poate trece nesesizat la consumatori.

Daca se afla în situatia în care nu mai are energie din panouri si nici din acumulatoare va stii sa porneasca generatorul de rezerva în timp util. Si din nou va gestiona energia în functie de prioritatile setate în program.

Exista si situatia în care se poate defecta invertorul. În aceasta situatie invertorul va semnaliza acustic, vizual, informational. Daca acesta nu a apucat sa dea comanda de pornire generatorului, pornirea generatotului se face manual prin conectarea stecherului cu cablul de alimentare într-o alta priza dedicata din instalatie consumatorului si prin comandarea pornirii generatorului.

Bateriile asigura cantitatea de energie necesara consumatorilor atunci când sursa principala (panourile fotovoltaice) nu are capacitatea necesara disponibila. Iar atunci când sunt descarcate asteapta energie pâna la momentul când aceasta este disponibila.

Regulatorul de încarcare a bateriilor BMS-12/200 este un regulator dedicat acumulatorilor cu LiFePO4, si are rolul de a administra într-un mod armonios nevoile acumulatorilor, prin tinerea sub control a fiecarui acumulator si transmiterea informatiilor catre panoul de control [9].

Panoul de control „Color Control GX” primeste informatii de la invertor si de la regulatorul acumulatoarelor, le analizeaza, le afiseaza în functie de program si da ordin de transmisie modemului T.V.G.R.2 care la rândul lui transmite informatiile unui sistem compatibil de preluare a datelor [9].

VII.1.3.4. Specificatii pentru echipamentele alese:

Panou solar policristalin

Fig. 41. Panou multicristal 24V/280W[9]

BlueSolar Panels

Un coeficient mic de crestere a temperaturii îmbunatateste functionarea bateriei la temperaturi ridicate.

Performante exceptionale în conditii de iluminare scazuta si sensibilitate ridicata la lumina din spectrul solar.

25 de ani garantie pentru functionare si performante.

2 ani garantie limitata pentru materiale si defecte de fabricatie.

Panoul este capsulat, protejat împotriva umezelii si cu o cutie de conexiuni, ofera un înalt grad de siguranta în exploatare.

Diode performante de conexiune asigura o pierdere minima de putere cauzata de mentinerea într-un mediu întunecat.

Sistemul avansat de încapsulare EVA (Ethylene Vinyl Acetate) în trei straturi, întruneste toate cerintele de securitate în functionare pentru tensiuni înalte.

Carcasa robusta din aluminiu anodizat permite o montare usoara a modulelor pe acoperisuri cu o varietate de sisteme standard de montare.

Calitatea înalta a fibrei de sticla utilizate în confectionarea carcasei confera rigiditate si rezistenta la impact.

Este prevazut cu conectori rapide tip PV-ST01

Invertor MultiPlus 800VA – 5kVA

Fig.42. Invertor MultiPlus 5kVA[9]

Prezentare

Multifunctional

MultiPlus este un invertor de putere cu iesire sinusoidala, ce cuprinde într-o singura carcasa, un încarcator de baterii cu functii complexe, caracterizat printr-o tehnologie ce se adapteaza la sarcina si un comutator cu o viteza mare de transfer a sarcinii alternative. Gama de modele variaza de la 800VA pana la 5000VA pentru fiecare model în parte.

Caracteristica de control a sursei

MultiPlus va prevenii supraîncarcarea sursei de CA. În primul rând, încarcarcarea bateriei va fi automat redusa, în cazul aparitiei unei suprasarcini la iesire. În al doilea rând, va suplimenta puterea ceruta de sarcina cu putere preluata de la baterie.

Functionarea neîntrerupta a sursei de curent alternativ (functia de sursa alternativa neîntrerupta – UPS)

În cazul caderii alimentarii de la retea sau de la generator, invertorul de curent din cadrul dispozitivului MultiPlus se va activa în mod automat si va prelua alimentarea sarcinilor conectate. Acest proces se întâmpla atât de repede (mai putin de 20 de milisecunde), încât calculatoarele sau alte echipamente electronice vor continua sa functioneze fara întrerupere.

Operatiunea de legare in paralel pentru o putere nelimitata

Maxim 6 dispozitive MultiPlus pot functiona în paralel pentru a realiza o sursa de putere mai mare, trifazata sau doua surse monofazate.

Convertor MPPT 150/35

Fig.43. Convertor MPPT[9]

Curent de încarcare pâna la 35A si tensiune PV pâna la 150V;

Adaptare automata la tensiunea nominala a bateriei de 12, 24 sau 48V;

Detectie avansata Punct Maxim de Tensiune (Advanced Maximum Power Point Detection) în caz de conditii de umbra partiala si va comuta mai rapid cu 10% decât un încarcator normal;

Are eficienta maxima de 98% la o temperatura de peste 400 C;

Are 8 algoritmi de calcul preinstalati, selectionabili printr-un comutator;

Protectie la supra-temperatura si supratensiune, protectie la scurtcircuit, la inversarea polaritatii si la curentul reversibil.

Bateria de acumulatori

Baterie tip:LiFePO4-12,8V/200A.

Baterie de acumulatori folosita în sistemul fotovoltaic.

Fig.44. Bateria de acumulatori cu LiFePO4 [9]

Lithium-iron-phosphate (LiFePO4 sau LFP) este cea mai stabila dintre modelele de baterii tip Li-Ion;

Tensiunea nominala a unei celule este 3.2V si este formata din 4 celule

conectate în serie;

O astfel de baterie nu necesita o încarcare maxima;

Bateria poate functiona la eficacitate de 90% chiar si în conditii de descarcare aproape completa;

Economiseste pâna la 70% spatiu si greutate;

Sunt mai usor de încarcat decât bateriile de tip acid, iar tensiunea de încarcare poate varia de la 14V – 16V.

Baterie tip:LiFePO4-12,8V/60A.

Acumulator folosit pentru pornirea generatorului de rezerva.

Are aceleasi caracteristici mentionate mai sus cu exceptia faptului ca este de 60A.

Regulator de tensiune

Regulator folosit pentru gestionarea celor doua aplicatii cu baterii de tipul:

LiFePO4-12,8V

Fig.45. Regulator de tensiune BMS 12/200 [9]

Îdeplineste urmatoarele functii:

Functia principala este de a mentine bateria încarcata si în ciclu de mentenanta;

Protejarea bateriei se face cu ajutorul butonului de start în circuitul de pornire al generatorului;

Controleaza tensiunea de alimentare excesiva la un nivel de siguranta;

Regleaza curentul de încarcare atunci când o celula este mai descarcata decât celelalte sau temperatura este mai ridicata pe o celula;

Curentul de intrare este controlat electronic la aproximativ 80% pentru de siguranta în încarcare. Prin urmare el actioneaza în cazul în care: -curentul de încarcare este prea mare; -curentul care poate fi descarcat în alternator este prea mare; -capacitatea cablurilor este pusa în pericol de un supracurent;

Curentul maxim în ambele directii este de 200A;

Descarcarea electronica a vârfurilor de curent este limitata la 400A;

Închide descarcarea bateriei când o celula scade sub 3V.

Panou de comanda si control

Fig.46. Panou de comanda si control [9]

Color Control GX asigura controlul intuitiv si monitorizarea tuturor dispozitivelor conectate la acesta. Lista dispozitivelor Victron care pot fi conectate este infinita: Invertoare, Multi’s, Quattro’s, MPPT 150/35, BMV-600, Skylla-i, Lynx Ion si altele.

Caracteristici:

Când este conectat la internet, GX Color Control se va actualiza automat în cazul în care exista o noua versiune de software disponibila. Se verifica pentru o actualizare în fiecare noapte la ora 02:00 GTM;

Multe limbi: engleza, chineza, germana, italiana, spaniola, franceza, suedeza si olandeza;

Se pot conecta doua sau mai multe produse prin porturi USB;

El afiseaza marimile de stare pentru fiecare proces de la celelalte echipamente din sistem care sunt conectate.

Fig.47.Porturile de conexiune pentu dispozitivele din sistem [9]

Modemul de comunicatii

Fig.48. VGR 2 [9] Fig.49.Accesoriu-antena [9]

Dispozitiv de control la distanta Victron Global 2

Exista posibilitatea de a obtine oricând si oriunde informatii cu privire la sistem. Dispozitivul de control la distanta Global este un modem care trimite semnale de avertizare si rapoarte de stare a sistemului catre telefoanele mobile prin intermediul mesajelor text (SMS). De asemenea, poate înregistra date furnizate de sistemele Victron de monitorizare a bateriilor, de tipul Multi, de tipul Quattro si alte invertoare, datele fiind stocate pe un website prin intermediul unei conexiuni GPRS. Nu este perceputa taxa pentru utilizarea site-ului. Ideea este simpla: poate fi utilizat pentru a primi o avertizare prin SMS de la dispozitivul Multi, de la un sistem de baterii sau de la amândoua. Pe parcursul monitorizarii gradului de utilizare al bateriilor, este extrem de utila primirea mesajelor de avertizare cu privire la tensiune mica sau supratensiune, atunci când aceste situatii apar. Pentru acest scop, dispozitivul de control la distanta Global este perfect.

De exemplu, un SIM de cartela preplatit în combinatie cu dispozitivul Global este util pentru monitorizarea propriului sistem de la distanta. Utilizare avansata: istoricul monitorizarii. Facând un pas mai departe, un motor de cautare si o conexiune la internet ofera vizualizarea tuturor datelor online. Se poate crea un cont pe website si se pot adauga modem-ul(urile). Apoi, se poate configura conexiunea GPRS, care permite monitorizarea istoricului datelor unor parametrii de baza precum tensiunea electrica a sistemului, consumul de putere si informatii cu privire la starea sistemului. Pe baza acestor informatii au fost create grafice, care sunt afisate zilnic, saptamânal, respectiv lunar.

Generatorul de rezerva Honda EU30iS

Fig.50. Generatorul de rezerva Honda EU30iS [19]

Caracteristicile generatorului:

Puterea aparenta: 3kVA;

Puterea activa: 2,8 kW;

Tensiuni de iesire: 220V/12Vc.c.(12A);

Puterea motorului: 5,1CP;

Combustibil: benzina fara plumb;

Capacitatea rezervorului: 13L;

Timpul de functionare: 25h la capacitate de ¼;

Pornire: electric automata;

Zgomot redus: 49dB (a) la 7m la o functionare de ¼;

Greutate: 61Kg;

Dimensiuni: 655x480x570mm;

Garantie: 5 ani. [19].

VII.1.3.5. Schema bloc a sistemului creat

Schema electrica bloc a sistemului creat este alcatuita din echipamentele electrice descrise anterior.

Fig.51. Schema bloc a sistemului creata cu produsele alese [9]

VII.2. Partea economica

Componenta sistemului si pretul acestora

Nr.ctr Denumire Tip Pret /pr. [€] Cantitatea Prt.fin. /pr.€

1 Panou V. SPP280-24 437 18 7866

2 Reg.MPPT 150/35 330 1 330

3 Invertor Ph.M.P. 2160 1 2160

4 Baterie LiPO412.8/200 2350 4 9400

5 Baterie Lipo412.8/60 781 1 781

6 Dis.gestiune BMS 12/200 242 1 242

7 Generator EU30iS 2730 1 2730

8 T.V.G.R. modem 501 1 501

9 Controler colorr GX 500 1 500

10 Antena L=5m 156 1 156

11 Cablu L=30m 31 1 31

12 Cuple perechea 14 6 84

13 Suport metalic tip rampa 200 1 200

14 Conductor Fy-2.5mmp 0.15 100 15

15 Material marunt 200 1 200

16 Total 25196

Preturile au fost luate din lista de pretui de pe site-ul firmei “Victron energy”.

Consumul electric estimat pe termen de o luna este de 540kW la un pret de 0,5lei/kW.

540×0.5=270 [Ron] [13]

Costul energiei electrice pe termen de o luna este de270lei. Cheltuielile echivalente pentru intretinerea locuintei la aceeasi parametrii în conditii de racordare la retelele urbane mai cuprind costul apei potabile si al gazelor naturale.Consum de apa potabila estimat pe termen de o luna este 26m3 la un pret de 5lei/m3

26×5=130 [Ron] [14]

Costul apei potabile este de 80lei.

Consmul de gaze naturale estimat pe termen de o luna este de 1214kWh la pretul de 0,135lei/kWh,

1214×0.135=164.57 [Ron] [15]

Costul gazelor naturale este de 164,57lei/luna.

Având în vedere ca cele doua consumuri sunt înglobate în consumul energiei electrice genrate de sistemul adoptat, aceste volori pot fi considerate ca beneficii întrucât sumele de bani nu ies din bugetul familiei. La acest calcul se mai adauga si avantajul ca scumpirile aplicate de catre furnizori celor doua forme de energie nu afecteaza consumul casei. Investitia facuta costa 25196€ iar valoarea generata de sistem întro luna este de 58€.

25196:58:12=36 [Ani] [16]

Ceea ce ar aduce o amortizare în 36 de ani a sistemului electroenergetic creat, în conditiile în care nu ar mai trebuii introdusi alti bani. Consumul estimat pentru care am luat în calcul varianta de calcul este prezentat detaliat si atasat în anexa nr:2.

Cap.VIII. Concluzii

Celulele solare au adus o schimbare radicala în domeniul surselor de energie electrica. Prin descoperirea si introducerea lor în circitul economic mondial se cunoaste un progres tehnic care este în plina ascensiune. Implicarea în aceste procese de productie atrage o colaborare foarte strânsa cu domeniul de cercetare si împreuna conduc spre noi rezultate stiintifice si aplicabile ulterior în practica. Rezultate care la rândul lor creaza noi si noi orizonturi de cercetare cu multiple variante de dezbatere. Întrucât interesul pentru aceste surse de energie este tot mai mare, (fiind sursa de energie nepoluanta) tot mai multe firme sunt interesate pentru a exploata acest domeniu (dovada fiind multitudinea de site-uri pe internet). Implicarea lor este majora si de aceea la ora actuala putem vorbi de foarte multe domenii de activitate care sunt în colaborare pentru a extinde si mai mult obtinerea de energie electrica prin acest procedeu fotovoltaic din aceasta sursa „solara” neepuizanta. Pentru performantele obtinute în acest domenui s-au facut multe analize de laborator. De asemenea, confirmarea acelor rezultate a fost facuta în practica chiar daca rezultatele au suferit unele schimbari. Stiinta si cercetarea stiintifica si-au pus amprenta pe tehnologiile, care au dus la crearea acestor capacitati de productie. Una dintre formele de baza tehnologice a fost dezvoltarea tehnologiei în electronica de putere. De altfel ultimii ani ai progresului tehnic se datoreaza acestei ramuri de cercetare care a colaborat foarte strâns cu toate domeniile care au avut o latura comuna cu domeniul electric sau electronic. Prin urmare celulele fotovoltaice au domenii de aplicare sub diferite forme constructive, functionale, cu implicatii majore.

Progresul tehnologic bazat pe electronica de putere a atras creerea si a altor dispozitive electronice care intra în componenta sistemelor energetice. Dispozitive cum ar fi convertoarele, regulatoarele, transformatoarele, aparatele de comutatie statice, dispozitivele de control-comada-informare, si alte dispozitive si echipamente.

Sistemul creat este un sistem bazat pe echipamente electrice atestate calitativ, de ultima generatie, care au intrat pe piata produselor comerciale de putin timp. Din acest motiv ele sunt la preturi mai putin accesibile pentru o mare parte din piata pretendenta la aceste produse, iar perioada de amortizare a investitiiei este prea lunga. Desigur exista echipamente care pot fi accesibile în functiie de bugetul fiecarei familii, dar si rezultatele sunt mai putin impresionante valoric si probabil mai putin ridicate calitativ. De cele mai multe ori sistemele se formeaza pe bucati pornind de la situatia financiara combinata cu dorinta de realizare a sistemului.În final se realizeaza un sistem off-grid functional, dar cu costuri financiare peste asteptarile initiale si cu un efort psihologic mai mare. În acest proict am încercat sa adun ceea ce am crezut ca poate fi mai profesional pentru elaborarea lui.

Autorul

Cu respect B.N.T.

01-07-2014

Cap.IX. Bibliografie

[1] Contributia personala

[2] POWER ANALYTICS CORPORATION 16870 West Bernardo Drive, Suite 330 San Diego, CA 92127 U.S.A.;

[3] M. Georgescu, “Curs de convertoare statice”, Universitatea Transilvania din Brasov, 2013;

[4] http://PVgis.com Calculator “Program de calcul pentru pozitie geografica”;

[5] http://Wikipedia.ro “celula solara”;

[6] http://e-panouri.eu;

[7] http://e-panouri.eu;

[8] http://ecovolt.ro;

[9] www.victronenergy.com;

[10] www.wholesalesolar.com/inverters.html;

[11] D.Petreus, C. Farcas, I.Ciocan, „Modelling and Simulation of Photovoiltaic Cells”, Technical University of Cluj-Napoca,Faculty of Electronics, Telecommunications and Information Technology,26-28 G. Baritiu Street, Cluj-Napoca, Romania;

[12] Shenzhen Meind Tehnology co.Ltd;

[13] www.pv inverter.ce/rohs.com;

[14] www.drimstime.com/pv.inverter;

[15] www.powerway.com;

[16] www.acrosollar.com lasers;

[17] www.schneider.com;

[18] www.pvwatts.com calculators;

[19] www.honda.com generatoare;

[20] http://energie-verde.ro/;

[21] V.Dragica, G. Klimeck, „Solar Cells Operation and Modeling”, ASU,Purdue

Cap.X. Anexe

X.1. Anexa 1

Lista consumatorilor casnici prezentata în functie

de puterile consumabile, si timpul de actiune.

Lista consumatorilor L1 Interval orar

Nr.ctr Denumirea consumatorului P[W] T.f[min/zi] Consum zilnic L-S d0-5 d5-6 d6-7 7-10

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 175 175 0

2 Instalatia antiefractie 20 1440 100 20 20 80

3 TV+satelit 300 300 0 0 300 0

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 0 0 0 0

5 Cuptor cu microunde 2000 20 0 333 666 0

6 Cafetiera 500 10 0 83 0 0

7 Frigider 800 20 0 66 66 0

8 Centrala termica si atm 4000 90 800 160 160 0

9 Hidrofor 1000 30 0 0 166 0

10 Total W/min 10420 2450 Total W/i-val orar 900 837 1553 80

Lista consumatorilor L2 Consum ocazional d0-5 d5-6 d6-7 7-10

1 Masina de spalat rufe 2200 60 în plus sâmbata 0 0 0 2200

2 Masina de spalat vese 2200 180 0 0 0 0

3 Aspirator 1600 90 0 0 0 0

4 Mixer de bucatarie 500 60 0 0 0 0

5 Cuptor electric 2000 60 0 0 0 0

6 Hidrofor 1000 60 0 0 0 500

7 Lucrari cu scule de mâna ele. 1500 240 0 0 0 1500

8 Total W/min 11000 750 Total W/i-val orar 0 0 0 4200

A Total W/i-val L-S 150 702 1252 40

B Total W/i-val oc.-S 0 0 0 3700

Total c. Sâmbata 150 702 1252 3740

Liata consumatorilor L3 Consum duminica d0-5 d5-6 d6-7 7-10

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 0 0 260

2 Instalatia antiefractie 20 1440 100 20 20 80

3 TV+satelit 300 300 0 0 0 300

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 0 0 0 0

5 Cuptor cu microunde 2000 20 0 0 0 333

6 Cafetiera 500 10 0 0 0 83

7 Hidrofor 100 60 0 0 0 500

8 Frigider 800 20 0 0 0 132

9 Centrala termica si atm 4000 90 800 0 0 160

10 Total W/min 9520 2480 Total W/i-val orar 900 20 20 40

D Total c./saptamânal d0-5 d5-6 d6-7 7-10

E 5550 4907 9037 4180

Nr.ctr Denumirea consumatorului P[W] T.f[min/zi] d10-15 s15-16 s16-17 s17-18 s18-19 s19-20 s20-21 s21-22

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 0 0 0 105 105 0 105

2 Instalatia antiefractie 20 1440 80 20 20 20 20 20 20 20

3 TV+satelit 300 300 0 0 0 0 300 300 300 300

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 0 0 0 500 1000 1000 500 0

5 Cuptor cu microunde 2000 20 0 0 0 0 0 0 333 0

6 Cafetiera 500 10 0 0 0 0 0 0 0 0

7 Frigider 800 20 0 0 66 0 0 0 0 66

8 Centrala termica si atm 4000 90 0 160 160 800 800 2000 2000 160

9 Hidrofor 1000 30 0 0 160 0 160 0 0 160

10 Total W/min 10420 2450 80 180 406 1320 2385 3425 3153 811

Lista consumatorilor L2 d10-15 s15-16 s16-17 s17-18 s18-19 s19-20 s20-21 s21-22

1 Masina de spalat rufe 2200 60 0 2200 0 0 0 2200 0 0

2 Masina de spalat vese 2200 180 0 0 2200 0 0 0 0 0

3 Aspirator 1600 90 0 0 0 1600 800 0 0 0

4 Mixer de bucatarie 500 60 500 500 0 0 0 0 0 0

5 Cuptor electric 2000 60 2200 0 0 0 0 0 0 0

6 Hidrofor 1000 60 0 500 500 0 0 500 0 0

7 Lucrari cu scule de mâna ele. 1500 240 1500 1500 1500 0 0 0 0 0

8 Total W/min 11000 750 4200 4700 4200 1600 800 2700 0 0

A 40 70 136 520 1425 1475 1153 541

B 4200 4200 3700 1600 800 2200 0 0

C 4240 4270 3836 2120 2225 3675 1153 541

Liata consumatorilor L3 d10-15 s15-16 s16-17 s17-18 s18-19 s19-20 s20-21 s21-22

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 0 0 0 105 105 0 105

2 Instalatia antiefractie 20 1440 80 20 20 20 20 20 20 20

3 TV+satelit 300 300 0 0 300 300 300 300 300 300

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 0 0 500 500 1000 1000 500 0

5 Cuptor cu microunde 2000 20 666 0 0 0 0 0 333 0

6 Cafetiera 500 10 0 0 0 0 0 0 0 0

7 Hidrofor 100 60 0 0 160 160 0 160 0 160

8 Frigider 800 20 132 0 66 0 0 0 0 66

9 Centrala termica si atm 4000 90 2000 800 800 2000 2000 2000 2000 160

10 Total W/min 9520 2480 40 820 1846 2980 3425 3585 3153 811

D d10-15 s15-16 s16-17 s17-18 s18-19 s19-20 s20-21 s21-22

E 4680 5990 7712 11700 17575 24385 20071 5407

Nr.ctr Denumirea consumatorului P[W] T.f[min/zi] s20-21 s21-22 s22-23 s23-24 Total ( w/c)/zi

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 105 0 0 1521

2 Instalatia antiefractie 20 1440 20 20 20 20 1662

3 TV+satelit 300 300 300 300 0 0 2403

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 500 0 0 0 4744

5 Cuptor cu microunde 2000 20 333 0 0 0 2691

6 Cafetiera 500 10 0 0 0 0 516

7 Frigider 800 20 0 66 0 0 1025

8 Centrala termica si atm 4000 90 2000 160 0 0 12178

9 Hidrofor 1000 30 0 160 0 0 1679

10 Total W/min 10420 2450 3153 811 20 20 28419

Lista consumatorilor L2 s20-21 s21-22 s22-23 s23-24 Total (W/c)/ocazional

1 Masina de spalat rufe 2200 60 0 0 0 0 4461

2 Masina de spalat vese 2200 180 0 0 0 0 4582

3 Aspirator 1600 90 0 0 0 0 4093

4 Mixer de bucatarie 500 60 0 0 0 0 564

5 Cuptor electric 2000 60 0 0 0 0 2065

6 Hidrofor 1000 60 0 0 0 0 2066

7 Lucrari cu scule de mâna ele. 1500 240 0 0 0 0 3247

8 Total W/min 11000 750 0 0 0 0 21078

A 1153 541 20 20 6984

B 0 0 0 0 8300

C 1153 541 20 20 15284

Liata consumatorilor L3 s20-21 s21-22 s22-23 s23-24 Tot (W/c)/zi

1 Instalatia de ilumunat 800 300 0 105 0 0 1521

2 Instalatia antiefractie 20 1440 20 20 20 20 1662

3 TV+satelit 300 300 300 300 0 0 3003

4 PC-uri 2 buc. 1000 240 500 0 0 0 5244

5 Cuptor cu microunde 2000 20 333 0 0 0 2691

6 Cafetiera 500 10 0 0 0 0 516

7 Hidrofor 100 60 0 160 0 0 967

8 Frigider 800 20 0 66 0 0 1026

9 Centrala termica si atm 4000 90 2000 160 0 0 15219

10 Total W/min 9520 2480 3153 811 20 20 31849

D s20-21 s21-22 s22-23 s23-24 Total W/saptam.

E 20071 5407 140 140 112608

X.2. Anexa 2

Componenta sistemului

Nr.ctr Denumire Tip P [W] I [A] U [V] U [V] I [A]

1 Panou V. SPP280-24 280 Impp36 Vmpp7.7 Voc44.06 Isc8.26

2 Reg.MPPT 150/35 5250 Iînc.35 Uînc.30-70 Umax150 Icon.pro[10mA]

3 Invertor Ph.M.P. 5000 Iînc.120/70 Uintrare 24 230 Iauxiliar25

4 Baterie LiPO412.8/200 2560 200 Uînc14.5 Umin11 Imax1500/10s

5 Baterie Lipo412.8/60 720 500 Uînc14.5 Umin11 600

6 Dis.gestiune BMS 12/200 GES<10BUC Imax200 Uînc 13 Vmin11 Imax400

7 Generator EU30iS 2800 12 230/12 S=3000kVA P=5.1 C.P.

8 T.V.G.R. Modem care transmite semnale de alarma privind starea sistemului catre telefoane mobile V.G.R.-2*

9 Controler colorr GX

10 Antena L=5m

11 Cablu L=30m

12 Cuple perechea

13 Suport metalic tip rampa

14 Conductor Fy-2.5mmp

15 Material marunt

Nr.ctr. Denumire Tip Marimea panoului Marimea sticlei Pret /pr. [€] Cantitatea Prt.fin. /pr.€

1 Panou V. SPP280-24 1956x992x50 1950×986 437 18 7866

2 Reg.MPPT 150/35 130x186x70 1.3kg 330 1 330

3 Invertor Ph.M.P. 444x328x240 30kg 2160 1 2160

4 Baterie LiPO412.8/200 295x425x274 42kg 2350 4 9400

5 Baterie Lipo412.8/60 235x293x139 12kg 781 1 781

6 Dis.gestiune BMS 12/200 65x120x260x 1.8kg 242 1 242

7 Generator EU30iS 655x480x570 61kg 2730 1 2730

8 T.V.G.R. Modem 501 1 501

9 Controler colorr GX 500 1 500

10 Antena L=5m 156 1 156

11 Cablu L=30m 31 1 31

12 Cuple perechea 14 6 84

13 Suport metalic tip rampa 200 1 200

14 Conductor Fy-2.5mmp 0.15 100 15

15 Material marunt 200 1 200

16 Total 25196