Dimensionarea Sistemului Fotovoltaic

DIMENSIONAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC SI ALEGEREA ECHIPAMENTELOR COMPONENTE

Dimensionarea sistemului fotovoltaic s-a facut avanduse in vedere amplasarea geografica a imobilului (zona de sud a Bucurestiului), vecinatatea imobilului (lipsa altor imobile mai inalte in apropiere, a arborilor inalti etc. care sa duca la fenomenul de umbrire) si energia totala necesara in 24 de ore pentru toti receptorii electrici care trebuiesc alimentati de catre sistemul proiectat. Totodata am considerat ca toti receptorii electrici au clase energetice superioare.

Strucura sistemului fotovoltaic proiectat

O schema de principiu a sistemului proiectat este prezentata in fig. IV.1

Fig. IV.1

Elementele componente principale ale sistemului sunt:

panourile fotovoltaice;

bateria;

controller-ul de incarcare solara MPPT;

incarcator baterie;

invertor.

Determinarea energiei totale necesare sistemului fotovoltaic

, n=1, …,11

, unde:

Etrn este energia electrica totala consumata de fiecare grupa de receptoare electrice, in Wh/zi;

n – numarul de receptoare electrice;

Pn – puterea, in W;

tn – timpul mediu de utilizare, in ore.

, unde:

ET este energia totala necesara pe zi pentru alimentarea tuturor receptorilor electrici prezentati in tabelul 1, in Wh/zi;

Necesarul total de energie este prezentat in tabelul 1.

Tabelul 1

Considerand o pierdere de energie de 10…15% datorita randamentului conversiei puterii din c.c. in c.a., energia necesara a fi produsa de panourile fotovoltaice se calculeaza astfel:

, unde:

ET este energia totala necesara pe zi pentru alimentarea tuturor receptorilor electrici prezentati in tabelul 1, in Wh/zi;

e sist. – randamentul sistemului (~ 0,9).

Determinarea factorului de generare a panoului (Power Generation Factor – PGF)

In literatura de specialitate (de ex. “In A Rapid Reading Book for Fresh Electrical Engineering: For Job Aspirants” de Chandra Chandra) se ia in considerare un “factor de generare al panoului” care reprezinta de fapt o serie de factori de corectie care se aplica puterii maxime (“peak power”) pe care o poate da un panou fotovoltaic si care este specificata de producatorii de panouri fotovoltaice.

Puterea maxima (“peak power”) a panoului fotovoltaic este puterea care o poate furniza un panou in conditii standard si anume: radiatie solara de 1000W/m², respectiv o temperatura de 25ºC.

Pentru determinarea “factorului de generare a panoului” se vor tine seama de:

pierderile datorate temperaturilor mai mari de 25ºC – 15%;

pierderile datorate faptului ca lumina soarelui loveste panoul sub un anumit unghi avand un grad de reflexie marit la unghiuri mai mici de incidenta – 5%;

pierderile datorate neprimirii energiei la punctul de putere maxim – 10%; aceste pierderi se vor ignora avand in vedere ca sistemul proiectat este prevazut cu controller de incarcare solara MPPT;

factorul care tine cont de murdarirea suprafetei panoului – 5%;

factorul care tine cont de imbatranirea panoului – 10%.

In concluzie puterea reala furnizata de un panou reprezinta cca. 69% din puterea maxima pe care o poate da un panou in conditii standard.

Determinarea puterii sistemului fotovoltaic

Puterea, respectiv dimensiunea sistemului este determinata de necesarul de energie zilnic si de intensitatea radiatiei solare in zona in care este amplasat.

Puterea necesara a fi furnizata de sistemul fotovoltaic proiectat se calculeaza astfel:

, unde:

ET este energia totala necesara pe zi pentru alimentarea tuturor receptorilor electrici prezentati in tabelul 1, in Wh/zi;

i – intensitatea radiatiei solare in zona studiata in kWh/m²/day;

ebat – randamentul ciclului de incarcare al bateriei (~ 0,9).

Pentru zona Bucuresti, conform hartii potentialului solar al Romaniei Fig I.2.2., intensitatea radiatiei solare este de 1350 kWh/m²/an, adica ~ 3,7 kWh/m²/zi.

Determinarea numarului de panouri fotovoltaice necesare sistemului

Numarul de panouri fotovoltaice NPF necesare se determina tinand cont de puterea necesara a fi furnizata de sistemul fotovoltaic, respectiv de puterea maxima pe care o poate furniza un panou.

Alegerea a fost facuta avandu-se in vedere amplasarea sistemului cat si avantajele si dezavantajele atat a panourilor mono cat si a celor policristaline. Cele din urma au avantajul ca nu le scade atat de mult randamentul cu temperatura comparativ cu panourile fotovoltaice monocristaline care desi au un randament mai mare si produc mai multa energie pe timp innourat, au dezavantajul ca le scade randamentul odata cu cresterea temperaturii.

Alegem 14 panouri policristaline model C.PVP. 240/250.P si 13 panouri monocristaline model C.PVM. 230/240/250, ambele cu Pmax. panou=250 [W] ale caror caracteristici tehnice se gasesc in tabelele 2 si 3.

Tabel 2. Caracteristici tehnice panou PV policristalin seria C.PVP. 240/250

Tabel 3. Caracteristici tehnice panou PV monocristalin Seria C.PVM. 230/240/250

Alegerea tensiunii sistemului fotovoltaic proiectat

Alegerea tensiunii sistemului, care este de fapt tensiunea bateriei, este dependenta de tensiunea la care majoritatea receptorilor electrici trebuiesc alimentati, in cazul nostru 230V c.a. Avand in vedere acest lucru si pentru a permite alegerea unui invertor potrivit, tensiunea sistemului o consideram 24 V.

Dimensionarea bateriei si alegerea tipului de baterie

Dimensionarea bateriei trebuie sa aiba in vedere asigurarea alimentarii receptoriilor electrici in perioadele in care energia furnizata de panourile fotovoltaice este insuficienta.

Autonomia bateriei indicata in literatura de specialitate pentru aplicatiile generale este de 3 zile.

, unde:

este energia totala necesara pe zi pentru alimentarea tuturor receptorilor electrici prezentati in tabelul 1, in Wh/zi;

h – autonomia bateriei in zile;

d – gradul de descarcare al bateriei exprimat in procente;

V – tensiunea sistemului , in V.

La sistemele fotovoltaice se preteaza baterii care in mod frecvent permit descarcarea lor cu 50% sau mai mult. Din acest considerent am ales o baterie de tipul plumb-acid etansa (VRLA – Valve Regulated Lead Acid).

Dimensionarea invertorului

Pentru sistemele fotovoltaice conectate la retea puterea invertorului ar trebui sa fie aceiasi cu puterea nominală a generatorului fotovoltaic (Psist. ~ 4500W) pentru a permite o functionare sigura si eficienta a acestuia.

Am ales un invertor tip Quattro 24/5000/120-100/100 ale carui caracteristici tehnice sunt prezentate in tabelul 4

/0/100

Tabel 4. Caracteristici tehnice invertor