Instalatia Fotovoltaica Pentru Alimentarea cu Energie Electrica a Consumatorilor

CUPRINS

CAPITOLUL I – MEMORIU DE PREZENTARE

1.1. Obiectul proiectului

1.2. Energia solară

1.3. Soluția adoptată

CAPITOLUL II –BREVIAR DE CALCUL

2.1. Date de proiectare

2.2. Calculul necesarului de energie electrică

2.3. Dimensionare panouri fotovoltaice

2.4. Dimensionare baterii de acumulator

2.5. Dimensionare regulator de incărcare

2.6. Dimensionare invertor

2.7. Dimensionare generator

2.8. Amplasare

CAPITOLUL III –CAIET DE SARCINI

3.1. Caracteristici tehnice

3.2. Prescriptii de executie.

3.3. Testare si punere in functiune

CAPITOLUL IV – NOTITA TEHNICA

4.1. Caracteristici tehnice

4.2. Principiu de functionare.

4.3. Prescriptii de exploatare

4.4. Norme de protectia muncii

4.5. Defectiuni si modul lor de solutionare

CAPITOLUL V – DOCUMENTATIA ECONOMICA

5.1. Lista de materiale

5.2. Fisa de.

5.3. Deviz de calcul

5.4. Calculul timpului de recuperare a investitii si a costului energiei electrice produse

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

CUPRINS

CAPITOLUL I – MEMORIU DE PREZENTARE

1.1. Obiectul proiectului

1.2. Energia solară

1.3. Soluția adoptată

CAPITOLUL II –BREVIAR DE CALCUL

2.1. Date de proiectare

2.2. Calculul necesarului de energie electrică

2.3. Dimensionare panouri fotovoltaice

2.4. Dimensionare baterii de acumulator

2.5. Dimensionare regulator de incărcare

2.6. Dimensionare invertor

2.7. Dimensionare generator

2.8. Amplasare

CAPITOLUL III –CAIET DE SARCINI

3.1. Caracteristici tehnice

3.2. Prescriptii de executie.

3.3. Testare si punere in functiune

CAPITOLUL IV – NOTITA TEHNICA

4.1. Caracteristici tehnice

4.2. Principiu de functionare.

4.3. Prescriptii de exploatare

4.4. Norme de protectia muncii

4.5. Defectiuni si modul lor de solutionare

CAPITOLUL V – DOCUMENTATIA ECONOMICA

5.1. Lista de materiale

5.2. Fisa de.

5.3. Deviz de calcul

5.4. Calculul timpului de recuperare a investitii si a costului energiei electrice produse

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

CAPITOLUL I

MEMORIU DE PREZENTARE

Obiectul proiectului

Se va proiecta o instalație fotovoltaică pentru alimentarea cu energie electrică

a consumatorilor de la o locuintă privată deplasată într-o zonă unde nu este acces la rețeaua publică de electricitate.

Se vor prevedea sisteme de stocare a energiei fotovoltaice produse ziua pentru a fi folosită noaptea când energia solară lipsește.

Se vor indica sursele de aprovizionare cu elementele componente a instalației fotovoltaice.

Se va elabora un Caiet de Sarcini cu instrucțiuni privind execuția acestei instalații fotovoltaice și o [NUME_REDACTAT] cu instrucțiuni pentru utilizarea instalației fotovoltaice.

Energia solară

Energia regenerabilă este captată din fluxuri de energie produse de diferitele procese naturale cum ar fi lumina soarelui, vânt, ape curgătoare, procese biologice sau fluxuri de energie geotermală. Aceste fluxuri naturale de energie sunt reîmprospătate rapid de catre procesele naturale care le generează.

Soarele se numără printre cele mai importante resurse energetice ale viitorului, deoarece apartine resurselor energetice cu adevărat regenarabile. Energia solară ne stă la dispozitie în cantități practice nelimitate, prin utilizarea acesteia nu rezultă deșeuri care să afecteze mediul înconjurător. Prețul purtătorilor conventionali de energie ( țiței, gaze naturale, energie electrică) crește continuu, iar valorificarea energiei solare poate fi o alternativă în utilizările domestice. DIN CASA SOLARA.

Folosirea surselor de energie regenerabilă, este impusă de mai multe motive:

epuizarea rezervelor de combustibili convenționali;

poluarea efect de seră încalzire globală;

creșterea consumului de energie.

Scopul omului contemporan este atingerea unui confort personal din ce în ce mai ridicat. În condițiile tehnicii contemporane, pentru a crește confortul, recurgem la creșterea exagerată a consumului de energie.

In ritmul actual, cu aproximativ 400 de ani după începuturile industrializării, omenirea va epuiza aproape în totalitate combustibilii fosili acumulați in 400 de milioane de ani. Având în vedere caracterul limitat al acestor tipuri de combustibili, pe plan internațional au fost create numeroase organizații pentru studierea fenomenelor legate de evoluția consumurilor și rezervelor de combustibili fosili. Cea mai prestigioasă organizație de acest tip este [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] (ASPO) Asociația pentru [NUME_REDACTAT] de Petrol și [NUME_REDACTAT].

În anul 1975, producția energetică mondială a fost de cca. 8,5 TWan/an, iar în prezent nivelul producției energetice este de cca. 10 TWan/an. Pentru anul 2030, ținând seama de ritmul creșterii populației, se estimează că producția de energie va ajunge la 22 TWan/an și ținând seama de ritmul creșterii economice, în 2050 se va ajunge la 36 TWan/an.

Arzând combustibilii fosili din acest imens rezervor, pe langa obținerea energiei, s-a eliberat și se eliberează în continuare o mare cantitate de gaze toxice care vor putea transforma atmosfera în starea în care era cu milioane de ani în urma. Aceste emisii contribuie la accentuarea efectului de seră și la accelerarea modificărilor climatice conexe acestui fenomen. Creșterea efectului de seră ridică temperatura globală a planetei. Datorită activității umane, concentrația de gaz cu efect de seră a crescut începând cu perioada pre-industrială (1750-1800). Concentrația de bioxid de carbon (CO2), gazul de seră cu ponderea cea mai ridicată, a crescut cu 30% încă din era pre-industrială. Reziduurile de CO2 generate de arderea cărbunelui sunt de aproximativ două ori mai mari decât cele datorate gazului natural, cele corespunzătoare petrolului situându-se între cele două. Efectele combinate ale tuturor gazelor cu efect de seră (CO2, metan, ozon,…) sunt echivalente cu o creștere a CO2 cu 50% față de acea perioadă.

În 1997, prin tratatul de la Kyoto s-a fixat ca obiectiv reducerea cu 5,2% a reziduurilor de gaz cu efect de seră pe plan mondial, până în 2010 față de 1990. [NUME_REDACTAT] promite o reducere cu 8% a emisiilor pentru 2010, și fiecare din membrii săi și-au asumat propria cotă a emisiilor, ținând cont de particularitățile fiecărei țări. [NUME_REDACTAT] a introdus directiva INDUSTRIAL EMISSIONS care are ca scop evitarea sau minimizarea emisiilor poluante în atmosferă, apă și sol a instalațiilor industrial si agrare. Ea stabilește o procedură de accept și cerințe care trebuie îndeplinite de activitățile industrial având un potențial major de poluare (industria energetică, producerea și prelucrarea metalelor, industria minieră, gestionarea deșeurilor etc.). Pentru a opri creșterea concentrației de bioxid de carbon prezent în atmosferă până în 2050, trebuie înjumătățite emisiile actuale la nivel planetar și deci reduse de 3 până la 5 ori în țările dezvoltate. De asemenea directiva EMISSION TRADING a fost introdusă în anul 2008 si urmărește reducerea emisiilor de CO2 de către instalațiile industriale mari. Emisiile mai mari decât limitele fixate trebuie evitate sau compensate prin cumpărarea unei permisiuni de pe piață.

Pentru a păstra resursele fosile rămase pe o durata cat mai lungă si pentru păstrarea si refacerea condițiilor vieții umane pe pământ, singura soluție previzibilă este reprezentată de utilizarea surselor de energie regenerabile.

Anul 1986 este anul în care s-a definit conceptul de dezvoltare durabilă după cum urmează: "Satisfacerea necesităților prezentului fără a ipoteca capacitatea generațiilor viitoare de a-și satisface propriile necesități". Acest concept implică interesul dezvoltării a noi surse de energie și minimizarea reziduurilor care afectează mediul. Un sistem energetic durabil trebuie să integreze surse de energie regenerabile și lanțuri de ardere cu emisii reduse, accesibile la costuri acceptabile. Din fericire, faptul că stabilizarea noilor infrastructuri energetice durează decenii, un număr din ce în ce mai mare de mari companii se implică în dezvoltarea și comercializarea acestor noi tehnologii. Dezvoltarea durabilă necesită generarea echilibrului între dezvoltarea economică, echitatea socială și protecția mediului, în toate regiunile planetei. Dezvoltarea durabilă urmărește simultan trei obiective principale (economic, social, ecologic) si integrează următoarele preocupări: eficiența activității economice, reducerea sărăciei si redistribuirea veniturilor, asistență direcționlă, evaluare ambientală, poluare, stabilitate economică și socială, participare și consultare publică, pluralism.În 1995, Administrația SUA a adoptat “Planul politicii energetice naționale” bazat pe conceptual dezvoltării durabile și care identifică trei obiective strategice:

Maximizare productivității energetice în scopul consolidării economiei naționale și al îmbunătățirii standardelor de viață.

Prevenirea poluării în scopul reducerii impactului nefavorabil asupra mediului ambiant asociat producerii, distribuției și utilizării energiei electrice.

Păstrarea securității naționale prin reducerea vulnerabilității la șocurile pieței internaționale a energiei.

În acest context a apărut noțiunea de dezolvate energetică durabilă care pornește de la premiza că satisfacerea creșterii solicitărilor de energie trebuie să se realizeze nu prin creșterea furnizărilor, cu excepția utlizării energiilor regenerabile, ci prin reducerea consumurilor. Această reducere se realizează prin utilizarea unor tehnologii îmbunătățite, restructurarea economiei (cu un apel cât mai redus la industria grea), modificarea stilului de viață și folosirea materiilor prime mai puțin energointensive. Pentru atingerea acestor obiective, principalele componente strategice ale politicii energetice durabile sunt: creșterea eficienței în utlizarea energiei în scopul folosirii eficiente a resurselor, dezvoltarea unui portofoliu echilibrat de resurse energetice interne, investiții în știință și în tehnologii avansate, protecția mediului ambiant în scopul reducerii efectelor negative asupra acestuia, angajarea pieții internaționale prin progresele interne de dezvoltare și tehnologice, prin participare la activități multilaterale, prin susținerea privatizării și a piețelor competitive.

Acest concept nu poate deci să se concretizeze fără o reală voință politică a unui număr mare de țări. ME CURS 1

La începutul anilor 2000, [NUME_REDACTAT] a făcut din dezvoltarea energiilor regenerabile o prioritate politică scrisă în [NUME_REDACTAT] "Energie pentru viitor: sursele de energie regenerabilă" și [NUME_REDACTAT] "Spre o strategie europeană de securitate a aprovizionării energetice". Comisia și-a fixat ca obiectiv dublarea ponderii energiilor regenerabile în consumul global de energie de la 6% în 1997 la 12% în 2010. Acest obiectiv este inserat într-o strategie de securitate a aprovizionării și dezvoltare durabilă. Un efort semnificativ trebuie realizat în domeniul electric. În cadrul [NUME_REDACTAT], partea de electricitate produsă pe baza surselor de energie regenerabilă trebuie să ajungă la 22,1% în 2010 față de 14,2% în 1999. Acest obiectiv definit pentru Europa celor 15 în acel moment a fost revăzut sensibil, pentru Europa celor 25, ponderea electricității produse pe baza surselor de energie regenerabilă trebuind să atingă 21%. DIPLOMA ALEXANDRA Politica energetică europeană urmărește implementarea a trei principii generale, respectiv securitatea alimentării cu energie, sustenabilitatea sectorului energetic și realizarea unei pieți energetice eficiente; în acest scop, documentul „ EU Energy and [NUME_REDACTAT]” stabilește următoarele obiective până in anul 2020:

Reducerea cu 20 % a emisiilor de gaze cu efect de seră;

Reducerea cu 20% a consumului de energie primară (o economie de 13% fațăde anul 2006);

20% din energia consumată la nivelul EU 27 va fi asigurată din resurse regenerabile.

Pentru a acoperi cererea de energie în secolul 21, în contextul dezvoltării durabile WEC ([NUME_REDACTAT] al Energiei) a formulat trei principii care ar trebui avute în vedere la stabilirea politicilor energetice. Cele trei principii energetice sunt: accesibilitatea, disponibilitatea, acceptabilitate.INTRODUCERE CAP 1

Accesibilitatea presupune asigurarea unor servicii energetice moderne și fiabile, care sunt plătite corespunzător. Cea mai bună cale pentru a asigura accesul populației la piața de energie este accelerarea creșterii economice și urmărirea unei mai echitabile distribuții a veniturilor. Este necesar un tarif pentru energie care să reflecte costurile precum emisiile sau managementul deșeurilor, pentru a garanta investițiile și a încuraja eficiența energetică ca și tehnologiile adecvate pentru mediu. Un tarif subvenționat la un nivel acceptabil social nu va atrage investiții suficiente, pe termen lung acesta sa actioneze împotriva celor care au nevoie de infrastructură energetică. In unele situații se subvenționează tehnologiile energetice și livrarea energiei pentru o perioadă de timp, fără creșterea prețurilor sau păstrarea prețului minim.În prețul energiei se reflectă costurile variabile pentru intreținere și dezvoltare. Energia solară este puțin accesibilă în momentul de față, deși costurile sunt în scădere acestea rămân mult mai mari decât ale altor surse, fiind o barieră în calea accesării. Energia solară concentrată poate fi mai scumpă decât electricitatea convențională. Utilizarea radiației solare în sisteme casnice passive poate fi mai eficae în ceea ce privește costurile.

Disponibilitatea constă in calitatea si continuitatea energiei livrate. Continuitatea electricității în alimentare este foarte vitală. În unele cazuri sursele cu întreruperi de scurtă durată sunt acceptate atât timp cat condițiile sunt cunoscute, dar întreruperile neașteptate sunt foarte costisitoare și nu pot fi ignorate. Un portofoliu energetic consistent împreuna cu mijloacele de acces la noi surse de energie sunt o necessitate pentru disponibilitatea energetică. Potențialul tehnic al energiei solare este imens acesta fiind de 3000 ori consumul actual de energie. Energia solară poate fi exploatată în mai multe moduri: în formă concentrată pentru obținerea căldurii, pentru conversie directă în electricitate folosind efectul fotoelectric.

Acceptabilitatea se ocupă de problemele de mediu si atitudinile publice. Poluarea locală si schimbarea climatică globala sunt doi factori importanți care afecteaza miliarde de oameni. Țările in curs de dezvoltare sunt preocupate de impactul potențial măsurilor legate de schimbarea climatică asupra economiilor proprii , de asemenea sunt preocupate si de nivelul in creștere al emisiilor consumatorilor casnici care creaează poluare locală si regională (ploile acide care au un impact mare asupra recoltelor). Implementarea noilor tehnologii au dus la reducerea emisiilor și menținerea previziunilor pentru ameliorare în viitor. Tehnologiile ecologice trebuie dezvoltate în toate zonele lumii, sursele de energie trebuie produse și folosite astfel incât să protejeze mediul local și global acum și în viitor. Energia solară are un mare grad de acceptabilitate datorită diversității de tehnologii existente ea poate fi folosită în multe locații.

[dizerta’ia] Energia solară reprezintă energia electromagnetică transmisă de soare generată prin fuziune nucleară. Ea stă la baza întregii vieți de pe pământ și reprezintă aproximativ 420 trilioane kWh. Aceasta cantitate de energie generată de soare este de câteva mii de ori mai mare decât cantitatea totală de energie utilizată de toți oamenii.

Lumina directă a soarelui este cea mai abundentă sursă de energie de pe glob. O parte este absorbită de atmosferă și se regăsește sub forma energiei eoliene, dar în medie 1.353 kW/m2 din această energie cade pe suprafața pământului, bineînțeles cu valori mai mari la ecuator și în zone deșertice. [dizertatia aia]

Lumina și căldura radiate de soare au fost utilizate de oameni încă din antichitate cu ajutorul unei serii de tehnologii îmbunătățite permanent. Radiația solară, împreună cu celelalte surse secundare de energie în afară de energia solară, cum ar fi energia vântului și energia valurilor, electricitatea hidro și biomasa, reprezintă cea mai mare parte din energia provenită din sursele regenerabile disponibile pe pământ. Din energia solară se utilizează numai o foarte mică parte.

Producerea de energie electrică din energie solară se bazează pe instalatii termice și pe panourile fotovoltaice. Modalitățile în care se utilizează energia solară sunt limitate numai de imaginația omului. O listă parțială a aplicațiilor energiei solare cuprinde încălzirea și răcirea spațiului cu ajutorul arhitecturii solare, furnizarea de apă potabilă prin distilare și dezinfecție, iluminatul, producerea de apă caldă, gătitul cu ajutorul energiei solare și căldura de proces de înaltă temperatură utilizată în scopuri industriale. Pentru a utiliza energia solară, se folosesc de obicei panourile solare.

Tehnologiile solare pot fi, în general, pasive sau active în funcție de modul în care energia solară este captată, convertită și distribuită. Tehnicile solar active include utilizarea panourilor fotovoltaice și a colectoarelor termice pentru captarea energiei. Tehnicile solare pasive includ orientarea unei clădiri spre soare, selectarea materialelor cu o masă termică favorabilă sau cu proprietăți de dispersie a luminii, precum și proiectarea spațiilor în așa fel încât aerul să circule în mod natural.

Concentrarea luminii solare pe discuri închise la culoare ar putea furniza energie lumii întregi: dacă se instalează în zonele marcate cu cele șase puncte de pe hartă, celulele solare cu o eficiență de conversie de numai 8 % ar putea produce, în medie, 18 TW energie electrică. Aceasta este mai mult decât puterea instalata actuala a

tuturor centralelor electrice care utilizeaza toate celelalte surse de energie primara: cărbune, petrol, gaz, energie nucleară și hidro. Culorile indică media pe trei ani a

radiației solare, inclusiv în timpul nopții și pe vreme noroasă. [http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energy]

Aplicații tehnice ale energiei solare:

Cu ajutorul tehnologiilor se poate beneficia de energia solară în mai multe moduri:

• Celulele solare care produc direct curent electric (fotovoltaic)

• Panourile solare care generează căldură (solar termic)

• Centralele solar-termice care produc electricitate prin utilizarea căldurii și aburului

• Deșeurile din plante pot fi procesate pentru a produce lichide (de ex. etanol, ulei ) sau gaze (biogaz) care se pot utiliza apoi în scopuri energetice

•Sobele solare sau cuptoarele solare sunt utilizate la încălzirea hranei sau la sterilizarea produselor medicale

Panourile fotovoltaice realizează conversia directă a luminii în energie electrică la nivel atomic. Unele materiale au proprietatea de a absorbi fotoni de lumina si a elibera electroni. Acest efect poarta numele de efect fotoelectric. Atunci când acești electroni sunt captați rezultă un curent electric care poate fi utilizat ca electricitate. Producția de energie fotoelectrică depinde de expunerea la Soare a locației și de temperatură, deci de situare geografică, de anotimp și de ora zilei: producția este maximă la amiază (ora

solară), cu cer senin. Valoarea maximă înregistrată este de aproximativ 1000 W/m2 (valoare, numită "de referință"). Aceasta înseamnă că pentru o instalație de 20 m2, se poate obține o producție zilnică de aproximativ 2,8 kWv, respectiv 5 – 8 kWh, ceea ce ar putea acoperi nevoile unei locuințe de patru persoane.

Instalațiile fotoelectrice sunt inegal dezvoltate în Europa și, contrar așteptărilor, nu țările care se bucură de cea mai puternică însorire sunt cele mai dezvoltate din acest punct de vedere.

În prezent, 90% din producția mondială de module se realizează în Japonia, [NUME_REDACTAT] și Europa, în special de mari companii ca Siemens, Sanyo, Kyocera, Solarex și BP Solar, care dețin 50% din piața mondială. Restul de 10% al producției mondiale este realizat în , și , care sunt principalii producători de module fotoelectrice din țările în curs de dezvoltare.

1.2.1 Principiul conversiei fotovoltaice a energiei solare

Conversia radiației solare în energie electrică prin efect fotovoltaic se realizează în celule solare.

Celula solară este un dispozitiv realizat cu materiale semiconductoare, în care prin absorbția luminii se generează perechi de electroni și goluri libere, iar aceștia sunt separați spațial datorită unei discontinuități interne ce formează o barieră de potențial, electronii fiind antrenați în sens opus golurilor. Prin separarea purtătorilor de sarcină ia naștere o tensiune la bornele celulei și un curent printr-o rezistență de sarcină, astfel încât celula iluminată funcționează ca un generator de putere electrică.

Din punct de vedere structural, celulele fotovoltaice sunt formate din două zone, realizând o joncțiune, care poate fi de mai multe tipuri:

homojoncțiune, în care cele două zone sunt formate din același material semiconductor, având tipuri de conducția diferite;

heterojoncțiune, în care cele două zone sunt formate din materiale semiconductoare diferite, având de asemenea tipuri de conducție diferită;

joncțiune metal – semiconductor (celula Schotky);

joncțiune electrolit – semiconductor.

Principalele fenomene care formează conversia fotoelectrică se pot explica pornind de la cazul cel mai simplu: homojoncțiunea semiconductoare.

Fie o homojoncțiune p-n (fig. 1) neiluminată. Presupunem cunoscute noțiunile generale de fizica semiconductoarelor. Această homojoncțiune poate fi realizată prin impurificarea diferită cu impurități donoare și acceptoare a cristalului semiconductor, aplicând metode ca difuzia și alierea sau implantare ionică.

Fig. 1 Structura, circulația de curenți și benzile energetice pentru homojoncțiunea p-n.

Deși ambele zone sunt neutre din punct de vedere electric, ele conțin purtători de sarcină liberi, de ambele semne, dar în proporții diferite, purtătorii majoritari atribuind și denumirea zonei respective (electronii pentru zona n și golurile pentru zona p).

La contactul între regiunea p și regiunea n, realizat în joncțiune, densitatea electronilor liberi fiind mai mare în regiunea n decât în regiunea p , electronii dintr-un strat din regiunea n difuzează în regiunea p unde se recombină cu golurile. La fel se întâmplă și cu golurile din regiunea p. La echilibru, de o parte și alta a joncțiunii se formează două regiuni înguste sărăcite în purtători mobili. Datorită donorilor ionizați rămași necompensați după plecarea electronilor, regiunea din zona n se încarcă pozitiv. Regiunea din zona p rămâne încărcată negativ prin plecarea golurilor, datorită acceptorilor ionizați. Astfel se formează un strat dublu de sarcină spațială fixă care va împiedica difuzia în continuare a purtătorilor majoritari de sarcină, numit strat de baraj. Acestuia îi corespunde și o barieră de potențial de contact Ei. și un câmp electric intern orientat de la n spre p. Acest câmp electric frânează difuzia în continuare a purtătorilor majoritari și favorizează circulația purtătorilor minoritari.

În prezența barierei de potențial, intensitățile curenților care circulă prin joncțiune se pot exprima, în principiu:

curentul de electroni din zona p către zona n ; (1)

curentul de goluri din zona n către zona p ; (2)

curentul de electroni din zona n către zona p ; (3)

curentul de goluri din zona p către zona n , (4)

în care k1 – k4 reprezintă niște constante iar n1 – n4 sunt concentrațiile purtătorilor de sarcină respectivi.

Curentul total prin joncțiune va fi

, (5)

și care la echilibru va trebui să fie nul. Deci

. (6)

Când joncțiunii i se aplică o tensiune exterioară în sens direct (+ la p și – la n) , înălțimea barierei de potențial scade cu mărimea tensiunii aplicate, ceea ce favorizează circulația purtătorilor majoritari fără a afecta circulația purtătorilor minoritari. Curentul prin joncțiune în cazul polarizării directe se poate scrie

. (7)

În cazul polarizării inverse, înălțimea barierei de potențial crește, ceea ce împiedică circulația purtătorilor de sarcină majoritari și de asemenea nu afectează circulația purtătorilor minoritari de sarcină.

Pentru polarizări inverse mari, circulația purtătorilor majoritari încetează, rămânând numai un curent invers al purtătorilor minoritari

. (8)

Ținând cont de relația (7), curentul prin joncțiune în cazul polarizării directe devine:

, (9)

a cărei reprezentare grafică este prezentată în figura 2 (curba 1).

Fig. 2 Caracteristicile externe pentru homojoncțiunea p-n polarizată direct (1) și luminată (2).

În continuare, considerând joncțiunea nepolarizată, dar supusă unei radiații monocromatice, având cuanta de energie a fotonilor mai mare decât lățimea zonei interzise Eg, în celulă se generează perechi de purtători de sarcină liberi, electron-gol. Dacă acestea sunt generate în zona de influență a câmpului electric intern sau la o distanță cel mult egală cu lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină, ei vor putea fi dirijați de către câmpul electric intern astfel:

golurile către regiunea p;

electronii către regiunea n.

Prezența electronilor suplimentari în regiunea n și a golurilor suplimentare în regiunea p produce o micșorare a barierei de potențial cu o cantitate egală cu tensiunea fotoelectrică, analog polarizării directe a joncțiunii aflate la întuneric.

Ca urmare, prin joncțiune va trece curentul de diodă într-un sens și curentul de iluminare în sens contrar, astfel încât curentul total în acest regim va fi:

. (10)

În această expresie, U este tensiunea fotoelectrică, care se stabilește la bornele celulei, polarizând-o în sens direct. În cazul ideal, valoarea maximă a acesteia (la mersul în gol) ar corespunde dispariției totale a barierei de potențial, iar tensiunea de mers în gol ar fi cu atât mai mare cu cât doparea semiconductorului ar fi mai mare. În realitate, în toate cazurile U0<Eg și în cele mai bune situații U0=2/3Eg. Aceasta se întâmplă din cauză că, la dopări prea mari, curentul invers crește pe seama efectului tunel.

Din expresia curentului (10) rezultă că , în regim de iluminare, caracteristica I-U a fotocelulei se obține deplasând în jos caracteristica diodei polarizate direct la întuneric cu mărimea IL (fig. 2 curba 2).

Apare astfel în cadranul IV o porțiune a caracteristicii pentru care P=U·I<0 ceea ce, conform convenției din termodinamică, înseamnă că celula este generatoare de energie.

Pe baza expresiei (10) se poate stabili schema echivalentă a unei fotocelule, ca în figura 3.

Fig. 3 Schema echivalentă a unei fotocelule.

Schema cuprinde o sursă de curent constant IL (pentru o iluminare constantă), care debitează pe rezistența neliniară a joncțiunii p-n , polarizată direct și pe rezistența de sarcină R.

Se poate observa că la scurtcircuit (U=0)

. (11)

De obicei acest curent este direct proporțional cu intensitatea radiației incidente.

Tensiunea de mers în gol (pentru It=0), se poate calcula din relația (10):

. (12)

Această relație ne arată că tensiunea de mers în gol variază logaritmic cu intensitatea radiației incidente, având o tendință de saturare.

Puterea debitată de celulă se exprimă prin aria dreptunghiului hașurat din figura 2, corespunzător punctului de funcționare. Există un punct unde această arie este maxim

1.2.2Moduri de utilizare a conversiei fotoelectrice a radiatiei solare

1.Sistem independent

Un sistem independent asigură necesitățile consumatorului fără a fi conectat la rețeaua publica de electricitate. Având in vedere variația disponibilității radiației solare, sistemul trebuie să conțină o componentă de stocare a energiei electrice in timpul cât soarele este aparent pe cer în vederea alimentării consumatorului în absența radiației solare. Cel mai folosit mijloc este acumulatorul Pb-acid.

Un asemenea sistem se potrivește bine pentru consumatori mici, amplasați la distanțe mari de rețelele publice, precum locuințele individuale, cabane montane, case de vacanță fiind util pentru pomparea apei de uz sanitar si menajer, alimentarea aparatelor de radio, tv, telefonoie de telecomunicație, iluminat. Alte destinații posibile sunt semnalizările rutiere sau pentru navigație, stații meteorologice, relee de retransmitere pentru telefonie mobilă etc.

La putere mai mare (zeci de kW ), un sistem independent împreună cu o sursă locală, care nu este influențată de radiația solară ( o microhidrocentrala sau un grup motor-generator electric) poate alimenta o rețea locală de curent alternativ pentru locuințe sau activități agro-zootehnice aflate departe de rețelele publice.

Un sistem autonom este format din (fig.10):

 panouri fotoelectrice cu puterea între 20 și 200 Wp, orientate către sud

sub un unghi, față de planul orizontal local egal cu latitudinea locală;

 invertor: având în vedere că cea mai mare parte a consumatorilor necesită

curent alternativ, se folosește un invertor pentru transformarea curentului

continuu în curent alternativ;

 Regulator de tensiune pentru controlul încărcării bateriei de

acumulatoare, prevenind astfel deteriorarea prin încărcare în exces și

prelungind durata de funcționare a acesteia;

 [NUME_REDACTAT]-acid.

Fig. 2.11 Aplicații ale sistemelor solare rezidențiale

.Sisteme conectate la rețea

Sistemele de producere a energiei fotoelectrice, conectate la rețea, sunt rezultatul tendinței de descentralizare a rețelelor electrice. Energia este produsă mai aproape de locul unde se consumă și nu numai în termocentrale sau hidrocentrale mari.

În timp, sistemele conectate, vor reduce necesitatea creșterii capacității liniilor de transport și distribuție. Un sistem conectat la rețea asigură necesarul local de energie electrică, iar eventualul excedent îl debitează în rețea; acest transfer, elimină necesitatea achiziționării si întreținerea bateriilor de acumulatoare.

În cazul sistemelor fotovoltaice conectate la rețelele de distribuție, energia

electrică este convertită integral în curent alternativ. Diferența dintre consumul

deținătorului sistemului și energia furnizată de sistemul fotoelectric poate avea

ambele sensuri; în caz de deficit se preia energie din rețeaua publică, iar în caz de

excedent, se transmite surplusul rețelei publice. Un contor cu dublu sens asigură evidența schimburilor de energie cu rețeaua. Este evident că, în acest caz,

componenta pentru acumulare nu mai este necesară deoarece funcția acesteia este

preluată de rețeaua publică de distribuție.

Cea mai mare parte a costului unui sistem conectat la rețea o reprezintă fabricația modulelor fotoelectrice din componența acestuia. Aceste costuri au cunoscut reduceri importante pe parcursul ultimilor ani și este de așteptat ca această tendință să continue.Deci acest tip de sistem devine din ce în ce mai abordabil. În regiunile urbane cu climat cald, costul kWh de electricitate produsă de sistemele fotoelectrice conectate la rețea, este comparabil cu cel produs prin alte metode „clasice”. În regiunile cu radiație solară redusă, acest tip de sistem este mai puțin interesant.

Sistem fotovoltaic conectat la rețea

Fig. 2.13 Câmp de panouri fotoelectrice, 40 MW

Componentele unui sistem fotovoltaic

Componentele unui sistem fotoelectric depind de aplicație: locuință izolată sau în apropierea rețelei, utilizarea unei baterii sau doar a energiei solare, existența convertoarelor statice de putere.

Un sistem fotoelectric cuprinde:

Celule solare

Baterii de acumulatoare

Regulatoare de sarcină

Convertoare statice

Alte componente

Bateriile de acumulatore

În sistemele electrice autonome, stocare energiei este asigurată, în general, de baterii de acumulatoare. Acestea sunt esențiale pentru buna funcționare a sistemelor autonome. Elementele de stocare reprezintă 13 – 15 % din investiția inițială, pentru o durată de exploatare de douăzeci de ani.

Bateriile de acumulatore sunt de tipul plumb – acid. Există doua tipuri de astfel de baterii cu plumb: baterii cu electrolit lichid si baterii cu electrolit stabilizat.

Bateriile cu electrolid lichid sunt constituite dintr-un recipient în care se alternează plăci pozitive și negative, separate de distanțoare izolante. Recipientul este închis cu un dop, pentru a evita corodarea internă și scurgerea electrolitului. Aceste baterii au avantajul că sunt ieftine și au o construcție simplă, iar dezavantajul lor fiind păstrarea si utilizarea acestora în poziție orizontală. Dacă nu sunt utlizate în poziție orizontală electrolitul se scurge prin orificiul de egalizare a presiunii din dop, plăcile nemaifiind scufundate în electrolit.

Bateriile cu electrolit stabilizat se mai numesc și baterii cu recombinare a gazului. În cazul acestora, electrolitul nu mai este lichid, ci sub formă de gel. Acest tip de baterie nu necesită întreținere, pe toată durata de viață, asigură etanșeitate totală, deci nu există degajări de gaze.Însă acestea sunt mai scumpe având produsul mai tehnic(gelul).

Bateriile se utilizează în cazul în care există un decalaj între perioadele când este solicitată energie și perioadele însorite. Alegerea tipului de baterie se face în funcție de puterea media zilnică și în funcție de timpul necesar de stocare.

Caracteristicile generatoarelor fotoelectrice și a bateriei.

După cum se vede din figura de mai sus, caracteristica bateriilor se adaptează destul de bine celor ale generatoarelor fotoelectrice, deoarece ele funcționează la tensiune cvasi-constantă. Este suficient să se dimensioneze bateria pentru a plasa punctul de funcționare în punctul de putere maximă, deoarece tensiunea sa Upmax (tensiunea corespunzătoare puterii maxime) se modifică puțin în funcție de iluminare.

Regulatoare de sarcină

În sistemele fotoelectrice se pot ultiza mai multe tipuri de regulatoare. Acestea controlează fluxul de energie, trebuind să protejeze bateria de supraîncărcare (solară)

și de descărcare gravă (consumatori). De asemenea, regulatoarele asigură supravegherea și siguranța instalației.

Există trei categorii principale de regulatoare:

Regulatoare serie, care conțin un întreruptor între generatorul fotoelectric și bateria de acumulatoare, pentru întreruperea încărcării. Întreruptorul de încărcare este în serie cu bateria. El se deschide când bateria este încărcată. Avantajul regulatoarelor serie o reprezintă tensiunea mică la bornele întreruptorului. De asemenea prezintă și un dezavantaj față de regulatoarele de tip paralel: întreruptorul determină o cădere de tensiune suplimentară între panouri și baterie.

Schema de principiu a regulatorului serie.

Regulatoarele paralel, care scurtcircuitează generatorul fotoelectric la finalul încărcării bateriei de acumulatoare.

Schema de principiu a regulatorului paralel.

Pe durata încărcării, panourile solare sunt conectate direct la baterii. Când acestea sunt încărcate, panourile sunt scurtcircuitate. Dioda de separare trebuie neapărat să fie prevăzută în schemă, pentru a nu scurtcircuit bateria atunci când întreruptorul este închis. Această diodă asigură și blocare curentului nocturn, ce ar putea să apară între baterie și panou. Regulatoarele paralel au și dezavantaje: întreruptorul este solicitat de întreaga tensiune a panoului, putând deci să apară probleme de protecție la supratensiuni.

Regulatoare ce urmăresc punctul de putere maximă (MPPT – [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]), care permit extragerea din câmpul de celule, în permanență, a maximului de putere. Regulatoarele MPPT sunt concepute pentru a asigura extragerea puterii maxime din panourile solare. Aceasta permite recuperare maximului de energie, indiferent de temperatură și iluminare. În permanență, tensiunea și curentul sunt măsurate, pentru deducerea puterii extrase din panou. Puterea este comparată cu valoarea anterioară a acesteia, iar în urma comparării, tensiunea la bornele panoului este crescută sau redusă. Aceste regulatoare funcționează într-o plajă foarte largă de temperaturi, ceea ce asigură recuperarea excesului de energie pe durata iernii.

Convertoarele statice

În funcție de aplicație, se utilizează convertoare statice pentru adaptarea puterii generate la necesitățile sarcinii.

În principal, există convertoare c.c. – c.c., care adaptează tensiunea de c.c. furnizată de panourile fotoelectrice la necesitățile sarcinii și convertoare c.c. – c.a., care transformă energia de c.c. în energie de c.a., pentru alimentarea sarcinilor corespunzătoare.

Convertoarele c.c. – c.c. (Variatoare de [NUME_REDACTAT] – VTC) transformă o tensiune continuă (a bateriei), tot în tensiune continuă, cu valoare medie diferită, pentru alimentarea sarcinilor de c.c.

Există două tipuri de astfel de VTC: ridicător și coborâtor.

VTC ridicător:

Schema de principiu a unui VTC ridicător.

Pe intervale când întreruptorul este închis, în bobină se înmagazinează energie de la baterie.La deschiderea întreruptorului, tensiunea de autoinducție a bobinei, împreună cu sursa, determină apariția unei supratensiuni, ce este transferată condensatorului și sarcinii. Dioda (numită „de separare “) împiedică descărcarea condensatorului pe intervalele când întreruptorul este inchis. Condesatorul filtrează tensiunea continuă la ieșire, reducându-I pulsațiile.

Randamentul unor astfel de convertoare este de 70 %, putând atinge 85 – 90 % pentru cele mai performante.

VTC coborâtor:

Tensiunea la ieșire este mai mică decât a bateriei, fiind utilizate pentru alimentarea sarcinilor cu tensiunea mai mica decât a bateriei (aparate radio).

Schema de principiu a unui VTC coborâtor.

Pe intervalele când întreruptorul este închis, bateria debitează curent sarcinii, ce parcurge bobina. Când întreruptorul este deschis, energia înmagazinată în bobină, asigură menținerea nenulă a curentului, ce se va închide pe aceste intervale, prin diodă (numită „de nul”).

Randamentul acestor convertoare este de 80 – 90 %.

Alte componente:

În această categorie intră elementele conexe, dar care sunt indispensabile bunei funcționări a sistemelor fotoelectrice: protecțiile contra descărcărilor atmosferice, disjunctoare și siguranțe fuzibile.

Deoarece panourile solare sunt echipamente scumpe, ele trebuie protejate pentru a evita deteriorarea lor. Pericolele sunt multiple: perturbații induse de comutațiile elementelor din componența convertoarelor statice de putere. Se pot utliza filtre pentru eliminarea armonicilor. Funționarea sarcinii: panourile se deteriorează dacă absorb putere electrică. Se pot utiliza diode care să împiedice circulația curentului în sensul nedorit.

2.2.3. Tipuri de fotocelule solare

2.2.3.1.Celule solare cu siliciu

Tehnologiile actuale utilizează siliciul în trei forme: monocristalin, policristalin si amorf hidrogenat. Pe lângă avantajul materiei prime disponibile în mari cantități, celulele cu siliciu prezintă stabilitate funcțională deosebită și randamente relativ bune. Randamentul maxim îl prezintă celulele din monocristal, fiind mai redus la celelalte. În aceeași ordine scade și costul fotocelulelor cu siliciu.

Structura monocristalină, având atomii dispuși ordonat în rețeaua cristalină, permite delimitarea clară a benzilor energetice de conducție și de valență, astfel că zona interzisă este, teoretic, lipsită de nivele energetice ocupate de către electroni. În cazul structurii policristaline, fotocelula este formată din numeroase cristale mici orientate diferit, astfel că la suprafața de contact apar discontinuități ale rețelei cristaline și ale benzilor de energie. Aceasta reduce eficiența circulației sarcinilor libere sub influența câmpului electric intern al celulei. În cazul siliciului amorf, ordinea atomilor este aleatoare, astfel că multe legături covalente între atomi sunt rupte, iar benzile de energie se suprapun mai mult sau mai puțin. În aceste condiții, efectul fotoelectric nu se poate manifesta. Adăugarea atomilor de hidrogen permite refacerea unora dintre aceste legături covalente. Astfel, se restabilește în mare măsură ordinea nivelelor energetice și efectul fotoelectric se poate realiza.

Deși randamentul teoretic maxim al fotocelulei cu Si monocristalin atinge 22%, celulele realizate practic, au un randament de cel mult 14%. Posibilitățile de mărire a randamentului în continuare sunt:

– reducerea grosimii stratului n la cca.0,3 μm – randament 16%;

– texturarea suprafeței pentru reducerea pierderilor prin reflexie, randament 17%;

– celule cu straturi multiple, randament până la 19,5%.

2.2.3.2. Celule solare pe bază de sulfură de cadmiu

Pornind de la materialul de bază, CdS, se pot realiza mai multe tipuri de fotocelule solare: CdS-Cu2S, CdS-CuInSe, CdS-CdTe și altele. În aplicații predomină prima variantă, cea mai ieftină. CdS se folosește sub formă policristalină. Față de Si acest material prezintă o absorbție mai rapidă a radiației solare; totodată lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină liberi este mult mai redusă, astfel încât stratul de bază poate avea o grosime mai mică (numai 25μm în loc de 200μm la Si). Cu2S are banda interzisă mai îngustă; deoarece acest strat absoarbe cea mai mare parte a spectrului solar în grosimi foarte mici, grosimea lui este de numai 0,1μm – 0,27μm. Acest material nu se poate obține decât ca semiconductor de tip „p”.. Cea mai simplă cale de realizare a acestui strat este schimbul de ioni într-o soluție electrolitică cu ioni de Cu.

Tehnologiile de realizare a unor asemenea celule cu straturi subțiri policristaline sunt mai simple decât la siliciu, permițând preturi mult mai reduse. Performantele celulelor cu CdS sunt, în privința eficienței teoretice, de ordinul a 15%, iar în fază industrială, de 6-8%.

2.2.3.3. Celule solare pe bază de GaAs

GaAs este unul dintre materialele cele mai potrivite pentru conversia fotoelectrică a energiei solare datorită faptului că, având o lărgime a benzii interzise de 1,39 eV, se situează pe maximul curbei de eficiență a conversiei în funcție de Eg. Eficiența teoretică prevăzută este de 26%. Față de siliciu, prezintă avantajul de a putea lucra la temperaturi mai înalte, fără a-și reduce simțitor eficiența. Aceste celule se pot utiliza asociate cu sisteme de concentrare a radiației solare, reducând consumul de material semiconductor. Costul acestor fotocelule este de cca. 10 ori mai mare decât a acelora cu Si, datorită materialului de bază ca și tehnologiei de realizare. Ținând seama însă că pot fi utilizate cu factori de concentrare a radiației solare de cca. 10 ori mai mari și că randamentele sunt apropiate, rezultă că cele două tipuri de fotocelule monocristal sunt comparabile.

F1ig0. 2.7 Structura unei fotocelule monojoncțiune

2.2.4. Module, panouri, câmpuri de fotocelule solare

O joncțiune semiconductoare furnizează o tensiune continuă a cărei mărime medie este de 0,3-0,4 V. Pentru a obține tensiunea necesară unui consumator, fotocelulele se conectează în serie, iar pentru a obține intensitatea necesară, se grupează în paralel.

Un grup de fotocelule asamblate într-o carcasă unică formează un modul, mai multe module grupate pe un suport plan formează un panou, iar mai multe panouri interconectate formează un câmp.

Fig.8-Interconectarea fotocelulelor

Considerând funcționarea unui set de fotocelule înseriate și ținând seama că acestea sunt de fapt diode semiconductoare, dacă una dintre acestea este obturată de un corp străin (de exemplu o frunză) zona neiluminată se va comporta ca o diodă polarizată invers. Prin aceasta se întrerupe furnizarea de curent a întregului set de fotocelule înseriate, iar joncțiunea blocată se poate străpunge electric dacă tensiunea maximă inversă admisibilă este depășită. În acest caz, pe joncțiunea umbrită se va disipa puterea generată de celelalte celule înseriate, ducând la apariția fenomenului de supraîncălzire (“hot spot”), iar joncțiunea se distruge. Pentru evitarea acestei situații, modulele de fotocelule sunt protejate cu diode conectate antiparalel, iar lanțurile de module înseriate se protejează cu diode serie pentru blocarea circulației inverse.

Fig.2.9 Schema electrică de principiu a unui panou fotoelectric

1.3. Soluția adoptată

CAPITOLUL II

BREVIAR DE CALCUL

2.1. Date de proiectare

Prin acest proiect se urmărește realizarea unui sistem de alimentare cu energie electrică produsă din energie solara cu ajutorul sistemului fotovoltaic conectat la rețeaua de joasă tensiune pentru o casa familială.

Pentru o eficiență cât mai mare panourile fotovoltaice vor fi amplasate pe versantul sudic al acoperișului clădirii(fig 2.1).

Fig. 2.1 [NUME_REDACTAT] clădirii s-a făcut pe un teren neted care nu dispune de frontiere terestre sau forestiere, nefiind nici un obstacol care să creeze fenomenul de umbră asupra panourilor solare. Încăperile de zi sunt dispuse în partea sudică a clădirii, iar în cele orientate spre nord se află încăperile cu utilizări temporare.

2.2. Calculul necesarului de energie electrică

În etapa de proiectare si dimensionare trebuie ținut cont, în primul rand, de estimarea consumului lunar a consumatorilor: aparate casnice, electrice, electronice si a instalațiilor de iluminat si de asemenea puterea instantanee maxime (puterea exprimata in kW a tuturor consumatorilor ce pot fi folositi in acelasi timp la un moment dat)

Tabelul 2.1 Energia electrica consumata.

Pentru dimensionarea diferitelor componente este necesar să se cunoască atât consumul zilnic de energie electrică, cât și puterea maximă solicitată, care apare atunci când toate sarcinile sunt conectate simultan.

Estimarea necesarului de energie, referitor la locuinta pe care o consideram, pleacă de la evaluarea puterii in regim nominal pentru fiecare sarcină individuală și a duratei de funcționare a acesteia în 24 de ore. Energia necesară zilnic pentru fiecare sarcină se calculează efectuând produsul dintre puterea maximă în regim nominal a sarcinii si numărul de ore de functionare, astfel rezultă consumul total zilnic de energie.

Consumul total de energie electrică zilnic se calculează prin sumarea tuturor consumurilor individuale:

19.8+ 199.50+50.66+3.21= 273.17 [kWh];

Puterea maximă instantanee apare atunci cand toti consumatorii sunt conectati simultan:

12*11+1*300+2*50+1*1000+1*1000+1*1500+1*1250+1*200+1*300+1*900+ 1*150+1*35+1*300+1*100+1*900+1*1500= 9667 W

Puterea maximă instantanee este utilizata la determinarea dimensiunii invertorului. Sarcina poate varia de la un anotimp la altul.In acest fel se poate determina necesarul de energie pentru diferite anotimpuri.

2.3. Dimensionare panouri fotovoltaice

FigurA 7.1 pag 74

În figura 2.3.1 sunt prezentate schematic principalele etape si componente care se folosesc la proiectarea unui sistem fotovoltaic. Solicitantul mai trebuie doar să furnizeze: amplasamentul, bugetul, consumatorii și consumul prognozat.

Dimensionarea modulelor fotovoltaice se realizeaza in mai multe etape:

1.Se estimeaza consumul de energie

2. Se determina energia solara care este disponibila. Se estimeaza energia de iesire produsa de un modul fotovoltaic in localitatea de interes. Avand puterea modulelor fotovoltaice de 64 W si stiind numarul mediu de ore de insorire zilnica in luna iulie :7.09 ore/zi, un astfel de modul fotovoltaic va produce o energie electrica zilnica :

7.09 h * 64 W = 453.76 Wh/zi

3. Se determina puterea de iesire a modulelor fotovoltaice in diferite momente ale anului.Puterea de iesire medie lunara se obtine multiplicand numarul mediu de ore de insorire cu puterea nominala a modulelor selectate.

4. Numărul de module fotovoltaice necesare rezultă:

Număr_module = 273.17 / 15.42 = 18

5. Pentru a determina tensiunea și curentul furnizat se va stabili aranjarea modulelor PV. După care se calculează puterea totală instalată

Upv * Ipv = Pinst

6. La dimensionarea acumulatorului se ia in considererea vremea nefavorabila când putem avea mai multe zile consecutive fără soare.

273.17 * 3 *1.3/0.5 =

2.4. Dimensionare baterii de acumulator

Sistemele fotovoltaice necesită dispozitive speciale pentru stocarea energiei care să fie folosita atunci cand generatorul produce sub nivelul consumului sau nu produce deloc. Cele mai la indemana dispozitive de stocare a energiei sunt bateriile de acumulatori care au rolul de a inmagazina energia electrica produsa atunci cand sursa de energie a generatorului este disponibilă si de a o reda pentru functionare in timpul noptii sau cand generatorul produce sub nivelul consumului.Pentru dimensionarea bateriei de acumulatori trebuia parcusi următorii pasi:

1.Consumul zilnic de energie electrică in Wh este impartit la randamentul invertorului ηi, pentru a produce energia furnizată acumulatorului:

Pentru randament avem valoarea ηi = 85%;

Ei = 2731.7 / 0.85 = 3192.58 Wh

2.Urmatorul pas consta in selectarea tensiunii sistemului. Tensiunea poate fi: 12, 24, 48, 110 sau 240 V. Criteriul de selectie este ca tensiunea acumulatorului să fie suficient de mare, astfel incat curentul total de descarcare sa nu depasească cu mult 100 A. In acest caz valoarea tensiunii va fi 24 V.

3.Consumul zilnic de Ah de la acumulator se obtine impărtind energia furnizată zilnic de acumulator cu tensiunea aleasă adica 24 V.

Ah/zi = 3192.58/24 = 133.02

4. Capacitatea acumulatorilor se obtine impărtind Ah/zi cu adancimea zilnică de descărcare, considerata 0.5.Adancimea de descărcare Dd, este un parametru de proiectare si reprezintă fractia din energia maximă inmagazinată ce poate fi retrasă.Se alege Dd = 0.5 in mod frecvent, asigurand un timp de viată mai lung pentru acumulatori.

Ah= Ah/zi / Dd= 133.02/0.5 = 266.04 [NUME_REDACTAT] de zile de stocare a acumulatorului se obtine considerand adancimea permisă de descărcar, capacittea in Ah a acumulatorului si consumul estimat in Ah:

Nr. Zile = 0.5 * 266.04/133.02 = 1 zi

2.5. Dimensionare regulator de incărcare

Regulatorul de incărcare are rolul de a mentine bateria incărcată la capacitatea maximă si să o protejeze impotriva descărcarii, darn u poate gestiona si problemele de descărcare accidentală. In cazul aplicatiilor casnice, de cele mai multe ori este necesar un regulator de incărcare-descărcare, pentru ca utilizatorii pot frecvent depăsi consumul prevăzut. Regulatorul de incărcare va fi dimensionat in functie de urmatorii parametric : – tensiunea nominala

curentul de intrare: este curentul de Incărcare maxim, pe care modulele il pot debita la un moment dat.

Curentul de incărcare maxim se calculeaza impărtind capacitatea in Ah a bateriei cu timpul de descărcare maxim in ore pentru accumulator:

266.04/5 = 53.20 A

Se selectează un regulator, care poate furniza curenti pana la 60 A. Valoarea maximă a puterii de iesire pentru regulator este :

P.iesire = 24*60 = 1440 W

Randamentul regulatorului de incărcare este de 0.9 pentru conversia de la current alternative la curent continuu. Puterea de intrare la incărcatorul bateriei este :

P.intr = 1440 / 0.9 = 1600 W

2.6. Dimensionare invertor

Conversia energiei electrice de current continuu nestabilizata generate de panourile fotovoltaice in energie electrica de current alternative , se realizeaza cu invertoare de retea. Energia obtinuta la iesirea lor este injectata integral in sistemul energetic sau in magistrala de current alternative a sistemelor fotovoltaice independente. Cele mai performante invertoare sunt invertoarele on grid sau de retea, au o eficienta de pana la 98%, sunt construite fara transformatoare si sunt prevazute cu algoritm de determinare si urmarire a punctului de putere maxima.Invertoarele de retea se sincronizeaza la frecventa retelei si nu functioneaza decat daca sunt conectate la un sistem energetic national.

Dimensionarea invertorului este determinata de puterea maxima. Puterea maxima solicitata o consideram ca jumatate din puterea totala a instalatiilor electrice.

9667*0.5 = 4833.5 W . Invertorul necesar are o putere de 5 kw

2.7. Dimensionare generator

Generatorul converteste puterea mecanica furnizata de motorul cu petrol sau diesel in energie electrica. Selectarea generatorului trebuie sa se bazeze pe puterea maxima acceptabila de intrare in acumulatori si pe puterea totala instalata a sarcinii electrice. La P.intr = 1600 W se va selecta un generator de 2 kW la 50 Hz si 240 V , puterea de iesire nominala a motorului fiind 3000 W.

Generatorul trebuie cuplat atunci cand starea de incarcare a acumulatorului a fost redusa la adancimea de descarcare zilnica proiectata. Daca adancimea de descarcare zilnica este de 0.5, atunci generatorul trebuie cuplat cand starea de incarcare a bateriilor estede 50%. Generatorul trebuie decuplat atunci cand starea de incarcare a bateriilor este 100%. Curentul mediu de incarcare se calculeaza ca medie intre curentul de iesire pentru cuplare si cel pentru decuplare.

GRAFIC PAGINA 98

Punctul de conectare al generatorului este atunci cand starea de incarcare a bateriilor este de 50 %. Din figura rezulta ca in acest punct, curentul de iesire al generatorului este de 60% din valoarea nominala maxima. Punctul de deconectare al generatorului, cand starea de incarcare a bateriilor este 100%, corespunde unui current de iesire al generatorului de 15 % din valoarea nominala maxima.Curentul de iesire mediu este :

(2.1)

Curentul maxim de iesire pentru regulatorul de incarcare este de 60 A. Deci curentul de incarcare mediu la iesire este:

60 * 0.375 = 22.5 A

Timpul mediu de functionare al generatorului se calculeaza ca raport intre consumul zilnic de Ah de la acumulator si curentul de incarcare mediu la iesire:

133.02 / 22.5 = 6 h/zi

2.8. Amplasare