Proiect de diploma Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice [629701]

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

2
CUPRINS
CUPRINS ……………………………………………………………………………………………….. ……………………. 2
INTRODUCERE ………………………………………………………………………………………………………….. .3
CAPITOLUL I – PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL SISTEMELOR
FOTOVOLTAICE
1.1 Introducere in sisteme fotovoltaice …………… …………………………………………………. …5
1.2 Celule fotovoltaice ………………………………………………………………………………………. …6
1.3 Modulul PV …………………………………………. ……………………………………………………. ….9
1.4 Matricea PV………………………………………………………………………………………………. …11
1.5 Caracteristicile I -V,P-V ale celulelor fotovoltaice …………………………………………. .12
CAPITOLUL II – PLANIFICAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC
2.1 Arhitectura Sistemului …………………………………………………….. …………………………..14
2.2 Alegerea Invertorului …………………………………………………………………………………… 17
2.3 Optimizarea Voltajului (Algoritmi MPPT) …………………………………………………… .19
2.4 Simulari si Masurari ………………….. ……………………………………………………………….. 22
CAPITOLUL III – PROIECTAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAI C
3.1 Enuntarea Problemei ………………………………………………………………………………….. .25
3.2 Analiza Valorilor de consum Energetic ……………………………………………………….. .26
3.3 Corelatii si Dependente ……………………………………………………………………………….. .27
3.4 Proiectarea sis temului dupa consumul mediu (Metoda I) ……………………………… .29
3.5 Proiectarea sistemului dupa functia criteriu (Metoda II) ………………………………. 32
3.6 Analiza comparativa a metodelor de implementare …………………. …………………… 37
CAPITOLUL IV – CONCLUZII …………………………………………………………………………………. 38
BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………………………………………………………… 40

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

3
INTRODUCERE

Economia de energie este la ora actual a o prioritate mondial a, prezervarea planetei si a
resurselor ei devenind obiective principale interna tionale. Crizei energetice, ce deriv a din
epuizarea sau exploatarea din ce in ce mai grea a surselor de energie conven tionale, se adaug a
schimb ari climatice vizibile, cauzate de emisia in atmosfer a a gazelor cu efect de ser a.

In acest context, in anul 1997 a fost negociat si incheiat protocolul de la Kyoto, care este
in vigoare din anul 2005 si prin care tarile semnatare se oblig a sa reduc a emisiile poluante din
atmosfer a cu 5,2% in perioada 2008 -2012 in raport cu cele din anul 1990. In noiembrie 2004, 127
de tari ratificaser a deja acordul, inclusiv membrii Uniunii Europene, dintre care f aceau parte
Rom ania si Bulgaria.

Contextul energetic mondial, conduce c atre o preocupare intens a in domeniul energiil or
neconven tionale. Dintre acestea, energia solar a ocup a un loc important. Se poate men tiona faptul
ca Pamantul nu prime ste, la suprafa ta sa, dec at o mic a parte din radia tia emis a de Soare, dup a ce
aceasta sufer a fenomenele de transmisie, absorb tie si difu zie la nivelul atmosferei. In aceste
condi tii intensitatea ei scade cu 30% in cazul in care cerul este senin si clar.

Anual, pe continente se primesc in jur de 1,5 x 1018 kWh, de 10 000 de ori mai mult
decat consumul energetic mondial [WWW. 1 ], Soarele devenind astfel una dintre cele mai
importante surse neconven tionale.

Energia solar a poate fi captat a si transformat a fie in energie electric a prin utilizarea
tehnologiilor fotovoltaice, fie in energie termic a, prin utilizarea diferitelor tipuri de panour i solare
termice. In acest context, domeniile pe care le -am abordat in acest studiu sunt producerea
energiei electrice cu ajutorul panourilor fotovoltaice si transferul termic ce are loc la nivelul
acestora.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

4

Contextul si obiectivele lucrarii de licen ta :
Panourile fotovoltaice sunt dispozitive ce transform a energia solar a in energie electric a.
Problematica producerii acesteia este dat a de fenomenologia ce decurge din caracterul aleator al
sursei solare si al varia tiilor meteorologice imprevizibile.

Astfel un sistem fotovoltaic r amane tributar at at fiabilit atii sale, c at si ritmului si
hazardului aprovizion arii cu energie primar a. Pe de alt a parte sistemele fotovoltaice nu utilizeaz a
decat o mic a parte din radia tia solar a si de anumite lungimi de unda, pentru a produce energie
electric a. Restul energiei primite la suprafa ta este transformat a in caldura, ce conduce la cre sterea
temperaturii celulelor componente si la sc aderea randamentului lor.

In consecin ta, cre sterea productivit atii energetice a acestor instala tii presupune at at
eficientizarea func tionarii lor in domeniul electric, c at si studiul fenomenelor termice care au loc.
Lucrarea este structurata in 3 capitole principale in care se trateaza pe rand problemele cu
privire la tehnologiile fo losite in planificarea si instalarea sistemelor fotovoltaice.
Astfel in CAPITOLUL I am abordat din punct de vedere teoretic principiul de functionare
al panouri lor fotovoltaic (de la celula la panou , precum si caracteristicile din punct de vedere
electric ale acestora).
In CAPITOLUL II am studiat cerintele necesare pentru a planifica un sistem fotovoltaic :
de la arhitectura la formularea unui program de simulare a caracteristicilor de Intensi tate , Curent
si Voltaj . In aceasta sectie putem sa observam care sunt marimile importante ce se iau in
considerare atunci cand dorim sa proiectam un sistem de energie regenerabila , precum si ce
procese implica acestea . Am reusit sa realizez o schema de simulare a unui panou , menita sa
ajute utilizatorul sa testeze capacitatile acestuia , cu seturi de date impuse (i n conditii de extrem
sau de maxima eficienta).
In CAPITOLUL III am analizat seturile de valori care le -am obtinut de la firmele de
distributie a energiei electrice . Analizand aceste date am reusit sa implementez propriile tehnici
de rezolvare a problemel or de productie -consum pentru utilizatorii obisnuiti . Astfel am elaborat
2 metode de proiectare a sistemelor fotovoltaice (cu avantajele si dezavantajele proprii) . Acest
capitol poate fi considerat un “ghid” pentru utilizatorul ce doreste sa achizitionez e un sistem de
energie regenerabila , permitandu -i sa aleaga solutia optima in functie de interesele pe care le
urmareste (acoperirea cat mai eficienta a consumului sau amortizarea mai eficienta a investiilor).

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

5
CAPITOLUL I – PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE A SISTEMELOR FOTOVOLTAICE

1.1 Introducere in Sisteme Fotovoltaice
Sistemele fotovoltaice sunt proiectate dupa celula fotovoltaica .
O celula Pv produce mai putin de 3 wati la aproximativ 0.5 V curent continuu . Aceste celule
trebuiesc conectate intr -o confi guratie serie -paralel pentru a produce destule putere ca sa
alimenteze un utilizator. Celulele sunt conectate intr -un modul , iar modulele sunt mai departe
conectate intr -o "matrice".
Din moment ce aceasta matrice produce curent electric doar atunci cand este iluminata ,
sistemele fotovoltaice necesita un mecanism de stocare a energiei electrice pentru ca ulterior sa
fie folosita . Cand se introduce mecanismul de stocare al energiei , este necesar ca acesta sa
prezinte si un regulator pentru a controla can titatea de energie stocata si pentru a preveni
supraincarcarea acumulatorilor. In majoritatea cazurilor sarcina care trebuie transmisa catre retea
trebuie sa fie de tipul curent alternativ , de aceea se inroduc invertoare la nivelul sistemului
fotovoltaic pentru a converti curentul continuu in alternativ .

Structura unui panou fotovoltaic:

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

6

1.2 Celule fotovoltaice

Celulele fotovoltaice permit transformarea directa a radiatiei solare In energie electrica,
exploatand asa numitul “efect voltaic” care se bazeaza pe proprietatea anumitor metale
conductoare tratate corespunzator (printre acestea siliciul, element foarte raspandit In natura)
pentru a genera direct energia electrica atunci cand sunt atinse de rad iatia solara.

O celula fotovoltaica expusa la radiatia solara se comporta ca un generator de curent cu o
curba caracteristica tensiune/curent care depinde In principal de intensitatea radiatiei solare, de
temperatura si de suprafata.

Aceasta are In gen eral o forma patrata cu o suprafata de circa 100 -250 cm² si se comporta
ca o bacterie minuscula, producand, In condiaii tipice de expunere la soare o putere care
reprezinta, In stadiul actual al tehnologiei,circa 20% din radiatia solara.

Monocrista lele se obtin sub forma de bagheta sau vergea, prin turnarea siliciului pur. Aceste
baghete se taie ulterior in placi foarte subtiri care se utilizeaza la fabricatia celulelor fotovoltaice.
Acest proces tehnologic asigura cel mai ridicat nivel de eficienta a conversiei fotoelectrice, dar
este si cel mai costisitor.

Policristalele se obtin In urma unui proces de productie mai putin ieftin, constand din
turnarea siliciului lichid in blocuri, care ulterior sunt taiate in placi subtiri. In procesul de
solidificare, se formeaza cristale de diferite dimensiuni si forme, iar la marginea acestor cristale
apar si unele defecte de structura. Ca urmare a acestor defecte, celulele fotovoltaice fabricate prin
aceasta metoda sunt mai putin eficiente.

Structura amorfa se obtine prin depunerea unui film extrem de subtire de siliciu pe o
suprafata de sticla, sau pe un substrat realizat dintr -un alt material. In acest caz, solidificarea
atomilor nu se realizeaza Intr -o structura cristalina ci sub forma unei retele atomice cu dispunere
neregulata, denumita structura amorfa. In aceasta retea atomica apar si numeroase defecte, care
diminueazaperformantele electrice ale materialului. Grosimea stratului amorf de siliciu, obtinut
prin aceastametoda este mai mica de 1µm. Pentru comparatie grosimea unui fir de par uman este
de 50…100µm.

Costurile de fabricatie ale silicului amorf sunt foarte reduse, datorta cantitatii extrem de
reduse de material utilizat, dar eficienta celulelor fotovoltaice care utilizeaza siliciu amorf este
mult mai redusadecat a celor care utilizeaza structuri cristaline de material. Datorita costului
redus, celulele fotovoltaice cu siliciu amorf se utilizeaza preponderent la fabricarea
echipamentelor cu putere redusa, cum sunt ceasurile sau, calculatoare de buzunar.

Panourile solare cu celule policris taline 'se comporta mai bine' la temperaturi ridicate. In
zilele insorite de vara, temperatura cristalului poate ajunge la 70 -800C. Randamentul maxim il
avem la 200C. Deci, cei din zone calde, aride – Oltenia, Dobrogea, ar trebui sa aleaga panouri
solare f otovoltaice cu celule policristaline, iar cei din zone mai reci – de munte, sa aleaga panouri
solare fotovoltaice cu celule monocristaline.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

7
Diferentele sunt foarte mari in functie de latitudine: zona ecuatoriala fata de zona polilor,
sau in funct ie de altitudine: 0m -nivelul marii si 1 500 -2.000m, zonele muntoase foarte inalte. In
conditii de lumina scazuta, zile innourate, ploioase, panourile solare fotovoltaice cu celule
monocristaline se comporta mai bine decat cele cu celule fotovoltaice polic ristaline. Deci, alegem
panoul si in functie de conditiile meteorologice medii anuale ale zonei geografice in care dorim
sa-l montam/ instalam. Singurul mare avantaj al panourilor solare fotovoltaice monocristal este
randamentul sau eficienta. Este mai efi cient cu pana la 15% decat cele policristal.

Daca la panouri solare fotovoltaice cu celule policristaline eficienta este 12 -14% , la
cele cu celulele monocristaline eficienta ajunge la 15 -16%.
Randamentul, il definim ca un raport intre cantitatea de energie pe care panoul o produce
din radiatia solara / energia produsa in conditii ideale (puterea data de producator)

Panourile solare cu celule fotovoltaice au o durata de viata mai mare de 25 ani. Totusi, odata
cu trecerea timpului, randamentul lor scade cu 10% la fiecare 10 ani, astfel ca dupa 20 ani avem
numai 80% din Puterea ( U x I ) pe care am avut -o cand am i nstalat panoul.

In continuare sunt prezentate cateva dintre fenomenele care limiteaza cresterea
eficienteicelulelor fotovoltaice: O parte semnificativa din fotonii care alcatuiesc radiatia solara,
au un nivel energetic insuficien t pentru a determina trecerea electronilor de pe stratul de valenta
pe cel de conductie;
Energia fotonilor cu nivel energetic prea scazut, se transforma In caldura si nu In energie
electrica; Apar pierderi optice datorate reflexiei dadiatiei solare , pe suprafata celulelor
fotovoltaice; Apar pierderi datorate rezistentei electrice a materialului semiconductor sau
cablurilor electrice de legatura;

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

8
Defectele de structura a materialelor din care este realizata celula fotovoltaica Inrautatesc
performantele acestora.

In aceasta diagrama sunt prezentate eficientele maxime teoretice, ale conversiei fotovoltaice
care pot fi atinse In conditii optime, pentru diferite tipuri de materiale semiconductoare, Impreuna
cu valoarea “barierei energetice” adica diferenta din tre nivelul energetic al benzii de conductie si
al benzii de valenta.
Aici, instalatiile, sistemele, centralele electrice care folosesc panouri cu celule fotovoltaice
monocristaline au o stabilitate in timp mai buna, pierzand numai 15 -17%, si poate , acesta este
argumentul principal care ne convinge in final ca, daca ne permitem financiar si avem de unde
alege, la acelasi necesar de putere instalata: alegem panouri solare fotovoltaice cu celule
monocristaline.
Aceste 2 caracteristici vor fi si mulate in CAPITOLUL II pentru a oferi informatii relevante
despre panourile folosite in proiectarea sistemelor dorite . Cu ajutorul acestor simulari ,
utilizatorul va avea posibilitatea de a face o decizie optima in alegerea panourilor potrivite pentru
instalatia sa .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

9
In figura 2 sunt cateva exemple de sisteme fotovoltaice cu toate componentele lor
(generator de backup , acumulatori , controller, invertor).

1.3 Modulul panoului fotovoltaic
Pentru a obtine o sarcina adecvata la iesirea sistemului , celulele PV sunt conectate in
serie pentru a forma un modul PV. Din moment ce sistemele PV functioneaza la multiplii de 12
volti , modulele sunt proiectate pentru un regim de functionare optim in aceste sisteme . Scopul
acestei proiectari este sa conect am un numar suficient de celule in serie pentru a mentine voltajul
modului intr -un domeniu admisibil pentru sistemul de stocare (acumulatori).

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

10
Daca se indeplinesc aceste conditii , sarcina la iesire dintr -un modul poate fi mentinuta
aproape de maxim um. In conditiile in care soarele este captat cu eficienta (o zi normala de vara
fara perturbari meteorologice) , votajul acestui modul va fi aproximativ 16 -18V.
Atunci cand se conecteaza un modul in sistem , o problema care se ia in considerare este
ce se intampla cu modulul cand nu este iluminat. Aceasta se intampla de obicei noaptea , sau daca
pe anumite portiuni, panoul este in umbra .
In conditii de noapte , celulele Pv nu produc suficient curent . In acest caz se poate
considera ca modulul devine un sistem de diode conectate in serie care ulterior interfereaza cu
sistemul de stocare .
Aceasta problema rezulta in descarcarea acumulatorilor direct in sistemul fotovoltaic .
Pentru a rezolva aceasta problema se introduce o dioda la acest modul pentr u a impiedica
curentul sa mearga in directia opusa (Figura 4) . Aceasta dioda de blocaj va avea cadere de
tensiune pe catod asociat cu pierderi de enrgie cu putin peste 1 watt atunci cand modulul este in
functionare.
Daca modulul aprovizioneaza sistemul c u 50 wati , aceste pierderi reprezinta doar 2 -3%
din totalul sarcinii produse de modul .
De regula , producatorii de module fotovoltaice specifica caracteristicile de fuctionare in regim
optim , cum ar fi : voltajul in circuit deschis / curentul de scurt -circuit pentru modul precum si
puterea maxima generata de modul in conditii solare normale .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

11
1.4 Matricea Pv
Daca modulele Pv produc cantitati mai mari de energie solara , ele trebuiesc conectate
intr-o forma ce permite transmiterea energiei eficient catre retea . Conexiunile permit
transmiterea unui voltaj mai mare , in timp ce conexiunile in serie dau curenti m ai mari pentru
retea .Cand modulele sunt conectate in serie , este de preferat ca sa mentinem puterea maxima a
fiecarui modul la un curent constant . Cand aceste module se conecteaza in paralel , trebuie sa
produca energie maxima la acelasi voltaj .

In functie de sarcina produsa de fiecare matrice in parte , exista diferite tipuri de
invertoare folosite . Selectia invertoarelor potrivite consta in tipul de unda pe care il descrie
sarcina si de eficienta invertorului.
Aceasta depinde si de tipul de sis tem proiectat (fie o retea de panouri sau un sistem independent).
Performantele matricelor Pv depind de aceste invertoare , carecterizate de puterea totala
care o transmit , descrierea semnalului sarcinii si distorsionare armonica . Din moment ce orice
consumator doreste capacitate maxima de energie pentru a acoperi cat mai mult din consumul sau
, este important sa luam in considerare eficienta / cost .
In general , se folosesc invertoare de tipul "square -wave" (care prezinta caracteristicile
unui semnal dreptunghiular). Avantajul acestora este dat de costul lor (sunt viabile ca pret) si au
capacitatea de a capta curenti cu o distorsionare armonica moderata . Cele mai folosite tipuri de
invertoare pentru matrici Pv sunt : invertoare PWM (costisitoare , da r prezinta distorsionare
minima) , invertoare de sinusoida pura(se produc in scara redusa si sunt relativ eficiente) si
invertoarele de sinusoida modificata (care au cea mai mica distorsionare dar eficienta redusa
pentru sisteme independente).

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

12
1.5 Caracteristicile I -V , P -V ale celulei fotovoltaice

Cele mai importante caracteristici ale celulelor fotovoltaice sunt ca si In cazul bateriilor:
Tensiunea, Intensitatea curentului electric, Puterea electrica.

Tensiunea utila a celulelor fotovoltaice , ca si intensitatea curentului electric asigurat,
depind semnificativ de natura materialului semiconductor utilizat la fabricatie, ca si de
dimensiunile acestor celule. In figura 5.8 este reprezentata variatia tensiunii si a intensitatii
curentului electr ic asigurate de o celula fotovoltaica realizata din siliciu si avand dimensiunile de
10x10cm.

Se observa ca tensiunea maxima care poate fi asigurata de celulele fotovoltaice rtealizate
din acest material este de aproximativ 0,5V. Valoarea tensiunii max ime care poate fi asigurata,
depinde foarte putin de intensitatea radiatiei solare, dar valoarea intensitatii curentului electric,
depinde sensibil de acest parametru, prezentand o variatie Intre 0,4A In cazul unei radiatii solare
de 200W/m2si 2,2A In cazu l unei radiatii solare de 1000W/m2

Puterea electrica a celulelor fotovoltaice se calculeaza ca produs dintre tensiunea U si
intensitatea curentului electric I, avand In vedere ca aceste echipamente genereaza curent
continuu. P=U·I

Considerand ca tensiunea este de U=0,5V si intensitatea curentului electric este I=2A, se
poate calcula puterea asigurata de o celula din Si de 100cm2: P=0,5·2=1W. Aceasta valoare
redusa a puterii, arata ca este evidenta necesitatea de a lega mai multe cel ule fotovoltaice In serie,
pentru a se obtine panouri fotovoltaice capabile sa asigure o putere electrica semnificativa.

Din acest motiv si dimensiunile panourilor sunt semnificative. Considerand un panou
realizat din 10×10 celule fotovoltaice de tipul c elor prezentate anterior, dimensiunile acestuia vor
fi 100x100cm=1m2, iar acest panou va putea sa asigure o putere de 10×10=100W.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

13
Pornind de la curbele de variatie a intensitatii curentului electric, cu intensitatea radiatiei
solare, reprezentate In fig ura I -V, si calculand valoarea puterii ca produs dintre tensiune si
intensitate, se pot trasa curbe de variatie a puterii furnizate de celulele fotovoltaice, de tipul celei
din figura P -V
.
Analizand aceasta curba se observa ca valoarea maxima a puterii se obtine In punctul In
care intensitatea curentului electric generat de celula fotovoltaica incepe sa scada. Acel punct de
pe curba de variatie a intensitatii curentului electric, este numit punct de putere maxima MPP
care va fi analizat in detaliu in CAPIT OLUL 2, iar puterea maxima corespunzatoare, poarta
denumirea de putere In punctul de putere maxima PPPM.

Se observa ca si In conditiile In care s -a considerat ca intensitatea curentului electric este
de 3A, ceea ce corespunde unei intensitati foarte mari a radiatiei solare si unei constructii foarte
performante a celulei fotovoltaice, puterea maxima pe care o poate atinge celula fotovoltaica este
de cca. 1,35W, ceea ce sugereaza din nou necesitatea legarii In serie a mai multor celule In
vedrea obtinerii unor panouri fotovoltaice fiind capabile sa asigure puteri de cca. 10…250W.

Trebuie mentionat si faptul ca performantele panourilor fotovoltaice sunt dependente de
temperatura. Astfel cu cat creste temperatura, cu atat scade si eficienta panourilor foto voltaice de
a converti energia radiatiei solare In curent electric. Se poate considera, ca valoare orientativa, o
reducere a eficientei panourilor fotovoltaice cu 0,3%, pentru fiecare grad de crestere a
temperaturii.

De regula performantele electrice ale panourilor fotovoltaice sunt indicate la temperatura
de 25°C. Este evident ca din acest punct de vedere, cea mai eficien ta conversie a energiei solare
in energie electrica si este realizata In spatiul cosmic, unde temperatura este apropiata de 0K.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

14
CAPI TOLUL 2 – PLANIFICAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC
2.1 Arhitectura sistemului
Proiectarea unui sistem de panouri PV este influentata de multipli factori : orientare,
spatiul total valabil pentru retea , tipul de montaj , umbra , lungimile cablurilor de conectiune ,
pozitionarea invertorului .
Modulele PV sunt alese dupa : materialul celulei (monocristaline , policristaline , amorfe )
si tipul modulului (mo dul standard cu/fara cadru , modul de sticla etc).
Specificatiile tehnice ale modulului (date de catre producator) influenteaza in mare iesirea
sistemului total . Regula de baza pentru acoperirea suprafatei de panou este : 1kwP este
aproximativ 10 m2 .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

15
Conceptele acestui sistem sunt determinate de componentele ce redau puterea totala +
invertor . Acest concept duce la proiectarea sitemelor centralizate sau descentralizate .
Conectiunea modulelor inseriata sau paralela va trebui sa fie coordonata optim cu invertorul . In
functie de toleranta modulului , rezulta nepotriviri semnificative atunci cand modulele sunt
montate .
Spre exemplu , daca modulele au o toleranta de +/ -5% si sunt conectate in serie ,
pierderile sistemului sunt mai mici de 1% . Daca mo dulele sunt grupate in functie de curent
(I final sa constant – grupare serie), pierderile se schimba semnificativ cu 0.2% , iar pentru
gruparea dupa voltaj pierderile pot ajunge pana la 8%(V final sa fie constant – grupare paralel).
Invertoarele pe ntru aceste sisteme sunt grupate ca invertoare de sir (pentru module
inseriate) , invertoare individuale (pentru fiecare modul) si invertoare principale (pentru intregul
sistem). Fiecare concept separat prezinta avantaje si dezavantaje . Pentru alegerea un ui concept se
tine seama de tipul aplicatiei care vrem sa o dezvoltam .
Sistem cu invertor central :
1.Conceptul de voltaj scazut
In acest concept (U<120V) , de la 3 pana la 5 module sunt conectate serie .
Avantajul acestui montaj este ca panoul acoperit de umbra (care nu functioneaza la
capacitate maxima) va determina curentul pentru sirul din care face parte . Asadar pierderile de
energie depind in mare de factorul de acoperire a fiecarui sir. Acest concept totusi prezinta si un
dezavantaj , deoarece cur entii mari pot avaria sistemele de legatura intre panouri . Problema se
rezolva prin introducerea unor sectiuni mai mari de cablu intre componente .

2.Conceptul de voltaj ridicat
Este necesar ca sistemele ce se impart in serii mai lungi sa opereze la voltaje mai ridicate
(U>120V). Avantajul acestui concept este utilizarea unor cabluri mai mici de conectiune intre
sectiunile serie -paralel si poate fi folosit ca rezultat al curentilor josi . Dezavantajul apare in
momentul in care panourile sunt supus e la umbra , se inregistreaza pierderi semnificative .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

16
Conceptul Master -Slave
Sistemele fotovoltaice de dimensiuni mari folosesc un invertor central bazat pe principiul
master -slave (unde vor fi introduse alte 2 -3 invertoare). Pentru marimea instalatiei , puterea totala
este impartita la numarul de invertoare . Un invertor este pus in slotul de MASTER si opereaza la
domenii de iradiere mai mici . Odata cu cresterea iradierii , puterea maxima este atinsa iar
invertorul urmator este selectat (SLAVE) si conec tat la retea . Pentru a incarca invertoarele cu o
sarcina potrivita (in mod egal) , se efectueaza cicluri de schimb intre MASTER si SLAVE.
Avantajul acestui concept il constituie faptul ca invertoarele vor functiona eficient in
cazul in care sunt selectat e pentru operatiune . Totusi costurile cresc deoarece preturile
invertoarelor difera la diferite voltaje .

Conceptul Invertorului de Modul
O premisa importanta pentru eficienta sistemului este ca invertoarele sa fie ajustate
optimal pentru modulele PV . Cel mai avantajos ar fi ca fiecare modul sa functioneze permanent
la putere maxima. Asadar dorim ca modului si invertorul sa fie grupate ca un subsistem.
Avantajul acestui concept este extinderea sistemului PV dupa necesitatile utilizatorului .
Invertoarele pentru modul sunt relativ costisitoare . Odata cu montarea invertoarelor de
CurentAlternativ , este necesar sa le monitorizam prin inregistrarea datelor operationale ,
semnalele de avarii si sa le stocam pe acestea .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

17
2.2 Alegerea invertorului
Numarul si puterea la care opereaza aceste invertoare trebuiesc determinate in functie de
puterea totala a sistemului de panouri fotovoltaice . Pentru utilizatorii domestici se recomanda o
proportionalitate de 1:1 intre puterea sistemului si puterea invert orului.
Din moment ce invertoarele opereaza la anumite intervale , puterea totala a panourilor (fie
serie , paralel sau serie -paralel) nu trebuie sa depaseasca aceste intervale cu mult . O metoda
sigura este sa calculam puterea de Curent Continuu in conco rdanta cu puterea nominala a
invertorului (care este o marime de Curent Alternativ). Asadar , puterea nominala AC a
invertorului poate injecta continuu in retea , iar valoarea puterii sistemului poate depasi cu
usurinta 5% din puterea nominala a invertorul ui :
0.8 * P pv < P inv dc < 1.2* Ppv
Factorul de dimensionare a invertorului (c -inv) este raportul intre puterea instalatiei /
puterea nominala a invertorului AC :
0.83 < cINV < 1.25 si cINV = P pv / Pinv ac
Acest factor descrie nivelul de utilizare a invertorului (cuprins in intervalul 0.8 -1.25) .
Pe masura ce intervin perturbatii la nivel de instalatie (cum ar fi pierderi in reteaua de
cabluri / deviatii ale domeniilor de operatiune ) randamentul invertorului poate scadea . In f igura
urmatoare putem observa eficienta invertoarelor in functie de acest factor de dimensionare ( rosu
– valori instantanee , verde – valori la minut , albastru – valori medii la ora)

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

18

Magnitudinea voltajului de invertor este suma voltajelor seriilor de module conectate la
retea . Din moment ce voltajul de modul si cel al sistemului PV depind de temperatura ( cazurile
de extremitati din vara si iarna ) se folosesc anumite operatii pentru dimensionare .
Pentru a permite acestor invertoare sa se potriveasca optim , este important sa luam in
calcul iradierea si temperatura modulelor , deoarece V este direct proportional cu T.
Intervalul de operabilitate trebuie sa coincida cu caracteristic ile I-V ale sistemului . In
figura de mai jos aceste intervale sunt incorporate in curbele IV la diferite temperaturi .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

19
2.3 Optimizarea voltajului (Algoritmi MPPT)
Pentru optimizarea acestei marimi , se stie ca eficienta invertorului depinde de voltaj .
Asadar avem nevoie de grafice de dependente pentru valorile acestor voltaje. Din pacate doar
cativa producatori de invertoare prezinta si caracteristicile I -V la diferite voltaje . Printe
producatorii de top ale invertoarelor de inalta eficienta s e numara : Fronius , Siemens si SMA.
O matrice PV supusa la iradiere uniforma si constanta are o caracteristica curent -voltaj
(caracteristica I -V) . Exista un punct unic pe aceasta curba , numit punctul de putere maxima
(MPP) , la care matricea opereaza c u eficienta maxima si produce la iesire energie maxima.
Cand sistemul se conecteaza la consumator, punctul de functionare va fi la intersectia curbei IV
cu linia de sarcina .

In general punctul acesta(MPP) nu coincide cu punctul de putere maxima a sistemului
fotovoltaic . Pentru a rezolva aceasta problema , un convertor de putere numit maximum power
point tracker (MPPT) este folosit sa mentina punctul de functionare al panourilor in jurul unui
maxim potential . Algoritmul MPPT realizeaza aceasta ope ratiune prin controlul voltajului si
intensitatii panourilor independent . Daca se proiecteaza corect , algoritmul MPPT va localiza
punctul de potential maxim prin calcul si modelare sau prin intermediul unui alt algoritm de
cautare . Acest lucru totusi es te greu de realizat deoarece MPP -ul are o caracteristica neliniara
fata de iradiere si temperatura .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

20
In continuare sunt prezentate 2 exemple de caracteristici I -V la trepte diferite de radiatii ,
dar la temperaturi constante :

Cei mai utilizati algoritmi MPPT sunt : P&O (Perturb and Observe) , Conductanta
incrementata (INC), Capacitate parazita (PC), Voltaj Constant (CV).
Algoritmul P&O
Algoritmul P&O este cel mai des utilizat in practica datorita usurintei cu care se
implementeaza . Acest algori tm lucreaza cu caracteristicile P -V ale panourilor fotovoltaice , la
radiatii diferite(G) sau radiatii uniforme cu temperaturi constante . Aceste caracteristici P -V
prezinta maxime globale in punctul MPP.
Sa presupunem un panou ce functioneaza la A(w,v) ca re este destul de departat fata de
MPP . Algoritmul P&O presupune introducerea unor perturbatii minore , ceea ce modifica
puterea rezultanta a sistemului . Astfel vom masura un ΔP (o diferenta de puteri). Daca ΔP>0 ,
atunci perturbatia acestui voltaj a mutat punctul de functionare al sistemului mai aproape de
MPP. Asadar , introducand perturbatii sistemului in aceeasi directie (de acelasi semn) , vom
deplasa punctul de functionare cat mai aproape de MPP. Pentru valori negative a diferentelor de
puteri , sistemul va avea o comportament total diferit (punctul de functionare si cel de maxim se
vor indeparta unul de celalalt ).
Algoritmul prezinta si anumite dezavantaje : pe masura ce cantitatea de radiatii scade ,
caracteristica P -V se aplatizeaza , ceea ce forteaza algoritmul MPPT sa localizeze punctul de
maxima putere in jurul altor parametrii (perturbarea voltajului si a radiatiei solare) .
Alt dezavantaj il constituie faptul ca algoritmul P&O nu poate determina cu exactitate
cand s -a atins punctul MPP , o sciland in jurul acestuia , schimband semnul perturbatiei dupa
fiecare masurare a diferentei de putere ( ΔP) .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

21

Pentru a rezolva aceste probleme , s -au introdus niste intarzieri (de tipul functie de
“asteptare” sau timp mort) , care cauzeaza o intreruper e a perturbatiilor cand semnul acestora s -a
schimbat de mai multe ori , indicand faptul ca MPP -ul a fost atins. Acest concept reduce oscilatia
MPP si imbunatateste eficienta algoritmului sub radiatii constante , rezultand o usoara robustete.
In final , dup a aplicarea metodei P&O se va calcula eficienta algoritmului MPPT ,
rezultand o valoare de 90% care il situeaza pe locul 2 in topul algoritmilor de optimizare a
voltajului panourilor fotovoltaice (dupa metoda Voltaj -Constant).

– Pactual reprezinta puterea actuala produsa (masurata) de p anourile PV sub controlul MPPT
– Pmax este adevarata putere maxima a panoului (produsa la temperatura/iradiere naturala ).

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

22
2.4 Simulari si masurari
In aceasta sectiune am conceput o diagrama bloc in Simulink (PV_panel.mdl) , cu
configuratie standard dupa un model de sistem fotovoltaic deja existent .
Simularea consta in afisarea pe display a caracteristicilor Curent -Voltaj si Putere -Voltaj a
unui pa nou de 60W cu 36 celule monocristaline SOLAREX MSX -60.
Datele de intrare in sistem sunt :
– Temperatura (25+273.15)
– Rezistenta serie a celulelor : Rs=0.18
– Rezistenta paralel a gruparilor serie : 360.002
– Eficienta montajului n=1.36
– Un generator de semnal analogic de tip “fierastrau” care va simula efectul radiatiei solare
(Irradiance : w/m2)

Componentele circuitului sunt :
– 2 blocuri de tipul “From “ care primesc semnalele de la dispozitiv si le trimit mai departe
ca semnale de iesire (se mai numesc si “routere de semnal”)
– 2 convertoare SPS (simulink physical signal converter) care primesc semnale analogice si
le transforma in marimi fizice (in cazul de fata Amperi)
– un senzor de Curent Continuu
– un senzor de Tensiune
– 2 convertoare PSS (care primesc marimi fizice si le transforma in semnale simulink)
– un generator de tip “rampa” care trimite semnale indirect catre un montaj potentiometric
– un bloc de tipul “Solver Configuration” setat la valoarea “ 1e-8” pentru a imbunatat i
conditiile de desfasurare a simularii . Acest bloc ruleaza pe metoda : Backward Euler cu o
perioada de esantionare de .0001 s.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

23

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

24
Cu o perioada de simulare de 0.2s , in conditii normale de simulare obtinem :

Caracteristica Curent -Voltaj :

Caracteristica Putere -Voltaj

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

25
CAPITOLUL 3 – PROIECTAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC
3.1 Enuntarea problemei
Se pune problema proiectarii unui sistem de energie regenerabila care sa functioneze
optim in conditii meteorologice normale , dar care sa ofere o viabilitate putere -investitie .
Asadar trebuie analizata capacitatea sistemului in concordanda cu investitia facuta de catre
utilizator.
Sistemul fotovoltaic fara acumulatori presupune injectarea in reteaua utilizatorului sau in
reteaua sistemului energetic a productiei de energie electrica . Vom formula astfel 2 metode :
– prima metoda ce presupune un Pi< =Pc(puterea injectata sa acopere consumul
utilizatorului cu o eventuala d epasire a acestui a) ;
– a doua (Pi<Pc) presupune formularea unei functii criteriu care reda amortizarea investitiei
dupa puterea instalata . Minimizarea acestei functii este necesara pentru a calcula eficient
perioada de amortizare .
Acest tip de sistem fot ovoltaic permite o amortizare mai eficienta , din cauza neimplicarii
acumulatorilor sau a regulatoarelor de incarcare pentru acestia. Amortizarea investitiei facuta in
sistem este redusa semnificativ si prin costul de mentenanta care l -ar fi implicat inloc uirea acestor
acumulatori (deoarece acumulatorii domestici prezinta o perioada de viata intre 3 si 5 ani).
Perioada de functionare a sistemelor fotovoltaice este in intermediul orelor 06:00 -20:00 ,
cu eficient a maxima in intervalul 10:00 -15:00 . Datele ilustrate in grafic sunt achizi tionate in
ziua de 9 Mai. Inregistrarile sunt realizate la o perioad a T= 5 sec. incep and cu ora 4:00:00 p ana la
ora 21:59:55. (se pot observa diferite neregularitati din cauza conditiilo r meteorologice):

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

26
3.2 Analiza valorilor de consum energetic
Cu ajutorul datelor inregistrate pe luna mai 2013 din cadrul companiei Enel Distribution
Dobrogea, am reusit sa obtin o analiza a comportamentului consumului energetic dntr -un cartier
al orasului Constanta . Ace ste date vor fi analizate mai departe in comparatie cu cele din Sistemul
Energetic National pentru a verifica daca pot fi folosite ca marimi de configuratie pentru
proiectarea sistemului fotovoltaic .
Asadar , dupa cum putem observa in graficul urmator , consumul energetic (la nivel local)
prezinta in majoritatea zilelor o perioada de maxim si una de minim.

Aceste valori pot prezenta o dependenta liniara cu cele din Sistemul Energetic National .
Aceasta proprietate este esentiala , deoarece nu exista d ate tip esantion la interval de un minut .
Prin determinarea proprietatii de liniaritate , putem folosi datele globale pe post de esantion , iar
ulterior se vor scala la factura utilizatorului pentru a determina evolutia consumului energetic
individual .
Pentru a verifica datele , avem nevoie de o metoda de corelatie care va returna o valoare
(un coeficient de corelatie) . Valorile coeficientilor vor fi comparate intre ele pentru a putea
vedea cat de accentuata este liniaritatea consumurilor. Astfel se v or face 744 corelatii pentru
aceasta etapa.
Cu ajutorul coeficientilor , se va face scalarea productiei cu consumul , pentru a vedea cu
exactitate in ce proportie poate influenta sistemul fotovoltaic amortizarea zilnica dar si lunara a
consumului utilizatorului.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

27
3.3 Corelatii si dependente
In statistica , dependenta este o valoare ce descrie orice relatie intre 2 variabile aleatoare
sau a 2 seturi de date . Corelatia se refera la orice clasa de relatii statistice ce implica dependenta.
Dependenta se refera la situatia in care variabilele aleatoare satisfac o conditie
matematica . Exista coeficienti ce masoara gradele de corelatie (notate cu ‘p’ sau ‘r’) . Cea mai
comuna metoda de determinare a coeficientilor este Coeficientul de Corelat ie Pearson , care
descrie dependentele liniare a 2 variabile (care pot exista chiar daca o valoare este rezultatul unei
functii neliniare a celeilalte – f(x)=y cu f -> neliniara) .
Metoda de corelatie Pearson (“Metoda Produs -Moment”)
Coeficientul de cor elatie se obtine impartind covarianta a 2 variabile la produsul
deviatiilor standard (dispersiilor). Karl Pearson a dezvoltat aceasta metoda din corolarul
inegalitatii lui Cauchy -Schwarz : “corelatia nu poate depasi valoarea 1 in valoare absoluta”.
Mai ex act |p| este cuprins in intervalul [ -1;1];
Formula de calcul a coeficientului Pearson este :

Aplicand aceasta formula se vor obtine coeficientii cu un spectru in jurul valorilor -1/0/1.
Acesti coeficienti determina cat de bine sunt conturate dependentele liniare intre valorile citite in
masuratori .
Daca acest coeficient este <=( -1) putem spune ca au o dependenta liniara negativa , pentru
0 sau valori in jurul acestuia avem marimi necorelate sau aproape necorelate , iar la >=(1) avem
dependente liniare p ozitive (exista o legatura intre marimi).
Este de retinut faptul ca daca 2 variabile sunt independente , atunci coeficientul Pearso n
corespunzator este 0 . Reversibila acestei teoreme este totusi falsa, deoarece coeficientul
detecteaza doar dependentele liniare intre variabile.
Fie functia y=x*x .
Se poate spune in mod cert ca y este liniar dependent de x , dar coeficientul lor Pear son
poate fi 0 . In acest caz ele sunt necorelate (sau independente una de cealalta) si putem afirma cu
certitudine ca necorelarea se identifica cu independenta .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

28

Valorile coeficientului Pearson :

Pentru MATLAB se va apela functia corrcoef(x1,y2) , und e x1 si y2 reprezinta vectori de
dimensiune 31 ce memoreaza valorile consumurilor in MWH si KWH (x1 din Sistemul Energetic
si y2 din Enel Distribution Dobrogea).
– In prima etapa am aplicat functia corrcoef pentru vectori i ce reprezinta zile :
y1; x1;
corrcoef (x1/1000,y1)

Un vector de o zi memoreaza 24 valori , la interval de o ora .
y1 se masoara in KWH iar x1 se masoara in MWH

– In a2 -a etapa am insumat valorile din aceste intervale astfel (S1 -sist. energetic si
S2- consumul local , rezulta nd 2 marimi ce vor fi corelate):

S1=sum(x1:31) S2=sum(y1:31)
corrcoef (S1,S2)

Astfel aplicand aceasta metoda am obtinut valori cuprinse in intervalul [0.9 – 1], ceea ce
ne demonstreaza ca valorile inregistrate prezinta o liniaritate accentuata .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

29
3.4 Proiectarea sistemului dupa consumul mediu (Metoda I)
Pentru un utilizator domestic , factura pe luna mai 2013 a inregistrat 460 KWH consum .
Cu consumul local scalat dupa factura, adaugand si productia panoului de 10w (care produce
aproximativ 0.078KWH in medie pe zi si 1.56 KWH in mai , in conditii normale) vom obtine :

In acest caz , productia panoului y 10w a fost inmultita cu 190 pentru a fi scalata la consum.
Asadar P 10w =0.078*190=14.8 KWH . Si 460/31=14.838 KWH/zi . Din aceste 2 relatii
putem sa concluzionam ca pentru acoperirea consumului in proportie de 99% va trebui sa folosim
o productie de 190 de ori mai mare (f=190).
Tinand cont de eroarea ce a rezultat in urma scalarii facturii la consumul local (e=0.1)
factorul de dimensionare f=190 va deveni f ’ =19.
Un panou fotovoltaic de 190W cu 60 celule si eficienta 14.9% va produce 0.96 KWH in
medie pe zi si 29.6 KWH in luna mai .
Sistemul folosit in continuare va cuprinde :
24 x Panouri fotovoltaice de 190W
1 x Invertor Struder 4000VA
24 x Sistem e prindere panou fotovoltaic
24 x Cabluri si conectori

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

30
Puterea sistemului P=24*190W=4560W (4.5 KW).
Sistemul cu puterea instalata 4.5KW va avea o productie medie de 14.2 KWH/zi si o
productie anuala calculata de 5170KWH dupa cum putem observa in tabelul urmator :

In urmatoarea parte ne vom ocupa de calculul amortizarii investitiei pentru sistemul cu
puterea de 4.5KW . Pentru aceasta va trebui sa luam in considerare pretul panourilor , pretul
invertorului , pretul cablurilor/conectorilor/sistemelor de prindere si costul anual (in RON) a
facturilor de consum ale utilizatorului .
p-instalatie = p -panouri + p -invertor + p -cabluri + p -sistem.prindere
Consumul anual al utilizatorului este de 5194KWH/an .
Productia anuala a sistemului va fi 5170KWH/an .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

31
Pretul unui Kilowatt in RON este : 0.572 .
p-anual=0.572 RON/KWH *5170 KWH/an =>2957.24 RON/an
p-invertor=2540 euro=11371RON.
p-instalatie= 24 *950RON + 1* 11371.83 RON + 24*100RON + 24*100 = 38971RON
Amortizare = p -instalatie/p -anual = 13.178 ani
Cu datele calculate , pe o perioada de functionare de 10 de ani , cu o amortizare de 13.2 ,
utilizatorul va putea ajunge la venituri anuale de aproximativ 10403 RON in urma instalatiei .
In continuare avem prezentata o analiza financiara a sistemului pe 10 ani :

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

32
3.5 Proiectarea sistemului dupa functia criteriu (Metoda II)
Pe acelasi principiu se doreste proiectarea unui sistem de panouri foto voltaice ( care sa
poata acoperi cat mai mult din consumul utilizatorului ) . De data aceasta vom folosi o functie
care va avea ca rezultat amortizarea investitiei dupa o Putere reprezentand o variabila .

Puterea instalatiei nu va mai fi impusa ci va r ezulta in urma calculelor .
Tinand cont ca Pi<Pc (puterea injectata nu va putea atinge valoarea puterii consumate)
acoperirea consumului va avea loc doar in perioada de functionare a sistemului fotovoltaic
(Acoperirea consumului este data de zona de intersectie a graficelor consum -productie )
Decizia pentru puterea instalata va trebui luata de catre utilizator , in functie de investitia
pe care este dispus sa o ofere . In functie de aceasta decizie se calculeaza si restul valorilor ce vor
influenta proiectarea sistemului .
In aceasta metoda , vom pune in evidenta doar preturile panourilor si invertorului .
Astfel : p -instalatie = p -panouri + p -invertor ;
Puterea panourilor va fi analizata pe un interval de [0 -5KW] cu pasul 240W.
Capac itatea invertorului este cuprinsa si ea intre [0 -5KW] cu pasul 1KW.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

33
In vederea proiectarii sistemului am ales modelul de panou SF220 -30-1P240L de 240W
cu urmatoarele caracteristici :
 randament si eficienta mare de conversie a energiei
 sortare pozitiva 0 / +5 W
 cadru robust din aliaj de aluminiu cu gauri pentru instalare rapida
 incapsulare avansata EVA cu triplu -strat, indeplineste cele mai stricte cerinte de siguranta
pentru inalta tensiune
 diode bypass pentru a preveni pierderea de putere din cauza umbririi
 process de fabricatie certificat ISO 9001 si ISO 14001
 Aplicatii: sisteme conectate la retea, sisteme de pompare a apei, purificare a apei, iluminat,
sisteme fotovoltaice individuale, sisteme de iluminat stradal, de semnalizare trafic rurier,
alimentare facilitati medicale in zone indepartate, statii repetoare radio/microunde
 PRET : 1047.55 LEI

Invertoarele folosite in retea sunt cuprinse in intervale individuale ajungand la o
potrivire de putere instalata -putere invertor .
Astfel am ales invertoare din gama SMA Solar Technology :

Inverto arele de retea cu transformator sunt utilizat e in cele mai multe sisteme fotovoltaice
conectate la retea gratie izolatiei galvanice dintre sectiunea de intare de curent continuu si iesirea
de curent alternativ. Acestea pot fi utilizate si cu panourile care necesita legarea la pamint a
unuia din terminalele electrice de curent continuu.
Dispozitivele sunt prevazute cu element integrat de deconectare a intrarii de curent
continuu (ESS DC switch -disconnector) ce permite o instalare simpla si cu costuri
reduse. Invertorul este programat dupa un algoritm de urmarire a punctului de putere maxima
OptiTrac care asigura o eficienta foarte ridicata chiar si in conditii climatice dinamice
transformand la un randament foarte bun, energia solara in energie electrica .

Castigul lunar va fi o functie de energie si cost : Egenerat(KW) * Pret(RON/KW) .

Numarul de panouri n = (Pinstalat /Ppanou) ; Ppanou=240W

Costul sistemului pentru Pinstalat = n*pret panou ;

Pretul invertorului va corespunde intervalelor de putere a sistemului :
[P1-P2] – pret 1
[P2-P3] – pret 2
[P3-P4] – pret 3
[P4-P5] – pret 4
[P5-P6] – pret 5
[P6-P7] – pret 6
[P7-P8] – pret 7
[P8-P9] – pret 8
……………………..
[Pn-Pn+1] – pret n

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

34
Trebuiesc luate in considerare dependentele intre pret – putere atat pentru panouri cat si
pentru invertoare . Pe baza acestor dependente va rezulta pretul final al instalatiei :

Astfel se formuleaza functia criteriu :
F(Putere) = pret -instalatie/castig -lunar care devine :
f(x)= (p.panouri+p.invertor) / [ Egenerat(KW H) * Pret(RON/KW H)]
f(x) are ca rezultat timpul de amortizare in luni/ani .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

35
In urmatoarea parte sunt prezentate estimarile productiei sistemelor fotovoltaice din
intervalul [0-5KW] . Acestea sunt necesare pentru determinarea castigului anual . Calculele au
fost facute cu conditiile :
– introducerea puterii nominale ale sistemulu i (Pinstalat )
– pierderile estimate pentru temperaturi si radiatii solare scazute : 10%
– pierderile inregistrate in urma modificarii unghiulare : 3%
– pierderile in sistem (cabluri+invertoare) : 1-3%

Functia criteriu va fi reprezentata astfel : f(x) = pret -instalatie / energie anuala
reprezentand perioadele de amortizare pentru fiecare grupare de panouri (de la 0 la 5040W ->22
valori de amortizare):

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

36

Aplicand relatia de minimizare in MATLAB : minimum=fminbnd(y15,240 0,4800) vom
cauta in intervalul de incertitudine [240 0;4800] valoarea de minim a functiei . Am ales aceasta
metoda deoarece functia pe care am dezvoltat -o este de tip polinomiala de gradul I fara restrictii
(a*x+b=0);

Astfel minimul calculat de program se va si tua la valoarea 1.0e+004 * 0.0008 .
Cea mai eficienta perioada de amortizare a functiei va fi de 8 ani , corespunzatoare unei
puteri instalate de 2400 -2880 W cu pretul cuprins in [ 17381.5 – 19477.6 ] si productia anuala
cuprinsa in intervalul [ 3320 – 3980 ]WH.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

37
3.6 Analiza comparativa a metodelor de implementare
Dupa ce am formulat metodele de proiectare , am concluzionat ca ambele returneaza o
perioada de amortizare , cat si un castig anual .
Asadar, prima metoda este mai eficienta din punct de vedere consum -productie ,
necesitand o investitie mai mare totodata (cu o amortizare destul de lenta a costurilor). Metoda a
fost proiectata pentru un consumator mediu (de tipul firma/intreprindere de dimensiune mica) si
unul din avantajele benefie ale ace stei metode este acoperirea totala a consumului dupa o
perioada de 13 ani . Firma care adopta aceasta metoda va avea posibilitatea sa reduca per total
costurile de investitie , si sa inceapa profitul de pe urma energiei produse dupa perioada anului al –
13lea ajungand sa elimine plata consumului de energie electrica din profit .

Cea de -a doua metoda presupune , acoperirea consumului doar pe perioada in care
functioneaza sistemul fotovoltaic si prezinta un singur dezavantaj : acoperirea a unui anumit
procent din consumul utilizatorului . Astfel utilizator prin functia criteriu poat e sa decida ce
putere se potriveste mai mult standardelor sale financiare si poate lua decizia optima in alegerea
unui sistem fotovoltaic pentru a obtine un profit . Pe o perioada calculata optim de aproximativ 8
ani de zile , orice utilizator domestic poa te construi un sistem de panouri fara a investi foarte
multi bani , ajungand la amortizarea facturilor sale , in functie de cresterea anuala a pretului
kilowattului .

Pentru proiectarea unor astfel de sisteme vor trebui monitorizate consumurile de pe
ultimul an (cel putin) pentru a se putea crea o perspectiva despre evolutia consumului pe
parcursul instalarii sistemului . Aici intervin metodele de corelatie de consum , care ne ajuta sa
aflam daca ceea ce consuma utilizatorul este in conformitate cu marim ile inregistrate la nivel de
retea , deoarece panourile sunt proiectate sa respecte conditiile nominale de productie nationala
(dupa standare continentale – EUROPA , AMERICA DE NORD , ASIA , AFRICA etc) .

Se poate spune ca la nivel national in Romania pro ductia de energie si consumul sunt
foarte bine corelate , prin faptul ca se produce un procent de energie peste nivelul consumului
national , pentru a respecta relatia cerere -oferta .

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

38
CAPITOLUL IV – CONCLUZII
Panourile solare au aparut din nevoia de a avea solutii la metodele limitate de
producere a energiei electrice si probleme odata aparute cu folosirea acelor metode.
Si aici ne referim in principal la poluare, rezultata in urma arderii de orice tip.
Rezumand, panourile solare nu au facut decat sa ne ajute sa depasim aceste
probleme.

Pentru tara noastra, solutiile sunt mai limitate, dar nu foarte mult. Din cauza
perioadei tot mai mici in care efectiv nu se pot folosi panourile solare, tot mai multi
se gandesc sa faca o astfel de investitie, ce se poate rambursa in cativa ani.

Beneficiile globale ale folosirii sistemelor solare ar fi urmatoarele:

– Panouri solare nu contribuie la incalzirea globala, deoarece nu contamineaza
aerul prin eliberarea de dioxid de carbon sau alti poluanti. De exemplu
comb ustibili fosili, cum ar fi de carbunele, petrolul si gazele naturale ce sunt
folosite pentru a produce energie electrica, emit circa 10.3 milioane de tone
de dioxid de sulf, 3.9 milioane de tone de oxizi de azot, de 2.4 miliarde de
tone de dioxid de carbon , si peste 50 de tone de mercur, intr -un singur an.
– Nu numai ca acest lucru este periculos pentru mediu, dar este un pericol
pentru sanatatea oamenilor, pentru ca aceste emisii sunt toxice. In fiecare an,
aceste emisii de gaze de crestere considerabil. (S tatistica este luata din
Jurnalul de statistica in domeniul energetic al Guvernului Statelor Unite,
http://www.eia.doe.gov, am incercat sa obtinem initial date asemanatoare
despre Romania, dar fara rezultat pana in prezent.)

– Panouri le solare sunt cele mai curate surse alternative de energie. Poluarea
mediului este aproape de zero, care face o mai buna modalitate de a trai
dincolo de generatii. Energia produsa de panourile solare poate incet incet sa
acopere o buna parte din necesarul zilnic. Cu cat tehnolo gia avanseaza mai
mult, cu atat rezultatele sunt mai imbucuratoare.

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

39

S-a stabilit deja de mult timp, energia solara continua sa ne
imbunata teasca viata! Cand imagina tia nu cunoaște limite și oamenii
investesc mai departe in tehnologie, de la un breloc solar la o drona
alimentata cu energie solara pare s a se fi facut doar un pas.
Progresele in tehnologia celulelor solare fotovoltaice pot face din
drone un aparat mult mai puternic, nu numai pentru campul de lupta, ci și
pentru pentru scopuri civile, cum ar fi stingerea incendiilor și monitorizarea
gazelor. (FORBES MAGAZINE 2012)

Proiect de diploma – “Proiectarea Sistemelor Fotovoltaice”

40
BIBLIOGRAFIE

1. Photovoltaic System Engineering , second edition – Roger A. Messenger, Jerry
Ventre

2. Planning & Installing Photovoltaic Systems , second edition – The German
Energy Society

3. Simulation Software for PV Systems :
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
4. Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms ,D. P. Hohm
and M. E. Ropp , Electrical Engineering Department, South Dakota State
University, Brookings, 12 Feb 2012 USA
5. MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell , Tarak Salmi,
Mounir Bouzguenda, Adel Gastli, Ahmed Masmoudi ,
INTERNATIONAL JOURNAL of RENEWABLE ENERGY RESEARCH Vol.2,
No.2, 2 012