Sistem Fotovoltaic Si Portabil Pentru Actionarea Unei Motocoase

SISTEM FOTOVOLTAIC ȘI PORTABIL PENTRU ACȚIONAREA UNEI MOTOCOASE

Cuprins

Introducere

1.Studiul actual al surselor energetice regenerabile cu panouri fotovoltaice

2.Studiul unei motocoase standard cu motor termic

3.Tipuri de motocoase electrice

4. Cerințele de proiectare pt un model de motocoasă electrică

5. Soluții constructive

6. Detalierea modelării și simulării interfeței HMI pentru sistemul fotovoltaic

7. Aspecte de ergonomie și ușurință utilizării utilajului

8. Proiectarea sistemului modular combinat

9. Implementarea practică

10.Concluzii

Bibliografie

Anexe.

Introducere

Energia transmisă prin intermediul radiației solare reprezintă aproape în totalitate energia disponibilă de pe Pamânt. Energia furnizată de soare este abundentă, inepuizabilă, nepoluantă, și permite exemplificarea eficientă a acestui demers în anumite condiții care sunt dezvoltate în aceasta lucrare.

Energia solară ne aduce lumină și căldură, dar stă de asemenea la originea fotosintezei plantelor, a ciclului apei, a vânturilor. Combustibilii fosili (petrol,gaz,cărbune) pe care îl folosim din abundență au ca origine energia de fotosinteză acumulată timp de milioane de ani.

Energia venită de la soare este gratuită și disponibilă instantaneu și poate fi folosită pentru numeroase aplicații care înlocuiesc energiile tradiționale cu rezerve limitate. Energia solară fotovoltaică provine din conversia directă a razelor solare în electricitate.
Termenul fotovoltaic provine de la grecescul photos care înseamnă lumină și de la numele fizicianului italian . Principiul efectului fotovoltaic a fost descoperit în 1839 de fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel. În ciuda importanței acestei descoperiri, a trebuit să se astepte sfârșitul anilor ’50 pentru a se vedea apariția primelor aplicații industriale, în special în domeniul spațial.

Primul panou fotovoltaic convențional a fost produs în anii 1950, și în întregime în anii 1960 unde au fost folosite pentru a produce curent electric pentru sateliții ce orbitează în jurul Pământului. În anii 1970, modificările în manufacturare, performanță și calitatea modulelor fotovoltaice au ajutat la reducerea costurilor și a deschis multe oportunități pentru alimentarea unor dispozitive terestre la distanță, inclusiv încărcarea bateriilor pentru ajutorul navigării, semnalelor, echipamentelor de telecomunicație și alte dispozitive reduse de putere. În anii 1980 fotovoltaicele au devenit o sursă de alimentare populară pentru dispozitivele consumatoare de curent, inclusiv calculatoare, ceasuri, radio, lanterne și alte aparate cu mici încărcări de baterii. Urmând energetica din anii 1970, eforturi semnificative au fost făcute pentru a dezvolta puterea sistemelor fotovoltaice pentru folosirea lor, atât în scopuri comerciale și rezidențiale de sine stătătoare, pentru alimentarea la distanță, cât și pentru dispozitivele utilitate-conectate. În aceeași perioadă, aplicații internaționale pentru sistemele fotovoltaice pentru a alimenta clinici de sănătate rurală, refrigerare, pompe de apă, telecomunicații și gospodarii au crescut dramatic, rămânând o oportunitate foarte mare pe piața globală, dar și internă pentru produsele fotovoltaice și în prezent.

Conținutul acestui proiect urmărește proiectarea unui sistem de alimentare a unei motocoase cu ajutorul unui sistem fotovoltaic portabil, asigurându-se astfel independența energetică față de distribuitorul de energie electrică și față de consumul de carburant.

Lucrarea este structurată pe zece capitole în care se trateaza probleme privind studiul diferitelor tipuri de motocoase termice și electrice, modelarea sistemului, activitatea solară din zona de utilizare a motocoasei și de determinare și dimensionarea sistemului.

Astfel, în primul capitol, Studiul actual al surselor energetice regenerabile cu panouri fotovoltaice, am abordat din punct de vedere teoretic modalitățile de clasificare și de evidențiere ale diferitelor tipuri de de celule fotovoltaice, principiul lor de funcționare, conectarea lor, dar și determinarea panourilor fotovoltaice și modul de fabricare ale acestora.

În capitolul al doilea, Studiul unei motocoase standard cu motor termic, s-a evidențiat diferitele tipuri de motocoase termice.

În capitolul al treilea, Tipuri de motocoase electrice, se regasește clasificarea tipurilor de motocoase electrice.

În capitolul al patrulea, Cerințele de proiectare pt un model de motocoasă electrică, sunt expuse datele tehnice ale motocoasei utilizate.

În capitolul al cincelea, Soluții constructive, sunt expuse diferite tipuri de motocoase si panouri.

În capitolul al șaselea, Detalierea modelării și simulării interfeței HMI pentru sistemul fotovoltaic, s-a modelat întreg sistemul fotovoltaic.

În capitolul al șaptelea, Aspecte de ergonomie și ușurință utilizării utilajului, s-au expus aspecte priving ergonomia sistemului.

În capitolul al optulea, Proiectarea sistemului modular combinat, s-a prezentat dimensionarea instalației și activitatea solară. Dimensionarea s-a facut prin calcule, determinând puterea nominală a motocoasei și alegerea componentelor sistemului.

În capitolul al noualea, Implementarea practică , sunt expuse detalii cu sistemul fotovoltaic.

În ultimul capitol, Concluzii și contribuții personale, se regasesc concluziile si impresiile personale asupra întregului sistem.

Capitolul 1

Studiul actual al surselor energetice regenerabile cu panouri fotovoltaice

1.1 Celule fotovoltaice.Panouri fotovoltaice

1.1.1 Celula solară

Celula solară este realizată din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai folosit fiind siliciul. Aceste straturi de material au o grosime cuprinsă între 0,001 și 0,2 mm și sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni P și N, structura acestora fiind asemănătoare cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o deplasare a electronilor din material și ce va genera un curent electric.

Celulele solare mai numindu-se și celule fotovoltaice, au o suprafață foarte mică și curentul generat de o singură celulă este mic, dar combinații serie, paralel ale acestor celule pot produce curenți suficienti pentru a fi utilizați în practică. Pentru aceastea celulele sunt încapsulate în panouri care le oferă rezistență mecanică și la intemperii.

1.1.2 Tipuri de celule solare. Clasificarea celulelor

Clasificarea celulelor solare se poate face după mai multe criterii. Unul dintre cele mai folosite criterii de clasificare este după grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat gros și celule cu strat subțire.

O altă modalitate de clasificare este după felul materialului: se folosește spre exemplu, ca materiale semiconductoare combinațiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul.

Un alt tip de clasificare este după structura de bază, unde deosebim materialele cristaline (mono/policristaline) respectiv amorfe. În fabricarea celulelor fotovoltaice pe lângă materiale semiconductoare, mai nou există posibiltatea utilizării și a materialelor organice sau a pigmenților organici.

 În funcție de materialele folosite în procesul de fabricație celulele solare pot fi:

1.1.2.1 Celule pe bază de siliciu

Strat gros

– Celule monocristaline (c-Si)

Acest tip de celule are un randament mare în producția în serie și se poate atinge un randament energetic de până la peste 20 %. În procesul de fabricație al acestui tip de celule se consuma o mare cantitate de energie, ceea ce are o influență negativă asupra perioadei de recuperare, adică timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare devine egal cu cantitatea de energia generată.

– Celule policristaline (mc-Si)

Acest tip de celule are un randament energetic de peste 16% la producția în serie. Pentru proceseul de fabricație al celulelor se cosumă o cantitate relativ mică de energie, și au până în prezent cel mai bun raport preț-performanță.

Strat subțire

  – Celule cu siliciu amorf (a-Si)

Celulele cu siliciu amorf au un randament energetic al modulelor cuprins între 5-7 %. Acestea au cea mai mare pondere pe piață la celule cu strat subțire. Pentru producția acestui tip de celule nu întampină problele în aprovizionare chiar și la o producție de ordinul TeraWatt;

-Celule pe bază de siliciu cristalin (microcristale (µc-Si))

Dacă sunt în combinație cu siliciul amorf dau randament mare, iar tehnologia de fabricație este aceeași ca la siliciul amorf.

1.1.2.2 Celule pe bază de elemente din grupa III-V

Celule cu GaAs

Acestea prezintă un randament mare, nefiind afectate la schimbările de temperatură, iar la expunerea îndelungată la o temperatură mare pierdere de putere este mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu. Acestea prezintă câteva dezavantaje cum ar fi robustetea vizavi de radiația ultravioletă și tehnologia scumpă. Acest tip de celule se utilizează de obicei în industria spațială (GaInP/GaAs,GaAs/Ge).

1.1.2.3 Celule pe bază de elemente din grupa II-VI

Celule cu CdTe

Acest tip de celule prezintă o tehnologie foarte avantajoasă CBD (depunere de staturi subțiri pe suprafețe mari în mediu cu pH , temperatură și concentrație de reagent controlate). În experimentele de laborator s-a atins un randament de 16 % al celulelor. Pentru că nu se cunoaște fiabilitatea, modulele fabricate până acum au atins un randament sub 10 %. Din motive de protecția mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă.

1.1.2.4 Celule CIS, CIGS

CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs în stație pilot, respectiv Cupru-Indiu-Disulfat, iar CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat.

1.1.2.5 Celule solare pe bază de compuși organici

Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine. Aceste celule prezintă un impediment faptul că aceste celule au un randament redus și o durată de viață redusă (max. 5000h).

1.1.2.6 Celule pe bază de pigmenți

Numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie electrică, această procedură se bazează pe efectul de fotosinteză. De obicei, sunt de culoare mov.

1.1.2.7 Celule cu electrolit semiconductor

Acest tip de celule sunt foarte ușor de fabrica, dar puterea și siguranța în utilizare sunt limitate. De exemplu soluția:oxid de cupru/NaCl

1.1.2.8 Celule pe bază de polimeri 

Acest tip de celule momentan se află doar în fază de cercetare.

Celule solare pe bază de siliciu

Cel mai utilizat material pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este Siliciul. Dacă la început pentru producerea celulelor solare se utilizau deșeuri rezultate din alte procese tehnologice pe bază de semiconductori, astăzi se apelează la materiale special fabricate în acest scop. Pentru industria semiconductorilor, siliciul reprezintă materialul aproape ideal. Acesta este ieftin, se poate produce întru-un singur cristal la un înalt grad de puritate și se poate impurifica în semiconductor de tip N sau P. Printr-o simplă oxidare se pot crea straturi izolatoare subțiri. Totuși lărgimea zonei interzise fac siliciul mai puțin potrivit pentru exploatarea directă a efectului fotoelectric. Celule solare pe bază pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puțin 100 µm sau mai mult pentru a putea absorbi lumina solară eficient.

La celulele cu strat subțire de tip semiconductor direct ca de exemplu GaAs sau chiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată, sunt suficiente 10 µm.

În funcție de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu:

•Monocristaline: Aceste celule sunt confecționate din plăci de siliciu dintr -un cristal. Aceste cristale reprezintă materia de bază pentru industria de semiconductori și sunt destul de scumpe.

•Policristaline: Aceste celule sunt confecționate din plăci ce conțin zone cu cristale cu orientări diferite. Acestea pot fi fabricate prin procedeul de turnare și sunt mai ihiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată, sunt suficiente 10 µm.

În funcție de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu:

•Monocristaline: Aceste celule sunt confecționate din plăci de siliciu dintr -un cristal. Aceste cristale reprezintă materia de bază pentru industria de semiconductori și sunt destul de scumpe.

•Policristaline: Aceste celule sunt confecționate din plăci ce conțin zone cu cristale cu orientări diferite. Acestea pot fi fabricate prin procedeul de turnare și sunt mai ieftine, deci ca atare cele mai răspândite în producția de dispozitive fotovoltaice. Deseori ele se numesc și celule solare policristaline.

 •Amorfe: Celulele solare constau dintr-un strat subțire de siliciu amorf (fără cristalizare) și din această cauză se numesc celule cu strat subțire. Se pot produce prin procedeul de condensare de vapori de siliciu și sunt foarte ieftine, dar au un randament scăzut în spectrul de lumină solară, și prezintă un avantaj la lumina slabă. De aceea, se utilizează în calculatoare de buzunar și ceasuri.

 •Microcristaline: Acestea sunt celule cu strat subțire cu structură microcristalină. Au un randament mai bun decât celulele amorfe și nu au un strat atât de gros ca cele policristaline. Se utilizează parțial la fabricarea de panouri fotovoltaice, dar nu sunt atât de răspândite.

•Celule solare tandem: Acestea sunt straturi de celule solare suprapuse, de obicei o combinație de straturi policristaline și amorfe. Straturile sunt din materiale diferite și astfel acordate pe domenii diferite de lungimi de undă a luminii. Prin utilizarea unui spectru mai larg din lumina solară, aceste celule au un randament mai mare decât celulele solare simple. Se utilizează parțial la fabricarea de panouri solare dar sunt relativ scumpe. O ieftinire apreciabilă se va obține prin utilizarea în combinație cu sisteme de lentile, așa numitele sisteme de concentrare.

1.1.3 Îmbătrânirea celulelor

Prin îmbătrânirea celulelor se înțelege modificarea parametrilor de funcționare a elementelor semiconductoare a celulelor solare în timp. În cazul de față în special scăderea randamentului pe parcursul vieții acestora, perioada luată în considerare este de cca 20 ani. În condiții de utilizare terestră, randamentul scade cu cca 10 % pe când în spațiu acest procent se atinge într-un timp mult mai scurt datorită câmpurilor de radiații mult mai puternice.

Pierderea de randament în utilizare se datorează în multe cazuri unor cauze banale independente de celulele solare. Aici se amintesc murdărirea suprafețelor sticlei de protecție a modulelor, mucegăirea pornind de la rama modulului, umbrirea modulelor de către vegetația din jur crescută între timp, îngălbirea polimerilor ce constituie materialul de contact între celulă și sticlă.

1.1.4 Conectarea celulelor fotovoltaice

O celulă fotovoltaică generează o tensiune de aproximativ 0.5V, această tensiune nefiind suficientă pentru aplicatiile uzuale. Pentru obținerea de tensiuni mai ridicate, celulele fotovoltaice sunt legate în serie, iar pentru obținerea de curenți mai mari se conectează mai multe celule fotovoltaice în paralel. Pentru diferite aplicații se folosesc conexiuni mixte de celule fotovoltaice.

1.1.4.1 Conectarea celulelor in serie

Pentru montarea în serie a celulelor se permite obținerea unei tensiuni mai mari, deoarece tensiunea celulelor se adună.

Fig 1.1 Montaj serie

În condițiile în care o celulă dintr-un modul fotovoltaic este umbrită, atunci acea celulă va determina limitarea puterii celorlalte celule. Când o celulă este umbrită sau o parte dintr-un șir de celule este umbrit va reduce puterea proporțional cu suprafața umbrită a unei celule. În schema de mai jos s-a prezentat un astfel de exemplu:

Fig 1.2 Montaj serie cu efectul umbriri

1.1.4.2 Conectarea celulelor în paralel

Pentru realizarea unor conexiuni în paralel a celulelor, acestea trebuie să aibă aceeași tensiune la borne, iar curentul acelei grupări reprezintă suma curenților la bornele fiecărei celule. În figura de mai jos este prezentată o conexiune paralelă a celulelor fotovoltaice.

Fig 1.3 Montaj paralel

1.1.4.3 Conexiune mixtă (serie/paralel)

Conexiunea mixtă este cea mai folosită, deoarece prin această conexiune se obțin cele mai bune valori pentru instalație.

Fig 1.4 Conexiunea mixtă

În figura următoare este prezentată o conexiune mixtă umbrită. Această umbrire influențează eficiența celulelor cu o treime asupra producției temporare.

Fig 1.5 Montaj mixt cu efectul umbriri

1.1.5 Panoul fotovoltaic

Un panou solar fotovoltaic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar sunt celulele solare. Având în vedere faptul că un singur panou poate produce o cantitate limitată de putere, multe instalații conțin mai multe panouri. Un sistem fotovoltaic poate să conțină de obicei o serie de panouri fotovoltaice, un invertor, poate să conțină și un sistem de baterii și cablurile de interconectare. Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici, cum ar fi tensiunea de mers în gol sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a îndeplini condițiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura:

•protecție transparentă împotriva radiațiilor și intemperiilor 

•legături electrice robuste

  •protecția celulelor solare rigide de acțiuni mecanice

  •protecția celulelor solare și a legăturilor electrice de umiditate

  •asigurarea unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

•protecția împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

  •posibilitatea manipulării și montării ușoare

Se cunosc diferite variante de construcție a modelelor existente de panouri solare.

1.1.5.1 Elementele constructive ale unui panou solar

Elementele constructive ale unui panou sunt următoarele:

• Un geam de protecție pe fața expusă la soare. Acesta este un geam securizat monostrat.

 • Un strat transparent din material plastic în care se fixează celulele solare.

 • Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor;

• Caserarea feței posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la

Intemperii.

• Priză de conectare prevăzută cu diodă de protecție, respectiv diodă de scurtcircuitare și racord.

 • O ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare și montare, pentru fixare și rigidizarea legăturii.

1.1.5.2 Procesul de fabricație a panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activă expusă la soare. La început se pregătește și se curăță un geam de mărime corespunzătoare. Pe acesta se așează un strat de folie de etilen vinil acetat (EVA) adaptat profilului celulelor solare utilizate.

Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe care mai apoi se așează pe folia de EVA după care se face conectarea grupelor între ele și racordarea la priza de legătură prin lipire. În final, totul se acoperă din nou cu o folie EVA și peste aceasta o folie tedlar. Pasul următor constă în laminarea panoului în vacuum la 150 °C. În urma laminării din folia EVA plastifiată, prin polimerizare, se va obține un strat de material plastic ce nu se va mai topi și în care celulele solare sunt bine încastrate și lipite strâns de geam și folia de tedlar. După procesul de laminare, marginile se vor debavura și se va fixa priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o ramă metalică, se măsoară caracteristicile și se sortează după parametrii electrici după care se împachetează.

1.1.6 Rolul diodei by-pass

În momentul în care o parte dintr-un modul fotovoltaic este umbrită, celelalte celule acoperite nu vor putea produce la fel de mult curent ca celulele neacoperite. Având în vedere că toate celulele sunt conectate în serie, aceeași cantitate de curent trebuie să curgă prin fiecare celulă.

Celulele neacoperite vor forța celulele acoperite să permită trecerea unui curent mai mare decât noul lor curent de scurtcircuit. Singura cale în care celulele acoperite pot opera la un curent mai mare decât curentul de scurtcircuit este să opereze într-o regiune de voltaj negativ care duce la o pierdere netă de tensiune în sistem. Curentul înmulțit cu această tensiune negativă dă puterea negativă produsă de celulele umbrite. În cele din urmă celulele umbrite vor disipa puterea prin căldură și vor crea puncte fierbinți, scăzând în același timp randamentul total al grupului de celule. Efectul acestei umbriri este dependent și de felul în care modulul este umbrit. În momentul în care un panou este acoperit în proporție de 75% este mult m-ai rău decât dacă acesta este acoperit în proporție de 25% din suprafață panoului. Deci, dacă nu se poate evita umbrirea trebuie încercată o împrăștiere pe un număr mai mare de celule. O metodă de a minimiza efectele acestui fenomen o reprezintă folosirea de diode by-pass în cutia de joncțiune. Diodele by-pass permit curentului să treacă pe lângă celulele acoperite reducând astfel pierderile de tensiune prin modul. În momentul în care modulul este acoperit, dioda by-pass intră în polarizare directă și începe să conducă curent. Tot curentul care are o valoare mai mare decât noul curent de scurtcircuit al celulei trece prin diodă, reducând drastic încălzirea locală pe zona acoperită. Dioda de asemenea menține întregul modul umbrit sau grupul de celule la o tensiune negativă mică.

Capitolul 2

Studiul unei motocoase standard cu motor termic

2.1 Clasificare pe furnizori, pe parametrii, poze.

Motocoasele sunt unelte agricole proiectate să curețe locuri cu vegetație fragedă, densă, tufișuri și fânețe, toaletarea peluzei de gazon, curățarea zonelor greu accesibile din jurul pomilor, gardului sau eliminarea buruienilor de pe suprafețele intense.

Motocoasele se pot clasifica:

– În funcție de furnizori:

Stihl

Ruris

Husqvarna

Makita

Oleo-Mac

-În funcție de modul de funcționalitate:

Motocoase hobby ( pentru suprafețe de până la 500 mp)

Motocoase semiprofesioniste ( pentru suprafețe cuprinse intre 500 – 5000 mp )

Motocoase profesioniste ( pentru suprafețe cuprinse intre 5000 – 10000 mp )

Criteriile de departajare țin de puterea motorului, diametrul tubului pentru transmisie, tipul de disc pe care îl poate folosi, sistemul de amortizare antivibrații, tipul hamului de purtare.

– În funcție de puterea motorului

Motocoase ușoare

Acest tip de motocoase au puterea motorului cuprins între 0.9 – 1.1 cp. Capacitatea cilindrică este de 27.3 cm3.

Fig 2.1 Motocoasă ușoară

Motocoase de putere medie

Acest tip de motocoasă au puterea motorului cuprins între 1.2 – 1.9 cp. Capacitatea cilindrică este cuprinsă între 27.2 – 36.3 cm3.

Fig 2.2 Motocoasă de putere medie

Motocoase de putere mare

Acest tip de motocoase au puterea motorului cuprins între 2.3 si 3.3 cp. Capacitatea cilindrică este cuprinsă între 37.7 – 51.6 cm3.

Fig 2.3 Motocoasă de putere mare

2.2 Analiza motocoasei achiziționate

Eu m-am orientat să aleg următoarea motocoasă:

Fig 2.4 Motocoasă aleasă

Date tehnice Tabel 2.1

Părți componente ale motocoasei:

1. Cap cositor cu sistem de gresare
Gresarea și întreținerea capului de cosit se realizează foarte ușor, datorită formei sale. Este prevăzut cu un sistem de protecție anti-praf și anti-umezeală, ce permite utilizarea acestuia în condiții dure de exploatare.

2. Tub din duraluminiu
În procesul de tăiere a ierbii vor apărea și dese momente de șocuri. Din acest motiv axul canelat al motocoaselor a fost realizat dintr-un oțel special tratat, rezistent la încovoiere și torsiune. Dinții canelurii conferă o rezistență crescută. Tubul de centrare și protecție este din duraluminiu, ceea ce face motocoasa ușor de manevrat.

3. Partea activă de tăiere
Părțile active de tăiere montate pe motocoase oferă siguranță în exploatare și o cosire rapidă a fânului.

4. Mâner de comandă și control
Mânerele au forme ergonomice și oferă posibilitatea de reglare independentă. Acest reglaj ajută utilizatorul în momentul exploatării pe plan înclinat, când cosirea se face paralel cu suprafața înclinată. Astfel, utilizatorul nu va trebui decât să schimbe poziția mâinii pe partea planului înclinat prin deplasarea mânerului în poziția de confort.
Comenzile de accelerație și pornit/oprit sunt accesibile și ușor de controlat.

5. Motor
Calitățile motorului cu care este dotată motocasa oferă siguranță și emisii reduse de noxe. Acest motor poate fi intens solicitate, indiferent de echiparea motocoasei. Întreținerea se realizează foarte ușor de către orice persoană cu un minim de cunoștințe tehnice.

Capitolul 3

Tipuri de motocoase electrice

Principala caracteristică a motocoasei electrice este că are un motor mai silențios și este mai ușoară decât motocoasa cu motor cu benzină. Atunci când se folosește o motocoasă electrică nu mai trebuie să amesteci benzina și uleiul, și în plus acestea nu au niciun fel de emisii poluante, fiind înlocuitorul ecologic perfect al motocoaselor cu benzină.

Motocoase hobby

Acest tip de motocoase electrice au o putere până la 500W

Fig 3.1 Motocoasă hobby

Motocoase profesionale

Acest tip de motocoase electrice au o putere de peste 500W

Fig 3.2 Motocoasa profesională

Capitolul 4

Cerințe de proiectare pentru un model de motocoasă electrică

Fig 4.1 Motocoasă aleasă

Datele de catalog ale motocoasei alese:

Capitolul 5

Soluții constructive

Performanțele diferitelor tipuri de panouri

În tabelul următor sunt prezentate datele tehnice la panourile în funcție de materialul din care este făcut:

Performanțele diferitelor tipuri de motocoase

CAPITOLUL 6

Detalierea modelării și simulării interfeței HMI pentru sistemul fotovoltaic

1.1 Să se realizeze o aplicație privind încărcarea acumulatorilor unei motocoase electrice în CITEC.

Crearea unui nou proiect:

 Din Citect Explorer -> File -> New Project, deschidem un nou proiect intitulat "motocoasa"

Fig1

    Din Citect Explorer -> Sch_el -> Communications -> Clusters , definesc un cluster de comunicare numit "moto_cluster".

Fig.2

Din Citect Project Editor -> Servers -> Network Address, definesc adresa .TCP/IP 127.0.0.1 numită: "moto_adr". Adresa "moto_adr" fiind adresa TCP/IT a sistemului de achiziție date care echipează sitemul de alimentare, fiind inclus în schema electrică de alimentare.

Fig 3

Vor fi configurate în continuare facilitățile de "Alarmare", "Trending" si "Report" astfel:

    Din Citect Project Editor -> Servers -> Alarm Server.

Fig.4

    Din Citect Project Editor -> Servers -> Report Server.

Fig.5

    Din Citect Project Editor -> Servers -> Trend Server.

Fig.6

Din Citect Project Editor -> Servers -> I/O Server

Fig.7

    Din Citect Explorer -> Sch_el_alim -> Communications -> Express I/O Device Setup -> Next ->Use an existing I/O-> Disk I/O Device->Citect generic Protocol->Automatic reefresh of tags -> Finish

Configurarea tag-urilor

Configurarea tag-ului răsărit:

Din Citect Project Editor -> Tags -> Variable Tags

Fig.8

    După cum se observă, s-a introdus variabila tag numită "rasarit" , face parte din cluster-ul "moto_cluster" , este o variabilă digitală de tipul I/O citită de la Device-ul generic IODev .

Configurarea tag-ului baterie_încărcată

Din Citect Project Editor -> Tags -> Variable Tags

Fig.8

După cum se observă, s-a introdus variabila tag numita "baterie_incarcata" , face parte din cluster-ul "moto_cluster" , este o variabilă digitală de tipul I/O citita de la Device-ul generic IODev .

Configurarea tagului pornit_motocoasa

Din Citect Project Editor -> Tags -> Variable Tags

Fig.9

După cum se observă, s-a introdus variabila tag numită "pornit_motocoasa" , face parte din cluster-ul "moto_cluster" , este o variabilă digitală de tipul I/O citita de la Device-ul generic IODev .

Realizarea unei pagini grafice

Din Citect Explorer -> motocoasa -> Graphics -> Pages -> Next ->Create new page->

Fig.10

Din Citect Explorer -> motocoasa -> Graphics -> Citec Graphics builder.

Fig.11

În această figură este reprezentat întreg sistemul. Acesta este oprit deoarece soarele nu a răsărit.Pentru a putea rula programul trebuie să dăm File -> Run.

În continuare voi prezenta mai multe situații ale sistemului:

Soarele răsare, încărcătorul nu încarcă deoarece bateria este plină, motocoasa este oprită.

Fig.12

Soarele răsare, bateriile au fost schimbate, încărcătorul încarcă, motocoasa este oprită.

Fig.13

Soarele răsare, încărcătorul încarcă, motocoasa merge.

Fig.14

Soarele răsare, încărcătorul a terminat de încărcat bateria, motocoasa merge.

Fig.15

Capitolul 7

Aspecte de ergonomie și ușurința utilizării utilajului

O motocoasă electrică profesională ce dispune de ergonomie și manevrabilitate foarte bună, au următoarele caracteristici:

Lungimea tijei a fost optimizată, iar angrenajul unghiular prezintă o înclinație moderată, astfel încât muncitorul să aibe o cât mai bună manevrabilitate.

Mânerul are o înclinație de 7 grade față de tijă și ergonomia se oferă o priză plăcută și o poziție de lucru confortabilă.

Nivelul vibrațiilor este foarte scăzut datorită motorului electric ce are un nivel scăzut de vibrații, a transmisiei ce este diferită față de cea a motocoasei cu motor termic și echipamentului de tăiere.

Capitolul 8

Proiectarea sistemului modular combinat

8.1.Activitatea solară din orașul Mioveni

Pentru o cât mai bună cunoaștere a activității solare trebuie să cunoaștem coordonatele orașului Mioveni, locul unde voi amplasa casa.

Coordonatele geografice ale orașului Mioveni:

Longitudine: 57'Est

(44 grade,57 minute)

Latitudine: 57’ 24’’ Nord

(24 grade,57 minute si 24 secunde)

Odată cu aflarea coordonatelor unde vom amplasa casa, vom putea calcula momentele de răsărit, apus dar și azimutul.

Perioada în care am calculat momentele de răsărit și apus ale soarelui este anul 2014. Ca și dată de referință a fost aleasă cea de 21 ale fiecărei luni, iar rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Tabelul 8.1

Soarele este un corp ceresc cu lumină proprie plasat în constelația Calea Lactee. Diametrul soarelui este de aproximativ 1,39*109m. Diametrul unghilar al soarelui este de aproximativ 1/100 rad. Distanța Soare-Pamânt este de 1,5*1011m. Compoziția chimică a soarelui este:

Hidrogen-85%

Heliu-14,8%

Alte elemente-0,2%

Soarele este un emițător perfect al radiației termice care corespunde corpului negru aflat la temperatura de 5800 K. Energia soarelui provine din reacțiile termonucleare din interiorul care au loc în interiorul său.

Mișcarea de revoluție a Pământului în jurul Soarelui are loc pe o orbită eliptică cu Soarele în unul din focare. Orbita este parcusă în timp de un an. Planul acestei orbite se numește ecliptica. Privind cerul avem impresia că vedem o boltă imensă, de forma unei calote sferice care se sprijină pe suprafața solului de-a lungul unui cerc orizontal. Pe bolta cerească, Soarele efectuează o mișcare diurna aparentă. Pozițiile relative ale Soarelui și Pamântului sunt reprezentate convențional cu ajutorul sferei cerești. Planul ecuatorial intersectează sfera cerească dupa ecuatorul ceresc. Axa polară înțeapă sfera cerească în polii cerești. Mișcarea aparentă a Soarelui are loc pe ecliptica înclinată cu 23,45o față de ecuatorul ceresc. Unghiul dintre linia care unește centrele Pamântului și Soarelui, și planul ecuatorial se numște declinație solară δ. Declinația solară este zero la echinocțiile vernal ( 20/21 Martie) și autumnal ( 22/23 Septembrie ). La solstițiul de vară ( 21/22 Iunie ) declinația este δ = 23,45o iar la solstițiul de iarnă ( 22/23 Decembrie ) declinația este δ = – 23,45o.

Fig 8.1 Sfera cerească

Soarele reprezintă una din sursele de energie ale Pământului, acesta reprezintă practic o sursa inepuizabilă de energie. Cantitatea de energie ajunsă pe Pământ într-o singură zi este mai mare decât necesarul de energie consumată la ora actuală pe Pământ.

Un mare avantaj îl reprezintă utilizarea panourilor solare ceea ce folosește drept sursă de energie soarele. Reacțiile termonucleare care au loc în interiorul acestuia generează o imensă cantitate de energie care este livrată în toate direcțiile în Sistemul Solar. Distanța față de soare face ca din această energie Pământul să beneficieze la nivelul superior al atmosferei exterioare de o putere radiantă echivalentă cu aproximativ 1400 W/m2.

La trecerea prin atmosferă intensitate radiației solare scade astfel încât la nivelul scoarței terestre putem conta pe aproximativ 1150 W/m2 timp de o ora pentru o zi însorită .

Această radiație este absorbită de scoarța terestră, transformată în căldură, rezultatul fiind printre altele și încălzirea atmosferei Pământului. O foarte mare parte din această căldură se pierde prin atmosferă în exterior.

Lumina ce intră în atmosfera și se împrăștie reprezintă difuză sau radiația difuză, iar razele ce ajung pe suprafața Pământului fără a fi împrăștiate în atmosfera,reprezintă radiația directă.

8.2 Radiația solară la suprafața Pământului

Radiația solară care străbate atmosfera terestră este diminuată din cauza absorției și împrăștierii acesteia de către moleculele de aer, nori și aerosoli.

Radiația este cel mai bine înțeleasă prin vizualizarea ei mai întâi. Să ne imaginăm o rază de lumină care sosește sau părăsește un punct de pe o suprafață într-o direcție dată. Radiația reprezintă cantitatea infinit zecimală de flux radiant conținută în această rază. O definiție mai formală a radianției trebuie considerată o rază ca fiind într-un con infinit îngust cu maximul său la un punct pe o suprafață reală sau imaginară.

Radiația solară la nivelul pamantului se clasifică astfel:

Radiația directă-reprezintă radiația primită de sol de la Soare fără sa-și fi schimbat direcția de propagare la străbaterea atmosferei.

Radiația difuză-reprezintă radiatia solară primită de sol de la Soare după schimbarea direcției de propagare prin reflexie și împrăștiere de către atmosfera terestră

Albedoul-reprezintă radiația care ajunge la observator după reflexia ei de către sol

Radiația reflectată-reprezintă ceea ce vine de la terenul înconjurător

Componeta globală-reprezintă radiația totală ce constă în totalizarea celorlalte componente.

Mecanismele prin care se produce atenuarea radiației solare la străbaterea atmosferei sunt:

-absorția radiației de către unele gaze ale atmosferei

-ozonul modifică componenta directă a radiației solare în domeniul ultraviolet

-apa și bioxidul de carbon modifică componenta directă a radiației solare în

domeniile vizibile și infrarosii.

-componenta difuză a radiației solare este influențată de difuzia moleculară a

principalelor gaze ale atmosferei (azotul și oxigenul).

-difuzia Rayleigh a aerosolilor modifică componenta difuză a radiației.

Fig 8.2 Distributia radiației solare în atmosferă

Fig 8.3 Variația intensității radiației totale

Fluxul de energie radiantă solară ce atinge suprafața Pământului este mai mică decât solară, deoarece atmosfera având grosime de peste 50 km, intensitatea radiației solare este redusă treptat.

Mecanismele ce duce la modificarea intensițății radiației solare, la traversarea atmosferei, sunt absorbite și difuze. În atmosferă sunt absorbite aproape în totalitate radiațiile X și o parte a radiației ultraviolete, dar și vaporii de apă, bioxidul de carbon și gazele existente în atmosferă contribuie la absorția radiației solare de către atmosferă. Radiația absorbită este în general transformată în căldură, iar radiația difuză astfel obținută este retrimisă în toate direcțiile în atmosferă

În urma acestor procese atmosfera se încălzește și produce la randul ei o radiație cu lungime de undă mare denumită radiație atmosferică.

Radiația solară ce ajunge de la Soare pe o suprafață orizontală la nivelul solului într-o zi senină reprezintă suma dintre radiația directă și radiația difuză.

Radiația solară directă depinde de orientarea suprafeței receptoare în timp ce radiația solară difuză este aceeași, oricare ar fi orientarea suprafeței receptoare.

Fig 8.4 Variația radiației solare de-a lungul unui an

Efectul radiației solare se poate modifica în funcție de următorii parametrii:

Înălțimea soarelui pe cer

Unghiul de înclinare a axei Pămâtului

Modificarea distanței Pământ-Soare

Latitudinea geografică

Fig 8.5 Variația intensității radiației solare în funcție de direcția

razelor solare pentru diferite situații atmosferice

8.3 Captarea radiației solare

Gradul mediu de însorire al României diferă de la o zi la alta în aceeași localitate și cu atât mai mult de la o localitate la alta.

Cu ajutorul site-ului http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis se poate determina activitatea solară din zona de amplasare a casei. În figura 8.6 este prezentată intensitatea radiației solare pe teritoriul României.

[1] Fig 8.6 Intensitatea iradiației pe teritoriul Romaniei

Fig 8.7 Meniul de selecție a parametrilor

pentru calcularea iradierii solare

În tabelul 8.2 este prezentată iradierea medie lunară, temperatura medie lunară dar și unghiul optim de amplasare al panoului în localitatea Mioveni.

Tabelul 8.2

unde: Hh -Iradierea pe plan orizontal (Wh/m2/day)
Hopt – Iradierea optima pe plan înclinat (Wh/m2/day)
H (30) – Iradierea la unghiul de 30o (Wh/m2/day)
Îopt – înclinarea optimă (grade)
T24h – media temperaturii în 24h (° C)
NDD – Gradul de încălzire (zile)

Transformarea sau conversia energiei solare în energie electrică este realizată cu ajutorul panourilor fotovoltaice.

Indiferent de tipul panourilor fotovoltaice pentru ca randamentul conversiei energiei solare în energie electrică să fie ridicat, este important ca orientarea acestora spre Soare să fie cât mai corectă.

8.2 Dimensionarea instalației

Dimensionarea instalației are în vedere mai mulți factori:

-necesarul energiei consumate a motocoasei.

-energia recuperată de la panourile solare

-energia ce se depozitează în baterii

Etapele ce trebuiesc urmate pentru dimensionarea instalației:

Determinarea necesarului energetic consumat de motocoasa.

Calcularea dimensiunii panoului fotovoltaic necesar având în vedere energia solară disponibilă în luna cea mai defavorabilă.

Calcularea parcului de baterii pentru o autonomie dată.

* Eu aleg o autonomie de 45 min.

Determinarea covertorului pentru furnizarea puterii necesare instalației.

Determinarea costului sistemului.

Pentru dimensionarea instalației trebuie să realizez schema electrică a sistemului.

Fig 8.8 Schema bloc a instalației

8.2.1 Estimarea necesarului zilnic de energie

Necesarul de energie va fi determinat ținând cont de puterea motocoasei. Se v-a alege o putere de 500Wh.

Din schema 8.1 se observă că puterea necesară al motocoasei este de 500Wh.

Deci avem:

8.2.2 Alegerea invertorului

Stim că aparatele electrocasnice din casă funcționează cu curent alternativ, iar energia produsă de panourile fotovoltaice și cea stocată în baterii este sub formă continuă. De aceea este necesară transformarea din curent continuu în curent alternativ cu ajutorul invertoarelor.

Wh (8.2.1)

unde: – -randamentul invertorului

– W1-reprezintă puterea necesară motocoasei

Pentru o putere de W1=588.23Wh alegem cu ajutorul site-ului www.tehno-shop.ro modelul 12/800.

Fig 8.9 Model invertor 12/800

În tabelul 8.2.2 sunt prezentate datele tehnice ale invertorului

Tabelul 8.3

8.2.3 Alegerea bateriilor

Sistemele fotovoltaice de tipul off-grid, adică independente de rețeaua de distribuție a energiei nu pot funcționa fără o metodă de stocarea energiei. Fără baterii operarea sistemului nu poate funcționa, este limitată la orele de lumină când soarele este destul de puternic. Cu ajutorul bateriilor utilizatorul devine independent de variațiile iradierii provenite de la soare și poate să aibă electricitate ziua, dar și în perioadele înnorate, când avem nevoie de electricitate.

Bateriile acid-plumb de înaltă calitate pentru sistemele FV de independente trebuie să

aibă o durată de funcționare lungă sub condiții de încărcare și descărcare frecvente. Cum electricitatea fotovoltaică este prețioasă, în special în perioadele înnorate și lipsite de lumină, bateriile trebuie să aibă de asemenea și rate de autodescărcare mici și un randament foarte bun. În general bateriile solare au o rată de autodescărcare de aproximativ 3%.

În proiectul meu avem urmatoarele calcule pentru stabilirea bateriilor:

Capacitățile bateriilor trebuiesc stabilite în amper-ora, iar acest lucru se determină prin împărțirea puterii necesare (W2) la tensiunea ce se dorește la bornele bateriilor U.

În relația următoare voi realiza calculul capacității bateriilor într-o zi:

(8.2.2)

Mai jos am calculat capacitatea toatală a bateriilor:

(4.3)

unde: Ad – adâncimea de descărcare(80%)

Avem o autonomie de 45 min.

unde I reprezină curentul debitat de baterii într-o zi

Având capacitatea minimă a bateriilor de Ctotal=27,57Ah voi alege cu ajutorul site-ului www.caranda.ro următorul model de baterie: Solar12-38Ah

Fig 8.10 Model baterie Solar 12-38Ah

Din calculele rezultate voi alege o singura baterie, ce satisface nevoile sistemului din acest model. Pentru o autonomie mai mare aleg două baterii, una alimentează sistemul și cealaltă este la încărcat.

8.2.4 Alegerea încărcătorului

Încărcătorul este un aparat special folosit în sisteme fotovoltaice. Acesta poate avea mai multe funcții cum ar fii:

-determinarea stării de încărcare a bateriilor

-determinarea automată a tensiunii

-protecția bateriilor la descărcare

(8.2.4)

Având IFVmax=11.6A se va alege cu ajutorul site-ului www.tehno-shop.ro modelulul de încărcător Steca PR 1515.

Fig 8.11 Model încărcător Steca PR 1515

În tabelul de mai jos sunt prezentate datele tehnice ale încărcătorului:

Tabel 8.4

8.2.5 Alegerea și instalarea panourilor

Instalarea panourilor fotovoltaice se vor face pe acoperisul clădirii, unde se pot monta atât integrate în acoperiș, dar și neintegrate adică acestea se vor suprapune cu suprafața acoperișului. Eu voi alege sistemul neintegrat deoarece acesta prezintă câteva avantaje față de cel integrat cum ar fii: tariful energiei electrice mai scăzut, nu mai trebuiesc înlocuite elementele din componența acoperișului, se va valorifica spațiul de pe acoperiș, iar instalarea sistemului se va face în condiții de siguranță.

Pentru determinarea numărului de panouri fotovoltaice va trebui să stabilim:

(8.2.5)

unde: -randamentul încărcătorului

Timpul de iluminare mediu pe lună este de aproximativ t=6 ore.

(8.2.6)

unde: PFv-puterea unui panou fotovoltaic

-randamentul unui panou fotovoltaic

t-timpul de iluminare aproximativ

(8.2.7)

Cu ajutorul site-ului www.tehno-shop.ro se va alege următorul tip de panou: STP190S-24/Ad+ cu o putere de PFV=190W

Fig 8.11 Model panou solar

În tabelul de mai jos sunt prezentate datele tehnice ale panoului fotovoltaic:

Tabel 8.5

Capitolul 9

Implementarea în practică

Sistemul ce l-am implementat în practică este format din acumulator, invertor și motocoasă.

Fig 9.1 Acumulator

Fig 9.2 Invertor

Fig 9.3 Motocoasă

Fig 9.4 Sistem asamblat

Capitolul 10

Concluzii și contribuții personale

Prezenta lucrare a expus pașii principali în realizarea unui sistem de alimentare a unei motocoasa neracordată la rețeaua electrică.

Prin calcule teoretice s-au putut stabili parametri necesari realizării în anumite condiții ale proiectării sistemului de alimentare.

Unul dintre avantajele acestui sistem îl constituie faptul că îl putem folosi în diferite zone izolate unde nu se poate realiza sistemul de alimentare cu energie electrică.

Alte avantaje ale acestui tip de construcție este că nu necesită prea multă intreținere, au o durată lungă de utilizare. Prin faptul că rezistă o perioada mare de timp orice investitor își recuperează investiția și apoi o perioadă lungă de timp obține profit.

Din punct de vedere al aspectelor legate de protecția mediului, sistemele fotovoltaice au unele avantaje bine definite:

contribuția importantă la reducerea emisiilor de carbon,

operarea silențioasă

nepoluantă,

nu se consumă combustibil

nu se produc deșeuri.

Materia primă, siliciul, reprezintă o resursă aproape nelimitată pe Terra, astfel încât această tehnologie reprezintă o soluție sigură pentru prezent și viitor.

Principala problemă în implementarea acestei tehnologii o reprezintă costurile foarte ridicate, fiind încă la început.

Ca dezavantaje, putem prezenta dependența de energia solară care nu este prezentă permanent și în momentele înnorate sistemul nu poate fi încărcat la capacitate maximă, deci încărcarea poate să dureze mai mult.

Acest sistem propus nu a fost realizat până în prezent.

O altă soluție de noutate propusă, este legarea acestuia într-un sistem SCADA pentru conducere de la distanță a echipamentului.

Întreg materialul asamblat, calculele efectuate și prezentarea rezultatelor finale se adaugă la celelalte contribuții personale.

Bibliografie

Lefter Emilian-Surse de energie-Notițe de curs

M.Răducu-Electronică analogică,Editura MatrixRom 2009

Schlett Z,Hoffman Iosif,Câmpean Andrei-Semiconductoare și aplicații,Editura Facla Timișoara 1981

Negreanu Mircea,Băluță Gheorghe-De la efectul fotoelectric la celula solară, Editura Albatros București 1981

Spânulescu Ion-Celule solare, Editura Științifică și Enciclopedică București 1983

Mohamed Amjahdi,Jean Lemale-Energia solară termica și fotovoltaică, Editura MatrixRom 2012

 http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/Panou_solar

http://www.ecosolaris.ro/harta-solara-a-romaniei

http://www.sistemeeco.ro/descriere_sistem_panouri_solare.html

[1] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

http://www.caranda.ro/solare.htm

http://www.steca.com

http://ro.wikipedia.org/wiki/Panou_solar

www.tehno-shop.ro

http://shop.ecosolaris.ro/

http://www.stihl.ro/Produse-STIHL

http://www.compari.ro/motocoasa

Cea mai buna motocoasă electrică

http://www.husqvarna.com/ro/home/

Bibliografie

Lefter Emilian-Surse de energie-Notițe de curs

M.Răducu-Electronică analogică,Editura MatrixRom 2009

Schlett Z,Hoffman Iosif,Câmpean Andrei-Semiconductoare și aplicații,Editura Facla Timișoara 1981

Negreanu Mircea,Băluță Gheorghe-De la efectul fotoelectric la celula solară, Editura Albatros București 1981

Spânulescu Ion-Celule solare, Editura Științifică și Enciclopedică București 1983

Mohamed Amjahdi,Jean Lemale-Energia solară termica și fotovoltaică, Editura MatrixRom 2012

 http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/Panou_solar

http://www.ecosolaris.ro/harta-solara-a-romaniei

http://www.sistemeeco.ro/descriere_sistem_panouri_solare.html

[1] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

http://www.caranda.ro/solare.htm

http://www.steca.com

http://ro.wikipedia.org/wiki/Panou_solar

www.tehno-shop.ro

http://shop.ecosolaris.ro/

http://www.stihl.ro/Produse-STIHL

http://www.compari.ro/motocoasa

Cea mai buna motocoasă electrică

http://www.husqvarna.com/ro/home/