SISTEM PV DE ASIGURARE A INDEPENDENȚEI ENERGETICE A UNEI CLĂDIRI DE BIROURI Program de studii : Design de produs pentru dezvoltare durabilă și… [616429]

Licență

SISTEM PV DE ASIGURARE A INDEPENDENȚEI ENERGETICE A UNEI CLĂDIRI DE BIROURI Program de studii : Design de produs pentru dezvoltare durabilă și… [616429]

Byadmin ianuarie 1, 2024

PROIECT DE DISERTAȚIE

SISTEM PV DE ASIGURARE A INDEPENDENȚEI
ENERGETICE A UNEI CLĂDIRI DE BIROURI

Program de studii :

Design de produs pentru dezvoltare durabilă și protecția
mediului

Coordonat or științific: Absolvent: [anonimizat]. Ion Vișa Ing. Georgian Bogdan Turtoi
Conf. dr. ing. Macedon Moldovan

Brașov
2018 Str. Universității 1
500068 – Brașov
tel.: (+40) 268. 473.113
[anonimizat] |
www.unitbv.ro /dpm

CUPRINS
CUPRINS
SCOPUL LUCRĂRII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 1
1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 2
1.1. STANDARDE REFERITOARE LA CONSUMUL DE ENERGIE ÎN CLĂDIRI ………………………….. …… 2
Clădiri cu consum redus de energie ………………………….. ………………………….. ……………. 2 1.1.1.
Clădiri cu consum de energie aproape zero din surse convenționale ……………………….. 4 1.1.2.
1.2. RAPOARTE PRIVIND CONSUMUL DE ENERGIE ÎN ROMÂNIA ………………………….. ………………. 5
1.3. SISTEME PV INTEGRATE ÎN ARHITECTURĂ ………………………….. ………………………….. ………….. 7
Sistemele PV ca provocare pentru arhitecți și ingineri ………………………….. ………………. 7 1.3.1.
Avantajele și potențialul utilizării BIPV ………………………….. ………………………….. ………… 9 1.3.2.
Criterii a rhitecturale pentru implementarea sistemelor PV în clădiri ……………………… 10 1.3.3.
1.4. BAZELE PROIECTĂRII BIPV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 13
Categorii de celule și module PV ………………………….. ………………………….. ………………. 13 1.4.1.
Materialele pentru celulele solare ………………………….. ………………………….. ……………. 14 1.4.2.
Categorii de integrare sisteme PV ………………………….. ………………………….. …………….. 15 1.4.3.
BIPV în mediul construit ………………………….. ………………………….. ………………………….. 18 1.4.4.
2. CONCEPTUL UNUI SISTEM DE MODULE FOTOVOLTAICE ON GRID ………………………….. …………… 21
2.1. SCHEMA BLOC SIMPLIFICATĂ A UNUI SISTEM PV ………………………….. ………………………….. . 21
2.2. ROLUL COMPONENTELOR COMPONENTE ………………………….. ………………………….. ………… 22
3. MODELAREA MATEMATICĂ A NECESARULUI DE ENERGIE AL UNEI CLĂDIRI DE BIROURI ………… 25
3.1. MODELAREA A NE CESARULUI DE ENERGIE ………………………….. ………………………….. ……….. 25
Determinarea necesarului de ACM ………………………….. ………………………….. …………… 25 3.1.1.
Determinarea necesarului de energie termică E h ………………………….. ……………………. 26 3.1.2.
Determinarea puterii necesare a pompei de căldură ………………………….. ………………. 26 3.1.3.
Dimensionarea sistemului fotovoltaic ………………………….. ………………………….. ……….. 26 3.1.4.
3.2. COMPONENTELE RADIAȚIEI SOLARE SI MODELAREA CES TORA ………………………….. ………… 27
Energia solară disponibilă ………………………….. ………………………….. ………………………… 27 3.2.1.
Modelarea radiație i solare directe B ………………………….. ………………………….. …………. 28 3.2.2.
Modelarea radiației solare difuze D ………………………….. ………………………….. ………….. 30 3.2.3.
4. SIMULAREA NUMERICĂ A NECESARULUI DE ENERGIE AL UNEI CLĂDIRI DE BIROURI: STUDIU DE
CAZ L7 – ICDT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 33

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
4.1. STABILIREA NECESARULUI DE ENERGIE ELECTRICĂ ………………………….. …………………………. 33
4.2. EVALUAREA ENERGIEI SOLARE DISPONIBILE CU AJUTORUL METEONORM …………………….. 39
4.3. EVALUAREA ENERGIEI SOLARE DISPONIBILE ȘI CAPTATE ÎN FUNCȚIE DE LOCAȚIA DE
IMPLEMENTARE ȘI DE ORIENTAREA ACOPERIȘULUI CLĂDIRII CU AJUTORUL MODELELOR
MATEMATICE. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 40
4.4. EVALUAREA NECESARULUI DE ENERGIE TERMICĂ ȘI ELECTRICĂ PENTRU DIMENSIONAREA
SISTEMULUI PV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 44
4.5. ALEGEREA POMPEI DE CĂLDURĂ ………………………….. ………………………….. …………………….. 46
4.6. DIMENSIONAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC ………………………….. ………………………….. …… 47
Alegerea modulului fotovoltaic ………………………….. ………………………….. ………………… 47 4.6.1.
Alegerea invertorului sistemului fotovoltaic ………………………….. ………………………….. . 49 4.6.2.
4.7. SCHEMA INSTALAȚIEI SISTEMULUI FOTOVOLTAIC ………………………….. ………………………….. 51
4.8. Determinarea amplasării modulelor PV în funcție de lungimea umbrei (L u). ………………….. 52
4.9. MODELARE 3D SISTEM PV AMPLASAT PE TERASA LABORATORULUI L7 …………………………. 54
4.10. SIMULAREA UMBRIRII MODULELOR PV ………………………….. ………………………….. ………… 56
5. TESTAREA EXPERIMENTALĂ: STUDIU DE CAZ L7 – ICDT ………………………….. ………………………….. 60
5.1. DESCRIEREA STANDULULUI EXPERIMENTAL ………………………….. ………………………….. ……… 60
5.2. MĂSURAREA LUNGIMII UMBREI LĂSATE DE UN MODUL PV ………………………….. ……………. 63
5.3. Compararea valorilor măsurate cu val orile obținute prin simulare numerică …………………. 65
5.4. Descărcare date înregistrate pentru modulul P1.1.17 E ………………………….. ………………….. 66
6. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 68
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 69

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
1 SCOPUL LUCRĂRII
Deoarece cererea globală și concentrarea asupra energiei regenerabile și nepoluante,
împreună cu eficiența energetică, sunt în continuă creștere, clădirile de tipul clădiri cu consum
zero de energie din surse convenționale și cele cu emisii zero atrag rapid atenția. Pentru a
îndeplinii aceste standarde , o astfel de clădire trebuie să utilizeze energia din mediul
înconjurător, unde energia solara este una dintre alegerile evident e. Construirea sistemelor
fotovoltaice integrate în clădiri (prescurtare în engleză: BIPV), în care modulele fotovoltaice
sunt integrate în anvelopa clădirilor și care utilizează radiația solară pentru a produce energie
electrică, pot reprezenta un instrum ent puternic și versatil pentru atingerea acestor obiective,
atât în ceea ce privește soluțiile estetice, economice cat și tehnice.
Sistemele BIPV pot înlocui materialele și componentele de construcție convenționale
din anvelopele clădirilor. Sistemele BIPV sunt considerate ca o parte funcțională a structurii
clădirii sau sunt integrate arhitectural în proiectarea clădirii. Prin urmare, sistemul BIPV
deserve sc simultan ca material de înve lire a clădirii și generator de energie.
În studiul de față, este analizat un sistem de tipul BIPV pentru laboratorul 7 al
Institutului de Cercetare și Dezvoltare al Universității Transilvania din Brașov , folosind
simulări numerice ale radiație i solare cap tate de modulele PV.
Scopul principal al acestui studiu este analiza oportunităti i realizării unui sistem
fotovoltaic, pentru producerea de energie electrică î n vederea acoperi rii necesarului anual de
energie electrică al unei pompe de caldură dimensionat e pentru încălzire și preparare a apei
calde menajere , pentru sistemul de iluminat si pentru aparatura de birou din laboratorul L7.
Module fotovoltaice se vor monta fix, înclinate la un unghi optim pe terasa și pe fațada
clădiri, pentru a maximiza cantitat ea de radiație solară captată .
Pentru dimensionarea sistemului fotovoltaic se evalueaz a necesarul de energie
electrică al clă dirii pe baza unei strategi i de utilizare a acesteia , în fun cție de gradul de
ocupare și de programul de lucru.
În urma acestui studiu se prezintă o soluț ie de amplasare a sistemului fotovoltaic cu
ajutorul careia se poate asigura nece sarul anual de energie electrică. Distană a dintre modulel e
fotovoltaice a fost optimizată astfel încât să se evite umbrirea reciproc ă a modulelor.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
2 1. INTRODUCERE
1.1. STANDARDE REFERITOARE LA CONSUMUL DE
ENERGIE ÎN CLĂDIRI

Standardele de clădiri cu consum redus de energie impun cerințe minime de eficiență
energetică pentru toate clădirile noi. În multe cazuri, este posibil și fezabil co nstrucția
clădirilor cu o eficiență mult mai mare îmbunătățind altfel economia pe termen lung. Nu s -au
găsit standarde de clădiri sau standarde energetice în această privință pentru a limita
constructorii sau viitorii proprietari pentru a crește eficiența energetică a clădirilor. Dar, totuși,
marea majoritate de clădiri noi sunt construite exact cu cerințe minime de eficientă energetică.
Cu toate acestea, unele clădiri vizează standarde de eficiență mult mai mari și printre
acestea sunt :
 clădiri cu c onsum de energie redus (LEB);
 case pasive (PH);
 clădiri cu consum zero de energie din surse convenționale (ZEB);
 clădiri cu plus de energie (PEB);
 clădiri cu consum aproape zero de energie din surse convenționale (nZEB).
Clădiri cu consum redus de ene rgie 1.1.1.
Termenul de clădiri cu consum redus de energie (LEB – Low Energy Building) este în
general folosit pentru a indica că o clădire are o performanță energetică mai bună decât
clădirile uzuale, sau cerințele eficienței ene rgetice sunt conform standarde lor, și , prin urmare,
clădirea va avea un consum redus de energie comparativ cu clădirile standard.
Nu există o definiție la nivel global pentru case cu consum redus de energie, deoarece
standardele naționale diferă considerabil de la țară la țară.
În unele țări, clădirile cu consum scăzut de energie sunt definite de standarde de
construcție sau în raport cu standardul energetic. LEB pot fi definite ca având un consum de
energie aproape pe jumătate comparativ cu clădirile standard sau un anumit procent conform
standardelor [1] [6].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
3 Performanța energetică în clădiri
Nivelul consumului de energie în clădiri este evaluat în prezent prin certificatul de
performanță energetică, document care atestă performanța energetică a unei clădiri. Statele
membre Uniunii Europene se vor asigura că, la construirea, vânzarea sau închir ierea
clădirilor, un certificat de performanță energetică este pus la dispoziția proprietarului.
Certificatul de performanță energetică a clădirii este valabil 10 ani de la data emiterii.
În România, certificatele de performanță energetică au devenit obligatorii prin legea
372/2005. În figura 1.1.1. este prezentat un model de certificat energetic [2].

Figura 1.1.1. Certificat de performanță energetică [3]
Litera A este atribuită clădirilor cu un consum total de energie ≤ 125 kwh/m2/ an.
Clasele specifice cum ar fi A sau B pe o scară de la A la G sau A+ și A++ sunt folosite
pentru a indica că aceste clădiri sunt construcții mai bune decât standardele. Unele țări
utilizează întreaga scară pentru a arăta diferența dintre clădirile noi construite ut ilizând toate
literele de la A la G pentru a clasifica clădirile noi.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
4 Clădiri cu consum de energie aproape zero din surse convenționale 1.1.2.
Etichetarea clădirilor cu consum de energie aproape zero din surse convenționale
(nZEB – Nearly Zero Energy Buildings) v -a fi obligatorie pentru toate clădirile noi începând
cu 1 ianuarie 2021 în toate statele membre Uniunii Europene. Pentru a primi etichet a de
nZEB, prin designul clădirilor ar trebui să se ia în considerare și măsuri de cost eficiente
pentru a atinge performanța energetică ridicată. Ținta este de a reduce consumul de energie
pentru încălzire, răcire, ventilare, apă caldă și iluminat, păstrâ nd confortul intern. O mare
importanță este acordată producției durabile a energiei necesare, la fața locului sau prin
sisteme de energii regenerabile amplasate în apropriere.
Clădirile nZEB au caracteristici speciale ce influențează criterile de desig n:
 formă, orientarea și anvelopa;
 zonele funcționale/ camerele în care clădirea de birouri este împărțită;
 utilizarea spațiului, programul de lucru, ocuparea;
 poluarea aerului și controlul mirosului etc.
În general, în funcție de locația geografică și de caracteristicile descrise mai sus,
totalul necesarului de energie în clădirile de birouri variază între 100 -1000 kWh/m2. Cu
scopul de a atinge statusul de nZEB, această cerere anuală de energie trebuie să fie cât mai
mic din punct de vedere economic . În unele state membre ale Uniunii Europene, sunt deja
impuse cerințe pentru necesarul de energie anual între 60 și 150 kWh/m2, în funcție de locația
geografică și de tipul utilizării [6].
După ce au fost aplicate măsurile necesare reducerii necesarul ui de energie anual al
clădirilor, este necesară proiectarea sistemele de energii regenerabile (SER) pentru a acoperii
acest necesar. Scopul proiectării SER este de a acoperii cel puțin 50 % din necesarul de
energie [4 ][6].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
5 1.2. RAPOARTE PRIVIND CONSUMU L DE ENERGIE ÎN
ROMÂNIA

În România, suprafața construită este de 493 000 000 m2 , din aceasta, 86 % fiind
reprezentată de clădiri rezidențiale, 14% reprezentând clădiri nerezidențiale. Suprafața totală a
clădirilor este de 67 200 000 m2. În tabelul 1.2 .1. este reprezentată distribuția fondului
imobiliar nerezidențial, clădirile de birouri reprezintă 10 990 000 m2 [7]:
Tabelul 1.2 .1. Fondul imobiliar nerezidential in funț ie de tipul de cladiri [7]
Birouri 16,3 %
Clădiri educaționale 16,9%
Spitale 13,8%
Hoteluri si restaurante 7,7%
Unități sportive 7,0%
Spații pentru comerț 27,2%
Alte clădiri nerezidențiale 11,1%

În ceea ce privește eficiența energetică, clădirile educaționale sunt cele mai mari
consumatoare de energie (354 kWh/m2/an). În figura 1.2 .1. este prezentată performanța
energetică și în figura 1.2 .2. emisiile de CO2 în funcție de sectorul imobiliar.

Figura 1.2 .1. Performanț a energetică medie în clădiri [7 ]

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
6
Figura 1.2 .2. Indicele mediu de emisii de CO 2 în clădiri [ 7]

Consumul de ene rgie la nivel global, datorat sistemelor de ventilație al clădirilor de
birour i, este prezentat în tabelul 1.2 .2. :

Tabel 1.2 .2. Consumul de energie, în 2012, trilioane BTU*, U.S. EIA
Clădire Total Incălzirea
spațiilor Răcire Ventilație Incălzire
a apei Iluminat Gătit Altele
Educație 458 10 90 68 3 78 5 205
Spitale 365 4 69 82 1 61 8 140
Birouri 865 19 116 214 2 148 2 364
Rezidențial 304 8 39 49 3 40 10 156
*Btu: British Thermal Unit. 1 Btu= 0,002930 kWh

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
7 1.3. SISTEME PV INTEGRATE ÎN ARHITECTURĂ
Sistemele PV ca provocare pentru arhitecți și ingineri 1.3.1.
Suntem martorii unei schimbări esențiale în gândirea asupra energiei regenerabile.
Lumea se confruntă cu schimbări climatice datorită arderii combustibililor fosili. În plus,
țările occidentale doresc să devină independente de petrol și gaze livrate. În consecință,
guvernele investesc foarte mult pentru cercetare, dezvoltare și demonstrarea avantajelor
energiei regenerabile. Evoluțiile actuale arată că sursele de energie regenerabilă , cum ar fi
sistem ele de energie solară, sunt o alternativă avantajoasă pentru producerea energiei și sunt
implementate din ce în ce mai mult în viața de zi cu zi, deoarece sursele convenționale de
energie se epuizează , iar pre ocupările legate de mediu cresc [8].
Sistemele solare devin o parte integrantă a societății noastre și, astfel, a mediului
nostru. În diferite țări occidentale, dar și în România , se pot vedea exemple de cantități mari
de fotovoltaice implementate în zonele urbane, precum în Freiburg (Germania) și
Heerhugowaard (Olanda). Există stimulente mari pentru planificatorii și arhitecții urbani
pentru a i ncorpora fotovoltaicii în designul lor. Unele țări precum Franța vor oferi stimulente
suplimentare pentru construirea sistemelor fotovoltaice integrate în clăd iri. Noi produse sunt
în curs de dezvoltare, dar au nevoie de dezvoltare în continuare pentru a satisface pe deplin
arhitectural nevoile clădirilor durabile.
Prin urmare, arhitecții trebuie să se gândească la ace astă nouă arhitectură solară
inteligentă. R olul guvernului în promovarea și susținerea energiei durabile influențează
puternic măsura în care aceste sisteme sunt utilizate în clădiri. Interesul deosebit față de PV în
Germania, de exemplu, este un rezultat al politicii guvernului german în ceea ce p rivește
sistemele PV și energia regenerabilă în general. În țările cu intervenție guvernamentală mai
redusă, utilitățile energetice joacă un rol mai mare. Chiar și fără sprijin financiar, guvernul
poate încuraja energia durabilă, de exemplu, solicitând o p erformanță mai bună pentru clădiri.
Prin i ntroducerea unor obiective de performanță, cum ar fi codul olandez al c onstrucțiilor,
energia durabilă, energia solară și sistemele PV ar putea fi luate în considerare [8].
Sistemele fotovoltaice integrate în clădiri (prescurtare în limba engleză BIPV) nu
numai că produc electricitate, ci fac parte din clădire. De exemplu, un luminator BIPV este o
componentă integrat ă a anvelopei clădirii, precum și un sistem solar fotovoltaic care

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
8 generează electricitate pentr u clădire. Aceste sisteme solare pot avea rolul de materiale de
construcție multifuncționale [10].

Figura 1.3.1. Sistem BIPV cu 384 module PV implementat pe fațada complexului de
apartamente Hegger Hegger Schleiff ’s Aktiv Sta dhaus în Frankfurt, Germania [12]

Figura 1.3.2. Sistem 770 module PV implementat pe acoperișul complexului de apartamente
Hegger Hegger Schleiff ’s Aktiv Sta dhaus în Frankfurt, Germania [12 ]

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
9
Fig. 1.3.3. Sistem BIPV implementat pentru co mplexul Hikari Lyon – France [13 ]
Avantajele și potențialul utilizării BIPV 1.3.2.
Pentru arhitecți, integrarea sistemelor fotovoltaice trebuie să facă parte dintr -o
abordare holistică. Un sistem fotovoltaic de înaltă calitate poate oferi o parte substanțială a
necesităților energetice ale clădirii dacă clă direa a fost proiectată în mod corect. În general,
consumul de energie al clădirilor trebuie să fie redus cu cel puțin 50% în comparație cu o
clădire obișnuită, dar ineficient proiectată [8].
Într-o abordare holistică, integrarea unui sistem fotovoltaic nu înseamnă numai
înlocuirea unui material de construcție, integrând astfel fizic sistemul fotovoltaic, dar și
integrând -o estetic în design. Integrarea preia și alte funcții ale anvalopei clădi rii. Montate pe
un acoperiș înclinat, de exemplu, sistemele de modulele PV pot face parte din acoperișul
clădirii, devenind astfel un înlocuitor .
Instalarea sistemelor fotovoltaice în structura clădiril or prezintă beneficii importante.
Nu sunt necesare zon e suplimentare, deoarece sistemul solar poate fi montat în sau pe părțile
existente ale unei clădiri, cum ar fi un acoperiș sau o fațadă. Prin instalarea sistemelor solare
pe acoperișuri înclinate sau pe fațade, pot fi utilizate numai zonele orientate spre sud ale
clădirilor. În plus, pentru fiecare dintre conceptele de instalare menționate, este necesar să se
ia în considerare posibila umbrire, de exemplu prin arbori sau clădiri învecinate.
Tehnologia BIPV oferă noi posibilități de a incorpora modulele fo tovoltaice în
estetica , ecologia și economia clădirii. Varietatea de noi culori, modele, forme, sticlă,
transparență, și proiectarea modulelor personalizate ne permit să creăm și să livrăm un proiect
inovativ eficient din punct de vedere energetic, combina t cu cel mai bun aspect arhitectural
(figura 1.3.4) [14].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
10
Fig. 1.3.4. Varietăți de culori ș i sticlă pentru modulele PV [14 ]
Criterii arhitecturale pentru implementarea sistemelor PV în clădiri 1.3.3.
Aceste criterii arhitecturale se pot împărții în mai multe citerii în funție de modul de
integrare al sistemelor PV în structura clădirii.
• Integrarea naturală. Aceasta înseamnă că sistemul PV pare să fie parte componentă a
clădirii (Figura 1.3.4.). Sistemul oferă o formă finală clădirii. Sistemul PV nu trebuie s ă fie
atât de evident. În situațiile de renovare, rezultatul ar trebui să pară ca și cum sistemul PV era
acolo înainte de renovare [15].

Fig. 1.3.4. Sistem PV integrat în mod natural în structura clădirii. Centru de în grijire în
Marburg, Germania [15 ].
• Asigurarea arhitecturii . Designul trebuie să fie plăcut din punct de vedere arhitectural
(Figura 1.3.5. ). Clădirea ar trebui să arate atractivă, iar sistemul fotovoltaic ar trebui să
îmbunătățească considerabil designul. Aceasta este o problemă foarte su biectivă, dar nu există
nici o îndoială că oamenii găsesc unele clădiri mai plăcute decât altele [16] [11].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
11
Fig. 1.3.5. Designul atriumului pentru Gara TCG din Perpignan, Franța [16 ]
• Compoziție bună de culori și materiale. Culoarea și textura sistemulu i fotovoltaic ar
trebui să fie compatibile cu celelalte materiale (figura 1.3.6. ).

Fig. 1.3.6. Sistem PV cu module transparente implementat pe fațada un ei clădiri [17 ]
• Adaptat structurei clădirii , armonie și compoziție. Dimensiunile sistemului
fotovoltaic ar trebui să corespundă dimensiunilor clădirii (figura 1.3.7. ). Aceasta va determina
numărul modulelor și tipul de conexiune al sistemului PV, în paralel sau serie [11].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
12
Figura 1.3.7. Modalitat e de amplasare a sistemului PV în funție de structura clădirii Swiss
Tech Convention Center, Elveția [18 ]
• Corespunde contextului clădirii. Întregul aspect al clădirii ar trebui să fie în
concordanță cu sistemul PV utilizat (figura 1.3.8.). Într-o clădire istorică, un sistem PV de tip
țiglă va arăta mai bine decât modulele obișnuite . Un sistem fotovoltaic de înaltă tehnologie se
va potrivi mai bine într -o clădire de înaltă tehnologie.

Figura 1.3.8. Implementarea unui sistem PV de 9,5 kWp pentru clădire d in seco lul 16 din
Ales, Franța [19 ]
• Design inovator. Sistemele fotovoltaice au fost utilizate în mai multe moduri, dar
există încă nenumărate moduri noi de a fi dezvoltate. Acesta este cu atât mai mult motiv
pentru a lua în considerare și acest criteriu (Figura 1.3.9. ).

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
13
Figura 1.3.9. Clădirea Federației Coreene de I ndustrie, Seol, Coreea de Sud [20 ]
1.4. BAZELE PROIECTĂRII BIPV
Categorii de celule și module PV 1.4.1.
Există o gamă largă de celule și module PV pe piață. Există diferite tipuri de
materiale, tipuri de module, produse laminate în rămate sau ne înrămate , culori ale celulelor și
culori ale foilor și cadrelor din spate; toate oferă o gamă largă de suprafețe posibile. Aceasta
este o cunoaștere foarte importantă pentru arhitecți. Alegerea lor de celule PV monocristaline
sau policristaline va depinde de culoare și nu de eficiență [8].
Modulele PV și sistemul de montare sunt el ementele unui sistem PV care pot
determina imaginea unei clădiri. Un sistem fotovoltaic, în special celulele solare, materialele
de înr ămare, lipirea, forma modulelor și culoarea celulelor, toate influențează imaginea unei
clădiri. Pentru arhitecți și designeri, aceste aspecte sunt mai importante decât eficiența
electrică a unui sistem. Efieciența tipică a modulelor solare disponibile în prezent în prezent
este prezentată în tabelul 1.4.1:
Tabelul 1.4.1 . Eficiența tipică pentru module. Aceste valori sunt obținute în condiții de test
standard (1000W/ mp) [9]
Tipul celulei solare Eficiența tipică
Siliciu monocristalin 14-18
Siliciu policristalin 12-15
siliciu cristalin din film subțire 6-10
Siliciu amorf 6-7
Cadmiu teluriu 10-12
cupru indiu sau cupru galiu diselenid 8-12

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
14 Materialele pentru celulele solare 1.4.2.
Există mai multe tipuri de materiale cu celule solare: siliciu monocrist alin
(mon ocristal) siliciul policristalin , de asemenea, denumit siliciu multicristalin, siliciu amorf,
CIGS și telură de cadmiu (CdTe). Caracteristicile lor care influențează implementarea lor în
aplicațiile BIPV sunt prezentate pe scurt aici [8].
Celulele monocristaline Si sunt inițial modelate sub forma unor cilindri lungi, apoi
tăiați în discuri subțiri (<300 μm grosime). Inițial rotunde, plachetele au adesea tăieturi pentru
a crea o placă aproape brută, cu colțuri ușor rotunjite. Aceasta crește densitat ea lor de
ambalare pe modul. Celulele tipice sunt în prezent 12,5 × 12,5 cm2 și 15,6 × 15,6 cm2 și pot
crește pe măsura dezvoltării tehnologiei. Celulele monocristaline au un aspect foarte uniform.
Culoarea lor poate fi variată (figura 1.3.4.), dar este de obicei albastru închis sau negru,
deoarece aceasta oferă cea mai mare eficiență. Culoarea celulei este determinată de lungimile
de undă care sunt reflectate. Cu cât este mai întunecată celula, cu atât mai puțină lumină se
reflectă. Prin urmare: mai întune cată înseamnă mai multă absorbție a soarelui de către celula
solară. Cu toate acestea, este posibilă proiectarea celulelor cu pierderi reduse de eficiență într –
o mare varietate de culori, deoarece culoarea poate fi cauzată de reflectarea unei benzi înguste
de lungimi de undă [8].
Modulele de siliciu policristalin sunt fabricate cu un proces cu costuri mai reduse per
unitate de suprafață decât celulele de siliciu monocristalin. Ele sunt turnate în lingouri pătrate.
După tăiere, plachetele policristaline sunt deja în forma pătrată dorită. În comparație cu
celulele m onocristaline, celulele policristaline au de obicei o culoare albăstruie și sunt de
aceeași mărime, dar sunt ușor mai puțin eficiente și ușor de costuri mai mici. Diferența
principală a aspectului dintre celulele mono și poli, în care se văd clistalele de siliciu pe
materialul poli, a dispărut după anii 1990 prin aplicarea texturizării acide. Această etapă de
proces standard acum are ca rezultat o gravare uniformă a suprafeței de siliciu, îmbunătățește
reflexia suprafeței și creează o culoare uniformă întun ecată după aplicarea stratului antireflex.
Ambele celule mono și poli ale tipurilor mai vechi au rețele metalice pe față într -un model
dreptunghiular pentru colectarea energiei electrice și conectarea la celula următoare. Aceste
grile nu sunt de obicei viz ibile de la câțiva metri distanță. Pe măsură ce se realizează progrese
mari în așa -numitele celule solare cu contact pe spate, având contactele necesare la spate,
aceste celule nu prezintă grila metalică.
Celulele de siliciu amorf (a -Si) sunt compuse din a tomi de siliciu care sunt într -un
strat subțire (~ 1 μm) și nu au proprietăți cristaline. Celulele siliciu amorf sunt depozitate pe
substraturi, cum ar fi geamurile din sticlă sau rulourile flexibile din oțel inoxidabil sau plastic,

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
15 oferind o gamă largă de rezistență mecanică, greutate și flexibilitate. Substratul nu este vizibil
deoarece este în spatele celulei solare. Celulele au un aspect tipic întunecat tipic. Aceste
celule nu au grilă. Suporturile flexibile sunt ideale pentru suprafețele curbate și mod ulele
"pliabile" rulabile. Modulele siliciu amorf au o eficiență mai mică decât modulele mono sau
poli, dar o performanță mai bună la temperaturi mai ridicate, așa cum se întâmplă adesea în
aplicațiile BIPV.
Alte materiale fotovoltaice subțiri includ în pr ezent CIGS și CdTe. Ele au un aspect
uniform, celula este aproape neagră, care nu se deosebește vizual de modulele Si amorf. Ele
au, de asemenea, o eficiență mai scăzută în comparație cu siliciul mono – sau policristalin.
Celulele CIGS pot fi montate pe fo lii flexibile din plastic sau metalice.
Celulele semi -transparente pentru BIPV pot fi fabricate în două moduri. Plăcile de siliciu
mono pot avea o serie de caneluri profunde pe fata si pe spate care sunt perpendiculare unele
pe altele. În cazul în care se intersectează, lumina va fi transmisă prin găuri. Celulele de Si
policristaline cu transmisie a luminii de 2% au fost dezvoltate, dar ar trebui să fie posibile
valori mai mari cu ferestre mai mari pentru trecerea luminii solare. O altă abordare este de a
realiza straturi foarte subțiri de siliciu amorf pe sticlă cu contacte transparente, astfel încât
întregul modul să fie semi -transparent. Cu toate acestea, lumina transmisă va avea o nuanță
portocalie sau roșie deoarece partea albastră și verde a spectrulu i este absorbită în straturile de
siliciu. Astfel de module ar putea fi utilizate numai în aplicații în care această culoare a
luminii era acceptabilă, cum ar fi trapele pentru automobile. O metodă mai bună este de a
îndepărta selectiv o parte din stratul de siliciu amorf folosind ablația cu laser. Transmisia de
lumină albă nefiltrată de 5 -15% a fost raportată pentru siliciul amorf trasat cu laser în
aplicațiile BIPV . Dar modulele cu celule care nu umple tot spațiul pot avea și proprietăți bune
pentru lumi na care trece prin ea (prin modul nu prin celulă). Aceasta este opțiunea cea mai
des utilizată, împreună cu lăsarea spațiului de transmisie a luminii între modulele PV. [9]
Categorii de integrare sisteme PV 1.4.3.
Sistemele BIPV în proiecte pot fi împărțite în fun cție de locația aplicației: sisteme de
acoperiș, sisteme de fațadă, sisteme de construcție a sticlei (atrium) și componente ale
clădirilor, cum ar fi sisteme de umbrire. Principalele locuri de montaj sunt acoperișul și fațada
clădirii. Există, de asemenea, multe soluții creative disponibile în proiectarea modului în care
sistemele fotovoltaice pot fi integrate. Toate aceste soluții sunt grupate ca elemente de
construcție [8].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
16  Sisteme integrate în acoperișul clădirilor
Un sistem PV poate fi integrat în acoperiș în mai multe moduri. O alegere este ca
sistemul integrat să facă parte din anvelopa clădirii și, prin urmare, o parte a unui strat
impermeabil în construcție. La începuturilor implementării BIPV (anii 1990), au fost
construite mai multe proiecte d e construcție pe baza acestui principiu. Deoarece aceasta este o
soluție discutabilă din punct de vedere tehnic, sistemul poate fi montat și deasupra unei folii
de acoperiș impermeabile, protejând astfel folia împotriva radiației solare. Acest lucru
prelun gește durata de viață a foliei. Deși aceasta este o opțiune mai sigură, nu există nici un
risc, deoarece stratul impermeabil trebuie să fie străpuns pentru a monta sistemul pe acoperiș.
Acest tip de sistem este disponibil și pentru acoperișuri plate. Utili zarea modulelor
fotovoltaice pentru acoperirea acoperișului reduce cantitatea de materiale de construcție
necesare, ceea ce este foarte favorabil unei clădiri durabile și poate contribui la reducerea
costurilor de construcție [11] [1] .

Figura 1.4.1 . Insa larea unui mo dul PV cu izolație integrată [21 ]
Pe lângă acoperirea întregului acoperiș cu module, există, de asemenea, numeroase
alternative pentru utilizarea la scară mică, de exemplu, șindrile PV (fig. 1.4.2. ). și plăci (fig.
1.4.1.).

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
17
Figura 1. 4.2. Insalarea modulelor PV de tipul șindrilă [21]
Modulele transparente PV utilizate ca materiale de acoperiș servesc ca bariere
împotriva apei și barierelor solare și transmit, de asemenea, lumina zilei (Figura 1.3.5. și
figura 1.3.6. ). În zonele acoperite cu sticlă, cum ar fi spațiile de sunet și atriumurile, este
necesară protecția solară pe acoperiș pentru a evita supraîncălzirea în timpul verii. Celulele
PV absorb 70 -80% din radiațiile solare. Spațiul dintre celule transmite suficientă lumină
difuză pentru a atinge un nivel de iluminare plăcut în zonă [1].
 Sistemele PV implementate în fațada clădirilor
Fațadele sunt construite în principal prin elemente de zidărie sau construcții din beton,
elemente prefabricate sau fațade metalice structurale montate pe poz iție. Această placare
poate fi din lemn, plăci metalice, panouri, module din sticlă sau PV. Pentru clădirile de birouri
de lux, care au adesea placări scumpe, placarea cu module PV nu este mai scumpă decât alte
materiale utilizate în mod obișnuit, de exemp lu, piatră naturală și sticlă specială scumpă.
Această acoperire costă în jur de 200 euro / m2, ceea ce reprezintă în prezent mult mai m ult
decât costul modulului PV. [11].
 Sisteme PV în componența clădirii
Fațadele sunt foarte potrivite pentru toate tipu rile de dispozitive de umbrit , jaluzele și
copertine. Există o combinație logică între umbrirea unei clădiri pe timpul verii și producția
de energie electrică în același timp. Arhitecții recunosc acest lucru și multe exemple de
sisteme de umbrire PV pot fi văzute în întreaga lume (Figura 1.4.3. ). O terasă cu un acoperiș
pe partea însorită a unei clădiri este un loc bun pentru sistemele BIPV oferind astfel o umbră,
protecție împotriva ploii, precum și a energiei electrice.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
18
Figura 1. 4.3. Soluție pentru urilizarea m odulelor PV ca și umbritoare [23 ]
BIPV în mediul construit 1.4.4.

 4 Times Square
Descriere
Cel mai înalt zgârie -nori construit în New York în anii 1990, acest turn de birou cu 48
de etaje de pe Broadway și strada 42 este un mod oarecum neobișnuit, da r impresionant, de a
demonstra tehnologii le "verzi". Dezvoltatorii săi, organizația Durst, doresc să demonstreze că
o gamă largă de strategii durabile de construcție și eficiență energetică pot și ar trebui să fie
incluse în practicile imobiliare. Arhitecț i Kiss și Cathcart, sunt consultanți pentru sistemul
BIPV de tip "state -of-the-art" din turnul clădirii. Lucrând în colaborare cu Fox și Fowle,
arhitecții pentru clădirea de bază, Kiss și Cathcart au proiectat sistemul BIPV să funcționeze
ca o parte integrantă a peretelui cortină al turnului. Această dublă utilizare o face să fie una
dintre cele mai economice magistrale solare instalate vreodată într -o zonă urbană. Energy
Photovotaics, Inc., Princeton, New Jersey, a u dezvoltat module personalizate PV pent ru a
îndeplini criterii le estetice, structurale și electrice riguroase. Ava ntajele în ceea ce privește
eficiența fotovoltaică contrazic aceste ipoteze, permițând electricității solare să fie generată
eficientă d.p.d.v al costurilor, chiar și în inima orașului. De fapt, PV este cel mai practic

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
19 mijloc de generare a energiei regenerabile într -un mediu urban. Ca prima aplicație comercială
majoră a BIPV în Statele Unite, 4 Times Square punctează calea spre producția pe scară largă
a energ iei solare în punctul de utilizare cel mai mare.

Figura 1.4. 4. Modulele BIPV au fost integrate în fațada clădirii în locul fațadelor clasice din
sticlă [2 4]
Consideratii speciale de design
Fațadele de la Sud și E st de la etajul 37 până la etajul 43 au fost desemnate ca loc
pentru "fațada" fotovoltaică. BIPV a fost încorporat în proiect după ce aspectul general al
turnului a fost deja hotărât, astfel încât instalarea a fost făcută pentru a se armoniza cu
conceptul de design stabilit.
Configurarea sistemu lui PV
Modulele fotovoltaice înlocuiesc sticla convențională în fațadele din sud și est. Există
patru module de dimensiuni diferite, care corespund dimensiunilor plăcilor de sticlă stabilite
anterior în procesul de proiectare.
o Sistemul electric de ieșire p roiectat: 13,800 kWh / an
o Suprafață totală PV: 944 m2
o Greutate PV: 0,56 kg/m2
o Tipul modulelor fotovoltaice: siliciu amorf
o Eficiența modulului PV: 6%

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
20 Modulul de montare PV și detaliile sistemului
Modulele fotovoltaice sunt atașate la structur a clădirii exact în același mod în care este
atașată o sticlă standard. Unitățile de sticlă sunt atașate cu adeziv silicon pe marginea
posterioară a unui cadru din aluminiu. Un strat de silicon suplimentar este introdusă între
marginile panourilor adiacent e ca o garnitură pentru apă. Există un sistem electric separat
pentru fiecare fațadă. Fiecare sistem este format din două subsisteme, alimentând două
invertoare de 6 kW și un invertor de 4 kW. Invertoarele mai mari servesc cele două sisteme de
module PV d e dimensiuni mari, care au caracteristici electrice diferite de cele mai mici.
Utilizarea mai multor invertoare permite sistemului să funcționeze mai eficient. Invertoarele
sunt situate într -un singur dulap electric în centrul clădirii. Ieșirea de curent a lternativ a
invertoarelor este transformată de la 120 V la 480 V înainte de a fi introdusă în coloana
principală electrică [10].

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
21 2. CONCEPTUL UNUI SISTEM DE MODULE
FOTOVOLTAICE ON GRI D
2.1. SCHEMA BLOC SIMPLIFICATĂ A UNUI SISTEM PV

Sistemele PV conectate la rețeaua națională de electricitate sunt acele sisteme în care
energia produsă de modulele PV este convertită în electricitate AC și se folosește direct sau
este injectată în rețeaua națională. O schema bloc simplificată este repre zentată în figura 2.1.

Fig. 2.1. Schema bloc simplificată a unui sistem PV On -grid
Componente:
o Modul PV
o Separator CC
o Invertor
o Separator AC
o Bloc de măsură
o Consumatori finali
o Contor electronic monofazat (bidirectional)
o Rețeaua națională de electricitate

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
22 2.2. ROLUL COMPONENTELOR COMPONENTE

Sistemele fotovoltaice pot fi simple, cum ar fi sisteme cuplate direct cu câteva
componente, altele decât modulele, firele și conexiunile la o sarcină intermitentă. Cele mai
multe, totuși, au în componență un set de componente asociate concepute pentru a extrage
energia maximă din modulele fotovoltaice și pentru a furniza în mod fiabil și sigur această
energie la sarcina dorită. În timp ce componentele specifice variază de la aplicație la aplicație,
unele componente sunt comune celor mai multe aplicații, în special în cadrul sistemelor legate
direct la rețeaua națională de electricitate. Mai departe sunt descrise componentele utilizate în
mod obișnui t într -un sistem de module PV.
Modulul fotovoltaic
PV este tehnologi a care generează curent electric continuu (CC), măsurat în watt (W)
sau kilowatt (kW) de la semiconductori atunci când sunt iluminați de fotoni. Atâta timp cât
celula solară captează energie solară, aceasta generează energie electrică. Când se oprește
lumina, energia electrică se oprește. Celulele solare nu necesită niciodată o reîncărcare ca o
baterie.
Pentru aplicații practice, un anumit număr de celule solare sunt interconectate și
încapsulate în unități numite module fotovoltaice (fig. 2.1.). Ele produc curent continuu, care
de obicei se transformă în curent alternativ printr -un dispo zitiv electronic numit invertor .
Majoritatea modulelor solare de pe piața de astăzi sunt fabricate din celule solare cristaline (c –
Si). Aproximativ 10% sunt fabricate din așa numitele celule solare de film subțire (TFSC),
cuprinzând în realitate o varietate de tehnologii: siliciu amorf (a -Si), diselenă de indiu de galiu
de cupru (CIGS, Cu (InGa) S2, telură de cadmiu (CdTe). Există, de asemenea, o piață
incipientă de mod ule fotovoltaice cu concentrator (CPV) în care celulele solare primesc o
intensitate ridicată a luminii solare concentrată de concentratori din lentile sau oglinzi.
Motivația tuturor acestor tehnologii este: reducerea costurilor modulului în comparaț ie cu
tehnologia dominantă Si.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
23
Figura 2 .2. Exemplu de m odul fotovoltaic [24]
Invertorul
După module PV și uneori după structura sistemului PV, invertoarele (fig. 2.2.) sunt
următorul element cel mai important d.p.d.v. al costului echipamentului unui sistem
fotovoltaic. De exemplu, invertorul reprezintă în mod tipic 5 -10% din costul total al
sistemului pentru un sistem pe grilă la scară comercială și 15 -25% din costul total al
sistemului pentru un sistem rezidențial off -grid.
Funcția de bază a invertorului este de a converti puterea de cc produsă de modulele
fotovoltaice la puterea de curent alternativ pentru sarcinile electrice ale sistemului. Acest
lucru se realizează prin utilizarea circuitelor electronice de putere bazate pe tranzistori.
Tranzistorii de puter e sunt porniți și opriți la o frecvență înaltă, într -un mod care atrage
energia de la modulele fotovoltaice la punctul lor de putere maximă și trece puterea la rețeaua
AC (pentru sistemele on grid) sau la sarcinile locale – sisteme off -grid).

Figura 2.3 . Exemplu de invertor electric [25 ]

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
24 Separatoarele de CC și CA

Rețeaua de module PV este con ectată la invertor printr -un se parator de curent
continuu. În mod similar, un separator de curent alternativ se află între ieșirile CC (fig. 2.3.a)
ale invertorului și rețeaua de CA (fig. 2.3.b.) . Aceste separatoare permit ca întreținerea și
reparațiile să se desfășoare în siguranță c u componentele invertorului dezactivate.
Întrerupătoarele de deconectare sunt adesea integrate în carcasa invertorului. Există, de
asemenea, dispozitive de protecție pentru supra tensiune atât pe partea CA, cât și pe partea
CC. Acestea sunt arătate ca sigu ranțe, dar această funcție poate fi realizată și cu întrerupătoare
de circuit. Protecția suplimentară este în mod obișnuit inclusă pe laturile CA și CC pentru
suprimarea tranzitorie a supratensiunii, cum ar fi tensiunile induse de fulgere. (1)

Fig. 2. 4. Separator de a) curent continuu [2 6] și b) current alternativ [27 ]

Bloc de măsură
Pentru a cunoaște cantitatea de energie produsă de sistemul fotovoltaic este necesar un
bloc de măsură ( contor electric), înainte de a face legătura cu rețeaua electrică locală.

Contor electronic monofaz at (bidirectional)
Pentru a înregistra cantitatea de energie electrică produsă de sistemul fotovoltaic, ce a
fost injectată în rețeaua națională de electricitate, cât și cantitatea de energie electrică ce a fost
consumată din rețeaua națională, este necesară instalarea unui contor electric bidirecțional.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
25 3. MODELAREA MATEMATICĂ A NECESARULUI DE
ENERGIE AL UNEI CLĂDIRI DE BIROURI
3.1. MODELAREA A NECESARULUI DE ENERGIE

Pentru evaluarea necesarului de energie electrică al unei clădiri de birouri se va calcula
necesarul total de en ergie, reprezentând suma dintre energia termică și energia electrică
utilizată de consumatorii electrici ai clădirii :
Ee=Ec+ 25%*E t [kWh] (3.1.)
În care:
Ec reprezintă energia electrică necesară pentru consumatorii electrici și se calculează
prin relația:
Ec= Σ Pi* N i* ti (3.2.)
În care :
Pi este puterea consumatorului i
Ni este numă rul de consumatori de acelasi tip i
Ti este timpul de funtionare al consumato rilor de acelasi tip i
Necesarul de energie termică va fi asigurat cu ajutorul unei pompe de căldură.
Necesarul de energie electrică al pompei de căldură reprezintă 25% din energia termică
necesară (E t).
Et=EACM+Eh [kWh] (3.3.)
În care:
EACM este ene rgia folosită pentru preparare apă caldă menajeră
Eh este en ergia folosită pentru încălzire
Determinarea necesarului de ACM 3.1.1.
Necesarul de energie termică pentru prepararea apei calde menajere depinde de
numărul utilizatorilor din clădire și de tipul activității desfășurate în clădire și se calculează
prin relația Ec (3.4.).
EACMzi =p*q*ρ*c*(t ac-tar)/3600000 [kWh/zi] (3.4.)
În care :
p este numărul utilizatorilor de apă caldă menajeră

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
26 q este necesarul specific de apă caldă menajeră conform anexelor 1 și 3 din
Normativul I9 -2015 [litri/pers/zi] [28]
ρ este densitatea apei [kg/m3]
c este căldura specifică a apei [J/kg*K]
tac reprezintă temperatura de preparare a apei calde [°C]
tar reprezintă temperatur a apei reci [°C]
Determinarea necesarului de energie termică E h 3.1.2.
Necesarul anual specific de energie termică pentru încălzirea spațiilor se va determina
prin Ec (3.5.)
Ehan= e han* S u [kWh/m2/an] (3.5.)
În care :
ehan reprezintă necesarul anual specific de energie termică. Pentru ICDT, în urma
monit orizării datelor s -a arătat că acesta are o valoare medie de 65 kWh/m2/an
Su reprezintă suprafața utilă a clădirii
Determinarea puterii necesare a pompei de căldură 3.1.3.
Necesarul de energie termică și ACM v -a fi asigurat cu ajutorul unei pompe de
căldură. De terminarea puterii necesare pentru aceasta se va face prin următoarea relație:
PnPC=Et/N/12 [kW] (3.6.)
În care :
N este numărul de zilei din luna de calcul
12 este valoarea medie a orelor de funcți onare a pompei de căldură pe zi
Dimen sionarea sistemului fotovoltaic 3.1.4.
Puterea electrică produsă de sistemul fotovoltaic se determină în funcție de eficiența
de conversie a sistemului fotovoltaic (η SPV) și de suprafața acestuia (S PV) cu relația:
Ppv = η spv · EGH · SPV (3.7.)
În care:
EGH reprezintă intensitatea radiației solare globale captate la nivelul solului în plan
orizontal pe an
Suprafața sistemului PV se calculează prin următoarea relație:
Sspv= E e/(EGN* η Spv ) (3.8.)
În care:

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
27 EGN reprezintă intensitatea radiației solare globale captate l a nivelul solului anual
EGN și EGH sunt definiți prin Ec (3.22 .) și Ec (3.25. )
ηSpv reprezintă eficiența sistemului fotovoltaic ce se calculează prin relația :
ηSpv= ηpv*ηinv*ηretea (3.9)
În care:
ηpv reprezintă eficiența de captare a modulului fotovoltaic
ηinv reprezintă eficiența de conversie a curentului continuu în curent alternativ a invertorului
ηretea reprezintă pierderile cauzate de rețea și este egală cu 90 %
Numărul de module fotovoltaice se va determina cu relația:
NPV= S SPV/ SPV (3.10 .)
Dimensionarea invertorului
Alegerea invertorului sistemului fotovoltaic se va face în funție de puterea modulelor
PV și de numărul acestora.
Pinv=Ppv* N PV (3.11.)
3.2. COMPONENTELE RADIAȚIEI SOLARE SI MODELAREA
CESTORA
În spațiul cosmic radiația solară nu îsi pierde din intensitate,iar până la atmosfera
terestră este numită constantă solară I SC și prezintă o valuare medie de 1367 W/m2. O dată cu
traversarea stratului atmosferic, interaționăand cu diferite particule, ajunge pe suprafața
Pământului aproximativ 50% din totalul radiației solare.
Energia solară disponibilă 3.2.1.
Energia solară dispo nibilă se calculează în Ec (3.12 .):
EG=∫
[Wh/m2] (3.12 .)
în care:
G este intensitatea radiației solare globale disponibile pe direcția Soarelui și se
calculează prin relația
G=B+D [W/m2] (3.13 .)
În care:
B este intensitatea radiației solare directe pe direcția Soarelui
D este intensitatea radiației solare difuze pe direcția Soarelui

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
28 Modelarea radiației solare directe B 3.2.2.
Dintre modelele existente în literatura de specialitate pentru estimarea intensității
radiației solare disponibile, modelul recomandat de Serviciile meteorologice Germane pentru
calcul a radiației solare (Kleemann și Meliss, 1993) care calculează radiația extra -terestră ( I0)
printr -un factor de corecție în funcție de latitudine ( ϕ) aplicat la constanta solară I sc , urmată de
estimarea radiației fascicolului bazat pe facorul de turbiditate T L și unghiul de altitudine
solară, α așa cum este prezentat în Ec.(3.13.) [30]
B=B 0 * exp ( -TL/(0.9+9.4 *sin α)) [W/m2] (3.14 .)
în care:
TL este factorul de turbinitate specific locației observatorului prin care se estimează
pierderea de radiație solară directă o dată cu traversarea stratului atmosferic, în premisa
absenței norilor, cauzată de concentrația de particule materiale și vapori de apă din stratul
atmosferic, t ab. 3.1.
Tabelul 3.1. Valorile T L pentru zona Brașov, România măsurate pe baza valorilor maxime
ale radiației directe
Luna Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sept Oct Nov Dec
TL 2.8 2.9 3 3 3 3.2 3.2 3.2 3 2.9 2.8 2.8

B0 este radiația solară extraterestră care se calculează cu relația:
B0=1367 *[1+0.0334 *cos (0.9856 * N -2.72)] [W/m2] (3.15 .)
I0 = 1367*[1+ 0.03 34*cos ( 0.9856*N – 2.72)] (3.16 .)
în care:
N reprezintă numărul zilei de calcul începând cu 1 Ianuarie ca prima zi
Unghiul de elevație α este format între raza solară și planul vertical Est -Vest și se c alculează
pe baza ecuației (3.17. ):
α = asin*(cosω * cosδ *cos ϕ + sinδ *sin ϕ) (3.17 .)
în care:
ω este unghiul orar și esste calculat prin Ec (3.18 .)
δ este unghiul de declinați e si este calculat prin Ec (3.19 .)
ϕ reprezintă latitudinea.
În lucrarea de față latitudinea Institutului de Dezvoltare și Cercetare, latitudinea
conform aplic ației Google Maps este 45,67° N

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
29
Figura 3.1. Reprezentarea schemei unghiului solar de elevație
Unghiul orar ω ° este folosit pentru a descrie mișcarea Pământului în jurul propriei
axe și reprezintă unghiul dintre meridianul observatorului și meridianul al cărui plan conține
Soarele. Aces t unghi are valorile cuprinse între -180° și +180°, ac esta determinându -se cu Ec
(3.18 .)
ω = 15° *(12 – ts) (3.18 .)
În care:
ts reprezintă timpul solar
Unghiul de declinație δ°, conform figurei 3.2. reprezintă unghiul dintre planul
Ecuatorului și linia Pă mânt -Soare. Se poate observa că, acest unghi variază între -23.45° la
solstițiul de iarnă și +23.45° la solstițiul de vară, iar la echinocții (durata zilei este egală cu
cea a nopții) aceasta este 0°. Literatura de specialitate propune pentru determinarea declinației
următoarea următoarea relație de calcul:
δ = 23.45 ° * sin
(3.19 .);

Figura 3.2.Unghiurile solare in sistem ecuatorial (ungiul orar – ω și unghiul de declinație – δ)

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
30 Modelarea radiației solare difuze D 3.2.3.
Intensitatea radiație i solare difuze în condiții de cer senin (D) variază continuu de la
rasărit până la apus din cauza mișcării de rotație a Pământulu în jurul axei proprii
D=D H*(1+sin α)/2 [W/m2] (3.20 .)
În care:
DH este intensitatea radiației solare difuze în plan orizontal și se calculează prin
relația:
DH=CD*(B 0-B)* sin α= D max (3.21 .)
În care:
CD reprezintă factorul radiației difuze
Tabelul 3.2. Valorile medii lunare pentru C D caracteristic zonei Brașov, România
Luna Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sept Oct Nov Dec
C D 0.35 0.45 0.45 0.5 0.55 0.55 0.55 0.5 0.45 0.45 0.35 0.3
Modelarea radiației solare captate
Energia solară captată se calculează cu relația:
EGN=∫
[Wh/m2] (3.22 .)
Intensitatea radiației solare globale captate la nivelul solului (G n) variază continuu de la
răsărit până la apus din cauza mișcării de rotație a Pământului în jurul axei proprii.
Gn= B n+D n [W/m2] (3.23 .)
În care:
Bn este intensitatea radiației solare di recte captate de un modul PV
Dn este intensitatea radiației solar e difuze captate de un modul PV
Intensitatea radiației solare difuze captate de un modul PV se calculează prin Ec (3.24 .)
Dn= D H*(1+sin α n)/2 [W/m2] (3.24 .)
Intensitatea radiației solare g lobale captate la nivelul solului în plan orizontal (GH)
GH= B H+D H [W/m2] (3.25 .)
în care:
BH este intensitatea radiației solare captate în plan orizontal și se calculează prin
relația
BH= B*sinα [W/m2] (3.26 .)
Radiația solară directă captată de sistemul fotovoltaic se calculează cu relația:
Bn=B · cos v [W/m2] (3.27 .)
în care:

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
31 v este unghiul de incidență dintre raza solară și normala modulului fotovoltaic care se
calculează cu relația:
ν = arccos (cos α · cos α n· cos (ψ -ψn)+ sin α · sin α n) [°] (3.27 .)
în care:
αn [°] este unghiul de elevație și este unghiul dintre normala modului PV și planul
orizontal
n = 90° – χ (3.28 .)
ψn [°] este unghiul azimutal și reprezintă unghiul dintre proiecția normalei modului
PV în planul orizontal și direcția Sud
χ reprezintă unghiul de înclinare al modului PV față de planul orizontal (acoperișul).

Figura 3.3. Schema de calcul a unghiului de elevație n

Figura 3.4. Schema de calcul a unghiului azimutal unde n este proiecția modulului în plan
orizontal, iar Ψn unghiul azimutal al modulului PV
Pentru a determina amplasarea modulelor PV și a numărului maxim al acestora pe
acoperișul Labor atorului L7 al Institutului C ercetare și Dezvoltare din Brașov în funcție de
umbrele lă sate de razele solare s -au efectuat o serie de calcule.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
32
Figura 3.5. Schema de calcul pentru determinarea amplăsrii modulelor PV în func ție de
umbrele lăsate de razele solare
BD = BC cos χ ° (3 .29.)
CD = BC sin χ ° (3.30 .)
αn = determinat din simulări numerice
Pentru determinarea laturii AD din figura 3.6. ce reprezint ă lungimea umbrei pe
planul orizontal, se va utiliza relația de calcul (3.31 .):
Lu= BC*sin χ °*(cos ψ°/tgα°) (3.32 .)

Figura 3.6. Schema de calcul pentru determinarea amplasării modulelor PV în func ție de
umbrele lăsate de razele solare, luându -se în calcul unghiul azimutal ψ

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
33 4. SIMUL AREA NUMERIC Ă A NECESARULUI DE
ENERGIE AL UNEI CLĂDIRI DE BIROURI :
STUDIU DE CAZ L7 – ICDT
4.1. STABILIREA NECESARULUI DE ENERGIE ELECTRICĂ
Simularea necesarului de energie electrică este făcut pentru laboratorul 7 din cadrul
Institutului de Cercetare și Dezvoltare al Universității Transilvania din Brașov (ICDT).
Suprafața totală a laboratorului este de 1350 m2. Nivelurile demisol ș i parter sunt destinate
cercetă rii, iar etajul 1 este dedicat pentru birourile cercetătorilor și birouri [6].
ICDT este construit la periferia orașului Brașov (45.65°N, 25.59°E, 600 m deasupra
nivelului mării) și a fost conceput de la început ca și clădire cu consum redus de energie
(LEB). Toți consumatorii electrici din clădire sunt eficienți energetici.
Utiliza rea clădirii este în general pentru activități de birou cum ar fi cititul, scris și
lucrat pe calculator.
Pentru a determina consumul de energie electrică se va propune o strategie de
funcționare al ilmuninatului și al a paraturii de birou p entru un program de lucru de la ora 8:00
până la ora 17:00, cu pauză de masă de o oră.
Se presupune că gradul de ocupare al clădirii este de 54 de persoane. Pentru
determinarea necesarului de energ ie vor fi luate în calcul doar zilele lucrătoare din anul 2018,
în total 2 49 de zile din 365 pe an.
Strategia de fun cționare a clădirii presupune ca din cele 54 de perso ane, 6 persoane
vor lucra pe toată perioada programului de lucru la etajul 1 în birourile numerotate cu
2,3,4,5,6 și 8, reprezentate în figura 4.3., 32 de perso ane vor lucra jumătate din timpul de
lucru în Open Office -ul (1) de la etajul 1, apoi pentru restul de timp 16 persoane din acestea
vor efectua cercetare la parter (figura 4.2.), iar restul de 16 persoane vor efectua cercetare pe
standurile experimentale d e la subsol (figura 4.1.). Restul de 16 persoane sunt studenți sau
vizitatori.
Acesta clădire este dotată de asemenea și cu imprimante, care nu vor funcționa după
un program prestabilit, dar și cu sisteme de măsurare, monitorizare și securitate care pot
funcționa 24/7. Necesarul de energie electrică pentru aparatura destinată cercetării nu va fi
luată în considerare, având în vedere că presupune un consum foarte mare de energie
electrică.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
34 În figura 4.1. este reprezentat releveul pentru demisol cu numerotar ea pentru fiecare
cameră, iar în tabelul 4.1. este dimensionat consumul de energie pentru acest nivel. Pe baza
strategiei de fun cționare a laboratorului a fost obținut un necesar de energie electrică pentru
consuma torii acestui nivel egal cu 1916 kWh/an. A cest necesar de energie nu include și
necesarul de energie electrică pentru echipamentele de cercetare, acestea având un consum
prea mare pentru a fi asigurat printr -un sistem obișnuit de sistem PV.

Figura 4.1. Releveu demisol – laboratorul L7 ICDT
În fi gura 4.2. este reprezentat releveul pentru parter cu numerotarea pentru fiecare
cameră, iar în tabelul 4.2. este dimensionat consumul de energie pentru acest nivel. Pe baza
strategiei de fun cționare a laboratorului a fost obținut un necesar de energie elec trică pentru
consumatorii acestui nivel egal cu 6954 kWh/an. La acest nivel sunt prezente echipamente de
monitorizare cu program de funcționare de 24/7.

Figura 4.2. Releveu parter -laboratorul L7 ICDT

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
35 În figura 4.3. este reprezentat releveul pentru parter cu numerotarea pentru fiecare
cameră, iar în tabelul 4.3. este dimensionat consumul de energie pentru acest nivel. Pe baza
strategiei de fun cționare a laboratorului a fost obținut un necesar de energie electrică pentru
consumatorii acestui nivel egal cu 5 021 kWh/an.

Figura 4.3. Releveu etaj -laboratorul L7 ICDT
În urma determinării necesarului de energie electric pe fiecare nivel, s -a determinat
necesarul total de energie electrică pentru consumatori E c= 14090 kWh/an. Putem determina
necesarul electric p e m2 împărțind necesarul la 1350 m2, reprezentând suprafața totală a
laboratorului L7. Astfel obținem un necesar de 10,44 kWh/m2/an ce se încadrează în
standardele de clădire cu consum redus de energie electrică.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
36

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec An
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
20 20 22 19 21 20 22 22 20 23 21 19 249
Program de funcționare
08:00- 17:00 7:37 7:37 6:55 5:58 5:07 4:33 4:32 5:00 5:36 6:12 6:52 7:33
16:44 17:23 18:02 18:42 19:20 19:54 20:06 19:43 18:54 18:58 17:06 16:37
Consum lunar de energie 1282.3 1261 1265 1124 1044 998.8 1078 1078 1127 1274 1311 1247 14090 kWh/an
Putere Consum energie
W ore/an kWh/an
neon 20 58 4 4 3 3 1 1 1 1 2 2 3 4 593 688
PC+monitor 6 250 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 498 747
2. Centrala termica neon 2 58 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 14
neon 2 58 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 29
PC+monitor 4 250 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 249
4. Coridor bec economic 4 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 25
5. Hol bec economic 4 25 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 476 48
neon 2 58 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 29
PC+monitor 1 250 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 62
7. Laborator bec economic 4 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 25
8. Laborator bec economic 4 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 25
bec economic 1 25 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 3
uscator de maini 1 1650 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 100 164
10. Casa scării bec economic 1 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 6
Putere instalata kW 6.358 0
Consum zilnic de energie KWh 10.378 10.38 9.12 9.218 6.898 6.898 6.898 6.898 8.058 8.06 9.218 10.38
Consum lunar de energie kWh 208 208 201 175 145 138 152 152 161 185 194 197 1916Etaj Nr. Încăpere Consumatori
Demisol
Total6. TEG
9. Toaleta 1. Open space
3. LaboratorDurata de functionare medie zilnica
ore/ziNr. zile/lună
Nr. zile lucrătoare 2018
Ora răsărit
Ora apus
Buc.
Tabel 4.1. Strategia de fun cționare pentru consumatorii electrici de la demisol

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
37

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec An
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
20 20 22 19 21 20 22 22 20 23 21 19 249
Program de funcționare
08:00- 17:00 7:37 7:37 6:55 5:58 5:07 4:33 4:32 5:00 5:36 6:12 6:52 7:33
16:44 17:23 18:02 18:42 19:20 19:54 20:06 19:43 18:54 18:58 17:06 16:37
Consum lunar de energie 1282.3 1261 1265 1124 1044 998.8 1078 1078 1127 1274 1311 1247 14090 kWh/an
Putere Consum energie
W ore/an kWh/an
1. Coridor neon 13 58 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 3 3 534 403
2. Birou neon 3 58 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 3 3 534 93
3. Birou neon 3 58 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 43
4. Birou neon 3 58 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 43
5. Camera teste PC+monitor 1 200 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 50
neon 3 58 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 197 34
6. Camera teste PC+monitor 1 200 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 50
neon 4 58 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 58
7. Camera teste neon 4 58 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 352 82
8. Camera teste PC+monitor 1 200 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 498 100
neon 4 58 3 3 3 1 1 1 1 2 2 3 3 474 110
9. Sala curs bec economic 16 25 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 352 141
PC+monitor 16 200 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 797
10. Coridor bec economic 9 25 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 186 42
11. Garderoba bec economic 2 25 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 50 2
12. Bucatarie bec economic 2 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 12
cafetiera 1 1000 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 125
fierbator 1 1100 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 137
13. Toaleta bec economic 4 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 25
uscator de maini 1 1650 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 411
14. Toaleta bec economic 4 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 25
uscator de maini 1 1650 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 411
15. Hol bec economic 4 25 2 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 2 2 257 26
16. Casa scării bec economic 2 25 2 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 2 2 257 13
Laptop 3 75 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 8760 1971
PC+monitor 1 200 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 8760 1752
Putere instalata kW 11.846 0 6954
Consum zilnic de energie KWh 13.937 14.48 13.7 13.58 11.26 11.26 11.26 11.26 12.69 13.3 14.63 14.63
Consum zilnic de energie
consumatori cu program
de funționare 24/7KWh 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 122.4 kWh/an
Consum lunar de energie kWh 595 575 618 564 553 531 564 564 560 623 613 594 6954Etaj Nr. Încăpere Consumatori
TotalParter
Consumatori cu program de
funționare 24/7Durata de functionare medie zilnica
ore/ziNr. zile/lună
Nr. zile lucrătoare 2018
Ora răsărit
Ora apus
Buc.
Tabel 4.2. Strategia de fun cționare pentru consumatorii electrici de la parter

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
38

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec An
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
20 20 22 19 21 20 22 22 20 23 21 19 249
Program de funcționare
08:00- 17:00 7:37 7:37 6:55 5:58 5:07 4:33 4:32 5:00 5:36 6:12 6:52 7:33
16:44 17:23 18:02 18:42 19:20 19:54 20:06 19:43 18:54 18:58 17:06 16:37
Consum lunar de energie 1282.3 1261 1265 1124 1044 998.8 1078 1078 1127 1274 1311 1247 14090 kWh/an
Putere Consum energie
W ore/an kWh/an
1. Open space neon 36 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 1029
laptop 32 75 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 498 1195
2. Birou neon 1 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 29
imprimanta 2 100 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 25
laptop 1 75 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1992 149
3. Biblioteca neon 12 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 343
laptop 1 75 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1992 149
4. Birou neon 3 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 86
laptop 1 75 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1992 149
5. Birou neon 2 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 57
laptop 1 75 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1992 149
6. Birou neon 4 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 114
ploter 1 35 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 25 1
laptop 1 75 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1992 149
imprimanta 1 100 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 75 7
7. Hol bec economic 4 25 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 49
8. Birou neon 3 58 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 493 86
laptop 1 75 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 1494 112
9. Bucatarie neon 2 58 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 413 48
fierbator 1 1100 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 125 137
microunde 1 800 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 50 40
10. Toaleta bec economic 4 25 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 374 37
uscator de maini 1 1650 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 411
11. Toaleta bec economic 4 25 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 374 37
uscator de maini 1 1650 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 249 411
12. Casa Scări bec economic 3 25 2 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 2 2 257 19
Putere instalata kW 12.414 0
Consum zilnic de energie KWh 23.99 23.91 20.3 20.24 16.49 16.49 16.49 16.49 20.28 20.3 23.99 23.99
Consum lunar de energie kWh 480 478 446 385 346 330 363 363 406 466 504 456 5021Etaj Nr. Încăpere Consumatori
TotalEtajDurata de functionare medie zilnica
ore/ziNr. zile/lună
Nr. zile lucrătoare 2018
Ora răsărit
Ora apus
Buc.
Tabel 4.3. Strategia de fun cționare pentru consumatorii electrici de la etaj

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
39 4.2. EVALUAREA ENERGIEI SOLARE DISPONIBILE CU AJUTORUL
METEONORM
Primul factor care influențează eficiența sistemului fotovoltaic este locația de amplasare
caracterizată de: energia sola ră disponibilă anual, forma și orientarea clădirii, înclinarea
suprafeței de montare a sistemului PV.
Cu ajutorul aplicației Meteonorm [17 ] pentru locația clădirii amplasate la latitudinea de
45,67° N în Brașov se obțin valorile lunare ale energiei solare disponibile, temperaturii aerului
exterior și vitezei vântului, prezentate în tabelul 4.4.
Tabel 4.4. Date meteo pentru localitatea Brașov conform Meteonorm.

Variația lunară a parametrilor meteo pentru locația de implementa re este prezentată în Fig. 4.4.

Figura 4.4.Variația lunară a parametrilor meteo in Brașov a) energia solară și b) temperatura
aerului
Luna EGh EDh EBn ta
KWh/mp KWh/mp KWh/mp °C
Ianuarie 42 22 67 -2.5
Februarie 58 30 73 -0.3
Martie 97 48 101 4.8
Aprilie 134 66 118 10.5
Mai 160 87 121 15.8
Iunie 173 82 141 18.6
Iulie 182 77 167 20.4
August 153 71 133 20
Septembrie 117 56 118 14.6
Octombrie 88 36 119 9.9
Noiembrie 46 22 71 4.6
Decembrie 33 22 43 -1
Annual 1283 619 1272 115.4

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
40 4.3. EVALUAREA ENERGIEI SOLARE DISPONIBILE ȘI CAPTATE
ÎN FUNCȚIE DE LOCAȚIA DE IMPLEMENTARE ȘI DE
ORIENTAREA ACOPERIȘULUI CLĂDIRII CU AJUTORUL
MODELEL OR MATEMATICE.

Utilizând modelul Meliss [18 ] și factorul de turbiditate TL determinat experimental
pentru Brașov [4], energia solară disponibilă într -o zi senină (16 iunie – zi de studiu) în Brașov
este de 11094 Wh/m2 iar energia solară directă captată de un modul fotovoltaic dispus în planul
de înclinare având α n = 50° și ψ n = 0° este de 6610 Wh/m2 (Tab.4.3.).

Tabel 4.5. Energia solară disponibilă și captată de un colector solar termic dispus în planul
acoperișului având αn = 50° și ψn = 0°, în condiții de cer senin, pen tru ziua de 16 iunie, în
BRAȘOV

Curbele de variație ale unghiurilor solare și ale intensității radiației solare pentru ziua
de 16 iunie sunt prezentate în Fig.4.5 și Fig 4.6.

ZiuaNumărul
zileiFactor de
turbinitate Factor
radiație
difuzăFactor
radiație
traversare
noriTimp
solarUnghi
orarUnghi
declinațieUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutUnghi
incidențăRaditația
solară la
intrarea în
atmosferăRadiația
solară
directă
disponibilăRadiația
solară
captată Radiația
solară difuză
disponibilă
in plan
orizontalRadiația
solară
difuză
captatăRadiația
solară difuză
disponibilăRadiația
solară
globală
disponibilăRadiația
solară
globală
captată
Ziua N TL CD FCC ts ω δ α ψ ᵞ B0 B Bn Dh Dn D G Gn
– – – – h ° ° ° ° ° W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2
16/6 167 3.2 0.33333 1 4 120 23.39 -2.12 127.31 114.68 1324 0 0 0 0 0 0 0
16/6 167 3.2 0.33333 1 5 105 23.39 6.76 116.77 101.38 1324 269 0 41 37 23 292 37
16/6 167 3.2 0.33333 1 6 90 23.39 16.49 106.82 87.76 1324 540 21 74 65 48 587 87
16/6 167 3.2 0.33333 1 7 75 23.39 26.74 96.92 74.01 1324 709 195 92 81 67 776 277
16/6 167 3.2 0.33333 1 8 60 23.39 37.20 86.35 60.28 1324 814 404 103 91 82 896 494
16/6 167 3.2 0.33333 1 9 45 23.39 47.52 73.96 46.77 1324 880 603 109 96 95 975 699
16/6 167 3.2 0.33333 1 10 30 23.39 57.09 57.63 33.89 1324 920 763 113 100 104 1024 863
16/6 167 3.2 0.33333 1 11 15 23.39 64.63 33.68 22.88 1324 941 867 115 102 110 1051 969
16/6 167 3.2 0.33333 1 12 0 23.39 67.74 0.00 17.74 1324 948 903 116 102 111 1060 1006
16/6 167 3.2 0.33333 1 13 -15 23.39 64.63 -33.68 22.88 1324 941 867 115 102 110 1051 969
16/6 167 3.2 0.33333 1 14 -30 23.39 57.09 -57.63 33.89 1324 920 763 113 100 104 1024 863
16/6 167 3.2 0.33333 1 15 -45 23.39 47.52 -73.96 46.77 1324 880 603 109 96 95 975 699
16/6 167 3.2 0.33333 1 16 -60 23.39 37.20 -86.35 60.28 1324 814 404 103 91 82 896 494
16/6 167 3.2 0.33333 1 17 -75 23.39 26.74 -96.92 74.01 1324 709 195 92 81 67 776 277
16/6 167 3.2 0.33333 1 18 -90 23.39 16.49 -106.82 87.76 1324 540 21 74 65 48 587 87
16/6 167 3.2 0.33333 1 19 -105 23.39 6.76 -116.77 101.38 1324 269 0 41 37 23 292 37
16/6 167 3.2 0.33333 1 20 -120 23.39 -2.12 -127.31 114.68 1324 0 0 0 0 0 0 0
22501 11094 6610 1411 1246 1168 12262 7856
EB0 EB EBn Edh EDN ED EG EGn

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
41
Figura 4.5. Curbele de variație ale ung hiurilor solare în 16 iunie

Figura 4.6. Intensitatea radiației solare disponibile și captate în 16 iunie

Energia solară disponibilă și captată lunar respectiv anual se obține considerând că ziua
de 15 a fiecărei luni este o zi senină, valorile energiei solare disponibile și captate în aceste zile
fiind ponderate cu factorii lunar și de traversare al norilor (F CC) și al radiației difuze (C D)
determinați experimental pentru Brașov, și înmulțite cu numărul de zile al fiecărei luni în parte.
Valorile obținu te sunt prezentate în Tab.4.6.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
42
Tabel 4.6. Energia solară disponibilă și captată lunar în BRAȘOV de un modul PV dispus la
înclinația αn = 50° și ψn = 0°

Figura 4.7. Curbele de variație ale energiei solare disponibile și captate lunar în BRAȘOV de u n
modul PV dispus în planul încl inat având αn = 50° și ψn = 0°

În general, pentru a se determina unghiul optim de înclinare al unui modul PV, se va lua
în calcul radiația solară directă captată în planul modulului PV, dar conversia energiei solare în
energ ie electrică se va face prin captarea energiei solare globale.
Pentru a determina unghiul optim de în clinare al modulului PV, se vor compara valorile
modelate numeric pentru energia solară directă în planul modulului PV pe timpul unui an,
înclinat la diverse valori α n (Tab. 4.7.), cu valorile descărcate din Meteonorm pentru energia
globală captată de modulul PV pentru valori similare de ale unghiului de înclinare din tabel ul 4.7.
LunaNumărul
de zile
din lunăziua medieNumărul
zilei din
anFactorul de
turbinitateFactorul
de
acoperire
cu nori al
ceruluiCoeficient
de difuzieEnergia
solară
directă
disponilă
zi seninăEnergia
solară
difuză
disponibilă
zi seninăEnergia solară
globală
disponibilă lunarEnergia
solară
directă
captată zi
seninăEnergia
solară
difuza
captată zi
seninăEnergia solară
globală captată
lunarIntensitatea
medie a
radiației
solare
N ZRed n TL FCC CD EB ED EG EBN EDN EGN Gnmed
zile/luna zz.RR – – – Wh/zi/m2Wh/zi/m2kWh/luna/m2Wh/zi/m2kWh/zi/m2kWh/luna/m2W/m2
Ianuarie 31 1/15/2018 15 2.80 0.30 0.35 5118 373 60 3857 508 52 485
Februarie 28 2/15/2018 46 2.90 0.30 0.45 6503 519 74 4954 659 67 510
Martie 31 3/15/2018 74 3.00 0.35 0.45 8025 715 117 6006 846 101 623
Aprilie 30 4/15/2018 105 3.00 0.35 0.50 9787 914 144 6712 1020 116 595
Mai 31 5/15/2018 135 3.00 0.35 0.55 10990 1052 173 6841 1138 132 532
Iunie 30 6/15/2018 166 3.20 0.41 0.55 11092 1168 194 6612 1246 143 524
Iulie 31 7/15/2018 196 3.20 0.45 0.55 10818 1134 209 6605 1217 154 521
August 31 8/15/2018 227 3.20 0.38 0.50 9707 999 161 6531 1094 128 587
Septembrie 30 9/15/2018 258 3.00 0.35 0.45 8552 771 121 6224 892 101 547
Octombrie 31 10/15/2018 288 2.90 0.35 0.45 6951 567 99 5260 708 87 543
Noiembrie 30 11/15/2018 319 2.80 0.35 0.35 5406 399 69 4097 535 60 515
Decembrie 31 12/15/2018 349 2.80 0.25 0.30 4621 330 45 3460 459 40 435
Total 97570 8939 1466 67160 10321 1181 6417

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
43 Tabel 4.7. Energia solară directă captată în planul modulului PV pe timp ul unui an, înclinat la
diverse valori α n

Tabel 4.8. Parametrii din Meteonorm pentru energia solară disponibilă în planul modulului PV
pe timpul unui an, înclinat la diverse valori χ

În urma comparării datelor obținute, valoarea maximă a energiei solare captate în planul
modulului PV este obținută la valoarea unghiului de elevație α n=50 ° (tabelul 4.7.), unghiul de
înclinare al modulului PV față de planul orizontal fiind χ=50 °(tabelul 4.8.).
Unghiul
de
elevațieαn
20 30 40 45 50 55 60 65 70 90
ianuarie 41 41 39 38 36 34 32 29 27 14
februarie 44 45 44 43 42 40 38 36 33 21
martie 62 65 66 66 65 64 62 60 58 43
aprilie 56 63 68 69 70 71 71 71 70 61
mai 51 60 68 71 74 77 78 80 80 77
iunie 51 63 73 77 81 85 88 90 91 91
iulie 60 73 84 88 92 96 98 100 102 99
august 58 66 73 75 77 78 79 79 79 71
septembrie 58 63 65 65 65 65 64 62 60 48
octombrie 59 60 59 58 57 55 53 50 47 32
noiembrie 49 48 46 45 43 41 38 36 32 18
decembrie 32 31 29 28 27 25 23 22 19 10
TOTAL 620 677 714 724 730 731 726 715 699 585LunăEnergia solară directă captată lunar în planul modulului PV
EBN
kWh/mp
Unghiul de
înclinare
modul PVχ
20 30 40 45 50 55 60 65 70 90
ianuarie 63 71 78 81 83 85 86 86 86 81
februarie 79 87 92 94 96 96 97 96 95 86
martie 118 124 128 128 128 127 126 123 120 101
aprilie 148 150 149 147 144 140 136 131 125 96
mai 164 161 155 151 145 140 133 126 119 85
iunie 173 168 160 154 148 141 134 126 117 80
iulie 185 181 172 167 160 153 146 137 128 88
august 165 165 162 159 155 150 144 138 131 96
septembrie 136 141 142 142 140 138 135 131 127 102
octombrie 116 126 133 135 136 136 136 135 132 115
noiembrie 67 76 82 85 86 88 89 89 88 81
decembrie 48 54 59 61 62 63 64 64 64 60
TOTAL 1462 1504 1512 1504 1483 1457 1426 1382 1332 1071Energie solară disponibilă în plan modul PV anual, date descărcate din METEONORM
EGNan
Lună

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
44 4.4. EVALUAREA NECESARULUI DE ENERGIE TERMICĂ ȘI
ELECTRICĂ PE NTRU DIMENSIONAREA SISTEMULUI PV
Necesarul total de energie electrică reprezintă suma dintre necesarul de energie electrică
al consumatorilor din clădire și 25% din necesarul de energie termică.
Pentru acoperirea a 100% din necesarul de ene rgie electrică și termică al clă dirii conform
tab. 4.8. sunt necesare: două pompe de căldură Hiseer BHP20/B de 19.5KW [20] și 96 module
fotovoltaic e Solimpeks PV SOL60S de 280W [21 ] montate în plan înclinat sau 132 module PV
montate în plan orizontal, ale caror caracte ristici sunt prezentate în subcapitolul 4.5. și 4.6.

Tabel 4.6. Predimensionare SER pentru acoperirea a 100% din necesarul de energie al clădirii

LOCAȚIE/DESTINAȚIE Brașov
SUPRAFAȚA UTILA A CLADIRII 1350 mp
Necesar anual specific de energie termică ehan 65kWh/mp/an
Necesar anual de energie termică Ehan=ehan*Su 87750 kWh/mp/an
NR. PERSOANE 54persoane
NECESAR SPECIFIC APĂ CALDĂ 5litri/pers/zi
NECESAR ZILNIC APĂ CALDĂ 270 mc
temperatura apa rece 10°C
temperatura apa calda 60°C
diferenta de temperatura 50
caldura specifica a apei 4186 J/kg*K
NECESARUL ZILNIC ENERGIE PENTRU ACM 15.70 kWh/zi
NECESAR SPECIFIC DE ENERGIE PENTRU ILUMINAT 10
suprafata colectoare solar termice 0mp
eficienta colectoare solar termice 75%
Temperatura exterioara conventionala de calcul te -15°C
Temperatura interioara de calcul ti 20°C
Putere necesara a pompei de caldura Pnpc 48.56 kW
Puterea instalata a pompei de caldura Ppc 39kW 19.5 kW 2 buc.
Coeficient de performanta pompade caldura COP 4.34
Suprafata colector geotermal orizontal Scg 1000 mp
Adancime foraj colector geotermal vertical Hcg 546 m adâncime
suprafata module fotovoltaice in plan inclinat 157 mp 1.63 96
suprafata module fotovoltaice in plan orizontal 217 mp 1.63 133
eficienta module fotovoltaice 15.1704 %
Grad acoperire necesar energie din SER 100 %Suprafata 1
bucCantitateScsteIL
RES=(Eantu+Eanpv/Eanacm+Eanil)*100ɳspvSspvɳcst
SspvhqpSu
Ezac=V·c·Δt/3.600.000cΔt=t ac-tartactarV=q·p

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
45 Tabel 4.6. Predimensionare SER pentru acoperirea a 100% din necesarul de energie al cladirii
(continua re)

Tabel 4.6. Predimensionare SER pentru acoperirea a 100% din necesarul de energie al clă dirii
(continuare)

LunaNumăr de
zile în
luna Număr zile
de
funcționar
eTemperatu
ră aer
exterior Necesar
energie
ACMEnergie
solară
disponibilă
în plan
modul PVEnergie
solară
disponibilă
în plan
orizontalNecesar
energie
electricăGrade zile de
încălzireNecesar
energie
termică
pentru
încălzireNeccesar
energie
termică
ACM+
încalzire
N Nf Ta Elacm EGN Egh EE HDD Eh Et
N·Ezacm (20-Ta)*N Ehan/HDDan*H ddluna Eh+EACM
°C kWh kWh/mp kWh/mp kWh/luna *zile kWh/luna kWh/luna
ianuarie 31 20 -2.5 314 83 81 1282 698 17750 18064
februarie 28 20 -0.3 314 96 86 1261 568 14465 14779
martie 31 22 4.8 345 128 101 1265 471 11991 12336
aprilie 30 19 10.5 298 144 96 1124 285 7253 7551
mai 31 21 15.8 330 145 85 1044 0 0 330
iunie 30 20 18.6 314 148 80 999 0 0 314
iulie 31 22 20.4 345 160 88 1078 0 0 345
august 31 22 20 345 155 96 1078 0 0 345
septembrie 30 20 14.6 314 140 102 1127 0 0 314
octombrie 31 23 9.9 361 136 115 1274 313 7968 8329
noiembrie 30 21 4.6 330 86 81 1311 462 11757 12087
decembrie 31 19 -1 298 62 60 1247 651 16567 16865
Anual 365 3909 1483.00 1071.00 14090 3448 87750 91659
LunaSarcina termică
pompă de
caldură pentru
ACM+ încălzire Puterea
necesară a
pompei de
caldurăEnergie
termică
produsă de
pompa de
caldura Energie
termică
utilă
produsă de
pompa de
caldură Necesar
de
energie
electrică
pentru
pompa de
caldurăEnergie
termică
extrasă
din solNecesar
total
energie
electricăEnergie
electrică
produsă de
module PVEnergie
electrică
produsă de
module PV
în plan
orizontal Energie
electrică
din rețea
Etnpc PnPC Etpc Etupc EePC ETS Eet EPV EPVh Eer
Eh+Eacm Etnpc/N/12 Ppc*N*24 Etupc/COP Etupc-E EPCEeo+Eepc SPV·EGN·ɳPV Eet-EPV
kWh/luna kW kWh/luna kWh/luna kWh/luna kWh/luna kWh/luna kWh kWh/luna
ianuarie 18064 48.56 29016 18064 4162 13902 5444 1971 2663 3474
februarie 14779 43.98 26208 14779 3405 11373 4666 2279 2827 2387
martie 12336 33.16 29016 12336 2843 9494 4108 3039 3320 1069
aprilie 7551 20.97 28080 7551 1740 5811 2863 3419 3156 -555
mai 330 0.89 29016 330 76 254 1120 3443 2794 -2323
iunie 314 0.87 28080 314 72 242 1071 3514 2630 -2443
iulie 345 0.93 29016 345 80 266 1158 3799 2893 -2641
august 345 0.93 29016 345 80 266 1158 3680 3156 -2522
septembrie 314 0.87 28080 314 72 242 1199 3324 3353 -2125
octombrie 8329 22.39 29016 8329 1919 6410 3193 3229 3781 -35
noiembrie 12087 33.57 28080 12087 2785 9302 4096 2042 2663 2054
decembrie 16865 45.34 29016 16865 3886 12979 5133 1472 1973 3661
Anual 91659 341640 91659 21120 70539 35209 35209 35209 0

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
46 4.5. ALEGEREA POMPEI DE CĂLDURĂ
Pompa de căldură este dimensionată în fun cție de necesarul total de energie termică
Et=98409 kWh/lună și de timpul de fun cționare a acesteia. Se va lua în considerare timpul mediu
de fun cționare zilnic fiind de 12 ore, având în vedere că există perioade de repaus când nu este
necesară energie termică.
Puterea necesară calculată a pompei de căldură este de 57.1 7 kW. Pentru această putere se
va alege o pompă mai mică ca și putere. Cazul favorabil este de 2 pompe de căldură Hiseer
BHP20/B de 19.5KW (fig. 4.8.) cu specificațiile tehnice prezente în tabelul 4.7 [33].

Figura 4.8.Vedere frontală a) și vedere interioară b) pompă de căldură model Hiseer BHP20/B
de 19.5KW [20]
S-au luat în considerare instalarea a două pompe de căldură având în vedere că la pornirea
pompei este un consum mare de energie electrică. În perioadele reci cu necesar mare de energie
termică se vor folosi simultan ambele pompe, iar în perioadele cu un necesar redus de energie
termică se va folosi doar o pompă de căldură pentru a econom isi astfel energie electrică.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
47 Tab 4.7. Specificații tehnice pompă de căldură model Hiseer BHP20/B de 19.5KW

4.6. DIMENSIONAREA SISTEMULUI FOTOVOLTAIC
Alegerea modulului fotovoltaic 4.6.1.
Pentru a asigura necesarul de energie electrică total de 39741 kWh/an (tab. 4.6.) se vor
utiliza module model PV SOL60S – 280W (fig. 4.9.), marca prod ucătoare Solimpeks [21].

Figura 4.9. Modul PV Solimpeks PV SOL60S – 280W
Model Bhp20/B
Tip Sol-Apa
Inălțime [Mm] 960 Mm
Lățime [Mm] 600 Mm
Adâncime [Mm] 600 Mm
Masa [Kg] 160
Agent Frigorific R410a
Cantitate Agent Frigorific 2.15 Kg
Presiune De Lucru Admisă [Bar] 42
Racord Apă Rece G 1 1/2 Toli
Racord Apă Caldă G 1 1/2 Toli
Nivel Putere Acus. Int. 48 Db
Randamentul Energetic Sezonier Pompă De Căldură [%] 162.2
Puterea Termică Nominală [Kw] 22.54
Clasa De Randament Energetic Sezonier Aferent Incălzirii Incintelor A++

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
48
Figura 4.10. Specificații mecanice modul PV Solimpeks PV SOL60S – 280W

Tab. 4.8. Specificații tehnice modul PV Solimpeks PV SOL60S – 280W

Instalarea modulelor PV se poate face dup ă două variante. Prima variantă este instalarea
modulelor în plan orizontal, rezultând suprafața de instalare de 216 m2, astfel fiind necesare 132
de module PV cu suprafața de 1,63 m2. A doua variantă este pentru motarea modulelor PV
înclinate față de planul orizontal cu χ=40°. Astfel pentru a se asigura necesarul total de energie
Codul produsului MA- 0603
Celulele solare Mono- Crystalline 156X156mm 60pcs (6×10)3 bus bars
Puterea maximă 280 Wp
Toleranță putere 0 + 6W
Tensiunea la Pmax (Vmp) 31,8 V
Curentul la Pmax(Imp) 88,81 A
Open- Circuit Voltage (Voc) 38,8 V
Short- Circuit Current (Isc) 9,53 A
Max- System Voltage (VDC) 1000V (IEC), 600V (UL 1000V (IEC), 600V (UL)
Eficiența modulului 17,2%
No. of Bypass Diodes (pcs) 3
Max. Series Fuse (A) 12A
Temperature Coefficient of Pmax -0,45%/°C
Tempeature Coefficient of Voc -0,34%/°C
Temperature Coefficient of Isc 0,05%/°C
Nominal Operating Cell Temperature 45± 2 °C

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
49 electrică fiind necesară o suprafață de 156 m2, rezultând 96 de module PV Solimpeks PV
SOL60S – 280W.
Soluția optimă din puncte de veder e al costului și reducerea spaț iului de instalare fiind
montarea modulelor înclinat.
Tensiunea în circuit deschis (tab. 4.8.) este necesară pentru determinare numărului de
module în serie și în paralel.
Alegerea invertorului sistemului fotovoltaic 4.6.2.
Puterea invertorului este aleasă î n funcție de numărul de module foto voltaice și de puterea
acestora. Astfel pentru 96 de module cu o putere de 280 W, puterea invertorului se va calcula cu
relația (3.10).
Pinv=Ppv* N PV = 280 W* 96 buc.=26880 W
Pentru puterea invertorului necesară de 26 880W se va alege un invertor Fronius model
Eco 27.0 -3-S cu o putere de 27 kW (fig. 4.11.) [22].

Figura 4.11. Invertor Fronius model Eco 27.0 -3-S
Conform specificaților tehnice ale invertorului (tab. 4.9.), tensiunea maximă la care poate
fi supus este de 1000 V. Acest parametru este foarte important în alegerea numărului de șiruri de
module PV.
NPvserie =Umax inv/Voc=1000/38,8= 25,7 buc

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
50 În urma calculului au rezultat 4 șiruri de module PV montate în paralel. Tensiunea
maximă pe un șir este :
Ușir=24 buc* 38,8 V= 931V < 1000 V (tensiunea maximă invertor).
Tabel 4.9. Specificatii tehnice invertor Fronius model Eco 27.0 -3-S [22]

Figura 4.12.Curba de eficiență pentru invertorul solar Fronius model Eco 27.0 -3-S [22]
Date de intrare
Max. input current (Idc max) 47.7 A
Max. array short circuit current 71.6 A
Min. input voltage (Udc min) 580 V
Feed-in start voltage (Udc start) 650 V
Nominal input voltage (Udc,r) 580 V
Max. input voltage (Udc max) 1,000 V
MPP voltage range (Umpp min – Umpp max) 580 – 850 V
Number of MPP trackers 1
Number of DC connections 6
Max. PV generator output (Pdc max) 35.7 kWpeak
Date de ieșire
AC nominal output (Pac,r) 27,000 W
Max. output power 27,000 VA
AC output current (Iac nom) 39.0 A
Grid connection (voltage range)3~NPE 380 V / 220 V or
3~NPE 400 V / 230 V (+20 % / – 30 %)
Frequency (frequency range) 50 Hz / 60 Hz (45 – 65 Hz)
Total harmonic distortion < 2.0 %
Power factor (cos φac,r) 0 – 1 ind. / cap.
Date generale
Dimensions (height x width x depth) 725 x 510 x 225 mm
Weight 35.7 kg
Degree of protection IP 66
Protection class 1
Overvoltage category (DC / AC) 3-Feb
Night-time consumption < 1 W
Inverter concept Transformerless
Cooling Regulated air cooling
Installation Indoor and outdoor installation
Ambient temperature range -25 – +60 °C
Permitted humidity 0 to 100 %
Max. altitude 2,000 m
DC connection technology 6x DC+ and 6x DC- screw terminals 2.5 – 16 mm²
AC connection technology 5-pole AC screw terminals 2.5 – 16 mm²

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
51 4.7. SCHEMA INSTALAȚIEI SISTEMULUI FOTOVOLTAIC

Figura 4.13. Schema instalației sistemului PV

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
52 4.8. Determinarea amplasării modulelor PV în funcție de lungimea umbrei
(Lu).
Pentru a maximiza cantitatea de energie electrică produsă de module PV, se va determina
lungimea umbrei (L u). lăsate de un modul PV în fiecare lună, determinându -se astfel amplasarea
modulelor PV pe terasa labor atorului L7 al Institutului Cer cetare și Dezvoltare din Brașov
Tabel 4.10. Valo rile pentru lungimea umbrei lăsate de un mo dul PV pentru ziua de 15 a fiecă rei
luni de calcul

Timp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbrei
ts α ψ Lu ts α ψ Lu ts α ψ Lu
h ° ° mm h ° ° mm h ° ° mm
4 -35.70 95.79 0 4 -30.06 102.80 0 4 -22.29 110.75 0
5 -25.23 84.99 0 5 -19.67 91.44 0 5 -12.18 99.15 0
6 -14.91 74.91 0 6 -9.22 80.86 0 6 -1.73 88.31 0
7 -5.08 64.79 0 7 0.92 70.30 14765 7 8.66 77.47 999
8 3.94 54.09 6676 8 10.39 59.10 1965 8 18.61 65.92 850
9 11.76 42.37 3191 9 18.75 46.70 1417 9 27.63 52.88 809
10 17.90 29.36 2594 10 25.45 32.66 1241 10 35.08 37.62 791
11 21.87 15.08 2388 11 29.85 16.91 1170 11 40.12 19.77 783
12 23.25 0.00 2334 12 31.40 0.00 1149 12 41.93 0.00 781
13 21.87 -15.08 2388 13 29.85 -16.91 1170 13 40.12 -19.77 783
14 17.90 -29.36 2594 14 25.45 -32.66 1241 14 35.08 -37.62 791
15 11.76 -42.37 3191 15 18.75 -46.70 1417 15 27.63 -52.88 809
16 3.94 -54.09 6676 16 10.39 -59.10 1965 16 18.61 -65.92 850
17 -5.08 -64.79 0 17 0.92 -70.30 14765 17 8.66 -77.47 999
18 -14.91 -74.91 0 18 -9.22 -80.86 0 18 -1.73 -88.31 0
19 -25.23 -84.99 0 19 -19.67 -91.44 0 19 -12.18 -99.15 0
20 -35.70 -95.79 0 20 -30.06 -102.80 0 20 -22.29 -110.75 0
Timp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbrei
ts α ψ Lu ts α ψ Lu ts α ψ Lu
h ° ° mm h ° ° mm h ° ° mm
4 -12.88 118.90 0 4 -5.58 124.65 0 4 -2.14 127.29 0
5 -3.26 107.56 0 5 3.56 113.81 -4549 5 6.74 116.75 -2672
6 6.98 96.87 -686 6 13.48 103.56 -686 6 16.47 106.80 -686
7 17.45 86.18 149 7 23.84 93.32 -92 7 26.72 96.89 -167
8 27.77 74.69 352 8 34.30 82.34 137 8 37.18 86.32 59
9 37.49 61.43 437 9 44.46 69.49 250 9 47.50 73.92 178
10 45.90 45.07 480 10 53.66 52.90 311 10 57.06 57.59 244
11 51.90 24.41 501 11 60.63 29.93 342 11 64.60 33.65 277
12 54.13 0.00 507 12 63.38 0.00 352 12 67.70 0.00 288
13 51.90 -24.41 501 13 60.63 -29.93 342 13 64.60 -33.65 277
14 45.90 -45.07 480 14 53.66 -52.90 311 14 57.06 -57.59 244
15 37.49 -61.43 437 15 44.46 -69.49 250 15 47.50 -73.92 178
16 27.77 -74.69 352 16 34.30 -82.34 137 16 37.18 -86.32 59
17 17.45 -86.18 149 17 23.84 -93.32 -92 17 26.72 -96.89 -167
18 6.98 -96.87 -686 18 13.48 -103.56 -686 18 16.47 -106.80 -686
19 -3.26 -107.56 0 19 3.56 -113.81 -4549 19 6.74 -116.75 -2672
20 -12.88 -118.90 0 20 -5.58 -124.65 0 20 -2.14 -127.29 0Lună Lună Lună
Aprilie Mai IunieIanuarieLună
FebruarieLună Lună
Martie

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
53 Tabel 4.10. Valo rile pentru lungimea umbrei lăsate de un mo dul PV pentru ziua de 15 a fiecă rei
luni de calcul (continuare)

Timp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbrei
ts α ψ Lu ts α ψ Lu ts α ψ Lu
h ° ° mm h ° ° mm h ° ° mm
4 -3.74 126.07 0 4 -9.99 121.21 0 4 -19.07 113.67 0
5 5.27 115.39 -3259 5 -0.55 110.04 0 5 -9.10 102.11 0
6 15.09 105.29 -686 6 9.58 99.49 -686 6 1.30 91.27 -686
7 25.40 95.22 -134 7 20.02 88.94 36 7 11.74 80.43 561
8 35.87 84.44 94 8 30.42 77.61 256 8 21.84 68.83 632
9 46.12 71.81 211 9 40.32 64.43 357 9 31.11 55.64 656
10 55.51 55.32 274 10 49.04 47.88 408 10 38.88 39.94 667
11 62.78 31.80 307 11 55.39 26.31 434 11 44.23 21.16 672
12 65.70 0.00 317 12 57.80 0.00 442 12 46.16 0.00 673
13 62.78 -31.80 307 13 55.39 -26.31 434 13 44.23 -21.16 672
14 55.51 -55.32 274 14 49.04 -47.88 408 14 38.88 -39.94 667
15 46.12 -71.81 211 15 40.32 -64.43 357 15 31.11 -55.64 656
16 35.87 -84.44 94 16 30.42 -77.61 256 16 21.84 -68.83 632
17 25.40 -95.22 -134 17 20.02 -88.94 36 17 11.74 -80.43 561
18 15.09 -105.29 -686 18 9.58 -99.49 -686 18 1.30 -91.27 -686
19 5.27 -115.39 -3259 19 -0.55 -110.04 0 19 -9.10 -102.11 0
20 -3.74 -126.07 0 20 -9.99 -121.21 0 20 -19.07 -113.67 0
Timp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbreiTimp
solarUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutLungimea
umbrei
ts α ψ Lu ts α ψ Lu ts α ψ Lu
h ° ° mm h ° ° mm h ° ° mm
4 -27.90 105.16 0 4 -34.54 97.35 0 4 -37.19 93.66 0
5 -17.57 93.69 0 5 -24.08 86.40 0 5 -26.73 83.09 0
6 -7.11 83.00 0 6 -13.73 76.19 0 6 -16.48 73.19 0
7 3.12 72.32 3908 7 -3.82 65.96 0 7 -6.75 63.24 0
8 12.74 60.98 1505 8 5.30 55.13 4319 8 2.13 52.70 11426
9 21.29 48.37 1196 9 13.24 43.26 2171 9 9.79 41.20 3058
10 28.20 33.97 1085 10 19.50 30.03 1715 10 15.79 28.49 2181
11 32.77 17.65 1038 11 23.56 15.45 1551 11 19.64 14.61 1902
12 34.38 0.00 1025 12 24.97 0.00 1506 12 20.98 0.00 1829
13 32.77 -17.65 1038 13 23.56 -15.45 1551 13 19.64 -14.61 1902
14 28.20 -33.97 1085 14 19.50 -30.03 1715 14 15.79 -28.49 2181
15 21.29 -48.37 1196 15 13.24 -43.26 2171 15 9.79 -41.20 3058
16 12.74 -60.98 1505 16 5.30 -55.13 4319 16 2.13 -52.70 11426
17 3.12 -72.32 3908 17 -3.82 -65.96 0 17 -6.75 -63.24 0
18 -7.11 -83.00 0 18 -13.73 -76.19 0 18 -16.48 -73.19 0
19 -17.57 -93.69 0 19 -24.08 -86.40 0 19 -26.73 -83.09 0
20 -27.90 -105.16 0 20 -34.54 -97.35 0 20 -37.19 -93.66 0Lună Lună Lună
Octombrie Noiembrie DecembrieIulie August Septembrie
Lună Lună Lună

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
54
Figura 4.14. Valo rile pentru lungimea umbrei lăsate de un mo dul PV pentru ziua de 15 a fiecă rei
luni de calcul
Conform simulărilor numerice efectuate pentru a determina lungimea umbrei, valoarea
maximă determinată p entru lungimea umbrei (fig. 4.14 .) este în luna Februarie la ora 7 solar.
Valorile mari obținute pentru lungimea umbrei sunt în momentul în care soarel e răsare, se poate
observa în figura 4.14 . că la un interval de o oră lungimea umbrei scade.
Valoarea pentru lungimea umbrei aleasă confo rm figurei 4.13. este Lu=3,2 m.
4.9. MODELARE 3D SISTEM PV AMPLASAT PE TERASA
LABORATORULUI L7
Dimensiunile terasei de pe la boratorul L7 are dimensiunile de 14 m x29 m din 450 m2 din
suprafața totală a laboratorului. În momentul de față terasaeste ocupată cu alte sisteme PV pentru
cercetare. Amplasarea și dimensionarea sistemului PV dimensionat în lucrarea de fața este o
propunere pentru acoperirea necesarului de energie electrică al clădirii.
Pentru amplasarea celor 96 de module PV, s -a ales amplasarea în 4 șiruri a câte 16
module PV, cu distanța de 3,2 m între șiruri, pe terasa laboratorului (fig. 4.15. și fig. 4.16 .), iar
restul de 30 de module se vor amplasa într -un șir poziț ionat pe fațada de Sud a laboratorului
deasupra suprafeței vitrate.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
55
Figura 4.15. Schemă de amplasare a modulelor PV pe terasa laboratorului L7

Figura 4.16. Vedere de sus -schemă de amplasare a modulelor PV pe terasa laboratorului L7

Figura 4.17. Vedere izometrică pentru amplasarea modulelor PV pe terasa laboratorului L7

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
56 Sistemul PV cu 30 de module amplasat pe fațada d e Sud a laboratorului (fig. 4.17 .) poate
avea un al doilea rol de umbrire a încăperilor de la etajul I. Toate modulele PV fiind amp lasate la
o înclinație de 40° față de orizontală.
4.10. SIMULAREA UMBRIRII MODULELOR PV
În situația prezentată de poziționare a șirurilor fotovoltaice, suprafața de captare a
primului șir nu va fi niciodată umbrită de celelalte șiruri, problema umbririi recipr oce se studiază
doar pentru celelalte șiruri, umbrirea acestora fiind influențată de distanța de distanța AD (figura
3.5.) și de elevația modulului PV (α n).
Pentru verificarea simulărilor numerice efectuate în subcapitolul 4.8. pentru lungimea
umbrei în zi ua 15 a fiecărei luni, se va efectua o simulare 3D în soft -ul de proiectare și simulare
Google SketchUp 2014 pentr u solstițiul de iarnă (fig. 4.18 .), atunci când soarele are poziția cea
mai joasă pe bolta cerească.

Figura 4.18. Simulare 3D lungimea umbrei pentru ziua 21 Decembrie ora 13:00 ( ora 12 timp
solar)
Conform simulărilor de umbrire efectuate pentru ziua de 2 1 Decembrie (solstitiu de
iarna ), începând cu ora 9:00 (figura 4.19 .) modulele PV nu mai sunt umbrite, rezultând că ele vor
produce ener gie electrică începând cu această oră.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
57
Figura 4.19 . Simularea umbrei pentru ora 09:00, ziua 21 Decembrie, ora la care modulele PV
nu sunt umbrite
Conform simulărilor pentru umbrire pentru ziua de 21 Decembrie (solstitiu de iarna ) ,
modulele PV captează r adiație solară și nu sunt umbrite până la ora 15:20 (figura 4.20 .).

Figura 4.20 . Simularea umbrei pentru ora 15:20, ziua 21 Decembrie, ora la care modulele PV
încep să se umbrească

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
58
Figura 4.21. Simulare 3D lungimea umbrei pentru ziua de 21 Iunie ora 13:00 ( ora 12 timp
solar)
Asemănător cu pasul anterior, au fost efectuate simulări pentru a determina momentul din
zi când modulele PV încep să capteze radiație solară și ora la care acestea nu mai captează.
Pentru solstițiul de vară ziua 21 Iunie, ziua cea mai lungă din an, soarele răsare din spatele liniei
de amplasare al sistemului PV, acestea necaptând radiație solară directă (figura 4.22.).

Figura 4.22 . Simularea umbrei pentru ora 06:3 0, ziua 21 Iunie , ora la care modulele PV captează
radiație solară

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
59 În figura 4.23. este simulat momentul în care modulele fotovoltaice nu mai captază
radiație solară, solarele depășind linia de instalare al acestora.

Figura 4.23 . Simularea umbrei pentru ora 18:00, ziua 21 Iunie , ora la care modulele PV nu mai
captează radiație solară
În urma simulărilor efectuate pentru lung imea umbrei lăsate de un șir de module PV, se
poate verifica faptul că șirurile de module PV sunt amplasat e la distanța optimă astfel încâ t
acestea să nu se umbrească între ele.
Simulările 3D pentru lungimea umbrei confirmă simulările numerice efectuate la punctul
4.8., astfel în urma calculelor matematice s -a determinat în mod core ct lungimea umbrei și
distanța optimă de amplasare a module lor PV.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
60 5. TESTAREA EXPERIMENTALĂ: STUDIU DE CAZ L7 –
ICDT
Pentru validarea modelelor matematice propuse se va efectua studiul experimental asupra
energiei electrice produse de standul PV amplasat pe terasa laboratorului 7 și măsurarea lungimii
de umbră lăsate de modulul PV la diferite valori ale timpului solar.
5.1. DESCRIEREA STANDULULUI EXPERIMENTAL
Studiul de caz a fost făcut pe platforma PV amplasată pe terasa laboratorului L7 (fig.
5.1.). Aceasta este compusă din 3 module PV monocristaline marca Helios model HEE215M
(fig. 5.2.) cu o putere de 250 W (fig. 5.4.a.) și 3 module PV policristaline marca LDK Solar Co.,
Ltd. model LDK -250P -20 (fig. 5.3.) cu o putere de 250 W (fig. 5.4.b.) .

Figura 5.1. Amplasare platform PV pe terasa laboratorului L7, ICDT

Figura 5.2. Platformă PV cu 3 module marca Helios model HEE215M

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
61
Figura 5.3. Platformă PV cu 3 module marca LDK Solar Co., Ltd. model LDK -250P -20

Figura 5.4. Specificații tehnice a) modul PV HEE215M și b) modul PV LDK -250P -20
Eficiența modulului PV P1.1.17 E se poate determina în funție de puterea acestuia, de
energia solară captată pe m2 și de dimensiunile acestuia. Rezultă eficiența modulului este egală cu
14,9 %.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
62 Cele 6 module PV sunt conectate în serie la invertorul marca Solar Edge model SE500
(fig. 5.5.) cu o putere de 5000 W (fig. 5.6.).

Figura 5.5. Invertor marca Solar Edge model SE500

Figura 5.6. Specificații tehnice invertor Solar Edge model SE500

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
63 5.2. MĂSURAREA LUNGIMII UMBREI LĂSATE DE UN MODUL PV
Pentru compararea rezultatelor simulate numeric la punctul 4.8. se vor efectua măsurători
pentru lungimea umbrei lăsate de modulul P1.1.17 E (fig. 5.2.). A fost aleasă ca și zi de testare
experimentală ziua de 16 iunie 2018, o zi cu cer senin, fără ploaie. Pentru dimensionarea distanței
dintre două șiruri se calculează variant a cea mai dezavantajoasă care este la solstițiul de iarnă.
În figura 5.7. a fost marcată umbra lăsată de modulul PV în intervalul pentru timpul solar
12-16. Valorile măsurate ale lungi mii umbrei au o valoare maxima pentru ora12 solar apoi
acestea sunt în scădere până la ora 16 solar. Unghiul azimutal are o valoare apropiată pentru
timpul solar 12 -13, apoi acesta variază foarte mult între timpurile solare până la ora16 solar.

Figura 5.7. Lungimea umbrei măsurată pentru 16 iunie
În tabelul 5.1. au fost notate valorile măsurate pentru lungimea umbrei modulul ui PV.
Tabel 5.1. Valori măsurate ale lungimii umbrei pentru ziua de studiu 16.06.2018
Ora Timpul solar Unghi solar azimut Lungimea umbrei
ts, h Ψ, ° Lu, mm
12:50 12 +13 355
13:00 12 +11 361
13:05 12 +9 366
13:10 12 +6 368
13:15 12 +3 368
13:20 12 -1.5 364
13:25 12 -3 364
13:30 12 -5 364
13:35 12 -8 364
13:45 12 -14 364
14:00 13 -24 360
14:30 13 -33 354
15:00 14 -52 333
15:30 14 -62 308
16:00 15 -68 281
16:30 15 -75 232
17:00 16 -84 162

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
64 Pentru a se determina unghiul de înclinare χ al modulului PV au fost măsurate
dimensiunile modulului PV și a structurii pe care acesta este amplasat (fig. 5.8.).

Figura 5.8. Modul de poziționare al modulului PV
Pe baza valorilor măsurate a fost construită în softul de proiectare Catia schema de calcul
pentru determinarea înclin ației modulului PV (fig. 5.9. ).

Figura 5.9. schema de calcul pentru determinarea înclinției modulului PV
Valorile măsurate pentru schema de mai sus sunt: AB= 1115 mm, BC=735mm, CC’=14
mm și AC= 835 mm.
Pentru determinarea unghiului de înclinare χ se va utiliza următoarea relație de calcul:
AC= AB*cos χ°=> 835=1115*cos χ°=> cosχ°= 835/1115=>χ°=arcos(835/1115)=>
χ= 41,5 °

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
65 5.3. Compararea valorilor măsurate cu valorile obținute prin simulare
numerică
Pentru verificarea simulărilor numerice efectuate la punctul 4.8. se vor realiza o serie de
simulări numerice pentru ziua de 16 iunie și pentru dimensiunile modulului PV instalat.
Tabel 5.2. Simulări numerice efectuate pentru ziua de studiu 16 iunie

Se vor compara valo rile pentru lungimea umbrei măsurată (L um) și valorile pentru
lungimea umbrei calculate (L uc ) în tabelul 5.3. :
Tabelul 5.3. Valorile comparate pentru lungimea umbrei măsurată (L um) și valorile pentru
lungimea umbrei calculate(L uc )

Se poate observa în tabelul 5.3. faptul că există o diferență între cele două valori. Ace astă
diferență este dată de valoarea lui CC’ (fig. 5.9.) având în vedere că lungimea umbrei a fost
măsurată până la nivelul terasei, însă pentru valorile calculate, au fost luate în considerare
valorile măsurate pâna în pavela de beton .

ZiuaNumărul
zileiFactor de
turbinitate Factor
radiație
difuzăFactor
radiație
traversare
noriTimp
solarUnghi
orarUnghi
declinațieUnghi
solar
elevațieUnghi
solar
azimutUnghi
incidențăRaditația
solară la
intrarea în
atmosferăRadiația
solară
directă
disponibilăRadiația
solară
captată Radiația
solară difuză
disponibilă
in plan
orizontalRadiația
solară
difuză
captatăRadiația
solară difuză
disponibilăRadiația
solară
globală
disponibilăRadiația
solară
globală
captatăLungimea
umbrei
Ziua N TL CD FCC ts ω δ α ψ ᵞ B0 B Bn Dh Dn D G Gn Lu
– – – – h ° ° ° ° ° W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2W/m2mm
16/6 167 3.2 0.33333 1 4 120 23.39 -2.12 127.31 115.40 1324 0 0 0 0 0 0 0 0
16/6 167 3.2 0.33333 1 5 105 23.39 6.76 116.77 102.02 1324 269 0 41 36 23 292 36 -2806
16/6 167 3.2 0.33333 1 6 90 23.39 16.49 106.82 88.35 1324 540 16 74 65 48 587 80 -722
16/6 167 3.2 0.33333 1 7 75 23.39 26.74 96.92 74.59 1324 709 188 92 81 67 776 269 -177
16/6 167 3.2 0.33333 1 8 60 23.39 37.20 86.35 60.89 1324 814 396 103 90 82 896 486 62
16/6 167 3.2 0.33333 1 9 45 23.39 47.52 73.96 47.47 1324 880 595 109 95 95 975 690 187
16/6 167 3.2 0.33333 1 10 30 23.39 57.09 57.63 34.76 1324 920 756 113 99 104 1024 854 256
16/6 167 3.2 0.33333 1 11 15 23.39 64.63 33.68 24.08 1324 941 860 115 101 110 1051 960 291
16/6 167 3.2 0.33333 1 12 0 23.39 67.74 0.00 19.24 1324 948 895 116 101 111 1060 997 302
16/6 167 3.2 0.33333 1 13 -15 23.39 64.63 -33.68 24.08 1324 941 860 115 101 110 1051 960 291
16/6 167 3.2 0.33333 1 14 -30 23.39 57.09 -57.63 34.76 1324 920 756 113 99 104 1024 854 256
16/6 167 3.2 0.33333 1 15 -45 23.39 47.52 -73.96 47.47 1324 880 595 109 95 95 975 690 187
16/6 167 3.2 0.33333 1 16 -60 23.39 37.20 -86.35 60.89 1324 814 396 103 90 82 896 486 62
16/6 167 3.2 0.33333 1 17 -75 23.39 26.74 -96.92 74.59 1324 709 188 92 81 67 776 269 -177
16/6 167 3.2 0.33333 1 18 -90 23.39 16.49 -106.82 88.35 1324 540 16 74 65 48 587 80 -722
16/6 167 3.2 0.33333 1 19 -105 23.39 6.76 -116.77 102.02 1324 269 0 41 36 23 292 36 -2806
16/6 167 3.2 0.33333 1 20 -120 23.39 -2.12 -127.31 115.40 1324 0 0 0 0 0 0 0 0
22501 11094 6515 1411 1234 1168 12262 7749
EB0 EB EBn Edh EDN ED EG EGn
Timp solar ts h 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Lungimea
umbrei
măsurate Lum mm 0 0 0 0 0 0 0 0 355 360 333 281 162 0 0 0 0
Lungimea
umbrei
calculate Luc mm 0-2806 -722 -177 62 187 256 291 302 291 256 187 62 -177 -722 -2806 0

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
66 5.4. Descărcare date înregistrate pentru modulul P1.1.17 E
Datele pentru energia electrică produsă de modulul PV P1.1.17 E au fost colectate și
salvate cu ajutorul bazei de date Solar Edge Monitoring [23 ], descărcate pe calculator, pr elucrate
și reprezentate grafic.
Pentru anumite zile unde sunt lipsă valori au fost trecute ca și valori “0”. Pentru aceste
zile a fost luata in calcul o valoare medie lunara a energie electrice zilnice pentru a tine cont de
aceste zile. Determinarea energiei electrice produse de către modulul fotovoltaic, s -a făcut prin
corectarea valorilor acesteia, calculându -se energia electrică produsă pe o zi și înmulțindu -se cu
numărul de zile al lunii respective.
În figura 5.10. este reprezentată diferența dintre energia electrică produsă de modul
(Ee exp) și energia electrică produsă , corectată , pentru fiecare zi din lună.

Figura 5.10. Diferența dintre cantitatea de energie electrică produsă și cea corectată
Energia solară captată este dată de totalul energiei produse de modulul PV, suprafața
modul PV, energia electrică specifică și eficiență modul PV și se calculează prin relația:
EGN=Ee/S PV/Ees/ηPV
În tabelul 5.4. este reprezentată totalul de energie electrică produs ă de modulul PV lunar
și energia solară captată de acesta

.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
67 Tabelul 5.4. Valorile înregistrate de modulul PV P1.1.17 E pentru energia electrică produsă și
energia solară captată determinată

Valorile menționate în tabelul 5.4. ale energiei electrice produse de modulul PV P1.1.17 E
înclinat față de planul orizontal cu 40°, sunt comparate cu valorile pentru energia electrică
simulată pentru radiația solară captată de un modul înclinat față de planul orizontal cu 40°. în
tabelul 4.8., date din Meteonorm.
Tabel 5.5. Valorile comparate pentru energia electrică

Diferența dintre totalul celor două valori este de 99,1 kWh/an. Această diferență este dată
de eficiența modulului fotovoltaic de 14,9 %, obținută pentru radiația solară de 1000 W/m2.

Figura 5.13. Cantitatea de energie electrică de modulul PV P1.1.17 E lunar și energia electrică
simulată
Energia electrică produsă și cea simulată au valori apropiate, această comparație
confirmând astfel simulările numerice efectuate în capitolul 4.

Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Noi Dec TOTAL
Energie electrică produsă Ee, [Wh] 9999 7450 18609 23270 26907 28086 26324 25531 13003 16257 10405 5068 210908.5
Suprafața PV mp 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
Energie electrică specifică Ees, [Wh/mp] 6249 4656 11630 14544 16817 17554 16453 15957 8127 10160 6503 3167
Eficiență PV ηPV 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149
Energie solară captată Egn, [kWh/luna] 42 31 78 98 113 118 110 107 55 68 44 21 885
Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sep Oct Noi Dec TOTAL
Energie electrică produsă Eeexp, [kWh] 10.0 7.5 18.6 23.3 26.9 28.1 26.3 25.5 13.0 16.3 10.4 5.1 210.9
Energie electrică simulată Ee, [kWh/luna] 19 22 31 36 37 38 41 39 34 32 20 14 360

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
68 6. CONCLUZII
Sistemele fotovoltaice obișnui te instalate pot ocupa suprafețe mari de teren. Prin
integrarea lor în structura clădir ilor aceste sisteme pot aduce soluții noi în construcția și estetica
clădirilor.
Studiul s -a efectuat pe o clădire de birouri cu suprafața de 1350 m2, pe 3 nivele, a căre i
necesar de energie electrică a fost modelat pe baza unei strategii de funcționare, în funcție de
gradul de ocupare și de programul de lucru. Clădirea a fost relevată și modelată în Catia V5.
A fost obținut necesarul anual de energie electrică, însumând necesarul de energie
electrică al celor două pompe de căldură dimensionate pentru încalzirea clă dirii, al sistemului de
iluminat ș i al aparaturii de birou.
Modelarea răspunsului energetic al sistemului fotovolta ic s-a făcut prin modelarea
matematică a ene rgiei solare captate, pentru locația aleasă . Pe baza acestor modelări a fost
obținută valoarea unghiului de elevație optim al modulelor PV și cantitatea de module pentru
asigurarea necesarului de energie al clădirii.
Pentru stabilirea soluț iei de amplasa re al modulelor PV s -au luat în calcul aspecte le
legate de amplasarea lor, astfel încât reducerea eficienței de captare a radiației solare cauzată de
umbrirea reciprocă a modulelor să fie eliminată.
Ca urmare a complexită ții parametrilor care influen țează umbrirea șirurilor fotovoltaice,
s-a dovedit a fi necesară o simulare a lungimii umbrelor pentru diferite perioade ale anului. S -au
realizat simulări de umbrire cu ajutorul soft -ului Google SketchUp.
Pentru validarea metodologiei prezentate, datele obținute prin simulare numerică pentru
cantitatea de energie electrică produsă de un modul PV și lungimea umbrei acestuia au fost
comparate cu valorile determinate experimental pentru un modul PV instalat pe terasa
laboratorului L7 .
Prin urmare, pe baza st udiului, se pot spune ca suprafața acoperișului clădirii nu este
suficientă pentru asigurarea întregii cantitați de energie electrică pentru functionalitațile
menționate, fiind necesară amplasarea unui ș ir de module fot ovoltaic și pe fațada clă dirii.
Pentru un necesar de energie mai ridicat se poate studia î n conti nuare posibilitatea
utilizării î ntregii fațadei Sud, pe care se pot implementa mo dule fotovoltaice, pentru a creș te
cantitatea de energie electrică produsă . Aceasta soluți e poate conduce la reduc erea costului de
constru cție al clădirii, ca urmarea a utilizarii modulelor în locul unor părți din anvelopa clă dirii.

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
69 BIBLIOGRAFIE
1. Monitorul Oficial al României, Partea I, Nr. 451/23.VII.2013, Legea Nr. 372/2005
2. http://audit -energetic.com/certificat -energetic/
3. Jens Lausten, Energy eff iciency requirements in building codes, energy efficiency policies
for new buildings, International Energy Agency Paris, 2008
4. Macedon Moldovan, Ion Vișa, Daniela Ciobanu, Towards nZEB -Sustainable Solutions to
Meet Thermal Energy Demand in Office Buildings , Sustainable Energy in the Built
Enviroment – Steps Towards nZEB, 2014, 115 -133
5. Asociația Română pentru promovarea Eficie nței Energetice, Eficiența Energetică în
România, Cartea Albă, AGIR București, 2013
6. Ion Vișa, Anca Duță, The Built Enviroment in Sustainable Communities, Sustainable
Energy in the Built Enviroment – Steps Towards nZEB, 2014, 3 -31
7. Dan Staniaszek, Renovarea R omâniei – O strategie pentru renovarea durabilă a fondului
de clădiri din România, BPIE, 2014
8. Antonio Luque Carte , Steven Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and
Engineering ,WILEY, West Sussex, 2011
9. Goetzberger V.U. Hoffmann, Photovoltaic Solar Energy Generation, Springer, Berlin,
2005
10. Patrina Eiffert, Ph.D., Gregory J. Kiss, Building -Integrated Photovoltaic Designs for
Commercial and Institutional Structures , IEA
11. Mark DeKay, G.Z. Brown, Sun, Wind & Light – arhitectural strategies, 3rd edition,
WLEY, New Jersey, 2014
12. https://www.architecturalrecord.com/articles/11590 -conti nuing -education -building –
integrated -photovoltaics#CEU
1. http://www.sadev.com/blog/vea -hikari -lyon-france/?lang=en
2. http://europastudio.com.au/next -gen-building -design/solar -building -design -sbd/building –
integrated -photovoltaics -bipv/
3. http://www.pveurope.eu/News/Solar -Generator/Building -integrated -photovoltaics –
European -framework -for-certification -and-approval -procedures -necessary
4. https://prismpub.com/sizing -up-the-global -building -integrated -photovoltaics -market/
5. https://solarpanelscompany.com/blog/turning -windows -into-solar -panels/

Sistem PV De Asigurare a Independenței Energetice a unei Clădiri de Birouri
70 6. https://cen.acs.org/articles/94/i18/future -low-cost-solar -cells.html
7. https://www.researchgate.net/figure/Building -of-the-Tourist -Office -in-Ales-France –
integration -of-three -PV-facades -into-
a_fig6_272528840?_sg=aYhn2tDquPSIPYODicBfPbruuNDkL7I7PyomfumMQykl8H81
BWq6rrpjqx9ckKaaoMVJKqtwzCoJ -2nnVdIQfA
8. https://www.e -architect.co.uk/korea/federation -korean -industries
9. https://www.homepower.com/articles/solar -electricity/equipment -products/residential –
building -integrated -photovoltaic -systems
10. https://greenliving.lovetoknow.com/Photovoltaic_Shingles
11. https://mattgieseking.wordpress.com/2012/08/29/building -integrated -photovoltaics -bipv -new –
light/
12. http://vtgcorp.com/product/pv -modules -polycrystalline -sharp -250-watt/
13. https://www.ceneo.pl/46263615
14. http://www.kapro .ua/rosoedinitel -nagruz1 -0-eti-las-16-4660011 -ser-cher/
15. https://new.abb.com/power -converters -inverters/solar/string/three -phase/trio -20-0kw-27-6kw
16. Normativul I9 -2015 privind proiectarea, execuția și exploatarea instalațiilor sanitare aferente
clădirilor
17. www.meteonorm.com
18. Meliss M., Regenera tive Energiequellen Praktikum, Springer, Berlin 1997
19. Vătășescu M., Burd uhos B., Moldovan M., Sisteme articulate pentru orientare solară , Editura
Universității Transilvania din Brașov, 2011
20. https://w ww.romstal.ro/pompa -de-caldura -sol-apa-hiseer -incalzire -racire -reversibila -bhp20 -b-
19-5kw-p4874028.html
21. http://www.solimpeks.com/solar/?product=pv -sol60s -270w
22. http://www.e -solare.com/produs/fronius -eco-270-3-s
23. https://monitoring.solaredge.com/solaredge -web/p/login

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: SISTEM PV DE ASIGURARE A INDEPENDENȚEI ENERGETICE A UNEI CLĂDIRI DE BIROURI Program de studii : Design de produs pentru dezvoltare durabilă și… [616429] (ID: 616429)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

SISTEM PV DE ASIGURARE A INDEPENDENȚEI ENERGETICE A UNEI CLĂDIRI DE BIROURI Program de studii : Design de produs pentru dezvoltare durabilă și… [616429]

Copyright Notice

Cristina Alvares 1 [618003]

DOMENIUL : ȘTIINȚE ALE EDUCAȚIEI SPECIALIZAREA: PEDAGOGIA ÎNVĂȚĂMÂNTULUI PRIMAR ȘI PREȘCOLAR FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI LUCRARE DE LICENȚĂ COORDONATOR… [627922]

1. PROIECTAREA DISPOZITIVULUI DE MANIPULARE ȘI ÎNDOIRE 1.1 Generalități .Stadiu actual. Conform funcției lor grippere-le se impart in mai multe… [304688]

Univ ersitatea Alexandru I oan Suza din I ași [600475]

Valoarea instructiv – educativă a basmului [615259]

Badea Ecaterina Hidrologie Meteorologie Licenta 2019 [618761]

Copyright Notice

Similar Posts