Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui [618428]

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 2

Cuprins

Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 3
Capitolul 1. Surse de energie ………………………….. ………………………….. ……………………. 4
1.1. Surse regenerabile de energie ………………………….. ………………………….. ……… 5
1.1.1. Originile energiei sol are ………………………….. ………………………….. …………… 7
1.1.2. Echip amente de captare a energiei solare ………………………….. ………………. 8
Capitolul 2. Sisteme fotovoltaice ………………………….. ………………………….. …………….. 11
2.1. Noțiuni fundamentale ………………………….. ………………………….. ………………….. 12
2.1.1. Scurt istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. 12
2.1.2. C elule fotovoltaice ………………………….. ………………………….. …………………. 13
2.1.3. Efectul fotovoltaic ………………………….. ………………………….. …………………. 17
2.2. Realizarea sistemului fotovoltaic ………………………….. ………………………….. …… 18
2.2.1. Panouri fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ………………. 21
2.2.2. Structura unui sistem fotovoltaic ………………………….. …………………………. 23
2.3. Energie electrică produs a de un sistem fotovoltaic ………………………….. ………. 25
2.4. Instalarea sistemelor fotovoltaice pe clădiri ………………………….. ……………………. 27
Capitolul 3. Studiu de caz – Alegere a componentelor unui sistem fotovolt aic si
calculul fin anciar de r ealizare al acestui a ………………………….. ………………………….. … 29
3.1. Energia solară pentru un consum ator izol at………………………….. ………………. 30
3.2. Costul unui sistem de aliment are cu energie electric a construit cu p anouri
fotovolt aice………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 38
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 41
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 42
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 43

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 3

Introducere

In prezen a lucrare îmi propun s a fac o analiză teoretic ă a noțiunii de “sistem
fotovolt aic”.
Celulele f otovolt aicele, sunt dispozitive semiconducto are care transformă lumin a
solară în curent electric. Panourile sol are fotovolt aice, sunt structuri de celule fotovolt aice
element are grup ate în module, c are conțin aproxim ativ 40 de celule. Mai multe p anouri
interconect ate pot furniz a suficientă energie, ce po ate fi folosit ă, pentru uzul c asnic al
unei locuințe, pentru inc arcarea bateriilor s au pentru func ționarea unor moto are.
Prevazute cu un echip ament corespunz ator de tr ansform are a puterii, sistemele
fotovolt aice vor produce curent alternativ, comp atibil cu orice aparat conven țional de uz
casnic si nu num ai.
Lucr area de fața, este structur ată pe trei c apitole.
 Am inceput cu o trecere in revistă a “Surselor de energie” si import anța lor in
viața omului, insist and asupra energiei sol are, c are captată si transform ată cu
ajutorul p anourilor fotovo ltaice, devine energie electrică .
 Capitolul al doile a “Sisteme fotovolt aice”, este con ceput astfel c a cititorul s ă
ințeleagă ușor import anța acestu i sistem in zilele no astre, p arțile componente si
modul de re alizare cât si beneficiile aduse de acesta.
 In capitolul al treile a, “Alegere a componentelor unui sistem fotovolt aic si
calculul fin anciar de re alizare al acestui a”, facem o p articul arizare pentru c azul
in care consum atorul nostru se g aseste intr -o zonă unde nu exist a posibilit atea
aliment ării cu energie electric ă de la rețeaua electric ă.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 4

Capitolul 1. Surse de energie

Fig. 1 Energie verde

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 5

1.1.Surse regener abile de energie

Energi a regener abilă se referă l a acea form ă de energie “rezult ată din procese
naturale regener abile, l a care ciclul de producere are loc în perio ade de timp ”1
comp arabile cu perio adele lor de consum. Astfel, energi a luminii sol are, energi a
vânturilor, energi a apelor curgăto are, energi a proceselor biologice și a căldurii
geoterm ale pot fi captate utilizând procedee diferite .
Energi a neregener abilă includ e energi a nucle ară precum și energi a gener ată prin
ardere a combustibililor fosili, cum ar fi cărbunele , țițeiul și gazele n aturale. Aceste
resurse sunt limitate la existenț a zăcămintelor respective și sunt consider ate în gener al
neregener abile.
In acest sens, Articolul 2 liter a (a) din Directiv a privind energi a din surse
regener abile, conține următo area definiție: „«energie din surse regener abile» înse amnă
energi e din surse nefosile, respectiv eoli ană, sol ară, aeroterm ală, geoterm ală,
hidroterm ală și energi a oceanelor, energi a hidroelectrică, biom asă, g az de ferment are
a deșeurilor, g az provenit din inst alațiile de epur are a apelor uz ate și biog az”2.
Sursele regener abile de energie sunt energii obținute din fluxurile existente în
mediul ambiant care au un c aracter continuu și repetitiv. Prin eliber area energiei stoc ate
în combustibilii fosili s au cel nucle ar, noi poluăm mediul ambiant cu deșeuri, deci
amplifi căm efectul de seră și contribuim l a poluarea termică a mediului (figur a 2). Fluxul
de energie regener abilă are caracter închis, i ar cel de energie fosilă are caracter deschis.
În cazul folosirii surselor regener abile de energie, fluxul de energie provenit din mediul
ambiant se tr ansformă cu ajutorul inst alației de conversie într -o altă formă de energie,

1 Drăgan V., Energii regenerabile și utilizarea acestora, Editura Atlas Press, București, 2009
2 Directiv a 2009/28/CE a Parlamentului Europe an și a Consiliului din 23 aprilie 2009 privind promov area
utilizării energiei din surse regener abile, de modific are și ulterior de abrogare a Directivelor 2001/77/CE și
2003/30/CE

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 6
neces ară consum atorului, și apoi se reînto arce în același mediu, echilibrul termic al
acestui a nefiind afectat. (a. b, Fig. 2.)

a. b.
Fig.2. Circul ația fluxurilor de energie: a – regener abilă; b – din surse fosile

“Atât producți a, cât și consumul de energie din surse regener abile sunt în creștere în
UE, d ar este neces ară continu area eforturilor d acă se dorește îndeplinire a obiectivelor UE
privind energi a din surse regener abile fix ate, și anume c a pondere a acestui tip de energie
în consumul fin al să ajungă l a 20 % până în 2020 și l a cel puțin 27 % până în 2030. D acă
UE dorește să își reducă emisiile de g aze cu efect de seră pentru a respect a Acordul de l a
Paris privind schimbările clim atice, închei at în 2015, este esenți al să se utilizeze m ai
multă energie din surse regener abile. De asemene a, creștere a utilizării energiei din surse
regenerabile ar pute a reduce dependenț a UE de combustibilii fosili și de importurile de
energie, contribuind astfel l a securit atea aprovizionării s ale cu energie. ” 3
Fiind un a dintre sursele de energie regener abilă, energi a solară este energi a
radiantă produsă de So are ca rezult at al reacțiilor de fuziune nucle ară. Ea este

3 Raportul speci al nr.05/2018 CURTE A DE CONTURI EUROPE ANA

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 7
transmisă pe Pământ prin sp ațiu în cu ante de energie numite fotoni, c are inter acțione ază
cu atmosfer a și supr afața Pământului.
In fiec are zi, o cantitate imensă de energie sol ară ajunge pe Pământ , unde poate fi
colect ată și folosită sub formă de c aldură, s au poate fi tr ansform ată direct î n electricit ate
cu ajutorul celulelor fotovolt aice.
Captarea directă a energiei sol are se face cu colectori solari, proiect ați să capteze
energi a, uneori prin foc alizarea directă a razelor sol are. Energi a, odată captată, este
folosită atat în procese termice s au fotoelectrice c at si in procese fotovolt aice. În
procesele termice, energi a solară este folosită pentru incalzirea unui gaz sau a unui lichid,
care apoi este înm agazinat sau distribuit. În proces ele fotovolt aice, energi a solară este
transform ată direct în energie electrică, iar în procesele fotoelectrice, sunt folosite
oglin zile s au lentilele c are captează razele sol are într -un receptor, unde c ăldura solară
este tr ansfer ată într -un fluid c are pune în funcț iune un sistem de conver sie a energiei
electrice convenț ionale.

1.1.1. Originile energiei sol are
Pentru a explic a modul în care a luat naștere energi a solară au fost emise o serie
de ipoteze cum ar fi ce a a combustiei s au cea a contr actiei gr avitaționale dar care nu
reuse au sa justifice v arsta Soarelui de 4,5 mili arde de ani.
Astfel, ipotez a cea mai in m asură să explice c antitatea de energie emis ă de So are
In timpul existentei s ale este ce a a proceselor nucle are. Energi a nucle ară po ate fi
eliber ată, fie prin fisiune nucle ară, fie prin fuziune.
Putem f ace aici o intre aga analiza a teoriilor producerii energiei sol are, a
transportului ei c atre p amant precum si a absorbtiei acestei a de catre apa, plante s au
diferiti absorb anti terestri, cu efecte diferite cum ar fi contrubuț ia la circuitul hidrologic al
Pămantului s au contruibuț ia la crestere a biom asei, to ate aceste a si nu num ai, avand ca
rezult at producere a de ene rgie termic a sau electric a.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 8

1.1.2. Echip amente de captare a energiei sol are

A. Panourile sol are
Panouri le solare au fost si sunt folosite eficient pentru încălzire a apei și a
locuințelor. Transferul de c aldură, f ace ca temper atura fluidului colector ce trece prin
canalele p anoului s a prezinte v alori crescute. Pentru a obține o eficien ță cat mai mare si
pentru minim alizarea pierderilor de c aldură, p anourile sol are prezint ă una sau mai multe
straturi tr ansparente și au capabilitatea de a incălzi lichidul colector p ana la 82°C cu un
randament cuprins între 40% și 80%. (fig. 3)

Fig, 3 Panouri sol are
Acestea se monte ază pe acoperișurile
locuințelor. Orient area lor va fi spre sud, d acă ne situ ăm
in emisfer a Nordică s au spre nord d acă aceste a se află
mont ate în emisfer a sudică , sub un unghi, se spune
optim, eg al cu latitudinea la care se adună 15° pentru
emisfer a Sudică s au se sc ad 15° pentru emisfer a
Nordică. Aceste a prezint a, pe l anga diferiții senzori de
temperatură neces ari pent ru pornire a-oprire a diferitelor
pompe de aliment are in timpul funcțion ării și un
rezervor de apă bine izol at pentru stoc area căldurii
captate.

B. Panourile sol are fotovolt aice
Spre deosebire de p anourile sol are care capteaza energi a solară si cu ajutorul acestei a
se incalzeste un fluid c are este folosit l a randul să u la incalzirea apei s au a locuinței,

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 9
panourile sol are fotovolt aice produc direct energie electrică și totod ata înmagazinează
energie în b aterii, pentru a putea fi folosită in timpul nopții .(fig. 4)

Fig. 4 Panouri sol are fotovolt aice

C. Captatoare de energie
Pentru aplicații, cum sunt aerul condițion at, centr ale de energie și numero ase
cereri de c aldură , “panourile sol are nu pot furniz a fluide colecto are la temper aturi
suficient de m ari pentru a fi eficiente ”4. Ele pot fi folosite c a dispozitive de încălzire în
prim a fază, după care temper atura fluidului este apoi crescută prin mijlo ace
convențion ale de încă lzire. Alternativ, pot fi fo losite colecto are complexe ș i mai scumpe.
Aceste dispozitive reflectă și foc alizează razele sol are incidente într -o zonă mică de
captare. Rezult atul acestei concentră ri este, crestere a intensitații energiei sol are și a
temper aturii, care po ate ajunge l a câtev a sute s au chi ar câtev a mii de gr ade Celsius.
Pentru o funcț ionare eficient ă, aceast captator trebuie să se miște după mișcarea Soarelui,
Dispozitivele utiliz ate se numesc heliost ate.(fig. 5)

4 Maghiar T., Surse noi de energie, Editura Keysys, Oradea, 1995.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 10

Fig. 5. Captator de energie

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 11
Capitolul 2. Sisteme fotovolt aice

Fig. 6 P anouri fotovolt aice

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 12

2.1. Noțiuni fund ament ale
Un sistem fotovolt aic “convertește în mod direct energi a solară în energie
electrică, pe b aza efectului fotovolt aic, și o aduce l a parametrii electrici ceruți de
consum ator.”5

2.1.1. Scurt istoric
Utiliz area energiei sol are ca resursă eneregetică, a început încă din antichit ate,
unde cu ajutorul lentilelor și oglinzilor s-a captat acest tip de energie. Aceste a erau
panourile sol are antice. Cu trecere a timpului însă, resursele energetice fosile au început s ă
domine, i ar resursele energetice alternative au devenit m ai puțin import ante.
Dupa ce omenire a a conștientiz at faptul că resursele energetice fosile sunt
limitate, r esursele energetice alternative au căpăt at iarăși o import anță deosebită . Așa a
crescut motiv area pentru folosire a resurselor energetice alternative inepuiz abile si
implicit, folosire a panourilor fotovolt aice.
Producț ia primelor fotovolt aice convențion ale a început în anii 1950 -1960 ,
aceste a fiind folosite l a producere a energiei electrice necesară sateliților ce orbit au în
jurul Pământului.
În anii 1970, odată cu creș terea atat a perform anțelor c at si a calitații modulelor
fotovolt aice s-a ajuns l a reducere a costurilor de producț ie si in acelasi timp s -au deschis
noi orizonturi privind aliment area unor dispozitive terestre l a distanță, inclusiv încărc area
bateriilor pentru ajutorul n avigării. Cu trecere a timpului , fotovolt aicele au devenit o
alternativa comun a la aliment area cu energie electric a aparatelor si echip amentelor
consum atoare de curent .
In zilele no astre, producți a industri ală de module fotovolt aice este în creștere
astfel că progr ame m ajore din U.S. A., Japonia și Europ a grăbesc implement area
sistemelor fotovolt aice pe clădiri și interconect area în rețelele utilit are.

5 Ghergheleș V., Energia viitorului, Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2006

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 13

2.1.2. Celule fotovolt aice
Celulele, numite și celule fotovolt aice au o supr afață fo arte mică , curentul
gener at de o singură celulă fiind mic. Combin ații ale acestor celule, serie – paralel pot
produce curenți suficient de m ari pentru utiliz area lor în pr actică. Aceste celule sunt
încapsulate în p anouri de diferite dimensiuni, care le oferă rezistență mec anică, inclusiv
la intemperii.
Celulele fotovoltaice se re alizează din diferite materiale semiconductoare, peste
95% din tre aceste a fiind realizate din siliciu (Si), acesta fiind al doilea element chimic,
cel mai răspândit în scoarța terestră, fiind astfel fo arte ieftin. Evidenț iem aici si faptul c a
prelucr area siliciului este “prieteno asă” cu mediul inconjur ator .
Distingem urmatoarele urmatoarele criterii de cl asificare a celulelor fotovolt aice:
– Dupa grosime a stratului m aterialului: celule cu sr at gros s au cu str at
subțire;
– Dupa felul m aterialului semiconductor: combin ații CdTE, G aAs,
CuInSe s au unul din m aterialele cele m ai folosite siliciul Si
Facem mai jos o prezent are a celulelor fotovolt aice dup a criteriile m ai sus
menț ionate:
A. Celule pe b ază de siliciu
 Strat gros
– Celule monocrist aline (c -Si) prezint ă cel mai bun randament – se ajunge
pana la 20% r andament energetic in producț ia de serie. Exist a tehnică de
fabricație bine pusă l a punct. Ca dezavantaj, evidenț iem un proces de
fabricație energof ag, cee a ce influenț ează neg ativ period a de recuper are
(timp ul în care energi a consum ata în procesul de f abricație devine eg al cu
cantitatea de energi e gener ată in acest proces ).

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 14
– Celule policrist aline (mc -Si)- în producți a de serie s -a atins un r andament
energetic de peste l a 16 % . Cosum ul de energie în procesul de f abricație este
relativ mic , iar până acum prezint a cel m ai bun r aport preț – perform anță.

 Strat subțire
– Celule cu siliciu amorf ( a-Si) – dintre celulele cu strat subțire, aceste a dețin
cel m ai mare segment de pi ață. Prezint a un randament energetic de l a 5 la 7%.
– Celule pe b ază de siliciu cristalin, ex. microcrist ale (µc -Si)
B. Celule cu s emiconducto are pe b ază de elemente din grup a III-V
– Celule cu G aAs – au randament m are, aceste a fiind foarte st abile la schimbările
de temper atură.
C. Semiconducto are pe b ază de elemente din grup a II-VI
– Celule cu CdTe – utilize ază o tehnologie avantajoasă caracteriz ata prin depunere
de st aturi subțiri pe supr afețe m ari în mediu cu pH, temper atură și concentr ație de
reagent control ate(CBD).
D. Celule CIS, CIGS – sau mai bine spus Cupru -Indiu -Diselenid , Cupru -Indiu –
Disulfat, respectiv Cupru -Indiu -Galiu -Diselenat produs e în stații pilot.
E. Celule sol are pe b ază de compuși org anici – Chimia organică furnize ază
compuși c are pot fi folosiț i la fabricarea celule lor solare mai ieftine. Aceste a prezint a
dezavantajul ca au un r andament redus și o dur ată de vi ață redusă (m ax. 5000h).
F. Celule pe b ază de pigmenți – se gasesc sub denumire a de celule Grätzel si
utilize ază pigmenți n aturali pentru tr ansform area luminii în energie electrică printr -o
procedură ce se b azată pe efectul de fotosinteză..
G. Celule cu electrolit semiconductor – Sunt ușor de f abricat, dar putere a și
sigur anța în utiliz are sunt limit ate.
H. Celule pe b ază de polimeri – Deoc amdată se află do ar în f ază de cercet are.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 15
In figur a 7, prezent am grafic randamentul celulelor fotovolt aice in functie de tipul
tehnologiei de f abricatie.

Fig. 7 Randamentul celulelor fotovolt aice in funcț ie de tehnologi a de fabricație

Ca prncipiu de funcț ionare al celulei fotovolt aice, putem evidenț ia urmatorul
aspect: atunci c and lumin a loveș te un atom(fig.8), acesta este absorbit de c atre unul din
electronii din jurul atomului, stimul and energi a electronului.
Pentru siliciul(spre exemplu), aceasta energie este suficient a pentru a separa
electronul de atom, l ăsând electronul s a se depl aseze liber in structur a cristalina a
materialului.In c azul nostru avem cele dou a straturi de crist al: un str at, denumit m aterial
de tip N, cont aminat cu o subst anta chimic a (proces numit dop aj), conținand o mulț ime
de electroni in el și celalalt strat cont aminat cu un m aterial de tip P, c are il f ace capabil sa
absoarba mai mulț i electroni. Urm are a faptului c a, acești electroni nu pot s ari cu ușurința
peste joncț iunea dintre aceste dou a materiale (numit a joncț iune NP), exist ând o diferența
de tensiune intre cele dou a straturi, d aca conect am un circuit pentru fiec are parte a acestei
celule, atunci, ipotetic vorbind, vom pute a utiliz a aceasta tensiune pentru a aliment a un
consum ator sau inc arca o baterie.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 16

Fig, 8 Principiul de funcț ionare a celulelor fotovolt aice

Grosime a celule i fotovolt aice este de aproxim ativ 0,3mm, in timp ce grosime a
stratului n, este de cc a. 0,002 mm. De obicei , deasupra electrodului neg ativ al celulei
fotovolt aice, se fixeaza un str at antireflexie, ce are rolul de a împiedic a reflexi a radiației
solare ce cade pe supr afața celulei electrice sol are, astfel încât “o c antitate cât m ai mare
de energie să fie tr ansfer ată electronilor de v alență din cele două str aturi
semiconducto are.”6 De regul a dimensiunile celulelor fotovolt aice au dimensiuni de
10x10cm iar mai recent aceste a se fabrică și de 15x15cm.
Randamentul celulelor fotovolt aice depinde de urmatorii factori:
 Intensit atea radiației sol are incidente pe supr afața celulei;
 Eficienț a procesului de conversie a energiei r adiației sol are în energie electrică.
În prezent, construcțiile de celule fotovolt aice au randamente în jurul v alorii de
15%, v aloare destul de scăzută , cee a ce duce l a amplasarea acestor p anouri în zone

6 Silvestre S., Modeling Photovoltaic System Using Pspice, Editura Wiley,London, 2010

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 17
caracteriz ate prin r adiație sol ară intensă. C a exemplu , țări precum Germ ania sau Austria,
cu toate că nu sunt favorizate din punct de vedere al intensității radiației solare, utiliz ează
pe sc ară largă panourile fotovolt aice.

2.1.3. Efectul fotovolt aic
O celulă fotovolt aică este form ată dintr -o joncțiune semiconducto are p -n
prevăzută cu o pereche de cont acte met alice pl asate pe cele două supr afețe libere ale
joncțiunii. În urm a difuziei purtătorilor mobili de s arcină, din regiune a în care sunt
majoritari în ce alaltă regiune, în vecinăt atea joncțiunii apare un st rat de s arcină sp ațială
care produce un câmp electric orient at de l a regiune a n către regiune a p. Sub acțiune a
luminii în regiunile semiconducto are se genere ază perechi goluri -electroni, “i ar sub
acțiune a câmpului electric al joncțiunii, golurile se depl asează către cont actul met alic
plasat pe regiune a p și electronii către celăl alt cont act met alic.”7 Între cele d ouă cont acte
apare astfel o tensiune electrică, fenomen numit efect fotovolt aic. Aceasta este o
explic ație care simplifică l a maximum fenomenul.

Fig.9. Efectul fotovolt aic

7 Goetzberger A., Photovoltaic Solar Energy Generation, Editura Springer, Berlin, 2009

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 18
Efectul fotovolt aic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre -Edmond
Becquerel, în anul 1839 si conform teoriei acestui a, acesta reprezint ă efectul de apariție a
unei tensiuni electromoto are, sub acțiune a energiei sol are. Denumire a efectului
fotovolt aic provine di n grecescul phos , care înse amnă lumină și din numele fizici anului
Allesandro Volt a, realizatorul primei b aterii electrice din lume.
Efectul fotovolt aic se datoreaza eliberării de s arcini electrice neg ative (electroni)
și pozitive (goluri), într -un m aterial solid, atunci când supr afața acestui a intra in cont act
cu radiația solara. Polarizarea electric ă a materialului respectiv , produs ă de acțiunea
luminii , induce o tensiune electromoto are, ce poate gener a curent electric într -un circuit
închis.
Pentru a permite furniz area unei puteri elctrice rezon abile, celulele fotovolt aice nu
funcțione ază individu al, ci sunt leg ate în serie într -un mumăr m ai mare, alcătuind p anouri
fotovolt aice, s au panouri electrice sol are.

2.2. Re alizarea sistemului fotovolt aic
Pe lângă gener atorul fotovolt aic – celul a, modulul, s au panoul fotovolt aic, pentru
utiliz area eficientă a energiei electrice m ai sunt neces are și alte componente. Spre
exemplu, pentru a compens a dependenț a generării energiei electrice de nivelul r adiației
solare, în m ajoritatea cazurilor este neces ar un mijloc de stoc are a energiei electrice,
respectiv de un acumul ator.
Funcțion area corectă a acestui a presupune existenț a unui bloc de control a
încărcării. Adaptarea parametrilor electrici ai consum atorului l a cei ai gener atorului
fotovolt aic necesită, fie un convertor cc -cc, fie unul cc -ca, fie ambele. În unele situ ații
“gener atorul fotovolt aic este dubl at de resurse alternative.”8 Toate aceste componente,
funcționând împreună, constituie un sistem numit sist em fotovolt aic.
Sistemele fotovolt aice se împ art în două grupe m ari:

8 Gherghel eș V., Energia viitorului, Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2006

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 19
 sisteme autonome ("st and-alone"), c are alimente ază consum atori neconect ați la
rețeaua publică de c. a. Aceste sisteme sunt utiliz ate în zone fără energie electrică.
În principiu, „energi a produsă de p anourile sol are este stoc ată în b aterii”9, iar de
acolo este furniz ată cu ajutorul unui invertor (convertor curent continuu – curent
alternativ), utiliz atorilor c asnici l a 220V. (Fig. 10)

Fig. 10. Sistem fotovolt aic “st and-alone”

 sisteme neautonome, s au conect ate la rețeaua publică de c. a. ("grid -connected").
Aceste sisteme sunt utiliz ate în zone cu energie electrică. În principiu, energi a
produsă de p anourile sol are este livr ată în rețe aua națională și în același timp
folosită pentru aplicațiile c asnice. (Fig.11)

9 Ardele an Z., Captatoare sol are, Editur a Științifică și Enciclopedică, București, 1988

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 20

Fig. 11. Sistem fotovolt aic “grid -connected”

Modul în c are este proiect ată o inst alație po ate influenț a durata de vi ață a
acestei a. Procesul de proiect are “trebuie să fie atent analizat și trebuie să i a în consider are
toate aspectele, cu scopul de a obține cele m ai bune c aracteristici”10 bazate pe resursele
disponibile și luând în c alcul eventu alele pierderi din sistem pentru m aximiz area
profit abilității. Acest obiectiv po ate fi atins în diferite moduri, d ar alegere a celor mai
bune componente (un invertor de c alitate po ate crește producți a cu 2% utilizând aceleași
materiale) precum și alegere a tehnicii adecv ate de inst alare sunt cruci ale.
Neces arul pentru procesul de inst alare trebuie st abilit în mod cl ar și trebuie să fie
suficient de descriptiv pentru a atinge gr adul dorit de profit abilitate a sistemului. De
asemene a, “planul de întreținere trebuie întocmit din f aza de proiect are, chi ar dacă va fi
revizuit ulterior și adaptat la cerințele specifice ale sistemului.”

10 Ardele an Z., Captatoare sol are, Editur a Științifică și Enciclopedică, București, 1988

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 21
2.2.1. P anouri fotovolt aice
Un p anou sol ar fotovolt aic spre deosebire de un p anou sol ar termic tr ansformă
energi a lumino asă din r azele sol are direct în energie electrică. Componentele princip ale
ale panoului sol ar sunt reprezint ate de celulele sol are.
Panourile sol are se utilize ază sep arat sau leg ate în b aterii pentru aliment area
consum atorilor independenți s au pentru gener area de curent electric ce se livre ază în
rețeaua publică.
Un p anou sol ar este c aracteriz at prin p arametrii săi electrici, cum ar fi tensiune a
de mers în gol s au curentul de scurtcircuit. Pentru a îndeplini condițiile impuse de
producere a de energie electrică, celulele sol are se vor asambla în panouri sol are utilizând
diverse m ateriale, cee a ce va asigur a:
 protecție tr ansparentă împotriv a radiațiilor și intemperiilor
 legături electrice robuste
 protecți a celulelor sol are rigide de acțiuni mec anice
 protecți a celulelor sol are și a legăturilor electrice de umidit ate
 asigur are unei răciri corespunzăto are a celulelor sol are
 proteți a împotriv a atingerii a elementelor componente conducăto are de
electricit ate
 posibilit atea manipulării și montării ușo are
Construcți a unui p anou sol ar obișnuit implic a:
 Un ge am (de cele m ai multe ori ge am securiz at monostr at) de pr otecție pe f ața
expusă l a soare,
 Un str at transparent din m aterial plastic (etilen vinil acetat, EV A sau cauciuc
siliconic) în c are se fixe ază celulele sol are,
 Celule sol are monocrist aline s au policrist aline conect ate între ele prin benzi de
cositor,
 Caserarea feței posterio are a panoului cu o folie str atificată din m aterial plastic
rezistent l a intemperii fluorur a de poliviniliden (Tedl ar) și Polyester,

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 22
 Priză de conect are prevăzută cu diodă de protecție respectiv diodă de
scurtcircuit are (vezi m ai jos) și racord,
 O ramă din profil de aluminiu pentru protej area geamului l a transport, m anipul are
și mont are, pentru fix are și rigidiz area legăturii.
Caracteristicile unui p anou sol ar sunt:
 Tensiune a de mers în gol UOC
 Curent de scurtcircuit ISC
 Tensiune a în punctul optim de funcțion are UMPP
 Curentul în punctul de putere m aximă IMPP
 Putere m aximă PMPP
 Factor de umplere FF
 Coeficient de modific are a puterii cu temper atura celulei
 Randamentul celulei sol are η
Încapsularea durabilă a elementelor componente are o import anță fo arte m are,
deoarece umidit atatea ce ar pute a pătrunde ar afecta durata de vi ață a panoului sol ar prin
coroziune și prin scurtcircuit area legăturilor dintre elementele prin c are trece curent
electric.
Alte tipuri de p anouri :
 panouri laminate sticl ă-sticlă
 panouri sticl ă-sticlă utilizând rășini aplicate prin turn are
 panouri cu str at subțire (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si) pe supr afețe de sticlă s au
aplicate ca folie flexibilă
 panouri concentr ator lumin ă solară se concentre ază cu ajutorul unui dispozitiv
optic pe celule sol are de dimensiuni m ai mici. Astfel utilizând lentile comp arativ
mai ieftine pentru a crea un fascicol de lumină m ai subțire, se economisește
material semiconductor c are este m ai scump. “Sistemele cu concentr ator sunt
utilizate de cele m ai multe ori l a celule sol are din semiconductori pe b ază de

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 23
elemente din grup a III-V.”11 Pentru că utiliz area lentilelor impune c a razele sol are
să cadă perpendicul ar pe aceste a, va fi nevoie de un sistem de orient are mec anică
în funcție de poziți a soarelui.
 Colector cu fuorescență. Acest tip deosebit de p anou sol ar transformă lumin a
incidentă, prin intermediul unui str at de m aterial sintetic, în r adiație de o lungime
de undă acordată pe frecvenț a de absorbție m aximă din celul a solară. În acest scop
materialul sintetic este impurific at cu un pigment fluorescent. Lumin a solară este
absorbită de pigment și reemisă cu o lungime de undă m ai mare. Această lumină
gener ată părăsește str atul de m aterial sintetic do ar pe o anumită direcție bine
determ inată pe to ate celel alte direcții fiind reflectetă și astfel reținută în m aterial.
Pe direcți a emisie se așează celulele sol are ce sunt optimiz ate pe lungime a de
undă emisă de pigment. Prin aplicare m ai multor str aturi de m aterial sintetic și
celule sol are acordate pe lungimi de undă diferite, se po ate mări r andamentul
deoarece se po ate acoperi un spectru m ai larg decât cu p anourile sol are obișnuite.

2.2.2. Structur a unui sistem fotovolt aic
Un sistem fotovolt aic este form at din două subsisteme:
1. Gener atorul fotovolt aic – convertește energi a primită de l a soare în energie electric a
de curent continuu, folosind efectul fotovolt aic. Acesta este form at din un a sau mai
multe celule fotovolt aice interconect ate. Gener atorul fotovolt aic de m are putere se
realizează interconectând m ai multe p anouri fotovolt aice.
2. Blocul de proces are a energiei electrice gener ate, este alcătuit și el din:
 Inverto are: GFV genere ază tensiune și curent continuu. Mulți consum atori
necesită însă curent alternativ. Sistemul foto voltaic trebuie astfel să conțină un
convertor c.c. -c.a., adică un invertor. Pe lângă funcți a de conversie, un invertor

11 Temessl A., Proiectarea și construcția instalațiilor solare –Ghid informativ, Editura MAST, București,
2008

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 24
realizează multe alte funcții fiind astfel component a cea mai inteligentă a unui
Sistem Fotovolt aic.
 Regul atoare (sau controlere) de încărc are: sunt neces are în sistemul fotovolt aic ce
stoche ază energi a gener ată fotovolt aic folosind acumul atoare electrice pentru a
prelungi dur ata de vi ață a acestor a (prin evit area descărcării excesive s au a
supraîncărcării).
 Converto are c.c. -c.c. Mărime a tensiunii continue “gener ată de gener ator în multe
situații nu corespunde celei neces are bunei funcționări a consum atorului.”12
Pentru a "transform a" tensiune a continuă l a un nivel corespunz ator se folosesc
blocuri electronice numite converto are c.c.. Aceste a se întâlnesc și c a blocuri
distincte, d ar de cele m ai multe ori apar în componenț a inverto arelor s au a unor
blocuri de adaptare a sarcinii l a gener ator (numite MPPT – Maximum Power Point
Tracker).

Fig. 12. Structur a unui sistem fotovolt aic

12 Temessl A., Proiectarea și construcția instalațiilor solare –Ghid informativ, Editura MAST, București,
2008

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 25

2.3. Energie electrică produs a de un sistem fotovolt aic
Ca elementele c aracteristice ale unui sistem fotovolt aic putem enumer a:
Domeniu de utiliz are: putere a produsă de sistemele fotovolt aice se utilize ază în
majoritatea aplicațiilor c are includ moto are, pompe, echip amente si dispositive electrice.
Nu se recom andă folosire a sistemelor fotovolt aice în sistemele de încălzire a apei s au a
încăperilor (cuptorul cu microunde, prăjito arele de pâine se pot folosi d atorită timpului
redus de lucru). Pentru aceste aplicații se folosesc sisteme sol are dedic ate (incălzire
habitat cu sisteme sol are).
Umbrire : umbrire a în cazul p anourilor sol are fotovolt aice are un efect import ant
în evoluți a sistemului. Unele module de p anouri solare fotovolt aice oferă protecție l a
umbrire a parțială prin folosire a unei diode între fiec are celul ă.
Unghi ul de mont aj al panouri lor solare fotovolt aice: datorită variației poziț iei
soarelui pe cer, în funcție de anotimp , este util să aducem corecții poziției p anoului .
Latitudine a + 15 gr ade iarna si Latitudine a – 15 gr ade vara.
Dimensiune a sistemului impune tensiune a de lucru . În c azul sistemelor mici si
medii, unde m ajoritatea consum atorilor sunt in curent continuu (CC) sau prin intermediul
unui convertor c ateva sunt in curent alternativ (C A) alegere a e simplă : 12 V. La aceasta
tensiune , datorită pierderilor m ari, modulele sol are și consum atorii nu pot fi pozițion ați
la distanță m are un ul de altul. Sistemele ce funcț ioneaza la tensiuni de 24 V sunt pentru
aplicațiile medii ș i mari si prezint a pierderi mai mici iar converto arele de curent alternativ
sunt mai perform ante. Cu creștere a eficienței utilit aților in curent alternativ (C A),
sistemele de 24 V si 48 V au mai multe avantaje în aplicațiile m ari (mod alitate conect are
baterii).
Controller -ul este pies a care determină încărc area completă a bateriei fără a
permite supr aîncărc area: previne scurgere a de energie din b aterie către celul a solară pe
timpul nopții, reduce deterior area bateriei printr -o descărc are tot ală, po ate prezent a starea
sistemului, protecție l a scurtcircuit.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 26
Convertor ul este c omponent a de b ază a unui sistem fotovolt aic mediu , care
transformă curentul continuu ( CC) în curent alternativ (C A). Caracteristic a princip ală a
acestui a este r andamentul dispozitivului .

Fig. 1 3. Sistem sol ar independent cu consum atori CC (curent continuu)
1 – celule fotovolt aice
2 – control încărc are
3 – deconector
4 – lumin a fosforescentă (CC)
5 – TV, r adio
6 – ciclu adânc

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 27

Fig 14. Sistem sol ar independent cu consum atori C A (curent alternativ)

2.4. Instalarea sistemelor fotovolt aice pe clădiri
Modulele de panouri fotovolt aice pot fi mont ate pe aproape orice supr afața a unei
clădiri c are are cont act, cea mai mare parte a zilei, cu razele solare. In mod obi șnuit
acoperișurile sunt folosite fo arte des pentru mont area sistemelor fotovolt aice, d ar parte
din aceste sisteme fotovolt aice pot fi mont ate și pe f ațadele cladirilor c at sș pe parasolare.
Supr afețele pe care sunt mont ate panourile sol are ar trebui să prime ască cât de multă
lumin a posibilă. Cu cât matricea solară primește mai multă lumin a, cu atât genere ază m ai
mult curent electric.
Cele trei probleme c are apar in funcție de c at de multă lumin a primește o
suprafața sunt:
 Orient area: spre sud este ce a mai bună orient are posibilă. D acă
fotovolt aicul este mont at pe o f ațadă vertic ală, orient area ar trebui să
fie prefer abil între sud -est și sud -vest. D acă fotovolt aicul v a fi mont at

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 28
în înclin are vor fi m ai multe orientări în c are se obține o producție de
energie rezon abilă. Orient area înspre nord ar trebui să fie evit ată.
 Înclinarea : o matrice înclinată primește m ai multă lumin a decât
una vertic ală. O înclin are minim ă de 15 ș de orizont ală este
recom andată, pentru a permite ploii să spele pr aful de pe m atrice.
 Umbră : umbrele date de cop acii în alți și clădirile din c artier
trebuie luate în consider are. Orice umbră minoră po ate însemn a
pierderi semnific ante de energie.
Supr afața neces ară pentru mont area matricelor fotovolt aice depinde de putere a de
ieșire dorită și de tipul modulu lui folosit. D acă sunt folosite modulele monocrist aline
(cele m ai eficiente tipuri de module) v a fi neces ară o zonă de aproxim ativ 8 m² pentru a
mont a o matrice cu o putere de ieșire de 1 kw, d acă sunt folosite modulele multicrist aline,
va fi nevoie de o zonă de aproxim ativ 10 m² pentru 1 kw pe sistem, i ar dacă vor fi
folosite modulele amorf ate va fi neces ară o zonă de aproxim ativ 20 m². Aceste zone pot
fi calculate în funcție de putere a care va este neces ară. 1 – 3 kW este putere a norm ală de
ieșire pentru un sistem c asnic, totuși pot fi inst alate sisteme m ai mari. Sunt multe feluri în
care o m atrice fotovolt aică poate fi inst alată pe o clădire. Modul obișnuit de mont are a
unei m atrice pe o c asă este aceea de a fi mont ată pe acoperi ș sau modulele să fie mont ate
în cadre de asupra acoperișului. D acă m atricele vor fi integr ate în acoperiș, tiglele
fotovolt aice vor fi folosite în locul modulelor. M atricele fotovolt aice pot fi mon tate de
asemene a și pe acoperișuri pl ate, pe pereți s au pe alte structuri precum pergole s au
golfurile de p arcat mașini.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 29

Capitolul 3. Studiu de c az – Alegere a componentelor unui
sistem fotovolt aic si c alculul fin anciar de re alizare al acestui a13

Fig. 15. Sistem de 42 p anouri fotovolt aice inst alat pe cl adire

13 Open Educ ational Resources for online course of r enew able energy for loc al development – Photovolt aic energy

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 30

3.1. Energi a solară pentru un consum ator izol at
Sistemul fotovolt aic proiect at va avea o autonomie de 2 zile , adică poate furniza
energia necesară timp de 2 zile chiar dacă nu avem nici un aport de energie de la
panourile solare fotovoltaice.
Pentru acestă aplicație vom avea nevoie de următoarele componente principale:
 panouri solare fotovolatice
 grup de acumulatori (baterii reîncărcabile) la 48 V;
 regulator de încărcare a bateriei;
 invertor de curent continuu ( 48 V) – curent alternativ (22 0 V);
 echipamente și conectori pentru subansamble.

 Calculul neces arului de energie
Pentru un consum ator izol at, fara acces l a rețeaua publică de aliment are cu
energie electric ă, putem opta pentru aliment are cu energie electric ă, folosind p anouri
fotovol atice s au gener atoare eoliene. Este posibil a si folosire a lor combin ată.
Fiecare sistem c are folosește energi a alternativă trebuie proiect at într -un mod
foarte riguros. De proiect area și optimiz area acestui sistem, va depinde eficienț a și prețul
lui de cost. Pentru a începe proiect area sistemului fotovolt aic este neces ar să cuno aștem
consumul zilnic de energie.
In acest sens enumer am mai jos consum atorii de energie folositi in acestă loc ație:
Putere Ore de
funcționare/zi
KWh/zi
KWh/lun a
(W) (h)
Frigider 200 10 2,0 6
Televizor color 150 5 0,75 22,5
Receptor satelit 30 5 0,15 4,5

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 31
Tabelul 1. Consum atori în curent alternativ
Energi a zilnică neces ară în KWh/zi este obținută prin înmulțire a puterii nomin ale
cu orele de funcțion are ale echip amentului.
Ed=Σ(P(W)* 𝒉𝒇𝒖𝒏𝒄𝒕 (1)
In cazul consum atorului nostru Ed= 9,08 KWh/ zi .

 Pierderile din sistem
Energi a gener ată de p anoul fotovolt aic este c alculată luând în consider are radiația
la unghiuri de înclin are bine definite.
Raportul de perform anta al sistemului (PR), acoperă to ate pierderile ce se
inregistre aza in sistemul fotovolt aic:
-pentru un sistem de acumul are in baterii s-a stabilit o v aloare de 0,6
– pentru un sistem de gener are direct s -a stabilit v aloare de 0,8

Pentru a obține rezult atul exact, (PR) se calcule ază astfel:

PR = 1 – (𝑷𝒓𝒅 𝒐𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕 +𝑷𝒓𝒅 𝒖𝒎𝒃𝒓𝒊𝒓𝒆 +𝑷𝒓𝒅 𝒐𝒎𝒖𝒓𝒅𝒂𝒓𝒊𝒓𝒆 +𝑷𝒓𝒅 𝒄𝒂𝒃𝒍𝒖𝒓𝒊 +
+(1-𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒕𝒐𝒓 )+(1- 𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒕𝒐𝒓 )+(1-𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒃𝒂𝒕)+ 𝑷𝒓𝒅 𝒅𝒆𝒕𝒆𝒓 ) (2)
Home cinem a CD player 500 1 0,5 15
Ilumin at interior 200 5 1 30
Ilumin at exterior 150 3 0,45 13,5
Imprim antă laser 900 0,1 0,09 2,7
Laptop 250 5 1,25 37,5
Cuptor microunde 700 0,20 0,14 4,2
Cuptor electric 2500 0,1 0,25 7,5
Mașină de spălat 1000 1 1 30
Rezervă de energie 500 3 1,5 45
Total consum: 7080 9,08 272,4

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 32
In care:
𝑷𝒓𝒅 𝒐𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕 = pierderile d atorate orientării. Aceste a vor fi 0 pentru orientările de sud.
𝑷𝒓𝒅 𝒖𝒎𝒃𝒓𝒊𝒓𝒆 = pierderi prin umbr ire
𝑷𝒓𝒅 𝒎𝒖𝒓𝒅𝒂𝒓𝒊𝒓𝒆 = pierderi prin murdărie. Aceste a sunt estim ate la aproxim ativ 5%, iar in
medii toxice m ai mari
𝑷𝒓𝒅 𝒄𝒂𝒃𝒍𝒖𝒓𝒊 = pierderi prin c abluri. Aceste a sunt estim ate la aproxim ativ 3%.
𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒕𝒐𝒓 = peerform anța invertorului. Se estime ază că aceasta se situe ază între 94 –
96%. Se obține din fiș a tehnică.
𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒕𝒐𝒓 = perform anța regulatorului / M aximiz atorului. Se obține din fiș a
tehnică. Pentru un M aximiser, această sumă este c alculată la 98%.
𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒃𝒂𝒕 =perform anța bateriilor.
𝑷𝒓𝒅 𝒅𝒆𝒕𝒆𝒓 = pierdere a din c auza deteriorării p anourilor. Acesta este definit în fiș a
tehnică a grupului. În mod norm al, panourile pierd 20% din producție în 20 d e ani
In cazul nostru calculul perform antei grupului de b aterii se f ace astfel:
𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒃𝒂𝒕 = (1-𝒌𝒃)*(1 – 𝒌𝒂∗𝑵
𝑫𝑶𝑫) (3)
Unde:
Kb: coeficientul de pierdere d atorat eficienței acumul atorului.
– 0,05 în sisteme c are nu necesită deversări puternice.
– 0,1 în sisteme cu descărc are înaltă.(cazul nostru)
Ka: coeficient de auto-descărc are de zi cu zi.
– 0,002 în b aterii cu descărc are autom ată (Ni -Cd)
– 0,005 în b aterii st aționare (Pb -Ac).(cazul nostru)
– 0,012 în b aterii cu descărc are autom ată înaltă (b aterii auto st arter)
DOD: adâncime a zilnică de descărc are (DOD). Acesta nu va depăși 80% – se referă l a
capacitatea nomin ală a acumul atorului.
N: numărul de zile de autonomie, in c azul nostru 2 zile
𝑷𝒆𝒓𝒇 𝒃𝒂𝒕=(𝟏−𝟎,𝟏)∗(𝟏− 𝟎,𝟎𝟓∗𝟐
𝟎,𝟖) =0,9*(1 -0,125) = 0,9*0, 875 = 0,7875 (4)
Iar calculul raportului de perform anta al sistem ului nostru devine:

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 33
PR = 1-(0+0.05+ 0.03+(1 -0,95)+(1 -0,98)+ (1-0,7875 )+0,2)
PR = 1-0,425 =0,575 (5)

 Alegere a num arului de p anouri
Folosind aplicația online de pe site -ul http://re.jrc.ec.europ a.eu/pvgis/ obținem
nivelul energiei sol are disponibile in zon a noastra de interes, respectiv zon a Bacau.
Astfel estim arile medii lun are oferite de Sistemul Geogr afic de Inform are(SGIPV –
Photovolt aic Geogr afical Inform ation Sistem) pe termen lung sunt:

Fig. 13. SGIPV – Photovolt aic Geogr afical Inform ation Sistem

Pentru zon a Bacau
Latitude: 46°32'59" North,
Longitude: 26°53'59" E ast
Putere nom inala a panoului fotovolt aic: 1kWp

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 34
Unghi optim de inclin are: 34ș

Month Hh Hopt H(45) Iopt T24h NDD
Jan 1060 1600 1700 61 -3.2 606
Feb 1780 500 2600 55 -2.3 464
Mar 3400 4300 4370 46 4.1 374
Apr 4550 5080 4980 31 10.7 135
May 5750 5800 5510 18 16.5 28
Jun 6020 5800 5430 13 20.0 4
Jul 6280 6220 5860 17 22.5 2
Aug 5450 5920 5730 27 22.2 21
Sep 3810 4670 4690 41 17.1 120
Oct 2490 3530 3680 54 9.4 315
Nov 1360 2130 2270 62 5.4 508
Dec 886 1410 1510 64 -0.6 635
Year 3580 4090 4040 34 10.2 3212

PVGIS (c) Europe an Communities, 2001 -2012
Unde:
Hh: Ir adiere in pl an orizont al (Wh/m2/zi)
Hopt: Ir adiere optim a pe pl an inclin at (Wh/m2/zi)
H(45): Iradiere pe pl an sub unghi de 45ș (Wh/m2/zi)
Iopt: Inclin area optim a (grade)
T24h: medi a zilnic a a temper aturii (° C)
NDD: Num ar de gr ade -days (-)

Aceste v alori vor fi utiliz ate pentru c alcularea puterii de inst alat. Energi a reală
care va fi utiliz ată va fi rezult atul înmulțirii eficienței sistemului nostru (r aportul de
perform anță c alculat cu (5) de această ir adiere obținută (H (45)).
H (45) x PR = H (45) PR [kWh / m2 / zi] (6)
Reține m un nou concept, Iradiere a de vârf a soarelui (PSH), c are este frecvent
utiliz ată în domeniul fotovolt aicii. Acest concept este definit c a fiind timpul (în ore) al
iradierii sol are ipotetice de 1000W / m2. Acest lucru este înțeles c a numărul echiv alent de

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 35
ore de ir adiere sol ară care sunt utiliz ate pe zi. Această valoare variaza lunar în funcție de
radiațiile din zon a de studi at.
Revenind l a calculul neces arului de p anouri fotovolt aice, energi a efectivă
utiliz abilă c alculată conform (6) este echiv alentă cu PSH lun ar:
H (45) PR_month_i = PSHmth_i (7)
Dacă împărțim energi a neces ară pentru aliment area încărcărilor (Ed) cu PSH
lunar aferent fiecarei luni , rezult atul va da putere a de inst alat (Pi) pentru lun a i.
𝑷𝒊 [w] = 𝑬𝒅[𝐖𝐡]
𝑷𝑺𝑯 𝒎𝒐𝒏𝒕𝒉𝒊 [𝐡] (8)

Pentru a determin a numărul de p anouri (np) c are urme ază a fi inst alate, putere a de
instalat se v a imparti la putere a (Wp) a panourilor select ate. Diviziune a este rotunjită
până l a cel m ai apropi at număr întreg.
𝒏𝒑 = 𝑷𝒊
𝑾𝒑 (9)

De regul a, numărul de p anouri c are vor fi inst alate se v a baza pe ce a mai puțin
favorabilă luna a anului, adică ce a care necesită m ajoritatea panourilor pentru a furniz a
consumul. i n cazul nostru lun a Decembrie. In cazul nostru , relatiile (6), (7), (8), (9) ne
dau urm atoarele rezult ate:
(6) H (45) PR_decembrie = H (45) x PR = 1,51 0*0,575 = 0,86825 [kWh/m2/zi]
(7) 𝑷𝑺𝑯 𝒅𝒆𝒄𝒆𝒎𝒃𝒓𝒊𝒆 = 0,86825 [h]
(8) 𝑷𝒊 [w] = 𝑬𝒅[𝐖𝐡]
𝑷𝑺𝑯 𝒎𝒐𝒏𝒕𝒉𝒊 [𝐡] = 𝑷𝒊 [w] = 𝟗𝟎𝟖𝟎
𝟎,𝟖𝟔𝟖𝟐𝟓 = 10457,8 [W]
(9) 𝒏𝒑 = 𝑷𝒊
𝑾𝒑 = 𝟏𝟎𝟒𝟓𝟕 ,𝟖
𝟑𝟑𝟎 = 31,68
Pentru deservire a acestui consum ator sistemul nostru va folosi 32 panouri sol are
cu putere a nomin ală de 330W care vor produc e tot neces arul de energie electrică.
Acesta(consum atorul) conform c alculelor de m ai sus, are nevoie de 9.08 KWh pe zi timp
de 7 zile pe săptămână . Cele 32 p anouri vor fi conect ate in 8 ș iruri p aralele a câte 4 î n

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 36
serie. V a rezult a o tensiune nom inala a instalatiei de 150,80 V si un curent nomin al al
instalatiei de 70,08 A.

 Alegere a regul atorului
Regul atoarele de inc arcare sunt dispozitive de control indispens abile î n sistemele
de energie alternativă, avand rolul de a protej a acumul atorii conect ați la sursa de energie
alernativă, in c azul nostru p anourile fotofolt aice.
Regul atoarele se caracterize ază prin curentul de s arcină l a ieșire a regul atorului și
tensiune a de ieșire l a baterii.
Tensiune a de ieșire a regul atorului v a fi egala cu cea a bateriei s au bateriilor inst alate.
De regulă, trebuie ales un regul ator care sa reziste la suprasarcina in ambele
cazuri:
– Curentul de intr are al regul atorului : va fi calculat cu 25% m ai mare
decât curentul de scurtcircuit al gener atorului. (in cazul nostru
panourile fotovolt aice)
𝑰𝒊𝒏𝒕𝒓𝒂𝒓𝒆 = 𝑰𝐬𝐜*𝑵𝒑𝒑*1,25 (10)
Unde:
𝑰𝐬𝐜: Curentul de scurtcircuit l a panouri. (in cazul nostru 9,27 A
𝑵𝒑𝒑: Numărul de serii de p anouri mont ate în p aralel.(in cazul nostru 4 șiruri paralele a
cate 8 p anouri mont ate in serie )
– Curentul de ieșire al regul atorului: trebuie să fie cu cel puțin 25% m ai
mare decât curentul în con dițiile m axime de consum.
𝑰𝒊𝒆𝒔𝒊𝒓𝒆 = 𝑰𝐦𝐚𝐱𝐜𝐨𝐧𝐬 *1,25 (11)

Unde,
𝑰𝐦𝐚𝐱𝐜𝐨𝐧𝐬 : este consumul m axim de curent. Se c alcule ază ca fiind putere a maximă
solicit ată de s arcinile locale împărțită l a tensiune a bateriilor (tensiune a de ieșire a
regul atorului).

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 37
𝑰𝐦𝐚𝐱𝐜𝐨𝐧𝐬 = 𝑷𝒎𝒂𝒙 [𝐖]
𝑼𝒃𝒂𝒕[𝐕] (12)
Astfel i n cazul nostru, rel atiile (10). (11), (12) devin:

(10) 𝑰𝒊𝒏𝒕𝒓𝒂𝒓𝒆 = 𝟗,𝟐𝟕*𝟒*1,25 = 46,35 [A]
(11) 𝑰𝒊𝒆𝒔𝒊𝒓𝒆 = 110.5 *1,25 = 138,125 [A]
(12) 𝑰𝐦𝐚𝐱𝐜𝐨𝐧𝐬 = 𝟕𝟎𝟖𝟎
𝟒𝟖 = 110,5 [A]

 Alegere a bateriilor
Pentru a calcula capacitatea pe care trebuie să o prezinte b ateriile pentru
aliment area instalației, se aplică următo area formulă:
𝑪𝒃𝒂𝒕 = 𝟏,𝟏∗𝑵∗𝑬𝒅
𝑽𝒃𝒂𝒕∗𝑫𝑶𝑫 𝒎𝒂𝒙 [Ah] (13)
Unde:
Cbat: este c apacitatea neces ară a bateriilor.
N: Zile de autonomie. V alorile sunt lu ate între 2 și 5 zile, în funcție de necesități. N=2
Ed: energi a zilnică cerută de c asă [Wh] ; Ed = 9080 [Wh]
Vbat: tensiune a bateriei [V] ; Vbat = 48V
DODm ax: adâncime a maximă a descărcării b ateriilor. Pentru b ateriile cu plumb -acid sunt
luate valori între 60 -80%. : DODm ax = 80%

𝑪𝒃𝒂𝒕 = 𝟏,𝟏∗𝟐∗𝟗𝟎𝟖𝟎
𝟒𝟖∗𝟎,𝟖 = 520,20 [Ah]

Vom alege un un sistem de 8 acumul atori l a care 𝑽𝒃𝒂𝒕 = 12V si 𝑪𝒃𝒂𝒕 = 260 Ah, 2
serii de cate 4 legate in p aralel. Avem astefel o tensiune de 48 V la iesire si o c apacitate a
sistemului de b aterii de 520 Ah.
 Calcularea invertorului
Putere a invertorului neces ar de inst alat se calcule ază astfel:
𝑷𝒊𝒏𝒗𝒕 = (Σ 𝑷𝒆𝒄𝒉)*1,25 [W] (14)

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 38

Unde,
Pinv: putere a invertorului c are urme ază să fie inst alat [W]
Pech: putere a echip amentului conect at simult an [W] :(65% din putere a instalata=4248 W)

𝑷𝒊𝒏𝒗𝒕 = 4248*1,25=5 310 [W]

3.2. Costul unui sistem de aliment are cu energie electric a
construit cu p anouri fotovolt aice

Conform c alculelor de m ai sus, pe ntru acoperire a neces arului de consum vom avea
nevoie de urmatoarele echip amente care sa respecte c aracteristicile c alculate:

 32 panouri sol are fotovolt aice de 330 W

Panouri fotovolt aice AXITEC
AC 330P/156 -72S
Unom=37,70 V
Inom=8,76 A
Isc=9,27 A
Ugol=45,83 V

Pret: 1097 lei
Sursa:http://www.euro -house.ro

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 39

 regulatoar de încarcare pentru panouri;

Regul ator stec a Power T arom 4140
U = 48 V
U gol < 100 V
I intr are = 70 A

Pret: 10980 lei
Sursa: http://www.e -acumul atori.ro

 8 baterii acumulatori cu ciclu profund

Acumul ator SBV 12 -250
C 20 = 268 Ah

Pret: 2462 lei
Sursa:
http://www.sistemep anourisol are.ro

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 40

 invertor de 5500 W putere la ieșirea de 220 V;

Invertor MPI Hybrid series
Pmax = 6500 W

Pret: 9169 lei
Sursa: http://www.e -acumul atori.ro

Denumire echip ament Pret/buc Nr. Buc. Total valoare
Panouri fotovolt aice AXITEC 1097 lei 32 35104 lei
Regul ator stec a Power T arom 4140 10980 lei 1 10980 lei
Acumul ator SBV 12 -250 2462 lei 8 19696 lei
Invertor MPI Hybrid series 9169 lei 1 9169 lei
Total valoare echip amente: 74949 lei

Conform celor de m ai sus, echip amentele no astre cost ă 74949 lei.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 41

Concluzii

Soarele este fără îndoi ală o v astă sursă de enerie. Într-un singur an, ele trimite
spre Pămâ nt de 20.000 de ori energi a neces ară întregii popul ații a globului. Î n num ai trei
zile, pământul primește de l a soare echiv alentul energiei existente în rezervele de
combustibili fosili. Energi a solară reprezintă un a din potenți alele viito are surse de
energie, folosită fie l a înlocuire a defin itivă a surselor convențion ale de energie cum ar fi:
cărbune, petrol, g aze naturale etc., fie l a folosire a ei ca alternativă l a utiliz area surselor de
energie convențion ale mai ales pe timpul verii, ce a de a doua utiliz are fiind în momentul
de față ce a mai răspândită utiliz are din între aga lume. Po ate cel m ai evident avantaj, în
vedere a utilizării acestei a, este acela de a nu produce polu area mediului înconjurător, deci
este o sursă de energie cur ată; un alt avantaj al energiei sol are este f aptul că surs a de
energie pe c are se b azează între aga tehnologie este gr atuitã.
Panourile sol are fotovolt aice au ca rezult at energi a electric a. Avantajele utiliz arii
panourilor fotovolt aice rezult ă in primul r and din posibilit atea asigur ării energiei electrice
in loc ații izolate care nu au acces facil la rețeaua de furniz are aenergie i electric e. Un
astfel de sistem este usor de inst alat, nu necesit a cunostinț e speci ale in domeniu
energetic, intreț inere a lui este f acilă aceasta const and in curațarea de impurit ațile ce se
atașeaza pe supr afața acestor a. Dur ata medie de utiliz are a acestor p anouri este de 20 -25
ani, componentele cele mai delic ate cu privire l a durata de vi ața sunt b ateriile. Un alt
avantaj consider abil al acestor sisteme este c a se pot extinde in c azul apariției unor
consum atori electrici supliment ari. Dezavantaje: amplasarea imobilului pe axe geogr afice
incorecte determină scădere a randamentului inst alației și pericolul distrugerii p anourilor,
cauzată de intemperii; cresc riscurile in c az de c alamitați – panourile fiind expuse
intemperiilor.

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 42

Bibliogr afie

1. Drăgan V., Energii regenerabile și utilizarea acestora, Editura Atlas Press,
București, 2009
2. Directiv a 2009/CE a Parlamentului Europe an și a Consiliului din 23 aprilie 2009
privind promov area utilizăriienergiei din surse regener abile, de modific are și ulterior
de abrogare a Directivelor 2001/77/CE și 2003/30/CE
3. Raportul speci al nr.05/2018 CURTE A DE CONTURI EUROPE ANA
4. Maghiar T., Surse noi de energie, Editura Keysys, Oradea, 1995
5. Ghergheleș V., Energia viitorului, Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2006
6. Silvestre S., Modeling Photovoltaic System Using Pspice, Editura Wiley,London,
2010
7. Goetzberger A., Photovoltaic Solar Energy Generation, Editura Springer, Berlin,
2009
8. Ghergheleș V., Energia viitorului, Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2006
9. Ardelean Z., Captatoare solare, Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1988
10. Ardelean Z., Captatoare solare, Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1988
11. Temessl A., Proiectarea și construc ția instalațiilor solare –Ghid informativ, Editura
MAST, București, 2008
12. Temessl A., Proiectarea și construcția instalațiilor solare –Ghid informativ, Editura
MAST, București, 2008
13. Open Educ ational Resources for online course of renew able energy for loc al
development – Photovolt aic energy
14. P agini web:
 http://www.e -acumul atori.ro
 http://www.sistemep anourisol are.ro
 http://www.euro -house

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 43
Anexe
Anexe 1: Fis a tehnic a Panou sol ar AXITEC AC 330P/156 -72S

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 44

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 45
Anexa 2: Fis a tehnic a regul ator Stec a POWER T arom 4140

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 46
Anexa 3: Fis a tehnic a Acumul ator SBV 12 -250

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 47

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 48
Anexa 3: Fis a tehnic a Invertor MPI HYBRID SERIES 5500 W

Utilizarea panourilor fotovoltaice pentru alimentarea cu energie electrica a unui
consumator izolat
Universit atea Vasile Alecsandri B acau – 2018 Page 49