Transcript 005 - Model Prezentare Toma Ionut

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE ELECTROTEHNICA
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM
FOTOVOLTAIC
COORDONATOR STIINTIFIC:
Prof.dr.ing. Ion MIRCEA
ABSOLVENT:
Asist.ing. Cristian BRATU
TOMA IONUŢ
- 2007 -
CUPRINS
CAPITOLUL I. – ENERGIA SOLARĂ
CAPITOLUL II. – CALCULUL DESITĂŢII ENERGIEI RADIANTE
INCIDENTE PE UN PLAN ORIENTAT ARBITRAR
CAPITOLUL III. – CELULA FOTOVOLTAICĂ
CAPITOLUL IV. – SISTEM FOTOVOLTAIC
CAPITOLUL V. – ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
CAPITOLUL VI. – UTILIZAREA SISTEMELOR FOTOVOLTAICE
ENERGIA SOLARĂ – SURSE REGENERABILE
Epuizarea resurselor primare de energie impune necesitatea reevaluării
surselor noi şi regenerabile de energie.
Energia regenerabilă are un avataj faţă de celelalte forme de energie – ea
este nelimitată şi practic nepoluantă.
Într-un interval de 20 de minute, Soarele furnizează echivalentul
consumului energetic anual al omenirii. Pe teritoriul României, pe o suprafaţa
orizontală de 1m2, putem capta anual o cantitate de energie cuprinsă între 900
şi 1450 kWh, dependentă bineînţeles şi de anotimp.
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
Datorită mişcării diurne aparente a Soarelui pe bolta cerească, razele solare
cad asupra Pământului sub un anumit unghi care diferă de la un loc la altul, de
la o oră lalta, de la o zi la alta, de la un anotimp la altul.
Sisteme de coordonate cereşti:
coordonate orizontale(A şi h);
coordonate orare (H şi δ);
coordonate ecuatoriale (α şi δ);
coordonate eliptice (α şi ).
Coordonatele orare: unghiul orar H
şi declinaţia 
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
Pentru oraşul Craiova coordonatele geografice sunt:
- latitudine  = 44,23;
- longitudine  = 23,87.
Declinaţia medie anuală este: =0,033. Unghiul de înclinare optim anual este:
 încl     med  44,23  0,033  44,20
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
CELULA FOTOVOLTAICĂ
Conversia fotovoltaică reprezintă conversia directă a radiaţiei solare în energie
electrică cu ajutorul celulelor solare sau generarea unei tensiuni electromagnetice într-o
joncţiune-homojoncţiune/heterojoncţiune sau dioda Schottky sub acţiunea luminii.
Celula fotovoltaică se expune unei radiaţii incidente (flux de fotoni). Dacă energia
fotonului este suficient de mare, atunci în urma coliziunii fotonului cu un atom,
electronul din banda de valenţă va trece în banda de conducţie, devenind liber,
generând, totodată, un gol în reţeaua cristalului. Astfel, sub acţiunea fotonilor
are loc generarea de perechi electroni-goluri. Acest efect se mai numeşte efect
fotovoltaic intern.
CELULA FOTOVOLTAICĂ
Factorul de umplere (fill factor) este definit ca raportul între puterea maximă şi
produsul între tensiunea în gol şi curentul de scurtcircuit:
FF 
PM
U I
 M M
U g  I sc
U g  I sc
Temperatura Normală de Funcţionare a Celulei (NOCT).
 NO CT 20  E
TC  Ta  

0
,
8

 Est
Randamentul unei celule fotovoltaice - se determină ca raportul dintre puterea
generată de celulă la ieşire la o temperatură specificată şi puterea radiaţiei solare.

Pp
SE
S - aria suprafeţei celulei sau modulului, [m2];
E - radiaţia globală incidentă pe suprafaţa celulei sau modulului, [W/m2].
SISTEMUL FOTOVOLTAIC
Principalele componente sunt:
- modulul, panoul, câmpul de module sau, altfel spus, generatorul fotovoltaic;
- bateria de acumulatoare;
- subsistemul pentru condiţionarea energie electrice, care includ inclus şi elemente de
măsurare, monitorizare, protecţie, etc.;
- sursa auxiliară de
energie, de exemplu,
un grup electrogen
(back-up generator),
care funcţionează pe
benzină sau motorină.
În acest caz sistemul
fotovoltaic se mai
numeşte
sistem
fotovoltaic hibrid.
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
Se consideră o casă în oraşul Craiova având suprafaţă construită: 85,12 m2.
 Energia electrică (medie estimată) anuală consumată: Ec= 960 kWh/an
 Energia electrică pe care trebuie să o producă modulului fotovoltaic:
Ep 
Ec 960

 1200kW h/ an  3,28 kW h/ z i
K 0,8
 Puterea critică a modulului:
Pc 
Ep
G

Ep
HRS

3,28
 1,31 kW  1310W
2,5
Se alege panoul fotovoltaic cu următoarele caracteristici:
 puterea maximă Pm=150W;
 curentul de scurtcircuit Isc=9,9 A;
 tensiunea de mers în gol Ug=23 V;
 curentul maxim Im=8,42 A;
 tensiunea maximă Um=17,8 V;
Aria panoului A=1,173 m2
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
 Numărul de panouri fotovoltaice necesare este:
Np 
Pc
1310

 8,73  9 panouri
Pm 150
 Suprafaţa totală a panourilor fotovoltaice:
SPV  A  Np  1,173 9  10,557m2
Calculul parametrilor panoului fotovoltaic în condiţiile de funcţionare
 Curentul de scurtcircuit:
I sc E  I sc 
E
426,12
 9,9 
 4,22 A
Est
1000
 Temperatura medie anuală de lucru a celulei:
 NO CT 20  E
 45  20  426,12
Tc  Ta  
 20  
 33,31 C


0,8

 Est
 0,8  1000
 Tensiunea de mers în gol:
Ug Tc   Ug  0,0023 n  Tc  25  23  0,0023 40 33,31 25  22,23 V
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
FF 
 Factorul de umplere al panoului:
Pm
150

 0,66
U g  I sc 23 9,9
 Puterea produsă de panoul fotovoltaic este:
Pp  FF  Ug Tc  Isc E  0,66 22,23 4,22  61,91 W
 Randamentul panoului fotovoltaic:

Pp
AE

61,91
 0,123  12,3%
1,173 426,12
 Capacitatea acumulatoarelor:
C
Ep
k d  ac  conv  Uacum

3280
 595,49 Ah
0,6  0,85 0,9  12
Se aleg 5 acumulatoare cu capacitatea standard de 150 Ah care se vor conecta în
paralel.
 Invertor. Se alege un invertor cu puterea de 1500W.
 Regulator de încărcare. Se alege un regulator suportând un curent de 30 A.
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
 Investiţia iniţială în sistemul fotovoltaic: I = 11163,58 Euro
 Volumul energiei produse:
 anuală: Wan  P  Tm  1,31 1095 1434kWh/ an
 pe durata de viaţă: Wact  Wan  T10%, 20  1434 8,51  12203,34 kWh
 Cheltuielile anulale de exploatare: Cex  ex  I  0,01 11163,58  111,63 Euro / an
 Cheltuielile medii anuale: CA  Cex  RI  111,63  0  111,63 Euro / an
 Cheltuielile totale actualizate pe durata de viaţă a instalaţiei:
CTA  I  Cex  T  11163,58  111,63 8.51  12133,55 Euro
 Venitul brut anual obţinut din consumul de energie:
Van  Wan  TW  1434 0,12  172,08 Euro / an
CONCLUZII
 În urma analizei energetice s-a constatat că eficienţa panourilor fotovoltaice în
condiţiile de lucru este mică (12,3%). Eficienţa scăzută a panourilor fotovoltaice
determină alegerea unui număr mai mare de panouri (9 panouri) pentru alimentarea
unei case cu consum energetic anual de 960 kWh/an.
 Datorită numărului mare de panouri fotovoltaice necesare şi a preţului ridicat al
acestora (928,2 euro/panou) valoarea investiţiei într-un sistem fotovoltaic este mare
11163,58 Euro.
 Cheltuielile de exploatare a sistemului fotovoltaic ales sunt reduse (113,11 Euro/an)
comparativ cu cheltuielile de investiţie.
 Amortizarea se realizează într-un număr de ani mai mare decât durata de viaţă.
Exploatarea unui sistem fotovoltaic se justifică (la momentul actual) doar pentru
alimentarea cu energie a unor consumatori izolaţi şi de putere mică dacă se iau în
considerare costurile ridicate necesare pentru racordarea la reţea a acestor
consumatori.
 Având în vedere descoperirile în acest domeniu ce ar putea avea loc în următoarea
perioadă precum şi creşterea continuă a preţului energiei electrice se poate estima că
aceste sisteme fotovoltaice vor deveni eficiente din punct de vedere energetic şi
economic într-o perioadă scurtă de timp.
`