Transcript Přednáška 10

Provozní podmínky fotovoltaických systémů
A5M13FVS-10
Pro provoz fotovoltaických systémů jsou důležité
Orientace fotovoltaického pole vůči Slunci
Lokální stínění
Teplota PV pole
Pevná konstrukce (orientace, sklon)
h
Jih
Jihozápad
P
Jihovýchod
6
8
10
12
14
16
18
20
Čas (hod)
Za jasné oblohy
1
B(t )  1353 0.7 sin (t ) cos v (t ) cos h (t )
Energie dopadlá na plochu
skloněnou o úhel při jasné
obloze
12
0°
30°
45°
75°
90°
2
HT,den,teor [kWh/m .den]
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
měsíc
Vlivem oblačnosti se v zimních
měsících zvyšuje podíl difúzního
záření
12
55
35
75
80
70
60
40
4
50 5
35
30
30
60
70
65 0
7
75
80
65
40 45
50 55
90
90
65
60
70
75
80
95
90
70
75
90
80
85
0
0-S
45 - SV
90
85
sklon (°)
4
50 5
10
55
20
90 - V
65
70
95
65
80
85
30
40
45
50
100%
60
55
75
40
90
50
95
65 0
7
40
85
80
85
60
75
80
135 - JV
85
180 - J 225 - JZ 270 - Z 315 - SZ
360 S
azimut (°)
Pro systémy připojené k síti je v podmínkách České republiky
optimální úhel sklonu 35°
Systém se sledovačem
Otáčení kolem jedné osy
1
Pvyuz (t )  1353  0.7 sin  ( t ) cos  v (t )
1
Pvyuz (t )  1353  0.7 sin  ( t ) cos  h (t )
Systém se sledovačem
Dvouosé natáčení FV pole
1
Pvyuz (t )  1353  0.7 sin  ( t )
Systémy se sledovačem mohou
získat až o 30% více energie
oproti systémům s pevnou
konstrukcí
Porovnání různých konstrukcí (v podmínkách ČR)
Údaje o intenzitě dopadajícího záření
Lokální stínění
Může vzniknout:
• při znečištění modulu
http://www.azsolarcenter.com
• stíny vržené různými předměty v okolí
http://www.solaroregon.org
• stíny vržené jinými částmi instalace
Znečištění PV modulů
I relativně malé znečištění ovlivňuje V-A charakteristiku modulu
poloha 1
poloha 2
poloha 3
Nehomogenní ozáření sériově zapojených článků (řetězců) bez
překlenovacích diod
Zastíněný článek omezuje proud
Nehomogenní ozáření při aplikaci překlenovacích diod
Jestliže celkový proud I je větší, než
proud nakrátko článku 2, teče proud
překlenovací diodou D2
Vliv překlenovacích diod na V-A charakteristiku částečně
zastíněných modulů
Bez diod
S diodami
Vzdálenost jednotlivých částí PV pole
Obvykle se uvažuje a = 16°
Difuzní složky ozáření: stíněná
část viditelné oblohy
Směrové složky
ozáření:
Ssky
stín pro
αs < αsh
horní hrana
předchozí řady
rovina
FV panelů
Hsh
lx
αsh
Shor
jih
γ
αs
γs
e+lx)
Hsh-sinβ(tedg
l)
(tedge+ x
β
s
o
c
Shor+
0
a sh,x
Ssh,x
b
 3 překlenovací diody
1,00
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
horizontální uložení
0,81
0,64
0,63
0,65
0,55
0,29
0,27
0,16
0,30
0
1
2
3
4
0,13
5
6
stíněné články, ncell,sh [ks]
souč. snížení výkonu, pred [-]
c-Si modul:
souč. snížení výkonu, pred [-]
Pokles výkonu modulů při částečném zastínění
1,00
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
vertikální uložení
0,85
0,68
0,24
0,21
0,20
0,13
0
1
2
3
4 10
stíněné články, ncell,sh [ks]
11
12
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
stínění napříč články
1,00
pred = 1 - 0,87∙λsh
0,13
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
bezrozměrná délka stínu, λsh [-]
souč. snížení výkonu, p red [-]
Obvykle nemají
překlenovací diody
souč. snížení výkonu, pred [-]
Tenkovrstvé moduly (a:Si, CdTe, CIS)
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
420
1,00
stínění po článcích
(články do série)
0,27
0,16
0,17
44
2
0,13
0,16
4 46
6 48
8
5010
52
12
stíněné články, ncell,sh [-]
14
54
56
Lokální stínění
- může výrazně snížit
účinnost FV systému
Problémy s částečným
stíněním mohou být spojeny
se zastiňováním sněhem
Při nehomogenním ozáření mohou být problémy s
paraleleně spojenými moduly
V případě malé zátěže může dojít k přepólování méně ozářeného modulu
(řetězce). Jako prevence se proto často zařazují blokovací diody
Vliv teploty na VA charakteristiku
3,5
3
I (A)
U OC
2,5
kT I PV

ln
e
I 01
  Wg 
I01 ~ ni  BT exp
 kT 


U OC
Je proto
0
T
2
2
1,5
1
3
0,5
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
V (V)
Pro c-Si fotovoltaické články pokles UOC
je okolo 0.4%/K
25 °C
35 °C
45 °C
55 °CV(mV)
65 °C
75°C
85 °C
95 °C
Pm
Rs roste s rostoucí teplotou
(W)
Rp klesá s rostoucí teplotou
Činitel plnění FF a účinnost s rostoucí
teplotou klesají
FF

0
0
T
T
V případě c-Si
1 
 0.5% K 1
 T
0,7
teplota (°C)
Provozní teplota FV článků a modulů
Provozní teplota FV článků v modulu
závisí na teplotě okolí. Intenzitě
dopadajícího záření na na konstrukci
modulu
NOCT (Nominal Operating Cell
Temperature) je definována jako
teplota článků Tc při teplotě okolí Ta´=
20°C. intenzitě slunečního záření G =
0.8 kWm−2 a rychlosti větru 1 ms−1.
Tc  Ta  rthcaGab
rthcab
db
1


b hb
rthcaf 
df
f

1
hf
Na zadní straně modulu je možno měřit
teplotu modulu Tmod
rthca 
rthcaf rthcab
rthcaf  rthcab
Tc  Tmod  T
G
GSCT
Nárůst teploty c-Si FV článků nad teplotu venkovního
vzduchu v závislosti na ozáření a rychlosti větru.
norm. teplota článků, θcell - θe [°C]
40
35
30
25
ozáření
[W/m2]
20
1 200
1 000
800
600
400
200
100
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
rychlost větru, w [m/s]
8
9
10
V reálných podmínkách se rozdíly v pozici PV modulů (může být různá
rychlost proudění vzduchu) projeví v nehomogenním rozložení teploty
ve fotovoltaickém poli
Rozložení teploty na PV poli na střeše
budovy – slunný zimní den
Pokud řetězec pracuje v MPP I = Imp
U modulů z krystalického křemíku Imp prakticky nezávisí na teplotě
n
Pmp  I mp Vmp (Ti )  nImpVmp (TAV )
i 1
TAV je střední hodnota
teploty článku
Paralelní řazení řetězců
V případě rozdílné teploty nemohou paralelně spojené řetězce
pracovat v MPP modulů
Účinnost klesá a vliv paralelního spojení modulů (řetězců)
s různou teplotou se projeví poklesem účinnosti o cca 0.15% na °C
teplotního rozdílu
Příklad experimntální fotovoltaické fasády na ČVUT-FSv
20.2 m
výstupní otvory
1 5.4 m
E1
E3
nasávací
štěrbina
6.5 m
4.0 m
18.6 m
nasávací štěrbina
34.0 m
E2
Teplota jednotlivých řetězců
paralelně spojených se liší
Následkem je pokles účinnosti o 3 -4 %
U systémů s velkým sklonem vůči horizontální poloze může mít pozitivní
vliv albedo
Např. betonové dlaždice o odrazivosti 30% před kolmým PV polem
zvyšují celkové ozáření o 16% - lze využít při integraci PV systémů do
budov