6. DIMENSIONAREA UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC AUTONOM

În acest capitol va fi prezentat un studiu de caz pentru dimensionarea unui sistem autonom. Locaţia aleasă e în proximitatea Bucureştiului, iar sistemul va fi dimensionat pentru deservirea unei locuinţe unifamiliare, oferind o autonomie de 4 zile în condiţii de nesatisfacere a nevoilor de energie electrică a utilizatorilor de 5%. Un calcul de eficienţă tehnico-economică va fi realizat în urma obţinerii simulării performanţei sistemului dimensionat.

6.1 Calcularea necesarului de energie electrică

Primul pas în dimensionarea sistemului PV autonom ce va deservi locuinţa este calculul necesarului de energie.

Pentru aceasta, am utilizat un software specializat, dezvoltat în cadrul proiectului Intelligent use of energy at school, utilizat pentru calculul amănunţit al consumului zilnic al locuinţei. Acesta ne oferă posibilitatea de a selecta durata de utilizare zilnică a echipamentelor electrice din fiecare cameră şi calculeaza consumul (respecitv necesarul) de energie al locuinţei.

Pentru estimarea consumului de energie total, am modelat o locuinţa compusă din:

1 cameră de zi; 2 dormitoare; 1 cameră de studiu; 2 băi; 1 bucătărie; 1 spălătorie; 1 hol,

după cum urmează în figura de mai jos:

66

Am realizat un inventar al tuturor aparatelor consumatoare de energie pentru locuinţă unde se doreşte montarea sistemului fotovoltaic autonom. Am urmat două etape principale, şi anume:

• Verificarea incăperilor (dormitoare, bucatarie, baie, sufragerie, etc.);

• Verificarea tipului de consum de energie (aparatură electrică şi electronică, iluminat, etc.).

Am identificat şi înregistrat puterea pentru fiecare aparat şi corespunzator am estimat timpul de utilizare (timpul cât fiecare aparat este deschis – alimentat cu energie electrică) pentru o zi.

În cazurile în care nu este posibilă identificarea puterii nominale inscripţionate pe aparat, se pot folosi cifre corespunzatoare prezentate în documente de specialitate.

Se cunoaşte faptul că iluminatul artificial reprezintă o parte importantă în cadrul consumului total de electricitate. Pentru locuinţe şi birouri, consumul pentru iluminat este în jur de 20 – 50% din consumul total de energie.

67

Astfel, iluminatul reprezintă o componentă importantă în cadrul consumului de energie zilnic, în mod special pentru clădirile mari unde sunt mai multe alternative pentru asigurarea iluminatului necesar.

Este foarte important de luat în seamă că putem avea în funcţiune simultan mai multe aparate electrocasnice (de exemplu un aparat de radio, un aparat de aer condiţionat) şi în această situaţie consumul de electricitate depinde de timpul de utilizare al fiecărui aparat.

Există situaţii când un anume aparat este programat să funcţioneze la o treaptă mai mică de putere (de exemplu un aparat de aer conditionat care nu este programat pentru treapta maximă), atunci consumul de electricitate nu mai reprezintă exact puterea (cea înscrisă pe aparat) înmulţi-tă cu timpul, ci puterea corespunzatoare reglajului făcut de noi înmulţită cu timpul de utilizare, caz în care consumul poate fi mai mic. Acesta se obţine înmulţind cu factorul de sarcină care este egal cu 1 (pentru puterea maximă) sau mai mic (pentru o putere mai mică).

În tabelul de mai jos, sunt prezentate rezultatele calculate pentru un consum optim necesar zilnic, lunar, respectiv anual:

Nr crt.

UtilizareNr. de

utilizări zilnice

Puterea[ W ]

Factorul de

sarcină

Ore pe zi de

utilizare

Consumul zilnic

[ W h/ zi ]Iluminat

1. Lampă incandescenţă 3 40 1 3 360

Aparate electrice

2. Aer condiţionat 1 800 0.7 1 560

3. Ventilator (cu palete) 1 200 0.7 2 280

4. Boiler electric (50 l.) 1 1500 0.9 2 2700

5. Maşină de spălat rufe 1 600 0.5 1 300

6. Frigider 1 200 0.6 24 2880Aparate

electronice7. Computer +

monitor 1 140 0.9 3 378

Consumul de energie total zilnic [ Wh/ zi ] 7 458

68

Consumul de energie total zilnic [ kWh / zi ] 7.458

Consumul de energie total lunar [ kW h /lun ă ] 223.74

Consumul de energie total anual [ kW h /an ] 2722.17

6.2 Dimensionarea sistemului PV care satisface necesarul de energie electrică calculat

6.2.1 Prezentarea programului folosit

Pentru a dimensiona sistemul fotovoltaic autonom care să satisfacă consumul de energie total zilnic de 7.458 kWh, calculat în cadrul subcapitolului 5.1, am utilizat programul de dimensionare PVSYST, Versiunea 5.67.

PVSYST este un pachet de software utilizat pentru dimensionarea, simularea şi analiza statistică a sistemelor PV complete. El poate fi uşor folosit pentru proiectarea şi compararea diferitelor tipuri de sisteme, folosind diferite nivele ale proiectului. Acest software a fost dezvoltat de catre Insitute of Environmental Sciences (ISE) de la University of Geneva.

Programul oferă posibilitatea modelării sistemelor conectate la reţea, independente sau sistemelor PV conectate la reţea de cc. Parametrii definitorii pentru construirea modelului sunt:

Datele generale ale proiectului (date generale despre poziţionarea în spaţiu a viitoarei instalaţii PV, coeficientul de reflecţie, precum şi alţi parametrii dependenţi de poziţionare);

Orientarea modulelor PV (înclinare şi azimut);

Linia orizontului;

Datele sistemului (modulele PV, invertorul , numarul de module, etc.);

Poziţionarea modulelor (aşezarea modulelor).

După simulare, programul oferă un raport amanunţit asupra modelului construit, precum şi asupra opţiunilor de îmbunătăţire a randamentului acestuia (sugerarea alegerii unor alte combonente BOS, etc.).

Bifând secţiunea Stand alone, apare o fereastră principală care cuprinde etapele desfăşurării procesului de dimensionare propriu-zis.

69

În secţiunea Project se introduc datele generale despre proiect. Aceasta este fereastra în care se vor salva modificările făcute pe parcursul procesului de dimensionare.

Pentru parametrii geografici și meteorologici au fost folosite datele oferite de Bucharest Synthetic Hourly - Meteonorm ’97 Site, disponibile în biblioteca programului.

6.2.2 Stabilirea orientării panourilor PV

Am stabilit orientarea optimă a panourilor, aceea în plan înclinat fix. Gradul de înclinare este de 30°, cu azimutul de 0°. Această alegere reprezintă varianta optimă, luand în calcul unghiul de incidenţă a radiatiei solare pe teritoriul Romaniei.

Optimizarea orientării depinde de utilizarea planificată pentru energia PV, astfel:

- Pentru sistemele conectate la reţea, energia este, de obicei, vândută la un preț constant pe tot parcursul anului. Optim pentru acest caz este maximizarea randamentului anual.

- Pentru sistemele de sine stătătoare, autonome, randamentul solar optim pentru dimensionarea sistemului este, de obicei, în lunile de iarnă. Această abordare pentru studiul de caz ales, va asigura necesarul de energie electrică chiar şi în condiţiile cele mai precare, cum sunt lunile de iarnă.

- Pentru sistemele de pompare, nu există o regulă generală, în funcție de utilizarea finală a apei pompate: de uz casnic (pe tot anul) sau irigare (unele sezoane specifice, probabil, de vară).

Prin urmare, acest instrument oferă posibilitatea de a alege perioada de optimizare: an, iarna sau vara.

Astfel, am setat gradul de optimizare în raport cu perioada de iarnă, adică octombrie-martie.

70

Pentru orizonturi de departe, unele radiații pot fi reflectate de la sol în fața planului colector. Considerăm nebulozitatea să fie liniar descrescătoare în funcție de înălțimea orizontului (până la zero pentru orizontul > 20°).

Prin urmare, utilizatorul are posibilitatea de a determina care parte a nebulozităţii calculate vrea să o ia în considerare, în funcție de distanța de obstacolele orizontului. Contribuția trebuie să fie nulă pentru orizontul apropiat, şi până la 100% pentru unul foarte îndepărtat. În figura următoare se află graficul azimut în funcţie de înălţimea la care se află Soarele.

În secţiunea Near Shadings, umbriri în apropiere, am selectat opţiunea Fără umbriri, deoarece se consideră amplasarea casei într-o zonă liberă, neaglomerată, la periferia Municipiului Bucureşti; amplasarea ariei fotovoltaice într-o zonă liberă, fără umbriri, asigură pierderi minime datorate factorilor externi pentru sistemul proiectat.

6.2.3 Configurarea sistemului fotovoltaic autonom folosit

71

În secţiunea System se defineşte sistemul, definindu-se atât caracteristicile ariei fotovoltaice şi ale panourilor/celulelor din care aceasta este formată, cât şi sistemelor BOS aferente. Alegerea se face în conformitate cu condiţiile de dimensionare precizate anterior şi cu necesarul de energie zilnic estimat de 7.9 kWh, conform imaginii de mai sus.

Av. Daily needs - Această valoare reprezintă probabilitatea ca nevoile utilizatorului să nu poată fi satisfăcute. Am stabilit o valoare de 5.0 %, valoare considerată acceptabilă şi situată în cadrul ariei de confort a utilizatorului.

În procesul Presizing, se propune capacitatea acumulatorului, care este determinată în funcție de autonomia necesară a sistemului, data în zile.

Autonomia este definită ca timpul în care sarcina poate fi îndeplinită numai cu baterie, fără intrări solare, pornind desigur, de la un "încărcat complet" al bateriei. Bateriei poate, de asemenea, să i se aplice o corecție capacitivă, întrucât acest mod de utilizare se produce, de obicei, la o rată de descărcare mai degrabă lentă.

Alegerea tensiunii acumulatorului

Într-un sistem PV autonom cu cuplaj direct la utilizator (fără invertor), tensiunea bateriei determină tensiunea de distribuție. Această alegere trebuie făcută în funcție de sistem şi/sau puterea aparatului, precum şi extinderea rețelei de distribuție planificată a minimaliza pierderile ohmice în cabluri. Alegerea ar trebui să se facă de la planificarea timpurie a unei instalații, deoarece tensiunea echipamentului existent, de obicei, nu poate fi schimbată, iar traductorii de tensiune vor fi costisitori şi nu 100% eficienţi.

Valorile nominale de distribuție ar putea fi alese în funcție de următoarele criterii (invertorul trebuie legat direct pe baterie):

12V: Sisteme mici pentru iluminat şi TV:

Aparate cu puteri maxime de până la 300 W; Curentul de 25 A.

24V: Sisteme de mărime medie, cu frigider și aparate mici, sau cu extinderea cablurilor pentru mai mult de 10 m:

Aparate cu puteri maxime de până la 1000 W; Curent de 42 A.

72

48V: Uz industrial sau agricol:

Aparate cu puteri maxime de până la 3 kW; Curent de 62 A.

ALEGEREA BATERIILOR:

Am ales numărul optim de baterii, 48, de model Enersol T460, tehnologie: plumb-acid,ventilate, de formă tubulară.

Dimensiuni: - lăţime: 199 mm;

- grosime: 101 mm;

- lungime: 445 mm;

Parametrii de bază:

- tensiunea nominală de 2 V;

- capacitatea nominală de 350 Ah;

- rezistenţa internă de 0,56 mOhm;

- eficienţa energetică de 97,0 %;

- greutatea specifică: 30 kg/kWh;

- capacitatea specifică: 33 Wh/kg.

ALEGEREA MODULELOR:

Numărul optim de module este de 20, în serie. Modelul este unul Upsolar-M240MS-B. Celulele sunt fabricate din Si-mono (siliciu monocristalin).

Dimensiuni: - lăţime: 992 mm;

- grosime: 40 mm;

- lungime: 1640 mm;

- greutate: 19 kg;

- aria modulelor: 32,5 m2;

73

- aria celulelor: 28,7 m2.

Specificaţiile producătorului şi alte măsurători:

- puterea nominală: 240 Wp;

- condiţii de referinţă: 1000 W/m2;

- curentul de scurt-circuit: I SC=8,500 A;

- curentul maxim: I mpp=8,000 A ;

- temperatura de referinţă: 25℃;

- tensiunea maximă: Umpp=30 V .

ALEGEREA REGULATORULUI:

Atunci când se alege un regulator comercial, această alegere va fi actualizată automat, în funcție de capacitățile de reglementare alese. Astfel, programul verifică dacă regulatorul este potrivit pentru proprietățile de sistem.

74

Aşadar, caracteristicile sunt reglate la valori implicite, și nu pot fi modificate. Aceste valori (praguri, curenţi maximi, etc.) sunt în mod automat presetate de program în funcție de configurația sistemului asociat, pentru că ele sunt potrivite pentru o simulare corectă.

Caracteristicile predefinite ale regulatorului:

Pentru pragurile de încărcare:

- declanşarea OFF: Umax=2,28 V ;

- declanşarea ON: Umin=2,18 V .

Pentru pragurile de descărcare:

- declanşarea OFF: Umin=1,96 V ;

- declanşarea ON: U recov .=2,10V .

Schema sistemului autonom simulat:

Dupa inserarea tuturor parametrilor şi condiţiilor, modelul a fost simulat. Programul oferă un raport de simulare care conţine toţi parametrii folosiţi, precum şi performanţele modelului simulat.

75

6.2.4. Rezultatele simulării

A) Rezultate tehnice:

Nume proiect: „ Simulare disertaţie’’;

Locaţie: Bucureşti, lat. 44,5° N, long. 26,1° E;

Ţara: România;

Altitudine: 88 m;

Simularea parametrilor:

Orientarea planului colector: înclinat la 30°; azimut 0°;

Model arie PV: UP-M240MS-B;

Număr module PV: 20;

Puterea nominală: 240 Wp;

Puterea globală: 4800 Wp.

Aria totală: - aria modulelor: 32,5 m2;

- aria celulelor: 28,7 m2.

Factorul de pierdere termică UC (const )=20,0W

m2 K ;

Pierderi în cabluri: 1,5 %.

Baterii:

Model: ENERSOL T460;

Tensiunea: 24 V;

Capacitatea nominală: 1400 Ah;

Număr: 12 în serie x 4 în paralel;

Temperatura fixă: 20°C.

Consum necesar: 7,9 kWh/zi.

Energia disponibilă: 5,54 MWh/an.

76

Energia folosită: 2,72 MWh/an.

Energia nefolosită: 2,33 MWh/an.

Raportul de performanţă: PR = 14,3 %.

Fracţiunea solară: 94,3 %.

Pierderi de sarcină – fracţiune de timp: 5,7 %.

Dispoziţii pentru înlocuirea bateriilor (5,0 ani): 288 €/an.

În figura 6.1 este reprezentată producția normalizată pe kWp instalat în decursul unui an, cu puterea nominală de 4800 Wp:

Fig. 6.1: Producția normalizată în decursul unui an pe kWp instalat, cu puterea nominală de 4800 Wp

Cu albastru închis este reprezentată energia neutilizată (atunci când bateria este încărcată complet) = 1,33 kWh/kWp/zi.

Cu albastru deschis sunt reprezentate pierderile de energie datorate panourilor PV = 0,91 kWh/kWp/zi.

Pierderile sistemului şi încărcarea bateriei (cu verde) = 0,28 kWh/kWp/zi.

Energia furnizată utilizatorului (cu vişiniu) = 1,55 kWh/kWp/zi.

77

Fig. 6.2: Distribuţia stării sarcinii zilnice

Tabelul 6.1: Energia solară disponibilă pe parcursul unui an

GlobHor [ kWh

m2 ] = iradierea orizontală totală;

GlobEff [ kWh

m2 ] = radiaţia globală efectivă (corectată pentru umbire)

E Avail [ MWh ] = energia solară disponibilă;

78

E Unused [ MWh ] = pierderea de energie neutilizată (baterii încărcate);

E Miss [ MWh ] = lipsa de energie;

E User [ MWh ] = energia furnizată utilizatorului;

E Load [ MWh ] = necesarul de energie al utilizatorului;

Sol Frac = E UserE Load

= fracţia solară.

În figura 6.3 este reprezentată caracteristica I-U a modulului PV, temperatura celulelor fiind de 45℃. Cele 20 de modulele PV sunt un model Upsolar, UP-M240MS-B.

Fig. 6.3: Comportamentul modulelor conform iradierii incidente [ W

m2 ]

Programul oferă de asemenea informaţii privitoare la energia pierdută. În figura 6.4 este prezentată diagrama pierderilor pentru un an. Sunt luate în calcul toate pierderile, de la pierderile datorate eficienţei de conversie la pierderile pe modul.

79

Fig. 6.4: Diagrama pierderilor

Se observă că pierderile de energie neutilizată (baterii încărcate) sunt cele mai mari, de 41,9 %.

80

B) Rezultatele economice:

Pentru realizarea calculului economic au fost inserate în programul de simulare costurile medii pentru fiecare element al implementării unui sistem PV autonom (costurile de achiziţie, de montaj, costurile aferentele metodei de finanţare etc.). Acestea au fost determinare în urma unui studiu al pieţei şi valorile introduse reprezintă valorile medii pentru Romania.

În tabelul 6.2 sunt prezentate costurile echipamentelor folosite, precum şi costul total al investiţiei.

Tabelul 6.2 Costurile investiţiei

Costurile pentru:

- module (Pnom=240℘): 20 buc.× 168 €/buc. = 3360 €.

- suporturi: 1104 €.

- baterii: 48 buc.× 30 €/buc. = 1440 €.

- cabluri: 144 €.

- inginerie: 200 €.

81

Rezultă o investiţie brută de 6896 € şi una netă, cu tot cu taxe, de 8551 €.

Costul anual este de 1396 €.

Costul energiei electrice utilizate este de 0,51 € / kWh.

Costul anual pentru întreţinere: 288 €/an.

Energia solară folosită: 2720 kWh/an.

82

7. PROGNOZA PERFORMANŢELOR SISTEMELOR PV BAZATĂ PE MODELE DE PROGNOZĂ A RADIAŢIEI SOLARE

În ultimii ani, ponderea de energie obținută din surse regenerabile de energie a crescut considerabil. Acest tip de energie prezintă numeroase avantaje, ceea ce duce la dezvoltarea durabilă a societății, dar are un dezavantaj major: este foarte fluctuant. Acest dezavantaj devine din ce în ce mai mult o problemă, deoarece procentul total de creşteri de energie regenerabilă are un impact negativ asupra echipamentelor de distribuție a energiei, precum şi asupra calităţii alimentarii cu energie. Prognoza exactă pe termen scurt a sistemelor de producție fotovoltaică are o mare însemnătate pentru dezvoltarea rapidă a sistemelor fotovoltaice din Europa de Sud-Est, în special în România.

În cazul energiei electrice fotovoltaice, obținute prin sisteme mici sau centrale electrice fotovoltaice de mari dimensiuni, ea variază nu numai în cicluri anuale (unghiuri incidente diferite ale radiației solare în funcție de sezon), sau a ciclului zi-noapte, dar, de asemenea, depinde de factorii spontani, cum ar fi norii, nebulozitatea, conținutul de aerosoli, etc.

Deoarece procentul de energie PV este în creştere, fiecare țară are cerințe noi pentru furnizorii de energie fotovoltaică în ceea ce priveşte previziunile de producție de energie. Aceste date sunt necesare Dispeceratului Național şi sunt, previziuni generale, anuale, lunare, zilnice şi chiar odată la 6 ore (în funcție de procentul pe care puterea fotovoltaică o are la nivel național).

Pentru studiul de caz descris în capitolul precedent, pachetul de software foloseste pentru estimarea de producţie anuală de energie a sistemului PV dimesionat, baza de date meteorologice din biblioteca existentă, considerand astfel radiaţia pe următorii ani egală cu radiaţia din anul precedent. Această abordare poate duce la erori de dimensionare (fie supradimensionare, ceea ce poate cauza un preţ per kW mai ridicat, fie subdimensionare, caz în care sistemul nu va avea capacitatea de a produce necesarul de energie al locuinţei). Pentru a reduce acest risc, este necesară estimarea pentru urmatorii ani a radiaţiei solare cat mai precis.

Radiația solară de intrare depinde foarte mult de starea actuală a atmosferei, de starea vremii, mai ales prin nori și conținutul de aerosoli. Deoarece aceşti parametri sunt determinaţi de procesele atmosferice la nivel local, prognoza de radiație solară necesită metode care sunt capabile să includă în mod direct sau indirect fizica acestor procese.

Rezultatele arată că exactitatea previziunilor depinde foarte mult de variabilitatea zilnică de iradiere; pe baza măsurătorilor diferenței de iradiere, două zile consecutive pot varia foarte mult,

83

chiar peste 80%. În scopul de a lua în considerare variabilitatea de zi cu zi a radiației solare în procesul de prognoză, o metodologie a fost dezvoltată. Este folosită o bază de date completă de la stația meteorologică București-Afumati (România) oferita de.

Voi prezinta o abordare solară a prognozei radiațiilor bazată pe metoda ANN (rețele neuronale artificiale), metodă ce s-a dovedit a avea cele mai bune rezultate pentru parametrii bazei de date ANM. Se realizează o analiză zilnică a variabilităţii iradierii solare şi se definesc patru situații sinoptice pentru a include influenţele nebulozităţii. Au fost luate în considerare variațiile radiatiei solare globale pentru prognoza pe termen lung.

Rezultatele au fost obținute folosind o bază de date de la stația meteorologică București / Afumați. S-a dezvoltat un model precis de prognoză pentru un sistem fotovoltaic pe baza rezultatelor solare de prognoză a radiațiilor. Prin utilizarea seturilor de date complete şi inclusiv a parametrilor meteorologici, cum ar fi norii, umiditatea relativă, temperatura aerului, presiunea atmosferică, durata de iradiere, etc., ca date de intrare pentru modelul folosit, s-a reuşit să se reducă la minimum erorile de prognoză. Astfel, se va putea realiza o prognoză mai precisă a producţiei de energie a sistemul fotovoltaic dimensionat în secţiunea precedentă.

Metoda ANN

Rețelele neuronale artificiale (ANN) sunt sisteme inteligente care au capacitatea de a învăţa, memora şi de a crea relații între datele bazate pe forme funcționale neliniare, care au fost dezvoltate separat de tehnici de regresie standard. Interesul în ANN este în mare parte datorită capacității lor de a imita inteligență naturală în procesul de învățare. (Wasserman, 1993). Ca şi creier biologic, o rețea neuronală cuprinde un număr mare de neuroni interconectaţi. Fiecare conexiune la un neuron are un factor de greutate reglabil asociat cu acesta. Fiecare neuron în rețea însumează intrările sale ponderate pentru a produce un nivel de activitate intern a i:

a i=∑j=1

n

w ij x ij−wi 0

unde w ij este greutatea de conectare de la intrarea J în neuronul i,x ij este de numărul de intrare a

semnalului J la neuronul i, şi w i 0 este pragul asociat cu unitatea i. Pragul este tratat ca o greutate normală.

O rețea feedforward multistrat are neuroni organizaţi în unul sau mai multe straturi ascunse în care prelucrarea de fapt este de performanță prin conexiuni ponderate. Fiecare neuron în stratul ascuns se alătură tuturor neuronilor din stratul de ieşire. Rezultatele prelucrării sunt achiziționate de la stratul de ieşire. Montarea rețelei implică formarea modelului peste intrările cunoscute şi valorile de ieşire, algoritmul ajustând ponderile de conexiune ascunse şi până la ieşire aproximează datele reale, cu o precizie de un anumit prag.

84

Variația pe termen lung a radiației solare globale în Bucureşti

S-au analizat, de asemenea, variațiile radiației solare globale, pentru ca schimbările pe termen lung în energie solară disponibilă, de asemenea, să fie luate în considerare în aplicațiile care utilizează energia solară. Se va aplica modelul de regresie liniară bine cunoscut. (Datacoming anual fromrepresents perioada 1975-2006 pentru București de radiațiile de date Data Center mondial).

Fig. 1: Variația radiației solare multianuale în București, perioada 1975-2006

Prin utilizarea de date meteorologice complete, ca parametri de intrare în prognoza de radiație solară, a fost posibilă o estimare mai precisă a puterii de ieșire a sistemului. Astfel, am făcut un pas înainte în prognozarea puterii generate de sistemul dimensionat în secţiunea 6., pe baza previziunilor de radiații solare.

După cum este evidenţiat în graficul precedent, valoarea medie a radiaţiei solare are o tendinţă crescătoare. Comparând valoarea medie a radiaţiei solare pentru anul în care a fost facută simularea PVSyst, 1997, de 162.3 W/m2 cu valoarea medie estimată a următorilor ani, în care sistemul va fi utilizat (168,9 W/m2), se constată o crestere de 4% a valorii medii a radiaţiei solare, implicit a supradimensionării sistemului.

85

CONCLUZII

Concluzionând, în lucrarea de faţă am prezentat noţiunile teoretice despre energie, surse regenerabile, radiaţie solară şi sisteme fotovoltaice; toate acestea m-au ajutat să realizez o estimare a producţiei de energie a unui sistem fotovoltaic autonom pentru alimentarea cu energie electric a unei locuinţe, precum şi o dimensionare tehnico-economică a soluţiei propuse.

În primele capitole am descris termenul de Energie solară şi l-am încadrat în contextual actual. Am făcut referire la caracterul limitat al resurselor energetice, care ridică problema opţiunilor energetice în viitor, scoţând în evidenţă avantajele şi dezavantajele utilizării energiei solare.

Radiaţia solară şi modelele de prognoză a radiaţiei solare au un rol foarte important în evoluţia energiei bazate pe sursele regenerabile. Prognozarea energiei produse de către sistemele fotovoltaice este o sarcină îndrăzneaţă luând în considerare faptul că ea depinde foarte mult de condiţii externe, ca radiaţia solară şi condiţiile de vreme. O prognoză exactă a energiei fotovoltaice este foarte utilă pentru departamentul de distribuţie, pentru a face ajustări la programul de furnizare a energiei din surse convenţionale şi pentru o planificare generală.

În capitolul al treilea, sunt prezentate date despre tehnologia şi celulele fotovoltaice. Este realizată o trecere în revistă a principiilor de funcţionare şi a tehnologiilor fotovoltaice existente în prezent.

Proiectarea unui sistem fotovoltaic este determinată de locaţie, climă, caracteristicile zonei şi echipamentul ce va fi utilizat. Aşadar, în capitolele 4. şi 5. am descris structura unui sistem fotovoltaic autonom, performanţele şi caracteristicile unui sistem de acest tip, precum şi descrierea componentelor folosite.

Pentru dimensionarea corectă a unui sistem fotovoltaic autonom pentru alimentarea cu energie electrică a unei locuinţe, este nevoie de un calcul zilnic, apoi lunar al necesarului de energie pentru respectiva locuinţă.

Pentru aceasta, am utilizat un software (Intelligent use of energy at school) folosit pentru desfăşurarea unor experimente legate de eficienţa energetică, economia de energie şi energia regenerabilă.

Am realizat un inventar al tuturor aparatelor consumatoare de energie pentru locuinţă unde se doreşte montarea sistemului fotovoltaic autonom, după care am identificat şi înregistrat puterea

86

pentru fiecare aparat şi corespunzator am estimat timpul de utilizare (timpul cât fiecare aparat este deschis – alimentat cu energie electrică) pentru o zi.

Mi-a rezultat un consum de energie total zilnic de 7.458 [ kWh ].

Pentru a dimensiona sistemul fotovoltaic autonom care să satisfacă acest consum, am utilizat programul PVSYST, Versiunea 5.67.

Am urmărit următoarele etape importante:

- Datele generale ale proiectului (date generale despre poziţionarea în spaţiu a viitoarei instalaţii PV, coeficientul de reflecţie, precum şi alţi parametrii dependenţi de poziţionare);

- Orientarea modulelor PV (înclinare şi azimut);

- Linia orizontului;

- Datele sistemului (modulele PV, invertorul , numarul de module, etc.);

- Poziţionarea modulelor (aşezarea modulelor).

După simulare, programul oferă un raport amanunţit asupra modelului construit.

Încă de la descoperirea efectului fotovoltaic, tehnologia PV a fost considerată viitorul energiei. Energia PV prezintă câteva avantaje extrem de importante pentru contextul actual: este gratuită, poate oferi autonomie idependentă energetică şi, mai presus de toate, este complet nepoluantă. În afară de aceste aspecte însă, energia PV prezintă trei dezavantaje majore: este deosebit de fluctuantă (din cauza dependenţei directe de variaţia radiaţiei solare), costul iniţial al instalaţiilor este ridicat, precum şi necesitaea unor suprafeţe de colectare mari.

Astfel, dimensionarea corectă a sistemelor pentru a deservi scopul cărora sunt destinate are o importanţă majoră. Supradimensionarea sistemelor PV autonome atrage după sine ineficienţa economică, iar în cazul subdimensionării acestora creşte riscul nesatisfacerii necesităţilor utilizatorului.

În studiul de caz prezentat este exemplificat modul în care, urmand paşii necesari dimensionării (estimarea necesarului de energie electrică, evaluarea potenţialului de energie solară a amplasamentului, poziţionarea corectă, alegerea corectă a componentelor BOS şi estimarea bazată pe modele de radiaţie solară a puterii generate de sistem) se poate realiza un echilibru între partea tehnică şi cea economică. Astfel, din analiza studiului de caz realizat, putem spune că sistemele PV autonome sunt o soluţie viabila pentru locaţiile izolate de pe teritoriul României.

87

BIBLIOGRAFIE

[1] Green M. A., 1992, Solar Cells: Operating Principles, Technology and System

Applications, University of NSW, Kensington, Australia;

[2] Fara L., Mitroi M. R., Iancu V., Milescu G., Noaje G., 2008, Modelarea şi simularea

numerică a celulelor solare nanostructurate, Punct, Bucureşti;

[3] Goetzberger A., Hoffman V. U., 2005, Photovoltaic Solar Energy Generation, Springer;

[4] Jantsch M., Schmidt H. and Schmid J., 1992, Results of the concerted action on power

conditioning and control Proc. 7 1 th Photovoltaic Solar Energy Conf., Montreux;

[5] Fara, L.. Mitroi, M.R Cincu, C. Iancu, Vl. Zaharia, C. Fara, S. Finta, D. Comaneci, D. Iancu, M. Fizica si tehnologia celulelor solare si sistemelor fotovolotaice, Editura AOSR, 2009.

88