Panouri fotovoltaice

Soarele este cea mai importantă sursă de energie pentru Pământ. Energia solară este emisă sub formă de radiaţii şi este disponibilă în cantităţi imense, practic inepuizabile. Radiaţiile solare pot fi captate şi transformate în alte forme de energie: electrică sau termică. 

Ce este un panou fotovoltaic  şi cum funcţionează el?

Panourile fotovoltaice transformă radiaţia solară în energie electrică. Un panou fotovoltaic este compus din mai multe celule solare legate în serie sau paralel.

Randamentul unor asemenea panouri este cuprins între 8-20%, în funcţie de gradul de absorbţie a radiaţiei solare. Eficienţa destul de scazută a panourilor fotovoltaice actuale este în principal datorată faptului că din spectrul solar vizibil doar o mică parte de frecvenţe de undă a radiaţiilor luminoase sunt transformate în electricitate.

Panourile fotovoltaice generează curent  continuu, cu parametri variabili, inadecvaţi încărcării unor acumulatori. Din acest motiv este nevoie de un convertor care să transforme energia electrică produsă de panurile fotovoltaice în energie electrică cu parametri bine determinaţi. Acest convertor are şi diverse funcţii de protecţie a acumulatorilor şi a panoului fotovoltaic.

Structura unei instalaţii fotovoltaice

Astfel, o instalaţie fotovoltaică completă se va compune din:

panouri fotovoltaice acumulatori şi regulatori de încărcare invertor pentru transformarea curentului continuu în curent alternative

1

Potentialul energetic solar

Pentru realizarea unei investitii intr-un sistem fotovoltaic este bine sa avem in vedere potentialul energetic al locatiei. Studiind datele climatologice si meteorologice,Putem face o analiza pertinenta a acestui potential. 

Aceste informatii au fost obtinute prin cercetarea si evaluarea potentialului energetic al zonei folosind sistemul informatic geografic fotovoltaic (PVGIS - Photovoltaic Geografical Information System).

Modelul de evaluare al productiei de energie electrica solara PVGIS, tine cont de o multime de factori de geometrie a traiectoriei solare, a reliefului si a factorilor meteorologici.

Country: RomaniaRegion name: ClujTotal area (km2) 6609.0

Urban area (km2) 339.6

Puterea fotovoltaica anuala - KWh/1KWp

orizontal vertical optimal

minim 1301 1045 1519

mediu 1347 1083 1573

maxim 1369 1118 1605

Iradiatia globala anuala - KWh/m2

orizontal vertical optimal

minim 973 779 1124

mediu 1014 821 1174

maxim 1049 862 1219

Inclinatia optima pentru modulele fotovoltaice

Unghi

minim 36

mediu 37

maxim 37

Performance of Grid-connected PVSolar radiation database used: PVGIS-CMSAF 

2

Nominal power of the PV system: 1.0 kW (crystalline silicon)Estimated losses due to temperature and low irradiance: 9.1% (using local ambient temperature)Estimated loss due to angular reflectance effects: 3.0%Other losses (cables, inverter etc.): 14.0%Combined PV system losses: 24.2%

Fixed system: inclination=37°, orientation=0°

Month Ed Em Hd Hm

Jan 1.45 44.9 1.73 53.6

Feb 2.13 59.6 2.60 72.8

Mar 3.21 99.6 4.08 126

Apr 3.72 112 4.94 148

May 3.96 123 5.42 168

Jun 3.92 118 5.46 164

Jul 3.91 121 5.44 168

Aug 3.93 122 5.43 168

Sep 3.32 99.6 4.41 132

Oct 2.85 88.5 3.68 114

Nov 1.98 59.3 2.43 73.0

Dec 1.35 41.9 1.62 50.2

Yearly average 2.98 90.6 3.94 120

Total for year 1090 1440

Ed: Average daily electricity production from the given system (kWh)Em: Average monthly electricity production from the given system (kWh)Hd: Average daily sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2)Hm: Average sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2)

Average Daily Solar Irradiance

PVGIS Estimates of average daily profiles

Results for: December

Solar radiation database used: PVGIS-CMSAF 

Inclination of plane: 37 deg.Orientation (azimuth) of plane: 0 deg.

Time G Gd Gc DNI DNIc A Ad Ac

08:07 76 47 213 70 444 119 45 503

08:22 102 61 292 86 539 153 64 628

08:37 127 76 375 98 619 179 76 725

08:52 147 85 443 108 682 196 82 791

09:07 165 94 506 116 733 210 87 843

09:22 181 101 564 123 773 222 92 885

09:37 195 108 618 128 805 232 97 919

09:52 209 114 666 132 831 241 101 947

10:07 220 119 709 136 853 248 105 969

3

10:22 230 123 748 138 871 255 108 988

10:37 239 126 781 141 885 260 111 1000

10:52 246 129 808 142 896 264 113 1010

11:07 252 132 831 144 905 268 115 1020

11:22 256 133 847 145 912 270 117 1030

11:37 259 135 859 145 916 272 118 1030

11:52 260 135 864 146 918 273 118 1040

12:07 260 135 864 146 918 273 118 1040

12:22 259 135 859 145 916 272 118 1030

12:37 256 133 847 145 912 270 117 1030

12:52 252 132 831 144 905 268 115 1020

13:07 246 129 808 142 896 264 113 1010

13:22 239 126 781 141 885 260 111 1000

13:37 230 123 748 138 871 255 108 988

13:52 220 119 709 136 853 248 105 969

14:07 209 114 666 132 831 241 101 947

14:22 195 108 618 128 805 232 97 919

14:37 181 101 564 123 773 222 92 885

14:52 165 94 506 116 733 210 87 843

15:07 147 85 443 108 682 196 82 791

15:22 127 76 375 98 619 179 76 725

15:37 102 61 292 86 539 153 64 628

15:52 76 47 213 70 444 119 45 503

16:07 28 27 10 0 0 14 12 5

The time shown is local solar time. To find GMT time, add -1.57 hoursG: Global irradiance on a fixed plane (W/m2)Gd: Diffuse irradiance on a fixed plane (W/m2)Gc: Global clear-sky irradiance on a fixed plane (W/m2)DNI: Direct normal irradiance (W/m2)DNIc: Clear-sky direct normal irradiance (W/m2)A: Global irradiance on 2-axis tracking plane (W/m2)Ad: Diffuse irradiance on 2-axis tracking plane (W/m2)Ac: Global clear-sky irradiance on 2-axis tracking plane (W/m2)

Monthly global irradiation data

PVGIS Estimates of long-term monthly averages

Location: 46°46'38" North, 23°35'59" East, Elevation: 333 m a.s.l.,

Solar radiation database used: PVGIS-CMSAF 

Optimal inclination angle is: 37 degrees

4

Annual irradiation deficit due to shadowing (horizontal): 0.0 %

Month Hh Hopt H(90) Iopt TD T24h NDD

Jan 1100 1710 1700 62 -1.9 -2.4 612

Feb 1820 2580 2350 56 0.4 -0.3 488

Mar 3210 4060 3190 45 4.7 3.8 378

Apr 4490 4950 3130 30 11.0 10.0 154

May 5490 5460 2850 17 16.4 15.3 46

Jun 5820 5520 2590 9 19.2 18.3 12

Jul 5640 5490 2710 13 20.9 20.1 5

Aug 5080 5450 3140 27 20.6 19.6 35

Sep 3620 4400 3210 41 15.7 14.6 127

Oct 2490 3640 3280 56 11.5 10.2 333

Nov 1430 2400 2460 64 5.2 4.3 497

Dec 1090 1600 1570 61 -0.7 -1.3 627

Year 3450 3950 2680 35 10.3 9.4 3314

Hh: Irradiation on horizontal plane (Wh/m2/day)Hopt: Irradiation on optimally inclined plane (Wh/m2/day)H(90): Irradiation on plane at angle: 90deg. (Wh/m2/day)Iopt: Optimal inclination (deg.)TD: Average daytime temperature (°C)T24h: 24 hour average of temperature (°C)NDD: Number of heating degree-days (-)

PVGIS poate estima gradul de productie de energie electrica solara la o locatie, orientarea si inclinarea panourilor fotovoltaice.PVGIS evalueaza temperatura panourilor fotovoltaice, folosind temperatura mediului ambiant, radiatia directa, difuza si reflectata, dar si capacitatea panoului de a se racii, fara a lua in considerare viteza vantului.Aceasta evaluare poate fi suficient de precisa pentru instalatiile fotovoltaice mic

IRADIATIA GLOBALA SI POTENTIALUL ELECTRIC SOLAR PENTRU O MONTARE ORIZONTALA A PANOURILOR FOTOVOLTAICE

5

RADIATIA GLOBALA SI POTENTIALUL ELECTRIC SOLAR

PENTRU O INCLINATIE OPTIMA A MODULELOR FOTOVOLTAICE

Panourile fotovoltaice sunt sisteme capabile sa transforme lumina(energia solara)direct in

energie electrica, prin intermediul unui proces chimic complex. Energie electrica gratuita!

6

Conversia este statica si nepoluanta, tocmai de aceea acest mod de producere a energiei electrice

este unul ecologic.

Acoperișul este zona ideală pentru amplasarea de module PV. De obicei, acoperișul este mai puțin umbrit decât solul, iar pe acoperiș dispunem de o suprafață mare, nefolosită care poate fi ușor transformată.

DIMENSIONAREA INSTALATIEI FOTOVOLTAICEConsumatori Putere (W)Becuri (7 bucăți) 77 Fier de călcat 1200Mașină de spălat 1200Televizor 53Laptop 65Expresso 750Aspirator 1200Frigider 1100Total 5645

Număr panouri= 5645/100 (?) =56,45 panouri => ~56 panouri

(?) - în funcțíe de puterea panourilor alese

Nr. siruri =8  Nr. panouri/sir = 7

Consultand oferta furnizorilor de panouri fotovoltaice, alegem un panou solar policristalin de:

Putere Maxima: 100WTensiune la putere maxima (Vmp): 17.1VCurent la putere maxima (Imp): 5.78ATensiune la circuit deschis (Voc): 21.4VCurent la scurt circuit (Isc): 7.54ADimensiuni: 1.150 x 0.670 Greutate: 11,8kg

Celule fotovoltaice policristaline - au la baza mai multe cristale de siliciu, orientate diferit. Randamentul acestor celule este de pana la 13%, dar pretul este mult mai mic decat in cazul celulelor fotovoltaice monocristaline

7

Suprafata totala = Suprafata unui panou * Numarul total de panouri

ST = Sp*Np = 1.150*0.67*56 = 43.15 m2

Tensiunea instalata a generatorului fotovoltaic se obtine folosind urmatoarea formula:Ug=Np/s*UpUg = 7* 17.1= 120V

Curentul generatorului se obtine inmultind curentul generat de un panou fotovoltaic cu numarul de siruri

Ig = 8*5.78 = 46.24 A.

Voc generator= nr. panouri/sir* Voc panou = 7*21.4 = 150 VIsc generator = nr. sir*Isc panou = 8*7.54 = 60.32 AVmp generator = nr. panouri/sir*Vmp panou = 7*17.1 = 120 VP generator = Vmp generator*I generator = 120*46.24 = 5549 W (5.55 KW)

Avand acste valori putem alege celelalte elemente ale instalatiei fotovoltaice.

Tensiunea de intrare a invertorului trebuie sa fie egala cu tensiunea maxima a generatorului fotovoltaic. U invertor = U generator → U invertor = 120 V

O alta conditie in alegerea invertorului este aceea ca puterea maxima a generatorului fotovoltaic sa fie mai mica decat puterea de intrare a invertoruluiP invertor > 6.000 W.

Bateriile sunt folosite în sistemele fotovoltaice cu scopul de a stoca energia produsã de generatorul fotovoltaic pe timpul zilei, pentru a putea fi folosita când este nevoie  pe timpul noptii sau cer înnorat).Vom alege baterii de 12V si avem nevoie de panouri de Vmp de 16V-20V.

8

Costul unei instalaţi fotovoltaic

O instalaţie de captare fotovoltaică costă aproximativ 5-10 euro/watt putere instalată. Panourile comercializate în ziua de azi sunt în general foarte fiabile şi pot funcţiona 10-25 de ani fără mari costuri de întreţinere. Aceste costuri sunt încă destul de mari comparativ cu energia produsă, tocmai din acest motiv proiectele solar-fotovoltaice sunt susţinute puternic prin legea nr. 220 din 2008.

Cum sunt susţinute proiectele energetice solar-fotovoltaice?

Prin legea numărul 220 din 27 octombrie 2008, operatorul de transport şi sistem energie electrică emite lunar certificate verzi producătorilor de energie din surse regenerabile. Pentru producătorii de energie electrică din energie solară se acordă patru certificate verzi pentru 1MWh livrat în reţeaua naţională. 

Un certificat verde este reglementat prin lege la o valoare între 27 şi 55 euro din 2009 pentru tranzacţionare pe piaţa contractelor bilaterale a certificatelor verzi.

Proceduri de întreținere a sistemului• Inspecţie şi măsurători· Inspecţie vizuală- Starea generală a echipamentelor: module,cabluri, cutii de joncţiune, invertoare şi instalație de împământare- Poziţia panoului: umbrire, distanţe, azimut adecvat şiînclinaţie- Structură şi balast: consistenţă şi rugină (frecvent înzonele cu salinitate ridicată sau atmosferă corozivă)

• Măsurători de mediu:Înclinaţia şi azimutul generatorului PV prin plasarea senzorului de iradiere G şi a celui de temperatură TC cu înclinaţia şi azimutul la aceeaşi temperatură(amplasarea senzorilor cu 1 oră înaintea măsurătorilor)

Măsurători electrice• Curăţarea modulelor fotovoltaiceSe va realiza curăţarea periodică cu apă şi elemente non-abrazive, pentru îmbunătăţeşte performanţeiinstalaţiei. În zonele populate de păsări, este necesară plasarea sistemelor de protecţie împotriva acestora.• Prevenirea şi evitarea umbrelor noi din cauza copacilor, iluminatului stradal sau a antenelor aflate deasupra modulelor.

9

Sisteme de măsurare şi monitorizare. Monitorizarea datelor relevante ale sistemului PV:La nivel local prin LED-uri şi panouri de afişare • Temperaturi locale şi ale panourilor (ºC).• Radiaţia solară(Watt/m2).• Putere instantanee în W.• Energie Totală Stocatăîn kWh.• Emisiile de CO2 din total energieprodusă

10