Teza de doctoratdoctorat.tuiasi.ro/doc/SUSTINERI_TEZE_2016/CI...2.2.7 Efectul de răcire al...

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII ȘI INSTALAȚII

EFICIENȚA PANOURILOR

FOTOVOLTAICE INTEGRATE ÎN

FAȚADELE VENTILATE DUBLU

VITRATE ALE CLĂDIRILOR

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

Doctorand:

Ing. Sebastian Valeriu HUDIȘTEANU

Conducător de doctorat:

Prof. univ. dr. ing. Teodor Dorin Dumitru MATEESCU

Iași – 2016

Rezumat - Eficiența PF integrate în fațadele ventilate dublu vitrate ale clădirilor

i

Cuprins

Pag. teză/rezumat

CUPRINS I / I

Capitolul 1 INTRODUCERE 1 / 1

1.1 Aspecte generale 1 / 1

1.2 Motivația și obiectivele tezei de doctorat 4 / 2

1.3 Conținutul tezei de doctorat 6 / 3

Capitolul 2 INTEGRAREA PANOURILOR FOTOVOLTAICE ÎN CLĂDIRI

CU FAȚADE VENTILATE DUBLU VITRATE 9 / 5

2.1 Sisteme fotovoltaice 9 / 5

2.1.1 Aspecte generale 9 / 5

2.1.2 Elementele componente ale unui sistem fotovoltaic 9 / 5

2.1.3 Tipuri de sisteme fotovoltaice 10 / 5

2.1.3.1 Sisteme fotovoltaice autonome 10 / -

2.1.3.2 Sisteme fotovoltaice legate la rețea 10 / -

2.1.4 Costuri de implementare a sistemelor fotovoltaice 11 / 6

2.1.5 Efecte directe ale implementării sistemelor fotovoltaice 12 / -

2.1.6 Poziționarea panourilor fotovoltaice 12 / 6

2.1.6.1 Generalități 12 / -

2.1.6.2 Înclinarea și orientarea panourilor fotovoltaice 12 / -

2.1.6.3 Amplasarea panourilor fotovoltaice pe clădiri 13 / 6

2.1.7 Mentenanța sistemelor fotovoltaice 13 / -

2.1.8 Impedimente posibile la realizarea unui sistem fotovoltaic 13 / -

2.2 Fațade ventilate dublu vitrate 15 / 7

2.2.1 Generalități 15 / 7

2.2.2 Componentele fațadelor ventilate dublu vitrate 15 / 7

2.2.2.1 Vitrajele 15 / 7

2.2.2.2 Dispozitivele de umbrire 15 / 8

2.2.2.3 Canalul fațadei 16 / 8

2.2.3 Clasificarea fațadelor dublu vitrate 16 / 8

2.2.4 Ventilarea canalului 18 / -

2.2.5 Amplasarea deschiderilor 18 / -

2.2.6 Avantajele și dezavantajele utilizării fațadelor dublu vitrate 19 / -

2.2.7 Efectul de răcire al curenților de aer din canalul fațadei 20 /8

2.2.7.1 Generalități 20 / 8

2.2.7.2 Regimul termo-aeraulic în interiorul canalului FDV 21 / -

2.3 Integrarea panourilor fotovoltaice în clădiri cu FDV 22 / 9

Cuprins

ii

2.3.1 Generalități - tehnologia BIPV 22 / 9

2.3.2 Posibilități de amplasare a PF în structura fațadelor 23 / 9

2.3.2.1 Panouri fotovoltaice aplicate pe fațadă 23 / 9

2.3.2.2 Panouri fotovoltaice integrate în fațadă (BIPV) 24 / 9

2.3.2.3 Panouri fotovoltaice cu rol de umbrire 24 / 9

2.3.2.4 Fațade media cu panouri fotovoltaice 25 / -

2.3.2.5 Panouri fotovoltaice integrate în fațade înclinate 25 / -

2.3.2.6 Panouri fotovoltaice semitransparente și colorate 26 / -

2.3.3 Multifuncționalitatea BIPV 26 / -

2.4 Modelarea clădirilor cu sistem BIPV 27 / -

2.4.1 Softuri de analiză generală 27 / -

2.4.2 Programe specifice sistemelor fotovoltaice 28 / -

2.5 Soluții de răcire a panourilor fotovoltaice 29 / 9

2.5.1 Utilizarea panourilor fotovoltaice cu rol dublu BIPV/T 29 / 9

2.5.2 Racirea cu aer 30 / 10

2.5.3 Răcirea cu apă 30 / 10

Capitolul 3 BAZE TEORETICE 31 / 11

3.1 Radiația solară 31 / 11

3.1.1 Coordonatele solare 32 / -

3.1.2 Spectrul radiației solare 33 / 11

3.1.3 Componentele radiației solare 35 / -

3.1.4 Indicele de masă a aerului 36 / -

3.1.5 Interacțiunea radiației solare cu materia 37 / -

3.1.6 Simularea radiației solare 37 / -

3.1.7 Posibilități de valorificare a radiației solare 39 / -

3.2 Conversia fotovoltaică 40 / 11

3.2.1 Efectul fotovoltaic 40 / 12

3.2.2 Materiale semiconductoare utilizate la construcția panourilor

fotovoltaice 44 / -

3.2.3 Celula fotovoltaică 44 / 13

3.2.3.1 Tipuri de celule fotovoltaice din siliciu 45 / 13

3.2.3.2 Celule fotovoltaice din siliciu monocristalin 46 / -

3.2.3.3 Celule fotovoltaice din siliciu policristalin 46 / -

3.2.3.4 Celule fotovoltaice din siliciu amorf 46 / -

3.2.4 Panouri fotovoltaice 47 / 13

3.2.4.1 Caracteristici termofizice ale panourilor fotovoltaice 47 / -

3.2.5 Parametrii celulelor și panourilor fotovoltaice 48 / -

3.2.6 Factori de influență ai randamentului panourilor fotovoltaice 50 / 14

3.2.6.1 Eficiența maximă teoretică și practică 50 / -

3.2.6.2 Limita spectrală a eficienței panourilor fotovoltaice 50 / 14

3.2.7 Influența radiației solare asupra eficienței panourilor fotovoltaice 52 / 14

3.2.8 Influența temperaturii panoului fotovoltaic asupra eficienței 53 / 15

3.2.9 Modelarea funcționării celulelor fotovoltaice 57 / 15


iii

3.2.9.1 Modelul ideal – simplă diodă 57 / -

3.2.9.2 Modelul simplă diodă cu rezistență serie 57 / -

3.2.9.3 Model simplă diodă cu rezistență serie și de șuntare 58 / 16

3.2.9.4 Model dublă diodă 58 / -

3.3 Transferul de căldură 59 / 16

3.3.1 Transfer de căldură prin conducție 59 / -

3.3.2 Transfer de căldură prin convecție 59 / -

3.3.3 Transfer de căldură prin radiație 60 / -

3.3.4 Ecuațiile diferențiale ale transferului de căldură 61 / -

3.4 Legi și criterii de similitudine 62 / 16

3.4.1 Legile similitudinii 62 / -

3.4.2 Criterii de similitudine 63 / -

3.5 Procese de transfer de căldură specifice PF 63 / 16

3.6 Acțiunea vântului asupra construcțiilor 65 / 17

3.6.1 Aspecte teoretice 65 / 17

3.6.2 Efectul vântului asupra fațadelor 67 / 18

3.6.3 Modelarea și automodelarea fenomenelor aerodinamice 68 / 18

Capitolul 4 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND EFICIENȚA

PANOURILOR FOTOVOLTAICE INTEGRATE ÎN CLĂDIRI 69 / 19

4.1 Cercetări experimentale pentru evaluarea eficienței PF în diverse

condiții de radiație și temperatură de operare 70 / 20

4.1.1 Obiective 70 / 20

4.1.2 Descrierea programului experimental 70 / 20

4.1.3 Conceperea dispozitivului de simulare a radiației solare 70 / -

4.1.3.1 Dimensionarea dispozitivului pentru simularea radiației

solare 70 / 20

4.1.3.2 Execuția și testarea dispozitivului pentru simularea radiației solare 74 / 21

4.1.4 Testarea panourilor fotovoltaice în camera climatică dublă 75 / 22

4.1.4.1 Descrierea standului experimental 75 / 22

4.1.4.2 Tehnica de măsurare și aparatura de achiziție a datelor 77 / -

4.1.4.3 Ipoteze de lucru 79 / 23

4.1.4.4 Testarea panoului fotovoltaic monocristalin 79 / 23

4.1.4.5 Testarea panoului fotovoltaic policristalin 80 / 24

4.1.4.6 Radiația emisă în interiorul camerei climatice 81 / 24

4.1.5 Rezultate experimentale - panou fotovoltaic monocristalin 82 / 25

4.1.5.1 Distribuția radiației incidente pe PF monocristalin 82 / 25

4.1.5.2 Distribuția temperaturilor pe PF monocristalin 84 / 26

4.1.5.3 Variația parametrilor panoului fotovoltaic monocristalin cu

temperatura de operare 88 / 26

4.1.5.4 Coeficienți de variație a parametrilor panoului fotovoltaic

monocristalin cu temperatura de operare 90 / 28

4.1.5.5 Variația parametrilor panoului fotovoltaic monocristalin cu radiația 92 / 30

Cuprins

iv


monocristalin cu radiația 93 / 31

4.1.5.7 Concluzii parțiale 95 / 32

4.1.6 Rezultate experimentale - panou fotovoltaic policristalin 96 / 32

4.1.6.1 Distribuția radiației incidente pe PF policristalin 96 / -

4.1.6.2 Distribuția temperaturilor pe PF policristalin 98 / -

4.1.6.3 Variația parametrilor panoului fotovoltaic policristalin cu temperatura de operare 100 / -


policristalin cu temperatura de operare 101 / -

4.1.6.5 Variația parametrilor panoului fotovoltaic policristalin cu

radiația 102 / -

4.1.6.6 Coeficienți de variație a parametrilor panoului fotovoltaic policristalin cu radiația 103 / -

4.1.6.7 Concluzii parțiale 104 / 32

4.1.7 Discuții asupra rezultatelor obținute 104 / 33

4.2 Studiul experimental al ventilării fațadelor dublu vitrate în diverse

condiții de vânt 106 / 34

4.2.1 Obiective 106 / 34

4.2.2 Descrierea programului experimental 106 / 34

4.2.3 Conceperea machetei de clădire la scară redusă 107 / 34

4.2.4 Echipamentul experimental – tunel aerodinamic 108 / 35

4.2.5 Variante studiate 109 / 35

4.2.5.1 Configurația 1 – Fațadă tip canal 110 / 36

4.2.5.2 Configurația 2 - Fațada tip coridor 112 / 36

4.2.5.3 Configurația 3 - Fațada tip coș 114 / 37

4.2.5.4 Direcția vântului de referință impus 116 / 37

4.2.6 Tehnica de măsurare și aparatura de achiziție a datelor 117 / -

4.2.7 Rezultate experimentale – tunel aerodinamic 120 / 38

4.2.7.1 Măsurarea câmpului de viteze incident pe clădire 120 / 38

4.2.8 Automodelarea fenomenelor studiate în tunelul aerodinamic 125 / 39

4.2.9 Rezultate experimentale pentru Configurația 1 127 / 40

4.2.10 Rezultate experimentale pentru Configurația 2 129 / 40

4.2.11 Rezultate experimentale pentru Configurația 3 131 /41

4.2.12 Determinarea coeficienților de transfer convectiv în condiții

reale 133 / 42

4.2.13 Concluzii parțiale și discuții asupra rezultatelor obținute 135 / 43

4.3 Concluzii referitoare la rezultatele experimentale 136 / 43

Capitolul 5 ANALIZA NUMERICĂ A RĂCIRII PANOURILOR

FOTOVOLTAICE INTEGRATE ÎN FAȚADELE VENTILATE ALE

CLĂDIRILOR 139 / 45

5.1 Răcirea cu aer a panourilor fotovoltaice cu disipator de

căldură 140 / 46

5.1.1 Descrierea problemei 140 / 46

5.1.2 Disipatorul de căldură 140 / 46


v

5.1.3 Variante studiate și ipoteze de lucru 140 / -

5.1.4 Simularea numerică 141 / 46

5.1.5 Influența grosimii canalului fațadei dublu vitrate 143 / 47

5.1.6 Efectul radiației solare 144 / 47

5.1.7 Influența temperaturii și a vitezei aerului 146 / 48

5.1.8 Influența înălțimii nervurilor 148 / 48

5.1.9 Influența unghiului de înclinare a nervurilor 153 / 50

5.1.10 Eficiența panoului fotovoltaic în cazul răcirii cu aer 156 / 52

5.1.11 Concluzii parțiale – soluția propusă pentru răcire cu aer 159 / 52

5.2 Răcirea cu apă a panourilor fotovoltaice cu schimbător

pelicular 160 / 53

5.2.1 Schimbător de căldură pelicular – variante studiate 160 / 53

5.2.2 Simularea numerică 160 / 53

5.2.3 Influența vitezei apei din schimbător 162 / 54

5.2.4 Influența grosimii peliculei de apă 164 / 54

5.2.5 Determinarea coeficientului global de transfer de căldură pentru

configurațiile studiate 167 / -

5.2.6 Eficiența panoului fotovoltaic în cazul răcirii cu apă 170 / 54

5.2.7 Concluzii parțiale – soluția propusă pentru răcire cu apă 174 / 55

5.3 Concluzii referitoare la analiza numerică 175 / 55

Capitolul 6 STUDII DE CAZ PRIVIND EFICIENȚA PF INTEGRATE ÎN

CLĂDIRI DIN DIFERITE LOCALITĂȚI DIN ROMÂNIA 177 / 57

6.1 Modelarea numerică 177 / 57

6.2 Cazuri studiate 178 / 58

6.3 Rezultatele analizei anuale 179 / 58

6.3.1 Poziția panoului fotovoltaic – orizontală 179 / -

6.3.2 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-sud 181 / 58

6.3.3 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-sud-est 182 / -

6.3.4 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-sud-vest 184 / -

6.3.5 Energia cumulată produsă anual de panoul fotovoltaic 186 / 59

6.4 Rezultatele analizei lunare 187 / 60

6.5 Rezultatele analizei zilnice 188 / 61

6.5.1 Poziția panoului fotovoltaic – orizontală 188 / -

6.5.2 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-Sud 189 / 61

6.5.3 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-Sud-Est 189 / -

6.5.4 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-Sud-Vest 190 / -

6.5.5 Energia cumulată maximă zilnică 191 / 61

6.6 Analiza efectului răcirii asupra eficienței panoului fotovoltaic în aceleași

condiții climatice 192 / 62

6.6.1 Caz 1 – București 193 / -

6.6.2 Caz 2 – Cluj-Napoca 194 / -

6.6.3 Caz 3 - Iași 196 / 62

Cuprins

vi

6.6.4 Caz 4 - Timișoara 197 / -

6.6.5 Evidențierea efectului răcirii în ziua cu producția maximă 198 / -

6.6.6 Analiza efectului răcirii pentru cele patru localități 201 / 63

6.7 Concluzii parțiale 202 / 64

Capitolul 7 CONCEPEREA UNEI INTERFEȚE GRAFICE PENTRU

EVALUAREA EFICIENȚEI PF INTEGRATE ÎN CLĂDIRI 203 / 65

7.1 Metoda propusă pentru studiul panourilor fotovoltaice 204 / 65

7.1.1 Modelarea panourilor fotovoltaice în MATLAB/Simulink 205 / 66

7.1.2 Implementarea modelului matematic în programul de calcul 205 /66

7.1.3 Aplicația 1 - Interfață simplă pentru accesarea modelului matematic din

Simulink 207 / 67

7.1.4 Aplicația 2 - Interfață de simulare a funcționării PF în condiții variabile de temperatură și radiație solară 208 /68

7.1.5 Aplicația 3 - Interfață complexă de simulare a funcționării PF în condiții climatice reale 210 / 68

7.1.6 Validarea aplicațiile create 212 / 70

7.2 Studiu de caz folosind Aplicația 3 - Iași 214 / -

7.2.1 Descrierea problemei 214 / -

7.2.2 Rezultatele studiului 214 / -

7.3 Concluzii parțiale 220 / 70

Capitolul 8 CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI

VALORIFICAREA REZULTATELOR 221 / 71

8.1 Concluzii generale 221 / 71

8.2 Contribuții personale 226 / 74

8.3 Valorificarea rezultatelor 229 / 75

BIBLIOGRAFIE 233 / 79

ANEXE 243 / -

A.1 Rezultate experimentale pentru PF monocristalin 243 / -

A.2 Rezultate experimentale pentru PF policristalin 262 / -

Teza de doctorat cuprinde un număr de 288 pagini, lucrarea conținând 385 de figuri, 49 de tabele și 38 pagini de anexe. Numărul referințelor bibliografice este de 226

.


1

Capitolul 1

INTRODUCERE

1.1 Aspecte generale

Situația energetică actuală, caracterizată prin creșterea prețului energiei și

scăderea rezervelor de combustibili fosili, determină impunerea unor strategii de

dezvoltare și cercetare în scopul îmbunătățirii eficienței sistemelor. Consumul de

energie și de resurse al umanității depășește în mod constant capacitatea anuală de

autoregenerare a planetei noastre. Astfel, în anul 2016, acesta a fost atins încă de pe data

de 8 august și, conform tendințelor actuale, în anul 2030 acesta se va ridica la

echivalentul a două Pământuri (GFN, 2016). Generarea electricității cu emisii minime

de CO2 reprezintă, de asemenea, una din principalele ținte energetice ale omenirii (IEA,

2015; Firth, 2006). În ceea ce privește implementarea sistemelor care utilizează energie

din surse regenerabile (non-fosile), interesul este din ce în ce mai ridicat la nivel

național, european și mondial (EurObserv’ER, 2016).

Un aspect important îl constituie, procentul energiilor regenerabile din totalul

energiei produse. Din acest punct de vedere, România este bine poziționată și tinde să

aibă o evoluție bună (EEA Report, 2016). Astfel, între 20% și 30% din energia produsă

în țara noastră este din surse regenerabile, fiind depășită doar de țările nordice și Austria.

Țări precum Marea Britanie, Belgia, Olanda, Ungaria au un procentaj de maxim 10%.

În domeniul energiei și a emisiilor de gaze cu efect de seră, recomandările UE

sunt propuse sub forma unor pachete legislative și reglementări. Una dintre principalele

ținte este stabilită prin pachetul „Energie – Schimbări climatice”, cunoscut și sub

denumirea de „Obiectivele 20-20-20” (http://eur-lex.europa.eu).

În scopul promovării investițiilor în domeniul surselor regenerabile de energie, în

România operează Piața de Certificate Verzi (Ord. ANRE nr. 15/2015). “Certificatul

verde (CV) reprezintă un document care atestă că o cantitate de energie electrică este

produsă din surse regenerabile de energie” (OPCOM, www.opcom.ro). Legea

220/2008, modificată prin Legea 139/2010, reglementează cota de 6 CV/MWh pentru

sisteme fotovoltaice noi, cu valabilitate până la sfârșitul anului 2016. De asemenea,

perspectiva vânzării energiei electrice obținute către furnizorul de energie electrică, pe

baza unor contracte de tip FiT (Feed-in), poate reprezenta un stimulent financiar pentru

investitori.

Capitolul 1 – Introducere

2

1.2 Motivația și obiectivele tezei de doctorat

La nivel european, pe lângă tendința de creștere a numărului de proiecte de

implementare a tehnologiei fotovoltaice în clădiri, există și un larg interes în lumea

științifică (Aste et al., 2016, Agathokleous et al., 2016; Quesada et al., 2012). Acest

subiect este dezbătut pe larg în cadrul manifestărilor științifice internaționale

(Conference of Advanced Building Skins). De asemenea, există reglementări și

directive la nivel european, privitoare la realizarea de sisteme energetice eficiente și

corespunzătoare cerințelor actuale (Commission EC, 2005).

În ceea ce privește eficiența conversiei fotovoltaice, principalii parametri care o

influențează sunt intensitatea radiației solare și temperatura de operare a acestuia

(Dubey et al., 2013; Bicer et al., 2016; Hudișteanu et al., 2015e). Deoarece, în ipoteza

integrării panourilor fotovoltaice în clădiri, de cele mai multe ori poziția acestora este

fixă, nu se poate interveni pentru creșterea intensității radiației solare. În schimb,

creșterea eficienței panourilor se poate realiza prin diverse strategii de reducere a

temperaturii acestora.

În perioada verii, când temperatura ambientală atinge valori maxime de

aproximativ 35 °C și intensitatea radiației solare are valori de 1000 W/m2, în lipsa

vântului, temperatura panoului fotovoltaic poate atinge valori de 80...90 °C (Migan,

2013). Ținând cont că eficiența panourilor fotovoltaice monocristaline are valori

maxime de aproximativ 18%, în condiții standard (STC), atunci la temperaturi de 80 °C

aceasta ar putea scădea la 13%. Acest aspect nu poate fi neglijat, ținând cont de costul

mare al investiției într-un astfel de sistem.

Prin urmare, s-a considerat oportună studierea creșterii eficienței panourilor

fotovoltaice integrate în clădiri prin integrarea acestora în fațade ventilate și soluții

complementare de răcire. Un avantaj al acestei soluții este reprezentat și de

posibilitatea valorificării complexe a conversiei fotovoltaice și termice, vara scăzând

aporturile de căldură în clădire, iar iarna prin utilizarea aerului preîncălzit în sistemul

de ventilare și condiționare.

Obiectivele tezei de doctorat sunt:

- realizarea de studii documentare referitoare la radiația solară și

conversia fotovoltaică;

- realizarea de studii documentare referitoare la fațadele ventilate dublu

vitrate și integrarea sistemelor fotovoltaice în clădiri;

- determinarea soluției optime de integrare a panourilor fotovoltaice în

fațadele clădirilor;

- desfășurarea de teste experimentale, în camera climatică dublă, pentru

determinarea dependenței eficienței panourilor fotovoltaice de radiația solară și

temperatura de operare;

- realizarea de teste experimentale, în tunel aerodinamic, pentru evaluarea

comportamentului aeraulic al canalului fațadelor ventilate în diverse configurații;

- determinarea coeficienților de schimb de căldură convectivi în condiții

reale;


3

- implementarea rezultatelor experimentale în analize numerice, folosind

platforma ANSYS-Fluent, în scopul determinării prin studii comparative a soluțiilor

optime de răcire a panourilor fotovoltaice cu aer – răcire pasivă sau cu apă – răcire

activă;

- studii de caz, folosind programul TRNSYS, pentru analiza în regim

tranzitoriu a integrării panourilor fotovoltaice în clădiri, pentru diverse localități din

România;

- conceperea unui instrument de calcul pentru evaluarea funcționării

sistemelor fotovoltaice în condiții reale de operare;

- prezentarea concluziilor obținute în urma analizelor numerice și

experimentale.

1.3 Conținutul tezei de doctorat

Teza de doctorat, Eficiența panourilor fotovoltaice integrate în fațadele

ventilate dublu vitrate ale clădirilor, este organizată pe 8 capitole și anexe, după cum

urmează:

În Capitolul 1, Introducere, se prezintă aspecte generale privind contextul

energetic actual și informații referitoare la capacitatea fotovoltaică instalată la nivel

european și național. De asemenea, sunt conturate principalele obiective și este

prezentată oportunitatea cercetării și conținutul tezei de doctorat.

În Capitolul 2, Integrarea panourilor fotovoltaice în clădiri cu fațade ventilate

dublu vitrate, sunt prezentate în prima parte aspecte generale referitoare la sistemele

fotovoltaice, efectele implementării acestora, avantajele și dezavantajele utilizării

panourilor fotovoltaice. În partea a doua este definit conceptul de fațadă ventilată dublu

vitrată, sunt prezentate modalitățile de funcționare ale acesteia, modul de

compartimentare și ventilare, precum și interesul cercetărilor în această direcție.

În Capitolul 3, Baze teoretice, sunt cuprinse noțiunile teoretice fundamentale

privind radiația solară, conversia fotovoltaică și fenomenele de transfer de căldură

specifice fațadelor dublu vitrate și panourilor fotovoltaice. Capitolul cuprinde informații

referitoare la criteriile de similitudine aplicabile în procesele de transfer de căldură și

de curgere a fluidelor, precum și generalități referitoare la acțiunea vântului asupra

construcțiilor. Sunt prezentate, de asemenea, caracteristicile termofizice și electrice ale

celulelor și panourilor fotovoltaice și principalii factori de influență a randamentului

acestora.

În Capitolul 4, Cercetări experimentale privind eficiența panourilor

fotovoltaice integrate în clădiri, sunt prezentate cele două programe de cercetare

experimentală efectuate. În cadrul primului program experimental, desfășurat la camera

climatică dublă, s-au analizat două panouri fotovoltaice, unul monocristalin și altul

policristalin, în scopul determinării funcționării acestora în diverse condiții de

temperatură de operare și radiație solară. Cel de-al doilea program experimental, s-a

desfășurat la tunelul aerodinamic și a constat în determinarea efectului vântului asupra

Capitolul 1 – Introducere

4

ventilației canalului fațadelor dublu vitrate (FDV). Analiza s-a realizat pe macheta la

scară redusă a unei clădiri cu FDV pentru trei configurații diferite, la viteze și direcții

variabile ale vântului.

În Capitolul 5, Analiza numerică a răcirii panourilor fotovoltaice integrate în

fațadele clădirilor, sunt prezentate o serie de analize numerice, realizate în programul

de calcul ANSYS-Fluent, referitoare la răcirea panourilor fotovoltaice. Spre analiză

sunt propuse două soluții de reducere a temperaturii panourilor fotovoltaice integrate în

fațadele clădirilor, prin răcire pasivă – cu aer și prin răcire activă – cu apă. Rezultate

obținute, referitoare la temperatura panoului, sunt prelucrate și transpuse în efectul

asupra eficienței de conversie a acestuia.

În Capitolul 6, Studii de caz privind eficiența PF integrate în clădiri din diferite

localități din România, se prezintă o analiză detaliată a funcționării unui panou

fotovoltaic integrat într-o clădire cu fațadă dublu vitrată, pentru patru localități diferite,

în regim de funcționare reală. Studiile sunt realizate comparativ pentru București, Cluj-

Napoca, Iași și Timișoara, pentru poziția orizontală sau verticală a panoului și

orientările sud, sud-est și sud-vest.

În Capitolul 7, Conceperea unei interfețe grafice pentru evaluarea eficienței

panourilor fotovoltaice integrate în clădiri, se prezintă dezvoltarea unui instrument de

calcul pentru evaluarea funcționării sistemelor fotovoltaice în condiții reale de operare.

În Capitolul 8, Concluzii generale, contribuții originale și valorificarea

rezultatelor, sunt trecute în revistă concluziile finale privind rezultatele obținute în urma

cercetărilor experimentale și analizelor numerice. Acest capitol conține, de asemenea,

contribuțiile originale în domeniu și valorificarea rezultatelor pe parcursul programului

de cercetare doctorală, prin publicarea unui număr semnificativ de lucrări științifice.


5

Capitolul 2

INTEGRAREA PANOURILOR

FOTOVOLTAICE ÎN CLĂDIRI CU

FAȚADE VENTILATE DUBLU VITRATE

Studiul integrării panourilor fotovoltaice (PF) în clădirile cu fațade ventilate

dublu vitrate necesită o serie de cunoștințe de bază legate de sistemele fotovoltaice și

de fațadele dublu vitrate ale clădirilor (FDV). În țara noastră încă nu a luat amploare

instalarea de sisteme fotovoltaice de mici dimensiuni la consumatori rezidențiali sau

terțiari. În schimb, tendința și numărul relativ ridicat de astfel de sisteme la nivel

european (EurObserv’ER, 2016), conduc la ipoteza că acest sector va avea o creștere

importantă și în țara noastră în anii viitori.

2.1 Sisteme fotovoltaice

2.1.1 Aspecte generale

Un sistem fotovoltaic reprezintă un ansamblu de echipamente cu rolul de a

transforma radiația solară în energie electrică. Curentul electric produs de un sistem

fotovoltaic este de tip continuu, iar pentru transformarea acestuia în curent alternativ se

utilizează invertoare. Principala componentă a unui sistem fotovoltaic este panoul sau

modulul fotovoltaic.

2.1.2 Elementele componente ale unui sistem fotovoltaic

Schema simplificată pentru o instalație electrică cu panouri fotovoltaice este

prezentată în Figura 2.1.

2.1.3 Tipuri de sisteme fotovoltaice

Se disting două tipuri principale de sisteme cu panouri fotovoltaice:

Sistemele de producție autonomă pentru alimentarea amplasamentelor sau

echipamentelor izolate și neracordate la rețeaua electrică;

Sistemele de producție racordate la rețeaua de distribuție a energiei electrice.

Capitolul 2 – Integrarea PF în clădiri cu fațade ventilate dublu vitrate

6

Figura 2.1 Schema simplificată a instalației cu panouri fotovoltaice (http://www.profi-solar.ro)

2.1.4 Costuri de implementare a sistemelor fotovoltaice

Prețul panourilor fotovoltaice standard nu mai este foarte ridicat, iar pentru

clădirile care se pretează la această soluție, de obicei clădiri de birouri, se folosește deja

sticlă de calitate superioară, care are oricum un cost ridicat.

S-a constatat că prețul celulelor [$/Wp] are o evoluție conform legii lui Swanson.

Aceasta presupune scăderea cu 20% a prețului pentru fiecare dublare a puterilor

cumulative instalate la nivel mondial.

Principala sursă a costurilor într-un sistem fotovoltaic fără acumulare este

reprezentată de modulele fotovoltaice, 60%, și de invertoare, între 10% și 15%

(http://www.landes.org). Cheltuielile anuale cu exploatarea și mentenanța acestor

sisteme sunt reduse, de ordinul a 1% din costul de investiție, în cazul a 20 de ani de

funcționare (Keating et al., 2015). La acestea se adaugă costurile operaționale legate de

pază, monitorizare etc., cu valori între 3...5% din veniturile anuale.

2.1.6 Poziționarea panourilor fotovoltaice

2.1.6.3 Amplasarea panourilor fotovoltaice pe clădiri

Integrarea panourilor fotovoltaice pe clădiri, Figura 2.4, prezintă un istoric destul

de variat. Prima apropiere a acestor sisteme de consumatori a constat în amplasarea

micilor sisteme în imediata vecinătate a clădirilor. Apoi, pentru economisirea terenului,

s-a trecut la amplasarea acestora pe acoperișurile de tip terasă sau înclinate ale clădirilor.

Figura 2.4 Soluții de integrare a panourilor fotovoltaice în clădiri (http://www.s-energy.co.kr)

În cazul clădirilor noi, caracterizate printr-un regim de înălțime mare și suprafețe

orizontale reduse și de cele mai multe ori ocupate de alte echipamente de instalații, s-a

dezvoltat soluția integrării panourilor fotovoltaice pe fațade. Această soluție are


7

avantajul unor suprafețe disponibile mari, care ar fi foarte costisitoare în marile

aglomerări urbane. De asemenea, posibilitățile arhitecturale sunt deosebite, dar prezintă

și anumite neajunsuri, mai ales în ceea ce privește poziția fixă pe durata anului.

2.2 Fațade ventilate dublu vitrate

2.2.1 Generalități

Fațada ventilată dublu vitrată (FDV) reprezintă o îmbunătățire a fațadelor simple,

prin amplasarea la exteriorul clădirii, la o anumită distanță, a unui strat de sticlă. În acest

fel se creează un canal de aer între vitrajul existent și cel amplasat. Acest concept poate

fi aplicat cu succes atât pentru clădirile existente, cât și pentru clădirile noi (Saelens et

al., 2002).

Scopul principal al fațadelor dublu vitrate este de a reduce supraîncălzirea

spațiilor interioare pe perioada verii și de reducere a pierderilor de căldură pe

timpul iernii, comparativ cu fațadele simple.

2.2.2 Componentele fațadelor ventilate dublu vitrate

Principalele elemente componente ale fațadelor dublu vitrate (Saelens, 2002;

Barkkume, 2007) sunt prezentate în Figura 2.6.a, pentru varianta de fațadă ventilată

natural și în Figura 2.6.b pentru cazul ventilării mecanice.

a) b)

Figura 2.6 Elementele componente ale FDV (Saelens, 2002): a) ventilare naturală; b) ventilare

mecanică

1 – vitraj exterior; 2 – vitraj interior; 3 – canal de aer; 4 – dispozitive din interiorul canalului; 5 –

secțiuni de intrare și ieșire; 6 – conductă de refulare.

Aceste componente de bază pot conduce la diferite configurații ale sistemului,

rezultând diverse soluții privind ventilarea, estetica și acustica.

2.2.2.1 Vitrajele

Vitrajele sunt împărțite în două categorii: exterioare și interioare. Canalul de aer

format reprezintă o izolare termică, astfel încât atunci când un strat este vitraj dublu,

celălalt poate fi simplu. Se pot utiliza și sticlele cu selectivitate spectrală sau colorate,

împreună cu alte posibilități de umbrire. Vitrajele pot fi cu selectivitate unghiulară,

acestea fiind specifice mai ales clădirilor cu nevoi importante de iluminare, cum ar fi


8

librăriile sau laboratoarele. Unghiul ales pentru textura sticlei permite maximul de

iluminare și o reducere a aporturilor de căldură.

2.2.2.2 Dispozitivele de umbrire

Dispozitivele de umbrire sau protecțiile solare reprezintă componente importante

ale fațadelor dublu vitrate și cu un rol determinant asupra eficienței acestora. Prezența

protecțiilor solare de diferite tipuri influențează comportamentul termodinamic al

fațadei. După cum sugerează și denumirea, rolul principal este acela de a limita

aporturile solare, atunci când acestea reprezintă un efect negativ asupra consumului de

energie. De asemenea, protecțiile solare sunt utilizate și pentru reglarea iluminării

naturale pe parcursul unei zile.

Studii detaliate cu privire la poziția protecțiilor solare în interiorul canalului, spre

vitrajul exterior, în centru sau spre vitrajul interior, sunt realizate în (Cîrlan, 2015; Safer,

2006). Rolul de protecție solară poate fi îndeplinit în anumite condiții de panourile

fotovoltaice, ținând seama și de necesitatea asigurării iluminatului natural al spațiilor

interioare.

2.2.2.3 Canalul fațadei

Lățimea canalului de aer al FDV poate varia de la câțiva centimetri până la câțiva

metri (în cazul atriumurilor). Canalul de aer, ventilat sau etanș, funcționează ca o barieră

izolatoare împotriva mediului exterior. Dimensiunea acestuia este de multe ori

proporțională cu posibilitatea de realizare a mentenanței.

2.2.3 Clasificarea fațadelor dublu vitrate

Principalele criterii după care se realizează clasificarea FDV sunt: originea

aerului din canal, tipul de ventilare din canalul fațadei, compartimentarea fațadei,

dimensiunile canalului, prezența sau absența protecțiilor solare și tipul acestora.

Trebuie menționat faptul că aceste avantaje au un impact variabil, în funcție de

poziționarea geografică a construcției și de orientarea acesteia. Se constată că un număr

mare de clădiri din țările din vestul și centrul Europei, sunt echipate cu astfel de sisteme

(Poirazis, 2004). Clima din această zonă a continentului, cu ierni mai blânde și veri în

care nu se ating temperaturi extreme, recomandă implementarea fațadelor dublu vitrate,

iar efectele sunt optime atât pe perioada sezonului rece, cât și pentru sezonul cald.

O soluție de optimizare a FDV poate consta în integrarea parțială a

panourilor fotovoltaice în locul vitrajului exterior și creșterea eficienței cumulate a

celor două sisteme.

2.2.7 Efectul de răcire al curenților de aer din canalul fațadei

2.2.7.1 Generalități

În cazul amplasării panourilor fotovoltaice în locul vitrajului exterior, Figura

2.10, sau la interiorul canalului fațadei dublu vitrate, se poate gestiona avantajul

răcirii acestora prin intermediul curenților de aer formați în canal (Nemati, 2009).

Pentru această configurație, panourile fotovoltaice pot asigura umbrirea spațiului

interior, atunci când este necesar, sau pot fi utilizate panouri semitransparente. În

cazul introducerii în canal, acestea sunt protejate față de factorii externi, putându-se

asigura o mentenanță superioară și mai puțin costisitoare.


9

2.3 Integrarea panourilor fotovoltaice în clădiri cu FDV

2.3.1 Generalități - tehnologia BIPV

Raportat la câmpurile fotovoltaice, principalele avantaje ale integrării în clădiri

constau în producerea și consumul local al energiei electrice, ceea ce determină

pierderi de putere reduse, soluții variate de integrare și posibilități de valorificare

complexă a energiei termice și electrice. Pe lângă rolul de generare a energiei electrice,

panourile fotovoltaice integrate în clădiri îndeplinesc mai multe funcții: anvelopare,

hidroizolație, umbrire, colector termic.

2.3.2 Posibilități de amplasare a panourilor fotovoltaice în structura

fațadelor

2.3.2.1 Panouri fotovoltaice aplicate pe fațadă

Această tehnică este cunoscută în literatura de specialitate sub denumirea de

BAPV (Building Applied Photovoltaics) – panouri fotovoltaice aplicate pe clădiri

(fațadă). Tehnologia este utilizată pentru clădirile construite și aplicarea panourilor

fotovoltaice se realizează peste materialele de construcție existente.

2.3.2.2 Panouri fotovoltaice integrate în fațadă (BIPV)

Această tehnică este denumită în literatura de specialitate BIPV (Building

Integrated Photovoltaics) – integrarea panourilor fotovoltaice în elementele clădirii în

faza de proiectare. Soluțiile sunt diverse, pe piață existând la ora actuală panouri

fotovoltaice semitransparente, opace sau de diverse culori (Quesada et al., 2012).

2.3.2.3 Panouri fotovoltaice cu rol de umbrire

Atunci când sunt folosite și cu rol de umbrire, panourile fotovoltaice pot fi

amplasate la exteriorul fațadei, în interiorul canalului sau pe vitrajul interior.

2.5 Soluții de răcire a panourilor fotovoltaice

Majoritatea soluțiilor de răcire a panourilor fotovoltaice vin cu măsura

suplimentară de a utiliza energia extrasă în urma acestui proces, astfel timpul de

recuperare a investiției este mai mic decât în cazul sistemelor fotovoltaice simple.

2.5.1 Utilizarea panourilor fotovoltaice cu rol dublu BIPV/T

Tehnologia BIPV/T reprezintă realizarea simultană a conversiei electrice și

termice a energiei solare, cu ajutorul panourilor fotovoltaice integrate în clădiri

(Căluianu, 2011). Aceasta reprezintă o particularizare a soluției PV/T. Generarea a două

dintre cele mai utilizate tipuri de energie se realizează în condițiile în care funcționarea

fiecăruia din cele două sisteme, termic și fotovoltaic, aduce beneficii celuilalt, iar

combinarea acestor fenomene într-o singură eficiență globală este avantajoasă. Trebuie

menționat că în cazul utilizării sistemelor PV/T, prioritară este producerea energiei

electrice și asigurarea eficienței acesteia.


10

2.5.2 Racirea cu aer

O modalitate de îmbunătățire a temperaturii panourilor fotovoltaice prin utilizarea

răcirii pasive, cu ajutorul aerului, este prezentată în lucrarea (Cuce et al., 2011). În

studiul experimental au fost comparate valorile caracteristice ale panourilor fotovoltaice

pentru două celule fotovoltaice, în condiții diferite. Prima celulă este simplă și a

reprezentat cazul de bază, iar cea de a doua a fost echipată cu un sistem de absorbție și

disipare a căldurii în zona posterioară. Acest sistem este alcătuit dintr-o rețea de

aripioare rectangulare realizată din aluminiu, fiind cuplată termic la panoul fotovoltaic

prin intermediul unei paste termoconductoare. S-a înregistrat o creștere a energiei

termice extrase din celula fotovoltaică și scăderea temperaturii acesteia, cu valori

cuprinse între 10 °C și 30 °C. Studiul nu prevede măsurători în ceea ce privește viteza

sau direcția curenților de aer.

Studii amănunțite, în ceea ce privește răcirea panourilor fotovoltaice cu aer, sunt

realizate în lucrările (Hudișteanu et al, 2014c; Fontenault, 2012; Tonui și

Tripanagnostopoulos, 2007; Tripanagnostopoulos et al., 2007). Implementarea unui

canal ventilat, cu lățimea de 10 cm în spatele panoului fotovoltaic este prezentată în

(Tonui și Tripanagnostopoulos, 2007). Această configurație se pretează foarte bine

integrării panourilor fotovoltaice în anvelopă, ca vitraj exterior al fațadelor dublu

vitrate. Ventilarea canalului se poate realiza natural, datorită tirajului termic,

precum și datorită curenților de aer induși de vânt.

2.5.3 Răcirea cu apă

Utilizarea apei cu rol de agent de răcire a panourilor fotovoltaice reprezintă o

soluție studiată în literatura de specialitate (Yang et al., 2012). Studiul prezintă un panou

fotovoltaic hibrid în spatele căruia se atașează un material FGM (functionally graded

material), iar în interiorul acestuia se pozează o serpentină prin care circulă apa. Acest

circuit are rol atât de extragere a căldurii din panou, cât și de colector solar.


11

Capitolul 3

BAZE TEORETICE

3.1 Radiația solară

Energia solară este emisă în toate direcțiile și doar 0,5.10-9 din aceasta este în

direcția planetei noastre (Richter et al., 2012). Puterea medie primită de la Soare la

suprafața Pamântului este denumită constantă solară și are valoarea de 1353 W/m2,

conform (ASTM E 490-00a; NASA), și valoarea de 1367 W/m2, conform (WMO).

Aproximativ 34% din energia solară este reflectată înapoi în spațiu de zăpadă și nori

(Spellman și Stoudt, 2013), iar restul de energie asigură încălzirea suprafeței

Pământului.

3.1.2 Spectrul radiației solare

Spectrul electromagnetic emis de Soare este cuprins în proporție de 98% în

domeniul 0,15...4,0 µm, cantitatea de energie solară ce depășește aceste valori fiind

aproape nesemnificativă. Radiația solară cu lungimi de undă mai mari de 3 µm este

aborbită aproape în totalitate de vaporii din atmosfera terestră. Soarele emite energie

atât sub formă de radiație electromagnetică, cât și sub forma vântului solar (Oprea,

2005). Lumina pe care o percepem reprezintă un interval îngust din spectrul radiant

emis de Soare. Lungimea de undă este invers proporțională cu frecvența și energia

radiației electromagnetice.

Spectrul radiației solare pe suprafața terestră prezintă mici diferențe față de

radiația solară extraterestră. Energia electromagnetică emisă de Soare, clasificată după

lungimea de undă poate fi exprimată ca radiație ultravioletă, vizibilă și infraroșie (CIE).

Ținând cont de temperatura suprafeței Soarelui, spectrul radiației solare este

foarte apropiat de cel al corpului negru la 5800 K (Oprea, 2005).

3.2 Conversia fotovoltaică

Spre deosebire de efectul fotoelectric, în cazul efectului fotovoltaic, unii

electroni sunt excitați de radiația solară până ajung la niveluri energetice

superioare, dar fără a părăsi materialul, Figura 3.8.

Capitolul 3 – Baze teoretice

12

Figura 3.8 Efectul fotovoltaic

3.2.1 Efectul fotovoltaic

Efectul fotovoltaic constă în transformarea directă a energiei solare în energie

electrică. Conform teoriei corpusculare, radiația solară este compusă din fotoni, care

conțin variate cantități de energie, corespunzătoare diferitelor lungimi de undă ale

spectrului solar. Când aceștia lovesc o celulă fotovoltaică, ei pot fi reflectați, pot

traversa celula sau pot fi absorbiți. Atunci când este absorbită destulă energie solară de

materialul semiconductor, electronii sunt dislocați din atomii materialului. Un tratament

special al suprafeței face zona frontală a celulei mai receptivă la electronii liberi, astfel

încât electronii migrează spre suprafață. Majoritatea energiei neconvertită în

electricitate duce la creșterea temperaturii materialului semiconductor (Căluianu, 2011).

Figura 3.9 Elementele constructive ale unei celule fotovoltaice din siliciu (www.volker-

quaschning.de)

Pentru asigurarea unui surplus de sarcini electrice negative și pozitive, la

fabricarea celulelor fotovoltaice, siliciul este dopat cu diferite elemente chimice (bor,

stibiu, fosfor etc.). Rezultă straturi de siliciu semiconductoare de tip n și tip p, prin

alăturarea cărora se obţine în zona de contact o aşa numită joncţiune de tip p-n (Balan,

2007). Datorită diferenţei de potenţial electric, creată în zona de contact, surplusul de

electroni din stratul n, prezintă tendinţa de deplasare spre stratul p, mai sărac în

electroni. De asemenea, golurile aflate în exces în stratul p, au tendinţa de a trece spre

stratul n, cu sarcină pozitivă redusă (Balan, 2007).


13

În momentul expunerii joncţiunii p-n la radiaţie solară, fotonii care au energia

necesară trecerii peste banda interzisă, o transferă electronilor aflaţi pe straturile de

valenţă ale atomilor. Astfel, aceștia trec pe banda de conducţie, transformându-se în

electroni liberi. Datorită diferenţei interne de potenţial de la nivelul joncţiunii p-n,

electronii liberi din stratul n, sunt respinşi spre suprafaţa stratului n al joncţiunii, iar

electronii liberi care se formează în stratul p, sunt atraşi spre zona de joncţiune, trec de

aceasta în stratul n, după care sunt îndepărtați spre suprafaţa acestuia (Balan, 2007).

3.2.3 Celula fotovoltaică

O celulă fotovoltaică, denumită adesea celulă solară sau celulă PV (photovoltaic),

reprezintă componenta de bază folosită pentru a converti energia solară direct în energie

electrică. Celula fotovoltaică este un dispozitiv nemecanic fabricat din aliaj de siliciu.

Tenta albăstruie a celulelor fotovoltaice este determinată de o reflexie mai puternică a

luminii cu lungime de undă mică comparativ cu cea de lungime de undă mare.

Grosimea unei celule fotovoltaice este de aproximativ 0,2...0,3 mm.

3.2.3.1 Tipuri de celule fotovoltaice din siliciu

Majoritatea celulelor fotovoltaice (peste 90%) sunt realizate din siliciu (Si), unul

dintre cele mai frecvent întâlnite elemente chimice în scoarţa Pământului. Prin urmare,

prețul acestuia nu este foarte ridicat, iar tehnologia de prelucrare nu presupune metode

foarte poluante pentru mediu.

Există trei tipuri principale de celule solare fotovoltaice din siliciu:

- monocristaline;

- policristaline;

- amorfe.

a) b) c)

Figura 3.18 Celule fotovoltaice din siliciu: a) monocristaline (www.servovision.com);

b) policristaline (http://www.landes.org); c) amorfe (www.cleantechinvestor.com)

3.2.4 Panouri fotovoltaice

Panoul (modulul) fotovoltaic reprezintă un ansamblu de celule fotovoltaice.

Acesta mai este denumit modul solar, modul fotovoltaic sau panou fotovoltaic. Un

câmp de panouri fotovoltaice reprezintă un ansamblu de mai multe panouri conectate

între ele, Figura 3.19.

Un panou fotovoltaic este compus în general dintr-un circuit cu 36...108 celule

conectate electric în serie și încapsulate între două straturi de sticlă, sau un strat de

sticlă la exterior și un material compozit în spate.


14

Figura 3.19 Celula, panoul și câmpul fotovoltaic (www.samlexsolar.com)

Puterile panourilor fotovoltaice au o plajă mare de valori: de la câțiva Wp pâna

la valori de 1000 Wp. De obicei, PF sunt prevăzute cu un cadru de aluminiu, ce permite

fixarea modulului pe diferite tipuri de suporți. De asemenea, există și modele fără cadru,

acestea putând fi utilizate pentru diferite variante de integrare arhitecturală.

3.2.6 Factori de influență ai randamentului panourilor fotovoltaice

3.2.6.2 Limita spectrală a eficienței panourilor fotovoltaice

Fotonii care au un nivel energetic mai mic decât o anumită valoare, de exemplu

în cazul siliciului de 1,12 eV, corespunzător lungimii de undă de 1,1 µm, nu vor fi

absorbiți de material și nu intră în procesul de conversie fotovoltaică. Cea mai mare

probabilitate de absorbție a fotonilor și de conversie fotovoltaică este obținută pentru

valori cuprinse între 0,6...0,9 µm, 50% în domeniu vizibil și 50% în infraroșu.

3.2.7 Influența radiației solare asupra eficienței panourilor fotovoltaice

Radiați solară are cea mai mare influență asupra puterii produse de celula

fotovoltaică, Figura 3.26, prin modificarea intensității curentului electric generat de

aceasta, Iph (Hudișteanu et al., 2014d).

Variația fotocurentului generat de celula fotovoltaică se exprimă cu relația:

1000)]298([ med

iscph

GTKII (3.10)

unde, Ki [A/°C] – coeficientul de temperatură al curentului de scurtcircuit;

Gmed [W/m2] – intensitatea radiației solare.

a) b)

Figura 3.26 Efectul variației radiației solare asupra curbei: a) I-V; b) P-V

(http://www.pvresources.com/img/solarcells/solarcells2.png)


15

3.2.8 Influența temperaturii panoului fotovoltaic asupra eficienței

Performanţele panourilor fotovoltaice sunt dependente de temperatura de operare.

Există o multitudine de studii referitoare la dependența randamentului de conversie în

funcție de temperatura celulei (Chander et al., 2015; Søndena et al., 2015; Berthod et

al., 2015; Dubey et al., 2013; Jafari et al., 2011; Bouzid și Machich, 2010; Machacek et

al., 2009). În majoritatea, cazurilor se consideră că variația parametrilor panoului

fotovoltaic cu temperatura de operare este liniară. Atunci când are loc o creştere a

temperaturii, scade şi eficienţa de conversie a radiaţiei solare în putere electrică.

Siliciul, fiind material semiconductor, este sensibil la variațiile de temperatură.

Astfel, la creșterea temperaturii celulelor fotovoltaice, are loc o scădere a energiei benzii

interzise și o creștere a energiei electronilor din material. Prin urmare, o cantitate mai

mică de energie a fotonilor este necesară pentru a rupe legătura, restul fotonilor cu

energie superioară neparticipând la conversie.

În literatură sunt prezentate diverse metode și relații de calcul pentru

dependența dintre eficiența de conversie a modulelor fotovoltaice și temperatura

acestora (Skoplaki și Palyvos, 2009).

Cum puterea unei celule fotovoltaice variază în funcție de schimbările de

temperatură și radiație, au fost definiți parametrii standard (tc = 25 °C, G = 1000 W/m2,

AM1.5), care produc așa numita putere de vârf Watt-peak [Wp].

a) b)

Figura 3.29 Influența temperaturii asupra performanței panourilor fotovoltaice: a) curba

I-V; b) curba P-V (http://www.pvresources.com/img/solarcells/solarcells4.png)

3.2.9 Modelarea funcționării celulelor fotovoltaice

Pentru analiza celulelor fotovoltaice, se utilizează modele electrice echivalente

simplificate (Petreuș et al., 2008). Cu ajutorul acestora se pot obține informații

referitoare la intensitatea, tensiunea sau puterea electrică produsă de celula solară.

Modelul matematic pornește de la conceptul că atunci când celulele fotovoltaice nu sunt

expuse radiației solare, acestea funcționează și au caracteristica electrică a unei diode.

În literatura de specialitate sunt prezentate următoarele scheme de simulare a

funcționării celulelor fotovoltaice: modelul ideal, simplă diodă și dublă diodă (Cubas et

al., 2014; Elbasit et al., 2013). În prezentul studiu este utilizat modelul simplă diodă cu

5 parametri.

Scopul modelării matematice a PF constă în obținerea curbelor caracteristice (P-

V, I-V, P-I) ale acestuia, precum și a variației mărimilor electrice produse de panou, în


16

funcție de diverse condiții exterioare (Elbasit et al., 2013). Aceste rezultate se utilizează

la evaluarea capacității de producere a sistemelor fotovoltaice în diverse condiții.

3.2.9.3 Model simplă diodă cu rezistență serie și de șuntare

Modelul cu Rs și RSH, denumit modelul cu 5 parametri, Figura 3.32, este cel mai

utilizat pentru evaluarea funcționării celulelor fotovoltaice (Chenni et al., 2007).

Schema ține cont atât de rezistența serie, cât și de posibilitatea șuntării circuitului

fotovoltaic.

Figura 3.32 Modelul PF cu rezistență serie și rezistență de șuntare – simplă diodă

3.3 Transferul de căldură

Transferul de căldură reprezintă una dintre cele mai importante interacțiuni dintre

două sisteme aflate la temperaturi diferite. În studiul transferului de căldură se aplică

cele patru principii ale termodinamicii. Transferul de căldură se realizează prin

conducție termică, radiație termică sau convecție termică (Duinea, 2013).

3.4 Legi și criterii de similitudine

Legile și criteriile de similitudine sunt utilizate pe scară largă în cercetări

referitoare la curgerea fluidelor și transferul de căldură. De cele mai multe ori, acestea

sunt utilizate la verificarea și validarea cercetărilor experimentale și extinderea

rezultatelor în domeniul ingineresc. Fenomenele similare sunt exprimate prin legi și

criterii de similitudine.

3.5 Procese de transfer de căldură specifice panourilor

fotovoltaice

Panourile fotovoltaice se comportă din punct de vedere energetic asemănător

elementelor vitrate opace sau semitransparente. Transferul de căldură este caracterizat

de fenomene de absorbție și generare de energie termică, precum și de schimb de

căldură cu exteriorul.

- Radiație spre mediul înconjurător:

)(P 44rad ambc TT (3.43)

unde, Tc – temperatura absolută a celulei [K];

Tamb – temperatura absolută ambientală [K];

σ – constanta Boltzmann [W/m2.K4];

V

Iph

I+

-

ID

RS

RSH


17

ε – coeficient de emisivitate (pentru zona din față are o valoare de 0,91 (Notton

et al., 2005), în timp ce pentru suprafața din spate a panoului fotovoltaic este de 0,85

(Morgan et al., 2002)).

Transferul de căldură radiativ se realizează între panoul fotovoltaic și cer, precum

și între panou și pământ (Căluianu, 2011). Relațiile de calcul sunt următoarele:

)( 44,/, solscfcsrad TTAFq

(3.44)

)( 44,/, cerscfcsrad TTAFq

(3.45)

unde, ε – emisivitatea sticlei;

As – suprafața panoului fotovoltaic [m2];

F – factor de formă.

- Convecție cu aerul exterior:

TAhP sconv (3.46)

unde, h – coeficient de transfer termic convectiv [W/m2K];

As – suprafața de contact dintre celulă și aer [m2];

ΔT – diferența de temperatură între celulă și aer [K].

- Conducție între celulă și celelalte materiale aflate în contact cu ea. Abilitatea

celulei de a transfera energia elementelor este dată, prin similitudine cu tensiunea și

curentul electric, de următoarea relație:

genPRT (3.47)

unde, Pgen – puterea generată în celula fotovoltaică [W];

R – rezistența termică a celulei [°C/W].

3.6 Acțiunea vântului asupra construcțiilor

3.6.1 Aspecte teoretice

Noțiunea de bază utilizată în evaluarea acțiunii vântului este valoarea de

referință a vitezei vântului. Aceasta reprezintă viteza vântului determinată la o

înălțime de 10 m, mediată pe un interval de 10 minute, cu 2% probabilitate de depășire

pe parcursul unui an și independent de direcția vântului (CR 1-1-4/2012). În studiul

acțiunii vântului, atât viteza, v, cât și presiunea dinamică, pdin, a acestuia sunt modelate

ca mărimi aleatoare, fiecare conținând o componentă medie și o componentă fluctuantă

față de medie (CR 1-1-4/2012).

Cu ajutorul valorii de referință a vitezei vântului, v, se poate determina valoarea

caracteristică a presiunii dinamice a acestuia, pdin, cu Ecuația 3.51:

2

2vpdin

(3.51)

unde, ρ – densitatea aerului în momentul măsurării [kg/m3].

Legea exponențială, care exprimă variația vitezei medii a vântului în funcție de

înălțime și viteza de referință, este exprimată astfel (Axinte și Pescaru, 2000):


18

)()(10

10z

zv

z

zvv

g

gz (3.52)

unde, vz – viteza vântului la înălțimea z [m/s];

vg – viteza de gradient [m/s] (particularizare vg = v10);

z – înălțimea de calcul [m];

zg – înălțimea de gradient [m] (particularizare zg = z10 = 10 m);

α – coeficient în funcție de tipul terenului (Axinte și Pescaru, 2000).

Prezenta lucrare de doctorat urmărește evaluarea efectului vântului asupra

ventilării canalelor verticale și orizontale ale fațadelor dublu vitrate ale clădirilor. Prin

urmare, pentru obținerea de rezultate care au caracter general, prezintă interes valorile

medii ale vitezelor obținute într-un regim stabilizat (Năstase, 2014).

3.6.2 Efectul vântului asupra fațadelor

Distribuția presiunilor determinate de vânt se majorează la creșterea înălțimii

(Axinte și Pescaru, 2000), ceea ce reprezintă un aspect favorabil din perspectiva

ventilării fațadelor dublu vitrate. De asemenea, s-a constatat că pentru valorile vântului

mai mari de 10 m/s, efectele care produc tirajul termic devin neglijabile.

3.6.3 Modelarea și automodelarea fenomenelor aerodinamice

În majoritatea cazurilor studiate în ingineria vântului, predomină forțele de inerție

ale fluidului, iar numărul Re atinge valori foarte mari. Pentru corpurile cu muchii vii,

care au formă prismatică, similitudinea este asigurată prin automodelare, acestea

fiind insensibile la numărul Re de la o anumită valoare critică a acestuia (Axinte și

Pescaru, 2000). S-a constatat că automodelarea se realizeză în condițiile unor numere

Reynolds cuprinse între (0,5...1,2).105 (Axinte și Pescaru, 2000; Radu și Radu, 1981).

Automodelarea ușurează foarte mult realizarea modelărilor fizice, putând să se

evite dificultățile ridicate de satisfacerea integrală a exigențelor de similitudine din

modelele teoretice (Neff și Meroney, 1995; Radu și Radu, 1981). Prin urmare, se pot

realiza studii privind acțiunea vântului asupra clădirilor cu muchii vii în tunel

aerodinamic pe machete de mici dimensiuni. Sunt evitate astfel cheltuielile foarte mari,

necesare realizării similitudinii fidele în raport cu numărul Re.


19

Capitolul 4

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND

EFICIENȚA PANOURILOR

FOTOVOLTAICE INTEGRATE ÎN CLĂDIRI

În cadrul cercetărilor experimentale au fost abordate două direcții de studiu

asupra unor aspecte determinante pentru performanța panourilor fotovoltaice integrate

în clădiri cu fațade dublu vitrate, și anume studiul performanței panourilor

fotovoltaice în diverse condiții de temperatură și radiație solară, respectiv un aspect

mai puțin analizat în literatura de specialitate, efectul vântului asupra fațadelor

ventilate dublu vitrate.

Scopul cercetărilor experimentale a fost de a identifica condițiile favorabile de

integrare a panourilor fotovoltaice în clădiri și furnizarea unor rezultate utile pentru

realizarea modelărilor numerice. Studiile experimentale au fost efectuate în

laboratoarele Departamentelor de Ingineria Instalațiilor și Construcții Civile și

Industriale ale Facultății de Construcții și Instalații din Iași.

Capitolul 4 – Cercetări experimentale privind eficiența PF integrate în clădiri

20

4.1 Cercetări experimentale pentru evaluarea eficienței PF

în diverse condiții de radiație și temperatură de operare

4.1.1 Obiective

Fiind cunoscută sensibilitatea panourilor fotovoltaice la condițiile climatice,

prezentată în Capitolul 3, mai ales în ceea ce privește intensitatea radiației solare și

temperatura, s-au efectuat teste în vederea determinării influenței acestor parametri

asupra performanțelor panourilor fotovoltaice în condiții similare integrării pe fațada

clădirilor.

4.1.2 Descrierea programului experimental

În cadrul programului experimental, efectuat în camera climatică dublă (CC), s-a

analizat performanța panourilor fotovoltaice în diverse condiții exterioare, prin

varierea intensității radiației solare și a temperaturii. S-au realizat teste comparative

pentru două tipuri de panouri fotovoltaice: monocristalin și policristalin, cu

dimensiunui aproximativ egale și de aceeași putere, respectiv 30 Wp. Mărimile măsurate

și interpretate au fost de natură electrică, Voc, Isc, Pmp, Vmp, Imp și termică, Tp, G. De

asemenea, s-a determinat influența parametrilor exteriori asupra eficienței de conversie

fotovoltaică, η.

4.1.3.1 Dimensionarea dispozitivului pentru simularea radiației solare

Experimentul propus a fost axat pe urmărirea comportamentului PF atât pentru

perioade scurte, cât și pe intervale de timp mai îndelungate. Astfel, a fost necesar un

simulator care să asigure atât radiație în spectrul de conversie al panoului, cât și energie

sub formă de radiații termice, pentru a simula efectul de încălzire al panoului fotovoltaic

atunci când este expus radiației solare. Prin urmare, s-a adoptat implementarea unui

sistem cu lămpi solare fluorescente cu mercur de înaltă presiune, tip OSRAM

Ultravitalux 300 W (www.osram.com), care oferă un compromis minim, atât din punct

de vedere calitativ, cât și economic.

Principalele cerințe impuse dispozitivului pentru simularea radiației solare au

fost:

- simularea radiației solare la intensitate constantă și posibilitatea varierii fluxului

radiativ;

- obținerea unui spectru de radiație convertibil fotovoltaic;

- realizarea unei radiații cât mai uniforme;

- limitarea dimensiunilor dispozitivului, pentru compatibilitate cu dimensiunile

camerei climatice (înălțime maximă 1 m, lățime maximă 0,7 m) și ale panourilor

fotovoltaice (monocristalin: 0,45 m x 0,54 m, policristalin: 0,42 m x 0,68 m);

- asigurarea securității din punct de vedere electric și a posibilității de comandă;

- asigurarea rigidității și a posibilității de manevrare.

S-a determinat soluția optimă de simulator, având un număr de 6 lămpi,

aranjate simetric, pe 2 rânduri verticale și 3 orizontale. Schița dispozitivului propus

este prezentată în Figura 4.5.


21

Figura 4.5 Schița simulatorului de radiație solară

Pe baza dispozitivului propus s-a realizat o analiză predictivă și s-a determinat cu

aproximație fluxul radiativ care va fi produs de simulatorul de radiație solară.

S-a constatat că fluxul generat în configurația propusă asigură într-o mare

măsură uniformitatea radiației incidente și dependența valorilor în funcție de

distanța față de planul util. De asemenea, distanța minimă de utilizare a dispozitivului

va fi de 15 cm, deoarece pentru distanțe mai mici se ating valori ale radiației de peste

1000 W/m2 și fluxul incident este foarte neuniform.

4.1.3.2 Execuția și testarea dispozitivului pentru simularea radiației

solare

Verificarea fluxului emis de simulatorul propus a confirmat datele din etapa de

predimensionare, valorile medii fiind cuprinse între 260 și 545 W/m2 – Figura 4.8.

Figura 4.8 Măsurarea și verificarea radiației produse de dispozitivul de simulare în raport

cu distanța – valori medii, minime și maxime


22

4.1.4 Testarea panourilor fotovoltaice în camera climatică dublă

4.1.4.1 Descrierea standului experimental

Desfășurarea experimentului s-a realizat cu ajutorul camerei climatice duble.

Echipamentul, produs de Feutron Klimasimulation GmbHeste, se află în dotarea

Facultății de Construcții și Instalații din Iași. Avantajul utilizării acesteia constă în

compartimentarea în două spații, camera caldă și camera rece, în care se pot crea condiții

diferite de temperatură și umiditate. Temperatura aerului poate fi setată la valori

cuprinse între 5 ºC...100 ºC, în camera caldă și –45 ºC...100 ºC, în camera rece. Valorile

umidității relative pot fi reglate între 10%...95% pentru camera caldă și 15%...95% în

camera rece.

În ceea ce privește testarea unui panou fotovoltaic, cu ajutorul camerei climatice

se pot realiza determinări referitoare la conductivitatea termică a panoului, comportarea

la cicluri îngheț-dezgheț sau controlarea temperaturii de operare a panoului fotovoltaic

în diferite condiții de temperatură exterioară, umiditate și radiație solară.

Pentru evaluarea experimentală a efectului răcirii asupra panourilor

fotovoltaice, s-a realizat analiza fenomenului în regim termic stabilizat, în camera

climatică dublă.

Studiul a fost efectuat asupra a două panouri fotovoltaice, ale căror caracteristici

sunt prezentate în Tabelul 4.2 și Tabelul 4.3.

Tabel 4.2 Caracteristicile panoului fotovoltaic monocristalin

Panou fotovoltaic

monocristalin

(Victron Energy)

Pmp: 30 Wp

Vmp: 18,0 V

Imp: 1,67 A

Voc: 22,5 V

Isc: 2,00 A

Dimensiuni: 450mm x 540mm x

25mm

Tabel 4.3 Caracteristicile panoului fotovoltaic policristalin

Panou

fotovoltaic

policristalin

(Suntech)

Pmp: 30 Wp

Vmp: 17,2 V

Imp: 1,74 A

Voc: 21,6 V

Isc: 1,94 A

Dimensiuni: 426mm x 680mm x

15mm

Schema generală a standului experimental și echipamentele utilizate pentru

analiza panourilor fotovoltaice în camera climatică dublă este prezentată în Figura 4.10.


23

Figura 4.10 Schema standului de testare experimentală a panourilor fotovoltaice în CC

Panourile fotovoltaice au fost introduse în camera climatică dublă, în zona

despărțitoare dintre cele două medii, realizându-se răcirea acestora în zona posterioară.

Atât panourile fotovoltaice, cât și dispozitivul de simulare a radiației solare, sunt de

mici dimensiuni, astfel încât pot fi manevrate cu ușurință și înglobate în CC.

În camera caldă este amplasat simulatorul de radiație solară, în timp ce partea din

spate a panoului fotovoltaic se află în camera rece. Această poziționare a ajutat la

controlul temperaturii panoului prin răcire pe parcursul testelor. Conexiunile pentru

măsurarea temperaturii și a mărimilor electrice s-au realizat printr-un orificiu etanș al

camerei climatice.

4.1.4.3 Ipoteze de lucru

Analiza comportamentului panourilor fotovoltaice în condiții variate de

radiație și temperatură de operare s-a realizat pentru cele două panouri, monocristalin

și policristalin, prezentate în sucapitolul 4.1.4.1. În cazul ambelor panouri s-au urmat

aceiași pași, pentru obținerea unor rezultate cât mai ușor de analizat și comparat.

S-au realizat măsurători pentru determinarea temperaturii panoului

fotovoltaic și a parametrilor electrici caracteristici acestuia. Din punct de vedere

electric, s-au înregistrat valorile tensiunii de mers în gol, Voc, ale intensității curentului

de scurtcircuit, Isc, și ale puterii maxime produse în condițiile testate, Pmp.

Modificarea regimului de radiație s-a obținut prin variația distanței dintre

simulatorul solar și panourile fotovoltaice, obținându-se astfel fluxurile radiative

prezentate în subcapitolul 4.1.4.6, respectiv opt niveluri de radiație. Pentru fiecare nivel

de radiație obținut, s-a controlat temperatura de operare a panoului fotovoltaic cu

ajutorul camerei reci, zece temperaturi, rezultând pentru fiecare panou fotovoltaic un

număr de 8x10 = 80 testări.

4.1.4.4 Testarea panoului fotovoltaic monocristalin

Panoul fotovoltaic monocristalin este fixat în zona delimitatoare a celor două

încăperi ale camerei climatice duble. Acesta este poziționat cu fața către simulatorul de

radiație solară din camera caldă, Figura 4.15.b, iar partea din spate este în contact cu


24

aerul din camera rece, Figura 4.15.c. În scopul asigurării controlului temperaturii cu

ajutorul camerei reci, aceasta este izolată de camera caldă prin etanșeizarea spațiului

din jurul panoului fotovoltaic cu polistiren extrudat, Figura 4.15.a.

Pe zona posterioară a panoului fotovoltaic sunt atașate cele 6 termocupluri de

contact, de tip K, fixate cu ajutorul unei benzi adezive, rezistentă la temperaturi ridicate.

4.1.4.5 Testarea panoului fotovoltaic policristalin

Panoul fotovoltaic policristalin a fost introdus în interiorul camerei climatice în

aceleași condiții ca în cazul celui monocristalin. Cele 6 termocupluri sunt atașate în

poziție similară pe suprafațele panourilor.

Din cauza dimensiunilor diferite ale celor două panouri fotovoltaice și a

limitărilor introduse de dimensiunea camerei climatice și a simulatorului de radiație

solară, radiația medie înregistrată pe suprafețele lor prezintă mici diferențe pentru

aceleași distanțe, Tabelul 4.6.

a) Poziționarea și etanșarea

panoului fotovoltaic

b) Panoul fotovoltaic supus

radiației – vedere din față

c) Panoul fotovoltaic supus

radiației – vedere din spate

Figura 4.15 Testarea panoului fotovoltaic monocristalin

4.1.4.6 Radiația emisă în interiorul camerei climatice

Valorile măsurate prezintă diferențe minore comparativ cu fluxul emis de

simulatorul liber. Acestea sunt influențate, pe lângă observațiile din subcapitolul

4.1.4.5, și de reflexiile care au apărut odată cu introducerea simulatorului în camera

climatică, caracterizată prin suprafațe metalice lucioase și puternic reflective.

Tabel 4.6 Intensitatea medie a radiației măsurate în CC

d [cm] Gmed [W/m2]

PF Monocristalin PF Policristalin

15 569 521

20 483 456

25 430 404

30 376 355

35 341 315

40 309 289

45 294 282

50 268 257


25

4.1.5 Rezultate experimentale - panou fotovoltaic monocristalin

4.1.5.1 Distribuția radiației incidente pe panoul fotovoltaic

monocristalin

În Figura 4.18 se prezintă curbele de distribuție a nivelurilor de radiație pe

suprafața panoului fotovoltaic monocristalin, pentru distanțele impuse față de

simulatorul solar. Intensitatea radiației a fost măsurată cu ajutorul solarimetrului, iar

punctele de măsură sunt identificate cu următoarele mărci:

- zona delimitatoare dintre cele două incinte ale CC: 1, 3, 5, 8, 11, 13, 15, 18;

- rama panoului fotovoltaic: 21, 22, 23, 28, 33, 38, 43, 42, 41, 36, 31, 26;

- suprafața interioară a PF: 24, 25, 27, 29, 30, 32, 34, 35, 37, 39, 40.

a) b)

Figura 4.18 Distribuția radiației pe PF monocristalin pentru distanța de: a) 15 cm; b) 20 cm

Se constată dependența directă a uniformității și inversă a intensității fluxului

incident cu distanța de amplasare a simulatorului de radiație solară.

Se observă că există zone în care se înregistrează valori maxime ale radiației

incidente. Acestea coincid cu poziția lămpilor solare, iar efectul de neuniformitate

generat de acestea este invers proporțional cu distanța. De asemenea, se constată un

gradient al valorilor radiației, cu valori mai mari pe partea stângă a imaginilor, punctele

29 și 34, și mai mici în partea din dreapta, punctele 30 și 35. Acest fenomen este

determinat de efectul reflectiv al peretelui camerei climatice din acea zonă. Valorile

minime ale radiației măsurate s-au încadrat pentru toate cazurile la cel puțin 80% din

valoarea medie, și maximele la 130%.

4.1.5.2 Distribuția temperaturilor pe panoul fotovoltaic monocristalin

Distribuția temperaturilor efective măsurate pe suprafața panoului

fotovoltaic, pentru valorile temperaturilor medii de referință sunt prezentate în Figurile

4.22. Temperatura medie a PF a fost calculată ca medie aritmetică a valorilor celor 6


26

termocupluri (TC), poziționate două câte două în zona superioară, mediană și inferioară,

pe spatele acestuia. Utilizând și imaginile obținute cu ajutorul camerei cu termoviziune,

s-au obținut distribuțiile temperaturilor din Figura 4.22.

În ceea ce privește temperatura PF pe cele două fețe ale sale, una expusă

radiației și celalată în contact cu aerul rece, s-a constatat că temperaturile variază practic

instantaneu și diferențele dintre ele se încadrează în intervale mai mici de grad 1 °C.

a) b) c)

Figura 4.22 Distribuția temperaturilor pe PF monocristalin la tmed: a) 20°C; b) 25°C; c) 30°C

Măsurătorile au evidențiat formarea a două gradiente de temperatură, unul pe

verticală, cu temperaturile mai mari în zona superioară și unul pe orizontală, cu

temperaturile mai ridicate lângă peretele din oțel inoxidabil, care are caracteristici

reflectorizante ridicate, Figura 4.22. Gradientul de temperatură pe verticală este

determinat de stratificarea termică a aerului din imediata apropiere a panoului

fotovoltaic, în timp ce diferențele pe orizontală sunt determinate de nivelurile mai mari

ale radiației de pe aceste zone.


temperatura de operare

Puterea maximă produsă, Pmp, de panourile fotovoltaice studiate s-a determinat

prin testarea puterii disipate de acestea pe receptori liniari cu rezistență variabilă,

folosind metoda rezistenței carecteristice, Rch, prezentată în Capitolul 3. Pentru fiecare

valoare a intensității radiației incidente s-au testat trei valori ale rezistenței

electrice, astfel rezultând punctul de putere maximă. Figura 4.30 prezintă variația

puterii generate de panoul fotovoltaic monocristalin pentru cele 3 valori ale rezistenței

și diverse temperaturi, la intensitatea radiației de 560 W/m2, Figura 4.30.a și 480 W/m2,

Figura 4.30.b. Se observă reducerea puterii produse la creșterea temperaturii de

operare, pentru fiecare valoare a rezistenței electrice.

Rezultatele complete pentru toate cazurile studiate sunt prezentate în Anexa A.1.


27

a) b)

Figura 4.30 Puterea maximă produsă în funcție de temperatura PF și sarcină pentru: a) Gmed =

560 W/m2; b) Gmed = 480 W/m2

În Figura 4.31 se prezintă variația celorlați doi parametri importanți ai

panoului fotovoltaic, respectiv tensiunea de mers în gol, Voc, și curentul de

scurtcircuit, Isc, pentru nivelurile de radiație de 560 W/m2 și 480 W/m2. Se observă

influența mult mai mare pe care o are creșterea de temperatură asupra Voc.

a) b)

Figura 4.31 Variația tensiunii de mers în gol și a curentului de scurtcircuit în funcție de

temperatura PF pentru: a) Gmed = 560 W/m2; b) Gmed = 480 W/m2

În Figura 4.32 se evidențiază variația în timp a tensiunii de mers în gol și a

temperaturii de operare a panoului fotovoltaic, la radiație constantă. Se constată că

valorile maxime ale tensiunii sunt înregistrate la temperaturi minime și efectul

invers. De asemenea, este important de remarcat timpul de reacție foarte mic al

panoului fotovoltaic în raport cu temperatura. Astfel, la modificări cât de mici ale

temperaturii de operare are loc și modificarea parametrilor electrici. Acest

comportament este avantajos, deoarece se pot obține creșteri semnificative ale eficienței

prin răcire, în momentul în care se sesizează o creștere a temperaturii.

a) b)


28

Figura 4.32 Evidențierea efectului instantaneu al răcirii PF asupra tensiunii de mers în gol

pentru: a) Gmed = 560 W/m2; b) Gmed = 480 W/m2

Efectul temperaturii de operare a panoului fotovoltaic se constată și pe curbele

de variație a eficienței, Figura 4.33. Se observă influența mult mai puternică a creșterii

temperaturii de operare pentru niveluri de radiație mari, Figura 4.33.a, spre deosebire

de rezultatele obținute la intensități mai mici, Figura 4.33.b.

a) b)

Figura 4.33 Variația eficienței PF cu temperatura de operare pentru: a) Gmed = 380...560

W/m2; b) Gmed = 270...340 W/m2

Rezultatele complete pentru toate cazurile studiate sunt prezentate în Anexa A.1.


monocristalin cu temperatura de operare

Analiza detaliată a rezultatelor experimentale s-a realizat prin obținerea de date

numerice. Acestea sunt prezentate, în majoritatea cazurilor, sub forma unor coeficienți

de influență a temperaturii de operare, cT, asupra parametrilor panoului

fotovoltaic. Coeficienții sunt calculați prin raportarea parametrilor panoului, X, la

intervale de temperaturi, ΔT, de 5 °C sau intervale cuprinse între 25 °C și temperatura

de operare de pe abscisă:

T

XcT

[%/°C]

(4.1)

Rezultatele complete sunt prezentate pentru nivelul radiației de 560 W/m2 în

Figurile 4.35 – 4.36. Pentru celelalte niveluri de radiație, rezultatele sunt prezentate

detaliat în Anexa A.1.

În Figura 4.35 sunt prezentate rezultatele pentru puterea maximă produsă și

valorile procentuale ale randamentului și factorului de umplere. Acestea sunt

reprezentate pentru intensitatea radiației constante de 560 W/m2, pentru intervale de

temperaturi cuprinse în intervalul 25...80 °C. Se observă că toate cele trei mărimi sunt

influențate în mod negativ de creștere a temperaturii.


29

a) b)

Figura 4.35 Variația cu temperatura la Gmed = 560 W/m2, pentru: a) eficiența și factorul de

umplere; b) puterea generată și eficiența

Variația totală a tensiunii de mers în gol, a curentului de scurtcircuit și a eficienței,

pe intervale cuprinse între 25 °C și temperatura de pe abscisă este prezentată în Figura

4.36.a. Se observă că are loc scăderea constantă a randamentului și tensiunii de mers în

gol și creșterea curentului de scurtcircuit, raportată la temperatura de 25 °C. Pentru

temperaturi de aproximativ 75 °C, scăderea totală a eficienței este de 27,4%, iar a

tensiunii de mers în gol de 24%.

În Figura 4.36.b se prezintă aceleași influențe sub forma unor coeficienți de

variație mediați pe intervalul de temperatură. Astfel, pentru orice temperatură aleasă, se

pot determina coeficienții de variație cu temperatura [%/°C]. Se pot aproxima, cu o

precizie satisfăcătoare, coeficienții de influență ai temperaturii de operare asupra:

eficienței (-0,52…-0,55 %/°C), tensiunii (-0,48…-0,50 %/°C) și intensității

curentului (+0,14…+0,16 %/°C).

a) b)

Figura 4.36 Variația cu temperatura, la Gmed = 560 W/m2, pentru curentul de scurtcircuit,

tensiunea de mers în gol și eficiența PF: a) valori totale; b) valori medii

Se constată că pentru valori ale radiației mai mici de 300...350 W/m2, temperatura

de operare nu mai are o influență la fel de importantă asupra eficienței de conversie,

coeficienții de influență atingând valori de -0,06...-0,14 %/°C. Doar influența asupra

curentului de scurtcircuit este mai importantă decât în cazul unor radiații mai puternice

+0,12...+0,24 %/°C. În schimb, coeficienții de influență ai temperaturii asupra tensiunii

de mers în gol au valori cuprinse între -0,42...-0,49 %/°C pentru toate valorile radiației.


radiația


30

Figura 4.37.a prezintă variația puterii maxime produse de panoul fotovoltaic

monocristalin cu radiația, la diverse temperaturi de operare. În cazul menținerii

constante a temperaturii panoului, se observă o dependență aproape liniară a puterii

produse cu radiația. De asemenea, în Figura 4.37.b se poate analiza efectul acelorași

parametri externi asupra intensității curentului de scurtcircuit. Pantele celor două grafice

sunt asemănătoare, Figura 4.37, ceea ce duce la concluzia că principalul efect al radiației

solare se înregistrează asupra curentului de scurtcircuit. Cel mai favorabil caz, din

punctul de vedere al puterii produse și al curentului maxim, este înregistrat la

temperatura de 20 °C și radiația de 560 W/m2.

a) b)

Figura 4.37 Variația puterii maxime produse (a) și a curentului de scurtcircuit (b) cu radiația

pentru temperaturi între 25...75 °C

Efectul radiației solare asupra tensiunii de mers în gol, Figura 4.38, este mult mai

redus decât în cazul curentului de scurtcircuit. Odată cu mărirea intensității radiației are

loc o creștere proporțională, dar redusă a tensiunii, înregistrată pentru toată gama de

temperaturi.

Figura 4.38 Variația tensiunii de mers în gol cu radiația pentru temperaturi între 25...75 °C

Valorile maxime ale eficienței depășesc 12,5%, la temperaturi de 25 °C și radiație

de 400 W/m2, iar cele minime coboară sub valoarea de 9%, la temperaturi peste 70 °C.


monocristalin cu radiația

Rezultatele prezintă coeficienții de variație, cG, ai parametrilor, X, ai panoului

fotovoltaic monocristalin cu radiația, G, pentru temperaturi de operare constante.

G

XcG

[%/(100W/m2)]

(4.2)


31

Analiza completă și valorile coeficienților sunt prezentate detaliat pentru

temperatura de operare de 25 °C. Datele referitoare la funcționarea panoului fotovoltaic

pentru toate temperaturile studiate pot fi consultate în Anexa A.1.

Valorile coeficienților reprezintă variația procentuală a mărimilor studiate pe

fiecare interval de studiu în [%/(100W/m2)]. Se observă că radiația influențează cel mai

mult intensitatea curentului de scurtcircuit și randamentul, și mai puțin tensiunea.

În ceea ce privește puterea produsă, randamentul și factorul de umplere, valorile

pentru fiecare nivel de radiație pot fi analizate în Figura 4.40. Se remarcă o creștere

constantă a puterii generate de panoul fotovoltaic la mărirea radiației și evoluția

fluctuantă a factorului de umplere și al eficienței.

a) b)

Figura 4.40 Variația cu radiația la tp = 25 °C, pentru: a) eficiența și factorul de umplere; b) puterea

generată și eficiența

Cele mai concludente rezultate sunt cele prezentate în Figura 4.41. Acestea

exprimă variația totală, Figura 4.41.a, a eficienței, curentului de scurtcircuit și tensiunii

de mers în gol pe intervalele cuprinse între 270 W/m2 și valoarea radiației de pe abscisa

graficului.

Analiza coeficienților mediați până la valoarea radiației de interes, Figura 4.41.b,

evidențiază o tendință globală pentru fiecare din mărimi. Se constată că la temperatură

de operare constantă, parametrii panoului fotovoltaic cresc la mărirea radiației incidente

astfel: intensitatea curentului de scurtcircuit cu +42,0...+45,0 %/(100W/m2), tensiunea

de mers în gol cu +1,2...1,8 %/(100W/m2) și eficiența cu +5,2...+13,15 %/(100W/m2).

a) b)

Figura 4.41 Variația cu radiația la tp = 25 °C, pentru curentul de scurtcircuit, tensiunea de

mers în gol și eficiența PF: a) valori totale; b) valori medii


32

4.1.5.7 Concluzii parțiale

Un aspect important constă în inversarea efectului creșterii radiației asupra

randamentului de conversie pentru temperaturi mari, Tabelul 4.8. Astfel, pentru

temperaturi de operare între 25 °C și 50 °C efectul mediu al radiației solare asupra

eficienței are valori pozitive, +3,95 %/(100W/m2), iar pentru temperaturi ale panoului

între 45 °C și 65 °C, valori negative, -1,2 %/(100W/m2). Acest rezultat prezintă un

interes ridicat, deoarece puterea maximă produsă crește în continuare cu radiația la

temperaturi mari, dar la randamente de conversie din ce în ce mai mici.

Tabel 4.7 Valorile coeficienților de dependență a Voc, Isc, Pmp, η și FF cu temperatura

Gmed 270 290 310 340 380 430 480 560 Medie G>300W/m2

ΔVoc/ΔT [%/°C] -0,49 -0,46 -0,42 -0,45 -0,46 -0,48 -0,42 -0,48 -0,46 -0,45

ΔIsc/ΔT [%/°C] 0,24 0,13 0,22 0,10 0,13 0,10 0,11 0,16 0,15 0,13

ΔPmp/ΔT [%/°C] -0,06 -0,14 0,30 -0,36 -0,45 -0,59 -0,58 -0,52 -0,38 -0,47

Δη/ΔT [%/°C] -0,06 -0,14 -0,30 -0,38 -0,45 -0,59 -0,53 -0,55 -0,38 -0,46

ΔFF/ΔT [%/°C] 0,25 0,28 -0,07 -0,01 -0,11 -0,22 -0,28 -0,15 -0,04 -0,14

Tabel 4.8 Valorile coeficienților de dependență a Voc, Isc, Pmp, η și FF cu radiația

Tmed 25 30 35 40 45 50 55 60 Medi

e

T<50°

C

T>40°

C

ΔVoc/ΔG

[%/(100W/m2

)]

1,5 1,7 1,9 1,3 1,1 1,2 1,2 1,0 1,29 1,5 1,04

ΔIsc/ΔG

[%/(100W/m2

)]

42 40,2 40,2 41,6 41,5 40,1 39,4 39,5 40,42 41,1 39,96

ΔPmp/ΔG

[%/(100W/m2

)]

49,2

5

49,0

2

47,3

8

45,0

9

42,6

2

40,9

9

37,9

6

35,7

3

43,5 46,67 39,33

Δη/ΔG

[%/(100W/m2

)]

5,18 5,1 4,3 3,2 2,0 1,3 -0,2 -1,2 1,84 3,95 -1,2

ΔFF/ΔT

[%/(100W/m2

)]

1,75 2,2 1,34 0,29 -

0,62

-

0,72

-

1,86

-

2,64

-0,26 0,99 -1,46

4.1.6 Rezultate experimentale - panou fotovoltaic policristalin

Rezultatele experimentale obținute în urma testării panoului fotovoltaic

policristalin urmează același tipar cu cele din cazul panoului monocristalin, subcapitolul

4.1.7.

Variația parametrilor panoului fotovoltaic cu radiația este detaliată în subcapitolul

4.1.6.3, iar coeficienții corespunzători în subcapitolul 4.1.6.4. În ceea ce privește

variația parametrilor panoului fotovoltaic cu temperatura de operare, rezultatele sunt

prezentate în subcapitolul 4.1.6.5, și subcapitolul 4.1.6.6.

4.1.7 Discuții asupra rezultatelor obținute

Rezultatele testelor experimentale au evidențiat o serie de diferențe, dar și

anumite tendințe generale asemănătoare, privitoare la comportamentul panourilor

fotovoltaice monocristalin și policristalin, în condiții variabile de temperatură de

operare și radiație solară.


33

În ceea ce privește tendința generală, s-au înregistrat câteva rezultate cu

asemănări importante. Variația parametrilor celor două panouri fotovoltaice cu

temperatura este prezentată în Tabelul 4.12.

Tabel 4.12 Centralizator al variației parametrilor cu temperatura de operare

Panou ΔPmp/ΔT [%/°C] Δη/ΔT [%/°C] ΔVoc/ΔT [%/°C] ΔIsc/ΔT [%/°C]

Mono -0,47 -0,46 -0,45 0,14

Poli -0,50 -0,50 -0,43 0,16

În mod similar, în Tabelul 4.13, sunt evidențiați coeficienții de variație a

parametrilor panourilor fotovoltaice cu radiația solară.

Tabel 4.13 Centralizator al variației parametrilor cu intensitatea radiației

Panou ΔPmp/ΔG

[%/100 W/m2]

Δη/ΔG

[%/100 W/m2]

ΔVoc/ΔG

[%/100

W/m2]

ΔIsc/ΔG

[%/100

W/m2]

Mono 39,33 1,84 1,04 39,96

Poli 44,72 1,66 0,42 33,9

Se constată, conform Tabelului 4.12, scăderea eficienței panoului fotovoltaic cu

temperatura de operare, cu valori cuprinse între -0,46...-0,50 %/°C, iar a puterii produse

de acesta cu -0,47...-0,50 %/°C, pentru ambele tipuri de panouri.

Dependența puterii produse de panoul fotovoltaic cu temperatura de operare este

influențată în mare măsură de variația tensiunii generate de panoul fotovoltaic și mai

puțin de variația curentului produs de acesta. Coeficienții de variație a tensiunii de mers

în gol au valori cuprinse în intervalul -0,43...-0,45 %/°C, foarte apropiate de cei

corespunzători eficienței, Tabelul 4.12.

În ceea ce privește influența radiației, se constată dependența în sens crescător a

eficienței, cu valori cuprinse între 1,66...1,84 %/(100 W/m2), Tabelul 4.13. Creșterea

intensității radiației determină o mărire puternică a curentului de scurtcircuit generat,

cu valori de 33,9...39,9 %/100 W/m2, influențând în mod direct și puterea produsă de

acesta cu 39,33...44,72 %/100 W/m2. De această dată, tensiunea de mers în gol prezintă

o variație redusă, valorile fiind de 0,42...1,04 %/100 W/m2.


34

4.2 Studiul experimental al ventilării fațadelor dublu

vitrate în diverse condiții de vânt

Analiza experimentală a comportamentului aeraulic al fațadelor ventilate

dublu vitrate s-a realizat pe macheta la scară redusă, 1:30, a unei clădiri cu o

înălțime de 13,5 m, 3 etaje și deschidere de 12 m. Experimentul s-a desfășurat în

tunelul aerodinamic al Laboratorului de Aerodinamică a Construcțiilor din cadrul

Facultății de Construcții și Instalații din Iași. Tunelul aerodinamic cu strat limită

turbulent SECO 2, poate fi utilizat pentru un spectru larg de încercări, iar în cadrul

prezentului experiment s-a urmărit determinarea efectelor vântului asupra ventilării

naturale a canalelor fațadelor dublu vitrate, prin varierea vitezei și direcției acestuia.

4.2.1 Obiective

Experimentul propus are drept scop relizarea unei analize detaliate a fenomenelor

de curgere a aerului din canalul fațadelor ventilate dublu vitrate, pentru diverse

configurații și direcții ale vântului de referință. Astfel, cunoscând că pe fațada clădirii

expusă vântului se formează o distribuție de presiuni care se majorează cu înălțimea, iar

circulația aerului are loc de cele mai multe ori ascendent sau pe ax orizontal (Axinte și

Pescaru, 2000), s-a cercetat efectul acestor fenomene și asupra FDV.

S-a urmărit determinarea, cu o probabilitate acceptabilă, a vitezelor ce se pot

atinge în canalul fațadelor ventilate pe parcursul sezonului cald și stabilirea unor

corelații între viteza vântului de referință, măsurată în condiții date și câmpul de

viteze generat în interiorul canalului fațadei, respectiv evaluarea coeficienților de

transfer de căldură convectivi înregistrați în aceste condiții.

4.2.2 Descrierea programului experimental

Studiul experimental a fost realizat în tunel aerodinamic cu strat limită turbulent,

pe macheta la scară redusă, 1:30, a unei clădiri cu diverse configurații de fațadă

ventilată. S-au realizat măsurători pentru viteza vântului de referință, presiuni dinamice,

statice și totale, atât în punctul de referință, cât și în canalul fațadei.

4.2.3 Conceperea machetei de clădire la scară redusă

Scara modelului, 1:30, s-a stabilit ținând cont de secțiunea transversală a

tunelului, 1,4 m x 1,4 m, astfel încât macheta să nu ocupe mai mult de 10% din aceasta,

0,196 m2. În același timp, s-a dorit obținerea unei dimensiuni cât mai mari a canalului

fațadei. Astfel, macheta propusă are dimensiunile în plan transversal de 0,40 m x 0,475

m, rezultând o obturare a tunelului de 0,19 m2 și o lățime a canalului fațadei de 0,01 m,

echivalent unei dimensiuni de 0,3 m pentru clădirea reală.

Macheta a fost realizată din material plastic transparent, de tip plexiglas. Pentru

mobilitate și ușurința în manipulare, macheta a fost realizată dintr-o serie de

componente fixe, lipite cu adeziv special, și componente detașabile. Elementele

detașabile pentru realizarea configurațiilor sunt prezentate în Figura 4.64.


35

a) b) c)

Figura 4.64 Elementele detașabile ale machetei (a) și tipurile de parapeți: b) drept; c) înclinat

4.2.4 Echipamentul experimental – tunel aerodinamic

Schița standului experimental utilizat la evaluarea efectului vântului asupra

fațadelor ventilate ale clădirilor este prezentată în Figura 4.66. Tunelul aerodinamic, cu

o lungime de aproximativ 10 m, este prevăzut cu o porțiune cu rugozități necesare

creării stratului limită turbulent. Macheta clădirii este amplasată la o distanță de

aproximativ 6 m față de grătarul de admisie a aerului. Aceasta este fixată pe un disc, cu

posibilitate de rotire la 180°, facilitând studiul diverselor unghiuri de incidență a

vântului de referință.

Tubul Pitot și sonda anemometrică cu fir cald sunt montate în poziție fixă, la

aproximativ 2 m distanță față de axul clădirii, la o înălțime de 0,33 m (10 m la scară

reală). Acest punct va fi numit punct de măsurare a vitezei de referință, vref.

Figura 4.66 Schița standului experimental de testare în tunel aerodinamic

4.2.5 Variante studiate

În cadrul experimentului au fost studiate 3 configurații diferite ale fațadei,

Tabelul 4.14, pentru 4 unghiuri ale direcției vântului de referință și 5 niveluri de

viteză. De asemenea, pentru fiecare configurație, pentru unghiul de 0° al vântului s-a

studiat și efectul utilizării unui deflector înclinat la 45°. Pentru toate cazurile

studiate, lățimea canalului fațadei este de 1 cm.


36

Tabel 4.14 Cazuri studiate în tunelul aerodinamic

Configurația 1 - canal

- 2 secțiuni de admisie (Sin);

- 2 secțiuni de evacuare (Sev);

- suprafața totală secțiuni de intrare: Sin = 2x(20x1) = 40 cm2;

- Sev = Sin = 40 cm2.

Configurația 2 - coridor


- 3 secțiuni de evacuare (Sev);

- suprafața totală secțiuni de intrare: Sin = 3x(1x1) = 30 cm2;

- Sev = Sin = 30 cm2.

Configurația 3 - coș


- 6 secțiuni intermediare (Sintermed);

- 1 secțiune de evacuare (Sev);

- Sin = 6x(5x1) = 30 cm2.

- Sintermed = Sin = 30 cm2.

- Sev = 1x1 = 1cm2.

4.2.5.1 Configurația 1 – Fațadă tip canal

Prima configurație, fațada tip canal, constă în crearea a două canale verticale

separate, pe întreaga înălțime de 30 de cm a fațadei ventilate, Figura 4.68. În cazul

funcționării reale, circulația aerului are loc de jos în sus, determinată de gradientul de

temperatură și de acțiunea vântului. Această configurație este cea mai răspândită și ușor

realizabilă. Elementele componente și detaliile geometrice ale Configurației 1 sunt

prezentate în Figura 4.68.

a) b)

Figura 4.68 Configurația 1: a) dimensiuni; b) macheta clădirii

4.2.5.2 Configurația 2 - Fațada tip coridor

Cea de-a doua configurație este reprezentată de o fațadă cu aceeași înălțime ca în

primul caz, de 30 cm, dar pentru care se realizează trei compartimente orizontale, de 10

cm înălțime, denumite și coridoare, Figura 4.72. Introducerea și evacuarea aerului din

canalul ventilat are loc prin orificiile laterale ale fațadei, iar sensul de circulație este


37

determinat de direcția vântului. În acest caz, circulația curenților de aer din interiorul

canalului are loc pe orizontală, având avantajul reducerii supraîncălzirii și a curenților

puternici. Elementele componente și detaliile geometrice ale Configurației 2 sunt

prezentate în Figura 4.72.

a) b)


4.2.5.3 Configurația 3 - Fațada tip coș

Cea de-a treia configurație este și cea mai complexă. Astfel, s-a realizat o fațadă

compartimentată atât orizontal cât și vertical, rezultând 6 zone distincte de circulație a

aerului, Figura 4.76. Admisia aerului se realizează prin suprafețele laterale ale fațadei,

în timp ce evacuarea are loc printr-un canal central, numit și coș. Elementele

componente și detaliile geometrice ale Configurației 3 sunt prezentate în Figura 4.76.

a) b)


4.2.5.4 Direcția vântului de referință impus

Studiul influenței vântului asupra ventilării canalelor fațadelor propuse s-a

realizat pentru 4 unghiuri de incidență pe clădire. Acestea au fost obținute prin rotirea

suportului machetei la valori de: 0°, 30°, 60° și 90°.


38

4.2.7 Rezultate experimentale – tunel aerodinamic

Măsurătorile experimentale au constat în determinarea presiunilor dinamice din

interiorul canalului ventilat, în imediata apropiere a vitrajului exterior. Prelucrarea

acestora a condus la determinarea vitezelor curenților de aer din această zonă. S-a

considerat oportună determinarea vitezelor lângă vitrajul exterior și nu în centrul

canalului din două motive. Primul ține cont că în contextul integrării panourilor

fotovoltaice, circulația curenților de aer din imediata apropiere a panoului are o mare

importanță, iar al doilea motiv a constat în limitarea obturării zonei de circulație a

aerului cu prize de presiune și furtunuri de conexiune.

4.2.7.1 Măsurarea câmpului de viteze incident pe clădire

Primele măsurători experimentale au constat în determinarea câmpului de viteze

produs de tunelul aerodinamic cu strat limită turbulent. S-a urmărit determinarea

uniformității distribuției vitezelor în plan orizontal și vertical, în secțiunea ce trece prin

mijlocul machetei clădirii.

Distribuția vitezelor măsurate pe orizontală evidențiază caracterul uniform al

vântului generat de tunelul aerodinamic cu strat limită turbulent. Se constată o diferență

redusă între vitezele distribuite pe orizontală, de maxim 12...19%, cu valorile mai mari

în zona mediană a tunelului și mai reduse înspre pereții acestuia.

Deplasarea sondei în plan orizontal și vertical s-a realizat cu ajutorul traversei tip

VXM Stepping Motor Controller.

Datele experimentale pentru vitezele de 1 m/s și 2 m/s au fost neconcludente și

au condus la decizia de eliminare a acestor rezultate, datorită diferențelor mari

comparativ cu valorile obținute pentru celelalte viteze studiate. Prelucrarea

măsurătorilor vitezelor a condus la obținerea distribuției vitezelor pe orizontală, și

verticală, Figura 4.97, pentru vitezele de referință de 3 m/s, 4 m/s și 5 m/s.

În cazul distribuției vitezelor pe verticală, în scopul verificării acesteia, s-a

realizat o comparație cu distribuția obținută cu ajutorul legii exponențiale, Ecuația 3.52,

în aceleași condiții ale vitezei de referință, Figura 4.97.


39

a) b)

Figura 4.97 Distribuția vitezelor pe verticală la vref = 5 m/s: a) măsurători experimentale;

b) conform legii exponențiale

S-a constatat că alura câmpului de viteze obținut prin măsurători experimentale

este foarte apropiată de cea teoretică, cu mici diferențe în zona inferioară, la înălțimi de

maxim 5 cm față de planul orizontal. Gradul de potrivire al celor două distribuții,

începând de la înălțimea de 10 cm, este cuprins între 0,94 și 1,19, pentru cele trei viteze

de referință analizate.

4.2.8 Automodelarea fenomenelor studiate în tunelul aerodinamic

Pentru încercările realizate în cadrul prezentului program experimental, curgerea

aerului în tunelul aerodinamic, raportată la dimensiunile clădirii, s-a realizat la valori

ale numărului Reynolds conform Tabelului 4.18. Valorile calculate pentru viteze mai

mari sau egale cu 3 m/s confirmă afirmațiile anterioare și conduc la concluzia că

fenomenele desfășurate pe modelul la scară redusă se supun automodelării.

Tabel 4.18 Valorile criteriului Reynolds în funcție de viteza de referință

vref [m/s] 1 2 3 4 5

Re 26444 52889 79333 105778 132222

Având în vedere că are loc automodelarea fenomenelor aeraulice din jurul clădirii

și din interiorul canalului fațadei ventilate, s-a considerat oportună prezentarea

rezultatelor înregistrate sub forma unor coeficienți de viteză, cv, adimensionali:

ref

masv

v

vc (4.3)

Aceștia exprimă într-o formă generală efectele vântului asupra circulației aerului

în interiorul canalului fațadei. Coeficienții, cv, sunt mediați pentru cele trei viteze de

referință, de 3 m/s, 4 m/s și 5 m/s, considerate a fi conforme cu automodelarea.


40

4.2.9 Rezultate experimentale pentru Configurația 1

Valorile coeficienților cv obținuți pentru testările Configurației 1 sunt prezentate

în Figura 4.101, pentru unghi de 0° al vitezei de referință, Figura 4.102.a, pentru unghi

de 30° al vitezei de referință, Figura 4.102.b, pentru unghi de 60° al vitezei de referință

și pentru unghi de 90° al vitezei de referință.

a) b)

Figura 4.101 Valoarea coeficienților cv pentru Configurația 1, unghi de 0° al vref: a) deflector

drept; b) deflector înclinat la 45°

a) b)

Figura 4.102 Valoarea coeficienților cv pentru Configurația 1, deflector drept: a) unghi de

30° al vref; b) unghi de 60° al vref



în Figura 4.104, pentru unghi de 0° al vitezei de referință, Figura 4.105.a, pentru unghi


41



a) b)



a) b)





în Figura 4.107 – pentru unghi de 0° al vitezei de referință, Figura 4.108.a, pentru unghi




42

a) b)



a) b)



4.2.12 Determinarea coeficienților de transfer convectiv în condiții reale

Rezultatele privitoare la raportarea vitezelor obținute în interiorul canalului la

valoarea vitezei de referință au condus la realizarea unei analize a coeficienților de

transfer convectiv ce pot fi înregistrați în cazul unei clădiri la scară reală.

Ținând cont de valorile medii anuale ale vitezei vântului în condiții reale, se

propune analiza coeficienților de transfer convectiv pentru viteze ale vântului de

referință de la 0,5...3 m/s cu un pas de 0,5 m/s. Astfel, pentru o deschidere a canalului

de 30 cm, coeficienții de transfer convectiv, hc, ar putea atinge valorile centralizate în

Tabelul 4.20.


43

Tabel 4.20 Centralizator coeficienți hc – Configurația 1

vref

[m/s]

Configurația 1 – hc [W/m2.K]

0°

canal

1

0°

canal

2

0° –

defl

canal

1

0° –

defl

canal

2

30°

canal

1

30°

canal

2

60°

canal

1

60°

canal

2

90°

canal

1

90°

canal

2

0,50 1,09 1,09 1,29 1,29 1,27 1,42 1,72 1,66 1,96 2,35

1,00 1,90 1,90 2,24 2,24 2,21 2,46 3,00 2,89 3,41 4,10

1,50 2,63 2,63 3,10 3,10 3,05 3,41 4,15 4,00 4,72 5,67

2,00 3,31 3,31 3,91 3,91 3,84 4,29 5,22 5,04 5,94 7,14

2,50 3,95 3,95 4,67 4,67 4,59 5,13 6,24 6,02 7,10 8,53

3,00 4,57 4,57 5,40 5,40 5,31 5,94 7,22 6,97 8,21 9,87

4.2.13 Concluzii parțiale și discuții asupra rezultatelor obținute

Rezultatele experimentale pentru cele trei configurații studiate au evidențiat

efectul vântului asupra circulației și vitezei aerului din canalul fațadei dublu vitrate. O

primă observație constă în influența minoră a utilizării unui deflector înclinat la 45°, de

aceeași înălțime cu cel drept. În toate cele trei configurații studiate, vitezele obținute în

interiorul canalului sunt sensibil egale în cazul ambelor deflectoare. Prin urmare, ținând

cont și de simplitatea deflectorului drept, se recomandă utilizarea acestei configurații.

În ceea ce privește coeficienții vitezelor înregistrate în zona mediană a canalelor

fațadelor, cele mai mari valori sunt înregistrate pentru Configurația 2 și direcția vântului

la unghi de 0°, cv = 0,98...1,25. Pentru Configurația 1, valorile maxime sunt pentru

direcția vântului la 90°, cv = 0,81...1,02, iar pentru Configurația 3 valorile maxime sunt

pentru unghiul de 0° și deflector înclinat, cv = 0,72...1,04.

Se constată că amestecul aerului din interiorul canalului este asigurat cel mai bine,

pentru toate direcțiile vântului, în cazul primei Configurații, fațadă tip canal, cu valori

minime cv = 0,39.

4.3 Concluzii referitoare la rezultatele experimentale

În cadrul primului experiment, s-au obținut o serie de informații importante

referitoare la comportamentul a două panouri fotovoltaice cu structură diferită în

diverse condiții de însorire și temperatură de operare. S-au determinat coeficienții

de influență ai radiației solare și temperaturii de operare asupra puterii, eficienței,

tensiunii, intensității curentului și a factorului de umplere. În toate cazurile studiate,

coeficienții au fost cuantificați atât ca valori medii generale, cât și pe intervale mici de

studiu. Rezultatele au arătat modul în care sunt influențate fiecare dintre cele două

panouri studiate, cu semnalarea diferențelor și asemănărilor.


44

Analiza datelor experimentale a evidențiat factorii care influențează puterea

maximă în anumite condiții de însorire și temperatură. S-a demonstrat că

temperatura de operare influențează foarte puternic puterea generată de PF, coeficienții

de variație fiind între -0,38 %/°C și -0,47 %/°C, de același ordin de mărime cu cei ai

tensiunii de mers în gol a PF, care au valori între -0,43 %/°C și -0,46 %/°C. În ceea ce

privește influența radiației solare, ceoficienții de variație a puterii sunt de ordinul

+43,5...+45,0 %/(100W/m2), comparabili cu cei ai intensității curentului de scurtcircuit

care au valori de +34,6...40,42 %/(100W/m2).

Producția maximă de energie electrică se obține la intensități ale radiației

solare cât mai mari și temperaturi de operare reduse. De asemenea, importanța

deosebită a controlului temperaturii de operare a panoului este subliniată prin două

efecte pe care aceasta le are: unul direct – scăderea eficienței PF la creșterea

temperaturii și radiație solară constantă și altul indirect – scăderea eficienței PF la

creșterea radiației solare și temperatură constantă mai mare de 50 °C.

Cel de-al doilea experiment aduce informații complementare primului,

referitoare la circulația curenților de aer în interiorul canalului ventilat al fațadelor

dublu vitrate. Analiza este realizată pe macheta unei clădiri la scara 1:30, pentru 3

configurații diferite de fațade (canal vertical, coridor și coș). Studiul experimental

furnizează date comparative în ceea ce privește circulația aerului în canal și capacitatea

de răcire rezultată. Toate configurațiile propuse sunt supuse acțiunii vântului la 4

unghiuri de incidență 0°, 30°, 60°, și 90°.

Coeficienții deteminați pe baza rezultatelor acestui experiment reprezintă raportul

între viteza înregistrată în canalul fațadei în apropierea panoului fotovoltaic și viteza de

referință. Din punctul de vedere al vitezelor maxime, cea mai avantajoasă

configurație s-a demonstrat a fi fațada tip coridor, în timp ce amestecul cel mai

bun al curenților de aer pentru toate direcțiile vântului s-a obținut pentru fațada

tip canal. Coeficienții de transfer convectiv calculați pentru o fațadă reală, au

valori maxime de 2,35...2,8 W/m2.K, la viteze de referință de 0,5 m/s și ating valori

de 9,87...11,72 W/m2.K pentru viteza de referință de 3,0 m/s.

Rezultatele experimentale au demonstrat că vitezele medii ale curenților de aer

ce se pot atinge în imediata apropiere a unui panou fotovoltaic integrat în fațada

ventilată sunt dependente de viteza vântului de referință și cu valori de același

ordin de mărime cu aceasta.

Ținând cont de posibilitatea mică de realizare fizică a unui stand care să cupleze

atât modelarea curgerii aerului determinată de vânt, cât și componenta termică și

electrică, rezultatele celor două studii experimentale sunt implementate în modele

numerice și analizate în Capitolul 5.


45

Capitolul 5

ANALIZA NUMERICĂ A RĂCIRII

PANOURILOR FOTOVOLTAICE

INTEGRATE ÎN FAȚADELE VENTILATE

ALE CLĂDIRILOR

Capitolul este consacrat analizei numerice a posibilităților de răcire a panourilor

fotovoltaice integrate în fațadele ventilate dublu vitrate (FDV) ale clădirilor. Se prezintă

comportamentul termic al panourilor fotovoltaice în situația poziționării aparente pe

fațadă sau integrate în locul vitrajelor exterioare ale FDV. De asemenea, sunt studiate

două soluții propuse pentru reducerea temperaturii panoului fotovoltaic, prin

răcire pasivă, cu aer și răcire activă, cu apă.

Realizarea prezentelor studii numerice s-a impus pentru valorificarea rezultatelor

experimentale și obținerea unor informații complete referitoare la eficiența panourilor

fotovoltaice integrate în FDV.

În literatură există studii referitoare la analiza termodinamică a fațadelor ventilate

(Gagliano et al., 2016), iar în acest capitol se urmărește determinarea unor soluții de

optimizare a fațadelor ventilate cu panouri fotovoltaice integrate.

Capitolul 5 – Analiza numerică a răcirii PF integrate în FDV ale clădirilor

46

5.1 Răcirea cu aer a panourilor fotovoltaice cu disipator de

căldură

5.1.1 Descrierea problemei

Analiza numerică s-a realizat pe modelul unui panou fotovoltaic de mici

dimensiuni, respectiv L = H = 0,5 m. S-a studiat răcirea panoului în cazul amplasării

acestuia în interiorul unui canal ventilat și utilizării unui disipator de căldură cu perete

nervurat. Analiza este prezentată comparativ pentru condiții climatice și caracteristici

geometrice variabile ale disipatorului.

Prin integrarea panoului fotovoltaic în structura fațadelor ventilate se obține o

răcire suplimentară a acestora, în comparație cu amplasarea aparentă pe fațade sau pe

acoperiș. În această ipoteză, panoul fotovoltaic înlocuiește o porțiune din vitrajul

exterior al FDV, zona posterioară a acestuia, inclusiv disipatorul de căldură, fiind

în interiorul canalului ventilat.

5.1.2 Disipatorul de căldură

Disipatorul de căldură reprezintă un panou nervurat, realizat dintr-un metal cu

conductivitate termică ridicată, din cupru sau aluminiu (Popovici et al., 2016b;

Hudișteanu et al., 2015f). Acesta are caracteristicile dimensionale din Figura 5.1.

- h – înălțimea nervurilor [m];

- S – distanța (pasul) dintre nervuri [m];

- n – coeficient de nervurare [m];

- L, H – lungimea, lățimea disipatorului

[m];

- g – grosimea disipatorului [m];

- gn – grosimea nervurilor [m];

- ln – lungimea nervurilor [m];

Figura 5.1 Caracteristicile dimensionale ale disipatorului de căldură

5.1.4 Simularea numerică

Simularea numerică este realizată cu ajutorul soft-ului ANSYS-Fluent.

Geometria modelului, Figura 5.2, este realizată în Design Modeler și discretizarea

domeniului de calcul cu ajutorul aplicației Design Mesh. Domeniul de calcul a fost

discretizat într-un număr de 194921 de celule tetraedrice. Nervurile sunt prevăzute cu

goluri circulare, cu raza r = 3 mm, cu distanța de 0,03 m între ele. Odată cu mărirea

înălțimii nervurilor se adaugă un șir suplimentar de goluri pe fiecare nervură.

Simularea radiației solare incidente pe panoul fotovoltaic se realizează prin

utilizarea modelului specializat, Solar Ray Tracing, din ANSYS-Fluent. Parametrii


47

optici ai panoului fotovoltaic, ca ansamblu, au fost sintetizați în programul de calcul sub

forma unui coeficient de absorbție a radiației solare și transformare a acesteia în căldură,

α = 0,8 (Hull, 1999).

Figura 5.2 Geometria domeniului de calcul

Regimul de curgere rezultat din condițiile impuse este turbulent. Modelul de

turbulență utilizat în simulările numerice, k-ε, este cel mai apropiat de fenomenele reale

în cazul curgerii în canale de aer (Karvinen și Ahlstedt, 2008; ANSYS®).

5.1.5 Influența grosimii canalului fațadei dublu vitrate

Modelul este analizat în condiții de radiație solară constantă de 500 W/m2,

temperatura și viteza aerului în secțiunea de intrare în canal, 35 °C, respectiv 0,5 m/s.

Rezultatele calitative, Figura 5.3, demonstrează influența redusă a grosimii canalului,

atunci când curgerea aerului are loc la viteze mai mari de 0,1 m/s.

a) b) c)

Figura 5.3 Câmpul de temperaturi pentru diferite grosimi ale canalului: a) d = 0,1 m; b) d = 0,2

m; c) d = 0,3 m

5.1.6 Efectul radiației solare

Simulările realizate pentru determinarea influenței radiației solare asupra

temperaturii panoului fotovoltaic s-au realizat în condițiile cele mai dezavantajoase de

temperatură exterioară, respectiv 35 °C. Viteza de circulație a aerului în spatele

panoului fotovoltaic este de 0,5 m/s. Lațimea canalului fațadei este de 10 cm.


48

Tabel 5.1 Temperaturile medii ale panoului fotovoltaic

Gmed

[W/m2]

tcel,disip

[°C]

tfără nerv

[°C]

Δt

[°C]

250 41,4 53,3 11,9

500 50,1 70,4 20,3

750 59,4 81,2 21,8

1000 68,7 92 23,3

5.1.7 Influența temperaturii și a vitezei aerului

Variabilele considerate sunt viteza și temperatura aerului la intrarea în canal, iar

rezultatele constau în determinarea temperaturii medii a panoului fotovoltaic în regim

stabilizat. Temperaturile considerate la intrarea în canal sunt cuprinse în intervalul

20...35 °C, iar vitezele impuse între 0,5...5 m/s.

Reducerea temperaturii panoului fotovoltaic se realizează semnificativ la

creșterea vitezelor de la 0,5 m/s până la 1,5 m/s, apoi această tendință se atenuează.

De exemplu, în cazul temperaturii aerului de 35 °C, se înregistrează o scădere a

temperaturii medii a panoului de la 70,4 °C la 55,5 °C, iar la viteza de 5 m/s, temperatura

scade la 45,8 °C. Acest aspect poate fi exploatat în continuare, deoarece nu se justifică

o creștere a vitezei și implicit a consumului de energie pentru realizarea unei

scăderi nesemnificative de temperatură.

5.1.8 Influența înălțimii nervurilor

Simulările s-au efectuat pentru o distanță constantă între nervuri, de S = 5 cm

și pentru înălțimile nervurilor de la 1 cm la 5 cm, cu un pas de 1 cm. Vitezele impuse

la intrarea în secțiunea canalului sunt de 0,5 m/s, 1,0 m/s și 1,5 m/s.

a) b) c

d e) f)

Figura 5.7 Spectre de temperaturi în apropierea PF a) fără disipator; și cu disipator pentru

înălțimea nervurilor: b) h = 1 cm; c) h = 2 cm; d) h = 3 cm; e) h = 4 cm; f) h = 5 cm


49

Spectrul de temperaturi, Figura 5.7, evidențiază intensificarea transferului de

căldură de la disipatorul de căldură la aerul care circulă prin canal, odată cu

mărirea înălțimii nervurilor. Se constată un amestec mai bun al aerului cald din

apropierea nervurilor cu aerul rece care circulă în zona centrală a canalului, obținându-

se astfel o răcire mai eficientă a PF.

De asemenea, se constată formarea unor turbioane între nervuri,

proporționale cu înălțimea acestora, care ajută la extragerea unei cantități mai

mari de căldură și creșterea eficienței disipatorului de căldură.

Caz 1: h/S = 1/5.

Pentru raportul constant h/S de 1/5 și temperatura la intrarea în canal de 35 °C se

identifică regimul de viteze cel mai avantajos pentru realizarea răcirii panoului

fotovoltaic.

Prin creșterea înălțimii nervurilor și păstrarea constantă a celorlalte mărimi, se

obțin rezultatele pentru toate cazurile. În Figura 5.10 sunt prezentate rezultatele obținute

pentru cele 5 cazuri studiate, pentru vitezele de 0,5, 1,0 și 1,5 m/s.

Se observă că în cazul acestei configurații, temperatura cea mai scăzută a

panoului fotovoltaic este atinsă pentru viteza în secțiunea de intrare în canal de 1,5

m/s și înălțimea nervurilor de 5 cm. Această viteză poate reprezenta un indicator de

referință pentru studiul efectului de răcire al fațadei ventilate, ținând cont că este o

valoare ce se poate înregistra cu o probabilitate ridicată în interiorul canalului,

subcapitolul 4.2.

Figura 5.10 Variația temperaturii medii și a eficienței panoului fotovoltaic în funcție de

înălțimea nervurilor pentru viteza aerului de 0,5, 1,0 și 1,5 m/s și temperatura de 35 °C

Pentru cazurile studiate, se observă o îmbunătățire a temperaturii cu cel puțin 1

°C, la creșterea nevurilor cu 1 cm. De asemenea, în Figura 5.10, sunt reprezentate

temperaturile medii ale panoului fotovoltaic, obținute în condiții similare de

temperatură exterioară și radiație solară, în cazurile neutilizării disipatorului de căldură

sau a fațadei ventilate.

Prin comparație cu amplasarea panoului fotovoltaic neintegrat în fațada ventilată,

se observă o reducere semnificativă a temperaturii acestuia de aproximativ 20 °C,

numai prin simpla ventilare a acestuia în zona posterioară. Prin atașarea


50

disipatorului de căldură nervurat, se poate obține o nouă scădere a temperaturii

panoului cu 10...15 °C, în funcție de înălțimea nervurilor.

Plecând de la un randament nominal de conversie a energiei solare în energie

electrică de 16%, se pot obține randamentele de conversie pentru diversele configurații.

Un randament de 16% poate fi tradus prin producerea a 160 W/m2 de energie electrică

în condițiile nominale, ceea ce presupune o radiație solară de 1000 W/m2. În modelul

prezentat, radiația solară are o valoare de 500 W/m2, iar suprafața panoului fotovoltaic

rezultată este de 0,25 m2. Puterea maximă produsă de un panou fotovoltaic variază, de

asemenea, cu valoarea intensității radiației solare, de cele mai multe ori direct

proporțional, subcapitolul 4.1. Prin urmare, puterea maximă pe care acesta o poate

produce este de 73,4 W/m2, la o temperatură de 25 °C).

Se poate observa că pentru o temperatură de 75 °C, cum este în cazul canalului

neventilat, puterea produsă atinge un nivel de aproximativ 74% din cel nominal. În

Tabelul 5.3 sunt prezentate procentajele puterilor produse în funcție de temperatură.

În calculul eficienței panoului fotovoltaic, s-au utilizat coeficienții de dependență

cu temperatura și radiația, determinați experimental, subcapitolul 4.1:

- variația eficienței cu radiația: 1,66...1,84 %/(100W/m2) => la 500 W/m2 și 25

°C, eficiența are valoarea de referință η = 14,67%;

- variația eficienței cu temperatura: 0,45%/°C.

Tabel 5.3 Creșterea eficienței PF în cazul utilizării disipatorului de căldură, vaer = 1,5 m/s

CAZ tp

[°C]

[%]din

PN

𝜂

[%]

Pelectrică

[W]

Creșterea η față de

cazul de bază

Creșterea η față de cazul

fără nervuri

fără

canal

75 77,5 11,37 14,22 - -

fără

nervuri

55,5 86,3 12,66 15,83 11,32 -

1/5 46,1 90,5 13,28 16,61 16,78 4,90

2/5 43,9 91,5 13,42 16,79 18,06 6,05

3/5 42,35 92,2 13,52 16,92 18,96 6,86

4/5 41,01 92,8 13,61 17,03 19,74 7,56

5/5 39,9 93,3 13,69 17,12 20,38 8,14

5.1.9 Influența unghiului de înclinare a nervurilor

Ținând cont de rezultatele analizelor anterioare, se propune determinarea unei

soluții de optimizare a transferului de căldură și a temperaturii de operare a panoului

fotovoltaic, pentru creșterea eficienței acestuia. Astfel, s-a urmărit evaluarea, în

regim stabilizat, a efectului unghiului de înclinare a nervurilor asupra

temperaturii panoului fotovoltaic.

Variabilele considerate sunt înălțimea și înclinarea nervurilor disipatorului de

căldură. Unghiurile de înclinare studiate sunt de 45°, 90° și 135° față de direcția

verticală, pentru înălțimile nervurilor analizate în subcapitolul 5.1.8.


51

Rezultatele obținute sunt prezentate în următoarele figuri, pentru configurația

cu înălțimea nervurii de 3 cm. În Figura 5.12 sunt prezentate spectrele de temperaturi

în apropierea peretelui nervurat pentru cele trei unghiuri de înclinare ale nervurilor.

a) b) c)

Figura 5.12 Spectrele de temperatură în apropierea nervurilor pentru unghiurile nervurilor de: a)

45°; b) 90°; c) 135°

Figura 5.12 demonstrează că unghiul de înclinare al nervurilor influențează

regimul termoaeraulic din canalul ventilat. Astfel, transferul de căldură este mai intens

pentru cazul cu înclinare de 45°. Orientarea nervurilor la un unghi de 135° determină

reducerea transferului de căldură comparativ cu celelalte două studiate.

Figura 5.16 centralizează efectul de răcire al disipatoarelor de căldură atașate

panourilor fotovoltaice integrate în fațadele ventilate dublu vitrate ale clădirilor.

Acestea sunt prezentate în condiții de radiație, de 500 W/m2, și temperatură exterioară,

de 35 °C, constante.

Figura 5.16 Variația temperaturii panoului fotovoltaic în funcție de unghiul de înclinare al

nervurilor (vi = 1,5 m/s, Gmed = 500 W/m2)

Efectul de răcire asupra panoului fotovoltaic, Figura 5.16, este direct proporțional

cu înălțimea nervurilor și viteza aerului în canal și invers proporțional cu unghiul de

înclinare al acestora. Astfel, pentru unghiul de 45°, se obțin cele mai scăzute temperaturi

ale panoului, iar pentru unghiul de 135°, cele mai mari. Influența unghiului de înclinare


52

este mai puțin importantă în cazul înălțimilor mici de nervuri, asfel încât pentru

înălțimea de 1 cm, acesta are efect invers asupra schimbului de căldură.

5.1.10 Eficiența panoului fotovoltaic în cazul răcirii cu aer

Figura 5.17 Creșterea eficienței panoului fotovoltaic în condițiile răcirii cu disipator de

căldură, față de cazul de bază

5.1.11 Concluzii parțiale – soluția propusă pentru răcire cu aer

Având în vedere dependența eficienței panoului fotovoltaic de temperatura de

operare a acestuia, se constată că pentru o temperatură de 55,5 °C, obținută pentru viteza

de 1,5 m/s, în cazul neutilizării nervurilor, puterea produsă atinge un nivel de

aproximativ 86,3% din cea nominală. În cazul folosirii disipatorului de căldură,

chiar și pentru înălțimi mici ale nervurilor, temperatura panoului fotovoltaic

scade cu cel puțin 10 °C. Acest aspect determină creșterea eficienței conversiei, iar

puterea maximă produsă poate atinge valoarea de 90,5% din cea nominală.

Prin urmare, se poate afirma că problema îmbunătățirii temperaturii medii a

panoului fotovoltaic este foarte importantă, deoarece aceasta influențează în mod direct

randamentul de conversie al acestuia. Conform Tabelului 5.4, pentru configurația

studiată, creșterea puterii produse suplimentar de panoul fotovoltaic este de la

7,39% la 8,38%, față de cazul de bază, la modificarea înclinării nervurii de la 90°

la 45°. Această metodă poate reprezenta o soluție pentru realizarea răcirii acestor

sisteme, cu un consum redus de energie, ținând cont de necesitatea ventilării fațadelor

dublu vitrate pe timpul verii.

Soluția optimă pentru disipatorul de căldură studiat s-a obținut pentru

înălțimea nervurilor de 5 cm și unghiul de înclinare al acestora la 45° față de

verticală.


53

5.2 Răcirea cu apă a panourilor fotovoltaice cu schimbător

pelicular

Scopul studiului este de a determina eficiența energetică a PF în condițiile

răcirii cu apă a acestuia, cu ajutorul unui schimbător de căldură pelicular,

amplasat la partea posterioară a PF. Eficiența de conversie a panoului fotovoltaic

este comparată pentru diversele temperaturi obținute.

În cadrul studiului este evaluată variația temperaturii panoului fotovoltaic în

funcție de viteza și temperatura agentului caloportor în secțiunea de intrare a

schimbătorului pelicular și de grosimea acestuia. Panoul fotovoltaic (PF) cu

suprafața de 0,25 m2 (0,5 m x 0,5 m) este integrat în fațada ventilată dublu vitrată a unei

clădiri.

5.2.1 Schimbător de căldură pelicular – variante studiate

Schimbătorul de căldură pelicular reprezintă un ansamblu format din două plăci

metalice, cu un spațiu mic între ele, prin care circulă un agent caloportor, de exemplu

apa (Hudișteanu et al., 2015c). Acest schimbător permite extragerea energiei termice

din zona posterioară a panoului fotovoltaic. Este recomandat ca zona de contact dintre

acesta și panoul fotovoltaic să fie realizată dintr-un material cu o conductivitate termică

cât mai ridicată, de exemplu din cupru sau aluminiu (Hudișteanu, 2014).

5.2.2 Simularea numerică

Studiul numeric al variației temperaturii medii a panoului fotovoltaic este realizat

cu ajutorul softului ANSYS-Fluent. Geometria și discretizarea domeniului de calcul

este realizată în cadrul platformei ANSYS, cu ajutorul programelor Design-Meshing și

Design-Modeler. Simularea radiației solare este realizată cu ajutorul modelului Solar

Ray Tracing, parte a programului Fluent.

Schița modelului studiat în lucrare este prezentată în Figura 5.18.

Figura 5.18 Modelul PF cu schimbător de căldură pelicular, studiat numeric


54

5.2.3 Influența vitezei apei din schimbător

În subcapitol sunt prezentate rezultatele obținute pentru simulările la grosimi

constante ale peliculei de apă, la temperatură și viteză variabilă a apei în secțiunea de

intrare.

5.2.4 Influența grosimii peliculei de apă

În subcaăitol sunt prezentate rezultatele obținute pentru simulările la viteze

constante ale apei în secțiunea de intrare, pentru temperaturi variabile și cele patru

grosimi ale peliculei.

Efectul de răcire a panoului fotovoltaic este direct proporțional cu viteza de

intrare a apei în schimbătorul pelicular și invers proporțional cu temperatura

acesteia. De asemenea, temperatura panoului fotovoltaic are o scădere importantă

atunci când se mărește viteza apei în secțiunea de intrare de la 0,001 m/s la 0,002 m/s,

cu valori între 4,2...3,1 °C, pentru d = 3 mm, respectiv 1,4...1,1 °C, pentru d = 10 mm,

fiind dependentă și de temperatura de intrare a apei. Acest efect este diminuat odată cu

mărirea vitezei de intrare, astfel încât diferența de temperatură între viteza de 0,005 m/s

și valoarea dublă de 0,01 m/s este de aproximativ 1 °C.

5.2.6 Eficiența panoului fotovoltaic în cazul răcirii cu apă

Temperatura medie a panoului fotovoltaic, în cazul amplasării fără schimbător de

căldură, atinge valori de aproximativ 55,5 °C, în aceleași condiții de însorire. Prin

urmare, se poate determina eficiența de conversie fotovoltaică în cazul de bază și în

cazul temperaturilor reduse cu ajutorul schimbătorului pelicular. Pentru

îmbunătățirea temperaturii de lucru a panoului fotovoltaic și inclusiv a

randamentului de conversie, se realizează o răcire a acestuia până la temperaturi

apropiate de cea de funcționare în condiții standard, respectiv 25 °C.

În Figura 5.32 sunt prezentate creșterile de eficiență raportate la cazul de bază,

obținute prin integrarea în FDV, varianta optimă de răcire cu aer și răcirea cu apă, pentru

diversele grosimi ale schimbătorului. Creșterea eficienței prin răcire cu apă, față de

cazul optim de răcire cu aer este evidențiată în Figura 5.33.

Figura 5.32 Creșterea eficienței PF răcit cu apă față de cazul de bază, pentru diferite temperaturi

de intrare a apei și grosimi ale peliculei


55

Figura 5.33 Creșterea eficienței PF răcit cu apă față de varianta optimă de răcire cu aer,

pentru diferite temperaturi de intrare a apei și grosimi ale peliculei

Influența temperaturii panoului asupra randamentului de conversie al acestuia

este prezentată numeric în Tabelele 5.11 – 5.13, pentru cazurile studiate, pentru

temperatura de intrare a apei de 20 °C, 25 °C și 30 °C.

5.2.7 Concluzii parțiale – soluția propusă pentru răcire cu apă

Se poate observa, în Tabelul 5.11, că prin răcire cu apă la 20 °C este posibilă

obținerea unui spor de putere cuprins între 12,99% și 17,32%, față de cazul

integrării simple în FDV. Pentru temperaturile de intrare ale apei de 25 °C și 30 °C,

sporul de putere este cuprins între 11,11...14,84%, respectiv 9,21...12,36%. Scăderea

eficienței de conversie a panoului fotovoltaic considerată în calcul este de -0,45%/°C,

la temperaturi mai mari de 25 °C.

Răcirea panourilor fotovoltaice reprezintă o soluție avantajoasă pentru

îmbunătățirea randamentului de conversie a acestora. Reducerea temperaturii de

operare realizată prin utilizarea apei ca agent caloportor prezintă avantaje

multiple. Astfel, se poate utiliza apa rece disponibilă în instalațiile sanitare, fiind o sursă

de energie ieftină și cu parametri optimi pentru extragerea surplusului de energie

înmagazinată în masa panoului fotovoltaic.

Prin utilizarea unui schimbător de căldură și stocarea sau valorificarea energiei

termice extrase, eficiența energetică a întregului ansamblu, evaluată la nivel global, este

superioară eficienței sistemului fotovoltaic de sine stătător.

Varianta optimă pentru schimbătorul pelicular studiat s-a obținut pentru

grosimea de 3 mm și viteza apei de 0,01 m/s.

5.3 Concluzii referitoare la analiza numerică

În cadrul primei analize numerice, s-a studiat efectul de răcire al unui disipator

de căldură atașat în spatele panoului fotovoltaic. S-a urmărit determinarea unei

variante optime de disipator, prin varierea înălțimii și a unghiului de înclinare a

nervurilor. De asemenea, răcirea s-a analizat pentru viteza variabilă a aerului în

secțiunea de intrare în canal. Cel mai bun schimb de căldură s-a obținut pentru


56

viteza de 1,5 m/s și disipator cu înălțimea nervurilor de 5 cm, înclinate la 45° față

de verticală. Pentru acest caz, temperatura PF scade de la 75 °C în cazul de bază,

respectiv de la 55,5 °C în cazul fără disipator, până la 39,5 °C. Această scădere de

temperatură determină o creștere a randamentului și puterii produse de panoul

fotovoltaic cu 20,68% față de cazul de bază, respectiv 8,38% față de cazul fără

disipator.

Cea de-a doua modelare numerică, a avut drept scop determinarea celei mai

avantajoase soluții de răcire a panoului fotovoltaic cu apă, folosind un schimbător

de căldură pelicular. Variabilele studiate în cazul schimbătorului pelicular sunt

grosimea peliculei de apă, viteza și temperatura apei în secțiunea de introducere. Soluția

optimă de schimbător s-a obținut pentru o grosime de 3 mm a peliculei de apă,

viteza de 0,01 m/s și temperatura de operare de 20 °C. În acest caz, puterea termică

extrasă de schimbătorul pelicular atinge valori de 140,8 W, cu un coeficient global de

schimb de căldură de 48,6 W/m2.K. În aceleași condiții, temperatura panoului

fotovoltaic este menținută la aproximativ 22,3 °C, iar eficiența este cu 30,6% mai

mare decât în cazul de bază, respectiv cu 17,32% față de integrarea în FDV fără

schimbător. Comparativ cu varianta optimă de răcire cu aer, creșterea eficienței

este de 8,24%. Cel mai dezavantajos caz este înregistrat tot pentru lățimea de 3 mm a

peliculei de apă, dar viteza de 0,001 m/s și temperatura apei de 30 °C, atunci când

temperatura panoului fotovoltaic este redusă doar până la 37,9 °C. Chiar și acest caz

este superior celei mai bune soluții de răcire cu aer cu 0,76% și cu 9,21% față de cazul

integrării în FDV fără răcire suplimentară.


57

Capitolul 6

STUDII DE CAZ PRIVIND EFICIENȚA PF

INTEGRATE ÎN CLĂDIRI DIN DIFERITE

LOCALITĂȚI DIN ROMÂNIA

Studiul numeric asupra performanței unui panou fotovoltaic integrat în clădiri, a

fost realizat pentru diferite localități din România: București, Cluj-Napoca, Iași și

Timișoara. Cele patru mari orașe prezintă condiții climatice diferite, în context național,

fiind situate pe latitudini și longitudini variabile. Studiul a avut ca obiectiv evaluarea

eficienței panourilor fotovoltaice în funcție de condițiile climatice și nu privește

funcționarea întregului sistem fotovoltaic.

6.1 Modelarea numerică

Sunt studiați parametrii de funcționare ai unui panou fotovoltaic (PF),

integrat în fațada ventilată dublu vitrată a unei clădiri, la înălțimea de 10 m

deasupra solului, iar rezultatele sunt raportate la suprafața unitară [W/m2] și [kWh/m2].

Panoul fotovoltaic este alcătuit din 36 de celule solare legate în serie.

Simularea a fost efectuată în mediul de modelare TRNSYS. Răcirea se realizează

cu ajutorul soluțiilor propuse în Capitolul 5, respectiv cu disipator de căldură și

schimbător pelicular, atașate pe spatele panoului. Schema creată pentru modelul studiat

este prezentată în Figura 6.1. Se pot observa conexiunile dintre blocurile

corespunzătoare datelor climatice, modelul de panou fotovoltaic, elementele de

conversie a unităților de măsură, precum și unitățile de calcul și de afișare a mărimilor

de ieșire.

Capitolul 6 – Studii de caz: eficiența PF integrate în diferite localități din România

58

Figura 6.1 Schema bloc a modelului din mediul de simulare

6.2 Cazuri studiate

În cadrul studiului a fost analizată puterea produsă de panoul fotovoltaic

pentru fiecare din cele 4 localități, pentru 4 poziții diferite: orizontal, vertical (sud,

sud-est și sud-vest), pentru intervale de studiu anuale, lunare și zilnice.

În final a fost evaluată comparativ eficiența panoului fotovoltaic pentru

cazurile studiate. Din punctul de vedere al temperaturii PF, cazurile studiate sunt: de

bază (amplasarea PF pe fațada clădirii fără posibilitate de ventilare sau răcire) și

integrare în fațada dublu vitrată a clădirii (cu sau fără soluții de răcire).

6.3 Rezultatele analizei anuale

Variația radiației solare și a temperaturii de operare a panoului fotovoltaic pe

durata anului tipic este prezentată în Figura 6.2. Datele referitoare la cei doi parametri

sunt prezentate pentru localitatea București, în timp ce informațiile despre energia

produsă și eficiența panoului fotovoltaic sunt expuse pentru toate localitățile și

orientările studiate.

6.3.2 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-sud

a) b)

Figura 6.2 Variația anuală a intensității radiației solare și a temperaturii de operare a PF

poziționat vertical-sud


59

Figurile 6.10 prezintă variația anuală a eficienței (scara din dreapta a graficelor)

și a energiei unitare produse (scara din stânga a graficelor) ca medii lunare, pentru

localitățile studiate și poziția vertical-sud a panoului fotovoltaic.

Figura 6.10 Iași – Vertical-Sud - Energia produsă și eficiența panoului fotovoltaic pe

parcursul anului tipic – valori medii lunare

Pentru poziția verticală a panoului fotovoltaic și orientarea sud, energia maximă

lunară este generată în lunile de primăvară, mai ales în aprilie, precum și în lunile de

toamnă, cel mai adesea în luna septembrie. Valorile medii ale lunilor de maximă

producție se încadrează în intervalul 12,45...13,40 kWh/m2.lună. În cazul eficienței

medii lunare, se observă aceeași tendință ca în cazul amplasării orizontale, cu valori

maxime iarna (11,8...11,9%) și minime pe timpul verii (11,3...11,4%).

6.3.5 Energia cumulată produsă anual de panoul fotovoltaic

Figura 6.23 Energia anuală cumulată în funcție de orientarea PF: a) Iași

Influența orientării asupra energiei produse anual prezintă aceeași tendință pentru

toate cele 4 localități studiate, Figura 6.23. În general, se respectă ordinea de la cea mai

mică la cea mai mare cantitate de energie produsă astfel: vertical-SV, vertical-SE,

vertical-S și orizontal. Trebuie observat că în cazul orientărilor SE și SV, care au un

aport anual de energie solară aproximativ egal pe suprafețe verticale, se înregistrează o

producție de energie inferioară pentru orientarea SV, Tabelul 6.2. Principala cauză a

acestui fenomen constă în temperatura de operare mai ridicată a PF, înregistrată în după-

amiezile însorite.


60

Tabel 6.2 Rezultatele analizei anuale – energia cumulată produsă și randamentul mediu

Localitate Orizontal Vertical – Sud Vertical –

Sud-Est

Vertical –

Sud-Vest

E

[kWh/m2]

η

[%]

E

[kWh/m2]

η

[%]

E

[kWh/m2]

η

[%]

E

[kWh/m2]

η

[%]

București 151,22 11,57 114,29 11,6 111,29 11,62 110,74 11,54

Cluj-

Napoca

149,54 11,63 126,49 11,61 119,46 11,64 118,93 11,56

Iași 144,00 11,62 112,68 11,63 107,9 11,66 108,70 11,58

Timișoara 148,83 11,58 116,52 11,58 111,64 11,61 111,53 11,54

6.4 Rezultatele analizei lunare

Analiza integrării PF în clădiri este detaliată și pentru intervalele de studiu lunare

și zilnice. În ceea ce privește datele lunare, în Figura 6.25 și Tabelul 6.3 sunt centralizate

rezultatele pentru energia produsă în luna maximă, corespunzătoare fiecărei localități și

orientări.

Analiza lunară, Tabelul 6.3, evidențiază perioadele din an când există

probabilitatea obținerii energiei maxime. Asfel, pentru poziționarea orizontală a PF, s-

a constatat că pentru toate localitățile, energia lunară este maximă în perioada iunie-

iulie. În cazul poziției verticale a PF s-au obținut rezultatele maxime în lunile: august-

octombrie (sud), august (sud-est) și iulie-august (sud-vest).

Figura 6.25 Energia maximă lunară cumulată în funcție de orientarea PF pentru Iași

Tabel 6.3 Rezultatele analizei lunare – energia cumulată produsă, luna maximă și randamentul

mediu


Sud-Est

Vertical –

Sud-Vest

E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%]

București 22,33–Iun 11,17 12,99-Sep 11,44 12,6-Aug 11,36 12,25-Iul 11,34

Cluj 21,56-Iul 11,23 13,39-Oct 11,47 13,1-Aug 11,45 13,3-Aug 11,36

Iași 21,84-Iun 11,21 12,4-Aug 11,41 13,1-Aug 11,43 13,0-Aug 11,32

Timișoara 21,01-Iul 11,18 12,9-Sept 11,47 12,5-Aug 11,41 12,4-Aug 11,33

Producția maximă de energie este înregistrată pentru poziția orizontală

(21,01...22,33 kW/m2.lună), dar la randamentele cele mai scăzute (11,17...11,23%).

Având în vedere că se propune integrarea PF în fațadele clădirilor, se poate observa că


61

cea mai avantajoasă orientare, pentru analiza lunară, este cea sudică, atât din punctul de

vedere al energiei produse (12,99...13,39 kWh/m2.lună), cât și al eficienței de conversie

(11,44...11,47%).

6.5 Rezultatele analizei zilnice

Informații referitoare la parametrii obținuți pe parcursul zilei cu producția

maximă de energie sunt prezentate în subcapitolele 6.5.1 – 6.5.5. Pe scara din stânga a

graficelor se pot determina valorile referitoare la intensitatea radiației solare [W/m2] și

puterea unitară maximă produsă [W/m2], în timp ce scara din dreapta este utilizată

pentru temperatura exterioară [°C] și cea de operare a PF [°C]. Se constată dependența

direct proporțională a puterii maxime produse cu intensitatea radiației solare și invers

proporțional cu temperatura de operare a PF.

6.5.2 Poziția panoului fotovoltaic – vertical-Sud

În Figura 6.29 se prezintă variația diurnă a parametrilor climatici, a temperaturii

de operare și a puterii unitare produse în ziua de maximă producție pentru poziția

vertical-sud a panoului fotovoltaic. Rezultatele sunt prezentate comparativ pentru

fiecare localitate studiată.

Figura 6.29 Variația diurnă a parametrilor climatici și ai PF pentru ziua cu producția maximă de

energie electrică pentru poziția vertical-sud pentru Iași

Puterea maximă produsă de panoul fotovoltaic în poziție vertical-sud are valori

de 96,7...100 W/m2, la intensități ale radiației solare de 860...957 W/m2. Temperatura

de operare a panoului fotovoltaic se situează în intervalul 27,9...49,8 °C.

6.5.5 Energia cumulată maximă zilnică

Variația energiei cumulate pe parcursul zilei de maximă producție, pentru

localitățile și pozițiile panoului este studiată.

Curbele de variație a energiei cumulate, generate în ziua de producție maximă

prezintă tendințe similare pentru toate localitățile și orientările studiate. Astfel, pentru

toate cazurile, energia maximă se obține pentru poziția orizontală, cu valori cuprinse

între 0,93...1,0 kWh/m2.zi, urmată de poziția vertical-sud, cu valori de 0,69...0,74

kWh/m2.zi. Valorile minime ale producției zilnice se înregistrează pentru poziția

verticală, pe orientările sud-est și sud-vest, cu valori cuprinse în intevalul 0,58...0,65

kWh/m2.zi.


62

Figura 6.35 Energia cumulată în ziua cu producție maximă pentru Iași

Centralizarea rezultatelor zilnice sunt prezentate în Tabelul 6.4. În acesta sunt

introduse datele referitoare la energia cumulată, eficiența și luna în care se înregistrează

zilele de maximă producție.

Tabel 6.4 Rezultatele analizei zilnice – energia cumulată produsă, ziua maximă și randamentul


Sud-Est

Vertical –

Sud-Vest

E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%] E

[kWh/m2]

η [%]

București 0,95 – Iun 10,92 0,72–Oct 11,08 0,61–Apr 11,39 0,62– Apr 11,38

Iași 0,94 – Iul 11,02 0,69–Mar 11,54 0,58–Aug 11,25 0,62–Mar 11,41

Timișoara 0,93 – Iun 10,82 0,69–Mar 11,52 0,60–Apr 11,37 0,59– Apr 11,32

Cluj 1,00 – Iun 10,99 0,74–Mar 11,66 0,65–Mar 11,35 0,63– Apr 11,17

Se poate observa că eficiența de conversie fotovoltaică are valori sub 12%, cu

maximul în jurul valorii de 11,5%.

6.6 Analiza efectului răcirii asupra eficienței panoului

fotovoltaic în aceleași condiții climatice

Analiza răcirii panoului fotovoltaic este realizată pentru cazul amplasării

panoului fotovoltaic în poziție verticală, pentru aceleași orientări (S, SE și SV)

prezentate anterior. Efectul răcirii panoului fotovoltaic este prezentat comparativ pentru

cazul de bază, al amplasării PF aparent pe fațada clădirii, fără posibilitate de ventilare

în zona din spate a acestuia, apoi pentru soluția de integrare în fațada ventilată a clădirii

și pentru variantele optime de obținere a răcirii pasive, cu aer și disipator de căldură,

și active, cu apă și schimbător pelicular. Influența soluțiilor de răcire asupra variației

anuale a temperaturii medii de operare a panoului fotovoltaic, în poziție vertical-sud,

pentru aceleași condiții climatice studiate anterior.

6.6.3 Caz 3 - Iași

În Figura 6.44 se prezintă producția de energie electrică obținută anual pentru

fiecare din soluțiile de integrare propuse pentru localitatea Iași. În Figura 6.45 sunt

evidențiate creșterile procentuale ale energiei anuale produse, raportate la cazul de bază.


63

Figura 6.44 Iași – Energia unitară produsă anual în funcție de orientare și soluția de răcire

Figura 6.45 Iași – Energia suplimentară produsă anual în funcție de orientare și soluția de

răcire, raportată la cazul de bază

În cazul localității Iași, se constată că pentru poziția verticală a panoului

fotovoltaic în clădiri, se obțin cantități importante de energie suplimentară dacă se

realizează răcirea în intervalul aprilie-septembrie.

6.6.6 Analiza comparativă a efectului răcirii pentru cele patru localități

Productivitatea panourilor fotovoltaice funcție de localitate și orientare este

prezentată în Tabelul 6.8.

Tabel 6.8 Energia produsă anual de PF integrat în FDV cu schimbător pelicular

Orientare Vertical-S Vertical-SE Vertical-SV

București 90,9 % 88,3 % 89 %

Cluj-Napoca 100 % (130,2 kWh/m2.an) 94 % 94,9 %

Iași 89,4 % 85,3 % 87,1 %

Timișoara 92,7 % 88,3 % 89,6 %


64

6.7 Concluzii parțiale

Producția maximă de energie este obținută pentru poziția orizontală a panoului

fotovoltaic. În aceste condiții, energia maximă produsă este obținută în cazul amplasării

PF pe o clădire în București. Ținând însă seama că în centrele urbane de mari

dimensiuni, suprafața orizontală disponibilă este limitată, atât la nivelul clădirilor, cât

și la sol, se consideră oportună amplasarea verticală a sistemelor fotovoltaice în fațadele

clădirilor.

În cazul analizei anuale s-a constatat că influența orientării PF are aceeași

tendință pentru toate localitățile studiate. Valorile se încadrează în intervalul

107,9...126,5 kWh/m2.an, cu maxime înregistrate pentru Cluj-Napoca pentru toate

orientările (118,9....126,5 kWh/m2.an) și minime pentru Iași (107,9...112,7 kWh/m2.an).

În ceea ce privește eficiențele medii ale panoului fotovoltaic, acestea variază

între 11,54% și 11,66% pentru intervalul de analiză anual. Eficiențele medii, pentru

lunile de maximă producție, sunt mai mici decât cele anuale, fiind situate în intervalul

11,17...11,47%, în timp ce valorile pentru ziua maximă sunt și mai reduse, de

10,82%...11,66%. Aceste valori sunt dependente în mod direct de intensitatea

radiației solare și influențate negativ de temperaturile de operare ale PF.

O modalitate de îmbunătățire a eficienței PF, în perioada zilelor călduroase și cu

aport sporit de radiație solară, constă în reducerea temperaturii de operare a acestuia.

Astfel, sunt analizate efectele a două soluții propuse, respectiv răcirea cu aer și răcirea

cu apă, propuse în Capitolul 5. S-a constatat că răcirea cu apă, are avantajul obținerii

celei mai bune eficiențe, creșterea acesteia fiind cuprinsă între 5,60...8,47%, față de

cazul integrării aparente pe fațada clădirii. De asemenea, această soluție poate fi

valorificată prin producerea de apă caldă de consum. Există posibilitatea utilizării apei

din sistemul de alimentare cu apă rece, fiind o sursă de energie ieftină și cu parametri

optimi pentru un schimb de căldură eficient cu panoul fotovoltaic. Se pot obține astfel,

așa numitele sisteme hibride PV/T (fotovoltaice/termice), cu utilizarea excesului de

căldură extras din masa PF pentru preîncălzirea apei calde menajere. În cazul sistemelor

hibride trebuie urmărită întotdeauna obținerea eficienței optime pentru panoul

fotovoltaic, iar extragerea căldurii în exces să se realizeze prin consumuri de energie cât

mai scăzute posibil.

Prin utilizarea unui schimbător de căldură și stocarea sau valorificarea energiei

termice extrase, eficiența energetică a întregului ansamblu, evaluată la nivel global,

este superioară eficienței sistemului fotovoltaic analizat separat.


65

Capitolul 7

CONCEPEREA UNEI INTERFEȚE

GRAFICE PENTRU EVALUAREA

EFICIENȚEI PF INTEGRATE ÎN CLĂDIRI

7.1 Metoda propusă pentru studiul panourilor fotovoltaice

Analiza programelor existente utilizate pentru simularea funcționării panourilor

fotovoltaice, subcapitolul 2.4.1, a relevat faptul că marea majoritate a acestora

efectuează un calcul simplificat și aproximativ. De asemenea, în peste 90% din cazuri

nu se poate realiza o analiză corectă, specifică datelor climatice și geografice din

România.

Prin urmare, se propune dezvoltarea unei aplicații cu interfață grafică, cu un grad

ridicat de precizie și care să furnizeze toate informațiile necesare analizei panourilor

fotovoltaice instalate sau ce urmează a fi implementate în condiții specifice. În scopul

obținerii de rezultate corecte, calculul este efectuat în regim dinamic, pentru durata de

24 de ore, pentru ziua senină de vară. O serie de informații necesare modelului

matematic sunt calculate, în timp ce altele sunt preluate din baze de date climatice

specifice pentru România (MDRT, 2011).

În capitol se prezintă implementarea modelului de calcul pentru funcționarea

panourilor fotovoltaice prin utilizarea programului MATLAB și a aplicației Simulink.

În prima etapă s-a realizat transpunerea și rezolvarea modelului matematic în programul

specializat Simulink.

Prin utilizarea MATLAB s-au dezvoltat 3 aplicații cu interfață grafică pentru

accesarea modelului creat în Simulink. Aplicațiile create au următoarele particularități:

Aplicația 1 - asigură posibilitatea modificării intensității radiației solare și a

temperaturii de operare a și vizualizarea puterii maxime produse de panoul

fotovoltaic și a curbelor caracteristice ale acestuia (IV, PV, PI);

Aplicația 2 – prezintă îmbunătățiri față de Aplicația 1: se pot introduce

dimensiunile panoului fotovoltaic, tensiunea de mers în gol, Voc, intensitatea

curentului de scurtcircuit, Isc, și numărul de celule ale panoului, Nr cel.

- realizarea unui număr nelimitat de simulări pentru PF diferite.

Aplicația 3 – prezintă îmbunătățiri față de Aplicația 2: se rezolvă rutina din

Simulink de 24 de ori, realizând un calcul orar precis.

- informațiile sunt furnizate în mod indirect către rutina din Simulink, prin

intermediul unei baze de date accesate dintr-un fișier Excel.

Capitolul 7 – Interfață grafică pentru evaluarea eficienței PF integrate în clădiri

66

- valorile radiației solare și ale temperaturii de operare a celulei se setează în

funcție de selecțiile utilizatorului, din meniurile derulante pentru: Localitate, Orientare,

Poziție panou, Inteval de evaluare și Înălțime clădire.

7.1.1 Modelarea panourilor fotovoltaice în MATLAB/Simulink

În literatură există studii referitoare la modelarea funcționării panourilor (Patel et

al., 2013; Acakpovi et al., 2013) și sistemelor fotovoltaice (Verma et al., 2013; Ahmad

și Loganathan, 2013). Având în vedere specificul ecuațiilor recurente caracteristice PF

(Pukhrem, 2013; Banu et al., 2015; Bellia et al., 2014), rezolvarea lor se realizează de

cele mai multe ori cu programe de calcul precum MATLAB/Simulink (Hudișteanu et

al., 2015a; Hudișteanu et al., 2015b; Sheik., 2011) sau LabVIEW (Koukouvaos et al.,

2014).

Algoritmul propus de autor rezolvă ecuațiile caracteristice pentru modelul

panoului fotovoltaic simplă diodă, cu Rs și RSH, subcapitolul 3.2.9.3.

7.1.2 Implementarea modelului matematic în programul de calcul

Modelul matematic al funcționării panourilor fotovoltaice, Ecuațiile 3.10 – 3.23,

este implementat în mediul de simulare Simulink, sub formă de blocuri interconectate

(Pukhrem, 2013). Blocurile utilizate sunt de tip: constante, semnale tip treaptă sau

rampă, blocuri pentru afișaj grafic și operatori matematici.

Figura 7.1 Mărimi de intrare în modelul din Simulink

Pentru obținerea unui model stabil s-a realizat împărțirea modelului creat în

secțiuni astfel:

- date de intrare: G, Top, Tnom, n, Voc, Isc, Rs, Rsh și VPF;

- modelul matematic al panoului fotovoltaic;

- date de ieșire: IPF, PPF.

S-a considerat un panou fotovoltaic alcătuit din 36 celule din siliciu policristalin

legate în serie, cu următoarele caracterisitici, obținute în condiții standard de testare

(STC: 1000 W/m2, T = 25 ºC, AM1.5):

Pmp = 30 Wp; Vmp = 17,2 V; Imp = 1,74 A; Voc = 21,6 V; Isc = 1,94 A.


67

Prin simulare, s-au obținut curbele caracteristice de funcționare ale panoului

fotovoltaic studiat. De asemenea, pe parcursul simulărilor se pot monitoriza toți

parametrii calculați: I0, Iph, VT sau Ish. Sunt analizate graficele extrase pentru

caracteristica IV a panoului, variația puterii (P) în funcție de curent (I), respectiv de

tensiune (V).

Se observă că rezultatele simulărilor au un grad ridicat de precizie, puterea

maximă a panoului rezultată fiind de 30 W, la valori apropiate de cele furnizate de

producător: Imp = 1,8 A și Vmp = 18 V. Simularea cu ajutorul aplicației Simulink

reprezintă o soluție viabilă de evaluare a eficienței panourilor fotovoltaice și de

verificare a funcționării acestora în diverse condiții exterioare.

7.1.3 Aplicația 1 - Interfață simplă pentru accesarea modelului matematic

din Simulink

Modelarea din Simulink are un grad ridicat de precizie, dar utilizarea aplicației,

setarea parametrilor și interpretarea rezultatelor necesită un anumit nivel de cunoaștere

a modalității de funcționare a programului. Prin urmare, în cadrul Aplicației 1 s-a

realizat, cu ajutorul softului MATLAB, o interfață grafică pentru controlul modelului

realizat în Simulink, care creează posibilitatea modificării celor mai importanți

parametri care influențează funcționarea panoului fotovoltaic, respectiv intensitatea

radiației solare și temperatura de operare a acestuia. Datele pot fi introduse manual, prin

completarea casetelor „Radiație solara selectata” și „Temperatura de operare a

celulei”, sau prin utilizarea butoanelor de tip cursor. Actualizarea datelor se realizează

instantaneu în blocurile corespunzătoare din Simulink, Figura 7.7. Celelalte informații

specifice simulării sunt presetate în mediul Simulink.

a) b)

Figura 7.7 a) Modificarea parametrilor din Simulink (b) cu ajutorul Aplicației 1 (a)

Pornirea aplicației se realizează cu ajutorul butonului „Start” și închiderea

modelului din Simulink cu butonul „Inchide”. După realizarea simulării este afișată

puterea maximă produsă de panoul fotovoltaic în condițiile impuse. Cu ajutorul acestei

aplicații se obțin principalele curbe caracteristice ale panoului fotovoltaic, prin

accesarea meniului derulant și selectând una din opțiunile: „Curba PV” , „Curba IV”

sau „Curba PI”.


68

7.1.4 Aplicația 2 - Interfață de simulare a funcționării PF în condiții variabile

de temperatură și radiație solară

Cea de-a doua aplicație prezintă o serie de opțiuni suplimentare comparativ cu

Aplicația 1, dar și un număr mai mare de linii de cod. Astfel, în secțiunea „Informații

panou fotovoltaic” se pot seta dimensiunile panoului fotovoltaic, tensiunea de mers în

gol, Voc, intensitatea curentului de scurtcircuit, Isc, și numărul de celule ale panoului.

Spre deosebire de Aplicația 1, se poate realiza un număr nelimitat de simulări pentru

panouri fotovoltaice diferite. În literatură există încercări asemănătoare de utilizare a

ghidului de creare a interfețelor grafice din MATLAB, atât prin utilizarea unor rutine

create în Simulink, cât și prin folosirea modelelor celulelor fotovoltaice predefinite

(Eteiba et al., 2013; Belhaouas, 2013).

Prin impunerea valorilor exacte ale radiației solare și ale temperaturii de operare

a celulei, se obțin rezultate complete referitoare la: puterea maximă produsă, curentul și

tensiunea la putere maximă, eficiența panoului și factorul de umplere. Rezultatele

grafice sunt reprezentate de curbele caracteristice funcționării panourilor fotovoltaice.

Cu ajutorul butoanelor Imp și Pmax se pot marca pe graficele aferente punctele în care

se obțin puterea maximă (Pmax) a panoului fotovoltaic și intensitatea curentului produs

la putere maximă (Imp).

De asemenea, Aplicația 2 permite realizarea de studii comparative prin varierea

diverșilor parametri și compararea rezultatelor numerice și grafice. Se poate realiza

analiza variațiilor curbelor caracteristice, pentru unul sau mai multe panouri

fotovoltaice diferite, sau în condiții de temperatură și radiație solară diferite.

Rezultatele fiecărei simulări pot fi salvate numeric – cu ajutorul butonului

„Export Excel”, sau grafic, cu ajutorul butonului „Save”.

7.1.5 Aplicația 3 - Interfață complexă de simulare a funcționării PF în

condiții climatice reale

Aplicația 3 permite, prin intermediul unei interfațe grafice complexe, Figura 7.13,

simularea și evaluarea funcționării panourilor fotovoltaice. Rutina acestei interfețe

rulează modelul din Simulink, de 24 de ori, realizând calculul orar, pentru fiecare caz

în parte. De această dată informațiile sunt furnizate în mod indirect către rutina din

Simulink. Astfel, se utilizează o bază de date introdusă într-un fișier de tip Excel, cu

informații climatice preluate din (MDRT, 2011). Aceasta a fost creată de așa manieră

încât să poată fi citită și interpretată de interfața din MATLAB. Astfel, setarea radiației

solare și a temperaturii de operare a celulei se realizează automat, în funcție de selecțiile

utilizatorului din meniurile derulante pentru: Localitate, Orientare, Poziție panou,

Inteval de evaluare și Înălțime clădire.

Aplicația calculează temperatura de operare a celulei fotovoltaice utilizând

informațiile preluate din baza de date, conform formulelor prezentate de (Govindasamy

et al., 2003).


69

Figura 7.13 Interfața grafică a Aplicației 3

Secțiunea „REZULTATE” oferă o serie de informații foarte importante în scopul

evaluării unui sistem fotovoltaic amplasat în condiții reale:

- puterea maximă produsă;

- intensitatea radiației solare la putere maximă;

- temperatura panoului fotovoltaic la putere maximă;

- temperatura exterioară la putere maximă;

- viteza vântului de calcul, funcție de înălțimea de montare;

- intervalul orar în care se înregistrează puterea maximă;

- energia maximă produsă zilnic de panou.

După rularea programului se obțin informații referitoare la puterea, eficiența și

factorul de umplere, atât în condiții standard de testare, precum și în condițiile de putere

maximă reală.

La rularea aplicație se obțin informații referitoare la puterea maximă generată în

intervalele orare din timpul zilei senine de vară. Studiile comparative se pot realiza

pentru diverse sisteme sau panouri fotovoltaice amplasate în diferite localități, cu

orientare și înclinare diferită.

Un element de noutate îl constituie opțiunea de răcire a panoului, Figura 7.14.

Aceasta are importanță deosebită, având în vedere influența temperaturii de operare a

celulei asupra eficienței panourilor fotovoltaice și asupra puterii electrice produse.

Figura 7.14 Activarea opțiunii de răcire a PF

Prin bifarea căsuței corespunzătoare, devine activă posibilitatea setării manuale a

temperaturii de operare a celulei, ceilalți parametri de mediu rămânând neschimbați,

Figura 7.14. Opțiunea de răcire este în stadiu incipient, activarea ei reprezentând de fapt

setarea temperaturii panoului fotovoltaic la valoarea fixă. Această opțiune poate fi


70

dezvoltată astfel încât să se țină seama de bilanțul energetic complet în cazul răcirii cu

aer sau cu apă, conform Capitolului 5.

Vizualizarea rezultatelor se realizează și din punctul de vedere al energiei

electrice orare produse de panoul fotovoltaic pe durata unei zile, ca energie produsă

cumulat sau ca putere maximă unitară produsă.

7.1.6 Validarea aplicațiile create

Se prezintă gradul de corectitudine al Aplicațiilor 2 și 3 prin realizarea unei

analize pe un panou fotovoltaic real.

Studiul este realizat pentru un panou fotovoltaic policristalin, KC200GT –

producător Kyocera (http://www.kyocerasolar.com/assets/001/5195.pdf), care are

specificațiile tehnice conform Tabelului 7.1.

Datele furnizate de producător sunt introduse în interfața grafică a aplicațiilor 2

și 3, astfel obținându-se curbele caracteristice, precum și informațiile referitoare la

puterea maximă, Pmp, randamentul PF, η, sau factorul de umplere, FF.

Aplicațiile de simulare a panourilor fotovoltaice sunt verificate din punctul de

vedere al potrivirii sau erorii dintre model și datele furnizate de producător (Chenni,

2007). Rularea Aplicației 2, folosind parametrii panoului fotovoltaic din fișa tehnică a

furnizorului, relevă o bună potrivire a modelului cu valorile parametrilor reali, Tabelul

7.2.

Tabel 7.2 Gradul de potrivire a rezultatelor obținute cu datele producătorului

Informații

producător

Rezultate

simulare

Gradul de

potrivire (%)

Pmp [W] 200 198,6 99,3%

Vmp [V] 26,3 26,84 98,0%

Imp [A] 7,61 7,48 98,3%

PNOCT [W] 142 142,11 99,9%

7.3 Concluzii parțiale

Rezultatele obținute cu ajutorul Aplicației 3 sunt apropiate de cele obținute în

cazul analizei cu programe specializate, Capitolul 6. Aplicația propusă asigură un grad

ridicat de precizie, rezultatele obținute având diferențe de maxim 10% față de cele

obținute cu softul TRNSYS.

Avantajul aplicației propuse constă în ușurința introducerii datelor prin

intermediul interfeței grafice și obținerea de rezultate numerice și grafice concludente.


71

Capitolul 8

CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUȚII

PERSONALE ȘI VALORIFICAREA

REZULTATELOR

8.1 Concluzii generale

Integrarea panourilor fotovoltaice în FDV ale clădirilor

Cercetările efectuate în cadrul tezei de doctorat sunt concentrate pe studiul

integrării panourilor fotovoltaice în clădiri cu FDV, soluție cunoscută sub denumirea de

BIPV (Building Integrated Photovoltaics), care reprezintă o optimizare a funcționării

globale a fațadelor dublu vitrate. Integrarea panourilor fotovoltaice în FDV se poate

realiza cu rol de înlocuitor al vitrajului exterior, în interiorul canalului ventilat sau ca

dispozitive cu rol de umbrire. În fiecare din aceste situații, energia totală economisită

sau produsă de sistemul BIPV este superioră celei a sistemelor analizate separat.

Cercetări experimentale privind comportamentul panourilor fotovoltaice în

condiții variabile de radiație solară și temperatură de operare

La creșterea intensității radiației incidente are loc o creștere liniară a valorii Isc,

precum și una logaritmică în cazul Voc. Mărirea intensității radiației solare este asociată

cu o creștere a temperaturii celulei, a cărei efect principal constă în scăderea liniară a

Voc și a randamentului de conversie fotovoltaică.

Coeficienții de dependență cu temperatura de operare pentru panoul fotovoltaic

monocristalin evidențiază scăderea eficienței de conversie (-0,46 %/°C), a factorului de

umplere (-0,04 %/°C), a puterii electrice generate (- 0,47 %/°C) și tensiunii de mers în

gol (-0,45 %/°C), precum și creșterea nesemnificativă a intensității curentului de

scurtcircuit (+0,14 %/°C).

Pentru panoul fotovoltaic policristalin, tendința este asemănătoare, înregistrându-

se următorii coeficienți de dependență cu temperatura: eficiența (-0,50 %/°C), factorul

de umplere (-0,20 %/°C), puterea electrică generată (-0,50 %/°C), tensiunea de mers în

gol (-0,43 %/°C), intensitatea curentului de scurtcircuit (+0,16 %/°C).

Coeficienții de dependență cu intensitatea radiației solare pentru panoul

fotovoltaic monocristalin evidențiază creșterea eficienței de conversie (+1,84

%/(100W/m2)), a intensității curentului de scurtcircuit (+40,42 %/(100W/m2)), a puterii

electrice generate (+43,5 %/(100W/m2)) și tensiunii de mers în gol (+1,29

Capitolul 8 – Concluzii generale, contribuții personale și valorificarea rezultatelor

72

%/(100W/m2)), precum și o scădere nesemnificativă a factorului de umplere (-0,26

%/(100W/m2)).

Pentru panoul fotovoltaic policristalin s-au obținut coeficienți de dependență

asemănători, având următoarele valori: eficiența de conversie (+2,27 %/(100W/m2)),

factorul de umplere (+3,75 %/(100W/m2)), puterea electrică generată (+45,0

%/(100W/m2)), tensiunea de mers în gol (+0,6 %/(100W/m2)), intensitatea curentului

de scurtcircuit (+34,6 %/(100W/m2)).

Cercetări experimentale privind efectul vântului asupra ventilării canalului

fațadelor ventilate dublu vitrate

Rezultatele experimentale obținute prin testarea machetei unei clădiri în tunelul

aerodinamic, au generat următoarele concluzii:

Valorile maxime ale coeficienților, în secțiunea mediană a canalului, s-au obținut

pentru fiecare configurație în parte astfel: Configurația 1 (cv = 0,81...1,02, pentru

direcția vântului la 90°), Configurația 2 (cv = 0,98...1,25, pentru direcția vântului la 0°)

și Configurația 3 (cv = 0,72...1,04, pentru direcția vântului la 0°).

Un rezultat important a constat în identificarea regimului de automodelare a

fenomenelor, pentru numere Reynolds mari, la viteze de peste 3 m/s. Această observație

a ușurat mult calculele și transpunerea rezultatelor la scară naturală.

Configurația 1 reprezintă soluția optimă din punctul de vedere al vitezelor și

uniformității câmpurilor de viteze obținute pentru toate direcțiile studiate. Această

configurație asigură răcirea PF la valori minime ale hc de peste 1,09 W/m2.K, pentru

toate direcțiile vântului, în timp ce pentru celelalte configurații se înregistrează valori

de 0,37 W/m2.K (Configurația 2), respectiv 0,58 W/m2.K (Configurația 3).

S-a demonstrat pe cale experimentală că vitezele curenților de aer din imediata

apropiere a panourilor fotovoltaice pot fi corelate cu viteza vântului de referință și au

valori de același ordin de mărime cu aceasta.

Modelări numerice pentru evaluarea efectului soluțiilor de răcire cu aer și apă

Prima soluție constă în răcirea pasivă, cu aer, folosind un disipator de căldură cu

nervuri, atașat în spatele panoului fotovoltaic și în contact cu aerul care circulă în

canalul fațadei. În urma studiului comparativ, în funcție de înălțimea și unghiul de

înclinare a nervurilor, s-a determinarea configurația optimă a disipatorului de căldură.

Aceasta s-a obținut pentru înălțimea de 5 cm a nervurilor și unghiul de înclinare de 45°

față de verticală. Creșterea eficienței panourilor fotovoltaice raportată la cazul de bază

este de 18,71...20,68%, iar în cazul integrării simple în fațada ventilată este între

6,60...8,38%, pentru viteze ale aerului de 0,5...1,5 m/s.

Cea de-a doua soluție de răcire, cu apă, constă în utilizarea unui schimbător de

căldură pelicular, atașat, de asemenea, în zona posterioară a panoului fotovoltaic. S-a

realizat analiza comparativă, în funcție de caracteristicile dimensionale ale

schimbătorului (grosimea peliculei de apă) și parametrii agentului caloportor

(temperatura și viteza apei). Varianta optimă obținută constă într-un schimbător

pelicular cu grosimea de 3 mm și viteza apei de 0,01 m/s (0,9 l/min). Creșterea eficienței


73

obținută prin răcirea panoului fotovoltaic la 31,8 °C este de 25,08% față de cazul de

bază și de 12,36% față de cazul integrării simple în FDV.

Răcirea cu apă asigură o creștere a eficienței între 3,67% și 8,24%, comparativ cu

soluția optimă de răcire cu aer.

Studii de caz privind integrarea PF în clădiri din diverse localități din România

Conform rezultatelor analizei anuale, producția maximă de energie electrică se

obține pentru amplasarea în Cluj-Napoca, pentru toate orientările: sud (126,5 kWh/m2),

sud-est (119,5 kWh/m2) și sud-vest (118,9 kWh/m2), la randamente medii anuale de

11,56...11,64%. Randamentele maxime obținute sunt foarte apropiate, cele mai mari

sunt pentru Iași (11,58...11,66%). Din punctul de vedere al orientării, în toate cazurile

studiate, eficiența maximă este înregistrată pentru poziționarea pe fațada sud-estică, în

timp ce energia totală produsă anual se obține pe fațada sudică.

Efectele reducerii temperaturii s-au observat pentru toate intervalele de analiză

propuse. Energia suplimentară produsă anual în cazul utilizării disipatorului de căldură,

comparativ cu cazul de bază, are valori cuprinse între 5,31% și 6,41%, în funcție de

localitate și orientare. Efectul de creștere a energiei produse prin utilizarea

schimbătorului pelicular este de 5,60...8,47%, față de cazul de bază. Creșterea

producției lunare are valori cuprinse între 8,7...9,1%, pentru utilizarea disipatorului de

căldură și de 11,9...12,7%, pentru schimbătorul pelicular. La nivelul zilei maxime,

creșterea producției de energie electrică este de 11,4% (de la 0,7 kWh/m2 la 0,78

kWh/m2), în cazul utilizării soluției optime de schimbător pelicular.

Cel mai puternic impact al soluțiilor de răcire s-a obținut pe orientarea sud-vest,

iar cel mai redus pe orientarea sud-est. Acest rezultat este datorat eficiențelor reduse ale

panourilor fotovoltaice integrate în fațada sud-vestică, determinate de operarea la

temperaturi ale aerului exterior mult superioare celor la care operează fațada sud-estică

și sudică.

Interfeța grafică pentru evaluarea funcționării PF integrate în clădiri

S-a realizat implementarea modelului matematic al panoului fotovoltaic în

Simulink și crearea unei interfețe grafice pentru rularea aplicației. Rezultatele sunt

obținute pe baza unor informații disponibile utilizatorului, precum datele tehnice ale

panoului fotovoltaic și detaliile locului de amplasare a acestuia.

Programul realizat este validat conform datelor unui producător și ia în

considerare efectele parametrilor exteriori studiați pe parcursul tezei de doctorat:

radiația solară, temperatura aerului sau viteza vântului. Cu ajutorul aplicației se pot

realiza analize simple sau comparative ale unor situații de integrare a panourilor

fotovoltaice în clădiri, cu opțiunea de salvare a rezultatelor. Analiza pentru localitatea

Iași, prezintă rezultate asemănătoare celor obținute în Capitolul 6, aplicația putând fi

utilizată cu succes pentru studierea sistemelor BIPV.


74

8.2 Contribuții personale

Sinteză documentară privind radiația solară și efectul fotovoltaic;

Studiul documentar privind stadiul actual de cunoaștere în domeniul

integrării panourilor fotovoltaice în clădiri cu fațade dublu vitrate;

Analiza documentară a soluțiilor de răcire a panourilor fotovoltaice

existente și identificarea de noi posibilități;

Conceperea și realizarea unui program experimental pentru testarea

panourilor fotovoltaice, în cameră climatică, în diverse condiții de însorire și

temperatură de operare:

conceperea, execuția și utilizarea unui simulator de radiație solară,

corespunzător dimensiunilor camerei climatice și a panourilor fotovoltaice;

testarea a două panouri fotovoltaice diferite, unul monocristalin și altul

policristalin, în camera climatică dublă;

Conceperea și realizarea unui program experimental pentru evaluarea

efectului vântului asupra canalului fațadelor ventilate dublu vitrate a clădirilor, în tunel

aerodinamic:

conceperea și execuția machetei la scară redusă a unei clădiri, cu posibilitatea

schimbării configurației de fațadă dublu vitrată (FDV);

obținerea de coeficienți de legătură între viteza de referință incidentă pe

machetă și viteza aerului din canal;

transpunerea la scară naturală a rezultatelor și determinarea coeficienților de

transfer de căldură convectiv pentru configurațiile studiate.

Conceperea și efectuarea de analize numerice, cu ajutorul programului de

calcul ANSYS-Fluent, în scopul evaluării integrate a rezultatelor celor două

experimente:

propunerea unei soluții de răcire pasivă cu aer, cu disipator de căldură;

propunerea unei soluții de răcire activă cu apă, cu schimbător pelicular;

determinarea variantei optime de disipator de căldură, prin analiza efectului

înălțimii și unghiului de înclinare al nervurilor;

Realizarea de studii de caz, privind eficiența panourilor fotovoltaice

integrate în clădiri din diverse localități din România, în condiții climatice reale;

Conceperea unei aplicații cu interfață grafică, cu ajutorul programelor

MATLAB și Simulink, pentru studiul panourilor fotovoltaice integrate în clădiri:

testarea și validarea corectitudinii aplicațiilor create cu datele unui panou

fotovoltaic real;

implementarea unui modul de impunere a răcirii panoului fotovoltaic până la

o temperatură dată;


75

8.3 Valorificarea rezultatelor

Pe parcursul elaborării tezei de doctorat, rezultatele cercetărilor au fost

valorificate prin publicarea a unui număr de 31 lucrări științifice:

Lucrări publicate în volumele unor manifestări științifice

indexate ISI (în număr de 3):

1. Cătălin George Popovici, Sebastian Valeriu Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș, Efficiency improvement of photovoltaic

panels by using air cooled heat sinks, Energy Procedia, Vol. 85, pp. 425–432,

2016. (participare și prezentare lucrare).

2. Cătălin George Popovici, Vasile Valerica Cîrlan, Theodor Dorin Mateescu,

Nelu-Cristian Cherecheș, Sebastian Valeriu Hudișteanu, Influence of various

angles of the venetian blind on the efficiency of a double skin facade, Energy Procedia, Vol. 85, pp. 416–424, 2016.

3. Cristian Cherecheș, Monica Cherecheș, Livia Miron, Sebastian Hudișteanu,

New Criterion Proposal for Transition from Natural to Forced Convection (Prescribed Wall Flux), Energy Procedia, Vol. 85, pp. 109–117, 2016.

Lucrări publicate în volumele unor manifestări științifice în

curs de indexare ISI (în număr de 1):

4. Cătălin George Popovici, Valeriu Sebastian Hudișteanu, Numerical simulation

of HVAC system functionality in a socio-cultural building, Procedia Technology,

Vol. 22, pp. 535–542, 2016. (participare și prezentare lucrare).

Lucrări acceptate pentru publicare în volumele unor

manifestări științifice indexate ISI (în număr de 2):

5. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Cătălin George Popovici, Theodor Dorin Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș, Efficiency analysis of BIPV systems for

different locations in Romania, acceptată pentru prezentare în programul

Conferinței Sustainable Solutions for Energy and Environment, EENVIRO 2016, Bucharest, Romania, publicare în Energy Procedia, 2016.

6. Nelu-Cristian Cherecheș, Monica Cherecheș, Sebastian Valeriu Hudișteanu,

Numerical study of cooling solutions inside a power transformer, acceptată

pentru Conferința Sustainable Solutions for Energy and Environment,

EENVIRO 2016, Bucharest, Romania, publicare în Energy Procedia, 2016.

Lucrări publicate în reviste BDI (în număr de 11):

7. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Cătălin George

Popovici, Comparative study of water film heat exchangers for cooling

photovoltaic panels, Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Vol. 8, Special Issue No. 1, pp. 365-370, 2015.


Popovici, Five parameter model of photovoltaic panel implemented in Matlab/Simulink, The Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, Construction.

Architecture Section, Tomul: LXI (LXV), Fasc. 3, pp. 93-102, 2015.

9. Cătălin George Popovici, Sebastian Valeriu Hudișteanu, Comparative analysis of HVAC system functionality in “Vasile Alecsandri” National Theatre of Jassy,

The Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, Construction. Architecture

Section, Tomul: LXI (LXV), Fasc. 2, pp. 43-51, 2015.


76

10. Sebastian Hudișteanu, Theodor Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș, Cătălin

George Popovici, Numerical study of air cooling photovoltaic panels using heat

sinks, Revista Română de Inginerie Civilă, Vol. 6, Nr. 1, pp. 11-20, 2015.

11. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Cooling of photovoltaic panels by using water

film heat exchanger, Proceedings of the 2nd International Conference for PhD

students in Civil Engineering and Architecture, CE-PhD 2014, Cluj-Napoca, Romania, pp. 445-452, 2014.

12. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Andreea Baran, Marius Balan, Nelu-Cristian

Cherecheș, Theodor Mateescu, Marina Verdeș, Vasilică Ciocan, Improvement of the indoor climate conditions inside orthodox churches, Proceedings of the

International Scientific Conference, CIBV 2014, Transilvania University,

Braşov, pp. 61-66, 2014.

13. Monica Cherecheș, Nelu-Cristian Cherecheș, Sebastian Hudișteanu, The

influence of different flow velocities on the heat transfer inside a ventilated

façade, Romanian Journal of Civil Engineering, Vol. 5, Nr. 1, pp. 19-26, 2014.

14. Cătălin George Popovici, Sebastian Hudișteanu, Numerical study of the

efficiency of flat plate solar collectors in different external conditions, Applied

Mechanics and Materials, Vol. 659, pp. 435-439, 2014.

15. Sebastian Hudișteanu, Claudia Florentina Poenari, Bogdan Iulian Balint,

Monica Cherecheș, Nelu-Cristian Cherecheş, Energy saving analysis inside a

double skin facade, Mathematical Modelling in Civil Engineering Journal,

Special Issue, pp. 78-83, 2013 (participare și prezentare lucrare).

16. Sebastian Hudișteanu, Nelu-Cristian Cherecheș, Monica Cherecheș, Numerical

modeling of solar radiation inside ventilated double-skin facade, Mathematical Modelling in Civil Engineering Journal, Vol. 8, Nr. 4, pp. 96-101, 2012.

17. Monica Cherecheş, Nelu-Cristian Cherecheş, Sebastian Hudișteanu,

Indicateurs énergétiques specifiques aux façades ventilées et vitrées, Construcții Journal, Vol. 13, Issue 2, pp. 24-30, 2012.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor cu participare

internațională din țară (în număr de 1):

18. Sebastian Hudișteanu, Theodor Mateescu, Victoria Cotorobai, Andrei Burlacu,

Iuliana Hudișteanu, Numerical study of the influence of the solar radiation on the

temperature of the photovoltaic panels, Conferința "Efficiency and Innovation through Numerical Simulation", 2014 (participare și prezentare lucrare).

Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale (în

număr de 13):


Popovici, Cristian-Nelu Cherecheș, Influența poziției asupra eficienței

panourilor fotovoltaice integrate în clădiri, Vol. Conferinței ICEE, Iași, România, Ediția XXVI, pp. 52-61, 2016.

20. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Cătălin-George

Popovici, Nelu-Cristian Cherecheș, Eficiența maximă teoretică și practică a celulelor fotovoltaice, Volumul Conferinței Știința Modernă și Energia, Cluj-

Napoca, România, Ediția XXXV, pp. 62-68, 2016.

21. Victoria Cotorobai, Sebastian Hudișteanu, Ionuț Cotorobai, Complex systems for capture/transport/conversion and utilization of solar radiation in buildings,

Conferința Instalații pentru începutul mileniului trei, Sinaia, pp. 201-228, 2015.


77

22. Cristian Cherecheş, Sebastian Valeriu Hudișteanu, Monica Cherecheş, Studiu

privind identificarea regimurilor de transfer de căldură prin convecţie, Volumul

Conferinței Instalații pentru începutul mileniului trei, Sinaia, pp. 126-136, 2015.

23. Sebastian Valeriu Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Popovici George

Cătălin, Studiu comparativ al schimbătoarelor de căldură peliculare utilizate la

răcirea panourilor fotovoltaice, Volumul Conferinței Instalații pentru începutul mileniului trei, Sinaia, pp. 358-367, 2015.

24. Sebastian Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș,

Cătălin George Popovici, Simularea funcționării panourilor fotovoltaice prin utilizarea MATLAB-Simulink, Volumul Conferinței Instalații pentru Construcții

și Economia de Energie, Iași, România, Ediția XXV, pp. 119-126, 2015.

25. Sebastian Hudișteanu, Theodor Dorin Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș, Cătălin George Popovici, Soluții pentru simularea radiației solare utilizate la

testarea sistemelor fotovoltaice, Volumul Conferinței Știința Modernă și

Energia, Cluj-Napoca, România, Ediția XXXIV, pp. 194-202, 2015.


Cătălin George Popovici, Variația puterii celulelor fotovoltaice în diverse

condiții de temperatură și radiație solară, Conferința Instalații pentru Construcții și Confortul Ambinetal, Ediția XXIV, Timișoara, România, pp. 328-335, 2015.

27. Sebastian Hudișteanu, Theodor Mateescu, Studiul variației temperaturii

panourilor fotovoltaice în diverse condiții de însorire, Al VII-lea Simpozion

Naţional “Creaţii universitare”, Iaşi, România, 2014.

28. Sebastian Hudișteanu, Theodor Mateescu, Nelu-Cristian Cherecheș, Cătălin

George Popovici, Stand experimental pentru studiul răcirii panourilor fotovoltaice, Volumul Conferinței Instalații pentru Construcții și Economia de

Energie, Iași, România, Ediția XXIV, pp. 355-361, 2014.

29. Sebastian Hudișteanu, Theodor Mateescu, Cristian Cherecheș, Îmbunătățirea eficienței de conversie a panourilor fotovoltaice prin răcire, Volumul

Conferinței Știința Modernă și Energia, Cluj-Napoca, România, Ediția XXXIII,

pp. 71-80, 2014.


Cătălin George Popovici, Studiul îmbunătățirii eficienței de conversie a

panourilor fotovoltaice obținute prin răcirea cu aer, Volumul Conferinței Instalații pentru Construcții și Confortul Ambinetal, Ediția XXIII, Timișoara,

România, pp. 187-196, 2014.

31. Sebastian Hudișteanu, Claudia-Florentina Poenari, Bogdan-Iulian Balint, Nelu-Cristian Cherecheş, Utilizarea fațadelor ventilate dublu vitrate pentru reducerea

consumului de energie al clădirilor, IACSIC 2013.

Realizarea de materiale didactice pentru discipline din programele de licență

ale Departamentul Ingineria Instalațiilor:

Nelu-Cristian Cherecheș, Sebastian Hudișteanu, Aparate electrice pentru instalații electrice de joasă tensiune - Îndrumar de laborator, Ianuarie 2015, tiraj 50

exemplare, 127 pag, Tipografia "Gheorghe Asachi" din Iași.

Nelu-Cristian Cherecheș, Sebastian Hudișteanu, Jan Ignat, Rețele electrice de joasă tensiune - Îndrumar de laborator, Ianuarie 2015, tiraj 50 exemplare, 159 pag,

Tipografia "Gheorghe Asachi" din Iași.

Bibliografie selectivă

78


1. Acakpovi, A., Hagan, E. B. (2013), Novel Photovoltaic Module Modeling using

Matlab/Simulink, I J of Computer Applications, Vol. 83, Nr. 16, pp. 27-32.

2. Agathokleous, R. A., Kalogirou, S. A. (2016), Double skin facades (DSF) and building

integrated photovoltaics (BIPV): A review of configurations and heat transfer

characteristics, Renewable Energy Vol. 89, pp. 743-756.

3. Ahmad, A., Loganathan, R. (2013), real-time implementation of solar inverter with novel

MPPT control algorithm for residential applications, Energy and Power Eng, Vol. 5, pp.

427-435.

4. Aste, N., Del Pero, C., Leonforte, F. (2016), The first Italian BIPV project: Case study and

long-term performance analysis, Solar Energy, Vol. 134, pp. 340-352.

5. Axinte, E., Pescaru, R. A. (2000), Studiul acțiunii vântului în tunel aerodinamic, Editura

Cermi, Iași.

6. Balan, M. (2007), Energii regenerabile - Conversia energiei solare în energie electrică, UT

din Cluj-Napoca, editura UT Pres, preluat de pe http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile.

7. Banu, I. V., Istrate, M., Machidon, D., Pantelimon, R. (2015), Study regarding modeling

photovoltaic arrays using test data in MATLAB/Simulink, U.P.B. Bull., Vol. 77, pp. 227-234.

8. Belhaouas, N., Ait Cheikh, M. S., Malek, A., Larbes. C. (2013), Matlab-Simulink of

photovoltaic system based on a two-diode model simulator with shaded solar cells, Revue

des Energies Renouvelables, Vol. 16, Nr. 1, pp. 65-73.

9. Bellia, H., Youcef, R., Fatima, M. (2014), A detailed modeling of photovoltaic module using

MATLAB, NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics, Vol. 3, pp. 53-61.

10. Berthod, C., Strandberg, R., Odden, J. O. (2015), Temperature coefficients of compensated

silicon solar cells – influence of ingot position and blend-in-ratio, Energy Procedia, Vol. 77,

pp. 15-20.

11. Bicer, Y., Dincer, I., Zamfirescu, C. (2016), Effects of various solar spectra on photovoltaic

cell efficiency and photonic hydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy,

Vol. 41, Nr. 19, pp. 7935-7949.

12. Bouzid, F., Machich, S. B. (2010), The effect of solar spectral irradiance and temperature

on the electrical characteristics of a ZnO-SiO2-Si (N) photovoltaic structure, Revue des

Energies Renouvelables, Vol. 13, pp 283-294.

13. Căluianu, I. (2011), Creşterea productivităţii energetice a panourilor fotovoltaice - Teză de

doctorat, UTCB, Facultatea de inginerie a instalaţiilor, București.

14. Chander, S., Purohit, A., Arvind, A. S., Nehra, S. P., Dhaka, M. S. (2015), A study on

photovoltaic parameters of mono-crystalline silicon solar cell with cell temperature, Energy

Reports, Vol. 1, pp. 104-109.

15. Chenni, R., Makhlouf, M., Kerbache, T., Bouzid, A. (2007), A detailed modeling method for

photovoltaic cells, Energy, Vol. 32, pp. 1724-1730.

16. Cîrlan., V. V. (2015), Influenţa parametrilor constructiv-funcţionali asupra eficienţei

energetice a faţadelor dublu vitrate - Teză de doctorat, Universitatea Tehnică “Gheorghe

Asachi” din Iaşi, Facultatea de Construcţii şi Instalaţii.

17. Cubas, J., Pindado, S., Manuel, C. (2014), Explicit Expressions for Solar Panel Equivalent

Circuit Parameters Based on Analytical Formulation and the Lambert W-Function,

Conference Proceedings Paper – Energies.


79

18. Dubey, S., Sarvaiya, J. N., Seshadri, B. (2013), Temperature Dependent Photovoltaic

Efficiency and Its Effect on PV Production in the World – A Review, Energy Procedia, Vol.

33, pp. 311-321.

19. Duinea, A. M. (2013), Transfer de căldură și masă – suport de curs, http://elth.ucv.ro/.

20. Elbasit, W. A., El–Maksood, A. M. A., Soliman, F. A. S. (2013), Mathematical Model for

Photovoltaic Cells, Leonardo J Sci, Vol. 12, pp. 13-28.

21. Eteiba, M. B., El Shenawy, E. T., Shazly, J. H., Hafez, A. Z. (2013), A Photovoltaic (Cell,

Module, Array) Simulation and Monitoring Model using MATLAB®/GUI Interface, I J of

Computer Applications, Vol. 69, Nr. 6, pp. 14-28.

22. Firth, S. K. (2006), Raising efficiency in photovoltaic systems: High resolution monitoring

and performance analysis - Teză de doctorat, The Institute of Energy and Sustainable

Development, De Montfort University.

23. Fontenault, B. (2012), Teză de disertație - Active Forced Convection Photovoltaic Thermal

Panel Efficiency Optimization, Rensselaer Polytechnic Institute, Hartford, CT.

24. Gagliano, A., Nocera, F., Aneli, S. (2016), Thermodynamic analysis of ventilated façades

under different wind conditions in summer period, Energy and Buildings, Vol. 122, pp. 131-

139.

25. Govindasamy, T. M., Liang, J., Yingtang, T., Petacci, L. (2003), Photovoltaic module

thermal/wind performance: Long-Term Monitoring and Model Development For Energy

Rating, NCPV and Solar Program Review Meeting, pp. 936-939.

26. Hudișteanu, S. V. (2014), Cooling of photovoltaic panels by using water film heat

exchanger, Proceedings of CE-PhD 2014, Cluj-Napoca, pp. 445-452.

27. Hudișteanu, S. V., Mateescu, T. D., Popovici, C. G. (2015a), Five parameter model of

photovoltaic panel implemented in Matlab/Simulink, The Bulletin of the Polytechnic Institute

of Jassy, Construction. Architecture Section, Tomul: LXI (LXV), Fasc. 3, pp. 93-102.

28. Hudișteanu, S. V., Mateescu, T. D., Popovici, C. G. (2015c), Comparative study of water

film heat exchangers for cooling photovoltaic panels, Bulletin of the Transilvania University

of Brasov, Vol. 8, Nr. 1, pp. 365-370.

29. Hudișteanu, S., Mateescu, T. D., Cherecheș, N.-C., Popovici, C. G. (2015e), Variația puterii

celulelor fotovoltaice în diverse condiții de temperatură și radiație solară, Volumul

Conferinței Instalații pentru construcții și confortul ambiental, Ediția XXIV, Timișoara,

România, pp. 328-335.

30. Hudișteanu, S., Mateescu, T., Cherecheș, N.-C., Popovici, C. G. (2015f), Numerical study

of air cooling photovoltaic panels using heat sinks, Revista Română de Inginerie Civilă, Vol.

6, Nr. 1, pp. 11-20.

31. Hudișteanu, S., Mateescu, T., Cherecheș, N.-C., Popovici, C. G. (2014c), Studiul

îmbunătățirii eficienței de conversie a panourilor fotovoltaice obținute prin răcirea cu aer,

Volumul Conferinței Instalații pentru construcții și confortul ambiental, Ediția XXIII,

Timișoara, România, pp. 187-196.

32. Hudișteanu, S., Mateescu, T., Cotorobai, V., Burlacu, A., Hudișteanu, I. (2014d), Numerical

study of the influence of the solar radiation on the temperature of the photovoltaic panels,

Conferința ANSYS&Flowmaster.

33. Hull, R. (1999), Properties of Crystalline Silicon, Series No 20, INSPEC, IEE, London, UK,

ISBN 0 85296 933 3.

34. Jafari, F. V., Dehghani, M., Jafari, F. J. (2011), The Effect of Temperature on Photovoltaic

Cell Efficiency, Proceedings of the 1st International Conference on ETEC, Tehran.

35. Karvinen, A., Ahlstedt, H. (2008), Comparison of turbulence models in case of

threedimensional diffuser, Open Source CFD International Conference, Berlin, Germany.

36. Koukouvaos, C., Kandris, D., Samarakou, M. (2014), Computer-Aided Modelling and

Analysis of PV Systems: A Comparative Study, The Scientific W J, Vol. 2014, 17 pages.


80

37. Machacek, J., Prochazka, Z., Drapela, J. (2009), The temperature dependant photovoltaic

modules – a long term evaluation of experimental measurements, Renewable Energy, pp.

415-446.

38. Migan, G.-A. (2013), Project Report - Study of the operating temperature of a PV module,

MVK160 Heat and Mass Transfer, Lund, Sweden, 4 pages.

39. Morgan, D., Bazilian, D., Kamalanathan, H., Prasad, D. K. (2002), Thermographic analysis

of a building integrated photovoltaic system, Renewable Energy, Vol. 26, pp. 449-461.

40. Năstase, G. (2014), Contribuții la reducerea consumului de energie prin valorificarea

superioară a aporturilor solare - Teză de doctorat, UTCB, București.

41. Neff, D. E., Meroney, N. R. (1996), Reynolds number independence of the wind tunnel

simulation of transport and dispersion about buildings, Colorado State University, 20 pages.

42. Nemati, O. (2009), Analysis of a Mechanically Ventilated Multiple-skin Facade with

Between-the-Panes Venetian Blinds - Teză de doctorat, Waterloo, Ontario, Canada.

43. Notton, G., Cristofari, C., Mattei, M., Poggi, P. (2005), Modelling of a double-glass

photovoltaic module using finite differences, Applied Thermal Engineering, Vol. 25, pp.

2854-2877.

44. Oprea, C. (2005), Radiația solară, aspecte teoretice și practice, ISBN 973 – 03915-1,

București.

45. Petreuș, D., Farcas, C., Ciocan, I. (2008), Modelling and simulation of photovoltaic cells,

ACTA Technica Napocensis - Electronics and Telecommunications, Vol. 49, pp. 42-47.

46. Poirazis, H. (2004), Double Skin Façades for Office Buildings - Literature Review, Lund

Institute of Technology, Lund University, Report EBD-R--04/3.

47. Popovici, C. G., Hudișteanu, S. V., Mateescu, T. D., Cherecheș, N.-C. (2016b), Efficiency

improvement of photovoltaic panels by using air cooled heat sinks, Energy Procedia, Vol. 85,

pp. 425-432.

48. Pukhrem, S. (2013), A photovoltaic panel model in MATLAB/Simulink, Wroclaw University

of Technology, Poland.

49. Quesada, G., Rousse, D., Dutil, Y., Badache, M., Hallé. S.(2012), A comprehensive review

of solar facades. Transparent and translucent solar facades, Renewable and Sustainable

Energy Reviews, Vol. 16, pp. 2643-2651.

50. Radu, A., Radu, V. (1981), Aerodinamica construcțiilor – Îndrumător, Institutul Politehnic

Iași, Facultatea de Construcții.

51. Richter, C., Lincot, D., Gueymard, C. (2012), Solar Energy, Editura Springer New York.

52. Saelens, D. (2002), Energy performance assessment of single storey multiple-skin facades,

Katholieke Universiteit Leuven.

53. Saelens, D., Carmeliet, J., Hens, H. (2002), Energy performance assessment of multiple skin

facades, Int. Journal of HVAC&Research, Vol. 9, Nr. 2, pp.167-186.

54. Safer, N. (2006), Modélisation des façades de type double-peau équipées de protections

solaires: Approches multi-échelles - Teză de doctorat, INSA Lyon.

55. Sheik M. (2011), Modeling and Simulation of Photovoltaic module using MATLAB/Simulink,

I J of Chemical and Environmental Engineering, Vol. 2, Nr. 5, pp. 350-355.

56. Skoplaki, E., Palyvos, J. A. (2009), On the temperature dependence of PV module electrical

performance: A review of efficiency/power correlations, Solar Energy, Vol. 83, pp. 614–624.

57. Søndena, R., Berthod, C., Odden, J. O., Søiland, A.-K., Wiig, M. S., Marstein, E. S. (2015),

Temperature dependent quantum efficiencies in multicrystalline silicon solar cells, Energy

Procedia, Vol. 77, pp. 639 – 645.

58. Spellman, F. R., Stoudt, M. L. (2013), Environmental Science: Principles and Practices,

Lanham, MD: Government Institutes Press.


81

59. Tonui, J. K., Tripanagnostopoulos, Y. (2007), Improved PV/T solar collectors with heat

extraction by forced or natural air circulation, Renewable Energy, Vol. 32, pp. 623–637.

60. Tripanagnostopoulos, Y., Nousia, T., Souliotis, M. (2007), Test results of air cooled modified

photovoltaic modules.

61. Verma, S., Verma, H. K., Mohiddin, M. K. (2013), Modeling & analysis of standalone

photovoltaic system, IJRET, Vol. 2, Nr. 11, pp. 259-265.

62. Yang, D. J., Yuan, Z. F., Lee, P., H., Yin, H. M. (2012), Simulation and experimental

validation of heat transfer in a novel hybrid solar panel, I J of H and M Transfer, Vol. 55,

pp. 1076–1082.

63. **

* Annual Conference of Advanced Building Skins, (2014), Bressanone, Italy.

64. **

* ANSYS Academic Research Release 12.0, Help system, ANSYS INC, 2014

65. **

* ASTM E-490-00a – 2014, Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral

Irradiance Tables.

66. **

* CIE, Commission Internationale d'Eclaraige.

67. **

* Commission of the European Communities (EC), 2005.

68. **

* CR 1-1-4-2012. Cod de proiectare. Evaluarea acțiunii vântului asupra construcțiilor.

69. **

* EEA Report, No 4/2016, Renewable energy in Europe 2016, Recent growth an knock-on

effects.

70. **

* EurObserv’ER (2016), Photovoltaic energy barometer.

71. **

* GFN, Global Footprint Network, Advancing the science of sustenability,

http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/.

72. **

* IEA International Energy Agency, (2015), World Energy Outlook 2015.

73. **

* MDRT, URBAN INCD INCERC, Parametri climatici necesari determinării performanței

energetice a clădirilor noi și existente, dimensionării instalațiilor de climatizare a clădirilor

și dimensionării higrotermice a elementelor de anvelopă a clădirilor, Redactarea I. Anchetă

publică și sinteza observațiilor, Contract nr. 483/2011.

74. **

* NASA, National Aeronautics and Space Administration.

75. **

* OPCOM - Operatorul Pieței de Certificate Verzi, www.opcom.com.

76. **

* Ord. ANRE nr. 15/2015, privind aprobarea Metodologiei de stabilire şi ajustare a

preţurilor pentru energia electrică şi termică produsă şi livrată din centrale de cogenerare

ce beneficiază de schema de sprijin, respectiv a bonusului de înaltă eficienţă.

77. **

* WMO, World Metrological Organization.

78. http://eur-lex.europa.eu/

79. http://www.cleantechinvestor.com

80. http://www.kyocerasolar.com/assets/001/5195.pdf

81. http://www.landes.org

82. http://www.osram.com

83. http://www.profi-solar.ro

84. http://www.pvresources.com

85. http://www.samlexsolar.com

86. http://www.s-energy.co.kr/

87. http://www.servovision.com

88. http://www.volker-quaschning.de

Teza de doctoratdoctorat.tuiasi.ro/doc/SUSTINERI_TEZE_2016/CI...2.2.7 Efectul de răcire al...

Documents

Transcript of Teza de doctoratdoctorat.tuiasi.ro/doc/SUSTINERI_TEZE_2016/CI...2.2.7 Efectul de răcire al...