Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 1/142

SOLARNI GENERATORI KAOSAMOSTALNI IZVORI ELEKTRIČNE

ENERGIJE

Predmetni profesor: Dr Željko Despotović

VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA‐VIŠER, BEOGRADSTUDIJSKI PROGRAM: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJE

SPECIALISTIČKE STUDIJEPREDMET:SPECIJALNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE

UVOD• Solarni elektri

čni generatori (SEG) su pretvara

čisunčeve energije u električnu

• Engl. Photovoltaic (PV)• Sunčeva energija je ustvari energija fotona

hv,2hv…nhv • Pretvaranje se ostvaruje pomo ću dvoslojnih

silicijumskih elemenata• Prvi sloj je izrađen od Si i ima višak elektrona (n-tip) u svojoj strukturi, dok drugi sloj (takođe od Si)

ima manjak elektrona (p-tip)

• Sloj koji ima višak elektrona se izlaže dejstvusunčevih fotona• Kvanti sunčevog zračenja predaju energiju ovim

elektronima, obezbeđ

ujući uslove za proticanjeelektrične struje

Materijali (p) i (n) tipa

(a) –materijal p tipa

(b) - materijal n tipa

Fizički odvojeni materijali (p) i (n) tipa

sloj (p) materijala sloj (n) materijala

(p)-(n) spoj i uticaj zapre č nog polja

(n) (p)

Zaprečno električno polje nastaje kao rezultat difuzije elektrona u (p) materijali šupljina u (n) materijalKada ovo polje dostigne dovoljnu vrednost proces difuzije prestajeKao rezultat se dobija “potencijalna barijera” za nosioce na samom p-n spoju

Osvetljeni (p)-(n) spoj

Da bi se dobila korisna električnasnaga na potroša ču vezanom nasolarni generator (foto diodu)potrebno je da se pri interakcijifotona iz sunčevog spektra sapoluprovodničkom strukturomodigraju tri veoma bitna procesa:

1. Energija fotona mora biti veća ili jednaka od širineenergetskog procepa (tada apsorbovani fotonipobuđuju elektrone na viši energetski nivo.Elektroniprelaze u provodnu zonu

2. Apsorpcijom fotona stvoreni par elektron-šupljina

mora biti razdvojen električnim poljem tako da seelektroni kreću ka (-)priključku a šupljine ka (+) priključku

3. Ovako dobijena (+) i (-) naelektrisanja moraju da prođu p-n spoj bezrekombinacije

PRINCIP RADA SOLARNOG

GENERATORA• U graničnom p-n sloju postoji

potencijalna razlika, odnosno

električno polje, jač ine E,usmereno ka sloju "p".• Kada se površina ploč ice "n" izloži

dejstvu sunca, fotoni izbijaju

"višak" elektrona, kojeće prihvatatisile električnog polja.• Ako je, pri tome, između krajeva

ovih ploč ica formirano spoljneelektrično kolo, kroz njega će teć ielektrična struja.

• Jač ina struje zavisi od gustinesnage zra čenja sunca i površineploč ice.

FRONTALNASTRANA

P- tip

N- tip

zadnja strana

FOTONI

RASPODELA NOSIOCA NAELEKTRISANJA FOTOĆELIJE(SOLARNOG GENERATORA)

I -Apsorpcijom fotona stvoreni par elektron-šupljina je razdvojen, tako da se elektronikreću ka (-) priključku, a šupljine ka (+) priključku-Elektroni (-) i šupljine (+) prolaze kroz barijeru P-N spoja Ez bez rekombinacijeobrazujuć i strujuI

ANALITIČKI IZRAZ ZA STRUJNO-NAPONSKUKARAKTERISTIKU SOLARNEĆELIJE

Rs – sopstveni serijski otpor Rp – sopstveni paralelni otpor Serijski otpor: otpornosti n i pslojeva i otpora elektrodaParalelni otpor: mikro defekti ineč istoća unutar solarne ćelije

TIPIČNE VREDNOSTI:

R s ≈ 0, V d ≈ U I Rp≈

GRAFIČKA INTERPRETACIJAZAVISNOSTI I= F (U)

STRUJNIIZVOR

NAPONSKI

sa promenjenimreferentnim smeromstruje

napon otvorenogkola ( zavisi odsunčevog zračenja itemperature)

struja kratkog spoja(zavisi od sunčevog

zračenja a jako malo odtemperature)

a – “tamna” karakteristikab – “svetla” karakteristika

Faktor Ispune

Kod dobrih solarnihgeneratora 0.7-0.9

I-U karakteristika solarnog generatora

Solarni generator se približnoponaša kao strujni generator:

Struja kroz spoljašnje električno kolozavisi od površinske gustine sunčevogzračenja, i ostaje ista u širokom opsegunapona spoljnog kola.

• VEOMA BITNA TAČKA na I-Vkarakteristci:

tačka maksimalne snage generisaneelektrične energije!!!!!PARAMETAR ZA OVE KRIVE

jeINTENZITET SUNČEVE

IRADIJACIJE G [W/m²]

TAČKA MAKSIMALNE SNAGE na U-I karakteristiciSOLARNOG GENRATORA

STRUJA

224Wtač kamaksimalnesnage

Tačka Maksimalne Snage – Maximum Power Point (MPP)

Un i In predstavljaju nominalni napon i struju

– vrednosti koje odgovaraju maksimumu snage –ona se odre đuje pod standardnim uslovima ispitavanja

Standardni uslovi:površinska gustina snage sun čevog zračenja 1000 W/m², referentni solarni spektar AM 1.5(ovo definiše spektralnu raspodelu zračenja koje obasjava ćeliju) i temperatura ćelije od25º)

maksimum snage

TAČKA MAKSIMALNE SNAGE

Referentni solarni spektar AM 1.5 ???

ŠTA JE SOLARNA KONSTANTA?

• Karakteristike Sunca u odnosu na prostorni položaj prema Zemlji sutakve da je raspodela zra čenja van Zemljine atmosfere skorokonstantna.

• Ovo se izražava preko karakteristike nazvane solarna konstanta.

• To je vrednost Sunčeve energije koja padne u jedinici vremena na jedinicu površine normalne na fluks zračenja u kosmičkom prostoruna srednjem rastojanju Zemlja-Sunce.

• Merenjem je ustanovljena vrednost SK=1353 W/m².

• Sunčeva konstanta je brojno jednaka površini ∆P obuhvaćenoj krivomspektralne raspodele Sun čevog zračenja.

Temperaturni uticaj na I-U karakteristiku

solarnog generatora•Temperatura na površini solarnih

panela značajno uti

če na napon“praznog hoda”, dok je uticaj na

struju “kratkog spoja” značajnomanji

•Sa porastom temperature opadasnaga koju solarni generatormože ostvariti

U realnom slučaju radnetemperature se kre ću od 60-80°C

PARAMETAR TEMPERATURA Kako izgledaju karakteristike usledzajedničkog uticaja temperature iiradijacije ???

TIPIČNA KARAKTERISTIKASOLARNOG GENERATORA –

UTICAJ TEMPERATURE iIRADIJACIJE

Uticaj temperaturena napon otvorenog kola

Uticaj temperaturena struju kratkog spoja

NAJVEĆ

I UTICAJ NA STRUJUGENERATORA IMA INTENZITETSUNČEVOG ZRAČENJA (W/m²)

STEPEN ISKORIŠĆENJA SOLARNOG PANELA

površinska gustina sunčevog zračenja

površina solarnog generatora

FAKTOR ISPUNE

Kod dobrih solarnihgeneratora F= 0.7-0.9Vrednosti stepena iskorišćenja (odnos

energije pretvorene u električnu i ukupnesunčeve energije koja padne na solarnućeliju), za različ ite tipove solarnih ćelija:

- monokristalne od 12% do 15%,- polikristalne do 14%,- multikristalne od 11% do 14%,- amorfne od 6% do 7%

SPREZANJE SOLARNIH GENERATORA

• U cilju dobijanja već ih izlaznih snaga

solarni generatori (solarne ćelije) se mogupovezati redno, paralelno i kombinovano• Rednom vezom se ostvaruje pove ćanje

izlaznog napona pri istoj struji• Paralelnom vezom se ostvaruje pove ćanje

izlazne struje• Kombinovanom vezom se dobija

povećanje i struje i napona

REDNA I PARALELNA VEZA FOTOĆELIJA

Za razliku od jač ine struje,potencijalna razlika između

pločica ne zavisi od površineploč ice.

• Za dobijanje određenognapona potrebno je povezatiodgovarajuć i broj ploč ica nared.

• Za dobijanje određene strujepotrebno je određen brojploč ica određene površinepovezati paralelno.

REDNAVEZA

PARALELNAVEZA

PROBLEMI KOD SPREZANJA SOLARNIHĆELIJA

• Kada su spregnute solarne ćelije istih, odnosno identičnihI-U karakteristika nema problema

• Problem nastaje kada, na primer kod redne veze dve istesolarne ćelije, jedna od njih bude osvetljena solarnimradijacijama manjeg intenziteta, ili se nađe u senci

• Tada zbog nelinearne prirode I-U karakteristika solarnihćelija, u uslovima kratkog spoja na izlaznim krajevima, krozosen čenu solarnu ćeliju teče veća struja, od one koju možeda generiše

• Iz tog razloga ova ćelija postaje inverzno polarisana, više neradi kao generator, ve ć se ponaša kao potroša č

• Celokupna energija koju pri tome generiše osvetljenasolarna ćelija se troši na ovoj osenčenoj.

• Zbog disipacije energije na njoj, ovaćelija će se zagrevati,postaje “vruća tačka” , što može dovesti do njenogoštećenja.

-solarna ćelija I radi u režimugeneratora-solarna ćelija II radi u režimuprijemnika i na njoj se disipira

značajna energija

solarnaćelija I

solarnaćelija II

ILUSTRACIJA PROBLEMA NEJEDNAKIH KARAKTERISTIKA REDNOVEZANIH SOLARNIH GENERATORA

KAKO REŠITI OVAJ PROBLEM?

Parelelno svakoj solarnoj ć eliji se dodaju paralelne (by-pass) obi č ne diode , koje su prinormalnom radu inverzno polarisane. Kada neka od solarnihćelija uđe u senku ili jojvremenom oslabe karakteristike, tada zbog pojave negativnog inverznog napona na njenimkrajevima, provede by-pass dioda i kroz nu teče struja redne veze (ozna čena crvenomputanjom). Ovim je izbegnuta disipacija snage u osenčenoj ćeliji, odnosno izvršena jeminimizacija gubitaka)

normalan rad pojava senke

ZAŠTITNE DIODE KOD REDNO-PARALELNE SPREGE

Redne diode (diode za blokiranje odnosno izolacione diode) između paralelno vezanih granaizoluju međusobni uticaj u slučaju oštećenja jedne od solarnih ćelija u nizu. Takođe u uslovima

kada slarn generator ne generiše napon (no ću) blokirajuće odnosno izolacione diode postajuInverzno polarisane i spečavaju tok struje od baterije ka solarnom generatoru.

Zener dioda ZD služi za zaštitu od prekomernog porasta napona koji generišeredno-paralelna grupa.Zener dioda ograničava izlazni napon na Vz.Šta će se desiti ako greškom promenimo polaritet napona na (+) i (-) krajevimasolarnog generatora ?

NIJE KOREKTNO REŠENJE!!!!!!

ZAŠTO???

Redna dioda D služi kao zaštita od obrnutog polariteta akumulatorske baterijeu odnosu na priključne krajeve solarnog generatora. Takođe, u noćnim uslovimablokira tok energije od baterije ka solarnim generatorima.MANA:U normalnom režimu kada generator puni bateriju dioda pravi dodatnipad napona ( ≈ 1V)

FAKTORI KOJI OGRANIČAVAJU EFIKASNOST

FAKTORI KOJI OGRANIČAVAJU EFIKASNOSTSOLARNEĆELIJE

• Približna teoretska efikasnost solarne ćelije je oko 25%• U realnom slučaju je ona i manja i iznosi oko 16%• Efikasnost zavisi od tipa (monokristalni, polikristalni, amorfni,…)

• Efikasnost solarnih ćelija je dosta niska• CILJ: Maksimizirati efokasnost solarnećelije pri konverziji sunčeve

energije u električnu• Koji su to glavni faktori koji ograničavaju efikasnost solarnih ćelija• OČ IGLEDNOST: Gubici (spoljašnji i unutrašnji) koji se javljaju pri

njenom radu• Na spoljašnje gubitke se može uticati (minimizirati i kontrolisati)

• Na unutrašnje gubitke se ne može uticati i oni su neizbežni:-IR gubici (u ifracrvenoj oblasti)-gubitak viška energije za visokoenergetske fotone-gubici zbog faktora napona

-gubici usled faktora ispune

GUBICI U INFRACRVENOJ OBLASTI

• Solarna ćelija je jedan kvantni generator • Fotoni svetlosti talasnih dužina već ih od

granične talasne dužine λg ne mogugenerisati parove elektron-šupljina, ne moguse apsorbovati, ve ć se disipiraju u vidutoplote

λ g =hc/E g

Eg- širina zabranjene zoneh- Plankova konstanta 6.62·10-34

C-brzina svetlosti 3·108 m/s

granična talasna dužina = talasna dužina zabranjene zone

Za silicijum jeλg=1100nmtako da se za talasne dužineveće od λg izgubi oko 25%od solarnog spektra AM 1.5

Gubitak : 25%

GUBICI USLED VIŠKA ENERGIJE ZA

GUBICI USLED VIŠKA ENERGIJE ZAVISOKOENERGETSKE FOTONE

• Za sve apsorbovane fotone talasnih dužinamanjih od granične, višak energije hc/ λ g – E g

se gubi u toplotu (svi elektroni prevedeni izvalentne zone u provodnu usled apsorpcije

forona) teže da se “termalizuju” ka donjoj iviciprovodne zone č ija je energija Ec.

• Ovo doprinosi još dodatnih 35% gubitaka usilicijumu pri AM 1.5 solarnim radijacijama

GUBICI USLED FAKTORA NAPONA

• Zbog termodinamičkih uticaja u solarnoj

ćeliji napon praznog hoda Uo ne moženikada dostić i vrednost širine zabranjenezone Eg/e (e- naelektrisanje elektrona1.602·10-19 C)

• Za silicijum gornja granica za Uo=0.8V.

• Ovo dovodi do 12% dodatnih gubitaka

GUBICI USLED FAKTORA ISPUNE (faktor

I-U krive)• Za idealnu solarnu ćeliju postoje unutrašnji

termodinamički gubici, kada semaksimalna energija razvija iz nje• Za silicijum je idealna vrednost F=0.9, što

se ispoljava u gubitku od 3%• Ukupan zbir prethodno navedenih

gubitaka 25%+35%+12%+3%• EIKASNOST je dakle jednaka približno

ODRE ĐIVANJE PARAMETARA SOLARNOG

ELEKTRIČ

NOG GENERATORA• Prema datoj šemi pri

promeni opterećenja,

mere se struja i naponi pri tome se snimajustrujno-aponskekarakteristike I-V

• Na osnovu njih seodređuju parametrisolarnog električnoggeneratora:

-maksimalna snaga-unutrašnja otpornost - faktor ispune krive F

U(V) I(A) T(ºC) IR (W/m²)U1 I1 T1 IR1U2 I2 T2 IR2….. …. …. ….

• Na osnovu izmerenih vrednosti struje i napona priiradijaciji kao parametru crtaju se I-U karakteristike

• Crtanjem hiperbole snage U ·I= const moguće je odreditimaksimalnu snagu

ODREĐIVANJE FAKTORA OBLIKA F

ODRE ĐIVANJE FAKTORA OBLIKA F

Faktor oblika (faktor ispune) se dobija iz odnosa maksimalne snage iproizvoda struje kratkog spoja i napona praznog hoda

/m m o SC U I U I

ODREĐIVANJE UNUTRAŠNJE

ODRE ĐIVANJE UNUTRAŠNJEOTPORNOSTI

• Određ ivanje unutrašnje redne otpornosti solarnog generatorase ostvaruje na osnovu dve dobijene I-U krive (za dvevrednosti iradijacije)

NAČINI KORIŠĆENJA SOLARNOG

GENERATORA• Kao samostalni izvor (OFF-GRID sistemi)

• Kao izvora električne energije koja sepredaje mreži (ON-GRID sistemi)

• U oba slučaja je cilj dobiti maksimalnusnagu

• Koncept praćenja tačke maksimalnesnage ( Maximum Power Point Tracking-MPPT )

OFF GRID sistemi

Jednosmerniprijemnici

Naizmeničniprijemnici

INVERTOR(DC/AC

Pretvarač)

PV panel

KontrolisanoPunjenje+MPPT algoritam

BATERIJSKA“BANKA”

-Samostalni sistemi-Autonomni-Odvojeni od mreže (OFF GRID)

ON-GRID sistemi

-Konvertuju solarnu energiju u naizmeničnu-Veoma bitna komponenta invertor (DC/AC pretvarač)-Problem sinhronizacija sa mrežom-Merenje isporučene snage mreži

Kombinacija ON-GRID i OFF-GRID

Kombinacija ON GRID i OFF GRIDsistema

-Deo konvertovane sunčeve energije se isporu č ije u mrežu a deose koristi za napajanje potrošnje

-Ukupna energija koju daje solarnigenerator W1+W2

POVEĆANJE EFIKASNOSTI SOLARNIH

GENERATORA• Koncept stalnog praćenja radne ta čke maksimuma snage

(MPPT-Maximum Power Point Tracking);

• Energetskim pretvaračem se na izlazu iz solarnog panelastalno održava maksimalna snaga koju on može da daje(sa promenom sun čevog zračenja menja se vrednost ovesnage, ali i napon pri kome se maksimum snage dostiže)

• Dodatno se efikasnost može pove ćati (do 20%) ipraćenjem putanje sunca odnosno traga čem putanjesunca (zakretanjem panela)

KRITERIJUM STABILNOG RADA SOLARNOG

ELEKTRIČNOG GENERATORA• U opsegu 0-1 regulator radi pri

naponima manjim od ulaznogminimalnog napona sistema prateć iotpornu pravu potrošača

• U tački 1 naponski regulator(održavakonstantni napon) počinje da sledi

krivu konstantne snage 1-C• Tačka A je stabilna tačka, tačka 1 je

nestabilna (rad u njoj inverzno polariše

solarni generator). To znač i da sesolarni generator ponaša kaopotrošač .

• Uslov stabilnosti:

• Rad sistema nestabilan u ta čki B• Rad sistema stabilan u ta čki C• Kada je potrošač č isto otporan (videti

slajd 9), odnosno kada je karakteristikapotrošača u U-I sistemu prava linija,sve radne ta čke su stabilne

p g dP dP

Tipičan izgled U-I karakteristika ikarakteristika snage za jedan solarnigenerator (solarni panel), za tri dnevnaintervala vremena

(A) -podne(B)- posle podne(C) - veče

Uoč iti kretanje tačke maksimalne snage!!

DVA OSNOVNA PRISTUPA TRAGAČA

MAKSIMALNE SNAGE (MPPT-Maximum PowerPoint Tracking)

• Postupak određ ivanja početkanaponskog kolapsa• Postupak komparatora dinamičke

impedanse

MPPT-POSTUPAK ODRE ĐIVANJA NAPONSKOG

KOLAPSA• “PERTURB and OBSERVE” metod• Osnovna postavka u realizaciji ovog algoritma je održavanje uslova

rada sistema u blizini tačke maksimalne snage (jednostavan metod)

• Ovaj način je namenjen onim sistemima gde snage mogu da semenjaju tako da se snage potroša ča prilagođavaju trenutnim

vrednostima snage koju solarni generator može da ostvari• Sistem radi u kontinualnom režimu a funkcija “traganja” se

uspostavlja od momenta nastupanja pojave naponskog “kolapsa”• Na primer ako dolazi do porasta napona solarnog generatora i akodolazi do porasta njegove izlazne snage MPPT regulator pove ćavanapon sve dok izlazna snaga ne po č inje da opada. Kada se ovo desi

napon regulatora se smanjuje da bi se radna ta čka vratila navrednost maksimalne izlazne snage.• Proces se nastavlja dok se ne dobije MAX snaga• Izlaz osciluje oko maksimalne vrednosti dok se na postigne

stabilizacija (mana)

MPPT METOD: ALGORITAM “PERTURB and OBSERVE”

Porast radnognapona

Opadanje radnognapona

Pk - trenutna vrednost snage

Pk-1 – prethodno dobijena vrednost snage

Pk > Pk-1

ALGORITAM ODRE ĐIVANJA “NAPONSKOG” KOLAPSA

MPPT ZASNOVAN NA POSTUPKU

MPPT ZASNOVAN NA POSTUPKUKOMPARATORA DINAMIČKE IMPEDANSE

• Ovaj postupak se bazira naanalizi položaja tačkemaksimalne snage na I-Ukarakteristici solarnoggeneratora

• Tačka maksimalne snage može

da se odredi na dva načina

-u preseku stati č ke otporne pravenagibnog ugla α i I-U krive-R m =tg α je dinami č ka impedansau tač ki maksimalne snage(apsolutna vrednost)

Određ ivanje MPPT otporom pravom ihiperbolom konstantne snage

m R tg

Jedna č inu je moguće napisati u inverznom oblikuU dU I dI

Apsolutna razika između ove dve velič ine može da se predstavi u obliku:

Ako se izabere:

SIGNAL GREŠKE JE ZAVISAN OD NAIZMENIČ

NE (AC) KOMPONENTE IOD JEDNOSMERNE (DC) KOMPONENTE STRUJE SOLARNOG GENERATORA

I dI I dI U dU

1 1,dI I

K K const dU U

2 2,dU K U K const

dI I K

1 2C dI C I

dI/dU= - I/U? dI=0?

dI/dU> - I/U? dI>0?

porastnapona

POVRATAK

opadanjenapona

ALGORITAM KOMPARACIJE DINAMIČKE IMPEDANSE

TIPIČNE ELEKTRIČNE

TIPI NE ELEKTRI NEŠEME MPPTREGULATORA

-Merene velič ine koje ulaze u mikrokontroler: struja solarnog generatora, naponsolarnog generatora i napon baterije-Prekidačko kolo (switch-mode) za punjenje baterije-Kada je prekidač Q-ON struja i1 iz solarnog generatora protiče kroz L1, puni C2 alii bateriju-Kada je prekidač Q-OFF nagomilana energija u L1 napaja bateriju preko diode D2(struja i2)

Tipič na šema za napajanje solarne LED rasvete

Solarni kontroler ima ugrađ

en MPPT algoritami on napaja bateriju.

LED rasveta se napaja iz baterije posredstvom posebnog regulatora napona (struje)tzv. LED kontrolera.LED kontroler obezbeđuje stabilizaciju napona i struje LED svetiljke

TIPIČNA ŠEMA SOLARNOG KONTROLERA SA MPPT

sklop za MPPT

Elektronsko kolo koje “radi“ MPPT

Tokom svakog ciklusa je prisutna strujna rampa (Q1-ON). Kada se prekorač i vršna snaganapon na panelu pada (napon na razdelniku R30, R31) i koparira se sa 3.3V – 0.7V = 2.6V nabazi Q1. Kada napon opadne ispod 2.6V , Q1 se uključuje i pad napona na R16 uključuje Q2 iprazni C22 (limit set node). Ova dva limita se podešavaju sa R24 i R16 , pod pretpostavkom

da je otpor uključenosti (on resistance) << R16IIR24. Ako se ne zahteva gornji limit R16 sespaja na masu (GND).

Karakteristika panela i kontrolera pri omskom opterećenju

GREŠKA 5%

KAKVA JE REAKCIJAKONTROLERA NAEFEKAT SENKE?

KOLIKI JE DOBITAKKORIŠĆNJEM MPPT

ALGORIT(A)MA??

DOBITAK KORIŠĆENJEM MPPT ALGORITMA

i z l a z n a s n a g a

PV izlazni napon

MPPT SAMPPT

NISKA IRADIJACIJA,VISOKA TEMPERATURA

VISOKA IRADIJACIJA,VISOKA TEMPERATURA

NISKA IRADIJACIJA,NISKA TEMPERATURA

VISOKA IRADIJACIJA,NISKA TEMPERATURA

NORMALNI REŽIM

MPPT režim

Dobitak je u najboljem slučaju 50%, u najgorem slučaju 20%

REALNI DOBITAK OKO 30%!!!!!!!

A ŠTA KAŽE EKSPERIMENT?

• MPPT algoritam se primenjuje u kontrolisanim

MPPT algoritam se primenjuje u kontrolisanim

punjač ima baterijske banke solarnog sistema• Za njegovu realizaciju je potrebno merenje struje

i napona kojim se napaja baterija ili potrošač , ali istruje i napona koje generiše solarni generator

• Dakle radi se o algoritmu koji se realizuje

merenjem električnih veli

čina• Izlaz je takođe električna velič ina (upravljački

napon DC-DC pretvarača)

• ŠTA SE JOŠ MOŽE UČINITI PO PITANJUEFIKASNOSTI SOLARNOG SISTEMA??

PRAĆENJE SUNCA???? +MPPT algoritam

+iradijacija

“ tama“

zakretanje panela

-SERVO POGON po azimutu i (ili) elevaciji+senzor iradijacije(tačnije pozicioniranje, alimanje efikasno rešenje )-OBIČ AN POGON + sinhronizacija sa geografskom širinom i dužinom(manje tačnosti pozicioniranja aliefikasnije rešenje) ?

MPPT algoritam

stepeninsolacije

•Prednosti koje se postižu praćenjem položaja Sunca sveviše postaju aktuelne!!

•Umesto fiksnih sve više koriste manje solarne jedince odna primer 4 - 6 panela bilo sa sopstvenim pogonom,prenosnim sistemima koji pomeraju nekoliko nezavisnih

jedinica ili se za pogon koristi nezavisno robotizovanovozilo.•Postoje takođe i podele koje uzimaju u obzir masupokretnih olarnih sistema, kinematiku pogonskih sistema(kinematsku strukturu), vrste pogona (elektromotorni: AC,DC, koračni; hidraulični; pneumatski) .

NAČ INI PRAĆENJA PUTANJE SUNCA :-AKTIVNI -PASIVNI - HRONOLOŠKI

AKTIVNO PRAĆENJE SUNCA

• Kod aktivnog praćenja, položaj Sunca na nebutokom dana se prati kontinualno pomoćuodgovarajuć ih senzora.

• Takav senzor aktivira aktuator (motor) solarnogsistema u trenutku kada izmerena velič inaizađe izvan okvirnih (podešenih) vrednosti iuvodi solani sistem u novi maksimum, tj.podešava solarni panel u vertikalu na sun čevezrake.

• Ovaj nač in je pouzdan izuzev za vreme visokeoblačnosti ili na neki drugi nač in izazvanesenke.

PASIVNO PRAĆENJE SUNCA• Pasivno praćenje se zasniva na postojanju odre đene potencijalne

• Pasivno praćenje se zasniva na postojanju odre đene potencijalnerazlike koja se meri u krajnjim tačkama panela.

• Zbog postojanja nagiba u odnosu na zrake jedna ta čka može bitiviše zagrejana u odnosu na drugu, tako da se korigovanjempoložaja solarnog panela ta razlika poništava.

Linearni režim tranzistora T1!!!

VARIJANTA PRAĆENJA SUNCA KORIŠČENJEM TRANZISTORSKESPREGE “EMITER FOLOWER”(izlazni tranzistori u linearnom režimu)

PRAĆENJE SUNCA SA DRAJVERSKIM TRANZISTORSKIMMOSTOM POGONA PANELA PO JEDNOJ OSI

SOFISTICIRANI SISTEM ZA PRAĆENJE SUNCA

HRONOLOŠKO PRAĆENJE SUNCA• Hronološko praćenje zasniva se

• Hronološko praćenje zasniva sena prirodnom opažanju položajaSunca za dato podru č je i dativremenski period tokom godine.

• To praktično znač i da se zaodređene geografske koordinate iodređeni vremenski period možeprogramski odrediti položaj Suncatokom obdanice i da se u skladusa programom može upravljatipoložajem solarnog panela tokom

dana, tokom perioda korišćenjaSolarnog generatora.

• Ovakav nač in pozicioniranja nezavisi od oblačnosti jer se znapoložaj Sunca u svakom trenutku.

• Jedino o čemu treba da se vodiračuna je orjentacija lokalnogkoordinatnog sistema Solarnogpanela u odnosu na globalnisistem (Zemlje) kao i eventualnokorišćenje u brdovitim predelima.

Sistem praćenjaputanje sunca

Kretanje Sunca, od izlaska do zalaska, za Beograd za dan 22. maj 2013.Za svaku geografsku lokaciju i za svaki vremenski period se može programiratipoložaj solarnog panela, tj. optimizovati njegov položaj.

Analizom dijagrama uočava se da se tokom obdanice od 05:00 do 20:15 Sunce kre ćepo azimutu između 55° i 297°dok se po elevaciji taj ugao kreće između -2°do max 65°

DOBITAK U EFIKASNOSTI

• Pod pretpostavkom da se pogoni uključuju na svakih 15minuta (zašto na 15 min? ) to bi na početku i na kraju dana

imali pomeranja oko 2° - 3°, a sredinom dana 5° - 8° poazimutu, dok bi po elevaciji skokovi bili umereniji od 1° - 2°.• Da bi se ovo ostvarilo obično se koriste dva nezavisna

stepena slobode kretanja – dva aktuatora.• Solarni sistemi sa jednim fiksnim i jednim pokretnim

sistemom obezbe đuju povećanje iskorišćenja između 27 i32% dok sistemi sa oba pokretna sistema pove ćavajuproizvodnju energije između 35 i 40%.

• ŠTA KAŽE EKSPERIMENT??????

TIPIČAN PRIKAZ DOBITKA POTPUNOG PRAĆENJA(za grad Scramento, USA)

potpuno pra ć enje fiksiran panel sa stalnim nagibom

MESEČNO: Izlazna snaga 1kW AC

PUNJENJE BAZENA (TANKA) SAVODOM POSREDSTVOM VODENEPUMPE KOJA SE NAPAJA SA

SOLARNIM GENERATOROMOvaj sistem je namenjen obezbe đenjupijaće vode ili vode za navodnjavanje(“kap po kap”) u zabačenim i ruralnimOblastima.Solarni generator je direktno vezan zaDC potapajuću pumpu, koju pogoni uperiodima sunčanih sati.

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI:-solarni generator 360Wp-pumpa 200W DC-dubina bunara h≈5m-dotok vode 50-120 l/min

Dotok vode oko 100l/min, u podne vedrog letnjeg dana ili 39m³/dan pri insolaciji 6kWh/m²/dan

SOLARANI SISTEMI ZA NAVODNJAVANJE (IRIGACIJU)

•Ovi sistemi su primenljivi za navodnjavanje malih poljoprivrednih površina lociranihblizu reka.•DC uranjajuća pumpa se pogoni preko direktne sprege sa solarnim generatorom.•Sistem se lako montira

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI:-solarni generator 1.5-2kWp-pumpe 500-750W DC-visina pumpanja h≈15m-dotok vode 90 l/min (ili 45m³/dan pri 6kWh/m² dnevne insolacije)

SISTEM NAVODNJAVANJA“KAP PO KAP” SA DIREKTNOMSPREGOM MOTORA PUMPEI SOLARNIH PANELA(jednostavno rešenje)Pumpa sa DC motorom je skuplja od onekoju pogoni AC motor

REŠENJE SA AC MOTOROMPUMPENEOPHODAN JE AC/DC PRETVARAČ(INVERTOR) ZA KONVERZIJUJEDNOSMERNOG NAPONA SA PANELA UNAIZMENIČNI NAPON MOTORA

SOLARNI PUMPNI SISTEM ZA DUBOKE BUNARE

Sistem obezbe đuje pijaću vodu u već im količ inama preko AC pumpe uronjene ubunar dubine do 30m. U sastavu sistema je DC/AC pretvarač (invertor) koji pretvara

jednosmernu struju dobijenu iz PV panela u naizmeničnu. Sistem je namenjen

zabačenim mestima koja su udaljena od distributivne energetske mreže. Sistem jebez akumulatorskih baterija

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI:-solarni generator 3.5kWp-pumpa 2.2kW AC-dubina bunara h≈30-50m-dotok vode 120 l/min(ili 80m³/dan pri 6kWh/m² dnevne insolacije)

SOLARNI SISTEM ZA POJENJE STOKE-nepristupačne ruralne oblasti-nedostatak vode-solarni sistem obezbeđuje vodu u bazenima za pojenje stoke

-u toku dana se pune bazeni pumpnim sistemom a prazne pred veče-voda za pojenje naroč ito potrebna pred veče

OSVETLJENJE VIKENDICE

Sistem je autonoman

sastavljen od solarnoggeneratora iakumulatorske baterijenamenjen

unutrašnjem osvetljenjuvikendice

U toku sunčanog danasolarni generator punielektričnom energijomakumulator, koji prekonoć i napaja svetlosnelampe

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI:-fluo lampe 3x20W-autonomija 5h/dan-solarni panel 150Wp-regulator napona baterije

-invertor -baterija 12VDC, 120Ah

SOLARNA RASVETA – napajanje LED svetiljki

-Konverzija solarne (svetlosne ) energije u svetlosnu-Konverzija se ostvaruje posredstvom akumulatorske baterije (veoma bitan

elemenat sistema)-Tokom dana se vrši kontrolisano punjenje baterije-Tokom noć i se koristi nagomilana energija u bateriji za napajanje LED rasvete-Potreban dodatni pretvarač za stabilizaciju napona i struj LED svetiljke-Težnja je ostvariti maksimalne performanse LED osvetljenja (zato je potrebnastabilizacija)

PV panelkontroler punjenjenja

baterija

stabilizacijastruje inaponaDC/DC

TIPIČAN IZGLED I DISPOZICIJARASVETNOG STUBA SA LEDSVETILJKOM I PRIPADAJUĆOMOPREMOM

TIPIČNI TEHNIČKI PODACI:LED svetiljka 72W, 90ln/W5000 radnih sati sijanja

SOLARNI PANEL: 280W (mono ilipolikristal), životni vek oko 25 godina

NAPOJNI BLOK:Kontroler 24V/10A (inteligentni sa uP)

BATERIJA:24V/200Ah, GEL, životni vek oko

7 godinaSTUB: 8-10m, otporan na spoljašnjeuticaje

AUTONOMIJA: 8-10h/dan u vremenuod 5-7 dana

NEKI IZGLEDI SOLARNE RASVETE

ELEKTRIFIKACIJA MALIH SELAFOTONAPONSKIM SISTEMOM

-Sistem je primenljiv zaelektrifikaciju malih zabačenih selasa približno 10-20 kuća-Najčeš će je distributivna električnamreža jednosmerna-Obavezna je konfiguracijaPV paneli-regulator-akumulatorskabaterija

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI SISTEMA:

1.Potroša č i-fluorescentne lampe 10kom x 20W (5h rada dnevno)

-spoljašnje osvetljenje 3 kom x 20W ( 8h rada dnevno)-TV prijemnik 1 kom x 200W

2. Solarni generator 800Wp3.Regulator napona4.Akumulatorska baterija 24VDC, 200Ah,

FOTONAPONSKA ENERGETSKA INSTALACIJA AMBULANTEOvaj sistem je pogodan za ambulante u udaljenim mestima. Namenjen je napajanjuelektričnom energijom sledeć ih potrošača: svetilje, frižider, komunikacioni sistem,pumpa za vodu, električni grejač , aparat za sterilizaciju, TV aparat....

KOMPONENTE SISTEMA:1. Solarni generator 1.5kWp2. Akumulator 100Ah/200V3. Invertor DC/AC, 2.2kVA, 220V,50Hz

4. POTROŠAČ I-Fluorescentne lampe 2x40W (5h rada dnevno)-Frižider, 1kom.(24h rada dnevno)-Bežični telefon, 1kom.(1h rada dnevno)-Električni grejač , 1kom. (2h rada dnevno)-Pumpa, 2kom. (2h rada dnevno)

-Aparat za sterilizaciju,1 kom. (8h rada dnevno)-TV 1kom. (3h rada dnevno)

TIPIČNE VREDNOSTI KOMPONENTI SISTEMA ZASOLARNO AUTONOMNO NAPAJANJE VEĆEG SELA

• Solarna elektrana 30kWp• Akumulatorska baterija 200VDC, 1600Ah

• Invertor 32kVA, 220V, 50Hz• Velič ina sela (100-200 domać instava, institucije:opština,škola, ambulanta..)

• Tipični potrošač i-fluo rasveta 200x40W (5h rada dnevno)-TV i video, 10kom., 3h rada dnevno)-Frižider, 3kom., (24h rada dnevno)-Sušionica, 6 kom. (5h rada dnevno)

-Pumpa za vodu bez baterije 1kom.-Bežični telefon, grejač , sistem ozvučenja 500W (2h radadnevno)

SOLARNE ELEKTRANE SNAGE do 1MW

-Najveća solarna elektrana u Srbiji se nalazi u kuršumlijskom seluMerdare.-U sklopu postrojenja se nalazi 8.500 panoa na površini od četirihektara-Elektrana proizvodi od 500 do 900 kWh električne energije, a njenMAX kapacite je 2MW.

NAJVEĆE SOLARNE ELEKTRANE USVETU

• Aqua Caliente Solar Project-USA, 250MWp

• Charanaka Solar Park-India, 221MW• Golmud Solar Park-China, 200MW• Templin Solar Park-Germany,128MW

Aqua Caliente Solar Project-USA, 250MWp

Charanaka Solar Park-India, 221MW

Golmud Solar Park-China, 200MW

•Templin Solar Park-Germany,128MW

NEKI OSNOVNI TEHNIČKI PRORAČUNI USOLARNIM ELEKTRIČNIM SISTEMIMA

PRORAČUN POVRŠINE SOLARNIHMODULA I KAPACITETA BATERIJE

• Osnovni podatak za proračun su prose čnednevne vrednostima insolacija pomesecima

• Drugi važan podatak je srednja dnevnavrednost insolacije u godini (ova vrednostse dobije ako se ukupna vrednost godišnjeinsolacije koja padne na površinu panela utoku godine, podeli sa brojem dana ugodini)

SREDNJA DNEVNA VREDNOST INSOLACIJE U GODINIUKUPNA VREDNOSTGODIŠNJE INSOLACIJE

N H H T TG BROJ DANA U

GODINI

2/][ mkWh H TG

TRENUTNA VREDNOST SOLARNE RADIJACIJE KOJAPADA NA POVRŠINU PANELA

2/][ mW I T

ELEKTRIČNA SNAGA PROIZVEDENA SOLARNIMGENERATOROM (SOLARNIM PANELOM)

IAP ][W

T E I A P ][W

m APOVRŠINA PANELA

]/[ 2mW I T TRENUTNA VREDNOST SOLARNIHIRADIJACIJA KOJE PADAJU NA PANEL

SOLARNA TRANSMITANSA

EFIKASNOST PANELA

SREDNJA DNEVNA ILI MESEČNA ENERGIJA KOJUPROIZVODI SOLARNI GENERATOR (SOLARNI PANEL)

TE IAP

T E I A P

dt I N A E T

dt I A N dt P N E T E

(INTEGRACIJA TRENUTNE SNAGE PREKO CELOG MESECA PODELJENASA N-BROJEM DANA U MESECU )

T H A E

SREDNJAMESEČNAINSOLACIJA

VRŠNA VREDNOST STRUJE SOLARNOG GENERATORA

TG p h I

Ah L ][ AMPER-Č ASOVI KOJE POTROŠAČ APSORBUJE U TOKU JEDNOG DANA

][ BROJ SATI SIJANJA SUNCA PRI

USLOVU AM.1 (kada je srednja vrednostradijacije 1000W/m²)

VRŠNA VREDNOST SNAGE SOLARNOG GENERATORA

U I W P p p ][ NAPONSOLARNOGGENERATORA

POTREBNA VREDNOST POVRŠINE SOLARNOGGENERATORA (SOLARNOG PANELA) KOJA BIZADOVOLJILA USLOV VRŠNE SNAGE

21000mW

p VREDNOST PROSEČNE EFIKASNOSTIODNOSNO STEPENA KORISNOG DEJSTVASOLARNOG GENERATORA (PANELA)ZA ODRE ĐENI MESEC SA NAJNIŽOMDNEVNOM INSOLACIJOM(UKLJUČUJUĆ I I STEPEN ISKORIŠĆENJADC/DC KONVERTORA)

VREDNOST KAPACITETA AKUMULATORSKE BATERIJE

STBCLTBCC

d STBC LTBC C

95.0 LTBC TZV. DUGO VREMENSKI KAPACITET BATERIJE

VREDNOST ENERGIJE KOJA SE ZA VREME LETNJEGPERIODA AKUMULIRA U BATERIJAMA , A ZA VREMEZIMSKOG PERIODA ZA NAPAJANJE POTROŠAČ A

STBC TZV. KRATKO VREMENSKI KAPACITET BATERIJEVREDNOST ENERGIJE JEDNAKA PROIZVODU IZBROJA OBLAČNIH DANA U NIZU U TOKU GODINEKOJI JE VEROVATAN DAĆE SE DOGODITI I POTREBNEDNEVNE ENERGIJE

d DUBINA PRAŽNJENJA BATERIJE

KOEFICIJENT 0.95 – (BATERIJA SE NE PUNI 100% VEĆ 5% ISPODGASNE TAČKE)

TEMPERATURA FOTOĆELIJE

NOCT STC T TT T

0.8cell STC T T T T

NOCT - Nominal Operating Cell Temperature

STC - Standard Test Condition

NOCT T - nominalna radna temperatura fotoćelije

020STC T C - stanardni test uslovi

[1 ( )] DC DCnom T cell P P k T T JEDNOSMERNA (DC) SNAGA FOTOĆELIJE

00.5% /T k C temperaturni koeficijent snage

1 2 3 AC DC P P

IZLAZNA SNAGA INVERTORA

- NEUSKLA ĐENOST

- ZAPRLJANOST

- KONVERZIJA

1 2 3[1 ( )] AC DCnom T cell P P k T T

KATALOŠKI PODACI ZANEKE TIPOVE SOLARNIH PANELA

NEKE TIPOVE SOLARNIH PANELA

• PRIMERI PRORAČUNA POJEDINIHSOLARNIH ELEKTRIČNIH SISTEMA(SES)

-PRIMER 1 (dimenzionisanje solarnog sistema napajanjavikendice )-PRIMER 2 (dimenzionisanje solarnog pumpnog

sistema)-PRIMER 3 (dileme oko akumulatorske bate rije)

PRIMER 1 (dimenzionisanje solarnog sistema vikendice )• Fotonaponski sistem treba da napaja potrošač e u vikendici.

Potrošači se uklju

čuju vikendom a vrednost elektri

čne energijekoju tada troše je približno jednaka tokom cele godine. Solarni

j j p j gelektrič ni generator tokom nedelje puni akumulatorsku bateriju.

• Raspodela potrošač a po parametrima potrošnje je data u Tabeli I.

Tabela I

Solarni paneli su postavljeni pod uglom 44.75º. Vrednost proseč nih

dnevnih insolacija po mesecima na kosoj površi je dat u Tabeli II.

MESEC JAN FEB MAR APR MAJ JUN JUL AVG SEP OKT NOV DEC

HTG(kWh/m²)

2.26 3.32 4.00 4.60 5.06 5.66 5.60 5.55 5.23 4.50 2.33 1.58

Tabela II

• Pretpostaviti da je proseč na efikasnost solarnih panela u toku

godine 8% sa temperaturom od 50ºC.• Baterija je nominalnog napona 12VDC, dok je njena dubina

pražnjenja jednaka 0.8.

• U zadatku je potrebno dimenzionisati površinu solarnih panelai akumulatorsku bateriju.

REŠENJE• Minimalna površina solarnog električ nog genaratora je data

relacijom:

]/[1000][)25.01(][2.1

2minmW hh

k WhW A

SES PV TG

NP D PV

PRIMER 2 (dimenzionisanje solarnog pumpnog sistema)

• Iz podzemnog izvora vode sa dubine 180m potrebnoje ispumpati 4500 litara vode dnevno.

je ispumpati 4500 litara vode dnevno.• Na raspolaganju su solarni moduli dimenzija

1650x1000mm,č ije su karakteristike date u Prilogu1. Potapajuć a pumpa ima H-Q karakteristike koje su

date u Prilogu 2, a njena efikasnost je 35%.• Lokacija na površini zemlje odakle se crpi voda imasrednju vrednost dnevne insolacije 5kWh/m².

• Dimenzionisati solarni sistem potreban za ovoispumpavanje vode.

• PRILOG 1

PRIMER 3 (dileme oko akumulatorske baterije)

• Skoro u potpunosti ispražnjena solarna baterija nominalnognapona 12V ima napon praznog hoda (otvorene veze) 11.5V,dok je njen unutrašnji otpor 0 02Ω

dok je njen unutrašnji otpor 0.02Ω .

• Naći napon niza solarnih

ćeliija koje su vezane na datu bateriju, ako je struja punjenja baterije 6A

• Pretpostaviti da se posle nekog vremena baterija napunila takoda joj je napon praznog hoda (otvorene veze) 12.9V. Koliki jenapon niza solarnih ćelija ako je struja pražnjenja baterije20A.

• Kolika je struja pražnjenja napunjene baterije ako su solarneć elije integrisane u PV modul sa zaštitnim diodama.

• REŠENJE Idealna baterija imanapon Vbat0nezavisan od struje .Zavisnost I=I(V) jevertikalna ispekidanalinija).Usled unutrašnje

Usled unutrašnjeotpornosti ova krivaI=I(V) nije viševertikalna već imaodređ eni nagib kojizavisi od unutrašnjeotpornosti baterije.

U fazi punjenja važinaponska jednač ina(prema datoj slici):

• LITERATURA[1] Harold Hovel,Solar Cells, Academic Press, 1975

[2] B.O.Seraphin,Solar Energy Conversion, Solid-State Physics Aspects, SPRINGER VERLAG, 1979[3] Donald Rapp Solar Energy Prentice Hall 1981

[3] Donald Rapp,Solar Energy , Prentice Hall, 1981

[4] Zoran Todorović , Fotonaponski solarni elektri č nisistemi , KIZ “Centar”, Beograd 1989[5] Maximum Power Point Tracking, National Instrument

Tutorial, July 2009[6] MPPT Control System, Xin Tong Solar 2011[7] OFF GRID PV POWER SYSTEMS-System Design

Guidelines, SEIAPI, September 2012[8] HANDBOOK for Solar Photovoltaic (PV) systems,Energy Market Authority, 2012

Jun 2013Prof. dr Željko Despotović , dipl.el.inž.

Solarni Elektricni

Documents

Elektricni Aktuatori, AC Motori

Visemotorini elektricni pogoni pocetak.pdf

Lutovac ELEKTRICNI FILTRI

Solarno Grejanje Sanitarne Vode Grejanje Vode Solarni Kompleti Solarni Paneli Za Toplu Vodu Solarni Bojleri Solarni Komplet Sistem 200 Litara

Solarni sustavi Priručnik za instalaciju i održavanje...3 NeoTHERM solarni sustavi – Priručnik za ugradnju i korištenje 1. Solarni sustavi - opće informacije Solarni kolektori

Elektricni Merni Instrumenti 3

Elektricni Aktuatori, DC Motori

Brodski Elektricni Uredjaji Predavanja

Elektricni Uređaji u Automobilu

elektricni uredjaji u automobilu.docx

Elektricni Vucni Motori

Elektricni uredjaji

elektricni izvori svetlosti

Elektricni pogon brez varnostne funkcije 5824 in elektricni pogon z varnostno funkcijo 5825

SOLARNI SISTEMI I SANITARNI BOJLERI - pvftraders.com 9... · Solarni sistem - auroSTEP “Vaillant” Solarni sistem bez stagnacije - auroSTEP Solarni sistem bez ekspanzione posude

S.Milojkovic ELEKTRICNI FILTRI

elektricni merni instrumenti2

ET Elektricni strojevi.pdf

elektricni sklopovi

ELEKTRICNI GREACKI PRODUKTI ELEKTROLUKS-- …