Solarne komponente i sistemi - mikro.elfak.ni.ac.rs

11/27/2018 SKIS - 2013/14. 1

2018/19.

Solarne komponente i sistemi

VII semestar – 2+1+2 – 6 kredita Modul E – 2OEE7O02

Modul US – 2OEU7A05 Modul EKM – OEM7O04

Prof.dr Dragan Pantić, kabinet 337, [email protected]

Prof. dr Dragan Mančić, kabinet 106, [email protected] Dr Sanja Aleksić, kabinet 347, [email protected]

Dipl. inž. Igor Jovanović, kabinet M2-4, [email protected]

mailto:[email protected]








11/27/2018 SKIS - 2012/13 3

Energija fotona 11/27/2018 SKIS - 2012/13 4

Zračenje Sunca

Solarna konstanta S0 je srednja

energija ekstraterestričnog zračenja i njena vrednost je:

S0= 1367W/m2

11/27/2018 SKIS - 2011/12 5

http://www.solarnipaneli.org/2010/09/solarna-konstanta/




11/27/2018 SKIS - 2012/13 6

11/27/2018 SKIS - 2012/13 7

Definicija uglova 11/27/2018 SKIS - 2011/12 8

Visina Sunca – podne - Berlin 11/27/2018 SKIS - 2011/12 9

11/27/2018 SKIS - 2012/13 10

11/27/2018 SKIS - 2012/13 11

Year round tilt = latitude Winter + 15 lat. Summer – 15 lat.

Solarne komponente i sistemi PV sistem

Projektovanje PV sistema

11/27/2018 SKIS - 2012/13 13

Preporučeni resursi

Veliki broj novoformiranih kompanija koje nude kurseve vezane za solarnu energiju!

Veliki broj knjiga, online članaka i magazina (od 2007. godine broj magazina i članaka beleži rast od 1100%)

11/27/2018 SKIS - 2011/12 14

11/27/2018 SKIS - 2018/19 15

Novi projekat – Novi IZAZOVI i različite OPCIJE

11/27/2018 SKIS - 2011/12 16

11/27/2018 SKIS - 2012/13 17

11/27/2018 SKIS - 2012/13 18

11/27/2018 SKIS - 2012/13 19

11/27/2018 SKIS - 2012/13 20

11/27/2018 SKIS - 2012/13 21

11/27/2018 SKIS - 2011/12 22

PV sistem

Redno vezani PV moduli

Invertor – input - broj DC ulaza - min/max struja - min/max napon - MPPT

Invertor – output - max snaga - grid konekcija - godišnja proizvedena Energija u kWh

Primer projektovanja PV sistema

Određivanje optimalne lokacije Tehnička specifikacija sistema Projektovanje opterećenja sistema Izbor proizvođača komponenata sistema Šema sistema Spisak potrošača priključenih na sistem Procena proizvedene energije Pozicija Sunca Cena sistema

11/27/2018 SKIS - 2012/13 23

Tehnička specifikacija sistema 11/27/2018 SKIS - 2012/13 24

Šema sistema 11/27/2018 SKIS - 2012/13 25

Spisak potrošača priključenih na sistem

11/27/2018 SKIS - 2012/13 26

Procenjena dobijena energija sistema

11/27/2018 SKIS - 2012/13 27

Pozicija Sunca 11/27/2018 SKIS - 2012/13 28

Cena sistema 11/27/2018 SKIS - 2012/13 29

Osnovne komponente PV sistema

Solarni PV sistem se sastoji od različitih komponenata koje je potrebno pažljivo odabrati u zavisnosti od tipa sistema, lokacije i primene. Osnovni delovi sistema soarnog PV sistema su: ◦ PV moduli – konvertuju sunčevo zračenje u DC

◦ Punjač – kontroliše napon i struju koja dolazi od PV panela ka baterijama kako bi se kontrolisalo punjenje (sprečava overcharging) i produžio životni vek baterija

◦ Invertor – konvertuje DC izlaz od PV panela u AC

◦ Baterija – skladišti generisanu energiju sa ciljem da se koristi kada nema sunčevog zračenja

◦ Opterećenje – uredjaju povezani na PV sistem

◦ Pomoćni izvor energije -

11/27/2018 SKIS - 2012/13 30

Tipovi PV sistema

Direktni

Autonomni (stand-alone, grid-off)

Mrežno povezani (grid-on)

Hibridni

11/27/2018 SKIS - 2012/13 31

Tipovi PV sistema – Direktno povezani PV sistem

11/27/2018 SKIS - 2012/13 32

Tipovi PV sistema – Samostalni (Stand-alone) PV sistem

11/27/2018 SKIS - 2012/13 33

Tipovi PV sistema – Grid-on PV sistem

11/27/2018 SKIS - 2012/13 34

Tipovi PV sistema – Hibridni PV sistem

11/27/2018 SKIS - 2012/13 35

11/27/2018 SKIS - 2012/13 36

11/27/2018 SKIS - 2011/12 37

IS

VOC

ISC

q – naelektrisanje elektrona - efikasnost A – površina F – fluks fotona

11/27/2018 SKIS - 2012/13 38

Dimenzionisanje PV sistema

Prvi korak u postupku projektovanja je da se odredi koliko energije solarni PV sistem treba da isporuči potrošačima za jedan dan:

Izračunati ukupno Wh/day za svaki aparat koji je

priključen na mrežu solarnog PV sistema.

Sabrati potrebe svih priključenih aparata, kako bi odredili koliko PV sistem treba da isporuči za jedan dan.

Izračunati ukupan Wh/day (pomnožiti ukupne potrebe sa 1.3 (gubici energije u sistemu)

Dobijena vrednost je ono što PV paneli moraju da obezbede dnevno

11/27/2018 SKIS - 2012/13 39

11/27/2018 SKIS - 2012/13 40


Broj potrebnih PV modula

PV moduli različitih dimenzija daju različite količine energije. Svaki PV modul ima definisanu svoju maksimalnu snagu (the total peak watt Wp). Wp zavisi od veličine PV modula (panela) i klimatskih uslova lokacije na kojoj se modul montira.

Panel generation factor – PGF se koristi za dimenzioniranje PV ćelija. Za evropse zemlje se uzima da je PGF=2.93.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 41


Odredjivanje potrebne količine PV modula se radi na sledeći način:

◦ Odrediti total Watt-peak rating za PV module

Podeliti dobijeni ukupni Wh/day sa PGF kako bi dobili total Watt-peak rating panela koji je potreban da bi svi prikljuceni uredjaji mogli da rade.

◦ Odrediti broj PV panela u sistemu Podeliti dobijeni rezultat sa rated output Watt-peak PV modula koji su nam na raspolaganju. Naravno dobijeni broj zaokružiti na najveći celi broj.

Dobijeni rezultat je minimalni broj potrebnih

panela. Ako se instalira više PV modula sistem će raditi bolje i radni vek akumulatora će biti duži. Ako se koristi manje PV modula sistem neće pouzdano raditi, a i vreme života akumulatora će biti kraće.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 42

11/27/2018 SKIS - 2012/13 43


Izbor invertora Invertor se koristi kada je potreban AC izlaz.

Snaga invertora mora biti veća od ukupne snage priključenih aparata. Nominalni napon invertora mora biti isti kao napon akumulatora.

Za stand-alone sisteme invertor mora biti dovoljan da obezbedi maksimalnu potrebnu snagu.

25-30% veće snage od snage priključenih uredjaja

Kod mrežno povezanih PV sistema snaga invertora mora biti ista kao ukupna snaga celog PV polja.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 44

11/27/2018 SKIS - 2012/13 45


Izbor akumulatora Preporučuje se korišćenje deep cycle battery (specijalno napravljene da bi mogle da se isprazne skoro do kraja, i da se taj proces ponavlja iz dana u dan godinama)

Akumulatori moraju biti dovoljnog kapaciteta da mogu da obezbede potrebnu energiju za rad uredjaja u toku noći i kada je oblačno.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 46


Izbor akumulatora Kapacitet akumulatora se odredjuje na sledeći način: 1. Izračunati total Wh/day koji koriste potrošači.

2. Podeliti dobijenu vrednost iz 1 sa 0.85 zbog gubitaka akumulatora. 3. Podeliti dobijenu vrednost iz 2 sa 0.6 zbog dozvoljenog nivoa pražnjenja. 4. Dobijenu vrednost iz 3 podeliti sa nominalnim naponom akumulatora. 5. Konačno, pomnožiti dobijenu vrednost sa brojem dana autonomije sistema (koliko dana sistem može da radi ako nema proizvodnje struje)

11/27/2018 SKIS - 2012/13 47

Kapacitet akumulatora (Ah) = Total Wh/day x Broj dana autonomije

0.85x0.6xNominalni napon

11/27/2018 SKIS - 2012/13 48


Izbor kontrolera Kontroler se bira tako da se usaglasi napon PV modula sa

naponom akumulatora i da može da prihvati struju koja se dobija od celog PV polja

Dimenzionisanje kontrolera zavisi od ukupne struje koja se dobija

iz PV panela, a i od konfiguracije panela (redna ili paralelna konfiguracija).

U praksi kontroler se bira na sledeći način:

11/27/2018 SKIS - 2012/13 49

Procena kontrolera = Isc x 1.3

ISC – Ukupna struja kratkog spoja

Šta je MPPT?

MPPT - Maximum Power Point Tracking predstavlja algoritam koji je ugradjen u kontroler i koji ima ulogu da izvuče maksimalnu energiju iz PV modula u datim uslovima

Maksimalni napon pri kojem PV modul daje maksimalnu

snagu se naziva ‘maximum power point’ (ili peak power voltage) i on varira u zavisnosti od:

◦ solarnog zračenja, ◦ temperature ambijenta, i ◦ temperature solarne ćelije.

Tipično PV module daje maksimalnu snagu na oko

17V kada je temperatura solarne ćelije 25oC, pri čemu napon može da padne na oko 15V kada je dan veoma topao, ili da poraste na blizu 18V ako je dan veoma hladan.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 50

The I-V curves show maximum power from PV modules when exposed to irradiance 1000 W/m2

11/27/2018 SKIS - 2012/13 51

The I-V curves show maximum power from PV modules when exposed to irradiance 100 W/m2

11/27/2018 SKIS - 2012/13 52

Konfiguracija sistema sa MPPT kontrolerom

11/27/2018 SKIS - 2012/13 53

Primer

U kući se na PV sistem priključuju sledeći potrošači: ◦ Fluorescentna lampa snage 18W sa elektronskim balastom koja se koristi 4 sata dnevno.

◦ Ventilator snage 60W koji radi 2 sata dnevno.

◦ Frižider snage 75W koji radi 24sata dnevno sa kompresorom koji 12 sati radi i 12 sati ne radi.

Za solarni sistem se koriste PV moduli snage 110W napona 12VDC.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 54

Primer

Odrediti potrebnu energiju ◦ Potrošači ukupno koriste=

Lampa (18 W x 4 h) +

Ventilator (60 W x 2 h) +

Frižider (75 W x 24 x 0.5 h)

S 1092 Wh/day

◦ Potrebna energija PV panela

1092 x 1.3 = 1419.6 Wh/day.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 55

Primer

Dimenzionisanje PV panela ◦ Ukupna potrebna snaga PV panela

1419.6 / 2.94 = 482.9 Wp

◦ Broj potrebnih modula

482.9/110 = 4.39

Sistem mora da ima najmanje 5 PV modula snage 110W.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 56

Primer

Izbor invertora

Ukupna snaga svih potrošača 18 + 60 + 75 = 153 W

Zbog sigurnosti invertor treba za 25-30%

veću snagu.

Invertor treba da bude od 190 W ili više.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 57

Primer

Izbor baterija

Potrošači ukupno koriste = (18W x 4 h)+(60W x 2 h)+(75Wx12 h) = 1092Wh

Nominalni napon akumulatora = 12 V

Autonomija = 3 dana

11/27/2018 SKIS - 2012/13 58

Kapacitet akumulatora (Ah) = 1092 Wh/day x 3

0.85x0.6x12 = 535.29Ah

Potreban je akumulator 12V 600Ah za 3 dana autonomije

Primer

Izbor kontrolera

Specifikacija PV modula Pm = 110 Wp Vm = 16.7 Vdc Im = 6.6 A Voc = 20.7 A Isc = 7.5 A

Dimenzionisanje kontrolera (5 modula x 7.5 A) x 1.3 = 48.75 A

Treba izabrati kontroler 50A/12V ili jači.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 59

Procedura instaliranja PV sistema

Montaža i postavljanje nosača

Montiranje i povezivanje panela

Postaviti DC izlaz

Povezati DC sa invertorom

Montirati i konfigurisati invertor (AC/DC)

Postaviti AC izlaz

Povezati invertor sa elektro-mrežom

Instalirati i aktivirati monitoring sistem

11/27/2018 SKIS - 2011/12 60

Izbor PV modula Ne postoji magično rešenje za izbor modula, jer najbolji modul za vas zavisi od pozicije sistema i ličnih specifičnih zahteva investitora!!

Efikasnost – Cena – možda najvažniji parametar kod većine

investitora. Dobra vest cena opada. Izgled – estetski razlozi su kod nekih investitora

veoma bitni. Pouzdanost – bitan parametar zbog pada cena

– šta je sa kvalitetom? Proizvođač – Karakteristike – integrisane funkcije modula

imaju za cilj smanjenje vremena instalacije sistema

Integrisana elektronika – obezbeđen je monitoring modula i MPPT

11/27/2018 SKIS - 2012/13 61

Karakteristike panela

11/27/2018 SKIS - 2011/12 62


11/27/2018 SKIS - 2011/12 63


11/27/2018 SKIS - 2011/12 64


11/27/2018 SKIS - 2011/12 65


11/27/2018 SKIS - 2011/12 66

PV moduli vezani redno 11/27/2018 SKIS - 2011/12 67

Monitoring sistem (internet, iPhone, iPad, ...)

11/27/2018 SKIS - 2011/12 68

11/27/2018 SKIS - 2011/12 69

Pvsyst – I deo Osnovne karakteristike programa

11/27/2018 SKIS - 2012/13 70

Osnovne karakteristike

Program Pvsyst V5.0 namenjen je za projektovanje, dimenzionisanje i analizu kompletnog PV sistema: ◦ samostalnih (stand-alone)

◦ mrežno povezanih (grid-connected)

Program poseduje veliku bazu podataka sa meteorološkim podacima.

Takođe, postoji i velika baza podataka komponenata PV sistema (PV moduli, akumulatori, invertori,...).

11/27/2018 SKIS - 2012/13 71

Osnovne karakteristike

Program Pvsyst nudi 3 nivoa simulacije: ◦ Preliminary design – brza

analiza PV sistema na osnovu nekoliko osnovnih parametara, ne uzimajući u obzir karakteriristike komponenata PV sistema.

◦ Project design – detaljna analiza PV sistema.

◦ Measured data analysis – analiza i poređenje merenih karakteristika realizovanog PV sistema sa rezultatima simulacije.

11/27/2018 SKIS - 2012/13 72

Meteorološki podaci

Definisanje meteoroloških uslova za datu lokaciju je je neohodno za početak simulacije.

Program ima bazu za oko 300 većih gradova.

Postoji mogućnost veoma lakog preuzimanja podataka za ostale lokacije

11/27/2018 SKIS - 2012/13 73

Meteorološki podaci 11/27/2018 SKIS - 2012/13 74




Pvsyst – II deo – Project design Osnovne karakteristike programa

11/27/2018 SKIS - 2012/13 78

Orijentacija PV modula 11/27/2018 SKIS - 2012/13 79

Dnevne potrebe 11/27/2018 SKIS - 2012/13 80

Projektovanje sistema 11/27/2018 SKIS - 2012/13 81

11/27/2018 SKIS - 2012/13 82

Теме за семинарски рад/тимски пројекат

Т1-Соларна енергија

Т2-Типови соларних ћелија

Т3-Силицијумске соларне ћелије

Т4-Утицај температуре на електричне карактеристике mc-Si соларне ћелије

Т5-Танкослојне соларне ћелије

Т6-Тандем соларне ћелије

Т7-Органске соларне ћелије

Т8-Мерење електричних карактеристика соларне ћелије

Т9-Примене соларних технологија

Т10-Соларни фотонапонски системи

11/27/2018 SKIS - 2018/19 83


T11- Т12-Принцип рада и примена ротирајућих

фотонапонских Т13-PVSyst софтверски алат за пројектовање

фотонапонских система Т14-Projektovanje autonomnih fotonaponskih sistema male

snage Т15-Monitoring autonomnih fotonaponskih sistema male

snage Т16-Projektovanje mrežno povezanih fotonaponskih

sistema Т17-Monitoring mrežno povezanih fotonaponskih sistema Т18-Пројектовање фотонапонских система за улично

осветљење. Т19-Соларни системи интегриасни у зградама Т20-Инвертори

11/27/2018 SKIS - 2018/19 84


Т21-Акумулатори Т22-Proračun solarne geometrije kod rotirajućih

pozicionera Т23-Algoritmi praćenja maksimalne snage fotonaponskih

sistema Т24-Sistemi za merenje meteoroloških parametara Т25-Регулатор пуњења батерије напајане

фотонапонским модулом Т26-Pspice: Модел фотонапонских модула Т27-Pspice: Моделирање аутономних и мрежно

повезаних фотонапонских система Т28-Pspice: Модели сложених фотонапонских система

Т29-Matlab модел фотонапонских модула Т30-АMPS-1D програм за анализу микроелектронских и

фотонских структура

11/27/2018 SKIS - 2018/19 85


Т31-Преглед софтверсих алата за моделирање електричних карактеристика соларних ћелија и пројектовање соларних система.

Т32-...

Т33-...

Т34-...

11/27/2018 SKIS - 2018/19 86

Documents

Solarne komponente i sistemi - mikro.elfak.ni.ac.rs