Upload
username2014
View
262
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 2/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 3/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 4/142
(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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 5/142
Osvetljeni (p)-(n) spoj
Id
Id
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:
hν
hν
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 6/142
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.
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 7/142
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
Ez
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 8/142
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:
Vd
Id
R s ≈ 0, V d ≈ U I Rp≈
0
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 9/142
GRAFIČKA INTERPRETACIJAZAVISNOSTI I= F (U)
STRUJNIIZVOR
NAPONSKI
IZVOR
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 10/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 11/142
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]
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 12/142
TAČKA MAKSIMALNE SNAGE na U-I karakteristiciSOLARNOG GENRATORA
NAPON
STRUJA
195W
112W
224Wtač kamaksimalnesnage
Tačka Maksimalne Snage – Maximum Power Point (MPP)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 13/142
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
P
TAČKA MAKSIMALNE SNAGE
Referentni solarni spektar AM 1.5 ???
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 14/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 15/142
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.
∆P
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 16/142
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 ???
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 17/142
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)
ŠĆ
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 18/142
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%
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 19/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 20/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 21/142
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.
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 22/142
-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?
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 23/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 24/142
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.
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 25/142
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 ?
F1
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 26/142
NIJE KOREKTNO REŠENJE!!!!!!
ZAŠTO???
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 27/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 28/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 29/142
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
J s
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 30/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 31/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 32/142
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
25%
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 33/142
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….. …. …. ….
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 34/142
• 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 35/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 36/142
ODRE ĐIVANJE UNUTRAŠNJEOTPORNOSTI
• Određ ivanje unutrašnje redne otpornosti solarnog generatorase ostvaruje na osnovu dve dobijene I-U krive (za dvevrednosti iradijacije)
NAČINI KORIŠĆENJA SOLARNOG
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 37/142
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 )
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 38/142
OFF GRID sistemi
Jednosmerniprijemnici
Naizmeničniprijemnici
INVERTOR(DC/AC
Pretvarač)
PV panel
KontrolisanoPunjenje+MPPT algoritam
BATERIJSKA“BANKA”
-Samostalni sistemi-Autonomni-Odvojeni od mreže (OFF GRID)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 39/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 40/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 41/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 42/142
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
dU dU
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 43/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 44/142
(A)
(B)
(C)
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 45/142
MAKSIMALNE SNAGE (MPPT-Maximum PowerPoint Tracking)
• Postupak određ ivanja početkanaponskog kolapsa• Postupak komparatora dinamičke
impedanse
MPPT-POSTUPAK ODRE ĐIVANJA NAPONSKOG
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 46/142
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”
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 47/142
start
Porast radnognapona
Opadanje radnognapona
Pk - trenutna vrednost snage
Pk-1 – prethodno dobijena vrednost snage
START
Pk > Pk-1
Pk > Pk-1
DA DA
NE
NE
ALGORITAM ODRE ĐIVANJA “NAPONSKOG” KOLAPSA
MPPT ZASNOVAN NA POSTUPKU
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 48/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 49/142
Jedna č inu je moguće napisati u inverznom oblikuU dU I dI
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 50/142
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
12
dI I K
K U U
1 2C dI C I
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 51/142
START
dU=0?
dI/dU= - I/U? dI=0?
dI/dU> - I/U? dI>0?
porastnapona
porastnapona
POVRATAK
opadanjenapona
opadanjenapona
DA
DADA
DA DA
NE
NENE
NE NE
ALGORITAM KOMPARACIJE DINAMIČKE IMPEDANSE
TIPIČNE ELEKTRIČNE
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 52/142
TIPI NE ELEKTRI NEŠEME MPPTREGULATORA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 53/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 54/142
-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)
Vbat
Tipič na šema za napajanje solarne LED rasvete
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 55/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 56/142
sklop za MPPT
Elektronsko kolo koje “radi“ MPPT
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 57/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 58/142
GREŠKA 5%
KAKVA JE REAKCIJAKONTROLERA NAEFEKAT SENKE?
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 59/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 60/142
KOLIKI JE DOBITAKKORIŠĆNJEM MPPT
ALGORIT(A)MA??
DOBITAK KORIŠĆENJEM MPPT ALGORITMA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 61/142
P V
i z l a z n a s n a g a
( W )
PV izlazni napon
BEZ
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%!!!!!!!
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 62/142
A ŠTA KAŽE EKSPERIMENT?
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 63/142
• MPPT algoritam se primenjuje u kontrolisanim
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 64/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 65/142
+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!!
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 66/142
p j
•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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 67/142
• 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 68/142
• 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)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 69/142
PRAĆENJE SUNCA SA DRAJVERSKIM TRANZISTORSKIMMOSTOM POGONA PANELA PO JEDNOJ OSI
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 70/142
SOFISTICIRANI SISTEM ZA PRAĆENJE SUNCA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 71/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 72/142
HRONOLOŠKO PRAĆENJE SUNCA• Hronološko praćenje zasniva se
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 73/142
• 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 74/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 75/142
• 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)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 76/142
potpuno pra ć enje fiksiran panel sa stalnim nagibom
MESEČNO: Izlazna snaga 1kW AC
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 77/142
PUNJENJE BAZENA (TANKA) SAVODOM POSREDSTVOM VODENEPUMPE KOJA SE NAPAJA SA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 78/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 79/142
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)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 80/142
SISTEM NAVODNJAVANJA“KAP PO KAP” SA DIREKTNOMSPREGOM MOTORA PUMPEI SOLARNIH PANELA(jednostavno rešenje)Pumpa sa DC motorom je skuplja od onekoju pogoni AC motor
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 81/142
REŠENJE SA AC MOTOROMPUMPENEOPHODAN JE AC/DC PRETVARAČ(INVERTOR) ZA KONVERZIJUJEDNOSMERNOG NAPONA SA PANELA UNAIZMENIČNI NAPON MOTORA
SOLARNI PUMPNI SISTEM ZA DUBOKE BUNARE
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 82/142
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)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 83/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 84/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 85/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 86/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 87/142
ELEKTRIFIKACIJA MALIH SELAFOTONAPONSKIM SISTEMOM
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 88/142
-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,
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 89/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 90/142
• 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 91/142
-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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 92/142
• Aqua Caliente Solar Project-USA, 250MWp
• Charanaka Solar Park-India, 221MW• Golmud Solar Park-China, 200MW• Templin Solar Park-Germany,128MW
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 93/142
Aqua Caliente Solar Project-USA, 250MWp
Charanaka Solar Park-India, 221MW
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 94/142
Golmud Solar Park-China, 200MW
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 95/142
•Templin Solar Park-Germany,128MW
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 96/142
NEKI OSNOVNI TEHNIČKI PRORAČUNI USOLARNIM ELEKTRIČNIM SISTEMIMA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 97/142
PRORAČUN POVRŠINE SOLARNIHMODULA I KAPACITETA BATERIJE
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 98/142
• 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)
HH T
SREDNJA DNEVNA VREDNOST INSOLACIJE U GODINIUKUPNA VREDNOSTGODIŠNJE INSOLACIJE
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 99/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 100/142
T E I A P ][W
][2
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 101/142
T E I A P
dt I N A E T
1
dt I A N dt P N E T E
11
(INTEGRACIJA TRENUTNE SNAGE PREKO CELOG MESECA PODELJENASA N-BROJEM DANA U MESECU )
T H A E
SREDNJAMESEČNAINSOLACIJA
≈ 1
VRŠNA VREDNOST STRUJE SOLARNOG GENERATORA
p L
I
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 102/142
TG p h I
Ah L ][ AMPER-Č ASOVI KOJE POTROŠAČ APSORBUJE U TOKU JEDNOG DANA
hhTG
][ 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 103/142
21000mW
P A
p
p P
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 104/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 105/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 106/142
P P
1
1
1
- NEUSKLA ĐENOST
- ZAPRLJANOST
- KONVERZIJA
1 2 3[1 ( )] AC DCnom T cell P P k T T
KATALOŠKI PODACI ZANEKE TIPOVE SOLARNIH PANELA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 107/142
NEKE TIPOVE SOLARNIH PANELA
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 108/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 109/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 110/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 111/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 112/142
• PRIMERI PRORAČUNA POJEDINIHSOLARNIH ELEKTRIČNIH SISTEMA(SES)
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 113/142
( )
-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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 114/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 115/142
• 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:
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 116/142
]/[1000][)25.01(][2.1
2minmW hh
k WhW A
SES PV TG
NP D PV
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 117/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 118/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 119/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 120/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 121/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 122/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 123/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 124/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 125/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 126/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 127/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 128/142
PRIMER 2 (dimenzionisanje solarnog pumpnog sistema)
• Iz podzemnog izvora vode sa dubine 180m potrebnoje ispumpati 4500 litara vode dnevno.
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 129/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 130/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 131/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 132/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 133/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 134/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 135/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 136/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 137/142
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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 138/142
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):
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 139/142
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 140/142
• 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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 141/142
[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
8/12/2019 Solarni Elektricni
http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 142/142
Jun 2013Prof. dr Željko Despotović , dipl.el.inž.