142
8/12/2019 Solarni Elektricni http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 1/142 SOLARNI GENERATORI KAO SAMOSTALNI IZVORI ELEKTRI Č NE ENERGIJE Predmetni profesor: Dr Željko Despotovi ć VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RA Č UNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA VIŠER, BEOGRAD STUDIJSKI PROGRAM: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJE SPECIALISTI Č KESTUDIJE PREDMET: SPECIJALNE ELEKTRI Č NE INSTALACIJE

Solarni Elektricni

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 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

Page 2: Solarni Elektricni

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

Page 3: Solarni Elektricni

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

Page 4: Solarni Elektricni

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

Page 5: Solarni Elektricni

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:

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

Page 6: Solarni Elektricni

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.

Page 7: Solarni Elektricni

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

Page 8: Solarni Elektricni

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

Page 9: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 9/142

GRAFIČKA INTERPRETACIJAZAVISNOSTI I= F (U)

STRUJNIIZVOR

NAPONSKI

IZVOR

Page 10: Solarni Elektricni

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

Page 11: Solarni Elektricni

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]

Page 12: Solarni Elektricni

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)

Page 13: Solarni Elektricni

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 ???

Page 14: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 14/142

Page 15: Solarni Elektricni

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

Page 16: Solarni Elektricni

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 ???

Page 17: Solarni Elektricni

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

Page 18: Solarni Elektricni

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%

Page 19: Solarni Elektricni

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

Page 20: Solarni Elektricni

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

Page 21: Solarni Elektricni

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.

Page 22: Solarni Elektricni

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?

Page 23: Solarni Elektricni

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

Page 24: Solarni Elektricni

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.

Page 25: Solarni Elektricni

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

Page 26: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 26/142

NIJE KOREKTNO REŠENJE!!!!!!

ZAŠTO???

Page 27: Solarni Elektricni

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

Page 28: Solarni Elektricni

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

Page 29: Solarni Elektricni

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

Page 30: Solarni Elektricni

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

Page 31: Solarni Elektricni

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

Page 32: Solarni Elektricni

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%

Page 33: Solarni Elektricni

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….. …. …. ….

Page 34: Solarni Elektricni

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

Page 35: Solarni Elektricni

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

Page 36: Solarni Elektricni

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

Page 37: Solarni Elektricni

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 )

Page 38: Solarni Elektricni

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)

Page 39: Solarni Elektricni

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

Page 40: Solarni Elektricni

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

Page 41: Solarni Elektricni

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

Page 42: Solarni Elektricni

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

Page 43: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 43/142

Page 44: Solarni Elektricni

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

Page 45: Solarni Elektricni

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

Page 46: Solarni Elektricni

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”

Page 47: Solarni Elektricni

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

Page 48: Solarni Elektricni

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

Page 49: Solarni Elektricni

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

Page 50: Solarni Elektricni

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

Page 51: Solarni Elektricni

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

Page 52: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 52/142

TIPI NE ELEKTRI NEŠEME MPPTREGULATORA

Page 53: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 53/142

Page 54: Solarni Elektricni

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

Page 55: Solarni Elektricni

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

Page 56: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 56/142

sklop za MPPT

Elektronsko kolo koje “radi“ MPPT

Page 57: Solarni Elektricni

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

Page 58: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 58/142

GREŠKA 5%

KAKVA JE REAKCIJAKONTROLERA NAEFEKAT SENKE?

Page 59: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 59/142

Page 60: Solarni Elektricni

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

Page 61: Solarni Elektricni

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%!!!!!!!

Page 62: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 62/142

A ŠTA KAŽE EKSPERIMENT?

Page 63: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 63/142

• MPPT algoritam se primenjuje u kontrolisanim

Page 64: Solarni Elektricni

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

Page 65: Solarni Elektricni

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!!

Page 66: Solarni Elektricni

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

Page 67: Solarni Elektricni

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

Page 68: Solarni Elektricni

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)

Page 69: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 69/142

PRAĆENJE SUNCA SA DRAJVERSKIM TRANZISTORSKIMMOSTOM POGONA PANELA PO JEDNOJ OSI

Page 70: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 70/142

SOFISTICIRANI SISTEM ZA PRAĆENJE SUNCA

Page 71: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 71/142

Page 72: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 72/142

HRONOLOŠKO PRAĆENJE SUNCA• Hronološko praćenje zasniva se

Page 73: Solarni Elektricni

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

Page 74: Solarni Elektricni

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

Page 75: Solarni Elektricni

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)

Page 76: Solarni Elektricni

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

Page 77: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 77/142

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

Page 78: Solarni Elektricni

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

Page 79: Solarni Elektricni

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)

Page 80: Solarni Elektricni

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

Page 81: Solarni Elektricni

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

Page 82: Solarni Elektricni

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)

Page 83: Solarni Elektricni

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

Page 84: Solarni Elektricni

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

Page 85: Solarni Elektricni

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

Page 86: Solarni Elektricni

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

Page 87: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 87/142

ELEKTRIFIKACIJA MALIH SELAFOTONAPONSKIM SISTEMOM

Page 88: Solarni Elektricni

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,

Page 89: Solarni Elektricni

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

Page 90: Solarni Elektricni

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

Page 91: Solarni Elektricni

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

Page 92: Solarni Elektricni

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

Page 93: Solarni Elektricni

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

Page 94: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 94/142

Golmud Solar Park-China, 200MW

Page 95: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 95/142

•Templin Solar Park-Germany,128MW

Page 96: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 96/142

NEKI OSNOVNI TEHNIČKI PRORAČUNI USOLARNIM ELEKTRIČNIM SISTEMIMA

Page 97: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 97/142

PRORAČUN POVRŠINE SOLARNIHMODULA I KAPACITETA BATERIJE

Page 98: Solarni Elektricni

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

Page 99: Solarni Elektricni

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

Page 100: Solarni Elektricni

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

Page 101: Solarni Elektricni

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

Page 102: Solarni Elektricni

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

Page 103: Solarni Elektricni

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

Page 104: Solarni Elektricni

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

Page 105: Solarni Elektricni

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

Page 106: Solarni Elektricni

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

Page 107: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 107/142

NEKE TIPOVE SOLARNIH PANELA

Page 108: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 108/142

Page 109: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 109/142

Page 110: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 110/142

Page 111: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 111/142

Page 112: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 112/142

• PRIMERI PRORAČUNA POJEDINIHSOLARNIH ELEKTRIČNIH SISTEMA(SES)

Page 113: Solarni Elektricni

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

Page 114: Solarni Elektricni

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

Page 115: Solarni Elektricni

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:

Page 116: Solarni Elektricni

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

Page 117: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 117/142

Page 118: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 118/142

Page 119: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 119/142

Page 120: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 120/142

Page 121: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 121/142

Page 122: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 122/142

Page 123: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 123/142

Page 124: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 124/142

Page 125: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 125/142

Page 126: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 126/142

Page 127: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 127/142

Page 128: Solarni Elektricni

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.

Page 129: Solarni Elektricni

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

Page 130: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 130/142

Page 131: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 131/142

Page 132: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 132/142

Page 133: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 133/142

Page 134: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 134/142

Page 135: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 135/142

Page 136: Solarni Elektricni

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

Page 137: Solarni Elektricni

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

Page 138: Solarni Elektricni

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):

Page 139: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

http://slidepdf.com/reader/full/solarni-elektricni 139/142

Page 140: Solarni Elektricni

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

Page 141: Solarni Elektricni

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

Page 142: Solarni Elektricni

8/12/2019 Solarni Elektricni

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

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