1

1. INTRODUCERE

Panourile fotovoltaice

Conversia energiei fotonilor n energie electric se realizeaz cu ajutorul celulelor fotovoltaice. Mai multe celule montate i laminate ntre folii de acetat de vinil cu

transparen nalt (EVA) i sticl cu coninut redus de fier formeaz un panou fotovoltaic,

care este elementul principal din compunerea unui sistem solar de producere a energiei

electrice. Panoul fotovoltaic mai este cunoscut i sub denumirea de modul fotovoltaic sau

panou solar fotovoltaic.

Panourile fotovoltaice pot fi montate n funcie de condiiile specifice fiecrui

proiect, pe acoperiul i faadele cldirilor, pe terase, la sol, cu sistem de urmrire a poziiei

soarelui sau fr, integrate n alte produse, etc. Sunt realizate cu rama de aluminiu, fr rama

sau laminate pe un substrat flexibil i sunt disponibile ntr-o gam variata de mrimi i valori

ale puterii nominale de ieire, de la civa wai pn la sute de wai.

1.1. Tipuri de module fotovoltaice

n funcie de tehnologia de fabricaie, panourile fotovoltaice pot fi realizate din

celule de siliciu monocristalin, celule de siliciu policristalin i celule amorfe. n ultima

perioad, faadele din sticl ale cldirilor au fost nlocuite cu panouri solare fotovoltaice cu

celule amorfe, care dei au un randament de aproximativ 2,5 ori mai mic dect al celor cu

siliciu cristalin, au un coeficient de temperatur a puterii de ieire mai bun i se comport

mai bine dect acestea la temperaturi ridicate i la iluminare indirect.

Panouri fotovoltaice monocristaline:

Panourile fotovoltaice monocristaline au cel mai bun

randament (eficien) de conversie a luminii n energie electric i

cel mai ridicat pre de comercializare ca urmare a procesului

tehnologic de fabricaie. Trebuie bine precizat c eficiena sau

randamentul se refer la cantitatea de energie electric obinut pe

Fig.1. Panou monocristalin metru ptrat i nu la eficiena economic sau de exploatare.

2

Cu ct randamentul unui panou este mai mare, cu att costurile de producie sunt

mai mari i implicit preul de comercializare pe unitatea de putere crete. Garania pentru

puterea de ieire mai mare de 80% este de cel puin 25 de ani. Cele mai performante panouri

fotovoltaice monocristaline au lipiturile realizate pe spatele celulelor "back contacts" i o

eficien de aproximativ 18%.

Panourile fotovoltaice monocristaline reprezint cea mai bun opiune dac spaiul

disponibil pentru montaj este limitat, capacitatea instalat fiind mai mare cu 3-4 procente

dect n cazul utilizrii panourilor fotovoltaice policristaline i cu 7-10 procente mai mare

dect n cazul utilizrii panourilor fotovoltaice amorfe.

Panouri fotovoltaice policristaline:

Panourile fotovoltaice policristaline sunt cele mai

rspndite i cele mai utilizate ca urmare a preului mai sczut i a

performanelor similare panourilor fotovoltaice monocristaline. Ele

sunt realizate ntr-o diversitate mare de puteri de ieire i au

eficiena (randamentul) pe unitatea de suprafa mai sczut cu

Fig.2. Panou fotovoltaic cteva procente dect panourile fotovoltaice monocristaline.

policristalin

Tehnologia de fabricaie a panourile fotovoltaice policristaline a fost mbuntit

continuu astfel nct eficiena acestora este astzi aproximativ egal cu cea a panourilor

fotovoltaice monocristaline standard. Garania pentru o putere de ieire mai mare de 80% din

valoarea puterii iniiale este minimum 25 de ani.

Dac nu exist limitri de spaiu, panourile fotovoltaice policristaline sunt cea mai

bun soluie pentru toate tipurile de aplicaii: putere mic, medie i mare, ofer performane

aproximativ egale cu ale panourilor monocristaline, au un cost mai sczut i cea mai mare

arie de rspndire.

Panouri fotovoltaice amorfe:

Panourile fotovoltaice amorfe sunt de generaie mai noua

i mai puin rspndite dect cele cu celule din siliciu cristalin.

Procesul de producie al celulelor presupune depunerea unor

straturi succesive de material semiconductor avnd grosimea de

Fig.3. Panou amorf

3

ordinul nanomicronilor ce reduce astfel cantitatea de material necesar la fabricare i costul.

Panourile fotovoltaice amorfe sunt realizate prin ncapsularea celulelor ntre dou

straturi de sticl i sunt de dou ori mai grele dect panourile cu celule din siliciu cristalin,

unde ncapsularea se face ntre un strat de sticl i unul de tedlar.

Panourile fotovoltaice amorfe au un rspuns mai bun la spectrul luminii, acoperind

o band de lungimi de und de 2 pn la 5 ori mai mare dect spectrul acoperit de celulele cu

siliciu cristalin i se comport mai bine dect panourile cu siliciu cristalin n condiii de cer

nnorat sau iluminare indirect.

Randamentul panourilor fotovoltaice amorfe este deocamdat mai sczut dect al

celor cu celule din siliciu cristalin, variind ntre circa 7% pentru panourile cu siliciu amorf i

13% pentru panourile celelalte.

1.2. Sisteme de orientare pentru modulele fotovoltaice

Sistemele de orientare, denumite i sisteme de tracking sau trackere pentru module

fotovoltaice utilizeaz mecanisme controlate, care permit maximizarea radiaiei directe

receptat normal pe un modul.

Sistemele mecanice de orientare pot fi cu o singur ax sau dou axe de orientare i

pot ajunge la un ctig energetic de 20%-50%. Scopul sistemelor de orientare este de a

minimiza unghiul de inciden dintre raza solar i normala la modulul fotovoltaic. Se

ntlnesc trei tipuri de sisteme de orientare solar: sistem ecuatorial, sistem pseudo-

ecuatorial i sistem azimutal.

1. Sistemul ecuatorial (Fig.4.4): sistemele de orientare ecuatoriale poziioneaz panourile

solare dup unghiul orar ( - micarea diurn) i dup declinaie ( - micarea de elevaie,

sezonier). Sistemele de orientare ecuatoriale au axa de rotaie diurn paralel cu axa de

rotaie a Pmntului, iar cea de-a doua ax cea de elevaie - poate fi ajustat, att manual,

ct i automat, zilnic sau sezonier.

2. Sistemul pseudo-ecuatorial (Fig.5.): realizeaz orientarea dup aceleai axe ca i

sistemele de tip ecuatorial, deosebirea constnd n ordinea nserierii micrilor. Prima cupl

de la baz este destinat micrii de elevaie, iar cea de a doua cupl, micrii diurne. Acest

tip de orientare se preteaz cel mai bine la platforme de dimensiuni mici sau medii.

4

3. Sistemul azimutal (Fig.6.): n raport cu sistemul azimutal, poziia razei solare este

descris prin unghiurile: azimut i altitudine. Sistemul de orientare de tip azimutal rezult

prin nserierea celor dou micri unghiulare n ordinea: micarea diurn (azimutal) ca

micare primar i cea de elevaie (altitudinal) ca micare secundar.

Fig.4. Sistem ecuatorial Fig.5. Sistem pseudo-ecuatorial Fig.6. Sistem azimutal

2. Descrierea modelului

2.1. Modelarea panourilor fotovoltaice

Numr panouri: N = 6

Dimensiuni panou: L x l x h: 900 x 600 x 60

5

Fig.7. Panou fotovoltaic

Fig.8. Rama panoului

6

Fig.9. Cadru

2.2. Determinarea parametrilor geometrici ai actuatorului

1. Fora actuatorului:

Factuator =

* Ft [N]

Ft = G + Fv [N], unde: G - greutatea (ram, panou, cadru)

Fv fora vntului

G = (mcadru + 6*mram + 6*mpanou)*g; [kg]

G = (40 + 6*8,02 + 6*19)* 9,8; [kg]

G = (40 + 48,12 + 114)* 9,8 G = 1980,776 [kg]

7

Fv = P*A; [N], unde P presiunea

A aria cadrului

P =

**v2; [bar], unde = 1,22 kg/m3 i v = 18 m/s

P =

*1,22*18

2 = 197,64 [bar]

Acadru = L*l = 920*620 = 570,4 mm2 = 0,57 m

2

Fv = P*A = 197,64*0,57 Fv = 112,65 [N]

Ft = G + Fv = 1980,776 + 112,65 = 2093,426 [N]

Factuator =

* Ft =

* 2093,426 Factuator = 697,8 [N]

2. Cursa actuatorului:

Formul de calcul: l1 l2 = 1164,711 618 = 546,711 mm

Fig.10. Determinarea cursei actuatorului

8

2.3. Alegerea actuatorului liniar

Alegerea actuatorului liniar s-a fcut n funcie de for i de cursa acestuia.

Fig.11. Actuator

Fig.12. Schem actuator

9

Fig.13. Tabel specificaii actuator

2.4. Proiectarea preliminar (ram, cadru, stlp)

Fig.14. Ansamblu panou + ram

10

Fig.15. Ansamblu panou + ram + cadru

Fig.16. Stlpul de susinere

11

Fig.17. Ansamblul sistemului de orientare cu panouri fotovoltaice

3. Definirea modelului (analiza MEF)

Fig.18. Raport Von Misses

12

Fig.19. Raport Displacement

3.1. Concluzii

S-a dorit realizarea unui sitem mecanic de orientare a panourilor fotovoltaice, format din:

6 panouri, cadru, rame, stlp de sustinere, actuator.

Cele 6 panouri au dimensiunea de 900 x 600 x 60, cu o greutate de 19 kg/panou.

Unghiul de orientare al sistemului fotovoltaic este de = 600, iar pentru realizarea

orientrii s-a ales un actuator liniar, avnd cursa minim de 546,711mm.

Materialele alese pentru fiecare component sunt urmatoarele: pentru stlp i actuator s-a

ales oel, pentru ram i cadru aluminiu, pentru panou sticl.

La mbinarea dintre ram i cadru am folosit prindere cu uruburi.

La asamblarea sistemului s-au folosit constrngeri de suprafa ntre panouri i rame i

ntre rame i cadru, constrngeri de cilindricitate la mbinarea stlpului de cadru, a

actuatorului de stlp i cadru i constrngeri de suprafa ntre actuator i stlp, actuator i

cadru.

13

Asamblarea a fost apoi transpus n analiz Mef, unde pentru constrngerile de suprafa

am aplicat Rigid Connection, pentru cele de cilindricitate Pressure fitting, pentru

constrngerea actuatorului Rigid Connection.

Pentru ca stlpul sa fie bine ancorat s-a folosit Clamp la baza stlpului.

S-a aplicat fora gravitaional de 9.81N asupra stlpului i a panoului.

Dupa aplicarea forelor i a constrangerilor s-a verificat panoul cu ajutorul comenzii

Model Checker.

Rezolvarea modelului se realizeaz automat de ctre soft prin comanda Compute.

Cmpul de deplasri se vizualizeaz prin activarea comenzii Displacement, iar tensiunile

echivalente Von Mises prin Stres Von Mises.

Din analiza cu elemente finite a structurii reiese c, tensiunile echivalent maxime se

regasesc in zona cadrului i a panoului.

4. Memoriu justificativ privind respectarea regulilor de baz ale proiectrii

constructive

Proiectarea constructiv este acea parte a procesului de proiectare, n care, pornind

de la o soluie de principiu a unui produs, pe baza unor criterii tehnice i economice i a unor

informaii specifice, se desfoar activiti pn cnd se obin reprezentri grafice de detaliu

care s conduc, n continuare, la posibilitatea fabricrii produsului.

Regulile de baz sunt: claritatea, simplitatea, sigurana. Ele deriv din obiectivele

generale, care sunt:

ndeplinirea funciei tehnice;

atingerea fezabilitii economice;

sigurana individului i a mediului.

CLARITATEA se manifest prin lipsa ambiguitilor de proiectare, uurnd

previziunile asupra performanelor produsului final.

SIGURANA impune abordarea consistent a problemelor de rezisten, fiabilitate,

prevenirea accidentelor i protecia mediului.

SIMPLITATEA garanteaz fezabilitatea economic. Un numr redus de

componente i forme mai simple pot fi realizate mai repede i mai uor.

14

BIBLIOGRAFIE

http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice

http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/HermeneanIoanaSinzian

a.pdf

http://www.mecvel.com