Titlul proiectului: „Cooperare comună româno-bulgară pentru dezvoltarea durabilă şi pe
termen lung a resurselor umane tinere în domeniul tehnologiilor privind energia
regenerabilă, pentru eliminarea barierelor socio-culturale pentru crearea de oportunităţi
comune în vederea obţinerii unui loc de muncă şi a creşterii gradului de ocupare a forţei
de muncă de-a lungul zonei de frontiera”
Workshop
“The Future of Renewable Energy Sector”
Tema abordată:
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI ECONOMICE
A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
CUPRINS
CAPITOLUL I. – ENERGIA SOLARĂ
CAPITOLUL II. – CALCULUL DESITĂŢII ENERGIEI RADIANTE
CAPITOLUL III. – CELULA FOTOVOLTAICĂ
CAPITOLUL IV. – SISTEM FOTOVOLTAIC
CAPITOLUL VI. – UTILIZAREA SISTEMELOR FOTOVOLTAICE
CAPITOLUL V. – ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
INCIDENTE PE UN PLAN ORIENTAT ARBITRAR
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
ENERGIA SOLARĂ – SURSE
REGENERABILEEpuizarea resurselor primare de energie impune necesitatea reevaluării
surselor noi şi regenerabile de energie.
Energia regenerabilă are un avataj faţă de celelalte forme de energie – ea
este nelimitată şi practic nepoluantă.
Într-un interval de 20 de minute, Soarele furnizează echivalentul consumului
energetic anual al omenirii. Pe teritoriul României, pe o suprafaţa orizontală de
1m2, putem capta anual o cantitate de energie cuprinsă între 900 şi 1450 kWh,
dependentă bineînţeles şi de anotimp.
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
Datorită mişcării diurne aparente a Soarelui pe bolta cerească, razele solare cad
asupra Pământului sub un anumit unghi care diferă de la un loc la altul, de la o oră la
alta, de la o zi la alta, de la un anotimp la altul.
coordonate orizontale(A şi h);
coordonate orare (H şi δ);
coordonate ecuatoriale (α şi δ);
coordonate eliptice (α şi ).
Sisteme de coordonate cereşti:
Coordonatele orare: unghiul orar
H şi declinaţia
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
Declinaţia medie anuală este: =0,033. Unghiul de înclinare optim anual este:
20,44033,023,44medîncl
Pentru oraşul Craiova coordonatele geografice sunt:
- latitudine = 44,23 ;
- longitudine = 23,87 .
CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE
Conversia fotovoltaică reprezintă conversia directă a radiaţiei solare în energie
electrică cu ajutorul celulelor solare sau generarea unei tensiuni electromagnetice
într-o joncţiune-homojoncţiune/heterojoncţiune sau dioda Schottky sub acţiunea
luminii.
CELULA FOTOVOLTAICĂ
Celula fotovoltaică se expune unei radiaţii incidente (flux de fotoni). Dacă
energia fotonului este suficient de mare, atunci în urma coliziunii fotonului cu un
atom, electronul din banda de valenţă va trece în banda de conducţie, devenind
liber, generând, totodată, un gol în reţeaua cristalului. Astfel, sub acţiunea fotonilor
are loc generarea de perechi electroni-goluri. Acest efect se mai numeşte efect
fotovoltaic intern.
Factorul de umplere (fill factor) este definit ca raportul între puterea maximă şi
produsul între tensiunea în gol şi curentul de scurtcircuit:
scg
MM
scg
M
IU
IU
IU
PFF
Temperatura Normală de Funcţionare a Celulei (NOCT).
st
aCE
E
8,0
20NOCTTT
Randamentul unei celule fotovoltaice - se determină ca raportul dintre puterea
generată de celulă la ieşire la o temperatură specificată şi puterea radiaţiei solare.
ES
Pp
S - aria suprafeţei celulei sau modulului, [m2];
E - radiaţia globală incidentă pe suprafaţa celulei sau modulului, [W/m2].
CELULA FOTOVOLTAICĂ
Principalele componente sunt:
- modulul, panoul, câmpul de module sau, altfel spus, generatorul fotovoltaic;
- bateria de acumulatoare;
- subsistemul pentru condiţionarea energie electrice, care includ inclus şi
elemente de măsurare, monitorizare, protecţie, etc.;
SISTEMUL FOTOVOLTAIC
- sursa auxiliară de
energie, de exemplu,
un grup electrogen
(back-up generator),
care funcţionează pe
benzină sau
motorină. În acest
caz sistemul
fotovoltaic se mai
numeşte sistem
fotovoltaic hibrid.
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
Se consideră o casă în oraşul Craiova având suprafaţă construită: 85,12 m2.
Energia electrică (medie estimată) anuală consumată: Ec= 960 kWh/an
Energia electrică pe care trebuie să o producă modulului fotovoltaic:
zi/kWh28,3an/kWh12008,0
960
K
EE c
p
Puterea critică a modulului:
W1310kW31,15,2
28,3
HRS
E
G
EP
pp
c
Se alege panoul fotovoltaic cu următoarele caracteristici:
puterea maximă Pm=150W;
curentul de scurtcircuit Isc=9,9 A;
tensiunea de mers în gol Ug=23 V;
curentul maxim Im=8,42 A;
tensiunea maximă Um=17,8 V; Aria panoului A=1,173 m2
panouri973,8150
1310
Pm
PN c
p
2
pPV m557,109173,1NAS
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE
ŞI ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
Numărul de panouri fotovoltaice necesare este:
Suprafaţa totală a panourilor fotovoltaice:
Calculul parametrilor panoului fotovoltaic în condiţiile de funcţionare
Curentul de scurtcircuit:
A22,41000
12,4269,9
E
EIEI
st
scsc
Temperatura medie anuală de lucru a celulei:
C31,331000
12,426
8,0
204520
E
E
8,0
20NOCTTT
st
ac
Tensiunea de mers în gol:
V23,222531,33400023,02325Tn0023,0UTcU cgg
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE
ŞI ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
Factorul de umplere al panoului:
Puterea produsă de panoul fotovoltaic este:
Randamentul panoului fotovoltaic:
Capacitatea acumulatoarelor:
Invertor. Se alege un invertor cu puterea de 1500W.
66,09,923
150
IU
PFF
scg
m
W91,6122,423,2266,0EITUFFP sccgp
%3,12123,012,426173,1
91,61
EA
Pp
Ah49,595129,085,06,0
3280
Uk
EC
acumconvacd
p
Se aleg 5 acumulatoare cu capacitatea standard de 150 Ah care se vor conecta în
paralel.
Regulator de încărcare. Se alege un regulator suportând un curent de 30 A.
ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI
ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC
Investiţia iniţială în sistemul fotovoltaic: I = 11163,58 Euro
Volumul energiei produse:
Cheltuielile anulale de exploatare:
Cheltuielile totale actualizate pe durata de viaţă a instalaţiei:
anuală: an/kWh1434109531,1TPW man
pe durata de viaţă: kWh34,1220351,81434TWW 20%,10anact
an/Euro63,11158,1116301,0IC exex
Cheltuielile medii anuale: an/Euro63,111063,111RCCA Iex
Euro55,1213351.863,11158,11163TCICTA ex
Venitul brut anual obţinut din consumul de energie: an/Euro08,17212,01434TWV Wanan
CONCLUZII
În urma analizei energetice s-a constatat că eficienţa panourilor fotovoltaice în
condiţiile de lucru este mică (12,3%). Eficienţa scăzută a panourilor fotovoltaice
determină alegerea unui număr mai mare de panouri (9 panouri) pentru
alimentarea unei case cu consum energetic anual de 960 kWh/an.
Datorită numărului mare de panouri fotovoltaice necesare şi a preţului ridicat al
acestora (928,2 euro/panou) valoarea investiţiei într-un sistem fotovoltaic este
mare 11163,58 Euro.
Cheltuielile de exploatare a sistemului fotovoltaic ales sunt reduse (113,11
Euro/an) comparativ cu cheltuielile de investiţie.
Amortizarea se realizează într-un număr de ani mai mare decât durata de viaţă.
Exploatarea unui sistem fotovoltaic se justifică (la momentul actual) doar pentru
alimentarea cu energie a unor consumatori izolaţi şi de putere mică dacă se iau în
considerare costurile ridicate necesare pentru racordarea la reţea a acestor
consumatori.
Având în vedere descoperirile în acest domeniu ce ar putea avea loc în
următoarea perioadă precum şi creşterea continuă a preţului energiei electrice se
poate estima că aceste sisteme fotovoltaice vor deveni eficiente din punct de
vedere energetic şi economic într-o perioadă scurtă de timp.
Mulţumim pentru atenţie!
www.cbcromaniabulgaria.eu
Investim în viitorul tău!
Programul de Cooperare Transfrontalieră România – Bulgaria 2007-2013 este cofinanțat
de Uniunea Europeană prin Fondul European pentru Dezvoltare Regională