UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC COORDONATOR STIINTIFIC: Prof.dr.ing. Ion MIRCEA Asist.ing. Cristian BRATU ABSOLVENT: TOMA IONUŢ - 2012 -

CUPRINS CAPITOLUL I. – ENERGIA SOLARĂ CAPITOLUL II. – CALCULUL DESITĂŢII ENERGIEI RADIANTE INCIDENTE PE UN PLAN ORIENTAT ARBITRAR CAPITOLUL III. – CELULA FOTOVOLTAICĂ CAPITOLUL IV. – SISTEM FOTOVOLTAIC CAPITOLUL V. – ANALIZA EFICIENŢEI ENERGETICE ŞI ECONOMICE A UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC CAPITOLUL VI. – UTILIZAREA SISTEMELOR FOTOVOLTAICE

ENERGIA SOLARĂ – SURSE REGENERABILE Epuizarea 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 lalta, de la o zi la alta, de la un anotimp la altul. Coordonatele orare: unghiul orar H şi declinaţia  Sisteme de coordonate cereşti: coordonate orizontale(A şi h); coordonate orare (H şi δ); coordonate ecuatoriale (α şi δ); coordonate eliptice (α şi ).

CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE Pentru oraşul Craiova coordonatele geografice sunt: - latitudine  = 44,23; - longitudine  = 23,87. Declinaţia medie anuală este: =0,033. Unghiul de înclinare optim anual este:

CALCULUL DENSITĂŢII DE ENERGIE

CELULA FOTOVOLTAICĂ 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 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.

CELULA FOTOVOLTAICĂ Factorul de umplere (fill factor) este definit ca raportul între puterea maximă şi produsul între tensiunea în gol şi curentul de scurtcircuit: Temperatura Normală de Funcţionare a Celulei (NOCT). Randamentul unei celule fotovoltaice - se determină ca raportul dintre puterea generată de celulă la ieşire la o temperatură specificată şi puterea radiaţiei solare. S - aria suprafeţei celulei sau modulului, [m2]; E - radiaţia globală incidentă pe suprafaţa celulei sau modulului, [W/m2].

SISTEMUL FOTOVOLTAIC 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.; - 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: Puterea critică a modulului: 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

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: Temperatura medie anuală de lucru a celulei: Tensiunea de mers în gol:

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: Se aleg 5 acumulatoare cu capacitatea standard de 150 Ah care se vor conecta în paralel. Invertor. Se alege un invertor cu puterea de 1500W. 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: anuală: pe durata de viaţă: Cheltuielile anulale de exploatare: Cheltuielile medii anuale: Cheltuielile totale actualizate pe durata de viaţă a instalaţiei: Venitul brut anual obţinut din consumul de energie:

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.

`