{"id":11801,"date":"2010-06-09T14:19:37","date_gmt":"2010-06-09T13:19:37","guid":{"rendered":"http:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=11801"},"modified":"2015-11-09T14:36:53","modified_gmt":"2015-11-09T13:36:53","slug":"pomiary-systemu-monokrystalicznych-fotoogniw-krzemowych","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=11801","title":{"rendered":"Pomiary systemu monokrystalicznych fotoogniw krzemowych"},"content":{"rendered":"

\"ES_06_2010\"<\/a>W artykule zaprezentowany zosta\u0142 testowy system fotowoltaiczny o mocy 1 kW zbudowany w Instytucie Elektrotechniki we Wroc\u0142awiu, sk\u0142adaj\u0105cy si\u0119 z baterii modu\u0142\u00f3w fotowoltaicznych, \u017celowych akumulator\u00f3w oraz dedykowanych uk\u0142ad\u00f3w elektronicznych gwarantuj\u0105cych nieprzerwane dzia\u0142anie pod\u0142\u0105czonych odbiornik\u00f3w. Do po\u0142\u0105cze\u0144 elektrycznych w omawianym uk\u0142adzie zastosowano przew\u00f3d z serii \u00d6lflex Solar XL multi firmy Lapp Kabel.<\/strong><\/p>\n

Rozw\u00f3j cywilizacji zwi\u0105zany jest \u015bci\u015ble z konsumpcj\u0105 energii. Rozw\u00f3j miast, d\u0105\u017cenie do poprawy warunk\u00f3w pracy oraz \u017cycia mieszka\u0144c\u00f3w powoduj\u0105 ci\u0105g\u0142y wzrost zapotrzebowania na energi\u0119 elektryczn\u0105. W nowoczesnych metropoliach ograniczenie konsumpcji energii, przy jednoczesnym utrzymywaniu wysokiego poziomu \u017cycia, wi\u0105\u017ce si\u0119 z nieustannym podnoszeniem sprawno\u015bci energetycznej urz\u0105dze\u0144 elektrycznych, np. stosowaniem urz\u0105dze\u0144 klimatyzacyjnych wyposa\u017conych w uk\u0142ad p\u0142ynnej regulacji mocy czy wykorzystaniem \u015bwietl\u00f3wek energooszcz\u0119dnych lub \u017car\u00f3wek diodowych. W Polsce g\u0142\u00f3wnym \u017ar\u00f3d\u0142em energii elektrycznej, do czasu rozwoju energetyki j\u0105drowej, z pewno\u015bci\u0105 pozostanie w\u0119giel. Pozyskiwanie i spalanie tego paliwa wi\u0105\u017ce si\u0119 niestety z degradacj\u0105 \u015brodowiska naturalnego. Przyj\u0119te za\u0142o\u017cenia Rz\u0105du w sprawie \u201ePolityki energetycznej Polski do 2030\u201d [1] wymuszaj\u0105 zwi\u0119kszenie udzia\u0142u \u017ar\u00f3de\u0142 odnawialnych w wytwarzaniu energii do 15% w roku 2020. Jak podaje [2] w 2007 roku udzia\u0142 ten wynosi\u0142 7,1%.
\nG\u0142\u00f3wnym problemem produkcji energii ze \u017ar\u00f3de\u0142 odnawialnych jest jej nier\u00f3wnomierno\u015b\u0107 dobowa. Dlatego wymagane jest prowadzenie prac zwi\u0105zanych z akumulacj\u0105 energii oraz efektywnym jej odzyskaniem z \u201eakumulatora energii\u201d. St\u0105d wiele prac zwi\u0105zanych jest z tematyk\u0105 ogniw paliwowych [3], produkcj\u0105 i przechowywaniem wodoru.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 1. Dobowy przebieg zmian nat\u0119\u017cenia promieniowania s\u0142onecznego w r\u00f3\u017cnych miesi\u0105cach<\/p><\/div>\n

\"Rys.

Rys. 2.\u00a0Schemat\u00a0systemu\u00a0fotowoltaicznego<\/p><\/div>\n

Energia s\u0142oneczna jest podstawowym \u017ar\u00f3d\u0142em energii odnawialnej dla ziemi, jednak jej rozk\u0142ad jest nier\u00f3wnomierny i zale\u017cy \u015bci\u015ble od szeroko\u015bci geograficznej oraz warunk\u00f3w pogodowych. W Polsce rocznie na p\u0142aszczyzn\u0119 poziom\u0105 pada oko\u0142o 1250 kWh\/m2<\/sup> energii. Na rysunku 1 zamieszczono dobowy przebieg zmian nat\u0119\u017cenia promieniowania s\u0142onecznego padaj\u0105cego na powierzchni\u0119 poziom\u0105 dla wybranych dni w miesi\u0105cach stycze\u0144, kwiecie\u0144, lipiec, pa\u017adziernik. Pomiary wykonane zosta\u0142y w warunkach klimatycznych Wroc\u0142awia. Maksymalne nat\u0119\u017cenie zanotowane w lipcu wynosi oko\u0142o 750 W\/m2<\/sup>. Istnieje wi\u0119c znaczna nier\u00f3wnomierno\u015b\u0107 ilo\u015bci energii s\u0142onecznej dobowa oraz miesi\u0119czna (lipiec-stycze\u0144).
\n\"Tab_1_Lapp\"
\nUrz\u0105dzeniami, kt\u00f3re umo\u017cliwiaj\u0105 pozyskanie w spos\u00f3b bezpo\u015bredni energii s\u0142o\u0144ca s\u0105 kolektory s\u0142oneczne oraz fotoogniwa. W kolektorach s\u0142onecznych energia promieniowania zamieniana jest na ciep\u0142o. Mo\u017ce ono by\u0107 wykorzystane do podgrzewania wody sanitarnej, wody w basenach, powietrza np. w suszarnictwie, do produkcji energii elektrycznej w uk\u0142adach ORC [5] lub produkcji ch\u0142odu z wykorzystaniem urz\u0105dze\u0144 absorpcyjnych [6]. Fotoogniwa wykorzystuj\u0105 zjawisko fotoelektryczne do bezpo\u015bredniej konwersji energii promieniowania s\u0142onecznego na pr\u0105d elektryczny. Energia ta jest nast\u0119pnie przesy\u0142ana po\u015brednio do odbiornik\u00f3w b\u0105d\u017a magazynowana np. w akumulatorach.<\/p>\n

\"Rys.<\/a>

Rys. 3. Widok paneli fotowoltaicznych na dachu budynku oraz widok uk\u0142adu regulacyjnego<\/p><\/div>\n

System fotowoltaiczny<\/strong><\/p>\n

W Instytucie Elektrotechniki zbudowany zosta\u0142 testowy system fotowoltaiczny o mocy 1 kW. Uk\u0142ad sk\u0142ada si\u0119 z o\u015bmiu paneli o mocy 140 W ka\u017cdy. Wykorzystano monokrystaliczne krzemowe ogniwa s\u0142oneczne. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe parametry techniczne badanego panelu.
\nOpr\u00f3cz baterii modu\u0142\u00f3w fotowoltaicznych w sk\u0142ad systemu wchodz\u0105 r\u00f3wnie\u017c \u017celowe akumulatory o \u0142\u0105cznej pojemno\u015bci 800 Ah oraz dedykowane uk\u0142ady elektroniczne gwarantuj\u0105ce nieprzerwane dzia\u0142anie pod\u0142\u0105czonych odbiornik\u00f3w. Na rysunku 2 pokazano schemat uk\u0142adu fotowoltaicznego obrazuj\u0105cy dzia\u0142anie ca\u0142ego systemu: regulator \u0142adowania [2], kt\u00f3rego zadaniem jest monitorowanie i zarz\u0105dzanie wyprodukowan\u0105 energi\u0105, wykorzystuje energi\u0119 ogniw fotowoltaicznych do \u0142adowania akumulator\u00f3w b\u0105d\u017a zasilania odbiornik\u00f3w 48 V. Przetwornica DC\/AC (inwerter) pobieraj\u0105c zmagazynowan\u0105 energi\u0119 zasila zewn\u0119trzne uk\u0142ady lub do\u0142adowuje akumulatory w razie zbyt ma\u0142ego nat\u0119\u017cenia lub braku promieniowania s\u0142onecznego. Jest to mo\u017cliwe dzi\u0119ki wykorzystaniu zdalnego kontrolera, kt\u00f3ry wykorzystuj\u0105c dane dotycz\u0105ce stanu na\u0142adowania akumulator\u00f3w, za\u0142\u0105cza \u0142adowanie b\u0105d\u017a przekazuje nadwy\u017ck\u0119 energii do dodatkowych odbiornik\u00f3w.
\nTypowe parametry elektryczne systemu fotowoltaicznego zebrano w tabeli 2.
\n\"Tab_2_Lapp\"<\/p>\n

Po\u0142\u0105czenia elektryczne \u2013 przew\u00f3d \u00d6lflex Solar XL multi firmy Lapp Kabel<\/strong><\/p>\n

Do po\u0142\u0105cze\u0144 elektrycznych w omawianym uk\u0142adzie zastosowano przew\u00f3d z serii \u00d6lflex Solar XL multi firmy Lapp Kabel. Przewody te mog\u0105 by\u0107 stosowane do indywidualnych po\u0142\u0105cze\u0144 pomi\u0119dzy ogniwami s\u0142onecznymi oraz jako przed\u0142u\u017cacze pomi\u0119dzy poszczeg\u00f3lnymi panelami. Stosowane s\u0105 w niemal ka\u017cdych warunkach klimatycznych. Przewody posiadaj\u0105 atest typu TUV opieraj\u0105cy si\u0119 na jednej z najnowszych specyfikacji 2 PfG 1169. Aprobata UL umo\u017cliwia u\u017cycie przewodu do pod\u0142\u0105czania system\u00f3w fotoelektrycznych w Ameryce P\u00f3\u0142nocnej (zgodnie z kodeksem NEC \u2013 National Electrical Code w Ameryce P\u00f3\u0142nocnej do instalacji fotoelektrycznych dopuszczone s\u0105 wy\u0142\u0105cznie przewody posiadaj\u0105ce atest do stosowania na zewn\u0105trz). Przewody \u00d6lflex Solar XL multi posiadaj\u0105 liczne badania TUV i UL zapewniaj\u0105ce dodatkowe bezpiecze\u0144stwo. Najwa\u017cniejsze cechy przewodu to:
\n\u2022 odporno\u015b\u0107 na promieniowanie UV i ozon,
\n\u2022 wysoka temperatura zwarcia,
\n\u2022 budowa z ocynkowanych cienkich drucik\u00f3w miedzianych,
\n\u2022 odporno\u015b\u0107 na \u015bcieranie,
\n\u2022 nierozprzestrzenianie ognia, ani toksycznych gaz\u00f3w w czasie po\u017caru,
\n\u2022 odporno\u015b\u0107 na hydroliz\u0119 w gor\u0105cej wodzie (ka\u0142u\u017ce na dachach),
\n\u2022 aprobaty UL i CSA.
\nNa rysunku 4 przedstawiono widok przewod\u00f3w oraz wtyczki po\u0142\u0105czeniowej.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 4. Widok przewod\u00f3w elektrycznych i wtyczki po\u0142\u0105czeniowej<\/p><\/div>\n

Wyniki pomiar\u00f3w<\/strong><\/p>\n

Na rysunku 5 przedstawiono por\u00f3wnanie ilo\u015bci energii s\u0142onecznej padaj\u0105cej na powierzchni\u0119 poziom\u0105 w stosunku do ilo\u015bci energii produkowanej przez fotoogniwo. Dane pomiarowe z 5 pa\u017adziernika 2009 roku pokazuj\u0105, \u017ce efektywna konwersja energii promieniowania s\u0142onecznego mia\u0142a miejsce w godzinach od 07:07 do 18:02 Na podstawie warto\u015bci nat\u0119\u017ce\u0144 pr\u0105d\u00f3w oraz napi\u0119\u0107 modu\u0142owych, jak r\u00f3wnie\u017c ilo\u015bci padaj\u0105cego promieniowania elektromagnetycznego wykonuje si\u0119 charakterystyk\u0119 modu\u0142\u00f3w. Dzi\u0119ki temu, przyk\u0142adowo, wyznaczono minimaln\u0105 warto\u015b\u0107 promieniowania, przy kt\u00f3rej szeregowo-r\u00f3wnolegle pod\u0142\u0105czone panele osi\u0105gaj\u0105 nominaln\u0105 warto\u015b\u0107 napi\u0119cia 48 V.
\nNier\u00f3wnomierno\u015b\u0107 pr\u0105du \u0142adowania (Imod<\/sub>) jest spowodowana przez cz\u0119\u015bciowe zachmurzenie wyst\u0119puj\u0105ce w czasie pomiar\u00f3w. Rysunek 6 prezentuje dane dotycz\u0105ce \u0142adowania akumulator\u00f3w w ci\u0105gu dnia, ich cz\u0119\u015bciowego roz\u0142adowania w pocz\u0105tkowych godzinach nocnych oraz ich okresowe do\u0142adowywanie ze \u017ar\u00f3d\u0142a sieciowego w celu podtrzymania pracy pod\u0142\u0105czonych odbiornik\u00f3w.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 5. Por\u00f3wnanie ilo\u015bci energii s\u0142onecznej padaj\u0105cej na powierzchni\u0119 poziom\u00f3w w stosunku do ilo\u015bci energii produkowanej przez fotoogniwo W\/m2<\/p><\/div>\n

Wnioski<\/strong><\/p>\n

Na podstawie przeprowadzonych bada\u0144 stwierdzono, \u017ce maksymalna sprawno\u015b\u0107 badanego uk\u0142adu, dla danych warunk\u00f3w atmosferycznych wynosi oko\u0142o 16%. Warto\u015b\u0107 ta zale\u017cy r\u00f3wnie\u017c od ilo\u015bci energii pobieranej przez odbiorniki.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 6. Przebiegi rozp\u0142ywu energii (pr\u0105du) w uk\u0142adzie fotowoltaicznym: pr\u0105d modu\u0142owy (na g\u00f3rze) oraz wypadkowy pr\u0105d akumulator\u00f3w z okresowym do\u0142adowaniem z sieci w godzinach nocnych po nadmiernym roz\u0142adowaniu akumulator\u00f3w<\/p><\/div>\n

Dob\u00f3r wielko\u015bci magazynu energii (akumulator\u00f3w) nale\u017cy przeprowadza\u0107 indywidualnie w zale\u017cno\u015bci od mocy odbiornik\u00f3w. Nale\u017cy na to zwr\u00f3ci\u0107 szczeg\u00f3ln\u0105 uwag\u0119 w przypadku uk\u0142ad\u00f3w autonomicznych.<\/p>\n

dr in\u017c. Wojciech Mazurek<\/strong>
\nInstytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Politechnika Wroc\u0142awska<\/strong>
\nInstytut Elektrotechniki <\/strong>
\nOddzia\u0142 Technologii<\/strong>
\ni Materia\u0142oznawstwa Elektrotechnicznego we Wroc\u0142awiu<\/strong>
\nmgr in\u017c. Marek Malinowski<\/strong>
\nInstytut Elektrotechniki <\/strong>
\nOddzia\u0142 Technologii<\/strong>
\ni Materia\u0142oznawstwa Elektrotechnicznego we Wroc\u0142awiu<\/strong>
\nmgr in\u017c. Henryk Pa\u0142ys<\/strong>
\nLapp Kabel<\/strong><\/p>\n

Literatura:
\n[1] Polityka energetyczna Polski do 2030r., Uchwa\u0142a Rz\u0105du RP z dnia 10.11.2009 r.
\n[2] Gra\u017cyna Berent \u2013 Kowalska i inni, Energia ze \u017ar\u00f3de\u0142 odnawialnych w 2008 r, Wyd. GUS, W-wa 2009;
\n[3] Piotr Buj\u0142o, Andrzej Sikora, Grzegorz Pa\u015bciak, Jacek Chmielowiec, Energy flow monitoring unit for Hy-IEL hybrid (PEM fuel cellsupercapacitor) electric scooter, Przegl\u0105d Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 3\/2010
\n[4] http:\/\/pl.wikipedia.org
\n[5] Bryszewska-Mazurek Anna, Mazurek Wojciech, \u015awieboda Tymoteusz: Small Solar-Powered ORC System. Polish Journal of Environmental Studies. 2008, vol. 17, nr 3A, s. 91-94, 6 rys., bibliogr. 13 poz.
\n[6] Bryszewska-Mazurek Anna, Mazurek Wojciech, Kuciel Eugeniusz*: Solar powered absorption refrigerator for air-conditioning system. Polish Journal of Environmental Studies. 2008, vol. 17, nr 3A, s. 86-90, 4 rys., 1 tab., bibliogr. 15 poz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

W artykule zaprezentowany zosta\u0142 testowy system fotowoltaiczny o mocy 1 kW zbudowany w Instytucie Elektrotechniki we Wroc\u0142awiu, sk\u0142adaj\u0105cy si\u0119 z baterii modu\u0142\u00f3w fotowoltaicznych, \u017celowych akumulator\u00f3w oraz dedykowanych uk\u0142ad\u00f3w elektronicznych gwarantuj\u0105cych nieprzerwane dzia\u0142anie pod\u0142\u0105czonych odbiornik\u00f3w. Do po\u0142\u0105cze\u0144 elektrycznych w omawianym uk\u0142adzie zastosowano przew\u00f3d z serii \u00d6lflex Solar XL multi firmy Lapp Kabel. Rozw\u00f3j cywilizacji zwi\u0105zany jest…<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":11810,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[613],"tags":[352],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11801"}],"collection":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=11801"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11801\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11811,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11801\/revisions\/11811"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/11810"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=11801"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=11801"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=11801"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}