ПРОУЧАВАЊЕ И ПРОЈЕКТОВАЊЕ МРЕЖОМ ПОВЕЗАНИХ ФОТОНАПОНСКИХ СИСТЕМА У ГРАДОВИМА Зоран Николић Seminar Društva za obnovljive izvore električne energije: F

Транскрипт

1 ПРОУЧАВАЊЕ И ПРОЈЕКТОВАЊЕ МРЕЖОМ ПОВЕЗАНИХ ФОТОНАПОНСКИХ СИСТЕМА У ГРАДОВИМА Зоран Николић 1

2 САДРЖАЈ 1. Увод 2. Опште о фотонапонској конверзији 3. Биланс снаге и енергије 4. Потрошња електричне енергије 5. Снага и енергија сунчевог зрачења 6. Аутономни и мрежом повезани системи 7. Пример: Средња школа Гимназија Параћин 8. Пример: Пијаца на Новом Београду 9. Пример: Заједничка потрошња у зградама 10. Пример: Гаража Обилићев венац 11. Пример: Систем за наводњавање пољопривредног добра 2

3 1. Увод 3

4 Невада, 70 MW 4

5 Раст укупне снаге фотонапонских електрана у свету Година Инсталисано (GW) 51,2 76,6 Укупно (GW) 229,9 306,

6 2016. године Абу Даби - цена електричне енергије 24,4 USD/MWh US банка Лазард - цена електричне енергије из мрежом повезне фотонапонске електране јефтинија од цена електричне енергије добијене из когенерације, угља или нуклеарне електране. Промене цена електричне енергије добијене из соларне електране и ветроелектране 6

7 Светско становништво, процена и предвиђања Енергија је кључни проблем данашњице Услов раста стандарда и БНД Потреба због повећања становништва на Земљи 7

8 Потрошња енергије у свету између и године 1kWh = 3412Btu 8

9 Процентуална потрошња енергије у свету према врсти енергента 9

10 Energija (PWh) Производња електричне енергије у свету од до године према врсти горива Proizvodnja električne energije u svetu prema vrsti goriva, Godina Tečna goriva Ugalj Prirodan gas Obnovljivi Nuklearna 10

11 2. Опште о фотонапонској конверзији Енергија сунца је енергија фотона или квантова енергије h c h c E h Планкова константа Брзина светлости Таласна дужина фотона 6, m/ Js s p n спој Фреквенција фотона 11

12 Ограничавајући фактори примене соларних ћелија Теоријска ефикасност соларне ћелије износи око 24% Реална око 16% Нови типови соларних ћелија 12

13 13

14 Редно и паралелно спајање фотонапонских ћелија 14

15 Перспектива 15

16 . 3. Биланс снаге и енергије em k o k i степен корисности или степен искоришћења електромотора. коефицијент оптерећења мотора коефицијент истовремености P u m i ni Pi k o k i Укупна снага одређене групе потрошача E u P u h Укупна дневна потребна енергија 16

17 Биланс електричне снаге и енергије у летњем периоду ЕЛЕКТРИЧНА ОПРЕМА Ком. Јединична снага (W) Степен корисности Степен оптерећења Коефицијент истовремености Укупна снага (W) Време коришћења (h) Енергија лети (kwh) Осветљење ,90 1,00 0, Хладњаци ,80 1,00 0, Алармни систем ,80 1,00 1, Електронски уређаји ,85 1,00 0, Пумпа за воду ,75 0,8 0, ,5 640 Потрошач Потрошач Потрошач ЛЕТЊИ ПЕРИОД k o k i P l max E l max 17

18 Биланс електричне снаге и енергије у зимском периоду ЕЛЕКТРИЧНА ОПРЕМА Ком. Јединична снага (W) Степен корисности Степен оптерећења Коефицијент истовремености Укупна снага (W) Време коришћења (h) Енергија зими (kwh) Осветљење ,90 1,00 1, Хладњаци ,80 1,00 0, Алармни систем ,80 1,00 1, Електронски уређаји ,85 1,00 0, Пумпа за воду ,75 0,8 0, ,5 640 Потрошач Потрошач Потрошач ЗИМСКИ ПЕРИОД k o k i P zmax E z max 18

19 Биланс електричне снаге и енергије у хаваријском периоду ЕЛЕКТРИЧНА ОПРЕМА Ком. Јединична снага (W) Степен корисности Степен оптерећења Коефицијент истовремености Укупна снага (W) Време коришћења (h) Енергија хаваријска (kwh) Осветљење ,90 1,00 1, Хладњаци ,80 1,00 0, Алармни систем ,80 1,00 1, Електронски уређаји ,85 1,00 0, Пумпа за воду ,75 0,8 0, ,5 640 Климатизери ,8 1,00 0, Потрошач Потрошач ХАВАРИЈСКИ ПЕРИОД k o k i P hmax E hmax 19

20 Прорачун основних карактеристика фотонапонског система Е n P n max max Е P l max, l max, Е P z max, z max, P Е hmax hmax Потребна енергија потрошача Потребна максимална снага потрошача U n I n P n Називни напон фотонапонског система Случајеви аутономних и мрежом повезаних система U U n bat U bat n 12V 12,24,48,72,96,120,144,192V U n U invertora 400V U 850V n 20

21 Избор основних компонената аутономног фотонапонског извора 1. Потребна енергија потрошача Е n 2. Потребна снага потрошача P n 3. Време аутономног рада (не постоји, краткотрајно нпр. 15min, 1 дан, више дана 4. Номинални напон (приближно) Т А U n P n 21

22 Аутономно фотонапонско напајање 22

23 5. Избор фотонапонских панела (према потребној енергији за карактеристични случај, лето, зиму и хаваријски период имајући у виду средње време инсолације и одабрани тип фотонапонског панела) n E T A n P 1 6. Избор инвертора DC/AC који напаја потрошаче (према снази произвођач дефинише улазни DC напон проверава се према полазној струји највећег потрошача) (Стевић) Pinvertora P n U n 7. Додатне карактеристике фотонапонских панела (редно и паралелно спајање) 8. Избор батеријских контролера DC/DC (према напону и струји) 9. Избор акумулаторске батерије (према потребној енергији увећаној за 25%) (Стевић и Шеваљевић) En Q5 h 1,25 U n 23

24 Избор основних компонената мрежом повезаног фотонапонског извора 1. Потребна годишња енергија, вршна снага или смештајни простор ЕА P m SPV 2. Према снази фотонапонског извора бира се 1 или више мрежних (string) инвертора. 3. Врши се избор фотонапонских панела P1 U 1 I1 4. Распоређују се панели редно и паралелно 24

25 4. Потрошња електричне енергије А. Лети б. Зими Потрошња електричне енергије у Београду (MW) 25

26 Потрошња електричне енергије у породичној кући у Београду 26

27 Diesel fuel specific consumption Одређивање снаге дизел електричног агрегата 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Diesel fuel specific consumption (kg/kwh) Diesel fuel specific consumption (l/kwh) Total diesel fuel specific consumption (l/kwh) Normalized power P/Pn (%) 27

28 Једнополна схема напајања 28

29 5. Снага и енергија сунчевог зрачења Дневни дијаграми фотонапонске електране 5,06 kw у карактеристичним данима године 29

30 Мрежом повезан систем фотонапонских панела Власник Средња електротехничка школа Раде Кончар - Инсталисана снага 5,06 kw Оријентација 0 Нагиб 35 30

31 Биланс 31

32 Месечна производња електричне енергије у Београду током године Фебруар 92kWh (107kWh) енергије средње време (0,75h) Август 890kWh (1.035kWh) енергије средње време (6,67h) 32

33 Производња електричне енергије по месецима у Бедограду 33

34 Electric energy production (kwh) Годишња производња електричне енергије из фотонапонских панела у Београду Годишње 6.220kWh + 12% (6.966kWh) Број сунчаних сати h Дневно просечно 3,83 h Инвестициона цена Годишња зарада Повраћај инвестиције Evra Evra 7,7 godine Loses (kwh) Yield (kwh) January April July October Month

35 Специфични показатељи за подручје Београда Услови Степен корисности 16 % за нагиб од 35 степена Оријентација ка југу Специфични показатеље Сунце пуном снагом обасјава фотонапонске модуле часова годишње или 3,41 часова просечно дневно. Номинална снага по јединици површине фотонапонских модула износи 160 W/m 2 Са 1 m 2 фотонапонских модула може се добити током 1 године 199,2 kwh електричне енергије. Лети се просечно добија око 900 Зими се просечно добија око Wh / m Wh / m електричне енергије електричне енергије 2 35

36 Процентуална корекција производње електричне енергије из фотонапонских панела оријентисаних ка југу а постављеним под различитим углом 36

37 Процентуална корекција производње електричне енергије из фотонапонских панела постављених под оптималним углом (35 степена) а различитом оријентацијом 37

38 Фотонапонска електрана у Кладову снаге 2MW 38

39 Производни капацитети у Републици Србији и годишња производња електричне енергије 39

40 Фотонапонско напајање потрошача електричне енергије у Србији Фотонапонско напајање Годишње потребе у Републици Србији износе око 34 TWh електричне енергије. До 11 TWh електричне енергије добија се из хидроелектрана. За годишње добијање 23 TWh електричне енергије потребнa је номинална снага фотонапонских модула 18,48 GW За годишње добијање 23 TWh електричне енергије потребно је око 115,5 km 2 соларних панела или квадрат основних димензија 10,75 km (на пример: 35 % површине Делиблатске пешчаре). Аkо цена данас доступних фотонапонских модула износи око 0,5 $/W, укупна цена фотонапонске електране износила би око 9,24 милијарди $. 40

41 6. Аутономни и мрежом повезани системи 41

42 Аутономни системи су углавном усложени ради поузданости 42

43 Напајање нужног осветљења у манастиру 43

44 Речни пловни пристан у Београду 44

45 7. Пример: Средња школа Гимназија Параћин 45

46 Једнополна схема напајања Номинална снага 30 kw Електрична енергија годишње kWh Потреба око 30% енергије 46

47 Мрежом повезан фотонапонски систем 47

48 Мрежом повезан фотонапонски систем 48

49 8. Пример: Пијаца на Новом Београду 49

50 Варијантно решење постављања фотонапонских панела Јужни и бочни делови 740 панела по 160 W = 118,4kW 2 string инвертора по 80kW Источни и западни део Термални колектори Централни део панела по 250 W = 300kW 4 string инвертора по 100kW 50

51 9. Пример: Заједничка потрошња у зградама Свести заједничку потрошњу на нулу! Кућа нулте потрошње електричне енергије Дневна потребна енергија Максимална снага Потрошња енергијe током 4 часа 3,5 kwh 1,5 kw Wh Панели имају снагу 2kW. 51

52 Варијанта 1. 52

53 Варијанта 2. 53

54 Варијанта 3. 54

55 10. Пример: Гаража Обилићев венац 55

56 Пројектни задатак Пројектни задатак: Фотонапонска електрана 50 kw (покрива нормално оптерећење) Хаваријско напајање 12 kw Дизел агрегатско напајање 200 kw Решење: Фотонапонски панели 198 комада по 250 W 3 string инвертора 20 kw Уређај за беспрекидно напајање 20 kw Акумулаторске батерије 44 комада 12V, 100Ah, C20 56

57 Једнополна схема напајања 57

58 Фотонапонска електрана на крову гараже Обилићев венац 58

59 11. Пример: Систем за наводњавање пољопривредног добра Фотонапонски панели 3 x 16 x 230 W = W Регулатор пуњења батерија 3 x 30A x 192 V Акумулаторске батерије 16 x 12V x 575Ah C5 Инвертор 3 x 220V, 50Hz, 30kVA Електромотор пумпе 7,5kW (7kW) 59

60 Фотонапонска електрана 60

61 Фотонапонска електрана 61

62 Опрема 62

63 Дизел агрегат 63

64 Хвала на пажњи!! 64