Теоријска и експериментална анализа фиксног и ротирајућег двоосног фотонапонског система Костић Миљана Факултет техничких наука, Чачак Техника и информатика, 2012/2013 miljana_kostic@yahoo.com Ментор рада: проф. др Снежана Драгићевић Апстракт У овом раду је дата теоријска и експериментална анализа производње електричне енергије из фотонапонског система који је реализован према пројекту Електронског факултета у Нишу. Теоријски део садржи анализу пројекта фотнапонског система номиналне снаге 5,5 kw помоћу програмских пакета RETScreen и PVGIS и упоредне анализе најзначајнијих резултата. У раду су дати и експериментални резултати, њихова анализа и поређење са теоријски очекиваним резултатима. Кључне речи соларна енергија; PV системи; обновљиви извори енергије 1. УВОД Сунце представља извор живота и енергије који је непресушан. Коришћење сунчеве (соларне) енергије представља једноставан, еколошки, одрживи и исплативи вид коришћења обновљивих извора енергије. Србија поседује значајан потенцијал соларног зрачења тако да је инсталирање соларних електрана исплативије него што је то случај у севернијим деловима Европе. Захваљујући субвенционисању производње електричне енергије из обновљивих извора енергије од стране Републике Србије, прибављањем одговарајућег статуса, такође се прибављају државне гаранције за такве субвенције. Са повећањем броја инсталираних соларних система у свету повећава се и потражња за софтверима који се могу користити за анализу, процену и симулацију рада ових система. На светском тржишту присутан је велики број рачунарских софтвера за ту намену. Неки од њих су лако доступни преко интернета док су други комерцијални. У овом раду коришћени су програмски пакети RETScreen и PVGIS за теоријску анализу производње електричне енергије из фотонапонског система који је реализован према пројекту Електронског факултета у Нишу. 2. ПРИМЕНА RETSCREEN ПРОГРAМА ЗА АНАЛИЗУ ПРОЈЕКТА ФОТОНАПОНСКОГ СИСТЕМА ЕЛЕКТРОНСКОГ ФАКУЛТЕТА НИШ RETScreen International софтвер за анализу пројеката чисте енергије је водећи светски софтвер за подршку при доношењу одлука у области чисте енергије. RETScreen значајно смањује трошкове (у времену и новцу) који се односе на идентификовање и процену потенцијалних енергетских пројеката. Ови трошкови се јављају у фазама прединвестиционе студије, студије изводљивости, развоја и инжењеринга, и могу да буду озбиљна препрека имплементацији Технологија обновљиве енергије и енергетске ефикасности. Отклањањем ових препрека, RETScreen смањује трошкове реализације пројекта и пословања у индустрији чисте енергије. За процену енергетске ефикасности и финансијске исплативости PV система изабрани су енергетски модели који по својим карактеристикама одговарају пројекту који је реализован од стране Електронског факултета у Нишу. Енергетски модел 1 према положају, инсталираној снази, нагибу модула и осталим карактеристикама одговара реализованом фиксном делу PV система, док енергетски модел 2, према истим карактеристикама, одговара реалзованом ротирајућем двоосном делу PV система. Осим разлике која постоји у начину праћења сунца енергетски модели 1 и 2 се разликују и према инсталираној снази, то јест фиксни део је снаге 3 kw а ротирајући 2,5 kw.
2.1.Енергртски модел 1 Подаци које уноси корисник: мод соларног праћења: фиксирано нагиб: 45 º азимут: -3º цена предате електричне енергије: 230 /MWh ефикасост инвертора: 97% капацитет инвертора: 3 kw остали губици инвертора: 0% Из постојеће базе података изабрани су: тип фотонапонске ћелије: mono-si снага система: 3 kw произвођач: Canadian Solar модел: mono-si- CS4A 150W ефикасност: 13,1 % Финансијаски параметри: вредност инвестиције: 5934 степен инфлације: 2,2 % век трајања пројекта: 25 година вредност дуга: 100% каматна стопа дуга: 3,0% трајање дуга: 20 година На основу унетих и изабраних података резултати анализе су следећи: Испоручена количина електричне енергија [МWh] 4,101 Једноставна отплата дуга [година] 6,3 Повраћај капитала [година] без одлагања Нето годишње смањење гасова стаклене баште [хектари шуме које апсорбују угљеник] 0,5 Прилив новца након 25 година [ ] 23575 2.2.Енергртски модел 2 Табела 2.1. Преглед података за енергетски модел 1 Подаци које уноси корисник: мод соларног праћења: две осе цена предате електричне енергије: 230 /MWh ефикасост инвертора: 97% капаците инвертора: 3 kw остали губици инвертора: 0% Из постојеће базе података изабрани су: тип фотонапонске ћелије: mono-si снага система: 2,45 kw произвођач: Grape Solar модел: mono-si- CS-S-175-DJ ефикасност: 13,7 % произвођач (Canadian Solar) модел (mono-si- CS4A 150W) ефикасност 13,1 %
Финансијаски параметри: вредност инвестиције: 9900 степен инфлације: 2,2 % век трајања пројекта: 25 година вредност дуга: 100% каматна стопа дуга: 5,0% трајање дуга: 20 година На основу унетих и изабраних података резултати анализе су следећи: Испоручена количина електричне енергија [МWh] 4,360 Једноставна отплата дуга [година] 9,9 Повраћај капитала [година] без одлагања Нето годишње смањење гасова стаклене баште [хектари шуме које апсорбују угљеник] 0,5 Прилив новца након 25 година [ ] 17800 Табела 2.2. Преглед података за енергетски модел 2 3. ПРИМЕНА PVGIS ПРОГРAМА ЗА АНАЛИЗУ ПРОЈЕКТА ФОТОНАПОНСКОГ СИСТЕМА ЕЛЕКТРОНСКОГ ФАКУЛТЕТА НИШ За израчунавање енергетске ефикасности соларних електрана у Европи, Африци и југозападној Азији, најчешће се користи PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) рачунски програм, који је настао као део SOLAREC (Solar Electricity Action) програма, који доприноси имплементацији обновљивих извора енергије у Европској Унији. Енергетски модели 3 и 4 еквивалентни су редом енергетским моделима 1 и 2 и у овом делу рада анализирани су у програму PVGIS. За избор географске локације и карактеристика система користи се форма приказана на слици 3.1. Слика 3.1. Избор географске локације и перформанси PV система
По завршетку уношења података програм нам даје резултате који су приказани у следећој табели. Фиксни фотонапонски систем Ротирајући (две осе) фотонапонски систем Укупна годишња количина произведене енергије [kwh] Укупно годишње сунчево зрачење по метру квадратном [kwh/m²] 3900 1570 4500 2180 Табела 3.2. Преглед података за енергетске моделе 3 и 4 4. АНАЛИЗА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИХ РЕЗУЛТАТА У овом поглављу биће описан фотонапонски систем који је реализован према пројекту Развој, реализација, оптимизација и мониторинг мрежног модуларног ротирајућег фотонапонског система снаге 5,5 kw. PV систем је реализован на локацији Вртиште Ниш на којој се налази и реализована Лабораторија за соларну енергију. Слика 4.1. Изглед реализоване комбиноване PV централе снаге 5,5 kw За анализу података и моделирање овог система употребљен је програм PVSyst. На основу анализе програма добијени су следећи резултати: Фиксни део фотонапонског система: произведена енергија на годишњем нивоу 3791 KWh (1190 KWh/KWP) инвестициони трошкови 5934 годишња рата 399 (кредит са периодом отплате од 20 година) цена произведене енергије 0,11 / KWh цена испоручене енергије 0,23 / KWh годишњи прилив новца 473 кумулативни прилив након 20 година- 9461 Ротирајући део фотонапонског система: произведена енергија на годишњем нивоу 3795 KWh (1549 KWh/KWP) инвестициони трошкови 9900 годишња рата 794 (кредит са периодом отплате од 20 година) годишњи трошкови 200 цена произведене енергије 0,26 / KWh цена испоручене енергије 0,23 / KWh
4.1. Експериментални резултати За период од 1.09.2013. до 10.06.2014. мерењем су добијени подаци о испорученој количини електричне енергије. Ови подаци представљени су дијаграмима на сликама 4.2. и 4.3. посебно за фиксни и ротирајући део система. Слика 4.2. Испоручена количина електричне енергије фиксног дела PV система Слика 4.3. Испоручена количина електричне енергије ротирајућег дела PV система Укупна количина испоручене енергије за период од септембра 2013. до 10.06.2014. године износи: фиксни део PV система 1346,76 kwh ротирајући део PV система 2473,84 kwh За посматрани период (01.09.2013.-10.06.2014.) пројектована количина произведене енергије (PVSyst) за фиксини део система је 1346,76 kwh. У односу на пројектовану количину енергије (2714,2 kwh) то износи 50 %. За ротирајући део део система реално испоручена енергија је 2473,84 kwh, што је 95% од пројектоване енергије (2591,6 kwh).
5. ЗАКЉУЧАК Код посматраних енергетских модела разлика између добијене електичне енергије помоћу фиксног и двоосног PV система је 377 kwh по kw инсталисане снаге, то јест двоосним системом производња електричне енергије повећава се за 27,6% у односу на фиксни систем. Ови резултати добијени су помоћу RETScreen-а. Уколико се анализирају резултати добијени помоћу програмског пакета PVGIS, тада је разлика између добијене електичне енергије помоћу фиксног и двоосног PV система 500 kwh по kw инсталисане снаге, то јест двоосним системом производња електричне енергије повећава се за 38,5% у односу на фиксни систем. Код посматраних енергетских модела време отплате дуга за фикснои систем је 6,3 године, а за двооснои 9,9 година. За ротирајући део система економски аспект није од пресудног значаја, односно не треба га узимати као референцу за комерцијалне PV системе, јер су трошкови инвестиције изузетно велики. Трошкови су увећани због развоја и реализације оригиналног техничког решења које је употребљено за праћење позиције сунца и мерење интензитета глобалног сунчевог зрачења. Почетна улагања у двоосни PV систем већа су за око 100% у односу на фиксни систем што се битно разликује од просека који износи око 40%. За посматрани период (01.09.2013.-10.06.2014.) испоручена количина произведене енергије (PVSyst) за фиксини део система је 1346,76 kwh. У односу на пројектовану количину енергије (2714,2 kwh) то износи 50 %. За ротирајући део део система реално испоручена енергија је 2473,84 kwh, што је 95% од пројектоване енергије (2591,6 kwh). 6. ЛИТЕРАТУРА [1] http://www.obnovljiviizvorienergije.rs, јун 2014. [2] www.seea.sr.gov.rs, јун 2014. [3] Љ. Мајданџић, Фотонапонски сустави, Приручник, Загреб, 2013. [4] www.retscreen.net јун 2014. [5] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php јун 2014. [6] С. Драгићевић, Обновљиви извори енергије 2013/2014. год., Скрипта, Факултет техничких наука, 2014. [7] Метеоролошки годишњак за 2012. годину, Републички хидрометеоролошки Завод Републике Србије, Београд, 2012. [8] Т. Павловић, Б.Чабрић, Физика и техника соларне енергетике, Београд, 1999. [9] Мисија ОЕБС-а у Србији и Црној Гори, LIBER PERPETUUM књига о обновљивим изворима енергије у Србији и Црној Гори, Нови Сад, 2004. [10] П.Михајловић, Б. Станисављевић, Љ. Михајловић-Стошић, Врсте обновљивих извора енергије - просторни услови и потенцијали Републике Србије, Енергетске технологије, 2008. [11] Републичко министарство за енергетику Стратегија развоја енергетике Републике Србије до 2015. године, Београд, 2004. [12] H. D. Mohring, D. Stellbogen, Annual energy harvest of PV systems advantages and drawbacks of different PV technologies, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, Spain, 1-5 September, 2008. [13] T. M. Pavlović, D. D. Milosavljević, D. Lj. Mirjanić, I. S. Radonjić, L. S. Pantić, D. Piršl, Analyses of PV systems of 1 kw electricity generation in Bosna and Herzegovina, Contemporary Materials (Renewable energy sources), Academy of Sciences and Arts of the Republic of Srpska, vol. II-2, pp. 123-138, December, 2011. [14] A. Blakers, N. Zin, K. R. McIntosh, K. Fong, High Efficiency Silicon Solar Cells, Energy Procedia, PV Asia Pacific Conference 2012, vol. 33, pp. 1-10, 2013.