10 kWp TELJESÍTMÉNY HÁLÓZATRA DOLGOZÓ FOTOVILLAMOS RENDSZER TELEPÍTÉSI HELYSZÍNÉNEK KIVÁLASZTÁSA FARKAS I.1- BUZÁS J.1- SERES I.1- KOCSIS L.2- SZ CS M.3 1
Szent István Egyetem, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék 2103 Gödöll , Páter K. u. 1. Tel.: (06-28) 522055, Fax: (06-28) 410804, Email:
[email protected] 2 Magyar Tudományos Akadémia, Folyamatirányítási Kutatócsoport 2103 Gödöll , Páter K. u. 1. 3 Szent István Egyetem, Agrárenergetika és Élelmiszeripari Gépek Tanszék 2103 Gödöll , Páter K. u. 1.
Bevezetés Kit zött feladat az Európai Unió PV Enlargement Projekt támogatásával megvalósítandó 10 kWp teljesítmény fotovillamos nagyrendszer megépítése a Szent István Egyetem Fizika és Folyamatirányítási Tanszék irányításával. Ez a fotovillamos rendszer a legnagyobb Magyarországon az eddig megépültek között, amely rendszer a termelt energia hálózatba visszatáplálása mellett a kutatási feladatokon túl oktatási és demonstrációs feladatokat is ellát. Eddigiekben a rendszert felépít f bb egységek meghatározására került sor. Két különböz típusú fotovillamos modulból (multikristályos, illetve amorf szilícium technológiájú) történik a rendszer hasznosító felületét képez modulrendszer felépítése. Továbbá meghatározásra kerültek a rendszer segédberendezései, illetve adatgy jt rendszere is. Legf bb feladat a felépítend rendszer optimális helyszínének kiválasztása, amelyre több alternatíva is kidolgozásra került. A helyszín kiválasztásának alapját a fotovillamos rendszer elhelyezhet ségének szempontjai adták. Minden helyszín felmérése után a rendszer virtuális felépítése következett a felépítés lehet ségeinek vizuális meghatározására. A fotovillamos rendszer felépítését követ en feladat a rendszer üzem közbeni vizsgálata, oktatási és demonstrációs feladatok elvégzése és a rendszer által szolgáltatott adatok gy jtése és elemzése a különböz típusú modulrendszer összehasonlító vizsgálatainak elvégzéséhez. A rendszertervezéssel párhuzamosan a modellezés került kidolgozásra a rendszer viselkedésének meghatározására. Néhány modellezési eljárás is bemutatásra kerül. A közeljöv ben néhány el zetes mérés valósul meg a rendelkezésre álló egységekkel, els sorban a két különböz fotovillamos panellel. Emellett néhány hatásfok mérésre kerül sor a hullámhossz-érzékenység vizsgálatával. A másik fontos tényez a panelek árnyékoltságának vizsgálata, amely szintén elvégzésre kerül mérés az árnyék alakjának és mértékének hatása szempontjából. Rendszerleírás A kifejlesztend tervezett PV rendszer a PV Enlargement projekt keretén belül valósul meg. A gödöll i rendszer 3 f fotovillamos panel blokkból épül fel. Az egyik alrendszer a tervek szerint ASE-100 típusú modulokból (RWE Solar Gmbh.), a másik két alrendszer, pedig egyenként 77 db DS40 (Dunasolar Kft.) típusú modulból kerül felépítésre. A rendszer összteljesítménye 9,7 kWp. A rendszer fontosabb alapelemeit az 1. táblázat mutatja be. A rendszer kiválasztását követ en a rendszer elektromos kapcsolási terve illetve az adatgy jt rendszer paraméterei és a mérési pontok kerültek meghatározásra. A részletes tervet az 1. ábra tartalmazza.
1. táblázat. A rendszer hardverkonfigurációja
Szélességi fok: 47°60' N Hosszúsági fok: 19°35' E Legközelebbi nagyváros: Gödöll (28 km-re Budapestt l) Ország: Magyar Alrendszer 1 Névleges teljesítmény; [kWp] 3,4 Összteljesítmény; [kWp] PV modul szállító RWE Solar Gmbh. Modul típus ASE-100 PV cella technológia EFG PV cella szín Sötétkék Pstc, PV modul teljesítmény STC, [W] 105 Teljes modul szám 33 Soronkénti modulok száma (stringenként) 11 Párhuzamos stringek száma (inverterenként) 3 Inverter típusa (Sunpower): SP3100/600 faktor : Pdc-STC / Pac = 1,36 1,12 Invereterek alrendszerenkénti száma 1 Teljes modulfelület; [m2 ] 28 Azimut orientáció (Dél = 0°; Nyugat= -90°) 14° A rendszer vízszinteshez viszonyított d lésszöge 30°
Alrendszer 2 6,2 9,7 DunaSolar Kft. DS40 a-Si Sötétkék 40 154 7 11 SP2800/550 1,11 1 65 14° 30°
1. ábra A rendszer terve és az adatgy jtés A helyszín kiválasztása A tervezett rendszer felépítésére a legjobb hely lehet ségeinek vizsgálatát a SZIE gödöll i kampus területére végeztük. Három ígéretes lehetséges hely került számításba ezek el nyeinek és hátrányainak összevetésével. Mindegyikén lehetséges a PV modulok déli tájolása és – mint a legfontosabb aspektus – mindegyik árnyékmenetes egész évben. A lehetséges hely kiválasztásának prioritásai: – árnyékmentes, – déli tájolású síktet , – egyszer csatlakoztathatóság a villamos hálózathoz, – az el állított energia direkt felhasználása, – védett biztonságos hely az adatgy jt rendszer és inverterek számára, – a PV rendszer egyszer demonstratív célú bemutathatósága. Az els lehet ség a Kollégium B épület (lapos tet ). A tet mérete 15,7 m x 89,5 m, a hosszabb oldal nagyjából ÉD tájolású (kb. 15 fok eltérés K felé). A tet n parabola antennák és kibújó épület adnak árnyékolást, de a fennmaradó terület is elegend a rendszer telepítéséhez. Az adatgy jt és az inverterek elhelyezhet sége (a kibújó épületben) elképzelhet , a villamos betáplálás várhatóan megoldható. A rendszer tervezett elhelyezhet ségét a 2. ábra szemlélteti.
2. ábra Kollégium B épület (lapos tet s szerkezeten) El nyök: – könny hozzáférhet ség, – könny hibaelhárítási lehet ség, – körüljárhatóság, – tet be integrálásnál várhatóan olcsóbb installáció, – egyszer üzemeltetés, – biztosított árnyékmentesség, – egyszer a hálózathoz történ csatlakozás. Hátrányok: – távolabb van a tanszékt l, – bemutatás nehézkes, – a tervezett kollégium b vítése. A második lehet ség a SZIE Gépészmérnöki Kar aula épülete (lapos tet ): A f épület tet szerkezete két elkülönült részb l áll, az alsó tet szakasz déli oldala 50 m hosszú, 8,5 m széles, a két tet részen együtt férne el egy sorban a rendszer. Tisztázandó, hogy a fels kisebb rész, amely egy rácsos tartó milyen mértékben terhelhet . Adott esetben az alsó részen két soros elrendezés is elképzelhet . Az adatgy jt és az inverterek elhelyezhet sége közvetlenül a tet szerkezet alatt megoldható (liftakna, rácsos tartó feletti térrész) illetve a villamos betáplálás is. A rendszer tervezett elhelyezhet ségét a 3. ábra szemlélteti.
3. ábra A rendszer tervezett elhelyezhet sége a SZIE Gépészmérnöki Kar lapos tet s épületén
El nyök: – könny hozzáférhet ség, – könny hibaelhárítás lehet ség, – körüljárhatóság, – tet be integrálásnál várhatóan olcsóbb installáció, – egyszer üzemeltetés, – biztosított árnyékmentesség. Hátrányok: – távolabb van a tanszékt l, – bemutatás nehézkes. Az utolsó lehet ség SZIE Fizika és Folyamatirányítás Tanszék feletti tet szakasz (sátortet ), lásd 4. ábra. A tanszék feletti tet szakasz többféle elrendezésben is lehet vé teszi a rendszer installációját, (három variáns készült a teljes tet magasság kitöltésével, a teljes tet hossz kitöltésével és egy közbüls elrendezéssel). Információink szerint a jelenlegi tet szerkezet felújítása, ami szükséges lenne a rendszer felépítése el tt, a közeljöv ben
forráshiány miatt nem tervezett. Nehézséget okoz a rendszer tartóelemeinek és a bevezetéseknek a beázás mentes megoldása a padlásra, illetve a rendszer m ködés közbeni hozzáférhet sége.
4. ábra SZIE Fizika és Folyamatirányítás Tanszék feletti tet szakasz (sátortet s szerkezet)
El nyök: – tanszékhez közel van, – adatgy jtés és inverterek elhelyezése a padlástérben vagy a tanszékr l megoldható, – árnyékmentes, – egyszer a hálózathoz történ csatlakozás. Hátrányok: – tet felújítás szükségessége, – nehéz a hozzáférhet ség, – bonyolult a hibaelhárítás lehet sége és a körüljárhatóság, – feltehet en ez a legdrágább installáció Az összes helyszínen az adatgy jt rendszer csatlakoztatható a hálózathoz (LAN), így állandó monitorozás biztosítható a rendszer számára. A mért adatok egyszer en lekérdezhet k a mérési folyamat közben is, illetve az adatok elemzése és tárolása is hatékonyan megoldható. A rendszer modellezése A rendszer tulajdonságainak és tervének definiálása mellett fontos feladat a rendszer modellezésének vizsgálta is, amelyet szükséges végrehajtani. Mivel a teljes tervezett rendszerben két különböz típusú alrendszer lesz így a rendszer szimulációs vizsgálatát mindkét alrendszer típus esetében el kell végezni. A szimulációs m veletek elvégzéséhez az Nsol szimulációs szoftvert alkalmaztuk, amely egy jól kidolgozott, kifejezetten szoláris szimulációra alkalmas szoftver. A folyamatok fontosabb elemei: – az alkalmazási oldal feltüntetése, – a fontosabb bees sugárzási adatok kiválasztása az adatbázisból, – és az el állított energia adatok. A következ lépés a rendszer fizikai tulajdonságainak és elektromos jellemz inek megadása, mint a rendszer egyen vagy váltófeszültsége és az alkalmazott inverter típusa. A szoftver eszközadatbázisát f ként az USA-ban használatos eszközök adják, de a program lehet vé teszi az adatbázis b vítését, esetünkben a tervezett rendszer adatainak adatbázisba történ felvételét is. Végezetül a szimulációs folyamatból kapott információk alapján képet kaphatunk a rendszer viselkedésér l, illetve az energia mérlegr l. A kapott adathalmaz kiértékelhet grafikus és táblázatos formában is. A két alrendszer típus (ASE-100 és DS-40) szimulációs eredményeit a következ kben szemléltetjük. Az egy panel teljesítmény értékeit az ASE-100 alrendszer esetében az 5. ábra szemlélteti.
Subsystem 1 (ASE-100)
PV system output kW
2
January July
1,5 1 0,5 0 0
5
10
15
20
25
Time( hour)
5.ábra Az ASE-100 alrendszer napi teljesítmény eloszlása (ASE100) Az 6. ábra a rendszer javasolt elhelyezése esetén mutatja a bees sugárzási adatokat. Insolation Analysis Global Horizontal and Array Insolation by Month
Insolation
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
GH Insol
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Array Insol
6. ábra A bees sugárzás értékei vízszintes és a PV mez síkjában Végezetül a teljes rendszer becsült energiatermelésének értékeit havi lebontásban a 7. ábrán figyelhetjük meg. kWh (hóna
AC System output kWh/mon ASE-100
1400
AC System output kWh/mon DS40
Pv-grid AC Sys output Gödöll
1200 1000 800 600 400 200 0 jan.
febr
márc
ápr
máj
jún
júl
aug
szept
okt
nov
dec Id (hón
7.ábra A rendszer havi energiajövedelme Összegzés Jelen munka a tervezett 10 kWp hálózatra dolgozó fotovillamos rendszer felépítését, hardver konfigurációját illetve az alrendszerek energiatermelésének modellezését mutatja be. Az els részben a rendszer felépítés helyszín részleteinek elemzése történt meg az egyes helyszínek el nyeinek és hátrányainak figyelembevételével. A hálózatra dolgozó fotovillamos rendszer szimulációs eredményeib l felvéve az adatsorozatokat, amelyek felhasználásával becsült képet kaphatunk a rendszer viselkedésér l. A szimulációs adatok a kés bbiekben összevethet k a mért adatokkal, amelyeket a rendszer adatgy jt rendszere szolgáltat számunkra. Köszönetnyílvánítás A kutatási feladatok elvégzése a PV Enlargement (EC, NNE5-2001-00736), a TÉT RO11/2002, az OTKA T-042520 és a KAC, F-17-03-00011 programok támogatásával készültek. Irodalomjegyzék 1. Markvart,T. (1996), Solar electricity, J. Wiley and Sons, N. Y., pp. 152-165. 2. Wiemken,E. Beyer, H.G. Heydenreich and W. Kiefer, K. ( 2001) Power characteristics of PV ensembles Experiences from the combined power production of 100 grid connected PV system distributed over area of Germany, Solar Energy, Vol. 70, No 6, pp. 513 - 518. 3. Rege,T. Hoffmann and V. Kiefer, K. The German experience with grid-connected PV systems, Solar Energy, Vol. 70, No 6, pp. 479 - 487. 4. Farkas,I.-Seres,I.-Bartha,S.-Teodoreanu,D.I.: Designing of a middle scale PV grid connected system, CD-ROM Proceedings of the Solar and Wind International Conference and Workshop (SWIC 2003), ICPE - Agigea Test Facility Site, Romania, September 15-20, 2003. pp. 6.
