Integrace FV systémů do budov

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Integrace FV systémů do budov

Kamil Staněk Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra konstrukcí pozemních staveb Thákurova 7, 166 29 Praha 6 [email protected]

Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 15.4.2011

1

Stavebně integrovaná c-Si FV pole

15.4.2011


2

Technologie > krystalický křemík c-Si: mono, poly, ribbon 4”

102 x 102

5”

125 x 125

6”

156 x 156

mm

FV panely (řada výrobců): 140 Wp/m2

Rozsah výkonu

170 až 330 Wp

Účinnost

12 až 16 %

Teplotní souč. pro výkon

-0,38 až -0,52 %/°C

Váha (typ sklo-fólie)

11 až 13 kg/m2

Certifikáty

IEC 61215, IEC 61730

Překlenovací diody

3 až 4 ks

Garance výkonu

po 25 letech min. 80 %

15.4.2011


3

Technologie > amorfní a mikrokrystalický křemík a-Si, µc-Si

UNI-Solar Kaneka

FV panely (Kaneka, Suntech, Schott, Sharp, UNI-Solar): 60 Wp/m2

Rozsah výkonu

60 až 150 Wp

Účinnost

5 až 8 % až 10 % (tandemy)


-0,20 až -0,25 %/°C

Váha (typ sklo-sklo)

17 až 24 kg/m2

Certifikáty

IEC 61646, IEC 61730


0 (až 4)

Garance výkonu


Schott

15.4.2011


4

Technologie > CdTe (telurid kadmia) First Solar

FV panely (First Solar): 100 Wp/m2

Rozsah výkonu

70 až 80 Wp

Účinnost

9 až 11 %


-0,25 %/°C


17 kg/m2

Certifikáty

IEC 61646, IEC 61730


standardně ne

Garance výkonu


Q-cells

15.4.2011


5

Technologie > CIS, CIGS Q-cells

FV panely (Würth Solar, Q-cells):

Global Solar

100 Wp/m2

Rozsah výkonu

70 až 140 Wp

Účinnost

8 až 12 %


-0,36 až -0,50 %/°C


17 až 19 kg/m2

Certifikáty

IEC 61646, IEC 61730


standardně ne

Garance výkonu


Würth Solar

15.4.2011


6

Technologie > Sanyo HIT, Sunpower Sanyo HIT: Rozsah výkonu

215 až 240 Wp

Účinnost

17,0 až 17,4 %


-0,30 %/°C

170 Wp/m2

Sunpower: Rozsah výkonu

210 až 315 Wp

180 Wp/m2

Účinnost

16,9 až 19,3 %


-0,38 %/°C

Váha (typ sklo-fólie)

12 kg/m2

Certifikáty

IEC 61215, IEC 61730


3 ks

Garance výkonu

po 20 / 25 letech min. 80 %

Sanyo HIT

Sunpower

15.4.2011


7

Část 1

ARCHITEKTURA, STAVEBNÍ A KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 15.4.2011


8

Umístění FV polí na budovu, BIPV

FV panely v otevřené poloze se nestávají přímou součástí obvodových konstrukcí budovy.

FV panely tvoří rozhraní vnějšího a vnitřní prostředí, semitransparentní FV.

Těsné spojení FV panelů a obvodových konstrukcí, v krajním případě nahrazují FV panely tradiční střešní krytinu či fasádní obklad. 15.4.2011


9

Základní rozdělení terén

budovy

střechy

fasády

šikmé střechy

1. Řešení existuje pro kaţdou situaci.

2. Nosná konstrukce musí být spolehlivá i při extrémních podmínkách (sníh, vítr). dostatečná

ploché střechy

rezerva únosnosti nedostatečná

nad krytinou / místo krytiny 15.4.2011


10

Část 1-1

ŠIKMÉ STŘECHY

15.4.2011


11

Šikmá střecha > tašková krytina Zdroj: Schletter GmbH.

• maloformátová skládaná střešní krytina (střešní tašky) • systém krokve > kontralatě > latě • vhodný sklon a orientace střechy •FV panely rovnoběţně se střešní rovinou systém

FV panely nad střešní krytinou. Přitížení krovu cca 15 kg/m2 vč. FV panelů. Nutné staticky posoudit množství střešních háků (vítr).

střešní hák

nosný profil

přítlačná tvarovka

15.4.2011


12

Šikmá střecha > tašková krytina Zdroj: Schletter GmbH.

Kotvení mimo vrchol vlny tašek, rektifikace kotev a frézování tašek.

15.4.2011


13

Šikmá střecha > asfaltová krytina kanadský šindel

Zdroj: Silektro s.r.o.

Neporušenost hydroizolační vrstvy! 15.4.2011


14

Šikmá střecha > velkoformátová vlnitá krytina (vláknocementová)

Zdroj: Schletter GmbH.

15.4.2011


15

Šikmá střecha > asfaltová krytina, velkoformátová vlnitá krytina


Kombivruty s těsněním: jednoduchá kotva

zdvojená kotva systém

EPDM těsnění 15.4.2011


16

Šikmá střecha > trapézový plech Zdroj: Schletter GmbH.

15.4.2011


17

Šikmá střecha > trapézový plech Zdroj: Schletter GmbH.

15.4.2011


18

Šikmá střecha > velkoformátová plechová krytina (se stojatou drážkou)


kotvení v drážce pomocí svorky kotvení v ploše s talířovým těsněním

Přídrţnost krytiny ke střešní k-ci! 15.4.2011


19

55

35

75 80

70

60

35

30

30

45 50 55

60

70

65 0 7 75

80

65

40

90

40 45 50

Šikmá střecha > sklon a orientace?

85

65 60

70

75 80

4 50 5

sklon (°)

55

80

85 0 0-S 45 - SV

95

90

85

85% 90 - V

90

10

70 75

65 70

95

20

80 85

30

65

40 45

50

100%

60

55

75

40

90

50

95

65 0 7

40

90

80 85

60

90

75 80

135 - JV

85 180 - J 225 - JZ 270 - Z 315 - SZ

360 S

azimut (°) 15.4.2011


20

Šikmá střecha > sklon a orientace? Zdroj: Schletter GmbH.

15.4.2011


21

Šikmá střecha > Rizika > Účinky větru Zdroj: Schletter GmbH.

15.4.2011


22

Šikmá střecha > Rizika > Účinky větru Vlastní tíha c-Si FV panelů vč. kce = cca 15 kg/m2 vs. sání větru → odpovídající kotvení! Pro srovnání: Betonová nebo keramická taška = 60 kg/m2 TiZn krytina s dvojitou stojatou dr. vč. bednění 24 mm = 35 kg/m2 Vlnité cementovláknité desky = 20 kg/m2 15.4.2011


23

Šikmá střecha > Rizika > Účinky větru vítr kolmo na hřeben

vítr rovnoběţně s hřebenem

Kritická místa u okapu a u štítové stěny. 15.4.2011


24

Šikmá střecha > Rizika > Účinky sněhu Zdroj: Schletter GmbH.

Nahromadění sněhu a ledu! Oddělení rámu, delaminace krajů, popraskání článků. Vznik mikrotrhlin při překročení dovoleného zatíţení (nadměrný průhyb).

Standardní panely testovány dle EN 61215/61646 na rovnoměrné zatíţení 2400 Pa (240 kg/m2). Pro vyšší sněhové oblasti a při předvídatelném nahromadění sněhu a ledu volit panely testované na 5400 Pa (540 kg/m2). 15.4.2011


25

Část 1-2

PLOCHÉ STŘECHY

15.4.2011


26

Plochá střecha > FV na fóliové hydroizolaci (pro střechy s minimální rezervou únosnosti)

Solar Integrated

Rozsah výkonu

60 Wp/m2

Účinnost

6,2 %


-0,21 %/°C

Váha

4,3 až 4,9 kg/m2

Certifikáty

IEC 61646, IEC 61730


na každém článku

Garance výkonu


UNI-Solar

Alwitra: Evalon Solar

15.4.2011


27

Plochá střecha > FV na fóliové hydroizolaci (pro střechy s minimální rezervou únosnosti)Zdroj: Alwitra (Evalon Solar). Lehké montované haly (výrobní, skladové, …).

Kabelová průchodka Podružný rozvaděč (svorkovnice, přepěťové ochrany, jističe)

ov Síť

C C/A ýD

ni mě

čn

apě

Výrobní hala, Kassel, Německo

tí

Kabelová průchodka

15.4.2011

I N V Eškola, S T IRemerschen, C E D O RLucembursko OZVOJE Mateřská

VZDĚLÁVÁNÍ

28

Plochá střecha > Přímé kotvení (pro střechy s malou rezervou únosnosti)


• malá rezerva únosnosti střešní konstrukce pro zátěţové kotvení • jednoplášťová plochá střecha zateplená • asfaltová / plastová fóliová hydroizolace • nutnost respektovat polohu vazníků / vaznic Nutné posoudit stav střešního pláště (náročná demontáž systému v případě nutnosti oprav střechy). Invazivní technika = kvalita provedení.

Masivní kotvy: nepřerušený / přerušený tepelný most

Přitížení střešní konstrukce cca 10 kg/m2 = k-ce vč. FV panelů. Koncentrace zatížení do bodových kotev. Statický posudek je nezbytný.

15.4.2011


29

Plochá střecha > Přímé kotvení (pro střechy s malou rezervou únosnosti)

15.4.2011


30

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti)


Příklad: ZŠ Kamínky, Nový Lískovec

1plášťová zateplená plochá střecha s hydroizolačními asfaltovými pásy

množství drobných střešních objektů

dostatečná rezerva únosnosti nosné konstrukce budovy (montovaný ŽB skelet s rezervou 4,85 kN/m2 = 485 kg/m2)

15.4.2011


31

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti) Příklad: ZŠ Kamínky, Nový Lískovec rovnoběžné řady po výšce tvořené jedním panelem


plochá střecha není vodorovná výškové vyrovnání konstrukce

podkládání betonových prahů

zajištění odtoku srážkové vody ke střešním vpustím

plošné přitížení 0,75 kN/m2 = 75 kg/m2)

15.4.2011


32

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti) Princip zátěţového kotvení = kompenzace účinků větru na FV panely a jejich podpůrnou konstrukci

klopení, posunutí, FV panel

Namáhání je vyšší nadzdvihnutí u řad na okraji instalace než u řad příčné profily vnitřních. nesoucí FV panely

zadní stojina rámové vazby

hlavní profil rámové vazby průběţné hlavní vodorovné profily spojující jednotlivé řady

příčné ztuţení zavětrovacími lanky nebo celoplošná výplň jako protivětrná zábrana

15.4.2011


33

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti) Geometrie FV instalace na ploché střeše

BM

LM

b

H S

L

aD

Charakteristický rozměr FV panelu … LM [m]

Sklon FV panelu … β [°] Návrhový úhel… αD [°] 15.4.2011


34

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti)

LM

BM

Vlastní tíha FV panelů a podpůrné konstrukce v kg/m2 střešní plochy (orientační hodnoty pro rámové panely typ sklo-fólie 1,6 x 1,0 m a Al k-ci). b

16 15 14 12,8 13 12 11 10 11,1 9 8 7 10

horizontálně

vertikálně

16 14,8 αD = 16° 15 14 13 12 12,8 10,4 11 9,3 10 9 9,0 8 7,87 20 30 10 sklon FV panelů, β [°] vlastní tíha FV instalace na 1m2 střešní plochy [kg/m2]

vlastní tíha FV instalace na 1m2 střešní plochy [kg/m2]

Vlastní tíha je malá pro kompenzaci účinků větru = nutná dodatečná zátěž.

H S

L

horizontálně

aD

vertikálně

αD = 24° 13,0

12,2

11,3 10,2

20 sklon FV panelů, β [°]

30

15.4.2011


35

Plochá střecha > Zátěžové kotvení (pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti) Nutná dodatečná zátěţ na 1 metr běţný řady při spojení řad a s protivětrnými zábranami

220

vnitřní

na okraji

horizontálně uloţené panely

190

LM = 1,0 m

160 130 100 89

70 40 58 10

dodatečná zátěž na 1 metr běžný řady [kg/mb]

dodatečná zátěž na 1metr běžný řady [kg/mb]

93

85 20 sklon FV panelů, β [°]

LM

BM

(orientační hodnoty pro II. větrnou a sněhovou oblast a kategorii terénu II, výška střechy nad terénem 12 m, panely viz předchozí). 220

b

H S

L

aD

vnitřní

na okraji

219

vertikálně uloţené panely

190 LM = 1,6 m 153 160 142

148

130 140 100

116

195

70 93 40 30 10


30

15.4.2011


36

Plochá střecha > Zátěžové kotvení

Celkové přitíţení střechy je dáno vlastní tíhou FV panelů a jejich podpůrné k-ce + dodatečnou zátěţí.


70

60 56 50 40

30 37 10

80 70 65

60

40

LM = 1,6 m, αD = 16°

20

30 37 20 30 10

53

47

34 20

30

Celkové přitížení musí nosná k-ce sklon FV panelů, β [°] sklon FV panelů, β [°] na okraji budovy vnitřní na okraji vnitřní bezpečně přenést. 77 80 Nejčastěji rozhoduje II. mezní stav 70 65 = prakticky to znamená průhyby 70 54 54 60 nosných prvků střešní k-ce. 50

30

vertikálně uloţené panely

~ x 1,4 Bez43protivětrných 50 zábran ~ x 1,8 43 54 Bez obojího ~ x 3,5 40

50 42

vnitřní

na okraji

80

70 LM = 1,0 m, αD = 16° 59 Bez propojení řad 60 56

20

40

dodatečná zátěž FV instalace na 1m2 střešní plochy [kg/m2]

vnitřní

na okraji

80


Roli hraje sklon panelů β, způsob jejich uloţení (horiz x vert) a hustota instalace závislá na návrhovém úhlu αD.


Nutná dodatečná zátěţ v kg/m2 střešní plochy (předpoklady viz předchozí).


(pro střechy s dostatečnou rezervou únosnosti)


LM = 1,0 m, αD = 24°

69

61

50 40

42

30

42vertikálně uloţené

panely, LM = 1,6 m, αD = 24°

20 Statický posudek nezbytný!

20 10


30 10


30

15.4.2011


37

Plochá střecha > Zátěžové kotvení? Orientační rezervy únosnosti pro různé typy halových objektů.

skladová hala ŢB prefa skelet, 70. léta, rezerva 58 kg/m2 zátěţové kotvení moţné

15.4.2011


38

Plochá střecha > Zátěžové kotvení? Orientační rezervy únosnosti pro různé typy halových objektů.

zátěţové kotvení vyloučeno, moţnost přímého kotvení do vazníků nebo pouţití FV fólie

výrobní / skladová hala ocelový skelet, 2006, rezerva 5 kg/m2 , 60 kg/mb vazníku 15.4.2011


39

Plochá střecha > Zátěžové kotvení Příklady. zátěžové rohože, vhodné pro obrácené či zelené střechy

15.4.2011


40

Plochá střecha > Zátěžové kotvení Příklady.

15.4.2011


41

Plochá střecha > Rizika > Účinky větru Nedostatečné přitížení.


15.4.2011


42

Plochá střecha > Optimalizovaná řešení = malý sklon, propojení řad a protivětrné zábrany Sunpower Solar Roof Tile

celkem 10 kg/m2 ţádná dodatečná zátěţ

15.4.2011


43

Plochá střecha > Optimalizovaná řešení = malý sklon, propojení řad a protivětrné zábrany Schletter Alu Light

zátěţ beton. prvky celkem 25 aţ 40 kg/m2 15.4.2011


44

Část 1-3

BIPV VÝROBKY A ŘEŠENÍ

15.4.2011


45

BIPV > Výrobky > c-Si články Building Integrated PV = stavebně začleněná fotovoltaika

Sunways, Solland, AIAU

15.4.2011


46

BIPV > Výrobky > c-Si panely Building Integrated PV = stavebně začleněná fotovoltaika

Powerquant

15.4.2011


47

BIPV > Výrobky > c-Si panely Building Integrated PV = stavebně začleněná fotovoltaika

Scheuten, SolarWorld, ErtexSolar, Sunways, Sunpower, … – černý rám a zadní fólie

ErtexSolar

Scheuten

SolarWorld

15.4.2011


48

BIPV > Komplexní řešení Building Integrated PV = stavebně začleněná fotovoltaika

ErtexSolar: Ökotherm, Schörfling, Rakousko

15.4.2011


49


SolarCentury – skládaná FV střešní krytina (c-Si)

mono c-Si FV články Sunpower 15.4.2011


50


SolarCentury – skládaná FV střešní krytina (c-Si)

15.4.2011


51


SolarWorld – Energiedach (c-Si)

15.4.2011


52



15.4.2011


53



15.4.2011


54



15.4.2011


55



…a další: Solrif / Ernst Schweizer Oryon / Solstis Solardach III / Conergy Indach / Montavent Plandach 5 / Schletter Just Roof / Suntech MSK 15.4.2011


56


Výhody a co je potřeba … • Systémová a opakovatelná řešení pro běţné případy • Zaručené parametry instalace (výkon, produkce, kotvení, stavební i elektrická funkce a ţivotnost = celku!)

• Předepsané komponenty ve vzájemné souhře • Typová projektová dokumentace (web → arch → úřad)

• Jednoznačné a podrobné montáţní návody • Škála doplňků (oplechování, průchodky, uzemnění, …) • Dlouhodobé záruky (10 let na produkt, 25 let na výkon) 15.4.2011


57

BIPV > Výrobky > semitransparentní panely Building Integrated PV = stavebně začleněná fotovoltaika

Scheuten

sklo-sklo laminát

tepelně izolační zasklení 15.4.2011


58


Scheuten sídlo Scheuten Solar Technology GmbH

15.4.2011


59


ErtexSolar

radnice Ludesch, Rakousko

15.4.2011


60


ErtexSolar

Passail, Rakousko

15.4.2011


61


BP Solar Uni of East Anglia, Norwich, UK

Vizuální komfort?

15.4.2011


62

Část 1-4

STÁRNUTÍ A POKLES VÝKONU

15.4.2011


63

Stárnutí c-Si FV panelů a pokles výkonu Zdroj: New Energy Options Inc. NREL, venkovní testovací pole (PERT)

pokles - 0,5 %/rok ţivotnost > 30 let Zdroj: New Energy Options Inc., NREL, ISAAC, JRC. ISAAC, venkovní testovací pole

Zdroj: New Energy Options Inc. instalace z roku 1980.

ISAAC, instalace z roku 1982

15.4.2011


64

Dlouhodobá estetika Zdroj: New Energy Options Inc.

15.4.2011


65

Dlouhodobá estetika Zdroj: New Energy Options Inc.

15.4.2011


66

Část 2

FV SYSTÉMY V REÁLNÉM PROVOZU, ENERGETICKÁ PRODUKCE 15.4.2011


67

Část 2-1

ZTRÁTY, VÝKONOVÝ SOUČINITEL A ENERGETICKÁ PRODUKCE 15.4.2011


68

Ztráty na panelech > Optické

Průchod světelného paprsku skladbou c-Si FV panelu.

Schéma vícevrstvé skladby c-Si FV panelu.

15.4.2011


69

Ztráty na panelech > Optické

Běţné solární sklo: hladké či mělce texturované.

Optická propustnost nezávisí na vlnové délce záření… 96 optická propustnost, τ [%]

Zdroj: AGC Solar.

92 88 84 80 76

solární sklo + AR vrstva solární sklo čiré plavené sklo

72 68 64 300

600

900

1200

1500

1800

vlnová délka, λ [nm]

… ale závisí na úhlu dopadu (↓ pro běţné sol. sklo). opt ,abs (0)  0,8538

Zdroj: Saint-Gobain Solar.  (0)  0,1172 a (0)  0,029

Hluboce texturované solární sklo. 15.4.2011


70

Ztráty na panelech > Optické Optickou propustnost nutné počítat zvlášť pro jednotlivé sloţky slunečního záření.

Výsledná (relativní efektivní) optická účinnost pro FV panel ve sklonu 30° s jiţní orientací.

Sluneční ozáření pro modelový den letního slunovratu s jasnou oblohou.

15.4.2011


71

Ztráty na panelech > Optické Optické ztráty c-Si FV panelu s běţným solárním sklem v ročním úhrnu v závislosti na sklonu a orientaci (pro lokalitu Praha, ale ~ pro celou ČR).

Pro upravené solární sklo (hluboká texturace, AR vrstva) přibliţně poloviční.

15.4.2011


72

Ztráty na panelech > Teplotní a vlivem nízké hladiny ozáření Model konverzní účinnosti FV panelů pouţitý v nástroji PVGIS. Zdroj: HULD et al. Mapping the Performance of PV Modules of Different Types, 24th EUPVSEC, 2009.

účinnost jako funkce ozáření

Ztráty vlivem nízkého ozáření v ročním úhrnu (pro lokalitu Praha, ale ~ pro celou ČR).

c-Si: J/45° = 4,5 %, JZ/45° = 5,0 % , Z/45° = 6,7 % CdTe: J/45° = -4,6 %, JZ/45° = -4,8 % , Z/45° = -5,4 %

účinnost jako funkce teploty článků

Podrobněji dále...

15.4.2011


73

Ztráty na panelech > Teplotní FV panely v otevřené poloze Nárůst teploty c-Si FV článků nad teplotu venkovního vzduchu v závislosti na ozáření a rychlosti větru. 35 30 25

ozáření [W/m2]

20

1 200 1 000 800 600 400 200 100

15 10 5 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

rychlost větru, w [m/s]

Teplotní ztráty v ročním úhrnu (pro lokalitu Praha, ale ~ pro celou ČR).

rel. konv. účinnost [-]

norm. teplota článků, θcell - θe [°C]

40

c-Si: J/45° = 2,8 %, JZ/45° = 2,8 % , Z/45° = 1,9 % CdTe: J/45° = 0,6 %, JZ/45° = 0,4 % , Z/45° = -0,5 %

Relativní konverzní účinnost c-Si FV panelu J/30° pro modelový den letního slunovratu s jasnou oblohou.

1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

teplotní ztráty

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

čas [h] 15.4.2011


74

Ztráty na panelech > Teplotní FV panely stavebně integrované

Střešní FV instalace na pasivních domech K6 a K7, Koberovy

K6 K7

15.4.2011


75


Střešní FV instalace na pasivních domech K6 a K7, Koberovy

15.4.2011


76


Fasádní FV instalace na ČVUT 20.2 m

výstupní otvory

176 ks c-Si FV panelů, 150,8 m2

1 5.4 m

E1

E3 nasávací štěrbina

6.5 m

4.0 m

18.6 m

nasávací štěrbina

34.0 m

E2

15.4.2011


77


Fasádní FV instalace na ČVUT, JZ/90° 2 13 h: 476 W/m

15.4

20 °C

2 16 h: 665 W/m

1.4 m/s

23 °C

44

14

41

0.7 m/s

38

59

12

21 °C

15.4

14

14

2 19 h: 172 W/m

0 m/s

15.4

12

12

56

výška [m]

výška [m]

8

10

výška [m]

10

10

8

6

6

8

35

6

53 4

4

4

38

2

47

2

35

1

2

2

29

44 41

32 0

32

50

3

4

šířka [m]

5

6.6

0

38 1

2

3

4

5

6.6

šířka [m]

0

26 1

2

3

4

5

6.6

šířka [m]

15.4.2011


78


Teplotní ztráty v ročním úhrnu pro běţně větranou dutinu mezi panely a k-cí budovy (pro lokalitu Praha, ale ~ pro celou ČR). cca 2 x větší než u c-Si: J/45° = 3,9 %, JZ/45° = 3,9 % , Z/45° = 3,0 % panelů v otevřené CdTe: J/45° = 1,2 %, JZ/45° = 0,9 % , Z/45° = 0,1 % poloze U špatně větraných dutin až > 6 % pro c-Si FV panely

15.4.2011


79

Ostatní ztráty a výkonový součinitel Obvyklé ztráty FV systému s panely v otevřené poloze – roční úhrn.

druh ztráty spektrální ztráty ztráty odrazem teplotní ztráty ztráty vlivem nízké hladiny ozáření ztráty vlivem odchylek el. parametrů ztráty v DC vedení výkonový součinitel na DC straně, PRDC [-] ztráty na DC/AC měničích ztráty v AC vedení výkonový součinitel na DC straně, PRAC [-]

DC strana [%] 1,0 3,1 2,9 4,4 2,0 1,3 0,86 AC strana [%] (1 - ηEURO) x 100 1,0 ηEURO x 0,99

Zvolíme-li EURO-účinnost měničů 95 %, potom obdrţíme výkonový součinitel FV systému

𝑃𝑅 = 𝑃𝑅𝐷𝐶 ∙ 𝑃𝑅𝐴𝐶 = 0,86 ∙ 0,95 ∙ 0,99 = 0,81 15.4.2011


[-]

(Chyba! dokument není žádn 80 text

Roční dávka ozáření a produkce systému Roční produkce na 1 instalovaných kWp DC výkonu

𝑒 = 𝑃𝑅 ∙ 𝐻 roční dávka ozáření H [kWh/(m2 .a)]

1 400 1 200

[kWh/(kWp·a)]

1 259

1 236

1 135

1 116

1 184 1 071

1 000 800

100 %

98,3 %

100 %

98,2 %

94,4 %

94,0 %

600 400 200

Praha město (mtnm) Brno-Kuchařovice stanice (mtnm)

0 30°

20° sklon FV panelů, β [°]

10°

Např. pro systém na ploché střeše s jiţně orientovanými FV panely ve sklonu 30° v lokalitě Praha e = 0,81.1 135 = 920 kWh/(kWp.rok) 15.4.2011


81

Část 2-2

ČÁSTEČNÉ STÍNĚNÍ PANELŮ A NÁVRH INSTALACÍ NA PLOCHÉ STŘECHY 15.4.2011


82

Výkon c-Si panelů při částečném stínění 1

2

3 72 FV článků v sérii 3 bypass diody

15.4.2011


83

Výkon c-Si panelů při částečném stínění Velikost stínění na článcích

Výkon FV panelu [W]

Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


84



Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


85



Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


86



Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


87



Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


88



Bez stínění

100

1/4 článku

82

1/2 článku

63

Celý článek

62

1 svislá řada

60

1 vodorovná řada

23

2 vodorovné řady

18

15.4.2011


89

c-Si FV panely v horizontálním uložení

1,0

6

3

0,8 směr stínění

5

0,6 0,4 0,2

2

3 2

1

1

0,0

1

0

1

2 3 4 počet stíněných FV článků

5

c-Si FV panely ve vertikálním uložení

1,0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

6

směr stínění 6

0,8

3 5

0,6

4

0,4

3

0,2

2

2 1

1

0,0 0

1

2 3 4 počet stíněných FV článků

5

6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

3 by-pass diody

Pmpp redukční součinitel [-]

4

3 by-pass diody

Pmpp redukční součinitel [-]

Výkon c-Si panelů při částečném stínění

12

15.4.2011


90

Ploché střechy > Vnitřní stínění Definice K vnitřnímu stínění u FV instalací na plochých střechách dochází, stíní-li si navzájem jednotlivé řady panelů.

Vnitřní stínění v den zimního slunovratu 09:00

12:00

15:00

15.4.2011


91

Ploché střechy > Vnitřní stínění Geometrie Geometrie FV instalace na ploché střeše průběžný stín popsaný 1D modelem

nestíněná 1. řada

BM

LM

b

H S

L

aD

Charakteristický rozměr FV panelu … LM [m]

Sklon FV panelu … β [°] Návrhový úhel… αD [°] 15.4.2011


92

Ploché střechy > Vnitřní stínění Stupeň pokrytí Stupeň pokrytí střešní plochy … sA [m2/m2] BM

LM

b

stupeň pokrytí, sA [m2/m2]

L

sklon 10°

0,8

sklon 20°

sklon 30°

H S

aD

S rostoucím návrhovým úhlem αD roste pokrytí, ale také ztráty vnitřním stíněním

s A,10 = 0,0123α D + 0,436

0,7

= kde je optimum?

0,6 s A,20 = 0,0146α D + 0,2378

0,5 s A,30 = 0,015α D + 0,1456

0,4

0,3 16

17

18

19 20 21 návrhový úhel, αD [°]

22

23

24

Návrhový úhel se standardně volí rovný výšce slunce nad obzorem v poledne zimního slunovratu (21. prosinec). Např. pro Prahu (50,1° s. š.) dostaneme αD = 16,5°, pro Brno (49,2° s. š.) αD = 17,4° apod.

15.4.2011


93

Ploché střechy > Vnitřní stínění Pokles výkonu v závislosti na uložení panelů 5 4 3 2 1 4

5

6

výkon[W/W normalizovaný [W/W]p] výkon P/P normaliz. nom p

délka stíněné aktivní plochy 1,0 1,0

0,6 0,6

0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 6 5 8 6 10 7 128 14 9 čas [h]

8

9

S

L

10

nestíněný norm. výkon

horizontální uloţení

0,8 0,8

7

H

b

1,01,0 0,80,8 0,60,6

0,40,4 0,20,2

stíněný norm. výkon

vertikální uloţení

0,00,0 16 1118 12 6 138 14 1015 12 10 16 14 17 čas [h] čas [h]

1,01,0 0,80,8 0,60,6 0,40,4 0,20,2 0,00,0 16 1918 18

aD

Překlenovací diody při horizontálním uloţení zajišťují odstupňovaný pokles výkonu panelu, zde ve třech krocích (3 diody). Při vertikálním uloţení jiţ jeden zastíněný článek znamená pokles výkonu na úroveň, která odpovídá jen difuzní sloţce záření.

norm. délka stínu LS/LM [m/m] normalizované délka stínu [m/m]

3

norm. délka stínu LS/LM [m/m]

2

normaliz. výkon P/Pnom [W/Wp]

články 1

LM

BM

6

3 překlenovací diody

směr stínění horizontální uloţení

směr stínění vertikální uloţení

15.4.2011


94

Ploché střechy > Vnitřní stínění Roční ztráta

0,997

horizontální uloţení 1,000 0,996 0,995

korekční činitel, FS,i [-]

0,995

0,993

0,995

0,990

0,991

0,985

0,987 0,983

0,980

L

0,970 0,965 0,960

sklon 10° sklon 20° sklon 30°

S

aD

0,990 0,991

0,985

0,985

0,981

0,985

0,980

0,980

0,975

H

0,994

0,995 0,990

b

vertikální uloţení

0,991

korekční činitel, F S,i [-]

1,000 0,998

LM

BM

Souhrnný vliv vnitřního stínění na roční produkci FV panelů můţeme vyjádřit ve formě korekčního činitele vnitřního stínění, FS,i [-].

0,975 0,970 0,965

0,976

sklon 10° sklon 20° sklon 30°

Pokles roční produkce při horizontálním uloţení FV panelů je, při stejném návrhovém úhlu a sklonu panelů, přibliţně poloviční oproti uloţení vertikálnímu

0,969

0,963 0,960 16 17 18 19 20 21 22 23 24 16 17 18 19 20 21 22 23 24 návrhový úhel, αD [°] návrhový úhel, αD [°]

15.4.2011


95

Ploché střechy > Vnitřní stínění Roční produkce vztažená k ploše střechy

sklon, β způsob uložení panelů horizontální / vertikální horizontální / vertikální horizontální vertikální

LM

BM

Pokud např. zvolíme limitní ztráty vlivem vnitřního stínění 1 %, tj. FS,i = 0,99, obdrţíme při 14 % účinnosti článků a výkonovém součiniteli PR = 0,81 následující odhad produkce FV instalace na ploché střeše.

b L

H S

aD

10° 20° 30° roční produkce na 1 m2 panelů, e [kWh/(m2·a)] 120,2 125,3 127,4 roční produkce na instalovaný kWp, e [kWh/(kWp·a)] 859 895 910 roční produkce na 1 m2 střešní plochy, eA [kWh/(m2·a)] 88,9 66,4 54,8 81,7 61,4 49,7

15.4.2011


96

Část 3

FOTOVOLTAIKA PRO ENERGETICKY NULOVÉ DOMY 15.4.2011


97

Koncepty energeticky nulových budov 1) Autonomní budova (Zero Energy Building, ZEB) Autonomní budovou je myšlena budova, která není napojena na veřejné energetické sítě. Jedná se o energeticky efektivní budovu, jejíţ energetická spotřeba je zcela kryta vlastní energetickou produkcí plně zaloţenou na místně dostupných obnovitelných zdrojích. 2) Bilančně nulová budova (Net Zero Energy Building, nZEB) Bilančně nulovou budovou je myšlena budova, která je napojena na veřejné energetické sítě. Jedná se o energeticky efektivní budovu, jejíţ energetická spotřeba je v roční bilanci vyrovnána vlastní energetickou produkcí z obnovitelných zdrojů, přičemţ její část je dodávaná do veřejných energetických sítí. V době, kdy vlastní zdroje nedostačují, je energie z veřejných sítí naopak odebírána. Mnoţství takto obousměrně přenášené energie jsou v roční bilanci vyrovnané. 3) Bilančně nulový soubor budov (Net Zero Energy Cluster, nZEC) Bilančně nulový soubor budov je takový soubor, který je vybaven jednotnou místní energetickou infrastrukturou a naplňuje definici nulové roční bilance jako celek, nikoli na úrovni jednotlivých budov. Tento soubor vyuţívá ekonomičnosti plynoucí z většího rozměru i časové vyrovnávání spotřeby a produkce jednotlivých budov a dalších prvků souboru. 15.4.2011


98

Bilančně nulová budova Net ZEB (Net Zero Energy Building) Spojení mezi budovou a veřejnými energetickými sítěmi. vlastní obnovitelné zdroje

spotřeba

odběr energie

vyuţitelná produkce

dodávka energie

systémová hranice

měření

produkce

konverzní a distribuční energetické sítě

přírodní zdroje (primární energie)

kreditní systém [kWh, CO2, atd.]

import

export

+ bilance

Energeticky nulová budova v roční bilanci:

 dodávka  0 dodávka - odběr  0 bilance- odběr systémová

kredity

rok 

hranice 15.4.2011


99

Bilančně nulová budova Net ZEB (Net Zero Energy Building)

3

2

.../rok] kg,.../rok] [kWh,kg, [kWh,

4

spotřeba ...

spotřeba ...

spotřeba ...

1

vlastní obnovitelné zdroje

spotřeba n

zdroj n

vnější zdroje (odběr ze sítí)

Energie, primární energie, CO2, ...

5

zdroj n

zdroj 1

přebytek zdroj n

zdroj ...

zdroj 1

zdroj 1

krytí spotřeby

dodávka do sítí z vlastních obnovitelných zdrojů

spotřeba 1

0 spotřeba

15.4.2011


100

Bilančně nulová budova > Příklad Koberovy - kompaktní tvar, obnovitelné materiály - dobře izolované, kvalitní okna - vzduchotěsné - nucené větrání s rekuperací - zemní výměníky, pasivní solární zisky - teplovodní kolektory, akumulační zásobník - krbová kamna na dřevo

15.4.2011


101

Bilančně nulová budova > Příklad Koberovy Koberovské FV systémy = dva koncepty: DŮM Č. 6 8,45 kWp energeticky nulový dům vysoká míra stavební integrace

DŮM Č. 7 1,0 kWp energeticky zabezpečený dům vysoká míra energetické integrace

15.4.2011


102

Bilančně nulová budova > Příklad Koberovy dům č. 6 Základní parametry: instalovaný jmenovitý DC výkon

8,45 kWp

výstupní jmenovitý AC výkon

6,9 kW

počet FV panelů celková plocha FV panelů / instalace síťové DC/AC měniče napětí

65 ks 60,4 / 62,7 m2 2 ks → připojeno na 2 fáze

FV systém je v síťovém provozu a FV produkce je dodávána do lokální distribuční soustavy (DS) = „nekonečný“ akumulátor. Dům je pouze nositelem technologie. 15.4.2011


103

Bilančně nulová budova > Příklad Koberovy dům č. 6

energetický přebytek

Energetická potřeba a energetická produkce jsou v rovnováze. Nízká energetická potřeba pasivního domu činí z fotovoltaiky relativně významný zdroj energie. 15.4.2011


104

Kamil Staněk [email protected]

15.4.2011


105

Integrace FV systémů do budov

Recommend Documents