10 kwp TELJESÍTMÉNY HÁLÓZATRA DOLGOZÓ FOTOVILLAMOS RENDSZER TELEPÍTÉSI HELYSZÍNÉNEK KIVÁLASZTÁSA

Átírás

1

2 10 kwp TELJESÍTMÉNY HÁLÓZATRA DOLGOZÓ FOTOVILLAMOS RENDSZER TELEPÍTÉSI HELYSZÍNÉNEK KIVÁLASZTÁSA FARKAS I. 1 - BUZÁS J. 1 - SERES I. 1 - KOCSIS L. 2 - SZCS M. 3 1 Szent István Egyetem, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék 2103 Gödöll, Páter K. u. 1. Tel.: (06-28) , Fax: (06-28) , farkas.istvan@gek.szie.hu 2 Magyar Tudományos Akadémia, Folyamatirányítási Kutatócsoport 2103 Gödöll, Páter K. u Szent István Egyetem, Agrárenergetika és Élelmiszeripari Gépek Tanszék 2103 Gödöll, Páter K. u. 1. Bevezetés Kitzött 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 fbb 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 adatgyjt rendszere is. Legfbb feladat a felépítend rendszer optimális helyszínének kiválasztása, amelyre több alternatíva is kidolgozásra került. A helyszín kiválasztásának alapját a fotovillamos rendszer elhelyezhetségének szempontjai adták. Minden helyszín felmérése után a rendszer virtuális felépítése következett a felépítés lehetségeinek vizuális meghatározására. A fotovillamos rendszer felépítését követen feladat a rendszer üzem közbeni vizsgálata, oktatási és demonstrációs feladatok elvégzése és a rendszer által szolgáltatott adatok gyjtése 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 közeljövben néhány elzetes mérés valósul meg a rendelkezésre álló egységekkel, elssorban 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 gödölli 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 követen a rendszer elektromos kapcsolási terve illetve az adatgyjt rendszer paraméterei és a mérési pontok kerültek meghatározásra. A részletes tervet az 1. ábra tartalmazza.

3 1. táblázat. A rendszer hardverkonfigurációja Szélességi fok: 47 60' N Hosszúsági fok: 19 35' E Legközelebbi nagyváros: Gödöll (28 km-re Budapesttl) Ország: Magyar Alrendszer 1 Alrendszer 2 Névleges teljesítmény; [kwp] 3,4 6,2 Összteljesítmény; [kwp] 9,7 PV modul szállító RWE Solar Gmbh. DunaSolar Kft. Modul típus ASE-100 DS40 PV cella technológia EFG a-si PV cella szín Sötétkék Sötétkék P stc, PV modul teljesítmény STC, [W] Teljes modul szám Soronkénti modulok száma (stringenként) 11 7 Párhuzamos stringek száma (inverterenként) 3 11 Inverter típusa (Sunpower): SP3100/600 SP2800/550 faktor : P dc-stc / P ac = 1,36 1,12 1,11 Invereterek alrendszerenkénti száma 1 1 Teljes modulfelület; [m 2 ] Azimut orientáció (Dél = 0 ; Nyugat= -90 ) A rendszer vízszinteshez viszonyított dlésszöge ábra A rendszer terve és az adatgyjtés A helyszín kiválasztása A tervezett rendszer felépítésére a legjobb hely lehetségeinek vizsgálatát a SZIE gödölli kampus területére végeztük. Három ígéretes lehetséges hely került számításba ezek elnyeinek 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 elállított energia direkt felhasználása, védett biztonságos hely az adatgyjt rendszer és inverterek számára, a PV rendszer egyszer demonstratív célú bemutathatósága. Az els lehetség 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 tetn parabola antennák és kibújó épület adnak árnyékolást, de a fennmaradó terület is elegend a rendszer telepítéséhez. Az adatgyjt és az inverterek elhelyezhetsége (a kibújó épületben) elképzelhet, a villamos betáplálás várhatóan megoldható. A rendszer tervezett elhelyezhetségét a 2. ábra szemlélteti.

4 2. ábra Kollégium B épület (lapos tets szerkezeten) Elnyök: könny hozzáférhetség, könny hibaelhárítási lehetség, körüljárhatóság, tetbe integrálásnál várhatóan olcsóbb installáció, egyszer üzemeltetés, biztosított árnyékmentesség, egyszer a hálózathoz történ csatlakozás. Hátrányok: távolabb van a tanszéktl, bemutatás nehézkes, a tervezett kollégium bvítése. A második lehetség a SZIE Gépészmérnöki Kar aula épülete (lapos tet): A fépület tetszerkezete két elkülönült részbl áll, az alsó tetszakasz déli oldala 50 m hosszú, 8,5 m széles, a két tetrészen 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 adatgyjt és az inverterek elhelyezhetsége közvetlenül a tetszerkezet alatt megoldható (liftakna, rácsos tartó feletti térrész) illetve a villamos betáplálás is. A rendszer tervezett elhelyezhetségét a 3. ábra szemlélteti. 3. ábra A rendszer tervezett elhelyezhetsége a SZIE Gépészmérnöki Kar lapos tets épületén Elnyök: könny hozzáférhetség, könny hibaelhárítás lehetség, körüljárhatóság, tetbe integrálásnál várhatóan olcsóbb installáció, egyszer üzemeltetés, biztosított árnyékmentesség. Hátrányok: távolabb van a tanszéktl, bemutatás nehézkes. Az utolsó lehetség SZIE Fizika és Folyamatirányítás Tanszék feletti tetszakasz (sátortet), lásd 4. ábra. A tanszék feletti tetszakasz többféle elrendezésben is lehetvé teszi a rendszer installációját, (három variáns készült a teljes tetmagasság kitöltésével, a teljes tethossz kitöltésével és egy közbüls elrendezéssel). Információink szerint a jelenlegi tetszerkezet felújítása, ami szükséges lenne a rendszer felépítése eltt, a közeljövben

5 forráshiány miatt nem tervezett. Nehézséget okoz a rendszer tartóelemeinek és a bevezetéseknek a beázás mentes megoldása a padlásra, illetve a rendszer mködés közbeni hozzáférhetsége. 4. ábra SZIE Fizika és Folyamatirányítás Tanszék feletti tetszakasz (sátortets szerkezet) Elnyök: tanszékhez közel van, adatgyjtés és inverterek elhelyezése a padlástérben vagy a tanszékrl megoldható, árnyékmentes, egyszer a hálózathoz történ csatlakozás. Hátrányok: tetfelújítás szükségessége, nehéz a hozzáférhetség, bonyolult a hibaelhárítás lehetsége és a körüljárhatóság, felteheten ez a legdrágább installáció Az összes helyszínen az adatgyjt rendszer csatlakoztatható a hálózathoz (LAN), így állandó monitorozás biztosítható a rendszer számára. A mért adatok egyszeren lekérdezhetk 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 mveletek 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 elállított energia adatok. A következ lépés a rendszer fizikai tulajdonságainak és elektromos jellemzinek megadása, mint a rendszer egyen vagy váltófeszültsége és az alkalmazott inverter típusa. A szoftver eszközadatbázisát fként az USA-ban használatos eszközök adják, de a program lehetvé teszi az adatbázis bvítését, esetünkben a tervezett rendszer adatainak adatbázisba történ felvételét is. Végezetül a szimulációs folyamatból kapott információk alapján képet kaphatunk a rendszer viselkedésérl, illetve az energia mérlegrl. A kapott adathalmaz kiértékelhet grafikus és táblázatos formában is. A két alrendszer típus (ASE-100 és DS-40) szimulációs eredményeit a következkben szemléltetjük. Az egy panel teljesítmény értékeit az ASE-100 alrendszer esetében az 5. ábra szemlélteti.

6 Subsystem 1 (ASE-100) PV system output kw 2 1,5 1 0,5 0 January 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 Insolation Analysis Global Horizontal and Array Insolation by Month GH Insol Array Insol July Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 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 1400 AC System output kwh/mon ASE-100 AC System output kwh/mon DS40 Pv-grid AC Sys output Gödöll jan. febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec 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 elnyeinek és hátrányainak figyelembevételével. A hálózatra dolgozó fotovillamos rendszer szimulációs eredményeibl felvéve az adatsorozatokat, amelyek felhasználásával becsült képet kaphatunk a rendszer viselkedésérl. A szimulációs adatok a késbbiekben összevethetk a mért adatokkal, amelyeket a rendszer adatgyjt rendszere szolgáltat számunkra. Köszönetnyílvánítás A kutatási feladatok elvégzése a PV Enlargement (EC, NNE ), a TÉT RO- 11/2002, az OTKA T és a KAC, F programok támogatásával készültek. Irodalomjegyzék 1. Markvart,T. (1996), Solar electricity, J. Wiley and Sons, N. Y., pp 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 Rege,T. Hoffmann and V. Kiefer, K. The German experience with grid-connected PV systems, Solar Energy, Vol. 70, No 6, pp 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, pp. 6. Id (hón