SERES I., FARKAS I., KOCSIS L. 5
5 kwp TELJESÍTMÉNY FOTOVILLAMOS RENDSZER TELEPÍTÉSE - A RENDSZERÖSSZETEVK VIZSGÁLATA CONSTRUCTION OF A kwp PV SYSTEM TESTING THE BASIC COMPONENTS Seres István, Farkas István, Kocsis László Szent István Egyetem, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék,, Páter K. u.. Tel: (6-8) 555; E-mail: Seres.Istvan@gek.szie.hu Szent István Egyetem, SZIE-MTA Folyamatirányítási Kutatócsoport,, Páter K. u.. Tel: (6-8) 555; E-mail: Kocsis.Laszlo@gek.szie.hu ÖSSZEFOGLALÓ A megújuló energiák, s közöttük a napenergiás alkalmazások, például a fotovillamos rendszerek magyarországi elterjedése még nem felel meg az európai átlagnak, és az e téren vett vállalásainknak sem. Meggyzdésünk, hogy ezen a téren a szemléletváltás hoz dönt eredményt, és ebbl a szempontból is vállalkozott a SZIE Fizika és Folyamatirányítási Tanszéke arra, hogy egy EU projekt keretében részt vesz a gödölli kampusz területén egy kwp teljesítmény fotovillamos (PV) rendszer installálásában. A rendszer jellemzinek meghatározása után az építészeti tervek elkészültek, a kiviteli tervek most készülnek. A tervezéssel egyidejleg a fontosabb rendszerösszetevk vizsgálata (PV panel I-V karakterisztikája, inverterek vizsgálata) zajlik, errl számolunk be jelen dolgozatunkban. SUMMARY The usage of the renewable energy sources e.g. the solar energy is not so widespread in Hungary, as it is in the EU or as it should be to fulfil our commitments on the environmental protection. To change the situation a big change in the mind of the people is necessary. That is one reason why the Department of Physics and Process Control, Szent István University,, joined the EU project PV Enlargement to set-up a kwp PV system in the main campus of the University. After the determination of the main components PV technology, panel type, inverters, etc. the architectural plans were elaborated. Now the detailed plans are under work, and parallel with the planning the tests of the main components (e.g. I-V characteristic of the panels) are carried out. Some results of this test are presented in this paper.. BEVEZETÉS Kitzött feladat az Európai Unió PV Enlargement Projekt támogatásával megvalósítandó 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 történ 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.
5 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 egy modell került kidolgozásra a rendszer viselkedésének tanulmányozására. A közeljövben néhány elzetes mérés valósul meg a rendelkezésre álló egységekkel, elssorban a két különböz fotovillamos modullal. A másik fontos tényez a modulok árnyékoltságának vizsgálata, amely szintén elvégzésre kerül mérés az árnyék alakjának és mértékének hatása szempontjából. Emellett néhány mérésre került sor az inverter jelalakjának ellenrzése céljából.. RENDSZERLEÍRÁS A kifejlesztend tervezett PV rendszer a PV Enlargement projekt keretén belül valósul meg. A gödölli rendszer f fotovillamos mezbl (alrendszerbl) épül fel. Az egyik alrendszer db ASE- típusú modulból (RWE Solar Gmbh.), a másik két alrendszer pedig egyenként 77 db DS (Dunasolar Kft.) típusú modulból kerül felépítésre. A rendszer összteljesítménye 9,7 kwp.. 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: árnyékmentesség, 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. A lehetséges helyszínek mérlegelése után az egyetemi Kollégium C épület (lapos tet. ábra) került kiválasztásra (eredetileg a B épület teteje lett kiválasztva, de az a PPP program keretében felújításra kerül, ezért helyeztük át a rendszert a C épület tetejére). A tet mérete 5,7 m x 89,5 m, a hosszabb oldal nagyjából ÉD tájolású (kb. 5 fok eltérés K felé). A tet egy részén mobiltelefon antennák és a 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 az. ábra szemlélteti. 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.
55. ábra: A PV rendszer telepítési helyszíne (kollégium C épület). A RENDSZER MODELLEZÉSE A rendszer tulajdonságainak és tervének definiálása mellett fontos feladat a rendszer modellezésének vizsgálta is, amelyet szükséges elvégezni. 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 adatok feltüntetése, a fontosabb bees sugárzási adatok kiválasztása az adatbázisból, és az elállított energia adatok. A következ lépés a rendszer fizikai tulajdonságainak és villamos jellemzinek megadása, úgy mint a rendszer egyen vagy váltófeszültsége és az alkalmazott inverter típusa. A szoftver eszköz adatbázisát fként az USA-ban használatos berendezések 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 mérlegérl. A kapott adathalmaz kiértékelhet grafikus és táblázatos formában is. A két alrendszer típus (ASE- és DS-) szimulációs eredményeit a következkben szemléltetjük. Az egy panel teljesítmény értékeit az ASE- alrendszer esetében a. ábra szemlélteti. Subsystem (ASE-) PV system output kw,5,5 January 5 5 5 Time( hour) July. ábra Az ASE- alrendszer napi teljesítmény eloszlása (ASE)
56 Az 6. ábra a rendszer javasolt elhelyezése esetén mutatja a bees sugárzási adatokat. Insolation 9 8 7 6 5 Insolation Analysis Global Horizontal and Array Insolation by Month Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec GH Insol Array Insol. ábra A bees sugárzás értékei vízszintes és a PV mez síkjában Végezetül a teljes rendszer becsült energiatermelésének értékeit havi lebontásban a. ábrán figyelhetjük meg. kwh (hóna AC System output kwh/mon ASE- AC System output kwh/mon DS Pv-grid AC Sys output 8 6 jan. febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec Id (hón. ábra A rendszer havi energiajövedelme. MÉRÉSEK A fotovillamos modul, mint összetett villamos rendszer egyik fontos jellemzje az áramfeszültség (I-V) karakterisztika, amelybl a modulnak a különböz terhelések melletti feszültsége és áramleadása, vagyis a teljesítménye határozható meg. A görbe deriváltjából kiolvasható a maximális teljesítmény ponthoz (MPP) tartozó áram és feszültségérték. Az 5. ábrán az ASE- modul mért I-V karakterisztikája látható. current [A] Áram (A),5,5,5,5 5 5 5 Feszültség voltage [V] (V) 5. ábra: I-V karakterisztika árnyékmentes panel esetén Közismert, hogy a fotovillamos modulnál a felület aránylag kis részének árnyékolása is jelents teljesítménycsökkenést okoz, mert ilyenkor az árnyékolt részek fogyasztókká válnak (rövidzár). Az ábrán látható 8% árnyékolt felületet jelent rúd például közelítleg /-os teljesítménycsökkenést okozott. A következ két ábrán olyan modulok karakterisztikája látható, ahol a modulnál cellát árnyékoltunk (6. ábra), illetve a modult egy 5 cm széles rúddal árnyékoltuk (7. ábra).
57 current [A],5,5,5,5,5 5 5 5 voltage [V] 6. ábra: I-V karakterisztika egy olyan panelre, ahol az egyik cella árnyékolt current [A],5,5,5,5 5 5 5 Feszültség voltage [V] (V) 6. ábra: I-V karakterisztika egy olyan panelre, amelyre egy rúd vet árnyékot A fotovillamos modulok mellett az inverterek ellenrzése is megkezddött. Az inverter 96 6 V egyenfeszültséget konvertál át V, 5 Hz es váltófeszültséggé, amit a villamos hálózatba táplál. A betáplálás a hálózati fázishoz szinkronizálva történik. 5. EREDMÉNYEK A megépítend fotovillamos rendszerhez elkészültek a rendszer építészeti, villamos kapcsolási tervei és az adatgyjt rendszer bekötési terve. A telepítéshez szükséges elzetes hatósági engedélyek beszerzésre kerültek Jelenleg az eszközök beszerzése folyik, amelyek segítségével a próbaméréseket végezzük. Ezen mérések egy részét mutattuk be a dolgozatban. Köszönetnyilvánítás: A kutatás a PV Enlargement EC, NNE5--76, a KAC F-7--, a TÉT RO-/ és az OTKA T-5 pályázatok támogatásával valósult meg. 6. IRODALOM Áram (A) Áram (A) Feszültség (V) () Markvart, T. (996), Solar electricity, J. Wiley and Sons, N. Y., pp.5-65. () Wiemken, E. Beyer, H.G. Heydenreich and W. Kiefer, K. ( ), Power characteristics of PV ensembles Experiences from the combined power production of grid connected PV system distributed over area of Germany, Solar Energy, Vol. 7, No 6, pp 5-58. () Rege, T. Hoffmann and V. Kiefer, K. (), The German experience with grid-connected PV systems, Solar Energy, Vol. 7, No 6, pp 79-87. () 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 ), ICPE - Agigea Test Facility Site, Romania, Sept. 5-,. p. 6.