Szukaj na tym blogu

piątek, 31 maja 2013

Ogrzewanie wody za pomocą modułów fotowoltaicznych.

Z uwagi na coraz bardziej atrakcyjne ceny modułów fotowoltaicznych coraz więcej osób decyduje się na wykorzystanie systemu fotowoltaicznego do bezpośredniego ogrzewania ciepłej wody zamiast kolektorów słonecznych. Sam niedawno pisałem o zaletach tego systemu. Z uwagi że jest to pewna nowość na rynku od razu pojawiają się błędy i problemy. Dziś chciałbym odpowiedzieć na pytanie dlaczego nie powinno się zasilać grzałki bezpośrednio modułami fotowoltaicznymi. 
Podstawowym problemem jest tu dobór mocy urządzenia oraz bardzo nieefektywne wykorzystanie energii z modułów. Ten brak efektywności wynika z przeciążania modułów w przypadku słabszych warunkach oświetlania, co powoduje, że na modułach osiągamy prąd zbliżony do prądu zwarcia a napięcie spada do poziomu bliskiego 0 w skutek czego moduły generują zaledwie ułamek swojej mocy nominalnej. Sytuację tą najlepiej omówić na przykładzie. Rozważmy przypadek, w którym wykorzystujemy 5 modułów o mocy, 230 W każdy czyli o mocy łącznej 1150 W połączonych równolegle gdzie napięciem nominalnym generatora fotowoltaicznego będzie 30 V. System fotowoltaiczny będzie wykorzystany do bezpośredniego zasilania grzałki 24 V o mocy 900 W. W omawianym przypadku, gdy natężenie promieniowania słonecznego jest bardzo wysokie zbliżone do warunków, STC czyli 1000 W/m2 na naszej grzałce będzie wydzielać się ciepło o mocy ok. 1100 W. W takim przypadku moduły będą bardzo dobrze obciążane, moc generowana przez grzałkę będzie zbliżona do mocy maksymalnej możliwej do uzyskania przez masz system fotowoltaiczny (pole czerwone i zielone są zbliżone). Zastosowana grzałka musi być urządzeniem 24 woltowym z uwagi na napięcie i sposób połączenia modułów. Należy zaznaczyć, że moc generowana na grzałce jest wyższa od jej mocy nominalnej z uwagi na wyższe napięcie. Praca w takich warunkach odbije się na skróconej żywotności urządzenia jednak średnio zaledwie przez kilka % czasu pracy moc modułów fotowoltaicznych zbliża się do mocy nominalnej. Moc osiągana przez system fotowoltaiczny będzie zazwyczaj wahała się od 20 - 50 % mocy nominalnej. W takich sytuacjach w omawianym przypadku moc generowana na grzałce będzie znacznie niższa od teoretycznej możliwej do osiągnięcia (pole czerwone znacznie mniejsze od zielonego). Ten brak efektywności będzie wynikał z faktu, że moduły będą przeciążane z uwagi nie niewłaściwą rezystancję grzałki. Prąd będzie bliski prądu zwarcia, Isc a napięcie będzie spadać znacząco poniżej optymalnej wartości, czyli napięcia w punkcie mocy maksymalnej Vmpp przy bardzo niskim natężeniu promieniowania słonecznego np 200 W/m2 czyli nawet w lekko pochmurny dzień moc generowana na grzałce będzie stanowiła zaledwie ułamek mocy teoretycznej możliwej do osiągnięcia. Skutki takiego rozwiązania to bardzo nieefektywne wykorzystanie dostępnej mocy modułów oraz niska temperatura osiągana na grzałce. Z tego też powodu nie zaleca się stosowania bezpośredniego zasilania urządzeń prądu stałego modułami PV.


ogrzewaie wody modułami fotowoltaicznymi
Rys. 1.                Charakterystyka prądowo - napięciowa 5 modułów 230 W połączonych równolegle z zaznaczonymi polami mocy maksymalnej - zielone pole oraz mocy generowanej na grzałce 900 W - czerwone pole. 

W celu ograniczenia strat i uniknięcia skrajnie nieefektywnej pracy modułów PV zasilanie urządzeń prądu stałego modułami PV powinno odbywać się poprzez regulator ładowania. 

11 komentarzy:

Marek pisze...

Panie Bogdanie
Mam pytanie nieco z innej działki.
Czy jest Pan również zorientowany w kwestiach sprzedaży ziemi –pól pod budowę pól solarowych?
Znajomi proszą mnie o pomoc i doradzenie w sprawie takiej właśnie sprawie. Zgłosiła się do nich firma która chce kupić dwa hektary gruntu pod katem budowy solarów na niej. Czy zna Pan więcej firm które mogą być zainteresowane taka inwestycją, bądź jakie są ceny w Polsce?
Będę bardzo wdzięczny za kontakt, oraz za wsparcie w tej kwestii
Pozdrawiam

Jarek pisze...

Witam,
Z tego co się orientowałem wynika, że opłaty roczne to ok. 1 - 2 zł za m2.
Czyli za 2ha znajomi mogą się spodziewać ok. 20 000 zł rocznie.

Ważne jest także umiejscowienie słupów/lini na działce oraz odległość od transformatora.

Anonimowy pisze...

od jakiegoś czasu probuję dobrac regulator ladowania do 3 paneli 240W i nie bardzo jest z czego wybrac. Czy kos moglby podac jakis konkretny typ regulatora z MPPT, ktory bedzie zasilal grzalke jak nalezy bez akumulatora - obezwladnia mnie jak patrze na zestawy gdzie sprzedajacy usiluja koniecznie dodac akumulator olowiowo-kwasowy. Codzi mi o to, zeby polaczyc panele szeregowo i dolaczyc do regulatora z mppt i to do grzalki, a jak bedzie ustawa o oze to podlaczyc to do inwertera on-grid i zeby nie zmieniac okablowania.

Anonimowy pisze...

Czy po zastosowaniu regulatora ladowania uzyskamy odpowiednia ilosc energii do ogrzewania wody nawet przy slabym naslonecznieniu? Heniek

Bogdan Szymanski pisze...

@ anonimowy
akumulator wciskają gdyż regulatory potrzebują napięcie na wejściu akumulatora aby rozpocząć pracę.

Heniek
Tak regulator rozwiąże problem byle był dobrze dobrany

golf 6 pisze...

Panie Bogdanie sam myślę nad taką instalacją. Myślałem, żeby zrobić to w ten sposób, żeby układ w zależności od napięcia układu dołączać drugą kryzę grzałki.

W takim razie odnośnie instalacji z regulatorem. Podłączamy grzałkę na "zaciski" akumulatora? Czy pod wyjście oznaczone np żarówką na regulatorze? Jak w takim razie zachowuje się akumulator? Po zmroku jest rozładowywany?

Z góry dziękuje za jakąkolwiek odpowiedź. Pozdrawiam.

Marek pisze...

Dzięki Jarek,
Pozdrowienia

Anonimowy pisze...

NIe do końca rozumiem czemu system bez regulatora maiłby być tak znacząco mniej wydajny przy zachmurzonym niebie niż z regulatorem - pisze Pan ułamek mocy. "Ten brak efektywności będzie wynikał z faktu, że moduły będą przeciążane z uwagi nie niewłaściwą rezystancję grzałki" - proszę o wyjaśnienie tego zdania dotyczącego rezystancji

Bogdan Szymanski pisze...

@Anonimowy
Wynika to wprost z prawa ohma. przy niskiej radjacji słonecznej grzałka będzie dążyć do zwiększenia prądu do obniży napięcie na modułach. W konsekwencji moc generowana przez moduły będzie znacznie niższa od teoretycznie dostępnej.

Anonimowy pisze...

W całości popieram autora. Żeby dobrze grzać trzeba dopasować grzałkę do zmiennych warunków oświetlenia, czyli do różnej ilości prądu z instalacji PV.
Ja u siebie mam to zrobione na prostym sterowniku PWM.
Zachęcam do zapoznania się z opisem instalacji.
panele 4,5 kW (3 + 1,5) + grzanie CWU + ładowanie aku = cała instalacja pracuje

PUTAS

ogrzewanie pisze...

koszty astronomiczne