master thesis
Armin Zaimović (Avtor), Marko Čepin (Mentor)

Povzetek

Different solar panel parameters have a great impact on the production of electrical energy and economical justification. Research has shown that proper panel parameters can increase energy production and decrease investment costs. The objective is to determine the best panel parameters for the Earth's geometric layout considering latitude at a location of 42° North to achieve the best cost-effective solution. Based on a review of the literature on solar radiation, the working principle of a solar cell, shadowing effect, different kinds of photovoltaic panels, and the influence of bypass diodes, simulation was made. The mathematical model was developed, which calculates solar irradiation, a total power output of a solar power plant for a certain time, and location. Data for solar irradiation and power output is calculated every 15 minutes, and from this data, energy production is calculated. After that, simulation, based on inserted parameters gives the best possible solution for a certain location. Analyzing the results of a simulation, it was concluded that for higher inclinations, longer distances are to be used. If panels are stacked more together, smaller panel inclinations are recommended, for example when using an inclination of 0°, there should be no distance between the panels. In global, to explain the relation between inclinations, panel distances, and a number of bypass diodes, simulations for different scenarios are required. The results indicate that the installed power has the greatest impact on the production of electrical energy. On this basis, it is recommended that for smaller distances between the panels, panels with a higher number of bypass diodes are to be used, except for the cases when small panel inclinations are used. Further research is needed to identify other factors that could lead to changes in energy production, and if the longer exposure to shadow will influence panel efficiency and lifespan.

Ključne besede

solar power plant simulation;photovoltaic systems;solar energy;solar power plant optimal parameters;

Podatki

Jezik: Angleški jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
Organizacija: UL FE - Fakulteta za elektrotehniko
Založnik: [A. Zaimović]
UDK: 621.311.243(043.2)
COBISS: 68239619 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 321
Št. prenosov: 68
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Slovenski jezik
Sekundarni naslov: OPTIMIZACIJA PARAMETROV SONČNE ELEKTRARNE GLEDE NA NJENO POSTAVITEV NA DOLOČENO ZEMLJEPISNO ŠIRINO
Sekundarni povzetek: Sonce je glavni vir energije, ki je potreben za razvoj življenja na Zemlji. Sončno sevanje se s prehodom skozi vesolje poslabša, vrednosti okoli 1367 W/m2 so dosežene zunaj Zemljine atmosfere. Prehod skozi zemeljsko atmosfero še bolj poslabša moč in le en del doseže zemljo. Meritve globalnega in razpršenega sevanja na vodoravni ravnini se izvajajo po vsem svetu. Z uporabo razmerja sevanja žarka se te meritve lahko uporabljajo za posamezne površine, vendar je treba pred tem globalno sevanje razdeliti na direktno, odbito in razpršeno sevanje. Za to delo so izračunane vse vrednosti, da se ga lahko uporablja za različne lokacije na Zemlji. Pri načrtovanju sončne elektrarne je ena izmed prvih stvari, ki jo treba izračunati, ocena jasnega neba. Ocena sevanja v jasnem nebu, opravljena v tem delu, sledi Hottelovi metodi za oceno sevanja, ki se prenaša skozi čisto ozračje in upošteva vrste podnebja in nadmorske višine, kjer so postavljene plošče. Eden od glavnih dejavnikov, ki vpliva na proizvodnjo električne energije, je senčenje. Dve vrsti težav s senčenjem se pojavljata tako pogosto, da so za njuno obvladovanje potrebne različne metode. Prva je senčenje panelov z bližnjimi drevesi, zgradbami ali drugimi ovirami. Geometrije so lahko nepravilne in sistematični izračuni senčenja kompleksni. Uporabljajo se diagrami položaja sonca na nebu, na primer grafikoni sončne nadmorske višine v primerjavi s sončnim azimutom, na katere je mogoče namestiti oblike ovir (profili senčenja), da se določi, kdaj je pot od sonca do zadevne točke blokirana. Drugi tip vključuje senčenje panelov, razen prve vrstice večvrstnih nizov, s strani panelov v sosednji vrstici. Kadar so geometrije pravilne, je senčenje mogoče izračunati, rezultate pa lahko predstavimo v splošni obliki. V tem delu bomo upoštevali in razložili samo senčenje med paneli. Med delnim senčenjem zaradi neenakomernega sevanja se zmanjša proizvodnja električne energije iz panelov. Stopnja zmanjšanja je povezana s številom obvodnih diod, vključenih v panel. Ko uporabljamo zaporedno povezane nize celic, imajo vse enak tok. Če je ena ali več zasenčenih celic, se največji dovoljeni tok zmanjša in se s tem zmanjša izhodna energija. Zasenčene celice lahko dosežejo visoke temperature, kar lahko trajno poškoduje panel. Da bi preprečili posledice senčenja, so v sončne module vključene obvodne diode. Napol prerezana (half-cut) sončna celica je sprememba že obstoječe sončne celice, ki je, kot že ime pove, narejena iz celice, tako da jo z laserjem prerežemo na polovico. Ta vrsta celic podvoji število celic v modulu, vendar se z zmanjšanjem vsake celice na polovico zmanjša izguba toka in moči. Za to delo so paneli postavljeni v prostor, ki ima pravokotno obliko. Ker se simulacije izvajajo za dve vrsti panelov, za različne naklone in različne razdalje med paneli, je bila narejena funkcija za optimizacijo prostora, ki zagotavlja, da je za vsak izračun zadovoljena najboljša zasedenost prostorov za panele. V sistemu, ki je povezan z omrežjem, je pretok moči naslednji. Sonce obseva sončne celice, ki so združene v nize. Paneli proizvajajo električno energijo, ki se prenaša v razsmernik. V razsmerniku se enosmerni tok pretvori v izmenični tok, nastavi na napetost, ki jo zahteva omrežje in se prenese v omrežje. Med temi pretvorbami pride do različnih izgub, le en del energije pa se prenese v omrežje. Pri načrtovanju sončne elektrarne je eden izmed vidikov, ki ga je treba upoštevati, ekonomska upravičenost. Stroški sončne elektrarne so na začetku najvišji, saj je treba kupiti vse komponente, licence pa je treba pridobiti skupaj s projektno dokumentacijo. Po začetni investiciji so stroški vzdrževanja precej majhni. Za izračune v določenem obdobju dneva v letu lahko izračune opravimo ročno. Natančnost rezultatov je neposredno v skladu z zajetim vremenskim intervalom. Če je interval daljši, bodo rezultati netočni in lahko vodijo do napačnih zaključkov, kar bo povzročilo slabo pozicioniranje panelov. Najboljši rezultati so za primere, ko je časovni interval (Δt → 0) bližje ničli. Zato je treba uporabiti nekatere simulacije. Za to delo je bil v Excelu narejen simulacijski program, ki izračuna sončno sevanje, proizvodnjo energije, dolžino sence in upošteva vse prej pojasnjene parametre za določen dan ali celo leto v intervalih po 15 minut in daje najboljšo stroškovno učinkovito rešitev za določeno zemljepisno širino. Rezultati simulacije se lahko primerjajo z resničnimi zgodovinskimi podatki z uporabo spletnega orodja, imenovanega Global Solar Atlas, kjer rezultati izhajajo iz podatkov, zbranih skozi zgodovino. V tem primeru je bila izbrana lokacija v Črni Gori z zemljepisno širino 42°. Za primerjavo je bil uporabljen sistem z vgrajeno močjo od 90,16 kWp in z moduli z naklonom 28°. Zbrani podatki kažejo, da bi bila letna proizvodnja takega sistema 134,121 MWh. Rezultati, ki jih je dal Solar Atlas, so rezultati za panele, na katerih ni bilo upoštevano zasenčenje niti vpliv obvodnih diod, kar pomeni, da rezultati najbolje ustrezajo vrednosti za polovično rezani modul s 3 obvodnimi diodami na razdalji 0,5 m, kjer je bila izračunana vrednost 130,14 MWh. Izračunana vrednost bi bila še bližja, če bi uporabili večjo razdaljo in večje število obvodnih diod. Pri analizi rezultatov simulacije je bilo ugotovljeno, da je treba za večje naklone in krajše razdalje med paneli uporabiti več obvodnih diod znotraj panela. Rezultati kažejo, da ima vgrajena moč največji vpliv na proizvodnjo električne energije. Na podlagi tega je priporočljivo, da se za manjše razdalje med ploščami uporabljajo plošče z večjim številom obvodnih diod. Potrebne so nadaljnje raziskave, da bi se ugotovili drugi dejavniki, ki bi lahko povzročili spremembe v proizvodnji energije in če daljša izpostavljenost senci vpliva na učinkovitost in življenjsko dobo panelov.
Sekundarne ključne besede: simulacija sončne elektrarne;fotovoltaični sistemi;sončna energija;optimalni parametri sončnih elektrarn;magisteriji;
Vrsta dela (COBISS): Magistrsko delo/naloga
Študijski program: 1000316
Konec prepovedi (OpenAIRE): 1970-01-01
Komentar na gradivo: Univ. v Ljubljani, Fak. za elektrotehniko
Strani: XI, 44 str.
ID: 13059386