DIMENSIONARE SI COSTURI

Prezentare generala

Dimensionare si costuri

Un sistem fotovoltaic este compus din mai multe componente electrice: panoul fotovoltaic, controlerul solar, bateriile de acumulatori (daca este cazul) si invertorul.

Dat fiind costurile relativ mari, este indicat sa cereti parerea unui specialist la achizitionarea unui astfel de sistem. Prima data trebuie stabilit daca sistemul energetic in care lucreaza echipamentul este conectat la reteaua de distributie a energiei electrice (in-grid) sau nu este conectat la retea (off-grid).

In cazul instalatiilor care nu sunt conectate la reteaua de alimentare cu energie electrica, tensiunea generata, in sarcina normala, de catre panourile fotovoltaice trebuie sa fie multiplu al tensiunii uni acumulator. Se stie ca tensiunea unui acumulator cu plumb si electrolit (acid) sau cu gel este de 12V cc. De fapt tensiunea de la bornele unui accumulator variaza intre 11V (tensiunea la care un acumulator se considera descarcat), 12,5V (tensiunea nominala) si 14,5V (tensiunea maxima). De exemplu, daca avem 4 accumulatori conectati in serie, tensiunea la bornele lor poate varia intre 4x11=44V si 4x14,5=58V. Rezulta ca tensiunea nominala, produsa de catre celulele fotovoltaice trebuie sa fie cu putin mai mare de 58V, altfel acumulatorii nu se vor putea incarca la capacitate.

In cazul instalatiilor conectate la reteaua de alimentare cu energie electrica, tensiunea generata de catre panourile fotovoltaice trebuie sa fie egala cu tensiunea de lucru a controlerului solar si cu tensiunea de intrare in invertor. Un alt lucru care trebuie stabilit este puterea care poate fi generata de catre panourile solare si implicit energia electrica generata in fiecare ora in care panoul este iluminat.

Daca instalatia solara este conectata la reteaua de alimentare cu energie electrica, puterea este de obicei determinata de catre costul maxim al investitiei sau de catre suprafata disponibila pentru montarea panourilor fotovoltaice. Panourile fotovoltaice se pot monta pe sol sau pe un acoperis cu panta inspre Sud, in ambele cazuri panourile se monteaza cu o inclinatie, care, pentru tara noastra este de 350 pana la 450, fata de orizontala. Ideal ar fi sa se monteze panourile pe suporti care sa poata urmari soarele, in ciclul sau zilnic si in cel anual.
Pe acoperisul unei cladiri obisnuite se pot monta de la cativa kW la cativa zeci de kW. Daca instalatia solara trebuie sa alimenteze singura consumatorii, atunci trebuie determinata puterea fiecarui consumator si intervalul orar in care functioneaza. Cu ajutorul acestor date se determina puterea instalata, consumul zilnic, saptamanal si lunar, respectiv puterea instantanee maxima necesara.

Cunoscand aceste date si faptul ca la noi in tara numarul mediu de ore insorite, in timpul unui an este de 6 ore/zi se dimensioneaza instalatia solara, astfel incat in timpul celor 6 ore de iluminare sa se acumuleze suficienta energie, incat echipamentele electrice sa fie alimentate pe un ciclu de 24h.
Binenteles sa pune intrebarea ce se intampla daca o sa fie doua sau mai multe zile, la rand, fara soare. Raspunsul la aceasta intrebare se da in functie de zona de amplasare a instalatiei solare, de natura si importanta consumatorilor.
De exemplu:

- orientarea oglinzii parabolice si protectia la zapada/ praf/ grindina/ gheata se face prin intermediul sistemului de automatizare, prin analiza semnalelor culese de senzorii de lumina- fotocelule. Adica, oglinda se ridica odata cu soarele pe cer, iar daca se innoreaza sau vine noaptea, "se culca" cu oglinda in jos pt. protectie; daca peste o ora este iar soare sau dimineata, oglinda se ridica iar curata, daca are destula lumina.

- in cazul consumatorilor casnici, supradimensionarea instalatiei solare este o solutie costisitoare si nu acopera toate situatiile care se pot ivi. In acest caz se recomanda suplimentarea energiei furnizate cu ajutorul unui generator eolian (aceste sisteme se numesc hibride), cu combustibil fosil sa chiar hidrogenerator, daca locatia este in preajma unui curs de apa. Solutia cu generatorul eolian este cea mai economica si la indemana, considerand ca atunci cand nu este soare, de obicei bate vantul.

- in cazul folosirii instalatiei solare pentru alimentarea unor pompe de irigatii, considerand ca irigarea se realizeaza doar in perioada primavara-toamna, in aceasta situatie numarul de ore insorite/zi se poate considera 10. De asemenea, dat fiind faptul ca atunci cand este innorat, se poate renunta la irigatii pentru o zi sau doua sau chiar nu sunt necesare fiindca a plouat, supradimensionarea instalatiei solare sau suplimentarea acesteia cu alte surse de energie nu este intodeauna necesara. Totusi se poate lua in considerare suplimentarea cu ajutorul unui generator eolian care sa acopere aproximativ 30% din puterea oferita de catre panourile fotovoltaice.

- in cazul folosirii instalatiei solare pentru alimentarea unor consumatori importanti, care trebuie sa functioneze incontinuu, echipamente de telecomunicatii sau telemetrie, etc., se practica atat supradimensionarea instalatiei cat si cuplarea in paralel cu alte surse de energie, in general generatoare eoliene, in cazul echipamentelor aflate la distanta, si care nu sunt supravegheate direct de catre personal uman. In aceasta situatie puterea generatorului eolian se alege intre 50% si 100% din puterea sistemului fotovoltaic, acesta trebuind sa poata acoperi singur necesarul energetic in situatii extreme (panourile sunt acoperite cu praf, zapada sau sticla de protectie s-a opacizat fiind patata cu diverse substante).

De asemenea trebuie stabilit daca instalatia solara este principala sursa de energie electrica sau reprezinta o sursa secundara.

In continuare vom discuta despre randamentul panourilor fotovoltaice si durata de viata a acestora.

Randamentul celulelor fotovoltaice comerciale este intre 14% si 17%. Nu discutam aici despre aplicatii militare sau aplicatii industriale speciale, cum ar fi industria aerospatiala, unde conteaza mai mult performantele, decat pretul. In acest moment (Iulie 2011) sunt in teste celule tridimensionale, care ar avea randamente de 500 de ori mai mari decat cele plane traditionale, dar nici acestea nu fac obiectul prezentarii noastre. Se poate intampla ca anumiti furnizori sau producatori, sa ofere celule fotovoltaice (panouri), "minune", cu randamente de 25%, la acelasi pret cu cele de randament 17%. Nu inseamna neaparat ca ati realizat o afacere cumparand aceste panouri, de cele mai multe ori se omite sa se precizeze ca aceste randamente sunt obtinute, in laborator, in conditii controlate de test. In realitate radiatia incidenta nu este mai niciodata perpendiculara pe panou (exceptie fac panourile montate pe suporti care urmaresc soarele dupa doua axe), temperatura ambianta nu este 200C, la supraincalziri ale panoului peste aceasta temperatura, randamentul scade exponential cu supraincalzirea, in timp sticla de protectie se opacizeaza, datorita depunerii prafului, zapezii, sau a patarii, etc. In consecinta cei care folosesc aceste practici nu sunt neaparat mincinosi, dar nici foarte corecti, fata de clienti

Durata de exploatare a panourilor fotovoltaice este de aproximativ 15 ani, se considera ca si durata de exploatare termenul la care eficienta scade la 70% din valoarea initiala. Evident in aceasta perioada investitia a fost recuperata de mult, iar la ritmul actual de progres al echipamentelor, probabil, va veti gandi mai repede sa inlocuiti panourile vechi cu altele mai performante. ATENTIE, a nu se confunda termenul de garantie cu durata de exploatare, sunt lucruri complet diferite.

Se pune acum intrebarea: in cat timp se recupereaza investitia?

In functie de tipul echipamentului, la tariful actual al energiei electrice si termice, (cu ajutorul energiei electrice puteti realiza caldura si apa calda, nu este necesara racordarea la o retea de gaze naturale), investitia se amortizeaza aproximativ in 7 ani in cazul sistemelor off-grid (izolate), si aproximativ in 5 ani in cazul sistemelor in-grid (in retea, adica sisteme care injecteaza energie in reteaua electrica nationala). Totusi la ritmul in care cresc preturile, aceste estimari sunt supraevaluate si amortizarea se poate realiza mult mai repede.