Autori: mr Aleksandra Grujić & Milan Jović
Studijski program: Nove energetske tehnologije
Rast ljudske populacije uzrokuje stalno povećanje potreba za energijom, naročito električnom energijom. Postojeća dinamika kojom se ekspolatišu fosilna goriva, kao ograničen resurs, dovela je do toga da se sve više ulaže u razvoj i proizvodnju električne energije iz čistih i obnovljivih izvora. Njihova primena je i ekološki opravdana, jer se značajno utiče na smanjenje gasova staklene bašte i uz pravilnu implementaciju i edukovane stručnjake u savremenim društvima doprinosi se stabilnom i održivom razvoju.
U okviru Visoke škole elektrotehnike i računarstva iz Beograda i studijskog programa Nove energetske tehnologije formiran je predmet i laboratorija za Obnovljive izvore energije sa posebnim aspektom na vetroenergetiku i solarnu energetiku. Ovaj rad prikazuje postupak ispitivanja karakterističnih parametara fotonaponskog panela od monokristalnog silicijuma u laboratorijskim uslovima.
Solarni sistem laboratorije
Prvi zadatak solarnog sistema je da omogući prikaz kompletnog sistema proizvodnje, skladištenja i potrošnje električne energije proizvedene iz energije Sunca. Drugi zadatak je da omogući ispitivanje karakteristika samog fotonaponskog panela u punom obimu. U skladu sa tim solarni sistem laboratorije poseduje dva modula (dva režima rada), a gradivni elementi celog sistema su:
- Fotonaponski panel ZHM – 80W
- Regulator punjenja baterija sa MPPT tehnologijom
- Dve baterije AGM 12V
- Sun Simulator
- Merno-regulaciona i upravljačka elektronika
- Server
- Potrošači
Fotonaponski panel ZHM – 80W 12V poseduje 36 solarnih monokristalnih ćelija dimenzija 125×125 mm ukupne instalisane snage 80W. Duž panela montirani su senzori kojima se registruje snaga zračenja sa Sun Simulator-a. Sun Simulator se sastoji od 8 halogenih reflektora, koji se selektivno pale i gase (po 2 u svakom režimu) kako bi se dobila varijabilna iradijacija. Električna snaga pojedinačnog reflektora je 500W, pa je tako snaga kompletnog simulatora 4 kW. Regulator punjenja baterija je elektronski sklop koji energiju jednog naponskog i strujnog nivoa koja dolazi sa fotonaponskog panela pretvara u energiju drugog naponskog i strujnog nivoa podesnu za bezbedno punjenje baterija. Takođe preko njega se odvija i protok energije sa baterija prema potrošačima. U izolovanim sistemima predstavlja neophodan i kritičan deo, jer u sebi sadrži električne zaštite i kontrolere toka energije. Za potrebe akumulacije proizvedene energije i čuvanja za kasniju upotrebu u većini sistema sa obnovljivim izvorima energije koriste se olovne gelirane baterije. U laboratoriji osim za tu upotrebu služe i kao pouzdani izvori stabilnog napona na koji se referišu većina merenja i vežbi. Merenje svih fizičkih veličina (napona, struje, temperature itd..) se vrši pomoću specijalnog elektronskog sklopa, namenski napravljenog za potrebe laboratorije.
Sam elektronski sklop se sastoji iz tri modula:
- Merni modul
- Komunikaciono-upravljački modul
- Regulacioni modul
Rad celokupnog uređaja omogućavaju dva mikroprocesora. Uloga servera u laboratorijskom sistemu je konačna obrada izmerenih veličina, njihovo prikazivanje u čitljivoj formi i pružanje funkcionalnog radnog okruženja. Slika 1 prikazuje Sun Simulator sa ispitivanim fotonaponskim panelom.
Merenja i rezultati
Solarni sistem laboratorije, koji je prethodno prikazan, predstavlja realan model i služi da predstavi studentima način dobijanja električne energije iz sunčeve energije koristeći fotonaponsku konverziju. Cilj je da se uoče osnovne električne veličine koje karakterišu rad ovakvog sistema. Te veličine su izlazni napon fotonaponskog panela (napon korišćen za punjenje baterija preko kontrolera) i električna struja punjenja baterija ili njihov proizvod tj. električna snaga kojom se baterije pune. Snaga punjenja određuje koliko električne energije može biti dobijeno iz ovakvog sistema tokom određenog perioda, a zadatak inženjera je da omoguće zahtevanu maksimalnu moguću snagu u svakom trenutku. U tu svrhu merenja izlaznog napona i izlazne struje panela zavise od snage zračenja sa Sun Simulator-a (broja uključenih reflektora) i ugla pod kojim svetlost pada na panel. Takođe je bitno napomenuti da rastojanje između Sun Simulator-a i panela mora biti konstantna tokom vršenja merenja, jer ima veliki uticaj na količinu svetlosti koja pada na površinu panela, a samim tim i na količinu električne snage koja se može ostvariti. Tabele 1, 2 i 3 prikazuju rezultate merenja napona, struje i snage u funkciji broja uključenih reflektora sa Sun Simulator-a i nagiba fotonaponskog panela u odnosu na horizontalnu površinu.
Nakon izvršenih merenja iz tabela 1, 2 i 3 se može zaključiti da su najveće vrednosti generisane struje, napona i snage kada sunčevi zraci (u laboratorijskim uslovima Sun simulator) padaju pod uglom od 90º u odnosu na površinu fotonaponskog panela. Ova činjenica može podstaći na nova istraživanja u smislu projektovanja sistema jednoosnog ili dvoosnog praćenja Sunca, a sve u cilju dobijanja što veće generisane snage.
Zaključak
Izloženi metod merenja veličina koje karakterišu rad ovakvog solarnog fotonaponskog sistema kao i zavisnost od simuliranih uslova u kojima bi fotonaponski panel bio izložen u realnom okruženju studentima daje potrebno znanje neophodno pri projektovanju i konstrukciji fotonaponskih sistema. Na osnovu ovih merenja studenti mogu zaključiti da je generisana snaga fotonaponskog sistema najveća u trenutku kada su upadni zraci sunčeve energije normalni na površinu fotonaponskog panela što ih navodi na dalje razmišljanje o adekvatnom postavljanju fotonaponskog sistema tokom godine u cilju maksimizacije proizvedene električne energije. U cilju daljeg razvitka laboratorije za obnovljive izvore energije planira se razvijanje sistema za jednoosno ili dvoosno praćenje sunčeve energije.
Više informacija: Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija, Vojvode Stepe 283, 11000 Beograd/Voždovac, Srbija, tel: 011/2471-099, web: www.viser.edu.rs
