Aleksandra Bachanek

Ilona Niewęgłowska

OŚ 1

Alternatywne Źródła Energii

Projekt 2

OBLICZANIE UZYSKU ENERGII Z INSTALACJI FOTOWOLTAICZNEJ

Zadanie 1

Oblicz natężenia promieniowania słonecznego docierającego do płaskiej poziomej powierzchni na górnej granicy atmosfery.

Dane → Zestaw nr : 2	Lokalizacja: Bielsko-Biała	Współrzędne geograficzne: λ = 19.00˚E; φ = 49.80˚N	Data: 15.07.2005	Godzina wg lokalnego czasu słonecznego: 12 ^30
S0 = 1367 W/m^2	Nd =196	S0d =1323,1017	N'd =3,3648	δ' =21,6718
δ =0,3782	τ =0,1309 [rad]	sin h = 0,8768	H =1,0691 [rad]	I0h = 1160,0473 [W/m^2]

Zadanie 2

Oblicz godzinową (H_h0h) i dzienną sumę promieniowania (H_d0h) czyli nasłonecznienie dla płaskiej, poziomej powierzchni na górnej granicy atmosfery.

Dane → Zestaw nr:2	Lokalizacja: Bielsko-Biała	Współrzędne geograficzne: λ = 19.00˚E; φ = 49.80˚N	Data: 15.07.2005	Granice okresu czasu do obliczenia sumy godzinnej: t1=11 ^30 ; t2=12 ^30
τ1 =-0,1309	τ 2=0,1309	Hh0h =349371,7552 [J/m^2]	τzach =2,0604	Hd0h =40409689,4491 [J/m^2]

Zadanie 3

Oblicz dzienną sumę promieniowania całkowitego (H_dtoth), bezpośredniego (H_dBh) i rozproszonego (H dDh) docierającego do płaskiej, poziomej płaszczyzny przy powierzchni ziemi.

Dane → Zestaw nr:2	Lokalizacja: Bielsko-Biała	Współrzędne geograficzne: λ = 19.00˚E; φ = 49.80˚N	Data: 15.07.2005	Wskaźnik bezchmurności: KT = 0,5
		Hdtoth = 20204844,7245 [J/m^2]	H dDh= 12290101,9248 [J/m^2]	HdBh = 7914742,7997 [J/m^2]

Zadanie 4

Oblicz dzienną sumę promieniowania całkowitego (H_dtotβ), bezpośredniego (H_dBβ), rozproszonego (H_dDβ) oraz odbitego (H_dRβ) docierającego do płaskiej płaszczyzny nachylonej pod kątem β do poziomu.

Dane → Zestaw nr:2	Lokalizacja: Bielsko-Biała	Współ.geogr.: λ =19.00˚E; φ = 49.80˚N	Data: 15.07.2005	KT= 0,5	β = 45˚ α = 0,3
τβzach = 1,6042 [rad]	Rbβ = 0,8781	HdBβ= 6949637,6043 [J/m^2]	HdDβ= 10490258,1687 [J/m^2]	HdRβ= 887679,3010 [J/m^2]	Hdtotβ= 18327575,0740 [J/m^2]

Zadanie 5

Oblicz uzysku energii z ustawionej poziomo instalacji fotowoltaicznej w poszczególnych miesiącach oraz w całym roku.

Dane →

Lokalizacja: Bielsko-Biała

Inom = 1000 [W/m^2]

Ppk = 140 [W]

Kąt ustawienia modułu β = 0º

Nr miesiąca	Nasłonecznienie Hmtoth [Wh/m^2]	Ilość godzin dziennych th [h]	Średnie natężenie promieniowania Itot [W/m^2]	Uzysk energii UPV [Wh]
1	26517	261,2338	101,5068	3712,3800
2	42739	276,4192	154,6166	5983,4600
3	75470	361,7912	208,6010	10565,8000
4	101340	406,0856	249,5533	14187,6000
5	142994	469,7749	304,3883	20019,1600
6	143244	480,8761	297,8813	20054,1600
7	161775	485,5658	333,1680	22648,5000
8	128270	442,5850	289,8200	17957,8000
9	82378	375,0017	219,6737	11532,9200
10	49203	329,7521	149,2121	6888,4200
11	32576	268,1807	121,4703	4560,6400
12	25111	247,4892	101,4630	3515,5400
rok		∑ = 4404,7554		∑ = 141626,3800

Zadanie 6

Spośród dostępnych opcji ustawienia modułu znajdź optymalną orientację względem stron świata oraz optymalny kąt pochylenia do poziomu i oblicz roczny uzysku energii z tak ustawionej instalacji fotowoltaicznej. Optymalizację przeprowadź dla trzech różnych funkcji celu:

Wariant 1: Maksymalizacja rocznego uzysku energii

Wariant 2: Maksymalizacja uzysku energii w miesiącach zimowych (grudzień-luty)

Wariant 3: Maksymalizacja uzysku energii w miesiącach letnich (czerwiec-sierpień)

	Optymalna orientacja i kąt ustawienia modułu	Roczne nasłonecznienie Hytot [Wh/m^2]	Ilość godzin dziennych th-year [h]	Średnie natężenie promieniowania Itot [W/m^2]	Roczny uzysk energii UPV [Wh]
Wariant 1	SE 45˚	1098423	4404,7554	249,3721	153779,2200
Wariant 2	S 60˚	1069453	4404,7554	242,7951	149723,4200
Wariant 3	SE 30˚	1075198	4404,7554	244,0994	150527,7200

Zadanie 7

Oblicz roczny uzysk energii z poziomo ustawionej instalacji fotowoltaicznej z uwzględnieniem okresowego zacienienia instalacji w ciągu roku.

Godz. mies.	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	Godz.
V-VI																		VI-VII
IV-V																		VII-VIII
III-IV		0,4* 0,5= 0,2	0,9* 0,4= 0,36															VIII-IX
II-III			0,3* 0,9= 0,27									0,6* 0,1= 0,06	0,6* 0,1= 0,06					IX-X
I-II				0,3* 0,1= 0,03									0,1* 0,9= 0,09					X-XI
XII-I				0,1* 0,5= 0,05								0,1* 0,2= 0,02						XI-XII
Suma dla godz.																		Suma dla godz.

Roczne procentowe zacienienie instalacji S_a = Σ (suma dla godzin) = 1,14% = 0,014

Roczny uzysk energii z poziomo ustawionej instalacji fotowoltaicznej z uwzględnieniem zacienienia:

UPVS = UPV* (1-(S_a/100)) = 92578,5489* (1-(0,014/100)) = 92,5656 kWh/m²

Widzimy, że otrzymany wynik jest nieco inny niż ten w zadaniu 5, gdzie: P_pk = 140 [W]. W tabeli wynosi on: 128.

WNIOSKI:

Uzysk energii otrzymany w zadaniu 5 możemy porównać z danymi otrzymanymi wg kalkulatora PVGIS. Według ręcznych wyliczeń, uzysk roczny z płasko usytuowanej instalacji wynosi około 92,6 kWh, natomiast z obliczeń kalkulatora PVGIS jest to 125 kWh. Uzysk z naszych obliczeń jest niższy, ale należy uznać obliczenia komputerowe za bardziej wiarygodne, gdyż są prowadzone w sposób bardziej złożony. Wzrost uzysku energii przy optymalizacji nachylenia instalacji jest znaczny.

Dzięki obliczeniom z zadania 6 możemy zauważyć jak duży wpływ na uzysk energii ma pora roku, a w mniejszym stopniu również optymalny kąt pochylenia do poziomu. W miesiącach zimowych optymalna orientacja i kąt ustawienia modułu to S 60˚. W miesiącach letnich ustawienie SE 30˚ daje ponad trzykrotnie większy wynik uzysku energii w porównaniu z sumą uzysku energii w miesiącach grudziń-luty.