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.
|
