Мониторинг соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ Чачак

Мониторинг соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ Чачак Богољуб Златић Факултет техничких наука, Чачак Мехатроника, 2014/15 bogoljubzlatic1987@gmail.com Ментор рада Небојша Митровић Апстракт У овом мастер раду су најпре приказане основе термовизијског мониторинга са акцентом на примену термовизијске методе за одржавање соларних панела. Затим је приказана соларна електрана Електроват у Чачку и спроведене месечне и дневне анализе приноса енергије у корелацији са метереолошким подацима током јесени и зиме 2014/2015. Кључне речи термовизија, мониторинг соларних панела, соларна електрана, анализа приноса 1. УВОД Надзор и термовизијска анализа соларних инсталација омогућавају контролу при инсталацији, као и ефикасно и превентивно одржавање. Испитивање соларних панела при инсталацији елиминише или препознаје дефекте нечистоћа, гасних рупа или напукнутих ћелија. Редовне провере помажу да се одржи операциона функционалност соларних панела која доприноси продуженом веку трајања. Испитивања соларних панела коришћењем термовизијске анализе су доказала да знатно побољшава ефикасност инвестиције. На пољу истраживања и развоја (R & D) термовизијске камере су већ потврђене као средство за евалуацију соларних ћелија и панела [1]. Термовизијске камере са нехлађеним детекторима [2, 3] се користе све више и више за контролу квалитета соларних панела, пре и током инсталације и редовних провера одржавања након што је панел инсталиран. Пошто су ове камере ручне и лаке, имају веома флексибилну употребу. Коришћење сунчеве (соларне) енергије преставља једноставан, еколошки, одрживи и исплативи вид коришћења обновљивих извора енергије. Соларна електрана је постројење за производњу електричне енергије конверзијом сунчеве енергије. Конверзијом фотона у електроне, од сунчеве енергије настаје електрична енергија која се може користити на најразличитије начине. Та конверзија се врши путем фотонапонских модула (популарно названих соларним панелима). Када се панели користе у већем броју онда можемо говорити о соларним електранама. Србија поседује значајан потенцијал соларног зрачења тако да је инсталирање сораних електрана исплатљивије него што је то случај у северним деловима Европе. Захваљујући

субвеционисању производње електричне енергије из обновљивих извора од стране Републике Србије, прибављањем одговарајућег статуса се такође добијају и државне гаранције за такве субвенције. На слици 1 је приказана мапа хоризонталне осунчаности за Европу и Србију SolarGIS [4]. Слика 1. Mапа хоризонталне осунчаности за Европу и Србију SolarGIS [4]. Фотонапонски (ФН) модули се израђују од различитих типова полупроводничких материјала, који могу бити сложени у различите структуре с циљем постизања веће ефикасности конверзије енергије. Најновију генерацију ФН соларних модула чине тзв. танкослојни ФН модули код којих је дебљина фотонапонског материјала или слоја око 2 μm, што је скоро 100 пута мање од класичних ФН ћелија израђених од кристалног силицијума. Ова редукција у количини коришћеног полупроводничког материјала смањује цену по јединици површине, као и цену по генерисаној снази, при чему се повећава енергетска исплативост. Међутим, укупна цена ФН система је још увек нешто већа за танкослојне ФН модуле због додатне цене носеће

структуре неопходне за инсталацију ове врсте модула. Најчешће коришћени материјали који се користе за израду ФН ћелија су [5]: Кристалне фотонапонске ћелије Монокристали силицијум Поликристални силицијум Галијум-арсенид Танкослојне фотонапонске ћелије Аморфни силицијум (a-si) Нанокристални силицијум Бакар-индијум-диселенид (CIS, CIGS) Кадмијум-телурид (CdTe) Органски материјали Галијум-Арсенида (GaAs) Multi-junction 2. МЕТОДОЛОГИЈА Kомпанија Електроват отворила је крајем 2012 године фабрику SNE ENERGY у Чачку где се производи средње-напонска електроенергетска опрема по лиценци мултинационалне компаније Schneider eletric. Објекат је урађен по концепту зелене, паметне и пословне-едукативне зграде на чијем крову је изграђена соларна електрана снаге 55 kw која је прикључена на мрежу Електропривреде Србије. Из соларне електране снаге 55 кw на крову објекта за две године произведено је око 132.000 kwh електричне енергије (67.000 kwh у првој и 65.000 kwh у другој години експлоатације) која је пласирана у електро-дистрибутивну мрежу према уговору са ЕПС-ом. Коришћењем геотермалне енергије за управљиво грејање, климатизацију и пасивно хлађење пословно-производног објекта површине 1.600 m 2, применом савременог мултифункционалног система аутоматског управљања (Building Menagment System-BMS) и уградњом високоучинских расветних тела су постигнуте велике уштеде у потрошњи електричне енергије. У најхладнијим месецима ангажована електрична снага није прелазила 12 kw, потрошња објекта је око 72.000 kwh годишње ( 45 kwh/m 2 на годишњем и мање од 4 kwh/m 2 на месечном нивоу). Истовремено овим техничко-технолошким решењима постигнута је редукција емисије угљен-диоксида од око 35 тона за ове две године. На крову зграде инсталирано је 228 соларних панела који су распоређени у 26 редова (слика 2.), а постављени су под углом од 30 0. Соларни панели су марке Shuco240-PS-09.

1 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195 205 214 221 226 16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 126 136 146 156 166 176 186 196 206 215 222 227 17 27 37 47 57 67 77 87 97 107 117 127 137 147 157 167 177 187 197 207 216 223 228 9 18 28 38 48 58 68 78 88 98 108 118 128 138 148 158 168 178 188 198 208 217 224 10 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109 119 129 139 149 159 169 179 189 199 209 218 225 4 11 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 219 5 12 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 220 6 13 22 32 42 52 62 72 82 92 102 112 122 132 142 152 162 172 182 192 202 212 2 7 14 23 33 43 53 63 73 83 93 103 113 123 133 143 153 163 173 183 193 203 213 3 8 15 24 34 44 54 64 74 84 94 104 114 124 134 144 154 164 174 184 194 204 3. РЕЗУЛТАТИ Слика 2. Изглед и распоред панела соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ Чачак На слици 3. је дата анализа термовизијског снимка једног соларног панела током превентивног одржавања спроведеног у новембру 2014.год.

Markers: Label Emissivity Background [ O C] Average [ O C] Max [ O C] Min [ O C] L0 0,93 7,0 24,98 26,5 23,4 L1 0,93 7,0 25,63 27,0 23,9 L2 0,93 7,0 26,08 27,5 24,3 L3 0,93 7,0 26,16 27,3 24,1 P1 0,93 7,0 25,00 25,0 25,0 P2 0,93 7,0 26,00 26,0 26,0 P3 0,93 7,0 27,00 27,0 27,0 Слика3. Анализа термовизијског снимка солорних панела Анализа приноса соларне електране Електроват Месечне анализе приноса соларне електране На слици 4. је дата анализа дневних приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак током септембра месеца 2014. год (привидна, реална и реактивна енергија). Слика 4. Анализа дневних приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак током септембра месеца 2014. год (привидна, реална и реактивна енергија) На слици 5. је дата анализа кумулативног (збирног) приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак током септембра-октобра-новембра месеца 2014. год

S, P, Q (kvah, kwh, kvarh) 3.5x10 3 3.0x10 3 2.5x10 3 2.0x10 3 septembar PRIVIDNA AKTIVNA REAKTIVNA oktobar PRIVIDNA AKTIVNA REAKTIVNA novembar PRIVIDNA AKTIVNA REAKTIVNA 1.5x10 3 1.0x10 3 5.0x10 2 0.0 dani 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 (а) Слика 5. Анализа кумулативног (збирног) приноса соларне електране Електроват-Чачак током а) децембра месеца 2014.год и јануара 2015. год. и б) упоредни приказ од септембра 2014 до јануара 2015 (привидна, реална и реактивна енергија) Услед веома повољних метереолошких услова током септембра и прве две седмице октобра били су високи приноси соларне електране, тако да је разлика кумулативних приноса за прве две седмице месеца септембра и октобра 2014. год практично незнатна. Током новембра су метереолошки услови нешто лошији у односу на септембар и октобар, али уопште узев и тај период је био повољан за приносе соларне електране иако је на нивоу од око 50% од оног забележеног у септембру месецу. (б)

P, kwh Дневне анализе приноса соларне електране На слици 6. је дата анализа дневног кумулативног (збирног) приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак на дан 19. фебруара 2015. год (реална енергија). 250 19 feb 200 150 100 50 0 hours 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Слика 6. Анализа дневног кумулативног (збирног) приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак на дан 19. фебруара 2015. год (реална енергија) 4. ДИСКУСИЈА На слици 7. је дата анализа промене соларне радијације у Чачку на дан 19. фебруара 2015. год рачунате преко дневног приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак и подаци очитани за Чачак са аутоматске метереолошке станице МЕТЕОС (http://www.meteos.rs/ams/cacak/current.htm). Поређењем података добијених нумеричком обрадом података добијених са соларне електране (сл. 6а) и података очитаних за Чачак са сајта МЕТЕОС (сл. 7б) уочава се веома добро слагање у дневном профилу соларне радијације.

P, kwh Derivative, kwh/h 0.8 0.7 19 feb 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 hours 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 а) б) Слика 7. Анализа промене соларне радијације у Чачку на дан 19. фебруара 2015. год а) рачунате преко дневног приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак и б) подаци очитани за Чачак МЕТЕОС (http://www.meteos.rs/ams/cacak/current.htm) На слици 8. је приказан упоредни приказ анализа дневног приноса соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ-Чачак за дане 17 18-19. фебруар 2015. год. Поређењем података добијених нумеричком обрадом података добијених са соларне електране и података очитаних за Чачак са сајта МЕТЕОС уочава се веома добро слагање. При овоме је могуће запазити да су подаци са МЕТЕОСА за око 10% мањи од оних добијених нашим нумеричким прорачунима према подацима са соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ. 300 250 19 feb 18 feb 17 feb 200 150 100 50 0 hours 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 а) б) Слика 8. Упоредни приказ анализа дневног кумулативног (збирног) приноса соларне електране Електроват-Чачак за дане 17-18-19 фебруар 2015. год (реална енергија) а)рачунате преко дневног приноса соларне електране Електроват-Чачак и б)подаци очитани за Чачак МЕТЕОС (http://www.meteos.rs/ams/cacak/current.htm)

5. ЗАКЉУЧАК У овом раду је приказана: 1. Теорија примене рада термовизијских камера 2. Примена термовизије у одржавању соларних панела. 3. Мониторинг соларне електране ЕЛЕКТРОВАТ Чачак На основу приказаних анализа може се закључити да је термовизијска контрола ефикасан метод за утврђивање битних параметара процеса фотонапонске конверзије. У периоду од септембра 2014 год до фебруара 2015 године је вршена анализа података добијених са соларне електреане ЕЛЕКТРОВАТ Чачак и спроведено је упоређивање података са метереолошким подацима очитаних са аутоматске метереолошке станице МЕТЕОС инсталиране у Чачку. Развијена је нумеричка метода за обраду података кумулативних (збирних) месечних приноса добијених са соларне електране с циљем анализе дневних приноса и њене корелације са метереолошким подацима. Поређењем података добијених нумеричком обрадом података кумулативних (збирних) дневних приноса добијених са соларне електране и података очитаних за Чачак са сајта МЕТЕОС, уочено је веома добро слагање у дневном профилу соларне радијације. Такође је јасно уочена директна коорелација између соларне радијације, соларне енергије и UV индекса, тј. највећи принос соларне електране је у данима када су највеће вредности соларне радијације и UV индекса. ЛИТЕРАТУРА [1] Havier P.Maldague, Theory and Practice of Infrared Tehnology for Nondestructive Testing, John Wiley & Sons, 2001. [2] Небојша С. Митровић, Сензори, физички принципи и примене, WUS Austria, Технички факултет Чачак, 2006. [3] Адам Достанић, Оптоелектронски сензори-физички принципи и примене у термовизији, Семинарски рад из Сензора и претварача, Технички факултет Чачак, Септембар 2006. [4] SolarGis (www.solargis.rs) [5] Марко Шућуровић, Снежана Драгићевић, Ивана Чековић, Милан Плазинић, Јерослав Живанић, Анализа утицаја материјала фотонапонских ћелија на добијање електричне енергије, case study Факултет техничких наука у Чачку, Конференција, ЕТРАН 2014, Врњачка Бања, јун 2014.