Evoluția parametrilor sistemului fotovoltaic din siliciu amorf pe timp de iarnă

Gheorghe Badea, Roxana Mare

Cunoașterea evoluției parametrilor unui sistem fotovoltaic în condiții meteorologice de iarnă este esențială în vederea alegerii sistemului adecvat și a îmbunătățirii randamentului acestuia. În condiții de ninsoare și cer acoperit de nori, fără precipitații, intensitatea radiației solare a fost foarte redusă, determinând valori scăzute ale intensității curentului, a tensiunii și puterii PV, potrivit studiului realizat.

Comparând cele două situații, s-a observat că valori mai mari ale caracteristicilor fotovoltaice s-au obținut în cazul în care nu au existat precipitații. Chiar dacă măsurătorile înregistrate în această situație au fost cu 0,2 până la 0,5 unități mai ridicate decât în cazul funcționării instalației PV pe ninsoare, panoul fotovoltaic din siliciu amorf subțire de 100 Wp nu poate alimenta continuu unul sau mai mulți consumatori cu putere apropiată de valoarea nominală a sistemului PV.

1.  INTRODUCERE

Necesitatea utilizării energiei solare ca sursă de producere a electricității este tot mai evidentă în ultimele decenii datorită reducerii semnificative a resurselor petroliere și a impunerii unor condiții de scădere a gradului de poluare la nivel mondial.

Celulele fotovoltaice cuplate în panouri PV sunt echipamentele capabile să producă energie electrică pe baza radiației solare. Segmentul fotovoltaic a cunoscut încă de la începuturi o dezvoltare importantă. Se încearcă găsirea continuă de noi materiale sau îmbunătățirea celor deja existente pentru a obține în final o eficiență cât mai ridicată a sistemului PV. Pentru a putea atinge performanțe tot mai ridicate ale unor astfel de sisteme, trebuie cunoscută evoluția parametrilor fotovoltaici care intervin în orice condiții de funcționare a instalației. În fișa tehnică a echipamentelor PV, producătorii prezintă caracteristicile fotovoltaice în condiții standard de funcționare. Literatura de specialitate vine și le completează, oferind noi informații referitoare la caracteristicile sistemelor PV pe durata funcționării lor, în condiții de laborator diferite de cele standardizate, respectiv în condiții de exterior [1-5]. Majoritatea studiilor, însă, se axează doar pe perioada de vară, când intensitatea radiației solare este cea mai ridicată, implicit și randamentul sistemelor PV. Dar ce se întâmplă iarna, când temperaturile exterioare sunt foarte scăzute, iar cerul este preponderent acoperit de nori și există precipitații sub formă de ninsoare și gheață? Mai este rentabil un astfel de sistem, poate să facă față unui anumit consum de putere electrică fără alte surse adiacente? Această lucrare încearcă să ofere răspunsul la aceste întrebări esențiale pentru dezvoltarea ulterioară a echipamentelor fotovoltaice.

Pentru aceasta, s-au realizat o serie de experimente în care a fost analizată evoluția parametrilor fotovoltaici (intensitatea curentului fotovoltaic, tensiunea și puterea PV) ai unui sistem PV format dintr-un panou din siliciu amorf subțire cu puterea nominală de 100 Wp, în condiții de iarnă – ninsoare, zăpadă, gheață, temperaturi exterioare scăzute. Analiza a fost efectuată pentru două cazuri diferite de condiții meteorologice: ninsoare și cer acoperit cu nori, fără precipitații.

2. RADIATIA SOLARĂ PE TIMPUL IERNII

Condițiile meteorologice determină cantitatea de radiație solară care ajunge pe panoul fotovoltaic pentru a obține electricitate. Iradiația solară este factorul extern principal care influențează toți parametrii unui sistem fotovoltaic – intensitatea curentului PV, tensiunea și puterea PV. De aceea, este important să descriem rezultatele descriptive obținute pe durata efectuării măsurătorilor pentru variația insolației.

Din tabelul 1 se observă că cea mai scăzută valoare a mediei insolației s-a înregistrat în condițiile în care cerul a fost acoperit de nori, fără a exista precipitații. Stratul de nori a permis ca, în medie, la panoul fotovoltaic să ajungă doar o valoare foarte mică a radiației solare de numai 50,71 W/m2. Situația nu a fost cu mult mai diferită nici în condițiile de ninsoare, când media insolației a fost doar cu 3,19 W/m2 mai ridicată comparativ cu cazul precedent. O diferență semnificativă, însă, între cele două tipuri de condiții meteorologice – ninsoare și cer acoperit, fără precipitații, a apărut între valorile celor două mediane. Astfel, în 50% din măsurători, panoul PV a captat o energie de 62 W/m2 pe durata ninsorii, în timp ce pentru cerul înnorat, valoarea acesteia a scăzut la aproape jumătate, înregistrând doar 37 W/m2.

Spre deosebire de mediană, maximul radiației solare a cunsocut o creștere total inversă. Dacă în condiții de ninsoare maximul atins a fost de doar 98 W/m2, acesta aproape s-a dublat când cerul a fost înnorat, atingând 181 W/m2.

Articolul integral il puteti citi in editia tiparita a revistei ELECTRICIANUL nr. 1/2013