Moduły fotowoltaiczne w kamperach, przyczepach kempingowych i na jachtach.


Moduły fotowoltaiczne (w skrócie moduły PV) są to urządzenia, w których zachodzi bezpośrednia konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zjawisko fotowoltaiczne zostało zaobserwowane w 1839 roku przez francuskiego fizyka Aleksandra Edmonda Becquerela.
Dopiero w drugiej połowie XX wieku na skutek rozwoju technologii urządzeń półprzewodnikowych możliwe stało się zastosowanie procesów fotowoltaicznych w praktyce. Pierwsze efektywne ogniwa fotowoltaiczne zostały skonstruowane w 1954 w Laboratorium Bell-a. Od tego czasu obserwujemy wzrost zastosowań baterii fotowoltaicznych, a co najważniejsze stały spadek cen.
Zaabsorbowane przez ogniwo promieniowanie słoneczne powoduje generowanie energii elektrycznej. Konwersja zachodzi w sposób czysty, niezawodny i, co najważniejsze, cichy. To powoduje, że ogniwa fotowoltaiczne są chętnie stosowane w turystyce karawaningowej.
W powszechnym użytku są stosowane ogniwa wykonywane z:

-krzemu monokrystalicznego o sprawności 12-19 %
-krzemu polikrystalicznego o sprawności 10-14%
-krzemu amorficznego o sprawności 5-10%

Same ogniwa fotowoltaiczne są zbyt kruche i nieodporne na warunki zewnętrzne by możliwe było ich praktyczne wykorzystanie bez dalszego przetworzenia. Nie mogą one istnieć samodzielnie i dlatego łączy się je w większe jednostki funkcjonalne - moduły fotowoltaiczne. W języku potocznym funkcjonują również inne określenia - nie do końca poprawne - na moduł fotowoltaiczny. Na ogół są to: bateria słoneczna, baterie słoneczne, panel słoneczny, panele słoneczne, solary, kolektory fotowoltaiczne.

Moduł fotowoltaiczny definiowany jest jako urządzenie służące do przemiany światła słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Składa się on z pasemek zlutowanych ze sobą ogniw słonecznych, które są zalaminowane, pokryte szybą i oprawione w aluminiowe ramy. Dostępne komercyjnie moduły fotowoltaiczne mają moc od 5W do 230W i mogą być dowolnie łączone w celu uzyskania żądanych parametrów. Moduły fotowoltaiczne są urządzeniami stałoprądowymi, generującymi napięcie pomiędzy 16 a 60Vdc (w zależności od modelu i producenta).

Średnia wartość natężenia promieniowania słonecznego poza atmosferą ziemską wynosi 1367W/m2. Na skutek zjawisk związanych z odbiciem, rozpraszaniem i absorpcją w atmosferze (redukcja o około 30%) przyjęto, że natężenie promieniowania słonecznego padającego na ziemię w południe w słoneczny, bezchmurny dzień wynosi około 1000 W/m2.

Całkowite promieniowanie składa się dwóch składowych:
-promieniowania bezpośredniego, czyli tego, które dociera do Ziemi bezpośrednio ze Słońca,
-promieniowania rozproszonego, które dociera ze wszystkich stron.
Promieniowanie rozproszone to promieniowanie, którego nie możemy zogniskować przy pomocy
soczewki; np. docierające do nas przy pełnym zachmurzeniu.
W tabeli poniżej przedstawiono promieniowanie dla różnych warunków pogodowych.




Aby zapewnić największą skuteczność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną, należałoby doprowadzić do sytuacji, w której na panel fotowoltaiczny pada maksymalna ilość promieniowana. Zachodzi to wówczas, gdy płaszczyzna modułu fotowoltaicznego jest prostopadła do osi Słońce – Ziemia. Z uwagi na fakt, że w zależności od pory dnia zmienia się kąt padania promieni słonecznych w zasadzie panel powinien „śledzić” ruch Słońca na horyzoncie. Ponieważ takie rozwiązania są stosunkowo drogie, to nie znalazły powszechnego zastosowania.

Na naszej półkuli i szerokości geograficznej przyjęto, że optymalnym kątem pochylenia baterii (bateria skierowana na południe) jest:
-w okresie zimowym              60º
-w okresie wiosenno letnim   45º
Wielkość kąta zależy oczywiście od szerokości geograficznej – im bliżej równika się znajdujemy tym mniejszy będzie kąt pochylenia.

Przy zastosowaniu modułów fotowoltaicznych w samochodach i przyczepach kempingowych oraz na jachtach, przyjęło się powszechnie montowanie tychże na dachu lub, w przypadku jachtów, na płaskiej powierzchni kadłuba. Mamy wówczas kąt pochylenia 0 o , czyli skuteczność konwersji będzie największa w południe i przy podróżowaniu na południe Europy.

Parametrem określającym sprawność systemu fotowoltaicznego jest współczynnik sprawności (ang.
Performance Ratio - PR)
Jest on zdefiniowany, jako stosunek energii wyprodukowanej do energii padającej na płaszczyznę
pola fotowoltaicznego z uwzględnieniem sprawności modułów.

PR=(E pv/Esg*STC)*100%
Gdzie :
PR-współczynnik sprawności
E pv-energia wytworzona
Esg-energia padająca
STC- sprawność modułu w %

Dla stacjonarnych systemów fotowoltaicznych współczynnik sprawności wynosi ok. 80%
Dla systemów montowanych na kamperach, przyczepach i jachtach współczynnik będzie znacznie niższy.
Spośród czynników, które wpływają na wartość współczynnika mamy dwie grupy.


Grupa 1 na którą nie mamy większego wpływu:
-Rzeczywista moc wyjściowa modułów PV.
Badania modułów wykazały, że rzeczywista moc modułów może się różnić od mocy nominalnej do 5
-Rzeczywista temperatura powierzchni modułu PV.
Charakterystyka I=f(U) (gdzie parametrem jest temperatura) pokazuje, że ze wzrostem temperatury
obniża się wartość napięcia mocy maksymalnej. W efekcie maleje moc modułu.



Grupa 2 na którą mamy wpływ to:
-Orientacja i nachylenie modułu PV.
Poniższa tabela pokazuje jak kąt pochylenia modułu wpływa na ilość energii padającej. Wyniki z tabeli są przybliżone i obowiązują dla naszej szerokości geograficznej.



-Zacienienie i częściowe zacienienie modułu PV.
Ze względu na fakt szeregowego łączenia pojedyńczych ogniw fotowoltaicznych w module nawet przy zacienieniu niewielkiego fragmentu modułu może znacząco obniżyć się wytwarzany prąd i w konsekwencji generowana energia. Dlatego też przy zastosowaniu modułów w kamperach i przyczepach musimy zdecydować się na kompromis:
Albo stawiamy nasz pojazd w miejscu zacienionym, godząc się na niższą produkcę energii, albo stawiamy pojazd w pełnym Słońcu i energię generujemy w stopniu maksymalnym.
Tu od razu nasuwają się dwie uwagi praktyczne:

1.Korzystniej jest zastosować kilka modułów o niższej mocy połączonych równolegle niż jeden moduł o mocy wyższej.
2.W kamperach i przyczepach nie powinno się łączyć modułów szeregowo - zacienie jednego z nich ograniczy przepływ prądu również przez ten niezacieniony.

-Straty po stronie stałoprądowej.
Źle wykonana instalacja przyłączenieniowa, szczególnie źle dobrane przekroje przewodów i „luźne” styki mogą być przyczyną powstania spadków napięć uniemożliwiających ładowanie akumulatora i korzystanie z generowanej energii.
Fakt ten wynika bezpośrednio z charakterystyki I=f(U) ) (patrz wyżej). Jeżeli założymy, że napięcie mocy maksymalnej dla danej temperatury wynosi 17 V , a napięcie ładowanie akumulatora 14V, to mamy zaledwie 3 V spadku napięcia na regulator ładowania. Dodatkowy spadek napięcia na przewodach i stykach może skutecznie wpłynąć na ładowanie akumulatora. Problem jest szczególnie istotny latem, gdy rośnie temperatura modułu.


PMM- Punkt mocy maksymalnej dla określonej temperatury modułu.

Aspekty stosowania modułów fotowoltaicznych w samochodach i przyczepach kempingowych oraz na jachtach:

Z uwagi na fakt, że moduły PV są specyficznym źródłem energii przy projektowaniu i wykonaniu instalacji należy wziąć pod uwagę kilka czynników:

1.Moduł PV jest źródłem prądowym a nie napięciowym. Konsekwencją tego jest brak możliwości ograniczenia prądu przy pomocy bezpiecznika. Na szczęście moduły fotowoltaiczne są odporne na zwarcie. Popłynie przez nie prąd zwarciowy nieco wyższy od prądu nominalnego. Z drugiej jednak strony zwarcie może spowodować miejscowe iskrzenie i niebezpieczeństwo pożaru. Zabezpieczeniem przed tym jest prawidłowe wykonanie instalacji elektrycznej.

2.Moduł PV jest takim źródłem energii, którego nie da się w prosty sposób wyłączyć. Nawet w
warunkach bardzo słabego oświetlenia na zaciskach modułu pojawi się napięcie nominalne. Aby
„wyłączyć” moduł, jako źródło energii, należałoby go całkowicie zasłonić.
Na szczęście w instalacjach kamperowych i jachtowych korzystamy z napięcia 12 V. Typowe napięcia modułów dla tych aplikacji to 17 -21 V a więc napięcia zgodnie z obowiązującymi normami bezpieczne. Jest jednak istotna uwaga: jeżeli będziemy w nieumiejętny sposób „majsterkowali” z modułem o mocy np. 130W to w momencie przypadkowego zwarcia może popłynąć prąd do 8A. Modułowi nic się nie stanie, ale zwarcie przy takim prądzie może trochę „wystraszyć”.

3.Dobierając moc modułu fotowoltaicznego do swojego pojazdu należy wziąć pod uwagę szereg
czynników:
-Jak długie postoje planujemy, bez dostępu do energii zewnętrznej?
-Jakie jest nasze dobowe zużycie energii? Czyli ile godzin pracuje oświetlenie (i o jakiej mocy)? Ile czasu będzie pracował TV, (jaka moc)? Itd.
-Jaka jest pojemność naszego akumulatora pokładowego?
-Czy lubimy się zatrzymywać w cieniu czy na miejscach nasłonecznionych?
-Czy modułu PV mają skutecznie pracować również w zimie?

4.Miłym aspektem pracy modułów PV jest fakt, że przy prawidłowym podłączeniu do instalacji generują one prąd zawsze, gdy panele są oświetlone. A więc w czasie jazdy samochodem akumulator dodatkowy jest częściowo ładowany z alternatora a częściowo z modułu (odbywa się to automatycznie). Przy module 130 W ma to niebagatelne znaczenie, bo odciąża alternator. Dla przykładu 130 W całkowicie pokrywa zapotrzebowanie na energię pobieraną przez większość
lodówek.

Sławomir Binder

 


Informacje podano za stroną  http://www.camper-service.pl


 


PŁYWAJ Z GŁOWĄ !!!

Używaj toalety chemicznej a w ostateczności saperki.

Migawki

Opłaty za korzystanie z dróg wodnych i za śluzowania w 2012 roku

Informujemy, że w sezonie nawigacyjnym 2012 obowiązują nowe stawki opłat za śluzowanie oraz za korzystanie z dróg wodnych. Więcej…