Napelemek termelés előrejelzésének pontosítása
Bevezetés
A napenergia közvetlen villamos energiává alakításának eszközei a napelemek. Az elmúlt években világszerte jelentős növekedésnek indult a teljes beépített napelem teljesítmény, Magyarországon azonban még így is nagyon kis hányadot képvisel a teljes villamosenergia-termelésen belül. A terjedés legfőbb gátja a magas beruházási költségek és az ebből fakadó hosszú megtérülési idő. A megtérülés számításának fontos része a várható bevételek meghatározása, mely szoros kapcsolatban van a napelem által megtermelt energiával, ezért különösen nagy jelentősége van a naperőmű termelés minél pontosabb előrejelzésének. A várható energiatermelés ismerete fontos az erőmű telephelyének kiválasztásánál is, ehhez azonban a kevésbé számszerűsíthető időjárási jellemzők hatását is célszerű vizsgálni.
Célkitűzések
A napelem termelésének előrejelzésére számos program készült már, melyek közül sok elérhető az interneten is. Ezek többsége azonban csak a tájolásnak megfelelő beérkező napsugárzás értékét és a napelem hatásfokának hőfokfüggését veszi figyelembe, így nem képes kielégítően pontos adatok szolgáltatására egy gyakorlatban megvalósuló rendszer esetére. Az ilyen programok esetében legtöbbször a pontos számítási algoritmus sem ismert, így megbízhatóságukhoz is kétség fér. Munkám során az volt a célom, hogy az általam készített szimuláció képes legyen a naperőmű minden lényeges berendezésének, így napelemeknek és az inverternek a modellezésére egyaránt, a gyártó által megadott katalógusadatok alapján, további mérések szükségessége nélkül. Törekedtem rá, hogy a program a lehető legtöbb bemenő adat és legjátszódó jelenség figyelembevételével végezze a számítást, valamint vizsgáltam a nehezebben számszerűsíthető jellemzők hatását is.
Napelem szimuláció
Az általam készített szimuláció a gyártók által közölt adatok és a napelemek általános áramköri modellje alapján képes meghatározni a modul áram-feszültség karakterisztikáját tetszőleges üzemállapotban. Ehhez szükséges a cellahőmérséklet ismere is, melynek meghatározásánál a napsugárzás és a külső hőmérséklet hatásán túl a cella hatásfokának hatásával is számoltam. A karakterisztika ismerete lehetővé teszi, hogy a hatásfok változását a hőmérsékleten túl a sugárzás függvényében is figyelembe vegyük, amely önmagában jelentős eltérést okoz az eredményekben. A karakterisztika segítségével pontosan meghatározható az MPP árama és feszültsége, ezáltal az összekötő vezetékekben jelentkező veszteség is számítható, valamint pontosabban vehető figyelembe az inverter hatásfoka is, amely a teljesítmény mellett az egyenköri feszültség függvénye is. A szimuláció képes több sorba vagy párhuzamosan kapcsolt modul együttes karakterisztikájának meghatározására, így megadja, hogy mekkora teljesítmény csökkenést okoz, ha például részleges árnyékolás miatt eltér az egyes modulok karakterisztikája és legnagyobb teljesítményű pontja. Órás bontásúnál részletesebb meteorológiai adatok esetén vizsgálható a napelemek dinamikus viselkedése, napsugárzás hirtelen megváltozására adott válaszuk is. Az elkészített program képes a fentiek figyelembe vételével az idősoros besugárzási és hőmérsékletadatok adatok alapján az éves szinten megtermelt teljes villamos energia és annak időbeli eloszlásának pontosabb előrejelzésére.
Következtetések
Az elkészített szimuláció képes átlátható számítási háttérrel és bonyolultabb algoritmussal több befolyásoló tényező figyelembe vételére is képes, ezáltal pontosabb eredményeket szolgáltat a várható energiatermelés tekintetében. A pontosabb előrejelzés biztosabbá teszi a napelemes beruházás bevételi oldalát, ezáltal csökkenti a befektetés kockázatát. Nagyobb naperőművek esetében a termelés rövid távú, pontos előrejelzése az erőmű rendszerintegrációját segíti a piaci körülmények között.
szerző
-
Mayer Martin János Dr.
energetikai mérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Dán András
professzor emeritus, Villamos Energetika Tanszék
