Analiza zaopatrzenia w energię elektryczną budynku użyteczności publicznej z wykorzystaniem instalacji fotowoltaicznej i mikroturbiny

• Autorzy: Sawicka-Chudy P. , Rybak-Wilusz E. , Sibiński M. , Cholewa M. , Pawełek R.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123721

Warianty tytułu

EN

An analysis of the electricity supply at a public building utilizing photovoltaic systems and a microturbine

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach poszukiwania nowych, efektywnych rozwiązań wytwarzania energii są skierowane na produkcję energii elektrycznej z wykorzystaniem nośników odnawialnych oraz przyjaznych środowisku. Spowodowało to wzrost zainteresowania ogniwami PV oraz systemami kogeneracyjnymi. W artykule, na tle historii rozwoju kolejnych generacji ogniw PV, zaprezentowano główne czynniki wpływające na ich parametry eksploatacyjne. Scharakteryzowano średnie dzienne promieniowanie słoneczne i prędkości wiatru w Łodzi. Przedmiotem badań była stacjonarna i nadążna instalacja fotowoltaiczna o łącznej mocy szczytowej 15 kWp oraz mikroturbina gazowa o mocy elektrycznej 30 kW, znajdujące się na Politechnice Łódzkiej na Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, zasilające sieć elektroenergetyczną budynków laboratoriów. Pomiary energetyczne prowadzono w 2016 roku i na ich podstawie wykonano analizę efektywności energetycznej i analizę finansową zaopatrzenia budynków w energię. Oceniono uzysk energii w modułach stacjonarnych i nadążnych oraz procentowe pokrycie energii elektrycznej z ogniw PV i mikroturbiny. Wyznaczono rozkład miesięcznych oszczędności, roczną oszczędność kosztów energii oraz czas zwrotu kosztów inwestycyjnych badanych systemów. Przeprowadzone badania pozwalają na stwierdzenie, że energia wytworzona przez moduły nadążne jest około 3 razy większa niż wytworzona w modułach stacjonarnych. Natomiast roczne oszczędności kosztów energii przy zastosowaniu mikroturbiny gazowej są około dziesięciokrotnie większe niż dla paneli nadążnych. Po przeprowadzeniu tej analizy można stwierdzić opłacalność stosowania agregatów kogeneracyjnych i paneli fotowoltaicznych, mimo dużych nakładów finansowych. Czas zwrotu nakładów inwestycyjnych wynosi około 12 lat podczas użytkowania instalacji przez cały rok.

EN

Recently, the search for new effective energy production solutions has been focused on the production of electricity using renewable and environmentally friendly carriers. This resulted in an increased interest in PV cells and cogeneration systems. The article looks at the main factors affecting their operational parameters against the background of the development history of subsequent generations of PV cells. Average daily solar radiation and wind velocity in Lodz were characterized. The research was done on a static and tracking system with a total peak power of 15 kWp and a 30 kW microturbine. PV panels are installed on the building of the Institute of Electrical Power Engineering of the Lodz University of Technology and they work as part of DERLab. A microturbine is inside the building. Energy measurements were carried out in 2016 giving grounds for the analysis of energy efficiency and financial analysis of the energy supply in buildings. Energy yields in the static and tracking system as well as percentage coverage of electricity from PV cells and microturbines were assessed. The distribution of monthly savings, annual savings of energy costs and the payback time of the investment costs of the systems subject to the test were determined. The research we have done allows us to say that the energy produced by follow-up modules is about 3 times greater than that generated in stationary modules. On the other hand, the annual savings of energy costs using gas micro-turbines are about 10 times higher than those of lagging panels. The analysis shows that it is possible to determine the profitability of the microturbine and photovoltaic panels use despite large financial outlays. The payback period of investment outlays is about 12 years when using the installation throughout the year.

Słowa kluczowe

PL

instalacja fotowoltaiczna; system stacjonarny; system nadążny; mikroturbina gazowa; efektywność energetyczna

EN

photovoltaic installation; tracking system; fixed-tilt panels; gas microturbine; energy efficiency

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 107
• Strony: 47--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tyab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Sawicka-Chudy P.

• Uniwersytet Rzeszowski, Katedra Biofizyki, Rzeszów

autor

Rybak-Wilusz E.

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Ciepłownictwa i Klimatyzacji, Rzeszów

autor

Sibiński M.

• Politechnika Łódzka, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, Łódź

autor

Cholewa M.

• Uniwersytet Rzeszowski, Katedra Biofizyki, Rzeszów

autor

Pawełek R.

• Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki, Łódź

Bibliografia

• [1] Aaditya, G. i Mani, M. 2013. Climate-responsive integrability of building-integrated photovoltaics. International Journal of Low-Carbon Technologies t. 8, z. 4, s. 271–281. DOI: 10.1093/ijlct/cts039.
• [2] Baza meteorologiczna PVGIS. [Online] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis [Dostęp: 2.09.2017].
• [3] Bezobsługowe turbinowe agregaty kogeneracyjne. Katalog produktu.Aspamet Capstone. s. 4.
• [4] Bhuvaneswari i in. 2013 – Bhuvaneswari, C., Rajeswari, R. i Kalaiarasan, C. 2013. Analysis of solar energy based street light with auto tracking system. International Journal of Advanced Research in Electrical. Electronics and Instrumentation Engineering 2(7), s. 3422–3428.
• [5] Boszkowicz, P. 2013. Krzemowe warstwy funkcjonalne na ogniwa słoneczne. Rozprawa doktorska, Kraków.
• [6] Capstone... 2005 – Capstone MicroTurbine User’s Manual, Document 400001-001 Rev. C (February 2005), Capstone Turbine Corporation, 21211 Nordhoff Street, Chatsworth, California 91311 USA.
• [7] Das i in. 2015 – Das, P.K., Habib, M.A. i Mynuddin, M. 2015. Microcontroller Based Automatic Solar Tracking System with Mirror Booster. International Journal of Sustainable and Green Energy 4(4), s. 125–136.
• [8] Dhanabal i in. 2013 – Dhanabal, R., Bharathi, V., Ranjitha, R., Ponni, A., Deepthi, S. i Mageshkannan, P., 2013. Comparison of Efficiencies of Solar Tracker systems with static panel Single-Axis Tracking System and Dual-Axis Tracking System with Fixed Mount. International Journal of Engineering and Technology 5(2), s. 1925–1933.
• [9] Dobrzański i in. 2009 – Dobrzański, L.A., Drygała, A., Panek, P., Lipiński, M. i Zięba, P. 2009. Development of the laser method of multicrystalline silicon surface texturization. Archives of Materials Science and Engineering 38/1, s. 5–11.
• [10] Dobrzański i in. 2011 – Dobrzański, L.A., Drygała, A. i Poprawa, M. 2011. Nadążny system fotowoltaiczny sterowany komputerowo. Czasopismo techniczne. Mechanika R. 108, z. 7, 4-M/2011, s. 57–64.
• [11] Dumiszewska i in. 2014 – Dumiszewska, E., Knyps, P., Wesołowski, M. i Strupiński, W. 2014. Multi-junction solar cells. Przegląd Elektrotechniczny R. 90, nr 5. Wyd. Sigma-Not, DOI: 10.12915/pe.2014.05.49.
• [12] Figura, R. i Zientarski, W. 2016. Analiza parametrów pracy modułu fotowoltaicznego. Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe 12, s. 602–611.
• [13] Green, M.A. 2017. Thin-film solar cells: review of materials, technologies and commercial status. Journal of Materials Scince: Materials in Electronics t. 18, s. 15–19.
• [14] Goetzberger, A. i Hoffmann, V.U. 2005. Photovoltaic solar energy generation. Springer, Berlin.
• [15] Helwa i in. 2010 – Helwa, N.H., Bahgat, A.B.G., Shafee, A.M.R.El. i Shenawy, E.T.El. 2010. Maximum collectable solar energy by different solar tracking systems. Energy Sources 22(1), s. 23–34.
• [16] Klugman-Radziemska, E. 2010. Fotowoltaika w teorii i praktyce. Wyd. 1. Legionowo: BTC.
• [17] Lorenzo i in. 2002 – Lorenzo, E., Perez, M., Ezpeleta, A. i Acedo, J. 2002. Design of tracking photovoltaic systems with a single vertical axis. Progress in Photovoltaics: research and applications, 10, s. 533–543.
• [18] Ministerstwo Infrastruktury. [Online] mib.gov.pl [Dostęp: 6.12.2017].
• [19] Polska Grupa Energetyczna SA. [Online] www.pge.pl [Dostęp: 1.01.2018].
• [20] Posharp. The Source for Renewables™. [Online] www.posharp.com [Dostęp: 11.12.2017].
• [21] Qi-Xun Zhang i in. 2015 – Qi-Xun, Zhang, Hai-Ye, Yu, Qiu-Yuan, Zhang, Zhong-Yuan, Zhang, Cheng-Hui, Shao i Di, Yang. 2015. A Solar Automatic Tracking System that Generates Power for Lighting Greenhouses. Energies 8(7), s. 7367–7380.
• [22] Sawicka-Chudy i in. 2017 – Sawicka-Chudy, P., Wisz, G., Płoch, D., Cholewa, M., Knyps, P., Dumiszewska, E., i Sibiński, M. 2017. Impacts of Tunnel Junction Thickness on the Performance of Triple-Junction Solar Cells. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics t. 12, s. 737–741.
• [23] Sawicka-Chudy i in. 2018 – Sawicka-Chudy, P., Sibiński, M., Cholewa, M. i Pawełek, R. 2018. Comparison of Solar Tracking and Fixed-Tilt Photovoltaic Modules in Lodz. J. Sol. Energy Eng 140, 024503, s. 6, DOI: 10.1115/1.4039097.
• [24] Schwab Solartechnik. [Online] www.schwab-solartechnik.de [Dostęp: 11.12.2017].
• [25] Şenpinar, A. i Cebeci, M. 2012. Evaluation of power output for fixed and two-axis tracking PV arrays. Appl. Energy 92, s. 677–685.
• [26] Stern i in. 1996 – Stern, M., Duran, G., Fourer, G., Mackamul, K., Whalen, W., Loo, M.V. i West, R. 1996. Development of a low cost integrated 20-kW-AC solar tracking sub-array for Grid-Connected PV power system applications. Final technical report. National Laboratory of the U.S. Department of Energy Managed 11 July 1995–31 July 1996. [Online] https://www.nrel.gov/docs/legosti/old/23118.pdf [Dostęp: 10.01.2018].
• [27] Tomson, T. 2008. Discrete two-positional tracking of solar collectors. Renewable Energy 33(3) s. 400–405.
• [28] Vanguard. [Online] en.wikipedia.org/wiki/Vanguard_I [Dostęp: 15.01.2018].
• [29] Zhu, L. 2012. Development of Metal Oxide Solar Cells through Numerical Modelling. Rozprawa doktorska, Bolton.
• [30] Znajdek i in. 2010 – Znajdek, K., Sibiński, M., Lisik, Z. i Walczak, S. 2010. Badanie wpływu temperatury na parametry elektryczne krzemowych ogniw fotowoltaicznych. Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania 0033-2089. R. 51, nr 5, s. 49–52.