Performance comparison of the off-grid photovoltaic mini-system designed to power selected residential building circuits using agm and Li-Ion batteries for energy storage

• Autorzy: Sarniak Mariusz

Warianty tytułu

PL

Porównanie wydajności minisystemu fotowoltaicznego off-grid przeznaczonego do zasilania wydzielonych obwodów budynku mieszkalnego z wykorzystaniem akumulatorów AGM i Li-Ion do magazynowania energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the original design of the Off-Grid PV mini-system for powering separate circuits of the residential building. The PV system was used interchangeably for comparative purposes batteries AGM and Li-Ion for energy storage. The PV system provides autonomy to separate building circuits only in the summer months, for Li-Ion energy storage, at the installation location in central Poland. An automatic power switch was used, which turned on the mains supply in the event the battery was discharged. The controller is configured in two ways for priority for solar systems set in summer or priority for the power grid in winter. The next stage of work compares the discharge times of two types of batteries, assuming constant load on the AC side of the inverter. Based on these measurements, the relative autonomy times of the PV system were estimated for the assumed load with different types of batteries in summer and winter. The time of supplying selected circuits of a residential building in the tests conducted for the Li-Ion battery to the AGM battery increased by approx. 50% and increased with increasing load.

PL

W artykule przedstawiono autorski projekt minisystemu fotowoltaicznego Off-Grid do zasilania wydzielonych obwodów budynku mieszkalnego. W systemie PV zastosowano zamiennie w celach porównawczych akumulatory AGM i Li-Ion do magazynowania energii. System PV zapewnia autonomię wydzielonych obwodów budynku tylko w miesiącach letnich, tylko dla zasobnika energii Li-Ion, w miejscu instalacji w centralnej Polsce. Zastosowano automatyczny wyłącznik zasilania, który włącza zasilanie sieciowe w przypadku rozładowania akumulatora. Sterownik jest skonfigurowany na dwa sposoby priorytet dla instalacji solarnych ustawiony w lecie lub priorytet dla sieci energetycznej w zimie. W kolejnym etapie prac przedstawiono porównanie czasów rozładowania dwóch typów akumulatorów, przy założeniu stałego obciążenia po stronie AC falownika. Na podstawie tych pomiarów oszacowano względne czasy autonomii systemu PV dla założonego obciążenia z różnymi typami akumulatorów w okresie letnim i zimowym. Czas zasilania wybranych obwodów budynku mieszkalnego w przeprowadzonych testach dla akumulatora Li-Ion w stosunku do akumulatora AGM wzrósł o ok. 50% i zwiększał się wraz ze wzrostem obciążenia.

Słowa kluczowe

EN

photovoltaic; photovoltaic system; photovoltaic module; inverter; energy storage

PL

fotowoltaika; system fotowoltaiczny; moduł fotowoltaiczny; inwerter; magazynowanie energii

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2022
• Tom: Nr 4
• Strony: 46--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sarniak Mariusz

• dyrektor Instytutu Inżynierii Mechanicznej, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Politechnika Warszawska Filia w Płocku
• SIMP

Bibliografia

• 1] Cieślik S.: Analiza symulacyjna strat mocy czynnej w elektroenergetycznej sieci niskiego napięcia z mikroinstalacjami z podobciążeniową regulacją napięcia. Electr. Eng. 2015, 82, 101–111.
• [2] Cieślik S.: Mikroinstalacje prosumenckie w Polsce – korzyści i zagrożenia. Zesz. Nauk. Wydz. Elektrotechniki i Autom. Politech. Gdańskiej 2015, 45, 1-4.
• [3] Cieślik S.: Wpływ mikroinstalacji prosumenckich na zużycie energii przez odbiorniki. Elektro.Info 2016, 1-2.
• [4] Conibeer G., Willoughby A.: Solar Cell Materials: Developing Technologies. First Edit.; John Wiley & Sons, Ltd, 2014.
• [5] Dąbrowski J., Hutnik E.: Analiza opłacalności produkcji energii z mikroinstalacji OZE w budynku mieszkalnym. Rynek Energii 2015, 3(118), 102-108.
• [6] EL-CAR APZ-02 Instrukcja obsługi. URL: http://www.el-car.auto.pl/files/Instrukcja obslugi APZ-02.pdf (dostęp: 7.07.2021).
• [7] European Commission - Italy PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System. URL: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ (dostęp: 5.07.2021).
• [8] Europower EPS 42-12. URL: https://www.akumulatory24.pl/europower-eps-42-12-12v-42ah-agm-p-922.html (dostęp: 10.09.2021).
• [9] FRONIUS: Energy storage according to Fronius - basics of hybrid systems. URL: https://www.forumfronius.pl/download/webinarium-magazynowanie-energii-wg-fronius/ (dostęp: 14.07.2021).
• [10] Hegedus S., Luque A.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Second Edi.; John Wiley & Sons, Ltd, 2011.
• [11] IBC-SOLAR Technical Data of PV module - IBC SOLAR MonoSol 260 EX. URL: https://www.zonnepanelen.net/nl/pdf/panels/datasheet-ibc-solar-monosol-260-ex-black-zonnepaneel.pdf (dostęp: 17.09.2021).
• [12] Kalogirou S.: McEvoy’s Handbook of Photovoltaics. Third Edit.. Elsevier, 2018. ISBN 9780128099216.
• [13] Karbowniczek M.: Nowoczesne akumulatory i ogniwa elektryczne. Elektron. Prakt. 2011, 12, 50-53.
• [14] Kasprzyk L.: Modelowanie pracy i trwałości akumulatorów litowo-jonowych w pojazdach elektrycznych. Przegląd Elektrotechniczny 2018, 1, 160-163.
• [15] Kim A.A., Reed D.A., Choe, Y., Wang, S., Recart, C.: New Building Cladding System Using Independent Tilted BIPV Panels with Battery Storage Capability. Sustainability 2019, 11, 5546.
• [16] Kumar, N.M., Chopra, S.S., Chand, A.A., Elavarasan R.M.; Shafiullah G.M.: Hybrid Renewable Energy Microgrid for a Residential Community: A Techno-Economic and Environmental Perspective in the Context of the SDG7. Sustainability 2020, 12, 3944.
• [17] Lee M., Park J., Na S.I., Choi H.S., Bu B.S., Kim J.: An Analysis of Battery Degradation in the Integrated Energy Storage System with Solar Photovoltaic Generation. Electronics 2020, 9, 701.
• [18] Mean Well TS-1000. URL: https://www.meanwell.com/Upload/PDF/TS-1000/TS-1000-SPEC.PDF (dostęp: 11.10.2021).
• [19] Messenger R.A., Ventre A.: Photovoltaic Systems Engineering. Fourth Edi.; CRC Press Taylor & Francis Group, 2017.
• [20] Omar N., Daowd M., Bossche P., van den Hegazy O., Smekens J., Coosemans T., Mierlo J.: Rechargeable Energy Storage Systems for Plug-in Hybrid Electric Vehicles—Assessment of Electrical Characteristics. Energies 2012, 5, 2952–2988.
• [21] Peukert W.: Über die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladestromstärke bei Bleiakkumulatoren. Elektrotechnische Zeitschrift 1897, 20, 20–21.
• [22] Potrykus S., Kutt F., Nieznański J., Fernández Morales F.J.: Advanced Lithium-Ion Battery Model for Power System Performance Analysis. Energies 2020, 13, 2411.
• [23] Pstraś L.: Metodyka analizy rentowności inwestycji fotowoltaicznych. Rynek Energii 2014, 1(110), 129-139.
• [24] Samsung Specification of product INR18650-25R. URL: http://www.datasheet-pdf.com/PDF/INR18650-35EDatasheet-Samsung-1266159 (dostęp: 18.09.2021).
• [25] Sarniak M.T.: Analiza efektywności energetycznej oraz rozkładu mocy wyjściowej falownika dla mikroinstalacji fotowoltaicznej w aspekcie procesu projektowania. Rynek Energii 2020, 2(147), 37-43.
• [26] Sarniak M.T.: Systemy fotowoltaiczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2019.
• [27] Sekrecki M., Krawczyk P., Kopczyński A.: Nieliniowy model symulacyjny akumulatora Li-Ion do obliczeń napędów pojazdów elektrycznych. Logistyka 2014, 6.
• [28] Settele F., Holzapfel F., Knoll A.: The Impact of Peukert-Effect on Optimal Control of a Battery-Electrically Driven Airplane. Aerospace 2020, 7, 13.
• [29] Snaterm Solar Store Solar Charge Controler Available online: https://haj.camillesonthehill.co/product/4000221958205/dc12v-24v-30a-20a-10a-solar-charge-controller-pwm-solarbattery-charger-solar-pv-regulators-for (dostęp: 7.07.2021).
• [30] Vu H., Shin D.: Scheduled Pre-Heating of Li-Ion Battery Packs for Balanced Temperature and State-of-Charge Distribution. Energies 2020, 13, 2212.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).