Mirkovy fotostránky

Měření a zpracování dat.

Měření

Pro porovnání jednotlivých systémů jsem s pomocí výše prezentovaných přípravků a SW vytvořeného pro tento účel, provedl srovnávací měření výkonu vytěženého PV panelem se systémem ohřevu TUV slunečním kolektorem. Měření probíhalo ve dnech 16.7.2021-24.7.2021 a 1.9.2021-8.9.2021. Byl registrován výkon dodaný PV panelem do sítě v průběhu dne a výkon dodaný slunečním kolektorem do boileru k ohřevu TUV. Výsledky měření jsou v [1]. Pro porovnatelnost výsledků jsou výkony přepočítány na 1m2 plochy. Níže jsou z tohoto měření prezentovány dva grafy z plně jasných dnů, jeden z července a druhý ze září.

U grafu ze září se od 12:30 u PV panelu objevuje výpadek výkonu způsobený částečným zastíněním PV panelu větvemi stromu. Pro panel nebylo možné z důvodu dosahu komunikačního kabelu nalézt vhodnější místo. V červencovém měření tento jev není a je vidět, že za jasného dne by bylo možné považovat rozložení výkonů podle 12:30 (letního času) za symetrické. Pro porovnání můžeme tedy použít časový interval 8:30-12:30. Z výsledků měření lze tak odvodit hodnotu poměru energie, dodané solárním kolektorem pevně orientovaným na JJZ za den a energie dodané PV panelem s mikroměničem s natáčením. Průměrná hodnota vychází 2,18 ve prospěch solárního kolektoru.

Dále bylo v období 5.7.2021 až 31.10.2021 registrováno denní množství energie dodané výměníkem pro ohřev TUV [2].

Výtěžnost

V období 5.7.2021 až 31.10.2021 za 118 dní vyprodukoval solární kolektor 217,39 kWh. (Plocha 2,33 m2, pevná orientace JJZ).
Během zkoušek od 1.8.2020 do 9.9.2020, tj za 40 dní, dodal zdroj RE50W do sítě 5363 Wh. Vezmeme li v úvahu to že bylo k dispozici pouze 6ti hodinové okno oslunění místo 9ti hodin, pokud by byl panel umístěn na volném prostranství, byl by po extrapolaci dodaný výkon 8044 Wh (plocha 0,63 m2 natáčení ve čtyřech krocích).
Během zkoušek od 16.7.2021 do 24.7.2021 , dodal zdroj RE50W za 9 dní, do sítě 1602 Wh. V tomto období se zastínění neprojevovalo, proto není třeba korekce (plocha 0,63 m2 natáčení ve čtyřech krocích).
Během zkoušek od 1.9.2021 do 8.9.2021, dodal zdroj RE50W za 8 dní do sítě (po korekci na zastínění ) 2517 Wh .(plocha 0,63 m2 natáčení ve čtyřech krocích).

Podle zkušeností v měsících listopad až březen ani jeden zdroj neprodukuje prakticky žádný výkon. Pokud tedy extrapolujeme výše získaná data na aktivní období 210 dní a přepočteme li s pomocí dříve získaných účinností přeměny výše uvedené hodnoty na sluneční stranu, dostaneme 592 kWh/m2/rok pro RE50W a 395 kWh/m2/rok pro kolektor, a to je méně než polovina ve srovnání s udávanou průměrnou energetickou bilancí slunečního záření 950–1340 kW/m2/rok. Odchylka 50% mně připadala značně veliká. Proto jsem se snažil najít instalaci PVE, která by mohla poskytnout referenční data. To se mně prostřednictvím diskusního fóra MyPower.cz poměrně rychle podařilo. Získal jsem referenci na malou hybridní FVE 5kWp [7] s on line měřením, historickými daty za 12 let a poměrně blízkou lokalizací. Majitel souhlasil s využitím jeho dat v tomto projektu. Průměrná roční výtěžnost této FVE na sluneční straně je 1063 kWh/m2/rok.

Potom jsem našel zajímavou databázi Evropské komise PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) [6], ze které lze zdarma získat historická data oslunění v letech 2005-2014 a také TMY (Typical metheorogical year) pro danou lokaci. Analýzou výše uvedených dat jsem dospěl k následující teorii:

Při akumulaci energie do zásobníku (grid, baterie nebo zásobník TUV) je potřeba překonat určitou energetickou barieru, aby tok energie byl směrem do zásobníku a ne opačně. Pokud je energetický potenciál zdroje nižší než potenciál zásobníku je snad jen s výjimkou vlastní spotřeby, která však je v celkovém saldu zápornou položkou, technicky zabráněno opačnému toku energie (vypnutím měniče, vypnutím čerpadla teplonosného média apod.). Transformátor energie má tudíž určitý startovací výkon Pmin, při kterém zapíná. Tento výkon je víceméně konstantní a je závislý na technologii transformace. Na předávací straně do zásobníku se pohybuje v rozsahu cca 25 až 150 W. Tato vlastnost snižuje množství energie při oblačnosti a v zamračených dnech mnohdy zisk zcela eliminuje. Čím je jmenovitý výkon solárního zdroje větší, tím stačí nižší osvit k dosažení startovacího výkonu měniče a tím je lépe využito dnů s minimálním sl. svitem. Jev se tedy projeví jen u malých zdrojů a to dosti výrazně. U velkých zdrojů se projeví minimálně a je navíc ve zjednodušeném výpočtu efektivity implicitně obsažen. Roční energetická bilance se totiž počítá násobením doby slunečního svitu za rok a průměrné výkonové hustoty slunečního záření v lokalitě. Fyzikálně je trvání slunečního svitu definováno jako doba, kdy je intenzita sl. záření vyšší než 120W/m2. Zde je tedy Pmin implicitně skryto.

K potvrzení této teorie jsem s pomocí TMY získal data pro typický meteorologický rok v místě instalace. Pro RE50W jsem použil přímo hodnoty „Direct normal irradiance“ plus „Diffuse horizontal irradiance“ modifikované na naklopení panelu 45° podle [5]. Pro solární panel a referenční PVE jsem podle [5] „Direct normal irradiance“ a „Diffuse horizontal irradiance“ modifikoval na pevnou orientaci JJZ s úhlem 30° pro solární panel, resp JJV se sklonem 40° pro FVE. Od všech hodinových příspěvků jsem odečetl Pmin. Sečtením všech hodinových příspěvků za rok jsem získal teoretickou roční energii ve Wh korigovanou o startovací výkon, který jsem potom modifikoval tak, aby se poměr teoretické a praktické hodnoty energie za rok blížil 1. Výpočet viz. [3] a [4]. Získané hodnoty přepočtené na výstupní stranu měniče energie jsou v následující tabulce:

Pmin [W]	Vypočtené	Skutečné
RE50W	26	25
FVE 5kWp	55	60
Vitosol 200-FM	145	?

Poznámka: Vysoká hodnota Pmin u solárního kolektoru znevýhodňuje tuto technologii v zimních měsících a potvrzuje to i moje měření, kdy panel v měsících listopad až leden přispěl k ohřevu TUV energií 2kWh !

Měření a zpracování dat.

Měření

Výtěžnost

Literatura